聚氯乙烯電氣膠粘帶的性能測試標準及產品規范
摘要：本文介紹了測試聚氯乙烯電氣膠粘帶性能的有關標準：UL-510、ASTM D1000、IEC 60454—2、PSTC標準、CSA C22.2 No.197及我國的有關標準，著重闡述了各類標準在測試粘合力、腐蝕性、耐燃性、耐溫性及標準實驗條件等面存在的差異。本文還介紹了與聚氯乙烯電氣膠粘帶有關的國際國內產品規范。
詳細分析了我國化工行業標準HG/T 3596-1999中存在的不足，提出了幾點修改建議。
前 言
電氣絕緣用聚氯乙烯壓敏膠粘帶是一種用途極廣的特種膠粘帶。它又被稱為聚氯乙烯電氣膠粘帶、聚氯乙烯絕緣膠粘帶及聚氯乙烯電工膠粘帶。聚氯乙烯電氣膠粘帶是由0.1mm～0.3mm厚的增塑型聚氯乙烯塑料薄膜(軟質聚氯乙烯薄膜)和10～30微米的壓敏膠粘劑組成。聚氯乙烯電氣膠粘帶具有較高的電氣強度和絕緣電阻等電氣性能，其電氣擊穿強度高達60千伏／毫米，體積電阻率高達1×1014Ω·cm。聚氯乙烯電氣膠粘帶還具有柔軟且易拉伸等特點，其伸長率一般為150～300％，因而在使用過程中極易與不規則表形成良好的粘合。除此之外，它還具有耐酸堿、耐老化、耐寒、耐濕等特性。
聚氯乙烯電工膠粘帶是目前市場上廣為應用的優良的絕緣材料。它廣泛應用于交直流電線的連接纏繞、絕緣保護，電氣設備的制造，電氣線束及電纜的包纏。除了絕緣用途之外，聚氯乙烯電工膠粘帶還可用于包纏、遮蔽、保護等許多其它的用途。據中國膠粘劑工業協會的調查，我國電氣膠粘帶的生產及銷售量已達1.8億平方米，其中出口約0.6億平方米，而且其市場需求量還在逐年上升，其中絕大部分為聚氯乙烯電氣膠粘帶。
近年來，隨著國際貿易的增多，業內人士經常為不能了解各國之間的標準而感到棘手。在國際進出口業務中，雙方常常為技術指標的溝通浪費不少時間與精力。我國目前已制訂的相關標準，還不能滿足生產與貿易的需要。已經制訂的18個壓敏膠粘帶標準在國際上尚缺乏權威性。在這種情況下，這些少量的標準不為業內人士所熟悉，更不被國外人士所了解。因此，充分了解與聚氯乙烯電氣膠粘帶有關的國際標準，對生產、貿易利標準化工作都是十分有意義的。
作者在另一文中介紹了我國壓敏膠粘帶標準的制定情況[1]。本文著重介紹與聚氯乙烯電氣膠粘帶有關的有名標準，即IEC(國際電工委)、ASTM(美國材料和檢驗學會)、CSA(加拿大標準協會)、PSTC(美國壓敏帶協會)、UL公司及中國標準化委員會等組織發布的有關測試標準及產品規范。對這些標準之間存在的差異進行了比較，以利于推動中國壓敏膠粘帶標準化工作的進程。
2 測試標準
如前所述，聚氯乙烯電氣膠粘帶的用途極為廣泛。各種用途對電氣膠粘帶的性能要求又各不相同，因而對于不同的應用我們必須側重評價膠粘帶不同的性能指標。通常，評價聚氯乙烯電氣膠粘帶的主要性能指標有：粘合力，電氣強度，阻燃性，拉伸性等。檢測方法對于評價這些性能相當重要。國際上比較有影響的電氣膠粘帶測試標準有：UL-510[2],ASTMD1000[3],IEC60454—2[4]、PSTC系列標準[5]及CSA C22.2No.197[6]。表1列舉了聚氯乙烯電氣膠粘帶常見的性能指標以及測試這些性能的各類標準的條款。
