表面体积电阻率的标准考试方法.docx

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表面体积电阻率的标准考试方法

表面体积电阻率的标准测试方法

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绝缘材料的直流电阻率或电导率的标准测试方法

该标准发布在名为D257的标准文件中；紧跟标准文件名称后的数字表示最初采用的年份，对于修订版本而言，表示最近一次修订的年份。

括号里的数字表示最近一次通过审批的年份，上标ε表示自从最后一次修订或通过审批以来的编辑性的修改。

1、适用范围

1.1这些测试方法涵盖了直流绝缘电阻率、体积电阻率和表面电阻率的测量步骤。

通过试样、电极的几何尺寸和这些测量方法可以计算得到电绝缘材料的体积和表面电阻，同时也可以计算得到相应的电导率和电导。

1.2这些测试方法不适用测量适度导电的材料的电阻和电导。

采用测试方法D4496来表征这类材料。

1.3这个标准描述了测量电阻或电导的几种可替换的方法。

最适合某种材料的测试方法是采用适用于该材料的标准ASTM测试方法，而且这种标准测试方法定义了电压应力的极限值和有限的通电时间，以及试样的外形和电极的几何形状。

这些单个的测试方法能更好的表示出结果的精度和偏差。

1.4测试步骤出现在下列部分中：

测试方法或步骤部分

计算13

测试仪器和方法的选择7

清洁固体试样10.1

试样的处理11

屏蔽电极的有限区域附录X2

电极系统6

影响绝缘电阻或电导测量的因素附录X1

湿度控制11.2

液体试样和电池9.4

精度和偏差15

电阻或电导测量的步骤12

参考文件2

报告14

取样8

意义和使用5

试样安装10

测试方法总结4

专业术语3

绝缘材料表面、体积电阻或电导的测试试样9

典型测试方法附录X3

1.5这个标准并没有列出与其应用相关的所有安全方面的考虑。

使用该标准的用户需要建立适当安全、健康的操作规范和确立使用前监管限制的适用范围。

2、参考文件

2.1ASTM标准

D150电绝缘固体的交流损耗特性和介电常数的测试方法

D374电绝缘固体的厚度的测量方法

D1169电绝缘液体的电阻率的测试方法

D1711与电绝缘体相关的术语

D4496适度导电材料的直流电阻和电导的测试方法

D5032通过水甘油溶液保持恒定相对湿度的做法

D6054处理测试用电绝缘材料的方法

E104通过水溶液保持恒定的相对湿度的做法

3、术语

3.1定义——下列定义来自于术语D1711中，并被应用到本标准所使用的术语中。

3.1.1电导，绝缘，n——两电极之间（或试样中）总的体积和表面电流与两电极间直流电压之比。

3.1.1.1讨论——绝缘体的电导是其电阻的倒数。

3.1.2电导，表面，n——两电极间（试样表面）的电流与两电极间的直流电压之比。

3.1.2.1讨论——（一些体积电导不可避免的包含在实际的测量中）表面电导是表面电阻的倒数。

3.1.3电导，体积，n——两电极间试样体积范围内的电流与两电极间直流电压之比。

3.1.3.1讨论——体积电导是体积电阻的倒数。

3.1.4电导率，表面，n——表面电导乘以试样的表面尺寸比（电极间的距离除以电极的宽度，这规定了电流路径），如果两电极位于正方形材料的对边上，表面电导率在数值上等于两电极间的表面电导。

3.1.4.1讨论——表面电导率用西门子来表示，通常为西门子/平方（正方形材料的尺寸与材料属无关）。

表面电导率是表面电阻率的倒数。

3.1.5电导率，体积，n——体积电导乘以试样的体积尺寸比（电极间的距离除以电极的截面积），如果电极位于单位立方体相对的面上，体积电导率在数值上等于两电极间的体积电导。

