塑料的性能测试

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– 当试样未被击穿时,上限行程开关B1动作,常闭触头断开,动作同上。
• 3)降压:
– 在试样被击穿或上限行程开关动作的瞬间,自动降压接头短接,降压继电 器J3动作,绿灯亮,电机换向旋转,使调压变压器电压降至“0”的位置, B2下限行程开关动作,切断J3,电机停转。
.26.
• 形状和尺寸见表。
试样
试样厚度不大于3mm,可以单面或双面加工成2±0.1mm。
.38.
• 试样,平板(圆形、方形)或管状的试样。 – 试样的尺寸视电极装置而定,厚度不大于3mm。 – 试样须根据产品需要选择预处理的条件。
• 试验时的环境: – 常态:环境温度20±5℃,相对湿度65±5% 。 – 热态或潮湿态,视具体需要选取。
• 热态预处理后的试样须在温度20±5℃,相对湿度65±5% 的条件下,冷 却到温度20±5℃后方能进行常态试验。
.31.
电极倒角r的影响
.32.
影响因素讨论
• (四)媒质
• 为缩小试样尺寸并防止边沿面放电,往往把试样和电极放在媒质中进行 试验。
• 媒质会影响电极间的电场分布,致使介电强度发生变化。 – 因为在电场作用下,油中杂质会集聚电极边缘,形成导电薄膜,而 使边缘效应减弱,故脏油会使电场均匀,净油无此作用。 – 若媒质不含(或含极少)导电杂质,则其电性能指标稳定,试结果 也稳定,相反测试结果的重现性就差。
• 标准方法中规定用变压器油作为媒质。
.33.
影响因素
• (五)试验环境 – 多数材料在低温下,介电强度与温度无关, – 当温度升高至某个高度,介电强度随着温度升高而下降。 – 湿度增加,介电强度也下降。 • 水分进入试样,电导变大之故。
• (六)试样加工 – 不良的加工方法会在材料中形成缺陷, – 例如弱的熔接缝、气泡流线和杂质颗粒,都会使介电强度降低30~ 60%,降低程度随缺陷的严重程度而异。
10mm的圆形
• 厚度:3-6.5mm • 要求:表面平整、平行、无飞边 • 测试次数:两次以上
.7.
.8.
.9.
• 试样的制备方法 • 试样的状态调节 • 试样的尺寸 • 升温速率
.10.
塑料燃烧性能
n 塑料燃烧性能的指标?
点燃速度、火焰的传播速度、火焰的持续时间、火焰的熄 灭速度、放热量、放热速度、烟雾的生成量、毒气的产生 量
测试方法
• 电阻率测试有直接法和比较法。 – 直接法又分高阻计法和检流计法。
• 检流计法的原理: – 用检流计测量流经试样的微小电流从而计算出试样的电阻值,再根 据试样和电极的尺寸计算电阻率。
• 高阻计法 – 把试样与高阻计中的输入电阻串联,输入电阻产主的电压降经放大 后,再由指示仪表直接显示出电阻值,根据试样及电极的尺寸计算 电阻系数。
• 表面电阻率ρs,平行试样表面电流方向电位梯度与表面单位宽度上电流 之比。
– 电流通过1cm2电介质表面的电阻,Ω。
.40.
测试原理
根据欧姆定律,回路电流Iv
Iv
Rv
E
R0
IV
Vm R0
当RV>>R0 时,有 :
根据:
v
Rv
S d
Rv
ER0 Vm
R0
Rv
ER 0 Vm
v
ER0 Vm
s d
பைடு நூலகம்
.41.
• 高分子的击穿通常与温度有关
– 当低于某一温度时,界电强度与温度无关——电击穿 – 高于这一温度时,随温度升高而界电强度降低。
• 高分子材料在发生电击穿时,常伴随有热击穿。 – 热击穿,介电强度随温度增加而迅速降低。
• 塑料击穿的特点:
– 塑料材料的击穿过程,通常伴随着热击穿与电击穿,很难说界定是某种击穿。 – 一般来说,工作温度高,散热条件差,介质电导及损耗大的材料,发生热击穿
塑料的性能测试
.1.
塑料热性能 n 什么是热性能?
与热或者温度相关的性能的总称。
n 为什么我们要考虑塑料的热性能?
1、加工成型 2、尺寸稳定性 3、力学性能
.2.
塑料热性能 n 怎样表征塑料的热性能?
热物理性能
玻璃化温度、熔点或软化温度、热 导率、比热容
热稳定性能性能 尺寸稳定性、热变形温度、收缩率、
.23.
