紡織纖維介電性能的主要指標(biāo)：介電常數(shù)、介電強(qiáng)度和損耗因子

介電性能是材料在電場(chǎng)作用下發(fā)生極化，由于電荷重新排布所表現(xiàn)出的性質(zhì)。在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)（材料）由于極化現(xiàn)象表現(xiàn)出的對(duì)靜電能的儲(chǔ)蓄以及在交變電場(chǎng)中的損耗性質(zhì)。評(píng)價(jià)材料的介電性能的主要指標(biāo)有介電常數(shù)、介電強(qiáng)度和損耗因子。
1.電介質(zhì)的介電常數(shù)
9 C( G# `; y; O, Y8 B介電常數(shù)是描述電介質(zhì)極化行為的一個(gè)宏觀物理量，反映了電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下的綜合特性，描述電介質(zhì)對(duì)外電場(chǎng)作用的響應(yīng)能力。介電常數(shù)是外加電場(chǎng)電壓、頻率和溫度的函數(shù)。
" E) O: w4 e5 J% K: s. z2 {. V/ Y有機(jī)纖維的相對(duì)介電常數(shù)一般為２～４，而固態(tài)水的相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)８１，所以纖維不同回潮率條件下相對(duì)介電常數(shù)不同，這方面的實(shí)例如圖1所示。由于相對(duì)介電常數(shù)是電子、離子對(duì)電場(chǎng)中位移及能量的響應(yīng)，不同電場(chǎng)頻率下響應(yīng)將會(huì)不同，這方面的實(shí)例如圖2所示。

圖1   纖維介電常數(shù)與含水率的關(guān)系

頻率對(duì)棉纖維介電常數(shù)的影響

- Q/ e' K$ k' J, H! U6 ~3 ^
4 {# |% c( E" G# N; R4 _7 b; G常見紡織纖維的相對(duì)介電常數(shù)見表１２－１。電容式紗線條干儀就是利用其介電性能測(cè)量其紗線條干變化的儀器。

