10.1.3 Dielectric Properties介电性能 10.1.3 Dielectric Properties介电性能 指电场作用下，高聚物储蓄和损耗电能的性质 Polaried Phenomen级化现象 大务器贵多 会品 高聚修作为地缘材料、或电容的介电村料脂时。介电性是非常要的性 10.1.3 Dielectric Properties介电性能 品还食及充电西物门 10.1,3 Dielectric Properties介电性能 Dielectric Constant介电常数 Dielectric Los经介电料 出你绣资生数界 商镇径然尽贤上南加电压山，两补电尽版上产生电特4。→2西 个因 量介电常斯，定义为充满纯介质时电客/真空电客 F.r网 ,偶股子转向将克服调力能。 550 对专极性聚会物：中损能去的 深 10.1.3 Dielectric Prope rties介电性能 10.13 Dielectric Properties介电性能 Dielectric5 pectrum介电松地谱 :活naa 整珠电密界餐来公天不 电场变化速摩与藏观远助单元的本征烟化速度相当时，才出现介电操耗墙 介电强度很高的介电材料 电容 00 ·有克清产镜 烤紫品别 Instrument insulant 0.1.4D electric Breakdown介电击身 10.1.5 Electrostatic Phenomena静电现象 高压下，电极间的材料迅达释放大量电能而发生局部烧殿的现象 装程电调分入牙合智注费幕器货接触或摩物时诚会在西国表 生产程道ǘ酯销甜茗强身 介电强度 压 聚合的宝叶杂袖终大是10.1.3 Dielectric Properties   介电性能  2个衡量指标  介电常数：表征电介质 的能力  介电损耗：表征电介质通过发热 的多少  高聚物作为绝缘材料、或电容器的介电材料使用时，介电性是非常重要的性能 质 的 热 的 指电场作用下，高聚物储蓄和损耗电能的性质 9 多少 电材料使用时，介电 的  不论极性还是非极性高聚物，一般情况下呈电中性  电场作用下，高聚物会极化  电子极化：电子倾向于正极，原子核倾向于负极，使分子电荷分布发生变化，产生偶极矩。较弱  原子极化：分子中各原子发生相对位移，导致原子极化。 大小仅有电子极化的1/10  取向极化：极性分子，原来无规排列的分子沿电场方向规则排列，产生永久偶极 Polarized Phenomena  极化现象 + ‐ + ‐ + ‐ +   ‐ + ‐ + ‐ + l + ‐ + ‐ + l + + + + + + _ _ _ _ _ _ l + l + l + l + l + l + l + l +    E 电场强度 E 极化率 偶 极 矩 Deybe 10.1.3 Dielectric Properties   介电性能  高聚物的极性，通常用链节的偶极矩  来表示  根据链节的偶极矩，可将高聚物分为4类  非极性高聚物： = 0D，           如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丁二烯  弱极性高聚物： = 0~0.5D，   如聚苯乙烯、聚异丁烯、聚异戊二烯      极性高聚物： = 0.5~0.7D，如聚氯乙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯  强极性高聚物： > 0.7D，       如聚酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、酚醛树脂 10 排 _ _ _ _ + l + l + l + l + l + l + 矩  来表示 分为4类 如聚乙烯、聚四氟 D， 如聚苯乙烯、聚 7D，如聚氯乙烯 如聚酯、聚 Dielectric Constant    介电常数   0 / C QU  o 0 C QQU   ( )/  在真空中的两块电极板上施加电压U，两个电极板上产生电荷Q0， 则真空电容器的电容为 若两电极板间充满电介质，电介质在电场作用下极化，将在两电 极板上产生感应电荷Q’，使电极板上电荷增大为Q0+Q’。