非金属材料表面电阻测试影响的因素研究

何文龙

（安徽煤矿安全监察局安全技术中心，安徽 合肥 230088）

由于非金属材料具有耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀的特性，从而在近代工业领域中的用途不断扩大。但是，如果在某些防静电的危险场所使用了表面电阻不合格的非金属产品，可能会造成静电积聚，甚至会造成火灾或爆炸事故，给安全生产带来很大的隐患。

表面电阻又称表面比电阻，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数，它代表每平方面积电介质表面对正方形的相对二边间表面泄漏电流所产生的电阻，单位是欧姆（Ω）。

1 试验准备

1.1 试验仪器设备及辅料

LHP-160E智能恒温恒湿培养箱，（0～60）℃，（50～95）%RH；ZC-90G高绝缘电阻测量仪，表面电阻测试仪的测量范围为105～2×1017，直流电源电压 50～500V，准确度为1级；用黄铜圆柱及同心圆环各一个作接触电极，其中同心圆环内直径为125mm，外直径为150mm，高度为22mm，质量为900g，内电极为直径25mm，高32mm，质量为115g的圆柱体，两电极的基面应磨平抛光；DDG-A高效电接触导电膏；聚四氟乙烯绝缘板。

1.2 样品制备及处理

从织物整芯阻燃输送带上截取1块尺寸为300mm×300mm的试件，试件应平滑，无裂纹、气泡和机械杂质等缺陷。用蘸有蒸馏水的干净棉布清洗试件以后，用洁净的干布将试件擦干，放置在干燥处24h以上。试验前，将试件放置在温度为23±2℃，相对湿度为(65±5)%RH的环境中至少2h。

2 表面电阻测试试验

2.1 试验方案

测量非金属材料表面电阻的原理是，将非金属材料置于聚四氟乙烯绝缘板上，在非金属表面两个区域间施加一个电位差（直流电压），测定沿试件表面的电流泄漏量来确定其相应的电阻。本文主要是考察不同条件下非金属材料表面电阻的变化规律，以期发现干扰非金属材料表面电阻检测的主要影响因素，从而进行有效控制，达到更为准确地对非金属材料表面电阻进行测量的目的。

为减少测试结果的误差 ,保证所测数据的准确程度,每种情况在试件表面测出5组数据,求其平均值。

2.1.1 接触电极基面未涂导电膏

（1）控制智能恒温培养箱内的湿度为65%RH，温度由低至高分别设置为5℃、10℃、15℃、21℃、23℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，测量不同温度条件下试件的表面电阻。

（2）控制智能恒温培养箱内的温度为23℃，湿度由低至高分别设置为55%RH、60%RH、65%RH、70%RH、75%RH、80%RH、85%RH，测量不同湿度条件下试件的表面电阻。

（3）在温度为23℃，湿度为65%RH的环境条件下，分别使用10V、50V、100V、500V的测试电压测试量件的表面电阻。

2.1.2 在接触电极基面增涂导电膏

试验方法步骤同2.1.1。

2.2 试验结果

2.2.1 接触电极基面未涂导电膏试验结果分析

（1）温度变化对试件表面电阻的影响

保持智能恒温恒湿培养箱内的湿度在65%RH，调节其箱内温度，试件表面电阻随温度的变化如图1所示。

图1 温度变化对表面电阻的影响

由图1可以看出，在湿度一定的条件下，试件的表面电阻呈现出随着温度的升高而逐渐减小的趋势。这说明，随着温度的升高，试件表面分子的运动速率加快，介质材料电导电流会相应增加，从而使得试件的表面电阻逐渐降低。在21℃、23℃、25℃三点测得的表面电阻分别为1.37×109Ω、1.35×109Ω、1.35×109Ω，表面电阻较接近。

（2）湿度变化对试件表面电阻的影响

保持智能恒温恒湿培养箱内的温度在23℃，调节其箱内湿度，试件表面电阻随湿度的变化如图2所示。

图2 湿度变化对表面电阻的影响

由图2可以看出，在温度一定的情况下，试件表面的电阻随着湿度的增加而呈现出逐渐减小的趋势。随着湿度的不断增大，试件表面泄漏也不断增大，导体电导电流也会增加，使得试件的表面电阻逐渐减小。在60%RH、65%RH、70%RH三个点所测得的表面电阻分别为1.40×109Ω、1.37×109Ω、1.31×109Ω，三者较为接近，表面电阻在此阶段没有表现出较大的波动。