紡織纖維的相對(duì)介電常數(shù)εｒ

	纖維品種 4 S  ^, `6 _% t7 L	! t4 U, E2 f; |- x" R! H 相對(duì)濕度（０） $ ]( t# p2 @& p3 p5 x7 i, g				7 S1 Q6 F) W# d 相對(duì)濕度（６５％） 9 L) Z/ t4 X+ ~0 H2 i: P+ w5 W  g  x
1 b$ b; z* [3 ?% j" z; X8 E! \# W １００Ｈｚ 3 w1 Z% b' i7 a& B3 i! d; Z6 y		s2 c$ @6 q( w% G8 | １ｋＨｚ	8 H( K( _* h7 {: L. q/ i １０ｋＨｚ 2 j3 U8 U4 k% S8 T1 w2 P	3 q' R5 g, P( @; }6 x １００ｋＨｚ	１００Ｈｚ 1 [" m* I/ ~9 H$ I# O% S! ~0 K, q	１ｋＨｚ	１０ｋＨｚ	１００ｋＨｚ + @  a3 G, x- b2 w: I
s* R% T2 L0 a# ?! h4 p- e 棉	7 P2 A' N  ^0 b* O2 f	３．２	+ ]  g& E/ {5 [; l1 Q# G0 u6 d 4 w% K' v+ E( h5 i2 ^	３．０	$ z- o$ e0 \8 E3 B5 X, k	* a" k4 h. q1 L: e" K １８．０ 9 ^# k8 Y9 y" t4 V		@) r; A. |0 ?  w6 J6 i ６．０ 8 Y& y& K4 I- h, l$ N  a6 k" m
0 \5 _7 |" F1 I, J0 l 綿羊毛	6 }) [2 G* p( y- L& B) Z* [	２．７	( v4 z4 r; e1 b 8 B7 S6 k# }# r  b0 f% i1 y	２．６ 1 h" L" ?6 A8 J: B	3 M2 E( y3 N+ x" V# o' h5 n 3 \5 o0 Q1 i  p! M* D4 }4 U( e	５．５	' {* v  a" o: a4 L4 R	４．６
5 K4 ~. K! y: u% s; {( K 桑蠶絲 # ?0 l! ~/ R' T4 v3 A: C; l	1 R& n  {" g+ V1 R	7 \  D& Y5 m6 M/ k	$ r' v7 e' G/ d	; U7 T8 T' |. W0 D5 }# f8 l, T. E	. ]0 W% v" g5 d% _$ |" {3 w0 }9 u " a' W- [$ o# z	' y2 ~- Y7 M$ X' a# ~	z4 Z0 p  L0 \- d& o; ^ % Y+ R3 l4 J% ?& Q' s	* |% L1 ~) z) i5 G9 B: l ４．２ ! v: |8 B1 a4 u) R
# t- O: C) f! U! `, p 黏膠短纖維	8 ]4 D: i, P  [* ^3 N! `; o5 ? ３．８ 2 D5 @3 E/ g+ \6 f) T	３．６	. A( ?6 o- i+ o2 g6 } ３．６	( r4 a2 S: V, H" @7 A& h1 T& M ３．５	１７．０	８．４	６．０ 0 Y# K9 a) ~2 O! n# V6 R! v6 b4 J; u% X	) N& d4 W$ {# d0 }0 G5 z1 W6 r! f ５．３
黏膠長(zhǎng)絲	３．８	) o: _. q% N. m/ `) J+ M* _ ３．６ * P% e; t/ i0 w* P7 l/ L* u* o0 s	３．６ % v0 i( f1 ]+ [; H# l! b5 F5 r	３．５ 9 X! y! C, j9 e6 M	３７	' z2 F. x7 z3 @ １５．０	0 H2 [; H4 D( S* g$ h6 w ８．９	７．１ ( ~& F7 e! ^7 E2 J* s( }7 ^5 C# J: K
" e4 _( \3 `% K$ L: x8 r& T 醋酯短纖維	, v" ~6 ]6 B5 o 4 a* F5 X, a6 N: O  y	２．６ & g  X/ z, z+ |' m5 C	- s6 @: J, L/ K9 [: j/ M4 H	２．５	* p! y! w1 ?  [( h  \* `  R" L6 u0 h	2 h/ i  E8 s4 H+ u0 R  i ３．５ 5 X1 i) O' z& O1 G; o# a	, c0 r# m- h; z; Y2 A  _) z8 m	３．３ " o8 U; Y6 z% H9 C; {. Y7 j; v
醋酯長(zhǎng)絲	% S1 g- D0 n: `) S5 G + N& ]! T& \! S/ t' e	４．０ / w) M; S$ o% o6 l* {: y; q	5 p  C5 A5 \( v$ D  F4 w/ R5 M % p  l; N1 o: ], G	' y9 R4 D- f- r" b4 z8 J ３．７ / U' E9 W2 t0 K" k4 Q	% s" l6 z! Z1 _ ４．１	$ J: n; E2 {: W: d. d ４．０ 0 @& I3 _  O+ y$ O	4 c. ^1 w; l  Y  B ３．８	5 I0 Y; f; J, y9 l ３．７ 6 }$ \4 z* A' z/ ~5 _9 W
錦綸短纖維 9 @5 d; c5 r/ @# [: Q" \/ B	- e" w* ~, M- n* f0 p6 o, L7 Y	２．５ / {) x. A' c. k2 G" Z# }7 ~	6 Z7 Y& D0 M# s) V2 w	２．４ 1 G! \! L& l# ~- }9 G		" n6 s4 n" Q8 c9 G3 B! e% y& U ３．７ / v0 z: h% X  `/ v$ g	" s4 ?' K1 ~: P, ~9 ` . j( X2 E& t: T: a$ |	, u- P7 V* s+ _4 l$ ]4 q. \8 ~ ２．９
錦綸長(zhǎng)絲	0 r1 \% S: X% S2 V' ~1 c1 Y	) m& p5 w; b2 G( _ —	, D: _3 o% t  V, }! U* G8 W- Q: A	— * ~, d/ e& z0 ?' \6 `		４．０	: x9 ?! u7 v  D6 }* D	9 \5 b' R% N$ @6 `0 i) ~5 G ３．２
+ Q9 N2 a5 A: q% T5 d0 J 滌綸短纖維	' S9 z9 ?8 f6 f( T$ E! H3 U ２．６	. O. M/ C- V5 i ２．６	8 g1 h0 e% T! H/ L ２．５ 8 A* ^8 p8 |0 |- ?	5 M( ^' `: C/ y1 d ２．３	6 c, {! ]6 x" C0 Z: T ３．７ # ?8 H3 G; M8 n6 |	３．５ : a; C( ~- |7 y+ H' i2 z! y	３．４ ' w' x( s  P+ v! A	３．３ . V+ F0 ]. n$ B+ A9 |
/ Y. N9 e8 p$ p2 r2 o 滌綸長(zhǎng)絲   ]8 A- c6 h6 f# r  _9 e% L1 v	, w8 N& c) ]6 J' _	/ f/ J0 S9 ~- {	% n# J- d; B) {2 Z3 a	$ S. \) _/ y; w$ c3 y6 p4 L! g+ m7 Q1 N$ C		２．９～３．２	' }# C, N, p1 K: h4 z/ d& _9 B & Z5 Y  ?" l% t* B	３．０ 0 @; V3 t: n- U7 q9 u
! ?5 C5 n! F. T- `4 U8 ] 腈綸（短纖維，去油）	& U3 q5 D8 }, ^! L: l$ x! s, ~ ( b, m# g7 k# h/ Y	3 ^, |. E6 ^5 S6 O& E" i2 S# Z  w' ` —	8 ]. i: ~# B: c, a& B# z 5 p0 Y: [. `7 _( [$ E: |% S" _	—	3 A/ @: |8 n2 y  S6 e4 X	% _3 [3 Q1 |- q2 J ２．８ ( C3 t1 A* L* m6 X9 t1 g: n		２．５ ' p" X$ s7 u  ?
聚乙烯纖維	& h+ i# s- I, j9 L7 s " m0 N$ p+ d* N	5 M% [1 P! A' @* B( S/ N	+ H; c1 m3 Y/ k9 T$ E! H	7 N' o1 G/ e3 X	; W$ O- Q3 j  s, L6 y6 F3 O, G	２．２６	. p0 ]( |  z" ^5 L	0 A( M! ~7 u9 B1 ^8 v % W: n% Z5 Z& P6 l; j0 E& b
聚氯乙烯纖維 $ y: k0 a/ |3 y% B+ B	# }+ w4 r) l* \7 j( i( h6 C	/ d( u" E7 D3 m+ T. `" I6 _& D	/ w: S; T# N( S1 u+ ? - e! O: j) ?& A	& x9 c. W5 o  e' o' a$ M	* N, V$ P+ B. ^! Z- O: a : D. s$ D% f: v9 B2 U	４．４５	# ]" e. z5 h/ O- {8 p 2 l2 u! z* j  E, V1 F* P* p	' R; B- U/ g' N$ q! h/ u! z
聚丙烯纖維	) v- v, |7 B, M0 ?: m) N	- N$ v0 ^$ B! |	. F: d1 z4 u8 [& R	( j5 o5 ?  f# ]		２．２ ( e' E' Q% T! _& O3 W		( g& H8 ~: d. l% G/ V6 B7 N 5 D! h5 S5 }" {8 X' F  ]0 a* g
聚四氟乙烯纖維 ! L; e/ |, R' A5 ]' X	5 @2 v0 ]: W4 @4 c* ? * B7 n  t0 f, l	! V1 K; u, g3 Q1 \( x0 L' h* c	2 F% w' S' j5 X5 P2 R- ~	7 y: a% h" d0 }; ~" t8 I/ N% r1 r	% j+ E& ~; D# z9 l ; m: X4 J/ f9 B4 Y	4 F3 P, ~4 @& @1 e' j ２．１ . x' t! a/ n" I5 _5 h	% `7 m* e! c9 b0 `  \: p* B 6 ?6 s1 i( T& \" [* C( H( H* h% G- h0 m	+ e: B2 m$ B3 v" X3 m& k

