航空橡膠制品用途廣泛，在許多自動控制系統(tǒng)中用作絕緣墊片、電子元器件的密封等，對其絕緣電阻、擊穿強(qiáng)度等電性能有要求。橡膠常用的電性能測試方法有GB/T1692-2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測定》、GB/T1693-2007《硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測定方法》、GB/T1695-2005《硫化橡膠工頻擊穿介電強(qiáng)度和耐電壓的測定方法》。

絕緣電阻率試驗(yàn)

電阻率是表征材料非導(dǎo)電能力的一個(gè)特征值。高聚物材料大多為非導(dǎo)電的絕緣材料，它的電阻率通常在109Ω·cm以上。絕緣電阻是電氣與電子元器件彼此之間以及它們和大地之間的絕緣必不一可少的性能，一般人們要求電器絕緣材料有盡可能高的絕緣電阻。測量絕緣電阻率的方法很多，最一常用的方法是高阻計(jì)法。橡膠的絕緣電阻率試驗(yàn)按GB/T1692-2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測定》的規(guī)定進(jìn)行，該方法適用于電阻大于108的硫化橡膠絕緣電阻率的測定。

(1)原理

對試樣施加直流電壓，測定通過垂直于試樣或沿試樣表面的泄漏電流，計(jì)算出試樣的體積電阻率或表面電阻率。高阻計(jì)測試原理如圖1所示試驗(yàn)條件23℃士2℃，相對濕度50%士5%。

高阻計(jì)測試原理

試樣應(yīng)放在23℃士2℃的帶有干燥劑的器皿下調(diào)節(jié)24h，試樣尺(2)試樣寸見表 1。

表1 試樣尺寸

(3)結(jié)果評定

絕緣電阻就是試樣上的直流電壓和流過試樣的全部電流之比，包括體積電阻和表面電阻兩部分。

①體積電阻RV，把試樣置于兩極之間，施加一直流電壓V，可測得流經(jīng)試樣體積的電流IV、，試樣的體積電阻R，按下式計(jì)算：

式中 RV--體積電阻，Ω;

V--直流電壓，V;

IV--流經(jīng)試樣的電流，A。

體積電阻率ρV就是試樣單位體積(cm3)內(nèi)電介質(zhì)所具有的電阻值，按下式計(jì)算：

式中 ρV——體積電阻率，Ω·cm；

RV --體積電阻，Ω；

S——測試試樣測量電極面積，cm2；

d——試樣厚度，cm。

②表面電阻RS在被測試樣的一個(gè)面上放上兩個(gè)電極，施加一直流電壓V，測得沿兩極間的試樣表面層上流過的電流IS，試樣的表面電阻RS，按以下公式計(jì)算：

式中RS——表面電阻，Ω；

V--直流電壓，V；

IS--流經(jīng)試樣表面層上的電流，A。

對于平面電極，試樣的表面電阻率ρs，按以下公式計(jì)算：

式中：ρs——表面電阻率，Ω；

RS——表面電阻，Ω；

L——平行電極長度，cm；

b——平行電極間距離，cm。

對于環(huán)形電極，試樣的表面電阻率ρs按以下公式計(jì)算：

式中ρs——表面電阻率，Ω；

RS——表面電阻，Ω；

D1——測量電極外徑，cm；

D2——測量電極內(nèi)徑，cm。

每組試樣不少于3個(gè)，試驗(yàn)結(jié)果以每組測試值的中位數(shù)表示，取2位有效數(shù)字。

(4)影響因素

①測試時(shí)間 通過試樣的電流(如下圖)隨時(shí)間的增加迅速衰減，經(jīng)過一定時(shí)間后趨于一個(gè)穩(wěn)定值。這是由于流經(jīng)試樣的電流不像流經(jīng)導(dǎo)體那樣僅僅只是傳導(dǎo)電流，而是由3種電流組成。

通過試樣的電流

一是瞬時(shí)充電電流，導(dǎo)電離子發(fā)生瞬態(tài)位移，電場迅速傳播，立刻形成電流，稱為位移電流;試樣與電極形成一個(gè)電容，在加電壓瞬間有純電容性的充電電流，兩者總稱為瞬時(shí)充電電流。

二是吸收電流，它是由于介電吸收現(xiàn)象的存在以及電極上部分離子移動消耗而使離子的總數(shù)減少的結(jié)果，因而使其隨時(shí)間而衰減。吸收電流的產(chǎn)生主要是電介質(zhì)中發(fā)生緩慢的極化過程的結(jié)果，通過這種緩慢過程有可能觀察到電流隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象。

