高聚物的介电常数

介 2.
1 2
电24.0
3
常23.5
数ε23.0～～ 4
～～
′210.
205. △湿度对高聚物非0介极00电性性高20的聚影物40响的介60电8常温（0 数℃100与度）温
度1的-P关P；系2-HDPE；3-LDPE；
4-PTFE
9 ε7 ′ 60
5 Hz
3 60 Hz
1000 Hz 1000 2ε
低电压 区
高电压区 绝缘破坏区
I
电流-电压曲线 击穿电压强度：连续对高聚物材料升高电压，电当压试V样被击穿时的电压和试样厚度的比
值称为击穿电压强度。
Eb
V h
§8-3 高聚物的击穿电压强度 介电击穿的形式、原因及决定因素
高压电场
本征击穿
加速
离子
运动
少数自由电子
获能 碰撞
新的 电子
高聚物材料
介电击 穿形式
V 高聚物介电损耗示意图
－高聚物将电能转变为热能损耗的程度。
△介电损' '耗的原因
对非极性'高聚物 在交变电场中，所含的杂质产生的漏导电流，载流子流动时，克服
内摩擦阻力而作功，使一部分电能转变为热能，属于欧姆损耗。
对极性高聚物 在交变电场中极化时，由于黏滞阻力，偶极子的转动取向滞后于交变
电场的变化，致使偶极子发生强迫振动，在每次交变过程中，吸收一部分电能成热能而释
0.抗0静. 电0. 剂0. 2 345
0. 6
抗静 电剂 加入 量对 静电 荷的 影响
1PVC
2-PE
3-PP
§8-4 高聚物的静电现象
抗静电剂的选择 对抗静电剂的要求
亲水性强 与高聚物的相溶性好 容易分散混合 稳定性好 无毒、无味、无害 加入后不影响高聚物其他性能
实验值
3.1 2.7/3.4
3.1 3.1 2.6 2.9/3.2 2.6/3.0 4.0
§8-1 高聚物的介电性
▲高聚物的介电损耗（dielectric loss） △定义 是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为 热能而损耗的现象。一般用损耗角的正切值表示。
a
b
Ic
I
V
δ
φ
式中 －ta实n验测VW 得IC的介每 每 电常周 周 数；期 期内 内介 介电 电储 损 量 量存 耗 的 的 ''' 能 能
介电损耗（tanδ）
103Hz
0.002 0.0005 0.0002 ～0.0008 0.0001 ～0.0003 ＜0.0002 0.0021 0.02 ～0.04 0.011 ～0.06 0.03 ～0.05 0.07 ～0.16 0.009 ～0.017 0.002 ～0.012
106Hz
0.0003 0.0005 0.0001 ～0.0005 0.0001 ～0.0004 ＜0.0002 0.010 0.03 ～0.04 0.03 ～ 0.04 0.02 ～0.03 0.04 ～0.140 0.006 ～0.019 0.007 ～0.026 0.004
影响高聚物介电性的因素 ▲高聚物的极性与类别
高聚物的极性 高聚物的极化
介电性的表示方法
介电常数 介电损耗
非极性高聚物（PE、PP、PTFE等）
▲高高聚聚物物的的极极性化类（别polariz弱极at极性io性高n）高聚聚物物（P（VPCS、、PPAIP、等P）VAC、PMMA等） 是电解质在电场的作用下强分极子性内高束聚缚物电（荷P产V生A、弹P性AN位、移P或ET偶、极酚子醛沿树电脂场、的氨从基优树取脂向等，） 在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的现象。
667
687
二、静聚电丙的烯利腈与弊 静聚电已的二有酰利已之二处胺 静聚电乙的烯不醇利之处
936
720
静电喷涂84、70静电印3刷77、0 静电照像、静电吸尘等。
影响外观、相互黏结、电器准确性、静电火花、磁带杂音等。
三、静电的防止
§8-4 高聚物的静电现象
静电的防止办法
静电消除器 接地导出 环境湿度调节
Hz 1″
P50VAC6的0 介7电0 性8能0 与温（9温0℃度10度）0的 关系
介电性
相对湿度 酚醛树脂 聚氯乙烯（电缆料）
介电常数 （50Hz）
31.7% 63% 97% 9.71 10.4 15.8 7.40 7.50 8.00
介电损耗 （50Hz）
31.7% 63% 97% 0.342 0.358 0.448 0.111 0.113 0.136
聚苯乙烯薄膜 聚酯薄膜
聚酢亚胺薄膜 芳香聚酰胺薄膜
Eb
50-60 100-130 80-110
70-90
§8-3 高聚物的击穿电压强度
