電器用橡膠對六氟化硫滲透性能的驗證方法

　　摘要：電器產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，危及電氣設備的正常運行和人們身體健康。因此，需采用有效方法監測電器產品所使用材料對六氟化硫氣體的阻隔性能，例如氣體滲透系數及透過量。本文利用濟南蘭光機電技術有限公司自主研發的VAC-V2壓差法氣體滲透儀對某品牌橡膠材料樣品進行阻隔性檢測，并詳述了試驗原理、檢測過程，從而為企業監控產品對有害氣體的密閉性能提供具有價值的參考。

　　關鍵詞：高壓電器、高壓開關、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、透過量、壓差法氣體滲透儀

1、意義

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

　　因此，如何控制電器內橡膠等絕緣材料對內部六氟化硫的封閉效果，是諸多電器制造行業至為關心的問題。內部橡膠材料對六氟化硫的阻隔性好壞是表征其對內部溫室氣體密封效果的至為關鍵的性能指標，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蘭光自主研發的VAC-V2壓差法氣體滲透儀對某電器用橡膠片材進行六氟化硫氣體透過量測試，通過詳述測試原理、步驟及相關技術標準，為電力制造相關行業提供參考。

圖1  電力絕緣橡膠材料

2、參考標準

　　本試驗采用壓差法原理進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，通過測試低壓腔內壓力的變化，得到試樣的六氟化硫氣體滲透系數及透過量，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，國內壓差法測試六氟化硫氣體透過率（23℃標準測試環境）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》此項國家標準。

3、試驗樣品

　　某廠家生產的絕緣橡膠片材（厚度2.2 cm）。

4、試驗設備

　　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部六氟化硫氣體滲透系數及透過量。

圖2  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 設備原理

　　本設備是以壓差法原理設計研發，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，首先對低壓腔進行抽真空，然后對整個系統抽真空，當達到規定的真空度后，低壓腔關閉，向高壓腔內充入一定壓力的試驗氣體，使兩測試腔（即試樣的兩側）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，通過對低壓腔內壓強的監測，得到試樣的各項阻隔性參數。

4.2 適用范圍

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

• 薄膜類：如各種塑料薄膜、塑料復合薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料。
• 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) 本設備滿足多項國家和標準，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3 設備參數

• 設備的測試范圍為0.05 ~ 50000 cm³/m²·24h·0.1MPa，真空分辨率可達到0.1 Pa。
• 設備的控溫范圍為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。
• 本設備有三個*獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣。
• 本設備可進行任意溫度下的數據擬合，輕松獲得測試條件下的試驗結果。
• 經過改制，本設備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試。
• 本設備提供標準膜進行快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性。

• 本設備支持Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

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備端口。
• 設置參數，將試驗溫度調整至23℃，將相對濕度調整為0%RH。
• 打開設備軟件，設置試驗參數，啟動試驗。試驗參數包括控制參數（試驗模式、上腔吹洗時間、上腔壓力、試驗時間、脫氣時間等）和試樣參數（編號、類型、面積、厚度等）。
• 試驗結束、數據處理。
• 關閉氣源和電源。

6、試驗結果

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

7、結論

　　高壓電器相關產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行六氟化硫氣體滲透系數與透過量的檢測，試驗結果度與重復性高，試驗過程便捷，可及時監控電器產品材料對六氟化硫氣體阻隔性。