從表1可知，電氣膠粘帶各項性能的測試方法在各類標準中形式各不相同。在IEC、UL、CSA及ASTM標準體系中，一個標準描述了所有指標的測試方法，如IEC60454—2、UL-510、C22.2No.197和ASTM D1000。而中國的標準與美國壓敏帶協會(PSTC)的標準則不同。每一個標準只規定某一項性能的測試方法。另一方面，各類標準所側重的測試項目也不完全一樣，其中IEC 60454—2和ASTM D1000中規定的測試方法*多。目前，我國的測試標準還不夠完善，適于聚氯乙烯電氣膠粘帶性能測試的標準數量較少，只有9個標準[7～15]。UL—510標準中的各項性能測試方法，大多數采用的是ASTM D1000中的方法，但UL—510也有一些特殊的性能指標要求及測試方法，如耐侯性、變形性試驗、儲存試驗等。
上述僅僅是標準之間直觀內容上存在的差異。對于同一項指標，不同的標準之間測試方法也可能存在一定的差異，甚至完全不同。如UL-510和C22.2N0.197中都有耐候試驗及變形性試驗，但兩者之間還是有所區別。下面著重討論各類標準在測試腐蝕性、粘合力、燃燒性、耐熱性時，各標準之間存在的差異。由于實驗時的溫濕度對試驗結果有著重要影響，因此對各類標準中規定的標準溫濕度也一并作一比較。
2.1 標準試驗環境（恒溫恒濕試驗箱）
試驗溫濕度和樣品處理條件對測試結果有十分明顯的影響，尤其是在測試粘合力時，這種影響不能忽視。上述標準人多數規定標準溫度都為23±2℃，只有ASTM D1000和UL—510規定的標準溫度為23±1℃。UL—510、ASTM D1000(仲裁測試時)和PSTC標準規定的相對濕度為(50±2)％。IEC 60454—2及ASTM D1000(常規測試時)規定為(50±5)％：C22.2 N0.197則為(50±10)％。中國國家標準對標準相對濕度的規定有兩種，其中測定粘合力的GB/T 2792[10]和測定解卷力的GB／T 4850[15]，標準相對濕度為(65±5)％，其余標準中的相對濕度為(50±5)％。各類標準規定的樣品處理調節時間也不相同。IEC60454—2、PSTC標準、GB/T 7752及GB／T 14517規定測試前樣品卷必須在標準條件下放置24小時以上。中國其他標準則規定樣品膠帶在標準條件下調節2小時，UL—510和C22.2No．197規定樣品膠帶在標準條件下處理至平衡，而未規定具體時間。ASTM D1000則規定，常規測試時，樣品卷在20～25℃下處理24小時以上。進行仲裁測試時，樣品卷必須在23±1℃卜處理24小時以上。ASTM D1000、UL—510及C22.2No.197還規定測試試樣必須在標準條件下處理1小時。
2.2 腐蝕性（拉力試驗機）
由于聚氯乙烯電氣膠粘帶在使用時大多數與導體直接相接觸，因此腐蝕性是電氣膠粘帶十分重要的性能指標。大多數標準對此項性能都有要求。IEC 60454—2標準中提供了六種評價電氣膠粘帶腐蝕性的方法。這六種方法是①PH值法；②電導率法；③腐蝕性硫測試法；④絕緣電阻法；⑤拉伸強度法；⑥目測法。UL—510和ASTM D1000采用的是絕緣電阻法。CSA利PSTC標準沒有此項性能的測定方法。我國關于電氣膠粘帶電解腐蝕試驗的標準為GB／T 15333[8]，采剛的是拉伸強度法。
關于電氣膠粘帶的腐蝕性，測試方法的選擇依據產品規范的要求而定。上述幾種方法各有其優缺點。目測法雖沒有準確的目標值，但實踐證明，這種方法對膠帶中存在的腐蝕性雜質*敏感。
2.3 粘合力
