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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
????????電工中一般認為電阻率超過1010·cm的、在電場中以感應而并非傳導的方式呈現(xiàn)其電學性能的物質為電介質，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構;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。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)：指電介質材料在外電場作用下發(fā)熱而損耗的那部分能量。介質損耗通常是指交流損耗。常將電介質在電場作用下，單位時間消耗的電能叫介質損耗。工程中，常將介電損耗用介質損耗角正切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
????????介質損耗對于用在高壓裝置、高頻設備，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，介質損耗過大，不僅降低整機的性能，甚至會造成絕緣材料的熱擊穿。
????????擊穿電壓和擊穿電場強度：是表征某種材料絕緣性能最重要參數(shù)。擊穿電場強度也稱為介電強度。兩者的關系為：
????????擊穿電場強度
????????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。高分子樹脂的ε由主鏈結構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;極性材料分子結構中含有極性較強的酯鍵、酰胺鍵、羰基等，導致分子在電場中極化能力較強，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、助劑和填充劑并經過高溫擠出造粒過程制得的成分復雜的復合材料，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，也與其中添加的纖維、助劑及造粒過程中它們彼此發(fā)生物理化學反應過程形成的微觀形態(tài)結構密切相關。
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