试验方法
• 介电强度试验方法有 – ASTM D149—1992、GB 1048—1989、IEC出版物243
• 主要设备 – 高压变压器,该变压器应具有足够的容量,保证在介质被击穿的瞬间 不被烧坏,其电流波形失真度不低于5﹪,否则影响测试结果。 – 自动升压装置,保证电压能均匀上升,并能控制升压速度。 • T1为自偶变压器,T2是升压变压器。 • T2变压比不同,其输出最高电压不同, • 当T1升压时,T2高压输出也升高,直到试样被击穿。
.29.
(二)升压速度
• 以电击穿为主的试样,升压速度的影响不大; • 以热击穿为主的试样,随升压速度提高而增大。
.30.
(三)电极倒角r
• 电极与试样接触平面边缘形成的半径r的角称为倒角。 – 当电极面积变化不大时,介电强度变化不大, – 当电极变成半圆球状(r很大),介电强度变化较大。
• 边缘效应,靠边缘处场强非常大的现象。 – 由于边缘效应,电极边缘间的介质容易已被击穿。 – 而边缘处场强的大小与倒角r有关系, – 一般r小,场强变大,所以,标准方法中规定r=2.5mm。
E V击穿 d
– 式中:E——介电强度,KV/mm

V击穿——击穿电压,KV

d——试样厚度,mm
.20.
基本原理
• 通常介电强度越高,材料的绝缘质量越好。 • 塑料击穿的主要表现
– 绝缘性能破坏,击穿点上产生电弧,材料穿孔熔化、变焦、烧毁等。
• 固体介质中,总有一些自由电子存在,在外电场作用下被加速而撞击中性 原子,致使原子电离,最终造成材料击穿。
.39.
• 基本概念
三、绝缘电阻率的测定
• 电阻率用于表征材料的非导电能力,绝缘性能。 – 导体,电阻率≤106 Ω·cm ;绝缘体,≥109 Ω·cm; – 半导体,在106~109 Ω·cm
• 体积电阻率ρv,平行材料中体积电流方向的电位梯度与该处电流密度之 比。
– 电流通过1cm3正方体电介质的电阻 ,Ω·cm。
的静电容量之比。
Cx
C0
.35.
介质损耗角正切 tgδ
• 介电损耗角正切是表征电介质材料在交流电场下能量损耗的一个参数,表 示为每个周期内介电损耗的能量与储存的能量之比。
tg 每个周期内介电损耗的 能量
每个周期内介电储存的 能量
Ø电容器在交流电路时,当没有损耗时,流过电热器的电流会超前电压 90°电气角。 ¡当介质有损耗时,则通过的电流和电压相位差φ中的余角δ角叫介质 损耗角,δ角正切值tgδ就叫介质损耗因数,亦叫介电损耗角正切。
.11.
n 常用的测试方法
.12.
u 氧指数法(GB/T2406)
塑料试样在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧所需的最低
氧气浓度,以氧所占的体积百分比所示。
n 测试原理
将一个试样垂直固定在向上流动的氧、氮混合气体的透明 燃烧筒里,点燃试样顶端,并观察试样的燃烧特性,把试样连 续燃烧时间或试样燃烧长度与给定的判据相比较,通过在不同 氧浓度下的一系列试验,估算氧浓度的最小值。
.36.
介质能量的损耗
• 介质损耗的原因很多 – 由电导引起极性分子偶极弛张,极化引起的能量损耗; – 因结构不均匀引起的, – 游离式电介质损耗等。
• 介质损耗主要表现 – 在介质在交变电场中吸收电场能量使介质本身发热,因而损耗了 电能量。
• 损耗因数愈大,则介质损失在发热方面的能量越大。
.37.
• 试样击穿判断
– 沿施加电压方向的位置有贯穿小孔、开裂或烧焦等痕迹 – 可用重复施加试验电压来判断。
.28.
影响因素与讨论
(一)试样的厚度
• 随试样厚度增加,介电强度减小。 – 在击穿中,既有电击穿,也有热击穿。
• 从热击穿理论来讲 – 试样厚度增加,散热条件变坏,促使单位厚度的击穿电压降低。
• 从电击穿理论讲 – 当试样较薄时,电子加速时间相应地减小,电子不易从电极上 逸出,其介电强度也相应增加。
测试方法
• IEC250(1969)、GB1409—1989。
• 仪器:高压电桥、低压西林电桥、变压器电桥,Q表
• 测量电极 – 金属膜,导电橡胶或导电涂料之类。
• 电极接触法: – 电极贴在试片的两表面上进行测定的方法。
• 非接触式电极 – 在电极系统中,试样的一侧或二侧留有气体或液体间隙。 – 对于损耗很少或极薄的试样采用。
.19.
