非金屬材料表面電阻測試影響的因素研究

何文龍

（安徽煤礦安全監(jiān)察局安全技術中心，安徽 合肥 230088）

由于非金屬材料具有耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕的特性，從而在近代工業(yè)領域中的用途不斷擴大。但是，如果在某些防靜電的危險場所使用了表面電阻不合格的非金屬產(chǎn)品，可能會造成靜電積聚，甚至會造成火災或爆炸事故，給安全生產(chǎn)帶來很大的隱患。

表面電阻又稱表面比電阻，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個重要參數(shù)，它代表每平方面積電介質(zhì)表面對正方形的相對二邊間表面泄漏電流所產(chǎn)生的電阻，單位是歐姆（Ω）。

1 試驗準備

1.1 試驗儀器設備及輔料

LHP-160E智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱，（0～60）℃，（50～95）%RH；ZC-90G高絕緣電阻測量儀，表面電阻測試儀的測量范圍為105～2×1017，直流電源電壓 50～500V，準確度為1級；用黃銅圓柱及同心圓環(huán)各一個作接觸電極，其中同心圓環(huán)內(nèi)直徑為125mm，外直徑為150mm，高度為22mm，質(zhì)量為900g，內(nèi)電極為直徑25mm，高32mm，質(zhì)量為115g的圓柱體，兩電極的基面應磨平拋光；DDG-A高效電接觸導電膏；聚四氟乙烯絕緣板。

1.2 樣品制備及處理

從織物整芯阻燃輸送帶上截取1塊尺寸為300mm×300mm的試件，試件應平滑，無裂紋、氣泡和機械雜質(zhì)等缺陷。用蘸有蒸餾水的干凈棉布清洗試件以后，用潔凈的干布將試件擦干，放置在干燥處24h以上。試驗前，將試件放置在溫度為23±2℃，相對濕度為(65±5)%RH的環(huán)境中至少2h。

2 表面電阻測試試驗

2.1 試驗方案

測量非金屬材料表面電阻的原理是，將非金屬材料置于聚四氟乙烯絕緣板上，在非金屬表面兩個區(qū)域間施加一個電位差（直流電壓），測定沿試件表面的電流泄漏量來確定其相應的電阻。本文主要是考察不同條件下非金屬材料表面電阻的變化規(guī)律，以期發(fā)現(xiàn)干擾非金屬材料表面電阻檢測的主要影響因素，從而進行有效控制，達到更為準確地對非金屬材料表面電阻進行測量的目的。

為減少測試結果的誤差 ,保證所測數(shù)據(jù)的準確程度,每種情況在試件表面測出5組數(shù)據(jù),求其平均值。

2.1.1 接觸電極基面未涂導電膏

（1）控制智能恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)的濕度為65%RH，溫度由低至高分別設置為5℃、10℃、15℃、21℃、23℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，測量不同溫度條件下試件的表面電阻。

（2）控制智能恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度為23℃，濕度由低至高分別設置為55%RH、60%RH、65%RH、70%RH、75%RH、80%RH、85%RH，測量不同濕度條件下試件的表面電阻。

（3）在溫度為23℃，濕度為65%RH的環(huán)境條件下，分別使用10V、50V、100V、500V的測試電壓測試量件的表面電阻。

2.1.2 在接觸電極基面增涂導電膏

試驗方法步驟同2.1.1。

2.2 試驗結果

2.2.1 接觸電極基面未涂導電膏試驗結果分析

（1）溫度變化對試件表面電阻的影響

保持智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi)的濕度在65%RH，調(diào)節(jié)其箱內(nèi)溫度，試件表面電阻隨溫度的變化如圖1所示。

圖1 溫度變化對表面電阻的影響

由圖1可以看出，在濕度一定的條件下，試件的表面電阻呈現(xiàn)出隨著溫度的升高而逐漸減小的趨勢。這說明，隨著溫度的升高，試件表面分子的運動速率加快，介質(zhì)材料電導電流會相應增加，從而使得試件的表面電阻逐漸降低。在21℃、23℃、25℃三點測得的表面電阻分別為1.37×109Ω、1.35×109Ω、1.35×109Ω，表面電阻較接近。

（2）濕度變化對試件表面電阻的影響

保持智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度在23℃，調(diào)節(jié)其箱內(nèi)濕度，試件表面電阻隨濕度的變化如圖2所示。

圖2 濕度變化對表面電阻的影響

由圖2可以看出，在溫度一定的情況下，試件表面的電阻隨著濕度的增加而呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。隨著濕度的不斷增大，試件表面泄漏也不斷增大，導體電導電流也會增加，使得試件的表面電阻逐漸減小。在60%RH、65%RH、70%RH三個點所測得的表面電阻分別為1.40×109Ω、1.37×109Ω、1.31×109Ω，三者較為接近，表面電阻在此階段沒有表現(xiàn)出較大的波動。

