目錄:北京智德創新儀器設備有限公司>>電壓擊穿試驗儀>>擊穿電壓試驗儀>> 復合材料擊穿電壓/耐電壓/電氣強度測定儀
一、主要適用范圍及功能
復合材料擊穿電壓/耐電壓/電氣強度測定儀符合GB/T1695-2005硫化橡膠工頻電壓擊穿強度和耐電壓強度試驗GB/T 1408-2006 絕緣材料電氣強度試驗方法 GB/T3333 電覽紙工頻電壓擊穿試驗方法 HG/T 3330絕緣漆漆膜擊穿強度測定法 GB12656 電容器紙工頻電壓擊穿試驗方法及ASTM D149 標準要求.主要適用于固體絕緣材料如：塑料、薄膜、樹脂、云母、陶瓷、玻璃、絕緣漆等介質在工頻電壓或直流電壓下擊穿強度和耐電壓時間的測試。
二、軟件程序控制功能：
1．該設備試驗過程中可動態繪制出試驗曲線，試驗的曲線可以多種顏色疊加對比。
2．可對試驗數據進行編輯修改，靈活適用；
3．試驗條件及測試結果等數據可自動存儲；
4．試驗報告格式靈活可變，適用于不同用戶的不同要求。
5．可對一組試驗中曲線數據的有效與否進行人為選定。
6．試驗結果數據可導入EXECL。
三、設備安全保護功能：
1、設備要安裝單獨的保護地線，主要是減少試樣擊穿時對周圍產生的較強的電磁干擾。也可避免控制計算機失控。
2、直流試驗放電報警功能:在設備做完直流試驗時,當開啟試驗門時設備會自動報警,直至使用設備上的放電裝置放電后報警會自動取消.(注：因為直流試驗后不放電會危險到人身安全,不能直接拿取電極,起到提醒使用人員放電以免造成人身傷害)。
3、增配試驗手動放電裝置，隨主機為一體化，當直流試驗過程中突然斷電，可采用手動放電棒進行放電，保證試驗人員的人身安全。
4、該試驗設備的電路設有多項保護措施，主要有：過流保護、失壓保護、漏電保護、短路保護、直流試驗放電保護等。
四、優勢
1、*自動放電；
2、*交流電壓、直流電壓測試誤差1%；
3、*電極支架采用優質環氧板；
4、*軟件可連續做10組試驗對比；
5、*試驗曲線不同顏色，可疊加對比；
6、*軟件可設置電流保護功能；
7、*帶有主機控制區域，不通過電腦可單獨控制主機；
8、*主機帶有電壓、電流顯示功能；
9、*內置排風裝置；
10、*內置照明功能；
11、*放電報警裝置；
12、*藍牙遠程控制；
13、*三色燈報警裝置（綠燈箱門關閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）；
14、*可實現觸摸屏或電腦雙重操作；
15、*可實現組合編程，梯度升壓的升壓和耐壓時間可分別單獨設置；
16、*U盤下載功能，可以將設備中的試驗記錄直接下載到U盤中。
五、復合材料擊穿電壓/耐電壓/電氣強度測定儀配置要求：
1、高壓變壓器/1臺【設備的主要配件，交直流的升壓】；
2、調壓器/1臺【調整電壓的穩定性，連續性】；
3、控制系統/1套【試驗軟件】；
4、電壓采集裝置/1套【采集試驗產生的電壓】；
5、電流采集裝置/1套【采集試樣產生的電流】；
6、自動放電裝置/1套【直流試驗結束后自動放電】；
7、放電報警器/1個【放電后報警表示放電完畢】；
8、A/D轉換器/1個【傳遞信號的電子元件】；
9、北京智德創新檢測儀器排風裝置/1套(【排出試驗產生的氣味】；
10、照明裝置/1套【在封閉的試驗空間照明功能。觀察試驗動態】；