3.1.5.1讨论——体积电导率的单位是S/cm或S/m，体积电导率是体积电阻率的倒数。

3.1.6适度导电，adj——描述体积电阻率在1到10000000Ω-cm的固体材料。

3.1.7电阻，绝缘，Ri，n——施加在两电极间（或在试样上）的直流电压与它们之间的总体积和表面电流之比。

3.1.7.1讨论——绝缘电阻是绝缘电导的倒数。

3.1.8电阻，表面，Rs，n——施加在两电极间（试样表面）的直流电压与它们之间的电流之比。

3.1.8.1讨论——（一些体积电阻不可避免的包含在实际的测量结果中）表面电阻是表面电导的倒数。

3.1.9电阻，体积，Rv，n——施加在两电极间（或在试样中）的直流电压与它们之间的试样中的电流之比。

3.1.9.1讨论——体积电阻是体积电导的倒数。

3.1.10电阻率，表面，ρs，n——表面电阻乘以试样的表面尺寸比（电极宽度除以电极间的距离，规定了电流路径），如果两电极位于正方形材料的对边上，表面电阻率在数值上等于两电极间的表面电阻。

3.1.10.1讨论——表面电阻率用欧姆表示，通常为欧姆/平方（正方形材料的尺寸与材料属无关）。

表面电阻率是表面电导率的倒数。

3.1.11电阻率，体积，ρv，n——体积电阻乘以试样的体积尺寸比（两电极间试样的截面积除以电极间的距离），如果电极位于单位立方体相对的面上，体积电阻率在数值上等于两电极间的体积电阻。

3.1.11.1体积电阻率的常用单位是Ω-cm或Ω-m。

体积电阻率是体积电导率的倒数。

4、测试方法概述

4.1材料样品或电容器的电阻或电导是通过测量规定条件下的电流或电压降得到的。

通过使用合适的电极系统有可能分别测量表面和体积电阻或电导。

当所需的试样和电极尺寸已知时，电阻率和电导率可以通过计算得到。

5、意义和使用

5.1绝缘材料被用来隔绝电气系统中的部件和将部件与地隔绝，同时也为部件提供力学支撑。

为了达到这个目的，希望部件的绝缘电阻在与可承受的力学、化学和耐热性一致的前提下能够尽可能的高。

由于绝缘电阻或电导包含了体积和表面电阻或电导，当试样与电极与其实际使用过程中的形状相同时，测量值最为有用。

表面电阻或电导随湿度变化很快，然而体积电阻或电导却变化很慢，尽管体积电阻或电导最终的变化可能更大。

5.2电阻率或电导率能用来间接预测一些材料的低频介质击穿和介质损耗角，电阻率和电导率经常被用来间接地表征含水量、固化度、机械连接和各种类型的材料退化。

这些间接测量的有效性取决于理论或实验研究相关联的程度。

表面电阻的下降可能导致电介质击穿电压的升高，因为电场强度降低了，或者导致电介质击穿电压的降低，因为应力作用的面积减小了。

5.3所有的绝缘电阻或电导取决于充电时间和施加的电压值（平常的环境变量除外）。

这点必须清楚的知道，才能保证电阻和电导的测量值有意义。

在电气绝缘材料行业内，表观电阻通常指任意充电时间下得到的电阻值。

见X1.4

5.4体积电阻率或电导率可以从电阻和尺寸数据中计算得到，这有助于设计具体应用中的绝缘体。

电阻率或电导率随温度和湿度的变化可能很大，而且为具体工作条件设计时，必须注意这点。

体积电阻率和电导率的测定经常用来检查绝缘材料与其工艺相关的均匀性，或者用来检测影响材料质量而又不容易被其他方法检测到的导电杂质。

5.5在一般实验条件下，如果通过试样上测得的数据计算出的电阻率高于1021Ω·cm（1019Ω·m），那么该结果的有效性是值得怀疑的，因为常用的测试设备是有局限性的。

5.6表面电阻和电导不能被精确测量，只能得到近似值，因为一些体积电阻和电导始终包含在测量结果中。

表面电阻和电导的测量值也会受到表面污染的影响。

表面污染及其积累速率受到很多因素的影响，包括静电和界面张力。

这些可能影响表面电阻率。

当涉及到污染时，我们认为表面电阻率或电导率与材料属性有关，但是在通常意义上表面电阻率或电导率不是电绝缘材料的一种材料属性。

6、电极系统

6.1制作电极的绝缘材料应该是一种容易应用、能与试样表面亲密接触，而且不因电极电阻或试样污染而引起明显误差。

在测试条件下，电极材料应该能耐腐蚀。

对于组装试样的测试，例如通孔套管、电缆等等，采用的电极是试样的一部分或者是它的配件，绝缘电阻或电导的测量包含电极污染或配件材料的影响，而且在实际使用中一般与试样性能有关。

