一、主要適用范圍及功能

復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)在工頻電壓或直流電壓下?lián)舸姸群湍碗妷簳r間的測試。

二、軟件程序控制功能：

1．該設(shè)備試驗過程中可動態(tài)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(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改，靈活適用；

3．試驗條件及測試結(jié)果等數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的有效與否進(jìn)行人為選定。

6．試驗結(jié)果數(shù)據(jù)可導(dǎo)入EXECL。

三、設(shè)備安全保護功能：

1、設(shè)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(chǎn)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(shè)備做完直流試驗時,當(dāng)開啟試驗門時設(shè)備會自動報警,直至使用設(shè)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(dāng)直流試驗過程中突然斷電，可采用手動放電棒進(jìn)行放電，保證試驗人員的人身安全。

4、該試驗設(shè)備的電路設(shè)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(yōu)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(yōu)質(zhì)環(huán)氧板；
4、*軟件可連續(xù)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(shè)置電流保護功能；
7、*帶有主機控制區(qū)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(nèi)置排風(fēng)裝置；
10、*內(nèi)置照明功能；
11、*放電報警裝置；
12、*藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制；
13、*三色燈報警裝置（綠燈箱門關(guān)閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）；
14、*可實現(xiàn)觸摸屏或電腦雙重操作；
15、*可實現(xiàn)組合編程，梯度升壓的升壓和耐壓時間可分別單獨設(shè)置；
16、*U盤下載功能，可以將設(shè)備中的試驗記錄直接下載到U盤中。
五、復(fù)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(shè)備的主要配件，交直流的升壓】；
2、調(diào)壓器/1臺【調(diào)整電壓的穩(wěn)定性，連續(xù)性】；
3、控制系統(tǒng)/1套【試驗軟件】；
4、電壓采集裝置/1套【采集試驗產(chǎn)生的電壓】；
5、電流采集裝置/1套【采集試樣產(chǎn)生的電流】；
6、自動放電裝置/1套【直流試驗結(jié)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(zhuǎn)換器/1個【傳遞信號的電子元件】；
9、北京智德創(chuàng)新檢測儀器排風(fēng)裝置/1套(【排出試驗產(chǎn)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(tài)】；
11、清華同方商用臺式電腦【超揚A3500(G5905 8G 1T 五年質(zhì)保 內(nèi)置WIFI )21.5顯示器 1套 通過計算機控制儀器進(jìn)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(shù)據(jù)】；
13、加厚油槽/1只【試驗時將油和試樣放在里邊進(jìn)行試驗】；
14、φ25mm電極/2個【國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電極】；
15、Φ75mm電極/1個【國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電極】；
16、北京智德創(chuàng)新檢測儀器環(huán)氧板全封閉電極支架/1套【材質(zhì)：3240Aji環(huán)氧板，絕緣材料規(guī)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(jié)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(jié)束后接試樣】；
19、放電棒（備用）/1根【自動放電裝置出現(xiàn)故障，可手動放電】；

一、聚合物結(jié)構(gòu)與擊穿強度

1.1影響聚合物結(jié)構(gòu)的因素

      聚合物的結(jié)構(gòu)和聚合物結(jié)晶密不可分，只有在保證很長的分子鏈能夠排列進(jìn)入晶格的某些條件下，才能夠順利進(jìn)行。影響聚合物結(jié)晶，即影響聚合物結(jié)構(gòu)的因素主要有雜質(zhì)、大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、溫度和拉伸應(yīng)力等四個方面:

1)雜質(zhì)
      雜質(zhì)對聚合物結(jié)晶有兩種不同的影響:有些雜質(zhì)能加速結(jié)晶的過程而有些雜質(zhì)則阻礙結(jié)晶的進(jìn)行。前一類雜質(zhì)在聚合物結(jié)晶過程中往往起著結(jié)晶中心—晶核作用，稱為“成核劑"。另一些成核作用為化學(xué)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)來增加內(nèi)聚成核能力，加快結(jié)晶速度。

