材料耐漏电起痕性能的影响因素

当高分子材料被水或被电解质溶液污染时，其表面  在外加电场的作用下会产生泄漏电流。由于污染层的电  导率不均匀，该电流产生的热量将使污染层中某些区域  内的水分蒸发，从而形成电阻较高的干带。干带导  致电流中断，引发电火花，电火花产生的热量加剧材料  发生降解碳化。如果降解碳化的产物挥发，或者在外力  的作用下离开材料表面，那么放电只会发生在最初形成  的位置而不会向其它区域延伸，这种情况下材料被击穿  也只是被点蚀。如果降解碳化的产物留在材料表面，那  么其较低的电阻将使电场强度集中于此，引发放电重复  发生，使其周围产生更多的低电阻区域，最终形成碳化  物的通路，导致材料失效，即漏电起痕。

国际电工委员会（IEC）制定了 IEC 60112[2] 和 IEC  60587[3] 两种标准试验方法，前者又称滴液法，适于工  作环境较为温和的材料，后者又称斜板法，适用于高压  或者在较为恶劣条件下工作的材料。IEC 60112 标准试  验方法规定试样应水平放置在金属板或玻璃板上，滴液  装置在样品正上方 300mm，两电极材质为铂，间距为  4mm，交流频率为 48~60 Hz，电压从 100 V 开始每次提  高 25 V 直到 600V 或者直到发生电痕破坏。相对漏电起  痕指数（CTI）则定义为试验液滴下 50 滴时不发生电痕  破坏的最大电压值，对于 600 V 下仍不发生电痕破坏的  样品，规定用滴液 50 滴后的侵蚀深度来表征其耐电痕性。  IEC60587 则规定试样 45°倾斜放置，试验液的导管安  装在试样上部并以一定的液流量持续加液，两电极材质  为不锈钢，间距为 50mm，高压端放置在试样上部，接  地端放置在试样下部，交流频率为 48~62 Hz，在规定的  电压和液流量下进行测试，记录发生电痕破坏所用的时  间以表征试样的耐漏电起痕性。

漏电起痕现象是高分子材料特有的绝缘破坏形式，  其本质是电火花热作用下的热击穿。这一现象的产生与  材料自身的性质以及环境因素有着密切的联系。提高导  热率、憎水性、制品表面光滑程度、降低降解过程中的  成碳量，都可以起到提高材料耐漏电起痕性的作用。另外，  随着电子电气行业的发展，高分子绝缘材料的使用范围  更加广泛，应该关注其在非常规条件下的耐漏电起痕性，影响高分子材料的耐漏电起痕因素有以下几点

1、材料导热能力的影响

导热能力对耐漏电起痕性的影响体现在放电阶段，  此时，导热能力较强的材料可以导出电火花产生的热量，  降低放电区域的温度，延缓材料的降解与电痕的发展。  通常使用具有良好绝缘性和高热导率的填料来提高材料，试验人员通过氮化铝与氮化硼对硅橡胶耐漏电起痕性的影响试验测试研究发现，相对于氮化铝可以更大幅度提高硅橡胶的导热率，使热量  分散的同时又延缓了干带的形成，因此测试过程中添加氮化硼的硅橡胶中心区域的温度一直保持在 130℃左右，耐  漏电起痕性也得到了显著的提升，而 AlN 的添加则无法  抑制硅橡胶中心区域温度的升高，亦无法提升其耐漏电起痕性。。结果表明，导热率与蚀损质量负相关，  即导热率越高，蚀损质量越低，耐漏电起痕性越强。

2、污染液与亲水性的影响

在不同的工作环境下，高分子材料接触的污染液  有所不同，其耐漏电起痕性也会产生差异，一般来说  电导率越高，泄漏电流越大，电痕也就更容易产生。

3、降解过程与产物的影响

电痕破坏的最终步骤是材料在电火花的热作用下发  生降解。早期的研究表明，聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯等乙烯基聚合物在降解时，其侧基可以与氢结合，形  成挥发性化合物，留下单双键交替主链结构。芳香族聚  合物降解时会首先形成苯基自由基，然后重新结合形成  类似石墨的结构，这些以碳碳双键为骨架的结构导电性  较好，有利于电痕的发展。而聚酰胺、硅橡胶等聚合  物，热降解的产物以单键碳与杂原子为主，导电性较差，  电痕发展受阻。

4、特殊工作环境的影响

高分子材料在高海拔地区的使用有时会受到气压的  限制，低气压下的耐漏电起痕性除了与氧气含量有关之  外，还与材料的化学结构有关。实验人员探究了低气  压（50kPa）时不同高分子材料的耐漏电起痕性，发现随  着气压的降低，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的 CTI  降低，环氧树脂的 CTI 几乎不变，聚碳酸酯（PC）的  CTI 大幅提高。分析认为，PBT 有较长的碳链，在正常  情况下倾向于与氧气结合形成二氧化碳，但是在低气压  下，氧气的含量不足，大量的碳在材料表面聚集，加速  了碳痕的形成。环氧树脂分子链中苯环占了很大的比例，  即使在正常的大气压下，表面成碳的速度也远大于碳与  氧气结合形成二氧化碳离开材料表面的速度，因此空气  中的氧含量对环氧树脂的耐漏电起痕性没有太大的影响。 而 PC 的氧指数相对较高，在氧含量较低时难以燃烧，  碳痕的形成也就非常困难，因此 CTI 值大幅提高

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