GBT 31838.8-2024 固体绝缘材料 介电和电阻特性 第8部分：测定介电特性（AC方法） 相对介电常数和介质损耗因数（频率 1 MHz~300 MHz）标准立项发展报告

固体绝缘材料介电和电阻特性第8部分：测定介电特性（AC方法）相对介电常数和介质损耗因数（频率1MHz~300MHz）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SolidInsulatingMaterials—DielectricandResistiveProperties—Part8:DeterminationofDielectricProperties(ACMethod)—RelativePermittivityandDielectricDissipationFactor(Frequency1MHz~300MHz)摘要随着5G通信、高频电力电子、新能源汽车及航空航天等领域的快速发展，固体绝缘材料在兆赫兹至数百兆赫兹频段下的介电性能已成为影响器件可靠性与能效的关键参数。为满足高端装备制造对高频绝缘材料性能测试标准化的迫切需求，国家标准化管理委员会于2024年正式批准发布GB/T31838.8-2024《固体绝缘材料介电和电阻特性第8部分：测定介电特性（AC方法）相对介电常数和介质损耗因数（频率1MHz~300MHz）》，并将于2025年3月1日起实施。本标准是GB/T31838系列标准的重要组成部分，等同采用IEC62631-2-1:2018国际标准，规定了在1MHz至300MHz频率范围内采用交流方法测定固体绝缘材料相对介电常数和介质损耗因数的试验原理、测试装置、试样要求、试验步骤及数据处理方法。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、与国内外标准体系的协调关系及其行业应用价值，并对该标准在推动我国高频绝缘材料测试技术进步和产业升级方面的作用进行了深入分析。该标准的实施将有效填补我国在高频段绝缘材料介电特性测试方法标准领域的空白，为相关产品的质量控制和性能评价提供统一的技术依据。关键词：固体绝缘材料；相对介电常数；介质损耗因数；交流法；高频测试；标准化Keywords:Solidinsulatingmaterials;Relativepermittivity;Dielectricdissipationfactor;ACmethod;High-frequencytesting;Standardization1引言1.1研究背景绝缘材料是电气电子设备中不可或缺的基础功能材料，其介电性能直接影响设备的绝缘结构设计、运行可靠性和能量传输效率。近年来，随着第五代移动通信（5G）、物联网（IoT）、高频电力电子变换器、新能源并网装置以及航空航天电子系统的蓬勃发展，电气设备的工作频率不断提升，绝缘材料在射频至微波频段下的介电特性成为制约系统性能的关键瓶颈。在高频电场作用下，绝缘材料的相对介电常数（εr）和介质损耗因数（tanδ）不仅决定信号的传输速度和衰减程度，还直接影响材料在高频条件下的发热特性与绝缘寿命。传统工频（50Hz/60Hz）条件下的介电性能测试方法已无法满足兆赫兹级以上频率的应用需求。因此，建立统一规范的射频段介电特性测试方法标准，对于指导高频绝缘材料的研发、选型和质量控制具有重要意义。1.2国内外标准现状在国际层面，国际电工委员会（IEC）于2018年发布了IEC62631-2-1:2018《Solidinsulatingmaterials—Dielectricandresistiveproperties—Part2-1:Relativepermittivityanddissipationfactor—Technical:Accuracyofthemeasurementmethods(ACmethods)atfrequenciesbetween1MHzand300MHz》。该标准为全球范围内高频段固体绝缘材料介电性能的测定提供了统一的技术规范。在国内，虽然GB/T31838系列标准已相继发布多个部分，但此前针对1MHz~300MHz频段介电特性测定方法的标准仍属空白。现行有效的GB/T1409-2006等标准主要适用于低频段（1MHz以下）的介电性能测试，无法覆盖射频段的应用需求。随着我国电子信息技术产业的快速发展，行业对于高频绝缘材料测试方法标准的需求愈发迫切。在此背景下，全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会（SAC/TC301）组织开展了对IEC62631-2-1:2018的转化工作，形成GB/T31838.8-2024。1.3标准立项意义2标准制定过程2.1立项阶段GB/T31838.8-2024的制定工作由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会（SAC/TC301）提出并归口。该技术委员会在深入调研国内高频绝缘材料产业发展需求和测试技术现状的基础上，于2021年前后正式提出标准立项申请。