2)溫度
    結(jié)晶溫度不僅影響結(jié)晶速率，同時也影響結(jié)晶形態(tài)和球晶的大小。為保證高分子鏈端既不被“凍結(jié)"又不會運動過劇使之保持最宜活動性，從而利于結(jié)晶，溫度應(yīng)該在玻璃化溫度Tg與流動溫度Tt之間。當(dāng)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(nèi)所生成的晶核數(shù)目多，球晶長得較小。當(dāng)溫度很高時，成核速度慢，單位體積內(nèi)所生成的晶核數(shù)目少，球晶尺寸可以長得比較大;可以根據(jù)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(jié)晶度，通過退火增加結(jié)晶度，從而控制產(chǎn)品的性能。

3)拉伸應(yīng)力
    聚合物的結(jié)晶度隨應(yīng)力或應(yīng)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(jié)晶增加。

4)分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)
     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(guī)整性等對其結(jié)晶速度都有顯著的影響。總結(jié)下來有如下幾個方面:相對分子量越大，其結(jié)晶速度越慢，因此，為了得到同樣的結(jié)晶度，相對分子質(zhì)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(jié)構(gòu)和規(guī)整性越高的聚合物，結(jié)晶速度就越快，其中包括化學(xué)和幾何規(guī)整度。聚合物交聯(lián)度的增加會直徑較大的晶體，原因是交聯(lián)點間平均距離減小，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)限制了鏈段運動，進(jìn)而影響成核過程，使結(jié)晶時體系內(nèi)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(tài)下分子就有可能結(jié)合在一起，形成一種晶核的萌芽，因而結(jié)晶速度較快。
     總之，高分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)愈簡單、主鏈的對稱性及立體構(gòu)型規(guī)整性越強、主鏈上基團有一定極性以及主鏈上側(cè)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(jié)晶。

二、聚合物結(jié)構(gòu)對擊穿強度的影響
     聚合物的結(jié)構(gòu)與擊穿強度密切相關(guān)，因此影響聚合物結(jié)構(gòu)的因素也會影響其擊穿強度。由于聚合物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，難于用一個原理解釋不同類型的實驗結(jié)果。但是，大多數(shù)線性聚合物的擊穿場強與溫度之間存在某種相似的規(guī)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(qū):I, II, III區(qū)。I區(qū)表示類玻璃狀態(tài)，相應(yīng)的擊穿過程為電子雪崩擊穿。II區(qū)表示類塑料狀態(tài)，相應(yīng)的擊穿過程可分為(1)非晶電介質(zhì)的集體擊穿，(2)熱擊穿，(3)自由體積擊穿。III區(qū)表示塑性流動狀態(tài)，相應(yīng)的擊穿過程可分為(1)熱擊穿，(2)電一機械擊穿。

1)結(jié)晶
    結(jié)晶度越高則意味著晶區(qū)增加而無定型區(qū)減少，對于聚乙烯材料，由于電擊穿主要發(fā)生在聚合物的球晶邊界，即結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)較為松散。聚合物發(fā)生擊穿時，放電通道優(yōu)先向有較大松散結(jié)構(gòu)的、且有較大電子平均自由行程的球晶間的空間發(fā)展，同時冷卻速率與聚乙烯的結(jié)晶度成反比。因此慢速冷卻條件下形成小球晶且具有高結(jié)晶度，有利于提高聚合物的擊穿強度。聚合物絕緣中，雜質(zhì)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(shù)的聚乙烯試樣的直流擊穿場強后指出，當(dāng)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(jié)構(gòu)更復(fù)雜化，這又會提高聚合物的熔融粘度。上述結(jié)構(gòu)的變化促使交聯(lián)鏈數(shù)和與此相關(guān)的球晶結(jié)構(gòu)數(shù)目增多，從而球晶空間斂集密度增加。顯然，聚合物內(nèi)的缺陷，如微孔和微觀裂縫數(shù)也因此下降，從而透濕度下降。由于放電通道最容易且優(yōu)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(jié)構(gòu)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(lián)·
    若使鏈狀聚合物的分子間交聯(lián)，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(jù)在熔點附近出現(xiàn)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(chǎn)生影響。由于輻照使聚乙烯交聯(lián)，因而能夠改善由電一機械擊穿而引起的高溫區(qū)擊穿場強的下降。

