介電性是指高分子聚合物在電場作用下，表現(xiàn)出對(duì)靜電能的儲(chǔ)存和損耗的性質(zhì)，通常用介電常數(shù)和介電損耗來表示。
1.介電極化
絕大多數(shù)高分子聚合物是優(yōu)良的電絕緣體，有高的電阻率，低介電損耗、高的耐高頻性和高的擊穿強(qiáng)度。但在外電場作用下，或多或少會(huì)引起價(jià)電子或原子核的相對(duì)位移，造成了電荷的重新分布，稱為極化。主要有以下幾種極化：（1）電子極化，（2）原子極化，（3）偶極極化。前兩種產(chǎn)生的偶極矩稱誘導(dǎo)偶極矩，后一種為永久偶極矩的取向極化。
根據(jù)高分子聚合物中各種基團(tuán)的有效偶極矩，可以把高分子聚合物按極性大小分為四類：
非極性：PE、PP、PTFE
弱極性：PS、NR
極性：PVC、PA、PVAc、PMMA
強(qiáng)極性：PVA、PET、PAN、酚醛樹脂、氨基樹脂
高分子聚合物的有效偶極矩與所帶基團(tuán)的偶極矩不完全一致，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致偶極矩部分或全部相互抵消。
2.介電常數(shù)
介電常數(shù)是表示高聚物極化程度的宏觀物理量，它定義為介質(zhì)電容器的電容C比真空電容器C0的電容增加的倍數(shù)。
介電常數(shù)的大小決定于感應(yīng)電荷的大小，所以它反映介質(zhì)貯存電能的能力。
宏觀物理量與微觀物理量之間的關(guān)系可以用Clausius-Mosotti方程給出：
3.介電損耗
聚合物在交變電場中取向極化時(shí)，伴隨著能量消耗，使介質(zhì)本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為聚合物的介電損耗。
常用復(fù)數(shù)介電常數(shù)來同時(shí)表示介電常數(shù)和介電損耗兩方面的性質(zhì)：
以虛部對(duì)實(shí)部作圖稱為Cole-Cole圖，表征電介質(zhì)偏離Debye松弛的程度。半圓形為Debye松弛，偏離時(shí)得圓弧形圖。
固體聚合物在不同溫度下或不同頻率下觀察介電損耗的情況，得到的溫度譜或頻率譜稱為高分子聚合物的介電松弛譜，它與力學(xué)松弛譜一樣用于研究高分子聚合物的轉(zhuǎn)變，特別是多重轉(zhuǎn)變。測定聚合物介電松弛譜的方法主要有熱釋電流法（TSC）。TSC屬低頻測量，頻率在10-3～10-5Hz范圍，分辯率高于動(dòng)態(tài)力學(xué)和以往的介電方法。
4.影響介電性的因素
4.1結(jié)構(gòu)
分子極性越大，一般來說介電常數(shù)和介電損耗都增大。而其中介電損耗還對(duì)極性基團(tuán)的位置敏感，極性基團(tuán)活動(dòng)性大的（比如在側(cè)基上），介電損耗較小。
交聯(lián)、取向或結(jié)晶使分子間作用力增加，介電常數(shù)減少；支化減少分子間作用力，介電常數(shù)增加。
4.2頻率和溫度
與力學(xué)松弛相似
4.3 外來物的影響
增塑劑的加入使體系黏度降低，有利于取向極化，介電損耗峰移向低溫。極性增塑劑或?qū)щ娦噪s質(zhì)的存在會(huì)使介電常數(shù)和介電損耗都增大。
聚合物在作電工絕緣材料或電容器材料使用時(shí)，要求其介電損耗越小越好，相反在塑料高頻焊接或高頻“熱處理”等情況下，要求介電損耗大一些才好。
5.聚合物介電常數(shù)和介電損耗的表征
用Wiltron37217A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，對(duì)聚合物按制樣要求，制成一定尺寸的薄板樣品，放于儀器中兩個(gè)空腔諧振器的中央，使試樣所處位置在微波磁場為零，而微波電場最大處。對(duì)諧振腔用微波進(jìn)行激勵(lì)，通過擾動(dòng)后諧振器頻率向低頻側(cè)移動(dòng)的變化量及無載品質(zhì)因素Q值的變化，借助計(jì)算機(jī)軟件，計(jì)算出聚合物樣品的復(fù)數(shù)介電常數(shù)值ε，其中ε＝ε＇＋jε＂為聚合物的實(shí)數(shù)介電常數(shù)，ε＂為聚合物的虛數(shù)介電常數(shù)值，即介電損耗值。 |
