電器用橡膠對六氟化硫滲透性能的驗證方法

　　摘要：電器產(chǎn)品中六氟化硫氣體作為溫室氣體之一，大量的排放易造成大氣污染，危及電氣設(shè)備的正常運行和人們身體健康。因此，需采用有效方法監(jiān)測電器產(chǎn)品所使用材料對六氟化硫氣體的阻隔性能，例如氣體滲透系數(shù)及透過量。本文利用濟南蘭光機電技術(shù)有限公司自主研發(fā)的VAC-V2壓差法氣體滲透儀對某品牌橡膠材料樣品進(jìn)行阻隔性檢測，并詳述了試驗原理、檢測過程，從而為企業(yè)監(jiān)控產(chǎn)品對有害氣體的密閉性能提供具有價值的參考。

　　關(guān)鍵詞：高壓電器、高壓開關(guān)、絕緣材料、橡膠、溫室氣體、六氟化硫氣體、阻隔性、密閉性、滲透性、滲透系數(shù)、透過量、壓差法氣體滲透儀

1、意義

　　六氟化硫(SF6)氣體是目前發(fā)現(xiàn)的六種溫室氣體之一，其對溫室效應(yīng)的影響為二氧化碳的25000倍，且在大氣中的壽命約有3400年?，F(xiàn)在全球每年生產(chǎn)的六氟化硫氣體中，約有一半以上用于電力工業(yè)，特別是高壓電器制造行業(yè)中高壓開關(guān)設(shè)備約占用氣量的80%以上。而使用及管理不當(dāng)或沒有按正確的方法對其進(jìn)行回收、再生處理，導(dǎo)致六氟化硫氣體及其在高溫電弧作用下或與設(shè)備內(nèi)水分、絕緣材料產(chǎn)生的有毒分解物排放到大氣中，給人類賴以生存的環(huán)境帶來污染和破壞，同時危及電器設(shè)備的正常運行和人們身體健康。

　　因此，如何控制電器內(nèi)橡膠等絕緣材料對內(nèi)部六氟化硫的封閉效果，是諸多電器制造行業(yè)至為關(guān)心的問題。內(nèi)部橡膠材料對六氟化硫的阻隔性好壞是表征其對內(nèi)部溫室氣體密封效果的至為關(guān)鍵的性能指標(biāo)，橡膠對六氟化硫氣體滲透率低（即透過量低）則說明阻隔性高，反之亦然。本文采用Labthink蘭光自主研發(fā)的VAC-V2壓差法氣體滲透儀對某電器用橡膠片材進(jìn)行六氟化硫氣體透過量測試，通過詳述測試原理、步驟及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為電力制造相關(guān)行業(yè)提供參考。

圖1  電力絕緣橡膠材料

2、參考標(biāo)準(zhǔn)

　　本試驗采用壓差法原理進(jìn)行六氟化硫氣體滲透性能測試，即利用壓差法測試儀將試樣置于高、低壓腔之間，對低壓腔抽真空，向高壓腔充入一定壓力的六氟化硫氣體，通過測試低壓腔內(nèi)壓力的變化，得到試樣的六氟化硫氣體滲透系數(shù)及透過量，此方法測試量程較寬，適合高阻隔材料低氣體透過率的檢測。

　　目前，國內(nèi)壓差法測試六氟化硫氣體透過率（23℃標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境）試驗可參考GB 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法壓差法》此項國家標(biāo)準(zhǔn)。

3、試驗樣品

　　某廠家生產(chǎn)的絕緣橡膠片材（厚度2.2 cm）。

4、試驗設(shè)備

　　本文利用Labthink蘭光VAC-V2壓差法氣體滲透儀測試橡膠片材樣品對內(nèi)部六氟化硫氣體滲透系數(shù)及透過量。

圖2  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 設(shè)備原理

　　本設(shè)備是以壓差法原理設(shè)計研發(fā)，分為上腔（高壓腔）與下腔（低壓腔）。試驗時，將試樣置于兩測試腔間夾緊，首先對低壓腔進(jìn)行抽真空，然后對整個系統(tǒng)抽真空，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的真空度后，低壓腔關(guān)閉，向高壓腔內(nèi)充入一定壓力的試驗氣體，使兩測試腔（即試樣的兩側(cè)）形成恒定壓差，試驗氣體在壓力差作用下，從高壓腔向低壓腔滲透，通過對低壓腔內(nèi)壓強的監(jiān)測，得到試樣的各項阻隔性參數(shù)。

4.2 適用范圍

(1) 本設(shè)備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下多種無機氣體透過率（量）、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴散系數(shù)的測試。

• 薄膜類：如各種塑料薄膜、塑料復(fù)合薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料。
• 片材類：如各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設(shè)備還可擴展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過率測試，如氮氣、氧氣、二氧化碳、六氟化硫氣體、氦氣、空氣等。

(4) 本設(shè)備滿足多項國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3 設(shè)備參數(shù)

• 設(shè)備的測試范圍為0.05 ~ 50000 cm³/m²·24h·0.1MPa，真空分辨率可達(dá)到0.1 Pa。
• 設(shè)備的控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足試樣不同試驗條件下的檢測需求。
• 本設(shè)備有三個完全獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣。
• 本設(shè)備可進(jìn)行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得極端測試條件下的試驗結(jié)果。
• 經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試。
• 本設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性。

• 本設(shè)備支持Lystem^TM實驗室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗結(jié)果和檢測報告。

5、試驗過程

高智能化VAC-V2的測試過程便捷：

• 將六氟化硫氣源接入設(shè)備端口。
• 設(shè)置參數(shù)，將試驗溫度調(diào)整至23℃，將相對濕度調(diào)整為0%RH。
• 打開設(shè)備軟件，設(shè)置試驗參數(shù)，啟動試驗。試驗參數(shù)包括控制參數(shù)（試驗?zāi)Ｊ健⑸锨淮迪磿r間、上腔壓力、試驗時間、脫氣時間等）和試樣參數(shù)（編號、類型、面積、厚度等）。
• 試驗結(jié)束、數(shù)據(jù)處理。
• 關(guān)閉氣源和電源。

6、試驗結(jié)果

　　樣品六氟化硫氣體透過率（23℃，0%RH）的測試結(jié)果為：氣體透過量15.203 cm³/m²·24h·0.1MPa、滲透系數(shù)3.9 × 10^-14 cm³·cm/cm²·s·Pa。

7、結(jié)論

　　高壓電器相關(guān)產(chǎn)品中橡膠材料對六氟化硫氣體的阻隔性決定了六氟化硫氣體排入外界大氣層的體積量，而過多的六氟化硫溫室氣體易造成大氣污染，所以須嚴(yán)格控制六氟化硫氣體的透過量。本文利用了Labthink蘭光VAC-V2壓差法氣體滲透儀對橡膠絕緣材料進(jìn)行六氟化硫氣體滲透系數(shù)與透過量的檢測，試驗結(jié)果度與重復(fù)性高，試驗過程便捷，可及時監(jiān)控電器產(chǎn)品材料對六氟化硫氣體阻隔性。