一、介电强度测定
• 基本概念
• 1. 电击穿
– 高分子材料在一定电压范围内是绝缘体,但随着施加电压的升高,性能会 逐渐下降。当电压升到一定值时变成局部导电,此时称材料被击穿。
• 2. 介电强度(击穿强度):
– 指造成聚合物材料介电破坏时所需的最大电压,一般以单位厚度的试样被
击穿时的电压数表示。
.24.
自动升压电路图 .25.
操作要点
• 1)准备:装上试样,接通电源。
– 电源电压表指示电压值,直流电压表指示直流电压。 – 合上高压开关K1,电流继电器J1动作,红灯亮。
• 2)升压:按升压按钮Ky正,升压继电器J2动作
– 直流电动机带动调压变压器匀速升压,当试样被击穿瞬间,过电流继电器 J4 动作,J4-1常闭触头断开,切断J1、J2,红灯灭(高压断开),蓝灯灭 (电机停转)。
.34.
二、介电常数和介电损耗角正切试验
• 基本概念 – 在单位电场中,单位体积内积蓄的静电能量的大小表示为绝缘材料 的介电常数。
• 相对介电系数是表征绝缘材料在交流电场下介质极化程度的一个参数。 • 介电常数表示:
– 假设把绝缘材料作为电介质制成的电容器 – 用指定频率测定电容器的等效并联电容量与将电介质换成真空场合
n 优点
结果具有良好的重现性,结果准确直观。
.13.
n 实验装置
.14.
.15.
n 测试步骤
.16.
n 结果计算
.17.
n 测试影响因素 • 气体流速 • 氧气浓度控制 • 试样的尺寸 • 温度 • 增塑剂及填料
.18.
塑料电性能
• 什么叫塑料电性能?
– 电阻率、介电强度、相对介电常数,和介电损耗角正切等与电有关的 性能,统称为电性能。
.27.
• 测量试样的厚度
– 在电极面积下沿直径方向测三点,或在击穿部位附近测量其厚度;
• 试验环境:
– 常态,20±5℃,相对湿度65±5% 。 – 热态或潮湿环境,按产品标准规定调节。
• 试验媒质:
– 气体媒质一般采用空气,液体媒质用变压器油或能耐高温的气缸油。
• 试样表面需用绸布蘸上对材料无任何作用的溶剂擦净,装入仪器内两电 极之间,保持良好接触。
.22.
试验方法
• 短时法(连续均匀升压) – 施加于试样的电压从零开始,以均匀速率逐渐增加到材料发生介电 破坏。
• 低速升压法(逐级升压) – 将预测击穿电压值的一半作为起始电压,然后以均匀速率增加电压 直到发生击穿。 – 每级升压值大约为V击穿的5~10﹪。
• 在交变电场中,介电损耗而发热,会造成介电强度试验时所用电场的频 率不同,介电损耗也不同。 – 在交流电场中使用的材料,应在规定频率的交流电下进行。 – 在直流场合使用的材料,试验要在直流电下进行;
• 塑料的电性能的特点
– 塑料体积电阻率≥1016Ωcm; – 介电损耗角正切≤10-4, – 有较宽的介电常数。
• 塑料的应用
– 电机,需要选择介电强度高、介电损耗小的绝缘材料; – 电容器,必须用介电损耗小而介电常数尽量大的材料; – 仪表绝缘部件,要选用介电损耗小而电阻率高的材料; – 高频干燥,焊接、热处理等过程,需要介电损耗较大 – 消除去静电,材料要有较低的电阻率(109Ω cm以下)
热膨胀
流动性
熔体流动速率、凝胶点
耐寒性
低温脆化温度、软质塑料的硬化温度
.3.
u 维卡软化温度的测定
聚合物形变-温度曲线
.4.
在一定条件下(试样的升温速率,压针横截面积1mm2, 施加于压针的静负荷、试样尺寸等),压针头刺入试样1mm 时的温度,作为维卡软化点温度。
.5.
.6.
• 形状: 边长为10mm的正方形或者直径为
的几率高。 .21.
基本原理
• 热击穿的原理 – 塑料介质在电场中发生的热量大于它能散发的热量,使其内部温度不 断升高。 – 温度升高导致其电阻下降,流经试样电流增大,产生的热量更多,如 此循环不已,致使介质转变为另一种聚集态,失去了耐电压能力、材 料被破坏。
• 热击穿的外部表现: – 介电强度随温度升高而迅速下降; – 热击穿与电压作用的长短有关; – 与电场畸变及周围介质的电性能关系不大; – 击穿点多发生在电极内部。
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