立项论证过程中，起草工作组对国内外相关标准和技术资料进行了系统检索与分析，重点评估了IEC62631-2-1:2018的技术适用性和国内转化可行性。论证结论表明，IEC62631-2-1:2018在测试原理、装置设计和数据处理方法等方面具有较高的技术成熟度和国际认可度，将其等同转化为国家标准既有利于快速填补国内标准空白，又能有效促进国际贸易中的技术互认。2.2起草与审议阶段标准起草工作组由国内绝缘材料测试领域的科研院所、检测机构、高等院校及骨干企业等单位的技术专家组成。起草过程中，工作组多次召开讨论会议，对标准的技术条款进行了逐条研究和论证，重点讨论了测试频率范围的选择、测试装置的设计要求、试样尺寸的规范性以及环境条件控制等技术细节。为验证标准技术内容的可操作性和准确性，工作组组织开展了实验室间比对试验，选取了多种典型固体绝缘材料（包括高频覆铜板基材、工程塑料、陶瓷材料等）进行验证测试。比对结果验证了标准所规定测试方法的重复性和再现性均满足预期要求。经过公开征求意见、技术审查和报批等程序，该标准于2024年8月23日由国家标准化管理委员会正式批准发布。3标准技术内容分析3.1标准适用范围GB/T31838.8-2024规定了在1MHz至300MHz频率范围内，采用交流（AC）方法测定固体绝缘材料相对介电常数和介质损耗因数的试验方法。该标准适用于各种固体绝缘材料，包括但不限于塑料、橡胶、陶瓷、玻璃纤维增强复合材料及覆铜箔层压板等。需要特别说明的是，本标准所规定的测试方法适用于材料在频率范围内介电特性相对稳定的情况。对于在测试频率区间内表现出显著色散特性（即介电参数随频率明显变化）的材料，使用时应结合工程实际谨慎处理测试结果，必要时可采用分段测试或多频点测试的方式获取完整的频响曲线。3.2测试原理本标准的测试原理基于集总参数电路模型。在1MHz~300MHz的频率区间内，当试样尺寸远小于测试频率对应的波长时，可将试样等效为一个并联或串联的电容-电阻电路。通过测量含有试样的测试夹具在指定频率下的阻抗或导纳参数，即可计算出试样的等效并联电容（Cp），进而根据试样几何尺寸和电极结构确定材料的相对介电常数和介质损耗因数。具体的计算方法为：通过阻抗分析仪或专用介电测试系统测量装有试样的测试夹具的等效并联电导（G）和等效并联电容（C），然后根据材料厚度、电极面积等几何参数计算相对介电常数εr=C·d/(ε0·A)，介质损耗因数tanδ=G/(ω·C)。在较高的频段范围内，为了获得准确的测量结果，必须考虑测试夹具的残余电感、引线阻抗及边缘电容等寄生参数的影响。本标准对这些因素提出了明确的修正要求，以减小系统误差。3.3测试装置与夹具标准对测试装置提出了系统性的技术要求。核心测量设备为具备宽频测量能力的阻抗分析仪或网络分析仪，其频率覆盖范围应至少包含1MHz至300MHz，且在测试频率点上具备足够的测量精度和稳定性。测试夹具的设计是本标准技术内容的重点之一。标准规定夹具应满足以下基本要求：（1）电极系统应具有良好的导电性和耐腐蚀性，推荐采用镀金或镀银电极以减小接触电阻和表面氧化影响；（2）电极结构应保证电场分布的均匀性，试样与电极之间应紧密接触且无气隙，必要时可采用导电弹性体或液态金属电极以消除界面气隙对测量结果的影响；（3）测试夹具的残余电感和杂散电容应尽可能小，且需要通过开路校准、短路校准和负载校准程序加以扣除；（4）对于不同厚度的试样，电极间距应可调，以适应不同规格的测量需求。3.4试样要求标准对试样的制备和处理提出了明确要求。试样应具有均匀的材质和一致的厚度，其厚度测量精度应达到±0.01mm以内。试样的形状通常为平板状圆形或方形，具体尺寸应与测试夹具的电极尺寸相匹配。为消除历史吸湿等因素对测试结果的影响，试样在测试前须按照标准规定的条件进行预处理。标准给出了多种预处理条件供选用：对于一般材料，推荐在（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的标准大气条件下进行至少24小时的状态调节；对于吸湿敏感性较高的材料，可在（105±2）℃的烘箱中干燥处理1小时以上，随后在干燥器中冷却至室温后再进行测试。3.5试验步骤与数据处理标准的试验步骤包括以下主要环节：仪器校准、空夹具测量、装样测量、数据记录与计算。每一步均给出了详细的操作规程和质量控制要求。在数据处理方面，标准明确了相对介电常数和介质损耗因数的计算公式，并对测量不确定度的评定给出了指导性建议。标准要求最终报告应包含试样的完整信息、测试条件、测试频率点、测试结果及不确定度分析等内容，以保证测试结果的可追溯性。4标准体系协调与比对分析4.1与GB/T31838系列标准的协调GB/T31838《固体绝缘材料介电和电阻特性》系列标准是我国绝缘材料介电性能测试方法的基础性标准体系。该系列在结构上参考了IEC62631系列标准的框架，按照测试方法和适用频段划分不同部分。GB/T31838.8-2024作为该系列的第8部分，与已有的其他部分（如直流方法测体积电阻和表面电阻、工频和音频频段测介电特性等）形成了互补衔接，共同构建了覆盖直流至300MHz频率范围的完整测试方法标准体系。