二、耐电压性与耐电弧性 耐电压性：指迅速将电压升高到制品标准规定的电压，停留1min（或按制品
标准规定的时间），观察制品是否被击穿，若未被击穿，则此电压为该制品的耐 电压值。此数值表示高聚物制品的耐电压能力。
计算值
2.20 2.15 2.55 2.82 2.0 3.20 2.94 3.45
实验值
2.3 2.2 2.55 2.6 2.1 2.25 2.6/3.7 3.4
高聚物
聚α-氯代丙烯酸乙酯 聚甲基丙烯酸乙酯 聚丙烯腈 聚甲醛 聚苯醚 聚对苯二甲酸乙二酯(无定 型) 聚碳酸酯 聚已二酰已二胺
计算值
3.20 2.80 3.26 2.95 2.65 3.40 3.00 4.14
0.1
0.24
四丙乙苯 苯偏 化 碳 氯 丙对尼甲 酸 维酰
氟烯烯乙 醚二 聚 酸 乙 烯苯纶基 纤 素胺
乙
烯 氯 醚 酯 烯 腈二 丙 维
赛璐璐
0.3
0.3
烯
乙
甲烯
聚N，N-二甲丙烯酰 0.66 0.48
胺
1.5
0.96
聚丙烯酸
2.5
1.55
羊毛
3.6
4.8
烯
酸酸
乙甲
二酯
酯
棉花
41
15.8
聚n-乙烯基吡咯酮
§8-2 高聚物的导电性
一、高聚物的导电类型 导电性 在电场作用下，物体中载流子发生移动的现象。用电导率或电阻率
表示。 在直流电场下，物体的电导率表示为：
式中 σ－电导率； n－载流子的浓度； e－电子电荷；
μ－载流子的移动度。 高聚物的导电类型
ne
高聚物的导电类型
电子导电 离子导电 氧化还原导电
1-聚甲基丙烯酸甲 酯
2-聚乙烯醇
3-氯代聚乙烯
4-聚苯乙烯
5-聚乙烯
6-聚异丁烯
Eb
高聚物
Eb
高聚物
聚乙烯 聚丙烯 聚甲基丙烯酸甲
酯 聚氯乙烯 聚苯乙烯
18-28 20-26 18-22 14-20 16-20
聚砜 酚醛树脂 环氧树脂 聚乙烯醇 聚丙烯薄膜
17-22 12-16 16-20 40-60 100-140
频率较 随高' ' 频和率较增低加时存为在零极。大值，并且，
ε ′
ε′ε(′T1()T1) ε′(T1)
ε ″
ε″(T1)ε″(T1) ε″(T1)
ω
T1＜T2＜T3
§8-1 高聚物的介电性
△温度对高聚物介电性的影响 对非极性高聚物，温度升高，介电常数下降；对极性高聚物，随温度的升高而出现峰 值。
三、影响高聚物介电性的因素
§8-1 高聚物的介电性
高聚物的分子结构
交变电场的频率
影响高聚物介电性的因素
温度
湿度
增塑剂 △高聚物分子结构对介电性的影响 规律：ω与T一定，极性↑、极性基团密度↑，介电常数与介电损耗↑。 ▓实例 前两表 △频率对高聚物介电性的影响
随' 频率增加而降低，并且在较低
和较高时为零。
放出来，属于偶极损耗。损耗的大小取决于偶极极化的松弛特性。
△部分高聚物的介电损耗
§8-1 高聚物的介电性
高聚物
高密度聚乙烯 低密度聚乙烯
聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 聚碳酸酯 聚已内酰胺 聚已二酰已二胺 聚甲基丙烯酸甲酯 聚氯乙烯 聚偏乙烯
ABS 聚甲醛
60Hz
0.0002 0.0005 0.0005 0.0001～0.0003 ＜0.0002 0.0009 0.014 ～0.04 0.010 ～0.06 0.04 ～0.06 0.08 ～0.15 0.007 ～0.02 0.004 ～0.034 0.004
耐电弧性：在一定的高压电场下，两极间的气体被击穿产生电弧、火花的作 用，致使高聚物表面形成导电层所需要时间的长短表示高聚物对电弧、电火花的 抵抗能力。
§8-4 高聚物的静电现象
一、静电现象（electrostatic effect） ▲高聚物静电现象的产生 主要产生于高聚物与成型加工设备之间的摩擦、拉幅、拉丝等过程。
加入抗静电剂
阳离子型 阴离子型 两性离子型 非离子型 高分子型
静电 荷水 率的 关系
1
10－1
10－2 静10－3 电荷10－4
10－5 10－6 10－07
醋
酸
纤 维
பைடு நூலகம்
羊 络毛
聚 酰
麻
素 纤 维
胶 粘 纤
胺木
维
棉
5 10 15 20 吸水率
（%）
100 0500
100
50 静
电 荷10
543 2
0
0. 1
湿度↑，介电 常数与介电损
耗↑
§8-1 高聚物的介电性
△增塑剂对高聚物介电性的影响 规律：对非极性高聚物，随加入增塑剂量的增加将曲线推向高频率区；对极性高聚 物，随增塑剂量的增加，介电常数和介电损耗增大。 ▓实例 PVC
15
ε10
′ 5
20 15 9
30
1.
