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電子工程用塑料絕緣材料應(yīng)該如何選擇

閱讀：424 發(fā)布時(shí)間：2024/11/29

簡(jiǎn)介

電子工程使用塑料絕緣材料的零部件必須能夠隔離電流。屬于這類零件的有：線圈骨架、電容器塑料薄膜,、微波元件,、天線、天關(guān)和接插件等,。決定絕緣零件用塑料的介電性能主要指標(biāo)有：絕緣電阻系數(shù),、相對(duì)介電常數(shù)、介電損耗角正切和介電強(qiáng)度,。

絕緣電阻系數(shù)

絕緣電阻是表示絕緣材料好壞的主要指標(biāo),。衡量絕緣電阻R的大小，是施加在絕緣材料上的電壓U和絕緣材料所泄漏電流I的比值,。為了比較各種絕緣材料的絕緣電阻,，用絕緣電阻系數(shù)(又稱比電阻)來(lái)表示。一般絕緣材料的絕緣電阻系數(shù)都在10^8Ω·cm以上,。

表示泄漏電流通過(guò)絕緣材料內(nèi)部的絕緣電阻系數(shù),，稱為體積電阻系數(shù)；表示泄漏電流從絕緣材料表面通過(guò)的,，稱為表面電阻系數(shù),。層壓絕緣塑料還用內(nèi)電阻系數(shù)來(lái)表示絕緣材料內(nèi)部泄漏電流的大小。塑料的絕緣電阻高低與其特性和吸濕性等因素有關(guān),。

常用塑料的絕緣電阻系數(shù)見下圖,。從圖中可知，一般熱塑性塑料比熱固性塑料的絕緣電阻系數(shù)高,。其中聚苯乙烯,、聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯的絕緣電陽(yáng)系數(shù)最高,，以木粉為填料的酚醛塑料粉的絕緣電阻系數(shù)最（）低,，這是因?yàn)檫@一類塑料為極性材料,，在外加電場(chǎng)的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生離子式導(dǎo)電,，而聚乙烯這類塑料屬于非極性或弱極性材料,，在外加電場(chǎng)的作用下，只有極微量的泄漏電流,。

常用塑料的絕緣電阻系數(shù)

相對(duì)介電常數(shù)

介電常數(shù)是衡量絕緣材料極化程度的一個(gè)物理量?，F(xiàn)以簡(jiǎn)單的平板電容器為例，說(shuō)明極化和介電常數(shù)的物理意義,。絕緣材料放入電場(chǎng)中,，在電容器極板間產(chǎn)生的電荷，比無(wú)絕緣材料情況下產(chǎn)生的電荷多,，這種現(xiàn)象稱為絕緣材料的極化,。增多的電荷稱為感應(yīng)電荷。表示放入絕緣材料前后電容器極板上電荷量的比值,，稱為相對(duì)介電常數(shù),。

介電常數(shù)在電子工業(yè)中有重要意義。例如,，電容器采用介電常數(shù)大的塑料以有機(jī)薄膜的形式使用,，則在電容量不變的情況下，電容器的體積小,，或者說(shuō),，在相同體積的情況下，電容器的電容量大,。對(duì)高頻接插件和高頻線圈骨架等零件,，所用的絕緣材料，要求介電常數(shù)越小越好,，以減少分布電容對(duì)性能的影響,。

從下圖可以看出，各種塑料的介電常數(shù)不同,。聚乙烯,、聚丙烯、聚苯乙烯和聚四氟乙烯這一類塑料的介電常數(shù)在1.8-2.2之間,，是實(shí)體塑料中介電常數(shù)最小的,。這是因?yàn)樗鼈儗儆诜菢O性或弱極性材料的緣故。這類塑料的介電常數(shù)隨外加電場(chǎng)頻率變化很小,，即使頻率為毫米波范圍內(nèi),，介電常數(shù)變化仍很小。這類塑料在軟化前,，介電常數(shù)隨溫度變化很小,。例如,，聚四氟乙烯在200℃內(nèi)，介電常數(shù)幾乎無(wú)變化,；聚乙烯和弱極性的聚苯乙烯在100℃以內(nèi),，介電常數(shù)變化也很小。所以,，這類塑料是很好的高頻絕緣材料,。

