彈性體簡介

彈性體材料是一類具有卓一越彈性和形變恢復能力的高分子材料，其核心特征在于受力后可發生顯著形變，并在去除外力后迅速恢復原狀。彈性體材料包括傳統彈性體（如NR天然橡膠、丁腈橡膠NBR等）、熱塑性彈性體TPE、特種彈性體（如氟橡膠FKM、形狀記憶彈性體等）三大類。彈性體材料由于其獨---特的彈性、穩定的電氣性能，以及眾多的品種，使之逐漸在各大電力電子產品中出現,如電力電纜、電力附件、接線盒以及電力電子封裝等等。在這些應用中，材料的介電強度這一性能成為產品設計的一項主要參考性能，也影響著產品的設計、適用范圍以及使用壽命。這項指標的優異與否,決定了產品的應用表現和長期穩定性。

彈性體的介電強度

材料介電強度的測試成為一項應用廣泛的參考性測試，在很多產品設計中作為重要參考指標。但在我們實際工作中卻發現了問題：介電強度的測試很容易受各種因素的影響從而使測試結果與產品的實際表現有偏差。

在不同配方材料的實際應用過程中，往往發現介電強度測試數據較高的材料，未必在實用中能獲得很好的應用結果；而介電強度測試數據較低的材料，有時卻能獲得較好的應用結果。相同的最終產品，使用不同的材料，引起不同的結果，通常是生產工藝的不穩定造成的，其次才是材料本身的原因。但是排除了工藝原因后，我們發現介電強度測試結果的不可靠性也會引起產品表現的差異。

測試標準

目前我國的相關標準中，用于測試彈性體材料介電強度的標準是GB/T1408.1和GB/T1695。GB/T1408.1針對的是通常意義的絕緣材料、熱固性材料、熱塑性材料。GB/T1695針對的是橡膠材料,參考了ASTMD149標準。但兩份標準都只作了軟質和硬質兩種區分標準，這樣的區分對于如硅橡膠彈性體這種硬度相差較大的種類，就產生了一些問題。

正是由于標準的不明確,為彈性體的介電強度檢測造成了一定的誤解和誤操作。目前IEC正在修訂IEC60243，希望能在以后的新版本中獲得更多彈性體的測試方案。

影響因素分析

1.材料硬度

我們認為，材料硬度是造成測試結果不可靠的關鍵性因素。對于硅橡膠來說,從非常軟的凝膠到非常硬的固體膠，范圍非常廠。研究發現，邵爾A硬度大于50的硅橡膠材料，其介電強度測試結果比較穩定，受硬度影響小；而邵爾A硬度小于50的材料，則會產生不穩定。

在邵爾A硬度20~50范圍內，材料在介電強度的測試中很容易產生偏差。這個硬度范圍在GB標準中通常屬于軟質橡膠，使用1mm試片測試。但由于材料比較軟，厚度薄，所以在實驗前測試厚度的精度就不容易掌握，容易產生偏差在放置試片進行測試的時候也容易產生變形，加載電極時因為電極質量而產生壓扁現象，從而徹一底影響測試結果(如圖所示)。變形后，材料測試厚度變薄，使材料實際檢測數據偏小，不能真實反映材料的實際性能。

符合IEC60243-1的典型電極裝置（電極質量致使材料被壓縮）

邵爾A硬度小于20的硅橡膠基本以凝膠為主，材料硬度很低，力學強度低，有自粘性。這類膠應使用GB/T 1408.1中5.1.9“充填膠球狀電極方法"測試。但由于凝膠本身具有較強的自粘性，這種方法在材料制樣及電極放置時，很難避免空氣夾雜和與電極的完一全貼合，造成測試結果波動范圍很大，失去了實際應用的參考價值(見下圖)

符合GB/T 1408.1的埋入式電極裝置(電極被測試材料所包裹)

2.電極

電極也是影響測試結果穩定性的一個因素。

目前的測試標準使用的是如下圖所示的典型電極裝置。圓柱形電極的直徑可以有所不同。這類裝置的優勢在于片狀樣品易于制備和加工。可惜的是，樣品界面不可避免地會產生預擊穿放電，引發不必要的電應力，造成界面擊穿。這種受干擾的測量數值與材料的實際值是存在差異的。如1mm厚的片狀有機硅彈性體樣品的介電強度在20~40kV/mm之間(具體取決于不同的電極裝置),即使材料的一些明顯改性(塑化、交聯度等)也不會引起介電強度的劇烈變化。因此，這種測試有機硅彈性體的方法是有局限性的。

符合IEC 60243-1的典型電極裝置

如果利用下圖(a)所示的埋入式電極測量，那么有機硅彈性體的介電強度會超過100kV/mm。使用埋入式電極裝置測量，硬度等參數對介電強度有著明顯的影響。

由于一些彈性體(例如三元乙丙橡膠)要制備成填充樣品比較復雜，所以常常采用片狀樣品澆注的方法。

(a)硅橡膠作為測試樣品和填充材料；(b)片狀測試樣品被嵌入在有機硅凝膠或固化RTV-2彈性體等固體填充材料中

避免預擊穿放電的埋入式電極裝置

大量研究表明，適當的經典電極裝置與合適的填充材料組合，也能夠獲得與埋入式電極所用樣品相同級別的介電強度，并有利于更好地研究材料改性。

多種電極選擇以及實驗方法的不同，造成我們實際檢測中選型的困難，也加大了不同材料對比的難度。

另一方面，無論是IEC標準還是GB標準，都沒有對測試時上電極的負載做明確的說明。在實驗過程中，將電極加載在試樣上，為了保證與試樣的緊密貼合，會人為施加一個壓力在上面，這個壓力的不確定性，增加了被測試片變形的不確定性，造成誤差。由于無明確負載說明，所以各廠家生產的電極也會有質量偏差，造成進步的不確定性。

3.試樣表面質量

試樣表面質量也影響著測試結果。通常我們都會關注試樣表面的清潔程度，但也有些地方容易被忽略。

(1)平整度：試樣表面如有凹陷或缺陷，將會影響電極貼合程度，影響測試結果。

(2)光滑程度：現在有些模具經過噴砂或特氟龍處理。這種模具制成的樣片，表面均有細小的波動，通常情況下影響不大，但測試波動有時會在0.5 k左右。

(3)試樣內部缺陷：這是最容易忽略的地方，特別是使用液體硅橡膠或凝膠制樣時。由于材料黏度小，容易裹夾空氣，再內部形成細小的氣孔。這些氣孔在外表面是很難被發現的，但卻會極大地影響測試結果。