通常壓敏膠粘帶需要測試的膠粘性能有粘合力、初粘力和持粘力。對于聚氯乙烯電氣膠粘帶而言，初粘力和持粘力并不是特別重要，這兩個指標常常由于較低而未作規定。因而一般電氣膠粘帶只測試其粘合力，其中包括對鋼板的粘合力以及對基材的粘合力。由于反映電氣膠粘帶膠粘性能的指標只有粘合力一項，因此評價粘合力的測試方法十分重要。粘合力的大小直接影響膠帶的使用情況。從表1可見，不論哪類標準都有標準的粘合力的測試方法。粘合力的測試標準是壓敏膠粘帶的核心標準之一。各種測定電氣膠粘帶180°剝離粘合力的標準之間多少存在一些差異。其中壓輥的重量、試驗板的材質、對試驗板表面處理以及測試時的剝離速率基本相同或相近。除我國GB/T 2792所規定的標準濕度偏高之外，其它標準中的標準溫濕度基本相同。
在將膠帶樣品粘貼在試樣板上時，除了IEC標準規定的壓輥滾壓速度較快之外(1000～1200毫米/分)，其他標準規定的滾壓速度均為300毫米/分，但各個標準規定的滾壓次數卻相差較大。GB／T 2792規定的滾壓次數*多，為來回三次，其次是IEC 60454—2，來回兩次。ASTM D1000、UL—510、C22.2****97和PSTC—1[5]均規定來回滾壓一次。樣件制備完成后，在標準環境下存放的時間各標準規定也不一致。PSTC—1要求樣件制備完成后必須在1分鐘內測試。IEC 60454—2則要求樣件放置5分鐘后測試。ASTM D1000、UL—510及CSA標準則要求樣件放置20分鐘。我國GB／T 2792規定樣件放置20～40分鐘。
各標準普遍要求試驗板采用302＃及304#不銹鋼板材，只有IEC 60454—2規定試驗板的材質組成不同。對試驗板的表面處理，各標準也基本相同。只有我國GB／T 2792未規定表面粗糙度的數據，只規定用P280耐水砂紙打磨。
六種標準中差別*大的是壓輥滾壓次數及樣件制備完成后的存放時間。這些實驗條件的差別是造成各種標準的測試結果無法比較的重要原因。隨著世界貿易的不斷加強，人們已經開始意識到這一點。在PSTC舉辦的第三屆世界壓敏膠粘帶大會上，3M公司的Jensen.T.B．提出了《壓敏膠粘帶剝離粘合強度測試的國際標準方法》草案[16]。在此草案中，他建議180°剝離粘合力標準測試條件如下：
·樣品寬度：24毫米 ·壓輥滾壓次數(來回)：2次
·壓輥質量：2.04千克 ·樣件放置時間：≤1分鐘
·壓輥表面：橡膠 ·試驗板材質：302#或304#不銹鋼
·壓輥滾壓速度：10毫米／秒 ·試驗板表面：ASTM A666
·試驗溫度：23±1℃ ·剝離速度：5毫米／秒
·相對濕度：(50±5)％RH ·報告值：N／1OOmm
2.4 燃燒性能（燃燒試驗機）
阻燃性是阻燃型電氣膠粘帶十分重要的性能指標。電氣膠粘帶燃燒性有三種常見的測試方法：①水平燃燒法；②金屬棒垂直燃燒法；③膠帶懸掛燃燒法。三種方法所需的儀器和操作方法各不相同，對結果的評價也有差異。ASTMD 1000、C22.2 ****97和PSTC—57[5]采用的是水平燃燒法。它是以膠帶連續燃燒的時間長短，作為比較耐燃性的依據。UL-510和IEC 60454—2中的第20項試驗描述的是金屬棒垂直燃燒法。
利用這種方法得出的結果，也只能判定膠帶是否阻燃：并無阻燃等級之分。我國GB／T15903t”，和IEC 60454-2中的第19項試驗采用的是膠帶懸掛燃燒法。雖然GB/T 15903與IEC 60454-2(19)中的操作和儀器基本相同，但評價結果卻不同。GB／T 15903根據燃燒長度，將膠帶的耐燃性分為四個等級，即0級、1級、2級和3級。0級為阻燃，3級為可燃型。IEC 60454-2(19)則是根據燃燒情況將膠帶分為“不易燃”“白熄”和“可燃”三種級別。
