何文龍

（安徽煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心，安徽 合肥 230088）

由于非金屬材料具有耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕的特性，從而在近代工業(yè)領(lǐng)域中的用途不斷擴(kuò)大。但是，如果在某些防靜電的危險(xiǎn)場(chǎng)所使用了表面電阻不合格的非金屬產(chǎn)品，可能會(huì)造成靜電積聚，甚至?xí)斐苫馂?zāi)或爆炸事故，給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的隱患。

表面電阻又稱(chēng)表面比電阻，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要參數(shù)，它代表每平方面積電介質(zhì)表面對(duì)正方形的相對(duì)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(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)儀器設(shè)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(cè)量?jī)x，表面電阻測(cè)試儀的測(cè)量范圍為105～2×1017，直流電源電壓 50～500V，準(zhǔn)確度為1級(jí)；用黃銅圓柱及同心圓環(huán)各一個(gè)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(yīng)磨平拋光；DDG-A高效電接觸導(dǎo)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(yīng)平滑，無(wú)裂紋、氣泡和機(jī)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(yàn)前，將試件放置在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為(65±5)%RH的環(huán)境中至少2h。

2 表面電阻測(cè)試試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

測(cè)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(gè)區(qū)域間施加一個(gè)電位差（直流電壓），測(cè)定沿試件表面的電流泄漏量來(lái)確定其相應(yīng)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(cè)的主要影響因素，從而進(jìn)行有效控制，達(dá)到更為準(zhǔn)確地對(duì)非金屬材料表面電阻進(jìn)行測(cè)量的目的。

為減少測(cè)試結(jié)果的誤差 ,保證所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度,每種情況在試件表面測(cè)出5組數(shù)據(jù),求其平均值。

2.1.1 接觸電極基面未涂導(dǎo)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(shè)置為5℃、10℃、15℃、21℃、23℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，測(cè)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(shè)置為55%RH、60%RH、65%RH、70%RH、75%RH、80%RH、85%RH，測(cè)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(cè)試電壓測(cè)試量件的表面電阻。

2.1.2 在接觸電極基面增涂導(dǎo)電膏

試驗(yàn)方法步驟同2.1.1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 接觸電極基面未涂導(dǎo)電膏試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）溫度變化對(duì)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(duì)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(shì)。這說(shuō)明，隨著溫度的升高，試件表面分子的運(yùn)動(dòng)速率加快，介質(zhì)材料電導(dǎo)電流會(huì)相應(yīng)增加，從而使得試件的表面電阻逐漸降低。在21℃、23℃、25℃三點(diǎn)測(cè)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(duì)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(duì)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(shì)。隨著濕度的不斷增大，試件表面泄漏也不斷增大，導(dǎo)體電導(dǎo)電流也會(huì)增加，使得試件的表面電阻逐漸減小。在60%RH、65%RH、70%RH三個(gè)點(diǎn)所測(cè)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(méi)有表現(xiàn)出較大的波動(dòng)。

此次試驗(yàn)是人為惡化了試件所處的環(huán)境。通過(guò)試驗(yàn)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(duì)的穩(wěn)定性。規(guī)范要求，進(jìn)行非金屬材料表面電阻的檢測(cè)，要保持上述環(huán)境條件。為了達(dá)到這一條件，有條件的應(yīng)該建立恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，條件不具備的，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加裝恒溫恒濕空調(diào)。同時(shí)，為了減少人為因素的干擾，試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過(guò)程中要集中注意力，試驗(yàn)過(guò)程不要說(shuō)話，更不要對(duì)著試件進(jìn)行呼氣，以免使試樣表面受潮。

（3）測(cè)試電壓對(duì)試件表面電阻測(cè)試的影響

保持環(huán)境溫濕度不變，改變測(cè)試電壓,分別測(cè)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(diǎn)所測(cè)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(diǎn)所測(cè)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(diǎn)所測(cè)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(shuō)明在一定溫度和濕度條件下 ,所測(cè)的非金屬材料的表面電阻隨測(cè)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(dǎo)電流隨外加測(cè)試電壓的增加而線性增加，材料的電阻保持不變。超過(guò)一定電壓后，由于介質(zhì)材料離子化運(yùn)動(dòng)加劇，電導(dǎo)電流的增加遠(yuǎn)比測(cè)試電壓增加的快，材料呈現(xiàn)的電阻迅速降低。

由此可見(jiàn)，外加測(cè)試電壓越高，試件的表面電阻越低，以致在不同電壓下測(cè)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(yàn)過(guò)程電能消耗不大于1W為前提，選擇合理的測(cè)試電壓進(jìn)行測(cè)試。

圖3 不同測(cè)試電壓下的表面電阻

2.2.2 接觸電極基面增涂導(dǎo)電膏試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4 增涂導(dǎo)電膏前后表面電阻隨溫度變化

（1）增涂導(dǎo)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(dǎo)電膏后，在溫度相對(duì)較低的條件下，表現(xiàn)出了和未增涂導(dǎo)電膏情況的明顯區(qū)別。原因?yàn)橛捎谥圃旃に?，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(shí)，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(duì)非金屬材料表面電阻的測(cè)試結(jié)果。在低溫段，導(dǎo)電膏填補(bǔ)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(cè)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(cè)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(yàn)結(jié)果的一個(gè)重要因素，接觸電極基面與試件表面的接觸面積對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果也產(chǎn)生較大的影響。因此，在試驗(yàn)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(shí)，還要在試驗(yàn)開(kāi)始前將待測(cè)試件置于與試驗(yàn)相同的環(huán)境中進(jìn)行處置。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要確保接觸電極與試件表面的充分接觸。

圖5 增涂導(dǎo)電膏后表面電阻隨濕度的變化

（2）增涂導(dǎo)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(duì)濕度的情況下，增涂導(dǎo)電膏前后試件的表面電阻無(wú)明顯變化。

圖6 增涂導(dǎo)電膏前后表面電阻隨測(cè)試電壓變化

（3）增涂導(dǎo)電膏前后表面電阻隨測(cè)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(cè)試電壓等級(jí)條件下，增涂導(dǎo)電膏前后，非金屬材料表面電阻的測(cè)試結(jié)果幾乎沒(méi)有變化。

3 結(jié)論

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