4.2与IEC62631-2-1:2018的关系GB/T31838.8-2024采用等同采用（IDT）方式转化自IEC62631-2-1:2018，技术内容和结构编排与国际标准保持一致。这一转化方式保证了国内测试结果与国际测试结果的可比性和互认性，有利于消除技术性贸易壁垒，促进绝缘材料及相关产品的国际贸易和技术交流。4.3与国内相关标准的关系国内现有的GB/T1409-2006《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下介电常数和介质损耗因数的推荐方法》虽然覆盖频率范围较宽，但其在高频段的测试精度和可操作性方面存在局限。GB/T31838.8-2024的发布实施为高频段介电性能测试提供了更为精确和规范的方法选择，与GB/T1409形成互补关系。同时，本标准对于高频覆铜板、微波基板等电子材料的测试也与电子行业标准相互配合，共同服务于电子信息材料产业的需求。5主要起草单位介绍——中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司（以下简称“中国电科院”）是国家电网有限公司直属的科研机构，成立于1951年，是中国电力行业多学科、综合性科研机构，长期致力于电力系统及电工材料领域的基础研究和应用技术开发。在绝缘材料测试技术领域，中国电科院拥有深厚的技术积淀和丰富的标准化工作经验。中国电科院设有国家重点实验室和行业认可的检测实验室，配备了涵盖工频至微波频段的完善介电性能测试平台，具备从材料制备、试样加工到性能评价的全链条研究能力。近年来，该院紧密围绕特高压输电、新能源接入、高频电力电子等国家重大需求，在新型绝缘材料的介电特性表征方法与测试技术方面开展了大量创新性研究工作，相关研究成果为GB/T31838.8-2024的制定提供了重要的技术支撑。在标准化工作层面，中国电科院作为SAC/TC301的副主任委员单位和多个分技术委员会的秘书处承担单位，牵头或参与制修订了多项绝缘材料领域的国家标准和行业标准。在本标准的起草过程中，中国电科院充分发挥了其在测试方法研究、实验室验证和标准文本编制方面的综合技术优势，组织完成了标准核心试验方法的实验室间验证工作，为标准技术内容的科学性、合理性和可操作性提供了有力保障。中国电科院将继续发挥在电气绝缘领域的引领作用，持续推进绝缘材料测试技术的创新发展，积极参与国际标准化活动，为我国电工材料产业的技术进步和国际化发展作出更大贡献。6标准实施应用前景6.1在电子通信行业的应用5G通信基站、射频器件及高频印制电路板等产品对基板材料的介电性能提出了极为严格的要求——低介电常数可减少信号传播延迟，低介质损耗则可降低信号衰减和热量产生。GB/T31838.8-2024的实施为高频覆铜板、改性聚四氟乙烯基板、液晶聚合物等高频低损耗材料的性能评价提供了统一的标准依据，将有效支撑5G及未来6G通信基础设施建设。6.2在电力设备领域的应用在电力设备领域，绝缘材料的介电特性直接关系到设备绝缘结构的设计和运行可靠性。随着柔性直流输电、固态变压器等新型电力装备的发展，其中电力电子器件的工作频率已从工频拓展至数十千赫兹至数兆赫兹范围。本标准的实施为高频变压器、高频电抗器等设备中绝缘材料的选型和验证测试提供了技术支撑。6.3在新能源与新能源汽车领域的应用新能源汽车的驱动电机采用高频逆变器供电，电机绕组绝缘承受的电压应力包含高幅值、快上升沿的高频脉冲分量，绝缘系统在高频条件下的介电特性直接影响电机的绝缘寿命和运行安全。同时，车载充电机、DC-DC变换器等功率电子模块对绝缘材料的射频特性也有严格要求。本标准的应用将为新能源汽车电机及功率模块绝缘材料的高频性能评价提供科学、可靠的测试手段。6.4在国际贸易与产业升级方面通过等同采用IEC国际标准，GB/T31838.8-2024实现了与国际贸易体系的技术对接。对于绝缘材料生产企业和下游应用企业而言，采用本标准进行产品性能评价，其结果可获得国际市场的广泛认可，有助于降低贸易壁垒、增强产品国际竞争力。同时，统一的高频测试方法标准也将引导行业向高性能、高一致性方向发展，推动产业整体技术水平提升。7结论与展望GB/T31838.8-2024《固体绝缘材料介电和电阻特性第8部分：测定介电特性（AC方法）相对介电常数和介质损耗因数（频率1MHz~300MHz）》的发布实施，填补了我国在固体绝缘材料中高频段（1MHz~300MHz）介电特性测试方法标准领域的空白，进一步完善了GB/T31838系列标准体系。该标准等同采用IEC62631-2-1:2018国际标准，技术内容与国际先进水平保持同步，在测试原理的严谨性、装置要求的系统性和数据处理的规范性方面均达到了较高水平。标准的实施将为高频绝缘材料的研发、生产、检验和应用提供统一、权威的技术依据，有力地支撑5G通信、高频电力电子、新能源汽车和航空航天等战略性新兴产业的发展需求。未来，随着测试技术的持续进步和应用需求的不断演化，建议相关技术组织在以下方面持续开展工作：一是跟踪IEC62631系列的修订动态与技术发展，适时开展本标准的复审和修订工作，保持标准的技术先进性和适用性；二是针对频率高于300MHz（如微波至毫米波频