电器用橡胶对六氟化硫渗透性能的验证方法

　　摘要：电器产品中六氟化硫气体作为温室气体之一，大量的排放易造成大气污染，危及电气设备的正常运行和人们身体健康。因此，需采用有效方法监测电器产品所使用材料对六氟化硫气体的阻隔性能，例如气体渗透系数及透过量。本文利用济南兰光机电技术有限公司自主研发的VAC-V2压差法气体渗透仪对某品牌橡胶材料样品进行阻隔性检测，并详述了试验原理、检测过程，从而为企业监控产品对有害气体的密闭性能提供具有价值的参考。

　　关键词：高压电器、高压开关、绝缘材料、橡胶、温室气体、六氟化硫气体、阻隔性、密闭性、渗透性、渗透系数、透过量、压差法气体渗透仪

1、意义

　　六氟化硫(SF6)气体是目前发现的六种温室气体之一，其对温室效应的影响为二氧化碳的25000倍，且在大气中的寿命约有3400年。现在全球每年生产的六氟化硫气体中，约有一半以上用于电力工业，特别是高压电器制造行业中高压开关设备约占用气量的80%以上。而使用及管理不当或没有按正确的方法对其进行回收、再生处理，导致六氟化硫气体及其在高温电弧作用下或与设备内水分、绝缘材料产生的有毒分解物排放到大气中，给人类赖以生存的环境带来污染和破坏，同时危及电器设备的正常运行和人们身体健康。

　　因此，如何控制电器内橡胶等绝缘材料对内部六氟化硫的封闭效果，是诸多电器制造行业至为关心的问题。内部橡胶材料对六氟化硫的阻隔性好坏是表征其对内部温室气体密封效果的至为关键的性能指标，橡胶对六氟化硫气体渗透率低（即透过量低）则说明阻隔性高，反之亦然。本文采用Labthink兰光自主研发的VAC-V2压差法气体渗透仪对某电器用橡胶片材进行六氟化硫气体透过量测试，通过详述测试原理、步骤及相关技术标准，为电力制造相关行业提供参考。

图1  电力绝缘橡胶材料

2、参考标准

　　本试验采用压差法原理进行六氟化硫气体渗透性能测试，即利用压差法测试仪将试样置于高、低压腔之间，对低压腔抽真空，向高压腔充入一定压力的六氟化硫气体，通过测试低压腔内压力的变化，得到试样的六氟化硫气体渗透系数及透过量，此方法测试量程较宽，适合高阻隔材料低气体透过率的检测。

　　目前，国内压差法测试六氟化硫气体透过率（23℃标准测试环境）试验可参考GB 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》此项国家标准。

3、试验样品

　　某厂家生产的绝缘橡胶片材（厚度2.2 cm）。

4、试验设备

　　本文利用Labthink兰光VAC-V2压差法气体渗透仪测试橡胶片材样品对内部六氟化硫气体渗透系数及透过量。

图2  VAC-V2压差法气体渗透仪

4.1 设备原理

　　本设备是以压差法原理设计研发，分为上腔（高压腔）与下腔（低压腔）。试验时，将试样置于两测试腔间夹紧，首先对低压腔进行抽真空，然后对整个系统抽真空，当达到规定的真空度后，低压腔关闭，向高压腔内充入一定压力的试验气体，使两测试腔（即试样的两侧）形成恒定压差，试验气体在压力差作用下，从高压腔向低压腔渗透，通过对低压腔内压强的监测，得到试样的各项阻隔性参数。

4.2 适用范围

(1) 本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下多种无机气体透过率（量）、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试。

• 薄膜类：如各种塑料薄膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料。
• 片材类：如各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。

(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氮气、氧气、二氧化碳、六氟化硫气体、氦气、空气等。

(4) 本设备满足多项国家和国际标准，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3 设备参数

• 设备的测试范围为0.05 ~ 50000 cm³/m²·24h·0.1MPa，真空分辨率可达到0.1 Pa。
• 设备的控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1℃；控湿范围为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH，可满足试样不同试验条件下的检测需求。
• 本设备有三个完全独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样。
• 本设备可进行任意温度下的数据拟合，轻松获得极端测试条件下的试验结果。
• 经过改制，本设备还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试。
• 本设备提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性。

• 本设备支持Lystem^TM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。

5、试验过程

高智能化VAC-V2的测试过程便捷：

• 将六氟化硫气源接入设备端口。
• 设置参数，将试验温度调整至23℃，将相对湿度调整为0%RH。
• 打开设备软件，设置试验参数，启动试验。试验参数包括控制参数（试验模式、上腔吹洗时间、上腔压力、试验时间、脱气时间等）和试样参数（编号、类型、面积、厚度等）。
• 试验结束、数据处理。
• 关闭气源和电源。

6、试验结果

　　样品六氟化硫气体透过率（23℃，0%RH）的测试结果为：气体透过量15.203 cm³/m²·24h·0.1MPa、渗透系数3.9 × 10^-14 cm³·cm/cm²·s·Pa。

7、结论

　　高压电器相关产品中橡胶材料对六氟化硫气体的阻隔性决定了六氟化硫气体排入外界大气层的体积量，而过多的六氟化硫温室气体易造成大气污染，所以须严格控制六氟化硫气体的透过量。本文利用了Labthink兰光VAC-V2压差法气体渗透仪对橡胶绝缘材料进行六氟化硫气体渗透系数与透过量的检测，试验结果度与重复性高，试验过程便捷，可及时监控电器产品材料对六氟化硫气体阻隔性。