此次試驗是人為惡化了試件所處的環(huán)境。通過試驗可以看出非金屬材料在溫度為23±2℃，濕度為(65±5)%RH的環(huán)境中的表面電阻也表現(xiàn)出了相對的穩(wěn)定性。規(guī)范要求，進行非金屬材料表面電阻的檢測，要保持上述環(huán)境條件。為了達到這一條件，有條件的應該建立恒溫恒濕實驗室，條件不具備的，應在實驗室內(nèi)加裝恒溫恒濕空調(diào)。同時，為了減少人為因素的干擾，試驗人員在試驗過程中要集中注意力，試驗過程不要說話，更不要對著試件進行呼氣，以免使試樣表面受潮。

（3）測試電壓對試件表面電阻測試的影響

保持環(huán)境溫濕度不變，改變測試電壓,分別測出不同電壓條件下試件的表面電阻，如圖3所示。

由圖3可以看出，電壓為10V和50V兩點所測的表面電阻分別為2.16×109Ω和1.37×109Ω，兩者差別較大，50V和100V兩點所測的表面電阻分別為 1.37×109Ω 和 1.35×109Ω，兩者基本相等，100V和500V兩點所測的表面電阻分別為1.35×109Ω和1.12×109Ω，兩者也表現(xiàn)出了一定的差異。這說明在一定溫度和濕度條件下 ,所測的非金屬材料的表面電阻隨測試電壓的增加而減小 ,而且是非線性的。在正常環(huán)境條件下，在較低的電壓范圍內(nèi)，電導電流隨外加測試電壓的增加而線性增加，材料的電阻保持不變。超過一定電壓后，由于介質(zhì)材料離子化運動加劇，電導電流的增加遠比測試電壓增加的快，材料呈現(xiàn)的電阻迅速降低。

由此可見，外加測試電壓越高，試件的表面電阻越低，以致在不同電壓下測試得到的試件表面電阻可能有一定的差別。因此，要保證試驗過程電能消耗不大于1W為前提，選擇合理的測試電壓進行測試。

圖3 不同測試電壓下的表面電阻

2.2.2 接觸電極基面增涂導電膏試驗結果分析

圖4 增涂導電膏前后表面電阻隨溫度變化

（1）增涂導電膏前后表面電阻隨溫度變化如圖4所示。由圖4可以看出，在接觸電極基面增涂導電膏后，在溫度相對較低的條件下，表現(xiàn)出了和未增涂導電膏情況的明顯區(qū)別。原因為由于制造工藝，在試件表面產(chǎn)生了一些凸凹，直接將接觸電極置于試件表面時，接觸電極的基面不能同試件表面充分接觸，增加了試件表面與接觸電極間的電阻，從而影響對非金屬材料表面電阻的測試結果。在低溫段，導電膏填補了接觸電極基面與試件表面的間隙，增加了兩者接觸面積，使得測試的表面電阻值有所減小。隨著溫度的不斷升高，試件由于受溫度的影響，材質(zhì)變軟，使得接觸電極基面與試件表面的接觸較為緊密，因此兩種情況下所測得的表面電阻區(qū)別不大。由此可以看出，試件表面的狀態(tài)也是影響試驗結果的一個重要因素，接觸電極基面與試件表面的接觸面積對試驗的結果也產(chǎn)生較大的影響。因此，在試驗前一定要清理試件表面，確保試件表面清潔，減少接觸電阻。同時，還要在試驗開始前將待測試件置于與試驗相同的環(huán)境中進行處置。在實驗過程中，要確保接觸電極與試件表面的充分接觸。

圖5 增涂導電膏后表面電阻隨濕度的變化

（2）增涂導電膏前后表面電阻隨濕度變化如圖5所示。由圖5可以看出，在溫度不變，僅增加相對濕度的情況下，增涂導電膏前后試件的表面電阻無明顯變化。

圖6 增涂導電膏前后表面電阻隨測試電壓變化

（3）增涂導電膏前后表面電阻隨測試電壓變化如圖6所示。由圖6可以看出，保持溫濕度不變，在同樣的測試電壓等級條件下，增涂導電膏前后，非金屬材料表面電阻的測試結果幾乎沒有變化。

3 結論

由本次試驗結果可以看出，非金屬材料表面電阻測試值的大小，除決定于非金屬材料電介質(zhì)的結構和組成外，溫、濕度、測試電壓、接觸面積等因素對其均有一定影響。因此，對非金屬材料表面電阻進行測試時，要按規(guī)范要求保持恒溫恒濕環(huán)境，對試樣進行預處理，并選擇合適的測試電壓等級。同時，必須要按規(guī)范進行測試操作，這樣測試結果才能更為準確地反映非金屬材料表面電阻的真實情況。