此次试验是人为恶化了试件所处的环境。通过试验可以看出非金属材料在温度为23±2℃，湿度为(65±5)%RH的环境中的表面电阻也表现出了相对的稳定性。规范要求，进行非金属材料表面电阻的检测，要保持上述环境条件。为了达到这一条件，有条件的应该建立恒温恒湿实验室，条件不具备的，应在实验室内加装恒温恒湿空调。同时，为了减少人为因素的干扰，试验人员在试验过程中要集中注意力，试验过程不要说话，更不要对着试件进行呼气，以免使试样表面受潮。

（3）测试电压对试件表面电阻测试的影响

保持环境温湿度不变，改变测试电压,分别测出不同电压条件下试件的表面电阻，如图3所示。

由图3可以看出，电压为10V和50V两点所测的表面电阻分别为2.16×109Ω和1.37×109Ω，两者差别较大，50V和100V两点所测的表面电阻分别为 1.37×109Ω 和 1.35×109Ω，两者基本相等，100V和500V两点所测的表面电阻分别为1.35×109Ω和1.12×109Ω，两者也表现出了一定的差异。这说明在一定温度和湿度条件下 ,所测的非金属材料的表面电阻随测试电压的增加而减小 ,而且是非线性的。在正常环境条件下，在较低的电压范围内，电导电流随外加测试电压的增加而线性增加，材料的电阻保持不变。超过一定电压后，由于介质材料离子化运动加剧，电导电流的增加远比测试电压增加的快，材料呈现的电阻迅速降低。

由此可见，外加测试电压越高，试件的表面电阻越低，以致在不同电压下测试得到的试件表面电阻可能有一定的差别。因此，要保证试验过程电能消耗不大于1W为前提，选择合理的测试电压进行测试。

图3 不同测试电压下的表面电阻

2.2.2 接触电极基面增涂导电膏试验结果分析

图4 增涂导电膏前后表面电阻随温度变化

（1）增涂导电膏前后表面电阻随温度变化如图4所示。由图4可以看出，在接触电极基面增涂导电膏后，在温度相对较低的条件下，表现出了和未增涂导电膏情况的明显区别。原因为由于制造工艺，在试件表面产生了一些凸凹，直接将接触电极置于试件表面时，接触电极的基面不能同试件表面充分接触，增加了试件表面与接触电极间的电阻，从而影响对非金属材料表面电阻的测试结果。在低温段，导电膏填补了接触电极基面与试件表面的间隙，增加了两者接触面积，使得测试的表面电阻值有所减小。随着温度的不断升高，试件由于受温度的影响，材质变软，使得接触电极基面与试件表面的接触较为紧密，因此两种情况下所测得的表面电阻区别不大。由此可以看出，试件表面的状态也是影响试验结果的一个重要因素，接触电极基面与试件表面的接触面积对试验的结果也产生较大的影响。因此，在试验前一定要清理试件表面，确保试件表面清洁，减少接触电阻。同时，还要在试验开始前将待测试件置于与试验相同的环境中进行处置。在实验过程中，要确保接触电极与试件表面的充分接触。

图5 增涂导电膏后表面电阻随湿度的变化

（2）增涂导电膏前后表面电阻随湿度变化如图5所示。由图5可以看出，在温度不变，仅增加相对湿度的情况下，增涂导电膏前后试件的表面电阻无明显变化。

图6 增涂导电膏前后表面电阻随测试电压变化

（3）增涂导电膏前后表面电阻随测试电压变化如图6所示。由图6可以看出，保持温湿度不变，在同样的测试电压等级条件下，增涂导电膏前后，非金属材料表面电阻的测试结果几乎没有变化。

3 结论

由本次试验结果可以看出，非金属材料表面电阻测试值的大小，除决定于非金属材料电介质的结构和组成外，温、湿度、测试电压、接触面积等因素对其均有一定影响。因此，对非金属材料表面电阻进行测试时，要按规范要求保持恒温恒湿环境，对试样进行预处理，并选择合适的测试电压等级。同时，必须要按规范进行测试操作，这样测试结果才能更为准确地反映非金属材料表面电阻的真实情况。