高分子材料憑借獨(dú)二特的分子結(jié)構(gòu)與性能，在現(xiàn)代工業(yè)及日常生活中應(yīng)用廣泛。從電氣絕緣到電子器件制造，其電學(xué)性能至關(guān)重要。體積電阻率和表面電阻率作為衡量導(dǎo)電性能的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)評(píng)估材料絕緣性能、預(yù)測(cè)實(shí)際應(yīng)用表現(xiàn)意義重大。準(zhǔn)確測(cè)定并深入了解影響因素，有助于材料質(zhì)量控制、性能優(yōu)化及新型材料研發(fā)。

體積電阻率與表面電阻率的測(cè)定方法

1. 高阻計(jì)法（直流放大法）原理及應(yīng)用

高阻計(jì)法是測(cè)定高分子材料體積電阻率和表面電阻率的常用方法。其基于直流放大器，放大通過(guò)試樣的微弱電流推動(dòng)指示儀表測(cè)量絕緣電阻。施加直流電壓 U 于試樣兩端，電流 I 在標(biāo)準(zhǔn)電阻 R0 上產(chǎn)生電壓 U0 ，當(dāng) R0 遠(yuǎn)小于試樣絕緣電阻 Rx 時(shí)，Rx=(U/U0)?R0 。測(cè)量體積電阻時(shí)，三電極系統(tǒng)中保護(hù)電極接地消除表面電流干擾；測(cè)量表面電阻時(shí)，保護(hù)電極施加電壓，高壓電極接地減少體積電流影響。該方法適用于多種固體電工絕緣材料，可測(cè) 101?Ω 以下絕緣電阻。

2. 測(cè)試設(shè)備及操作流程

選用 ZST-212 體積表面電阻率測(cè)試儀配合三電極裝置進(jìn)行測(cè)量，以平板試樣測(cè)試為例，具體操作流程如下：

1、打開(kāi)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱10分鐘。

2、打開(kāi)屏蔽箱蓋，將被測(cè)試品放置在三電極中間位置，試品應(yīng)全部覆蓋下電極。

3、按照下圖的接線方式接好線，左側(cè)黑色線接上電極，右側(cè)紅色線接環(huán)電極。

4、調(diào)整環(huán)電極的位置，環(huán)電極和測(cè)量電極之間的間隙均勻。

5、關(guān)閉屏蔽箱蓋，設(shè)置施加電壓、電化時(shí)間（默認(rèn)60s）和厚度。

6、同一個(gè)試品需要測(cè)量表面電阻和體積電阻時(shí)，一定要先測(cè)表面電阻后測(cè)體積電阻。將測(cè)試模式檔位開(kāi)關(guān)至需要的檔位。

7、按啟動(dòng)按鈕，觀察電阻值和檔位的變化，當(dāng)檔位穩(wěn)定開(kāi)始電化計(jì)時(shí)，電化時(shí)間到后記錄電阻值。

8、測(cè)試結(jié)束，觀察高壓指示燈滅，打開(kāi)試驗(yàn)箱蓋，換取試品，重復(fù)步驟2～7。

9、試驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，用綢布蓋住設(shè)備，保持清潔。

3. 體積電阻率的計(jì)算（以間隙2mm為例）

4. 表面電阻率的計(jì)算

影響體積電阻率與表面電阻率的因素分析

影體積

1. 溫度的影響

溫度對(duì)高分子材料體積電阻率和表面電阻率影響顯著。非極性聚合物導(dǎo)電載離子源于雜質(zhì)等，一定溫度下熱離解和偶合平衡穩(wěn)定，溫度升高平衡打破，離子運(yùn)動(dòng)加速，電導(dǎo)主導(dǎo)，電阻率下降。離子導(dǎo)電高聚物中，結(jié)晶、取向使分子密堆積，自由體積減小，離子遷移率降低，電導(dǎo)率下降，如聚三氟氯乙烯結(jié)晶度從 10％增加到 50％時(shí)，電導(dǎo)率下降 100 - 1000 倍。電子導(dǎo)電聚合物中，分子密堆砌利于電子傳導(dǎo)，電導(dǎo)率隨結(jié)晶度增加而增大。交聯(lián)使鏈段活動(dòng)性變差，自由體積變小，離子電導(dǎo)下降，但電子電導(dǎo)因分子間橋鍵而增大。