11、清華同方商用臺式電腦【超揚A3500(G5905 8G 1T 五年質保 內置WIFI )21.5顯示器 1套 通過計算機控制儀器進行試驗】；
12、惠普1112噴墨打印機/1臺惠普1112噴墨打印機【打印試驗數據】；
13、加厚油槽/1只【試驗時將油和試樣放在里邊進行試驗】；
14、φ25mm電極/2個【國標標準電極】；
15、Φ75mm電極/1個【國標標準電極】；
16、北京智德創新檢測儀器環氧板全封閉電極支架/1套【材質：3240Aji環氧板，絕緣材料規格φ140*10140*60*10螺桿Φ15*80螺桿φ15*118)支架由以下組成】；
17、鑷子夾試樣1個【長約14CM不銹鋼鑷子】；
18、鋼盤，在油中試驗結束后接試樣/1個【長約40cm寬約30cm長方形不銹鋼盤，在油中試驗結束后接試樣】；
19、放電棒（備用）/1根【自動放電裝置出現故障，可手動放電】；
一、聚合物結構與擊穿強度
1.1影響聚合物結構的因素
聚合物的結構和聚合物結晶密不可分，只有在保證很長的分子鏈能夠排列進入晶格的某些條件下，才能夠順利進行。影響聚合物結晶，即影響聚合物結構的因素主要有雜質、大分子鏈的化學結構、溫度和拉伸應力等四個方面:
1)雜質
雜質對聚合物結晶有兩種不同的影響:有些雜質能加速結晶的過程而有些雜質則阻礙結晶的進行。前一類雜質在聚合物結晶過程中往往起著結晶中心—晶核作用，稱為“成核劑"。另一些成核作用為化學成核，其成核效率較高。它們是一些有機酸或有機鹽通過與聚合物發生化學反應來增加內聚成核能力，加快結晶速度。
2)溫度
結晶溫度不僅影響結晶速率，同時也影響結晶形態和球晶的大小。為保證高分子鏈端既不被“凍結"又不會運動過劇使之保持最宜活動性，從而利于結晶，溫度應該在玻璃化溫度Tg與流動溫度Tt之間。當溫度很低且接近玻璃化溫度時，由于成核速度快，單位體積內所生成的晶核數目多，球晶長得較小。當溫度很高時，成核速度慢，單位體積內所生成的晶核數目少，球晶尺寸可以長得比較大;可以根據這些特點用控制冷卻速度的辦法來控制球晶的大小;另外也可通過淬火降低結晶度，通過退火增加結晶度，從而控制產品的性能。
3)拉伸應力
聚合物的結晶度隨應力或應變的增大而提高。拉伸能使高分子鏈取向、排列較緊密且增大鏈間作用力，故使結晶增加。
4)分子鏈的化學結構
大量實驗證明，聚合物相對分子量的大小、支化程度以及立體規整性等對其結晶速度都有顯著的影響?？偨Y下來有如下幾個方面:相對分子量越大，其結晶速度越慢，因此，為了得到同樣的結晶度，相對分子質量高的聚合物比相對分子量低的需要更長的熱處理時間。分子結構和規整性越高的聚合物，結晶速度就越快，其中包括化學和幾何規整度。聚合物交聯度的增加會直徑較大的晶體，原因是交聯點間平均距離減小，網狀結構限制了鏈段運動，進而影響成核過程，使結晶時體系內缺乏足夠的晶核。含有極性集團的聚合物，特別是易于生成氫鍵的聚合物，由于分子間相互作用很強，在熔融狀態下分子就有可能結合在一起，形成一種晶核的萌芽，因而結晶速度較快。
總之，高分子鏈的化學結構愈簡單、主鏈的對稱性及立體構型規整性越強、主鏈上基團有一定極性以及主鏈上側基團的空間位阻愈小，能增大鏈間作用力或形成氫鍵的都有利于結晶。
二、聚合物結構對擊穿強度的影響