三是漏電電流，又叫傳導(dǎo)電流。它是趨于極限值后的電流，由不純物質(zhì)造成，不隨時(shí)間變化。

當(dāng)切斷電壓并將兩極短接時(shí)，可發(fā)生反向放電電流，它也同樣隨時(shí)間延長而減少。通常電流要在幾十分鐘之后才有一個(gè)穩(wěn)定值，故標(biāo)準(zhǔn)中對電阻率的測定規(guī)定了時(shí)間，是以加電壓后 1min 時(shí)讀數(shù)為準(zhǔn)。

②測試溫度由漏導(dǎo)電流求體積電阻率，按以下公式計(jì)算：

式中 A——物質(zhì)的特性常數(shù)(受離子濃度、物質(zhì)本身性質(zhì)與溫度影響)；

B——與介質(zhì)活化能有關(guān)的系數(shù)；

T——熱力學(xué)溫度，K。

從公式可以看出，材料的體積電阻率與物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)、組成等性質(zhì)有關(guān)。溫度升高，材料中自由離子數(shù)目增加，特別是高于材料的玻璃化溫度Tg時(shí)，離子數(shù)目及活動能量迅速增加而使電阻率降低。在橡膠中這些離子的來源主要是易產(chǎn)生離解的促進(jìn)劑、硫化劑、填料等助劑。試驗(yàn)證明，測試溫度升高使體積電阻率ρV、和表面電阻率ρs都有明顯降低。因此電阻率的測試標(biāo)準(zhǔn)對試樣的測試溫度都做了明確規(guī)定，其溫度為23℃±2℃。

③環(huán)境濕度

高分子材料的絕緣電阻一般隨環(huán)境濕度增加而減小，這一點(diǎn)對易吸濕的材料更加明顯。另外，橡膠中的助劑在試樣吸濕后，由于不純物離子濃度增加使內(nèi)部生成強(qiáng)極性區(qū)而使電阻率下降;而且不同橡膠材料的吸濕速度也不同。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濕度為50%士5%，而且試樣的處理時(shí)間不少于24h。

④電極

電極材質(zhì)不同，其與試樣的接觸情況不同，直接影響電阻率的測試結(jié)果。通常用鋁箔或銅作電極。操作時(shí)鋁箔常用凡士林、硅油作粘貼劑，加上一定壓力，使其消除皺紋，與試樣緊密接觸。

輔助電極通常用黃銅制作，操作時(shí)應(yīng)保證環(huán)電極、測量電極與高壓電極三者的同心。測量電極與環(huán)電極之間間隙保持一致比較困難，在操作時(shí)應(yīng)十分注意。如圖所示。

板狀試樣電極配置

⑤試樣厚度

試樣厚度變化對電阻率有影響，因此標(biāo)準(zhǔn)對試樣的厚度做了規(guī)定，如軟質(zhì)膠料1.0mm±0.1mm、硬質(zhì)膠料2.0mm±0.1mm。

⑥硫化時(shí)間 縮聚型室溫硫化硅橡膠有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生，因此在硫化初期電絕緣性能會出現(xiàn)下降現(xiàn)象。待低分子副產(chǎn)物逐漸揮發(fā)，經(jīng)一定時(shí)間后，其電絕緣性能才能恢復(fù)到正常值。

(5)絕緣電阻率試驗(yàn)注意事項(xiàng)

①在測量前應(yīng)首先斷開被測設(shè)備的電源，對于電容量較大的設(shè)備應(yīng)先進(jìn)行接地放電，消除設(shè)備的殘存電荷，這樣可以防止發(fā)生人身和設(shè)備事故。

②在使用前應(yīng)將絕緣電阻測試儀進(jìn)行一次開路和短路試驗(yàn)，若開路時(shí)指針不指向“∞”處、短路時(shí)指針不指向“0”處說明表不準(zhǔn)，需要更換，檢修后再進(jìn)行測量。

③從絕緣電阻測試儀到被測樣品的引線必須使用絕緣較好的單芯導(dǎo)線，不得使用雙股線，而且兩根連線也不能絞在一起。

④在絕緣電阻表未停止轉(zhuǎn)動和被測設(shè)備未進(jìn)行放電前不得用手觸摸測量部分和絕緣電阻表的接線柱或進(jìn)行拆除導(dǎo)線操作，以免發(fā)生觸電事故。

⑤測量前將被測設(shè)備表面擦干凈，以免造成觸電事故。