肖斌濤

（珠海格力電器股份有限公司香洲分公司 珠海 519070）

引言

現在電器產品使用的大量非金屬絕緣材料大多為各種經過改性的塑料材料，這些材料的機械物理性能受溫度影響很大，尤其是帶電件由于回路電流而發(fā)熱產生高溫，作為支撐帶電件的熱塑性塑料在高溫環(huán)境下會逐漸變軟、熔融、機械強度下降，這些變化會使電器部件的爬電距離和電氣間隙也產生變化，導致電氣強度降低，絕緣電阻下降，嚴重時會造成電器短路甚至火災事故的發(fā)生。出于安全方面的考慮，電工電子產品相關安全標準規(guī)定了不符合標準要求的非金屬材料制成的外部零件、用來支撐帶電部件（包括連接）的絕緣材料零件以及提供附加絕緣或加強絕緣的熱塑材料零件應充分耐熱。非正常熱球壓試驗作為許多產品安全標準中考核非金屬材料耐熱性的重要試驗方法被一再引用。因此，正確地進行球壓試驗，根據材料的耐熱性正確篩選合適的非金屬材料，確保設計的產品和選用的材料滿足安全要求也就變得非常重要。

能力驗證[1]是利用實驗室間的比對，按照預先制定的準則評價參加者能力的一項活動。ISO/IEC 17025:2017第7.7.2條規(guī)定：實驗室應盡可能參加能力驗證以監(jiān)控實驗室水平。CNAS-RL02:2018《能力驗證規(guī)則》規(guī)定了申請認可和獲準認可的合格評定機構應滿足的要求，包括領域的頻次要求和出現不滿意結果時的要求，且規(guī)則內容為強制性要求。

本文圍繞已實施完成的球壓試驗能力驗證計劃展開技術探討，旨在進一步分析球壓試驗的影響因素及該測試項目的注意事項，希望通過本次技術探討，對提高該行業(yè)實驗室的整體水平有所幫助。

1 球壓試驗能力驗證計劃試驗方法及要求

1）球壓試驗能力驗證計劃依據標準為GB/T 5169.21-2017[2]，要求直徑為5±0.05 mm的壓力球，在樣品上施加一個相當于20N±0.2N負載的向下作用力，在規(guī)定的溫度下保持600+2min，取出樣品后在20±5 ℃的水中保持6±2 min，然后從水中取出擦去表面水份，3 min內完成壓痕直徑測量。

2）樣品為塑料圓形試樣，直徑50 mm，厚度4 mm，要求在樣品中心區(qū)域進行125 ℃球壓試驗后，測量樣品的最大壓痕直徑。

2 球壓試驗的主要影響因素

2.1 球壓試驗裝置

GB/T 5169.21-2017規(guī)定“負載裝置由一個直徑為5±0.05 mm的壓力球（符合ISO 3290-1的滾動軸承成品鋼球）連接到砝碼系統中構成，其被設計成可施加一個垂直向下的力，包含壓力球的質量相當于20±0.2 N的負載”，球壓試驗裝置如下圖1所示。

圖1 負載裝置

關于負載裝置，還需注意以下要點：①試驗前應核查壓力球表面是否保持圓滑，如有磨損，壓力球和樣品表面的接觸面積發(fā)生變化，從而影響在樣品表面的作用力，最終試驗結果發(fā)生偏離；②樣品支座應為光滑的剛性水平支撐面，有足夠的支撐強度，質量應足夠大，從而確保短時間打開烘箱門溫度下降不明顯。

2.2 烘箱

試驗溫度是影響球壓試驗結果的關鍵參數，會直接影響樣品壓痕直徑的大小。GB/T 5169.21-2017規(guī)定“烘箱應是單室烘箱，溫度偏差不超過±2℃；恒溫后放入樣品，烘箱能在5 min內恢復至設定溫度的±2 ℃內，且溫度過沖不超過5 ℃?！?/p>

實驗室進行球壓試驗能力驗證計劃前應要進行烘箱溫度恢復能力測試，建議方法：①將試樣支座放入烘箱，設定烘箱溫度至125 ℃，啟動烘箱運行過夜，使試樣支座與烘箱空氣溫度平衡后，測量試樣支座溫度和支座后面距離支座50 mm處的烘箱空氣溫度，記錄溫度值；②打開烘箱門30 s，然后關上烘箱門。記錄第5 min時試樣支座的溫度及支座后面的烘箱空氣溫度；記錄試樣支座溫度及支座后面的烘箱空氣溫度恢復為烘箱門打開前溫度期間的最高溫度。