聚合物的結構與擊穿強度密切相關，因此影響聚合物結構的因素也會影響其擊穿強度。由于聚合物結構的復雜性，難于用一個原理解釋不同類型的實驗結果。但是，大多數線性聚合物的擊穿場強與溫度之間存在某種相似的規律，如圖1-14所示。一般的線性聚合物按溫度范圍分成三個區:I, II, III區。I區表示類玻璃狀態，相應的擊穿過程為電子雪崩擊穿。II區表示類塑料狀態，相應的擊穿過程可分為(1)非晶電介質的集體擊穿，(2)熱擊穿，(3)自由體積擊穿。III區表示塑性流動狀態，相應的擊穿過程可分為(1)熱擊穿，(2)電一機械擊穿。
1)結晶
結晶度越高則意味著晶區增加而無定型區減少，對于聚乙烯材料，由于電擊穿主要發生在聚合物的球晶邊界，即結晶度越高則其擊穿強度越高。另外，退火方式也會影響聚合物的結晶程度和擊穿強度，快速冷卻形成大球晶，慢速冷卻形成小球晶。一般來講，球晶尺寸越大，擊穿強度越低。這是由于大球晶下，分子結構較為松散。聚合物發生擊穿時，放電通道優先向有較大松散結構的、且有較大電子平均自由行程的球晶間的空間發展，同時冷卻速率與聚乙烯的結晶度成反比。因此慢速冷卻條件下形成小球晶且具有高結晶度，有利于提高聚合物的擊穿強度。聚合物絕緣中，雜質易于集聚在球晶邊界上，邊界的擊穿強度較低，因此擊穿通道總是沿著球晶邊界貫穿試樣。
2)分子量及其分布
Fava在測定不同熔融指數的聚乙烯試樣的直流擊穿場強后指出，當溫度為一196800C時，擊穿強度隨分子量的增加而增加。這是由于分子量增加時，除聚合物主鏈增長外，它的分支度也增加。且大分子的長度增加會使它的結構更復雜化，這又會提高聚合物的熔融粘度。上述結構的變化促使交聯鏈數和與此相關的球晶結構數目增多，從而球晶空間斂集密度增加。顯然，聚合物內的缺陷，如微孔和微觀裂縫數也因此下降，從而透濕度下降。由于放電通道最容易且優先在球晶間空間形成，因此，聚乙烯分子量增加，其擊穿強度增加。剛鏈聚合物如醋酸纖維與柔鏈聚合物不同，分子量增加時，由于聚合物鏈的剛性增加，結構單元的斂集密度下降，透濕度增加擊穿強度反而下降。
3)交聯·
若使鏈狀聚合物的分子間交聯，通常擊穿強度上升，特別是隨著熔點的上升，擊穿強度增加。根據在熔點附近出現了聚合物可塑性流動，可說明這是電一機械擊穿。輻照劑量也會對聚乙烯擊穿強度產生影響。由于輻照使聚乙烯交聯，因而能夠改善由電一機械擊穿而引起的高溫區擊穿場強的下降。
4)極性基
聚合物在低溫區有較高的擊穿強度，而在高溫區有較低的擊穿強度;在高、低溫中間存在明顯的臨界溫度Tc(見圖1-14)。當溫度高至聚合物塑性形變時，試驗發現許多聚合物擊穿場強的溫度曲線與楊氏模量的溫度曲線是一致的。所以引起聚合物擊穿的重要原因是彈性模量在高溫時迅速下降。另外，當聚合物鏈引入極性側基后，低溫區由于極性基的存在，電子受到附加散射使自由程變短，從而擊穿強度增加，此時不能清楚劃分低溫區與臨界溫度。但是，究竟出現那一種擊穿過程，還受加壓方式，聚合物種類等因素的影響。因此在在高溫區討論極性基的影響是有困難的。
5)內部缺陷
結構無序是聚合物的特征之一。聚合物中存在結構無序，如原子空位、填隙原子、雜質原子與晶粒間界等。此外，結構無序也可能由于自由體積及內部應力的存在、有意引入的附加劑等造成。結構無序對介質擊穿現象的影響是十分復雜的，它們隨溫度、附加電壓的變化而變化。
6)其它影響因素