2.5 耐溫性
耐溫性包括耐低溫性利耐高溫性。某些應用對膠帶的耐溫性有嚴格的要求。IEC 60454-3-1[17]規定聚氯乙烯電氣膠帶有四個低溫級別(0℃、-10℃、-18℃及-33℃)和三個耐高溫級別(60℃、90℃和105℃)。
按IEC 60454-2中的第9及第12項測定膠帶在相應低溫級別下的柔順性、耐電壓性及粘合力來判斷膠帶的耐低溫等級。耐高溫級別則必須按IEC 60454-2中的第21項進行實驗。ASTM D3005[18]規定聚氯乙烯電氧膠帶有-7℃和-18℃兩個耐低溫級別，按ASTM D1000的37～65條款中的方法測定低溫下的斷裂伸長率、粘合力及解卷力。ASTM標準中沒有規定聚氯乙烯電氣膠帶的耐高溫級別。耐高溫性測試方法見ASTM D1000中的97～103條款。CSA標準中則規定聚氯乙烯電氣膠帶有60℃、80℃、90℃和105℃四個耐高溫級別及0℃、-7C、-10℃、-18℃、-26℃、-33℃等六個耐低溫級別。耐高溫及耐低溫級別分別按C22.2 N0.197中的5.7和5.8條款進行實驗。
UL—510規定膠帶只適于-1O℃～80℃的應用場合，是否符合這一要求，按UL—510的第11和第12條款進行試驗。PSTC標準及我國標準中沒有耐低溫及耐高溫級別的試驗方法。
以上僅僅是幾種標準在測試聚氯乙烯電氣膠帶*重要的幾項性能時的比較。對于未提及的性能測試方法并不表示它們在各類標準中是相同的，請讀者予以注意。
3 產品規范
各個國家和國際標準對聚氯乙烯電氣膠帶的性能指標都有一定的要求。現將常見的ASTM、UL、IEC、CSA及我國標準中關于聚氯乙烯電氣膠粘帶的技術要求列于表2和表3。IEC、ASTM及我國的標準體系中有專門的聚氯乙烯電氣膠粘帶產品規范，IEC60454-3-1[17]、ASTMD3005[18]、ASTMD2301[19]和HG/T 3596[20]。美國壓敏帶協會只制定測試方法的標準，而沒有膠粘帶產品規范的標準。美國UL公司和加拿大標準協會則將產品規范及檢測方法歸入同一標準中，即UL—510和C22.2 N0.197。
從表2和表3可見，IEC 60454—3—1規定的要求*多，其次是UL-510、ASTM D2301及ASTM 93005。我國HC/T 3596規定的項目*少。從表2可見，IEC 60454—3—1未規定膠帶的標準厚度。UL—510和CSA標準則要求厚度必須大于0.15毫米，而美國的標準厚度為0.178毫米、0.216毫米和0.254毫米三種(表3)。ASTM D2301和ASTM D3005共規定了六種標準類型，其中有-7℃和-18℃兩個耐低溫級別(表3)。如2.5中所述，IEC 60454-3-1和CSA標準中都有產品耐溫級別的規定，只有我國標準HG／T 3596中對耐溫性一項未作要求。UL公司按UL-510的標準實施UL認證，產品符合UL—510規定的，生產商或經銷商有權使用UL標記。加拿大標準協會也作CSA認證，只要產品符合C22.2 ****97的規定，生產商在其產品上可使用CSA標記通過UL或CSA認證的產品可銷往美國、加拿大。銷往歐洲的聚氯乙烯電氣膠粘帶必須通過CE認證。由于歐共體的成員國采用的都是IEC 60454系列標準，因此，只要經權威機構檢測，產品符合IEC 60454-3-1的規定，生產商就可有權使用CE標識。
