介质损耗因数对材料选择的影响

电介质在电场作用下，总有一部分泄漏电流通过介质，同时在交变电场下介质取向极化时都要消耗能量，这些被消耗的能量内部发热的形式表现出来，称为介质损耗。介质损耗、电流、电压、相位差的关系如图4-5所示。

图4-5 介质损耗、电流、电压、相位差的关系

在图4-5中，U为电压相量，I为电流相量，I_c为无损耗时，在外加电压U时，介质内部通过的电流，与电压相位角成直角；当有损耗时，通过电流为I，与电压相位差为φ角，此时cosφ=U/I，即表示了有损耗时外加电压与介质内部电流的关系I>I_c，所以cosφ可视作介质损耗。取δ=90°-φ，表示外加交流电压，介质内部流过的电流相量与电压相量之间夹角的余角，将其称为损耗角，呈Icosφ=I_ctanδ的关系式，相当于ab部分的电流被损耗值。当φ趋近于90°时，cosφ趋近于tanδ，因此可用tanδ来表示介质损耗，称其介质损耗因数。介电损耗因数大，则介质能量消耗大，绝缘性下降，发热量也越大。发热量Q可用下式计算

Q=V²εftanδ

式中，V是外加电压的有效值；ε是介电常数；f是电场频率。

介质损耗因数的物理意义可用下式表示

影响介质损耗因数的因素有材料性能、湿度、温度及频率等。(www.xing528.com)

（1）材料性能 通常，非极性或低极性材料介质损耗因数小，如PE、PP、F4、PS等，其介质损耗因数为10^-4～10^-3；极性材料，如PVC、PMMA、PI、PSF、PA、PC、PBT、PF及EP等，其介质损耗因数为在10^-2左右。一般而言，增大相对分子质量，提高交联度和结晶度，减少杂质，降低极性添加剂，结构组织均匀，都会降低介质损耗因数及介电常数。

（2）湿度 湿度与介质损耗因数的关系，与湿度与介电常数的关系相似。

（3）温度及频率 两者的变化对非极性材料的介质损耗因数值影响较小，但对极性材料影响较大，其变化规律如图4-6所示。

图4-6 PA12在不同温度和湿度下相对介电常数ε和介质损耗角正切tanδ与频率f的关系

1—60℃，吸水率为0.8% 2—60℃，干燥状态 3—40℃，吸水率为0.8% 4—40℃，干燥状态 5—20℃，吸水率为0.8%6—20℃，干燥状态

由图4-6可知，湿度大、温度高，则介质损耗因数值大；但有的测试结果显示，当温度在某低温温度以下时，随温度的增高，介质损耗因数值下降。

由此可见，在高温、高压、高频及潮湿条件下工作的制品，应选介质损耗因数小的材料，并应注意躲开高峰频率，对利用高频技术或微波元件、加热器皿，可选用介质损耗因数较大的材料。