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，給安全生產帶來很大的隱患。

表面電阻又稱表面比電阻，是表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要參數，它代表每平方面積電介質表面對正方形的相對二邊間表面泄漏電流所產生的電阻，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各一個作接觸電極，其中同心圓環內直徑為125mm，外直徑為150mm，高度為22mm，質量為900g，內電極為直徑25mm，高32mm，質量為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律，以期發現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 ,保證所測數據的準確程度,每種情況在試件表面測出5組數據,求其平均值。

2.1.1 接觸電極基面未涂導電膏

（1）控制智能恒溫培養箱內的濕度為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）控制智能恒溫培養箱內的溫度為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箱內的濕度在65%RH，調節其箱內溫度，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箱內的溫度在23℃，調節其箱內濕度，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出較大的波動。

此次試驗是人為惡化了試件所處的環境。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的環境中的表面電阻也表現出了相對的穩定性。規范要求，進行非金屬材料表面電阻的檢測，要保持上述環境條件。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，應在實驗室內加裝恒溫恒濕空調。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。在正常環境條件下，在較低的電壓范圍內，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，表現出了和未增涂導電膏情況的明顯區別。原因為由于制造工藝，在試件表面產生了一些凸凹，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別不大。由此可以看出，試件表面的狀態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，要按規范要求保持恒溫恒濕環境，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。