塑料介电性能与介电常数的影响因素分析

介电常数是塑料介电性能的一种性能指标。它与塑料作为电介质制品时，在电场作用下可储存电能大小有关，与塑料在电场作用下的发热量有关。

塑料在外电场作用下，其内部原子、分子或离子中的正负电荷，如果沿电场方向产生有规则的相对偏离，则聚合物在电场方向两端呈现异号电荷，称这种现象为取向极化或偶极极化。如果电场消失，材料又呈中性，则这种材料称为极性材料，反之称为非极性材料。

极性材料完成极化所需时间约在10^-9s量级，通常发生在10⁶Hz以上的高频范围内。在低频时，极化一般发生在多组分聚合物的各相界面，如共混物，加添加剂的聚合物其各组成相在电场作用下，交界面处的电荷转向，可产生极化现象，但这种极化需要几分之一秒到几秒钟的时间。不管什么样的极化都要伴随着有较大的能耗，产生热量。

不同材料在同一外电场作用下，其极化程度不同，应采用极化率来度量，但其测试困难，故采用了能反映极化率大小程度的相对介电常数作为度量指标。相对介电常数的定义是，用充满电介质的电容器所得的电容与以真空为介质组成同样尺寸形状的电容器，所得的电容之比值，即称为相对介电常数，符号为ε，常简称介电常数。介电常数越大，极化率越高，可产生感应电荷量越多，可储电能（电容量）越大，但电能转化的热能量也越大，绝缘性能越差。

介质常数测试的国家标准为GB/T 1409—2006《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的推荐方法》。测试频率为50～100Hz，温度为（20±5）℃，相对湿度为（65±5）%。

影响介电常数的因素主要有材料、温度、湿度、电场频率等。(www.xing528.com)

（1）材料的极性 一般非极性材料，如PE、PP、PS等介电常数小，约为2～3；低极性材料的电介常数为3～5极性材料的介电常数为4～10，强极性材料的介电常数则更大。分子链对称性越高的材料，则介电常数越小。塑料中F4的介电常数最小，仅为2.1；PA6的介电常数较高，为4.7。

（2）电场频率 低频率电场的频率变化对介电常数影响不大，高频电场的频率变化则影响较大，因为极化反应需要一定的时间，所以在高频场合频率增大时，极性材料极化速度来不及反应使介电常数下降，频率下降时介电常数变大。对于非极性材料，因分子链对称性好，所以介电常数对频率变化不敏感。

（3）环境温度 温度升高时，对非极性材料，因密度变小，感应电荷密度下降，介电常数变小，但此时电子极化增加，一增一减可抵消，故介电常数变化不大，尤其在60～10⁶Hz频率范围内变化很小；对极性材料，因温度升高，取向极化增强，则介电常数也增大，但当温度升高到某值时，因聚集态变形，取向性下降，故介电常数随温度升高而下降，因此极性材料的介电常数对温度变化敏感。这种现象对非极性材料也有，但变化很小。但两种材料在T_g或T_m点上都会发生介电常数增大的现象，极性材料增长很快。

（4）相对湿度 湿度增大时，介电常数变大，对极性材料影响更大。因为水是极性介质，它扩散到分子内会增大极性，吸湿后塑料表面的水膜会增加表面电导，促进材料极化反应。频率低时，吸水性影响更大。随着频率的增大，其影响变小。

由此可见，选择材料介电常数时更结合实际使用情况。例如，作电容器类制品时，宜用介电常数大的材料，因其储电能量大，可减小制品尺寸，但要求在较宽的温度范围内介电常数不能增高，否则发热量大，会破坏制品；对电器、电缆、高频场合使用的制品，应选PE、PS等非极性或弱极性材料，其介电常数、介质损耗角都小，发热量低。另外，当同一电路系统中有几个元器件时各组件材料的介电常数应相近，否则会使介电常数小的组件承受高电压，导致电路中电压分布不均而降低电路的绝缘能力。此外，对高频焊接用的制品，应选介电损耗大的材料，以利于热熔加工。