6.1.1接线柱和锥形针电极，图1和图2，提供了一种在刚性绝缘材料上施加电压来测量其电阻和电导性质的方法。

这些电极在某种程度上模拟实际的使用条件，例如仪表盘和接线板上的接线柱。

在绝缘材料的层压板表面树脂含量很高的情况下，采用锥针形电极得到的绝缘电阻可能比采用接线柱电极得到的小一些，这是锥形针电极与绝缘材料的接触更加紧密。

测得的电阻或电导值受每根锥形针与绝缘材料接触、针的表面粗糙度以及绝缘材料上孔洞平滑度的影响。

从不同试样得出结果的重复性不好。

图1固体平板试样的接线柱电极

A.平板试样

B.管状试样

C.棒状试样

图2锥形针电极

6.1.2图3中金属条的主要设计目的是评价弹性胶带和很薄的固体试样的绝缘电阻和电导，这是一种非常简单和方便的控制电气质量的方法。

当绝缘材料的宽度比厚度大得多时，这种布置在获得表面电阻或电导的近似值方面能够取得更加令人满意的效果。

侧视图

端视图

图3胶带和固体平板试样的条形电极

6.1.3具有商业应用的银漆（图4，图5和图6）具有很高的导电性，不论是空气干燥还是低温干燥的品种都具有能让水气渗透通过的多孔结构，因此施加电极后能对测试试样进行特定的条件处理。

在研究电阻受湿度的影响和随温度的变化方面，这是一项非常有用的特征。

然而，在使用导电涂料作为电极材料之前，必须确保涂料中的溶剂不会腐蚀材料，从而改变它的电气性质。

配置好的刚毛刷可能会使保护电极获得相当平滑的边缘。

然而，对于圆形电极，刻线圆盘和画电极轮廓线的银漆以及刷子包围区域的填料的使用使保护电极的边缘更加锋利。

测试时可能会使用到一条窄的屏蔽胶带，避免了使用的压敏胶合剂污染试样表面。

如果电极漆是喷射在上面的，可能还会使用到夹紧的外罩。

图4测试体积和表面电阻或电导的平板试样

6.1.4如果喷镀金属能与测试试样之间形成良好的粘接，测试时可能会使用它（图4，图5和图6）。

薄喷电极在能尽快投入使用方面具有一些优势，其多孔结构可能使试样能进行调整处理，但这点需要证实。

必须使用窄带胶带或夹紧外罩使保护和被保护电极之间产生一条缝隙，使用不污染缝隙表面的胶带。

6.1.5蒸发金属可能使用在与6.1.4中相同的条件下。

6.1.6金属箔（图4）可能会被应用到试样表面作电极。

用于电介质电阻或电导研究的金属箔的一般厚度是6-80μm。

铅箔和锡箔最为常用，而且经常使用最少量的凡士林、硅油、油或其他合适的粘接材料将其粘接在测试试样上。

这种电极在应用时需要通过足够平顺的压力消除所有的褶皱，而且在箔纸边缘多出的胶粘剂可以通过拭擦纸清理干净。

一种非常有效的方法是用一个又硬又窄的滚筒（10-15mm宽）在表面向外滚动，直到滚筒在试样上没有留下明显的痕迹。

该技术仅在具有平坦平面的试样上才能取得满意的效果。

谨慎操作可使胶粘剂的膜厚减小到2.5μm。

由于薄膜与试样串联，这将导致测量电阻过高。

这个误差对于厚度小于250μm的低电阻率试样可能过大。

硬滚筒也可以将尖锐颗粒压进或穿过薄膜（50μm）。

箔电极不具有孔隙结构，因此使用该电极将不会导致测试试样受环境影响。

在温度上升时，胶粘剂可能会失去其有效性，这就迫切需要使用备份金属平板。

在合适的切割机的帮助下，可以从电极上切下一适当宽度的窄条形成保护电极和被保护电极。

这种三端试样一般不能用来进行表面电阻和电导测量，因为油脂仍然残留在缝隙表面。

想要在不影响电极邻近的边缘的前提下清理整个缝隙的表面是非常困难的。

6.1.7可以将分散在水或其他合适介质中的胶体石墨（图4）刷在无孔的薄片绝缘材料上形成风干的电极。

可能会用到屏蔽胶带和夹紧的外罩（6.1.4）。

这种电极材料的使用需要满足下列所有