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2025-06


聚泰百科|搞懂“高分子”电性能:高分子材料分类
点击量:13 关键词:聚泰新材料 发布者:
  上期我们说了,高分子材料两端通电后:
  
  ①交变电场中,分子中的偶极子不断来回翻转,产生介电损耗
  
  介电损耗是指受到外加电场的影响,介质出现的能量消耗,一般主要表现为由电能转换为热能的一种现象。材料介电损耗越大,材料在交变电场(如交流电或电磁波)作用下更容易发热,这会使材料的绝缘性能降低。因为热量可能会导致材料内部的分子结构发生变化,如分子链的运动加剧、分子间的作用力减弱等,从而使材料的绝缘电阻降低,更容易发生漏电现象。在交变电场中(如交流电或电磁波)中材料介电损耗越大,材料内部的局部过热现象可能会更加严重。当局部温度过高时,材料的绝缘性能会急剧下降,甚至可能导致材料发生击穿。
  
  介电损耗与介电常数有什么关系呢?
  
  高分子材料的介电损耗通常随着其介电常数的增大而增大(正相关趋势)。介电常数又叫介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数。变电场中(如交流电或电磁波)中介电常数越大,介电损耗越大、储能能力越强、内部电场越弱、电磁波速越慢、信号延迟增加。
  
  ②局部缺陷或杂质处,可能出现电子隧穿或热激发,形成极小漏电流。
  
  高分子材料漏电流是指在外加电场作用下,材料内部或表面发生微弱导电(非理想绝缘),由离子迁移、电子隧穿或杂质载流子形成定向电荷流动的现象。漏电流越大,表明高分子材料的绝缘性能越差。
  
  ③过强的电压,就会发生介电击穿。
  
  高分子材料的介电击穿是指材料在强电场作用下,绝缘性能彻底丧失并形成永久性导电通道的物理过程。高分子材料的击穿电压越大,表明其绝缘耐受极限越高,在强电场下抵抗永久性失效的能力越强。
  
  
  各类高分子材料(不改性的情况下)绝缘性、介电性、导电性各不相同,那它们是如何分类的呢
  
— 绝缘高分子材料 —
  
  代表材料
  
  PTFE、PE、PP、PI、PEEK、PPS
  
  结构特性解释
  
  这类材料的分子链高度非极性或刚性强、极化困难,电子很难移动,能有效阻止电流通过。  
  PTFE:含氟结构使电子云紧密包裹碳骨架,极难极化,介电常数极低。  
  PE、PP:碳氢链结构非极性,链间无自由电子。  
  PI、PEEK、PPS:虽然有一定极性,但链段刚性高、结晶性强,表现出优异的绝缘性能和高温稳定性。
  
  典型应用
  
  高压电缆包覆层  
  绝缘垫片、插座壳体  
  电容器封装、IC模塑封装材料  
  高温绝缘部件(如PI、PEEK用于半导体设备)
  
—高介电高分子材料 —
  
  代表材料
  
  PVDF、Nylon(PA)、PI
  
  结构特性解释
  
  这类材料通常含有强偶极结构单元(如–C–F、–C=O、–NH–),在外加电场下容易极化,表现出较高的介电常数。  
  PVDF:氟原子诱导出强偶极,链段有序排列后还具备铁电性,可实现压电、电致伸缩行为。  
  Nylon:极性酰胺基团使其易极化,在低频下介电性能优异。  
  PI:在保持高温稳定性同时也具中等介电响应,适合多功能元件。
  
  典型应用
  
  高介电膜电容器介质  
  压电传感器、MEMS器件 
  柔性驱动器、电致伸缩致动膜
  
—导电高分子(或复合材料)—
  
  代表材料
  
  PANI(聚苯胺)、PPy(聚吡咯)、PEDOT:PSS  
  碳黑/碳纳米管/银纳米线填充复合物
  
  结构特性解释
  
  本征导电高分子如PANI、PEDOT具有共轭π电子结构,可在掺杂状态下形成载流体,实现电子在链间迁移。  
  复合导电材料通过导电填料在高分子基体中形成渗流通道,实现电流通路。
  
  典型应用
  
  EMI电磁干扰屏蔽材料  
  柔性电子电极、触控器件  
  可穿戴导电布料、电化学器件
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