电容为 介电常数，定义为充满电介质时电容/真空电容 0   C C/ 是描述介质在电场中极化程度的物 理量，反映介质储存电能的能力 分子的极性 越大，介电 常数也越大 高分子  高分子  高分子  聚四氟乙烯 2.0 聚碳酸酯 2.97~3.17 环氧树脂 3.5~5.0 聚丙烯 2.2 乙基纤维素 3.0~4.2 聚甲醛 3.7 聚三氟氯乙烯 2.24 聚酯 3.0~4.36 尼龙6, 66 3.8~4.0 聚乙烯 2.25~2.35 聚砜 3.14 聚偏氯乙烯 4.5~6.0 聚苯乙烯 2.45~3.10 聚氯乙烯 3.2~3.6 酚醛树脂 5.0~6.5 聚苯醚 2.58 PMMA 3.3~3.9 硝酸纤维素 7.0~7.5 硅树脂 2.75~4.20 聚酰亚胺 3.4 聚偏氟乙烯 8.4 一些高聚物的介电常数(60Hz，ASTM150)  10.1.3 Dielectric Properties   介电性能 11 电  高分子 2.97~3.17 环氧树脂 素 3.0~4.2 聚甲 酯 3.0~4.36 尼 聚砜 3.14 聚氯乙烯 3.2~3 PMMA 3 聚酰亚胺 M150) Dielectric Loss 介电损耗      对非极性聚合物，电导损耗可能是主要的    对     极性聚合物，介电损耗主要为极化损耗 电介质在交变电场中因消 耗部分电能而发热的现象 2个原因  电导损耗：外电场作用下，含载流子的电介质产生电导电流，消耗掉部分电能而发热      原因：克服电阻而消耗电能  松弛(极化)损耗：电场作用下，极化(特别是取向极化)过程，无规排列的分子(偶极子)转动而消耗 部分电能，以克服介质的内粘滞阻力，转化为热能       这部分损耗有时很大       原因：介质具有内粘滞作用，偶极子转向将克服摩擦阻力而损耗能量 10.1.3 Dielectric Properties   介电性能 12 损耗可能是主要 介电损耗主要为极 过程，无规 克服摩擦阻力而损耗 13 制造电容器要求介电损耗尽可 能小、而介电常数尽可能大和 介电强度很高的介电材料 电容器 Instrument insulant 仪表绝缘要求电阻率和介电强度 高而介电损耗很低的绝缘材料 10.1.3 Dielectric Properties   介电性能 介电常 度很高的介 阻率和介电强度 很低的绝缘材  固体高聚物介电损耗随温度(恒频)、或频率(恒温)而变化的图谱，称介电松弛谱。前者为温度谱， 后者为频率谱  介电松弛谱，广泛用于研究高聚物分子结构与分子运动 Dielectric Relaxation Spectrum    介电松弛谱       T tan Dielectric relaxation spectrum  of a polymer 电场变化速度与微观运动单元的本征极化速度相当时，才出现介电损耗峰 10.1.3 Dielectric Properties   介电性能  高聚物一般具有一个以上介电损耗极大值，对应 不同尺寸运动单元的偶极子在电场中的松弛损耗  非晶态均相高聚物的介电松弛谱上，松弛总是 与链段运动相关；、等次级松弛则对应较小运 动单元的运动 14 tan 度相当 大值，对应 中的松弛损耗 弛谱上，松弛总是 次级松弛则对应较小运 10.1.4 Dielectric Breakdown    介电击穿 E U h b b  材料厚度 击穿电压 MV/m 介电强度 高压下，电极间的材料迅速释放大量电能而发生局部烧毁的现象  在强电场(106~108 V/m)中，材料电绝缘性能随电压升高而下降，产生局部导电，变成导体  高聚物的介电击穿有多种形式，如本征击穿、热击穿、放电击穿等  介电强度：高聚物材料最大能承受电场作用的能力 高聚物 Eb(MV/m) 高聚物 Eb(MV/m) 聚乙烯 18~28 聚乙烯薄膜 40~60 聚丙烯 20~26 聚丙烯薄膜 100~140 PMMA 18~22 聚苯乙烯薄膜 50~60 聚氯乙烯 14~20 聚酯薄膜 100~130 聚苯醚 16~20 聚酰亚胺薄膜 80~110 聚砜 17~22 芳香聚酰胺薄膜 70~90 酚醛树脂 12~16 环氧树脂 16~20 高聚物的介电强度工程数据 15 60 00~140 50~60 100~130 薄膜 80~110 聚酰胺薄膜 70~9 10.1.5 Electrostatic Phenomena    静电现象 聚 四 氟 乙 烯 聚 丙 烯 聚 乙 烯 聚 苯 乙 烯 聚 苯 醚 聚 偏 二 氯 乙 烯 聚 氯 醚 聚 碳 酸 酯 聚 氯 乙 烯 聚 丙 烯 腈 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 乙 酸 纤 维 素 纤 维 素 ( 棉) 皮 肤 粘 胶 纤 维 蚕 丝 羊 毛 尼 龙 聚合物相互摩擦时，介电常数大的带正电                                         介电常数小的带负电  ⊖ 任何两个固体，只要其内部结构中 分布不同，接触(或摩擦)时就会在固‐固表面 发生电荷再分配，分离后每一固体都带有过量的正(或负)电荷 分 乙 烯 烯 烯 二 腈 烯 甲 酸 乙 丙 烯 酸 甲 酯 维 素 ( 棉) 维 16 聚 苯 醚 聚 偏 二 氯 聚 氯 醚 聚 碳 酸 酯 乙 烯 二 醇 酯 酯 合物相互摩擦时，介 氯 乙 烯 烯 酯 乙 二