5 ε1.
20 15 9
3 0
″0
0.
5
导电高聚物的应用
§8-2 高聚物的导电性
导电高聚物的应用
电子导电高聚物
导电材料 电极材料 电显示材料 化学反应催化剂 有机分子开关
离子导电高聚物
代替电解质材料 全固态电池
氧化还原导电高聚物
各种电极材料 特种电极修饰材料
二、高聚物的绝缘电阻
§8-2 高聚物的导电性
高聚物绝缘电阻的表示形式
体积电阻率 表面电阻率
热击穿
介电损耗 产生热量
大量自由电子 T
导电率
老化变质
放电引起的击穿 气泡
电离放电
电子 离子
放热
老化变质
§8-3 高聚物的击穿电压强度
高聚物
1 击5 穿 电1 压0 强 度5 ×
10
－6
（V/200
c m）
1
2 3 4 5 6
100
温 （
℃度0常）见高1聚00物的击穿电压强度
几种高聚物的击穿 电
压强度与温度的关 系
所有高聚物
慢， 10－9s以上；损耗较大能量；依 赖温度和频率
极性高聚物
极慢，几分之一秒至几分钟、几小时 共混、复合材料
＋ ＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋－＋－＋－ ＋－＋－＋－ ＋－＋－ ＋－＋－＋－ ＋－＋－＋－ ＋－＋－ － － － －－ －－ －
高聚物 在电场 中极化 示意图
§8-1 高聚物的介电性
二、高聚物的介电性 ▲高聚物的介电常数（dielectric constant） △定义
C Q0 Q'
显然，高聚物极化程度越大，极板感应C产0生的电Q荷0Q’越大，介电常数越大。
△常见高聚物的介电常数
高聚物
聚乙烯（外推到无定型） 聚丙烯（无定型） 聚氯化苯乙烯 聚四氟乙烯（无定型） 聚氯乙烯 聚醋酸乙烯酯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚α-氯代丙烯酸甲酯
A
B
电中性
接触或 摩擦
＋| ＋
| ＋| ＋|
＋ ＋| ＋|
|
|＋
| |
＋
|
＋| |
＋| ＋| ＋|
＋
|
＋|
A
B
两相电荷
分离
＋
|
＋
|
＋
|
＋
|
＋
|
A
B
带电
物体的静电现象
§8-4 高聚物的静电现象
▲高聚物的带电半衰期与带电序列
高聚物
半衰期，s
聚聚聚聚 聚聚 氯 聚 聚 聚聚维聚 醋 纤聚
聚乙烯基咪唑
正电荷 负电荷
V RV
平等电极
S
dS
RS
l b
环状电极
S
RS
2
lnD2 D1
绝缘电 阻测定
测量电极
环电极
试样
对电极
§8-3 高聚物的击穿电压强度
一、击穿电压与击穿电压强度 介电击穿：随着电压的不断增加至某极限值后，出现电阻率降低到极小，电流增加，
产生局部导电而使高聚物材料丧失绝缘性能的现象。 击穿电压：导致高聚物材料击穿的电压。
高聚物的介电常数
§8 高聚物的电性能
●总论 高聚物具有体积电阻率高（1016～1020Ω·cm）、介电常数小（≤2）、介质损耗低 （＜10－4）等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。另外， 由于高聚物成型加工容易，品型多，故在电器方法应用广泛。
§8-1 高聚物的介电性
一、高聚物分子的极化 ▲定义 高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。
§8-1 高聚物的介电性
高聚物的极化形式
极化形式 电子极化 原子极化 偶极极化 界面极化
极化机理 电子云的变形
各原子之间的相对位移
极性分子（或偶极子）沿电场 方向转动，从优取向 载流子在界面处聚集产生的极 化
特点
适用对象
极快，10－12～10－15s；无能量损耗； 所有高聚物 不依赖温度和频率
稍快， 10－12s；损耗微量能量；不 依赖温度
020 40 60 80 10
020 40 60 80 10
△杂质对高聚物介电性的影响
T(
0
T(
℃增)塑剂加入量对PVC介电性能的℃影)响
0
规律：导电性或极性杂质的存在，增加高聚物电导电流的极化率，使介电损耗增大。
▓实例 HDPE杂质1.9%降到0.03%时，tanδ从14×10-4降到tanδ14×10-4