4 我國的產品標準
由于我國的標準化工作滯后，直到1999年，聚氯乙烯電氣膠粘帶的行業標準HG／T 3596才發布，這一標準是根據日本工業標準JISC 2336—1991制訂的。目前日本己發布JISC 2336-1999[21]。JIS C2336—1999完全采用了IEC 60454-3-1。日本的JIS C2107—1999[22](電氣絕緣用膠粘帶試驗方法)也采用了IEC 60454-2。由此可見，我國膠粘劑標準委員會與外界尚缺乏溝通。從表2可以看出，HG／T 3596規定的指標只有六項，因此此標準還不能很好地指導企業提高產品質量。
就目前的HG／T 3596而言，我認為存在以下值得商榷的地方：
(1)標準以0.2毫米為基本厚度，實際上我國很少使用0.2毫米厚的聚氯乙烯電氣膠帶。顯然，此標準厚度不符合中國國情。我認為IEC 60454-3-1中對厚度的描述值得借鑒。IEC 60454-3-1要求膠帶的厚度為各廠家所標明的厚度±0.025mm或±15％。
(2)標準規范中規定拉伸強度必須大于15牛頓／厘米。考慮到標準中規定的膠帶厚度(0.2毫米)，則15牛頓／厘米的拉伸強度值太低。
(3)膠帶的耐腐蝕性是聚氯乙烯電氣膠帶十分重要的性能。在標準規范中應增加對此項性能的要求。此項指標的測試可采用GB／T 15333進行。
(4)聚氯乙烯電氣膠帶有阻燃型和非阻燃型。HG／T 3596對阻燃性未作規定。規范中應對阻燃性膠帶的阻燃等級作出規定。檢測方法為GB／T 15903。
(5)聚氯乙烯電氣膠帶易發生凸卷現象(望遠鏡現象)。雖然膠帶發生凸卷后，其物性并未改變，但影響用戶的使用。目前，所有標準對凸卷均未作出具體要求及規定。尤其是膠帶在運輸及儲存過程中是否會發生凸卷，尚無標準的判斷方法。建議制定評價聚氯乙烯電氣膠帶潛在凸卷性的標準方法，并在產品規范中對此項目加以要求。
參考文獻
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廣開儀器還經營：蒸汽老化試驗機，滴水淋雨試驗裝置，低溫拉伸試驗裝置，低溫卷繞試驗裝置，低溫沖擊試驗裝置，紡纖紡織層的耐熱試驗裝置，電線加熱變形試驗裝置，抗開裂卷繞(熱沖擊)試驗裝置，高溫壓力試驗裝置，熱延伸試驗裝置，球壓試驗裝置，熱壓縮試驗裝置，熱穩定性試驗機，氧彈(空氣彈)老化試驗箱，電線電纜火花試驗機，材料拉力試驗機，高壓汞燈紫外線老化箱，二氧化硫腐蝕試驗機，精密鹽霧試驗箱，真空干燥箱，精密鼓風干燥箱，擺管式淋雨試驗裝置，沙塵(砂塵)試驗箱，箱式淋雨試驗箱，臭氧老化試驗機，氙燈耐氣候試驗箱，紫外耐氣候老化試驗箱，換氣式老化試驗箱，耐黃變老化試驗機，步入式恒溫恒濕室，高低溫試驗箱，線性高低溫交變濕熱試驗箱，快速溫變試驗機，兩箱式冷熱沖擊試驗機 三箱冷式熱沖擊試驗機，桌上型恒溫恒濕試驗機，高低溫交變濕熱試驗箱，可程式恒溫恒濕試驗機，拉力試驗機配套高低溫箱，液壓萬能試驗機，微機控制電液伺服萬能試驗機，高低溫拉力試驗機，道瑞式石材耐磨試驗機，數顯推拉力計 微電腦拉壓試驗機，手動拉力試驗機，電動雙柱型拉力試驗機，電動拉力試驗機，拉力試驗機，桌上型拉力試驗機 多功能電子拉力試驗機 ，經濟型拉力試驗機，微電腦拉力試驗機，電子拉力試驗機，環剛度試驗機 ，液晶顯示電子拉力試驗機，微電腦控制萬能試驗機，微機控制電子萬能試驗機，電子萬能試驗機，液晶顯示電子環剛度試驗機，甲醛釋放量快速檢測儀-氣候箱