球压试验压痕尺寸的测量技术现状及发展趋势

　　引言

　　球压试验是许多产品安全标准中考核热塑材料的耐热特性的重要实验，也是进行实验室能力验证时常用的实验。国家强制性标准GB4706.1《家用和类似用途电器的安全 第一部分：通用要求》第 30.1条规定“其恶化可能导致器具不符合标准要求的非金属材料制成的外部零件、用来支撑带电部件(包括连接)的绝缘材料零件以及提供附加绝缘或加强绝缘的热塑材料零件,应充分耐热”。因在高温条件下,非金属材料、绝缘材料的结构特性会发生本质的变化,如熔融或变软,使机械强度急速下降,直接影响电器产品质量及使用安全。产品安全性能主要由所使用的材料及器具结构所决定。耐热性能是材料其中的一个重要指标,通过对材料进行球压试验来检查其合格性,其结果的准确性直接影响判定产品是否符合安全要求。随着现代科技的发展,对球压试验压痕测量技术进一步研究有着十分重要的意义。下面就球压试验及其压痕尺寸测量技术的最新研究进展做一介绍。

　　1 球压试验概要

　　标准[1]要求，将球压试验装置(如图1)和样品支架一并放入加热箱。加热到标准规定的温度后将试验样品放置在样品支座上大约中心位置处，再将压力球放置在样品中心位置处并在规定时间内施加一个20N±0.2N的向下作用力，然后从样品上移去压力球，在10s内将试验样品浸入温度为20℃±5℃水中保持6min±2min时间，然后从水中取出试验样品，在之后的3min内去除水分并测量如图2、图3所示的压痕横跨最大尺寸d，如果尺寸d不超过2.0mm则表示合格。

　　2 传统测量方法

　　球压试验中最重要也是最难的一步就是压痕测量[5]。理论上：压痕直径为两切点最大间距，切点是球压装置末端的球面于压痕凹面的几何相切，压痕直径的确定依赖于压痕边界的确定。几十年来,人们发明了许多传统测量方法,文献[2]提出了一种先测量压入深度再通过计算求得接触半径的测量方法：首先用外径千分尺测量钢球与样品的高度h0,按规定条件完成试验 ,取出样品冷却后 ,再测量钢球与样品的高度h1,如图4所示。经计算压痕深度r2=h0-h1，r1=d/2-r2，进而求的压痕直径标准[3]详细定义了球压试验的材料要求、步骤和考核条件，并且明确规定了压痕的考核是以钢球接触点为准。

　　测量装置应具有10倍到20倍的光学放大倍率，并与经过校准的网络或十字叉丝线的测量台一起使用，但是标准中并没有就如何判定钢球接触点给出一个简单而又具体的操作方法。即使在后来的CTL391决议中，也没有就这个问题给出答案。文献[4]在对低压电器球压试验研究的基础上提出了两种确定压痕边界的方法：①用有色印油涂在压痕上，显出压痕边界或在样品压痕面蒙一层薄的白纸，用铅笔在纸上轻轻描出边缘痕迹，用读数显微镜测量最大值，最小值，然后取中间值作为测试结果。②从认证认可角度，采取最严酷的办法：取其最大压痕，作为最终结果(在目前的国际比对试验中，基本采用这种方法)。