2.濕度的影響

濕度對(duì)高分子材料電學(xué)性能影響不容忽視。水的電導(dǎo)大，濕度增加時(shí)，材料表面吸附水分形成水膜，表面電阻率降低；有開(kāi)口孔隙的材料，水分進(jìn)入孔隙內(nèi)部增加導(dǎo)電通路，體積電阻率下降。在潮濕環(huán)境下使用的電氣絕緣材料，其體積電阻率和表面電阻率降低可能影響設(shè)備正常運(yùn)行，甚至引發(fā)安全隱患。

3.電場(chǎng)強(qiáng)度的作用

低電場(chǎng)強(qiáng)度下，高分子材料電阻率相對(duì)穩(wěn)定。高電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，離子遷移率增大，接近擊穿時(shí)出現(xiàn)大量電子遷移，體積電阻率大幅降低。實(shí)際使用中，若電場(chǎng)強(qiáng)度超材料承受范圍，會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降甚至電擊穿。測(cè)定時(shí)施加電壓應(yīng)符合規(guī)定，以保證測(cè)量結(jié)果反映材料正常工作時(shí)的電學(xué)性能。

4.材料自身特性（分子結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）

高分子材料的分子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是決定電學(xué)性能的內(nèi)在因素。非極性聚合物如聚乙烯、聚丙烯，無(wú)導(dǎo)電離子，絕緣性能好，電阻率通常在 101? - 101?Ω?m 范圍；高極性聚合物如聚酰胺，可能發(fā)生微量本征解離，電阻率相對(duì)較低，在 1012 ～ 101?Ω?m 。共軛高聚物如聚乙炔，因共軛效應(yīng)表現(xiàn)出半導(dǎo)體甚至導(dǎo)體特性。在聚集態(tài)結(jié)構(gòu)方面，結(jié)晶、取向使離子導(dǎo)電高聚物電導(dǎo)率下降，電子導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率增大；交聯(lián)對(duì)離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)影響不同。

5.其他因素

（1）殘余電荷

試樣加工和測(cè)試中易產(chǎn)生靜電，尤其是高電阻材料。殘余電荷影響測(cè)量準(zhǔn)確性，測(cè)量前需將試樣電極短路徹一底放電。

（2） 雜散電勢(shì)

絕緣電阻測(cè)量電路中存在熱電勢(shì)、電解電勢(shì)、接觸電勢(shì)等雜散電勢(shì)，其中電解電勢(shì)影響最大。如測(cè)量表面潮濕試樣體積電阻時(shí)，測(cè)量極與保護(hù)極間可能產(chǎn)生 20mv 電勢(shì)。試驗(yàn)前可通過(guò)比較試樣加壓前后高阻計(jì)二次指示判斷有無(wú)雜散電勢(shì)，若指示不同，需排除干擾源。

（3）漏電流

高電阻材料測(cè)量中，漏電流影響顯著。采用保護(hù)技術(shù)，在漏電路徑安置保護(hù)導(dǎo)體，截住雜散電流。測(cè)量體積電阻時(shí)，三電極系統(tǒng)的保護(hù)極即保護(hù)導(dǎo)體，要求保護(hù)電極和測(cè)量電極間的試樣表面電阻高于并聯(lián)元件電阻 10 - 100 倍。線路連接后，先檢查漏電情況，測(cè)量靈敏度范圍內(nèi)儀器指示電阻值為無(wú)限大時(shí)，方可進(jìn)行測(cè)量。

面高分子材料的體積電阻率和表面電阻率是衡量電學(xué)性能的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)定并了解影響因素對(duì)材料應(yīng)用和研發(fā)意義重大。ZST-212 體積表面電阻率測(cè)試儀等設(shè)備結(jié)合高阻計(jì)法可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，但溫度、濕度、電場(chǎng)強(qiáng)度、材料特性及殘余電荷等多種因素會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用中需綜合考慮這些因素，采取相應(yīng)措施確保材料電學(xué)性能滿足需求。材料研發(fā)人員深入研究影響因素，有助于通過(guò)分子設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化開(kāi)發(fā)更優(yōu)異的高分子材料，推動(dòng)其在多領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。