聚合物中的內聚能密度、分子運動、能隙等也會對擊穿產生很大的影響。一般來講內聚能密度越大則擊穿強度越高(內聚能密度是一個表征將靠近的分子結構分開成無限遠的分子所需要的能量的參數)。聚合物的分子運動隨著溫度而改變即隨著溫度的上升不斷顯出類玻璃、類橡膠及塑性流動特性。每一種狀態都有特定的分子運動，從而使擊穿強度發生變化。聚合物的能隙越大，擊穿強度越高。根據碰撞電離理論，導帶中電子可將能量轉移給價電子而在擊穿場強下產生電子雪崩。
三、空間電荷對聚合物擊穿強度的影響
在直流電場作用下，聚合物材料體內易于聚集空間電荷而引起材料內部電場的嚴重畸變。當畸變達到一定值時可能引發材料的樹枝化，最終導致材料的擊穿。絕緣介質中的空間電荷問題經成為電力電纜向高電場發展的一個重要的制約因素。研究和表征空間電荷對于電介質的破壞機理，對于高壓電力電纜的影響、對工作在帶電粒子環境下介質運行的安全都有著十分重要的意義。
Bradwell的研究表明直流預應力和聚乙烯的脈沖擊穿強度有密切關系; Ieda的實驗顯示電壓改變的速率、直流預壓時間和反極性電壓等因素會影響到電介質的樹枝化擊穿[. Minoda的研究發現乙丙橡膠EPR在低溫時的短路樹枝起始電壓高于室溫的o Katsuta[81]研究了電壓波形對乙丙橡膠擊穿強度的影響。
電介質的擊穿不僅會發生在外加的高電場強度或是由于空間電荷注入(同級性空間電荷)引起的介質內部電場的嚴重畸變，也可能發生在外加電場撤去或電場極性反轉瞬間，而且擊穿往往發生在靠近電極附近。如直流絕緣在穩定電壓下往往具有很高的耐壓強度，但在發生短路事故時卻發生擊穿現象的原因。這是由于聚合物中電荷注入的深度有1}10}m，當外加電場撤去或極性反轉時靠近電極附近介質中的電場強度遠高于預壓期間的平均電場強度，從而局部區域形成很高的反向電場而導致試樣擊穿。
有實驗表明負極性直流預壓短路樹枝起始電壓要比正極性預壓要低一些[[sz]。低劑量的電子束轟擊絕緣體的擊穿實驗表明破壞是由于電荷的脫陷過程，而不是源于電子的轟擊;擊穿與機械斷裂之間也存在著某種內在的聯系。歸納起來，在空間電荷對電介質破壞機理方面的研究主要有三個理論電荷的注入和抽出，光降解理論和熱電子理論。分別描述如下(表1-7):
有研究表明空間電荷脫陷時的電能和機械能的釋放是導致聚合物樹枝化、老化和擊穿的主要原因。影響電介質中空間電荷分布的因素也會間接地影響電介質的擊穿?？臻g電荷的分布受如此多的因素影響會給準確表征空間電荷帶來一定的困難，但同時也提供了改善聚合物絕緣強度更多可能性。
四、添加劑對聚合物擊穿強度的影響
目前國內外學者提出了許多理論并做了大量的研究工作。主要集中在增加電導和添加某種添加劑方面。代表性的有日本學者Terashima在聚乙烯中加入一定量的極性導電無機填料研制了高壓(250kV)直流電纜。另外，黨智敏博士[has]將三梨糖醇成核劑加入到聚乙烯中通過改變聚乙烯的結晶形態提高了耐水樹性能;Khalil及李明將1%的欽酸鋇添加到聚乙烯中可提高聚乙烯的電導、直流預壓短路擊穿強度和直流擊穿強度;韓國學者Suh將聚乙烯與丙烯酸單體接枝有效抑制了水樹生長和提高了交流擊穿強度;尹毅博士通過將1%氯化聚乙烯加入到聚乙烯中，有效改善了空間電荷并使其體積電阻率提高。
納米技術在聚合物納米復合材料領域的應用己取得了很多的研究成果。具有一定的指導意義的有:美國學者提出的界面特異性及日本學者提出的多殼模型。
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