4)極性基
    聚合物在低溫區(qū)有較高的擊穿強度，而在高溫區(qū)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(dāng)溫度高至聚合物塑性形變時，試驗發(fā)現(xiàn)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(dāng)聚合物鏈引入極性側(cè)基后，低溫區(qū)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(qū)與臨界溫度。但是，究竟出現(xiàn)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(qū)討論極性基的影響是有困難的。

5)內(nèi)部缺陷
    結(jié)構(gòu)無序是聚合物的特征之一。聚合物中存在結(jié)構(gòu)無序，如原子空位、填隙原子、雜質(zhì)原子與晶粒間界等。此外，結(jié)構(gòu)無序也可能由于自由體積及內(nèi)部應(yīng)力的存在、有意引入的附加劑等造成。結(jié)構(gòu)無序?qū)橘|(zhì)擊穿現(xiàn)象的影響是十分復(fù)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(nèi)聚能密度、分子運動、能隙等也會對擊穿產(chǎn)生很大的影響。一般來講內(nèi)聚能密度越大則擊穿強度越高(內(nèi)聚能密度是一個表征將靠近的分子結(jié)構(gòu)分開成無限遠(yuǎn)的分子所需要的能量的參數(shù))。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(tài)都有特定的分子運動，從而使擊穿強度發(fā)生變化。聚合物的能隙越大，擊穿強度越高。根據(jù)碰撞電離理論，導(dǎo)帶中電子可將能量轉(zhuǎn)移給價電子而在擊穿場強下產(chǎn)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(nèi)易于聚集空間電荷而引起材料內(nèi)部電場的嚴(yán)重畸變。當(dāng)畸變達(dá)到一定值時可能引發(fā)材料的樹枝化，最終導(dǎo)致材料的擊穿。絕緣介質(zhì)中的空間電荷問題經(jīng)成為電力電纜向高電場發(fā)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(zhì)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(huán)境下介質(zhì)運行的安全都有著十分重要的意義。
    Bradwell的研究表明直流預(yù)應(yīng)力和聚乙烯的脈沖擊穿強度有密切關(guān)系;  Ieda的實驗顯示電壓改變的速率、直流預(yù)壓時間和反極性電壓等因素會影響到電介質(zhì)的樹枝化擊穿[. Minoda的研究發(fā)現(xiàn)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(zhì)的擊穿不僅會發(fā)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(zhì)內(nèi)部電場的嚴(yán)重畸變，也可能發(fā)生在外加電場撤去或電場極性反轉(zhuǎn)瞬間，而且擊穿往往發(fā)生在靠近電極附近。如直流絕緣在穩(wěn)定電壓下往往具有很高的耐壓強度，但在發(fā)生短路事故時卻發(fā)生擊穿現(xiàn)象的原因。這是由于聚合物中電荷注入的深度有1}10}m，當(dāng)外加電場撤去或極性反轉(zhuǎn)時靠近電極附近介質(zhì)中的電場強度遠(yuǎn)高于預(yù)壓期間的平均電場強度，從而局部區(qū)域形成很高的反向電場而導(dǎo)致試樣擊穿。
    有實驗表明負(fù)極性直流預(yù)壓短路樹枝起始電壓要比正極性預(yù)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(nèi)在的聯(lián)系。歸納起來，在空間電荷對電介質(zhì)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(dǎo)致聚合物樹枝化、老化和擊穿的主要原因。影響電介質(zhì)中空間電荷分布的因素也會間接地影響電介質(zhì)的擊穿。空間電荷的分布受如此多的因素影響會給準(zhǔn)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(nèi)外學(xué)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(dǎo)和添加某種添加劑方面。代表性的有日本學(xué)者Terashima在聚乙烯中加入一定量的極性導(dǎo)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(jié)晶形態(tài)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(dǎo)、直流預(yù)壓短路擊穿強度和直流擊穿強度;韓國學(xué)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(shù)在聚合物納米復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用己取得了很多的研究成果。具有一定的指導(dǎo)意義的有:美國學(xué)者提出的界面特異性及日本學(xué)者提出的多殼模型。