泡沫塑料、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)塑料和射頻同軸電纜中空氣-塑料絕緣層,，其介電常數(shù)很小,，這是由于這些塑料內(nèi)有大量的氣體(氣體介電常數(shù)幾乎等于1)。所以,，它們是制作天線罩和電纜絕緣層之類零件的很好材料,。

常用塑料的介電常數(shù)

介電損耗角正切

處在交變電場(chǎng)中工作的絕緣材料，總有能量損耗,。表面絕緣材料損耗大小的指標(biāo)，稱為介電損耗角正切,，以tanδ表示,。介電損耗角正切tanδ表示絕緣材料有功電流Ig和無(wú)功電流Ic的比值。

絕緣材料的介電損耗越大,，表示外加電場(chǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茉蕉?，其品質(zhì)因數(shù)低;反之亦然。電阻器,、電容器,、線圈、接插件和天線罩中所用的絕緣材料,，一般要求介電損耗小在超高頻條件下工作的絕緣材料,，要求介電損耗更要小。相反,，微波元件中的吸收材料,，要求介電報(bào)耗角正切大，以便將大量電磁能量吸收后,，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏l(fā)掉,。

介電損耗角正切大小主要取決于絕緣材料的特性，同時(shí)與溫度,、頻率和吸水性有關(guān),。從下圖中可知，聚乙烯,、聚丙烯,、聚四氟乙烯和聚苯乙烯這類非極性或弱極性材料,，介電損耗角正切小，tanδ小于5x10^-3,。這是因?yàn)樗鼈円话阒挥须娮邮綐O化,，基本不消耗外加電場(chǎng)能量，只有泄漏電流所引起的損耗,。這種損耗與溫度,、頻率無(wú)明顯關(guān)系，只有溫度高至絕緣材料不能使用的溫度,，介電損耗角正切才有明顯的增加,。例如，聚乙烯在100℃以上長(zhǎng)期加熱顯著氧化,，引起介電損耗角正切增加,；聚苯乙烯在130℃時(shí)才具有最大介電損耗角正切。

常用塑料的介電損耗角正切

泡沫塑料和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)塑料內(nèi)有大量氣體,，因?yàn)闅怏w介電損耗角正切極小,，所以這些塑料的介電損耗角正切也是很小的。

水分能明顯地增大塑料的介電常數(shù)和介電損耗角正切,。例如,，非極性材料聚乙烯，當(dāng)含4%水分時(shí),，介電損耗角正切也會(huì)明顯地增大,。極性材料吸水后，介電常數(shù)和介電損耗角正切增大更為明顯,。

介電強(qiáng)度

在高電壓作用下,，絕緣塑料內(nèi)部會(huì)受到破壞，失去絕緣性能,，產(chǎn)生大量電流,，這一狀態(tài)稱為擊穿現(xiàn)象。固體絕緣塑料的擊穿狀況分為電擊穿,、熱擊穿和游離擊穿三種類型,。電擊穿的特點(diǎn)是發(fā)生擊穿時(shí)間極短(10^-7~10^-8s)，介電強(qiáng)度值很高,。熱擊穿是由于絕緣塑料溫度增高而產(chǎn)生的擊穿現(xiàn)象此時(shí),，介電強(qiáng)度值不算太高，發(fā)生擊穿的時(shí)間較緩慢,。另外,，還有一種稱為游離擊穿，在較低電壓作用下，絕緣塑料內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)變質(zhì),，所引起的一種擊穿現(xiàn)象,。

表示絕緣塑料被擊穿時(shí)的電壓，稱為擊穿電壓;單位厚度的擊穿電壓,，稱為介電強(qiáng)度,。介電強(qiáng)度與材料特性、所含雜質(zhì)及工作狀態(tài)有關(guān),。常用塑料的介電強(qiáng)度見下圖,。一般說(shuō)來(lái)，絕緣材料的介電損耗角正切越大,，絕緣電阻越低,，它的介電強(qiáng)度也越低。另外,，介電強(qiáng)度與塑料的結(jié)晶有關(guān),。介電強(qiáng)度比較高的塑料有：聚乙烯、聚丙烯,、聚苯乙烯,、聚四氟乙烯和聚酰亞胺等。