實驗室進行球壓試驗前應對選擇的烘箱進行核查確認，如果烘箱的溫度偏差和/或溫度恢復能力不符合上述標準的要求，就會對試驗結果造成影響。如在低于設定溫度下進行球壓試驗，所得到的球壓壓痕直徑會比實際尺寸小，反之則偏大。同樣，溫度過沖太大，會導致樣品短時間經受高溫考驗，特別是對試驗溫度處于材料臨界溫度的測試，結果可能出現較大的偏離。

測試中，樣品應放置在支座的大致中間的位置，壓力球應輕輕的放置在樣品的中心區(qū)域。打開烘箱門放入樣品應盡可能在短的時間內完成（注：放置樣品過程應該先求穩(wěn)，再求快；平穩(wěn)和快速的放置可以通過重復練習該過程實現），從而避免試驗溫度下降過多，確保試驗箱在5 min內恢復到指定的試驗溫度，使樣品在規(guī)定的試驗溫度中進行試驗。

2.3 測量

2.3.1 測量裝置

GB/T 5169.21-2017規(guī)定“光學測量裝置應有至少10倍的光學放大倍率，并與經過校準的分辨率不超過0.1 mm的網格或十字線測量臺一起使用。照明裝置可用于照亮施加過壓力球的表面?！?常用的壓痕直徑測量裝置有顯微鏡、二次元影像測量儀、刻度放大鏡等，不同的測量裝置分辨率及精度不盡相同，但都應滿足標準規(guī)定的要求。本次球壓試驗能力驗證計劃共有6家實驗室使用了不滿足標準要求的測量裝置測量壓痕直徑，其中4家實驗室測量結果發(fā)生偏離，獲得了不滿意結果，占比66.7 %。對此6家實驗室試驗后樣品進行復核，復核結果都在滿意范圍內，具體情況見表1。因此，試驗人員在進行試驗前應仔細研讀標準條款，確認設備各項參數滿足要求，試驗期間應使用滿足標準要求的測量裝置。

表1 不滿意實驗室測量結果復核情況表

2.3.2 壓痕直徑測量

GB/T 5169.21-2017規(guī)定“尺寸d是能測量出從壓痕的一邊清晰邊界到另一邊清晰邊界之間的最大距離”（如圖2）。

圖2 壓痕直徑d的測量

壓痕邊界的判定是影響測量結果的一個重要因素，為得到清晰的壓痕邊界，可通過在樣品表面涂上比對色以清晰壓痕邊界，以便精確測量出壓痕直徑“d”。球壓試驗能力驗證計劃不滿意實驗室中就有2家（代碼05、40）因為壓痕邊界的判定錯誤導致了測量結果嚴重偏離。它們在測量過程中采取了如圖3、圖5所示的測量方式，錯誤的將反光光圈邊緣判斷為了壓痕邊界，從而導致測量結果嚴重偏離。

05試驗樣品復核情況（見圖3、4）。

圖3 d=1.23 mm（錯誤）

圖4 d=1.72 mm（正確）

圖5 d=1.14 mm（錯誤）

40試驗樣品復核情況（見圖5、6）。

圖6 d=1.75 mm（正確）

3 球壓試驗應關注的技術要點

1）試驗前對烘箱進行核查確認，確保烘箱的溫度偏差/溫度恢復能力符合標準的要求；

2）樣品應放置在支座的大致中間的位置，壓力球應輕輕的放置在樣品的中心區(qū)域。打開烘箱門放入樣品應盡可能在短的時間內完成，不超過30 s；

3）壓力球施加在樣品的時間、樣品從烘箱取出后浸入水中的保持時間應滿足標準的要求；

4）為得到清晰的壓痕邊界，可在試樣表面涂上比對色；

5）測量裝置應符合標準規(guī)定的要求，測量壓痕直徑過程中在壓痕的區(qū)域內會有一些高亮顯示的小圓環(huán)，但這些并不是壓痕的邊界，而是反光光圈。

4 結論

本文根據組織實施的球壓試驗能力驗證計劃，通過分析參加實驗室的測量結果數據及試驗過程調查結果，結合GB/T 5169.21-2017/IEC 60695-10-2:2014標準的要求，詳細分析了球壓試驗裝置、試驗烘箱、壓痕直徑的測量等影響球壓試驗結果的因素，為實驗室在進行球壓試驗提供參考，確保實驗室檢測結果的準確性，促進實驗室技術能力的提升。