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改性塑料的絕緣特性及表征
?????????改性塑料在5G時代可用于設(shè)備的外框、鍵盤、后蓋、中框、支架等部件，具有外殼包覆、裝飾、支撐和連接等作用。常見的改性塑料樹脂如圖1所示。
?圖1 改性塑料用高分子樹脂
????????電工中一般認(rèn)為電阻率超過1010·cm的、在電場中以感應(yīng)而并非傳導(dǎo)的方式呈現(xiàn)其電學(xué)性能的物質(zhì)為電介質(zhì)，通俗稱之為絕緣材料。絕大多數(shù)高分子樹脂是由碳、氫、氧、氮、硫為主通過共價鍵按照特定的序列和立體構(gòu)型連接起來的大分子量合成材料，分子中沒有可移動的自由電子，即使在外加電壓的情況下，也不能形成電子的定向移動，同時，絕大多數(shù)高分子樹脂不含有對電磁波吸收、反射的金屬元素或分子結(jié)構(gòu);而高分子樹脂是改性塑料最重要的、占比例最高的基材，因此我們默認(rèn)絕大多數(shù)改性塑料為絕緣性材料。
????????改性塑料的絕緣性一般通過體積電阻率、介電常數(shù)和介電損耗、擊穿電壓三項表示。
????????體積電阻率，是材料每單位體積對電流的阻抗，用來表征材料的電性質(zhì)。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻率。
?????????式中，h是試樣的厚度(即兩極之間的距離);S是電極的面積，ρv的單位是Ω·m(歐姆·米)。高分子材料的體積電阻率一般在108-1018Ω·m。
????????介電常數(shù)(dielectric constant)是表征電介質(zhì)的最基本的參量。表征材料極化并儲存電荷能力的物理量稱為介電常數(shù)，用ε表示，無量綱。
?????????式中：Cx —電容器兩極板充滿介質(zhì)時的電容;C—電容器兩極板為真空時的電容;ε—電容量增加的倍數(shù)，即相對介電常數(shù)。介電常數(shù)的大小表示該介質(zhì)中空間電荷互相作用減弱的程度。作為高頻絕緣材料，ε要小，特別是用于高壓絕緣時。
????????介電損耗(tgδ)：指電介質(zhì)材料在外電場作用下發(fā)熱而損耗的那部分能量。介質(zhì)損耗通常是指交流損耗。常將電介質(zhì)在電場作用下，單位時間消耗的電能叫介質(zhì)損耗。工程中，常將介電損耗用介質(zhì)損耗角正切tgδ來表示。tgδ是絕緣體的無效消耗的能量對有效輸入的比例，它表示材料在一周期內(nèi)熱功率損耗與貯存之比，是衡量材料損耗程度的物理量
?????????式中：ω —電源角頻率;R —并聯(lián)等效交流電阻;C —并聯(lián)等效交流電容器
????????介質(zhì)損耗對于用在高壓裝置、高頻設(shè)備，特別是用在高壓、高頻等地方的材料和器件具有特別重要的意義，介質(zhì)損耗過大，不僅降低整機(jī)的性能，甚至?xí)斐山^緣材料的熱擊穿。
????????擊穿電壓和擊穿電場強(qiáng)度：是表征某種材料絕緣性能最重要參數(shù)。擊穿電場強(qiáng)度也稱為介電強(qiáng)度。兩者的關(guān)系為：
????????擊穿電場強(qiáng)度
????????E=V/h
????????式中：V—擊穿電壓;h —材料厚度;單位為kv/mm。
????????表1給出了部分高分子樹脂的介電性能典型參考值。
表1 部分高分子樹脂的介電性能典型參考值
????????介電常數(shù)ε與材料分子的極化能力息息相關(guān)。高分子樹脂的ε由主鏈結(jié)構(gòu)中的鍵的特性和排列所決定。非極性材料的極化能力小，ε和tg都較小，例如HDPE、PP、PS和PTFE的ε均在3以下;極性材料分子結(jié)構(gòu)中含有極性較強(qiáng)的酯鍵、酰胺鍵、羰基等，導(dǎo)致分子在電場中極化能力較強(qiáng)，ε和tg越大，它們的介電常數(shù)普遍在3-5之間;極性取代基團(tuán)影響更大，且其數(shù)目越多, ε和tg越大，例如離子聚合物、磺酸鹽、馬來酸酐共聚物等。
????????典型改性塑料是以高分子樹脂為基材，添加了纖維、助劑和填充劑并經(jīng)過高溫擠出造粒過程制得的成分復(fù)雜的復(fù)合材料，介電常數(shù)ε的影響因素更多，不僅與高分子樹脂基材的介電常數(shù)有關(guān)，也與其中添加的纖維、助劑及造粒過程中它們彼此發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)過程形成的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
????????材料產(chǎn)業(yè)也迎來了5G新時代，在應(yīng)用端手機(jī)、基站、物聯(lián)網(wǎng)、汽車等硬件載體都將對5G新材料有更多的需求和更高的要求。歡迎長按下方二維碼加入艾邦5G材料交流群進(jìn)行交流，共謀發(fā)展進(jìn)步!