　注　空氣的相對(duì)介電常數(shù)為１．００１８。

2.電介質(zhì)的介電損耗因素
電介質(zhì)在外加交變電場(chǎng)作用下，極性基團(tuán)和極性分子旋轉(zhuǎn)、搖擺、碰撞、摩擦消耗能量使其內(nèi)部發(fā)熱。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量稱為電介質(zhì)的損耗功率，或稱為介電損耗功率，介電損耗功率是應(yīng)用于交變電場(chǎng)中電介質(zhì)的重要品質(zhì)之一。與介
電常數(shù)一樣，介電損耗功率是頻率ｆ、溫度和外加電場(chǎng)強(qiáng)度Ｅ的函數(shù)。介電損耗功率Ｐ可以用公式表示。
Ｐ＝０．５５６·ｆ·Ｅ２·εｒ·ｔａｎδ· ×１０－１２

介電損耗功率取決于介電常數(shù)εｒ和介電損耗角正切ｔａｎδ（亦稱介電損耗因素）。εｒ和ｔａｎδ主要由纖維的組成和結(jié)構(gòu)決定，也與電場(chǎng)頻率有關(guān)。干燥纖維材料的介電常數(shù)一般為２～４，ｔａｎθ為０．００１～０．０５，而固態(tài)冰的介電常數(shù)為５～８１，ｔａｎθ為０．１５～１．２，吸附固態(tài)水的介電損耗因數(shù)至少比干燥紡織纖維大幾十倍，因此不同回潮率的纖維有不同的介電性能。固態(tài)水的
介電性能如圖所示。

固態(tài)水的介電性能

被加熱物質(zhì)的介電損耗是微波加熱干燥的主要機(jī)制，也是現(xiàn)代軍事雷達(dá)隱形（吸波）材料的主要機(jī)制。
/ V$ V. I  ?7 q在真實(shí)介電材料中，產(chǎn)生介電損耗的原因和種類多種多樣，但常見的形式主要有電導(dǎo)損耗、極化損耗、電離損耗和結(jié)構(gòu)損耗幾種類型。
（１）電導(dǎo)損耗：在外電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)中總會(huì)存在少量載流子發(fā)生貫穿于兩個(gè)電極之間的定向遷移而引起微弱的電流，這種電流在介電物質(zhì)的極化過程中稱為漏導(dǎo)電流，而漏導(dǎo)電流引起的介電損耗稱為電導(dǎo)損耗。介電材料的電阻值越小，即絕緣性越差，漏導(dǎo)電流就越大，電導(dǎo)損耗越嚴(yán)重。
（２）極化損耗：在介電物質(zhì)極化過程中產(chǎn)生的介電損耗，稱為極化損耗。極化損耗是極化電場(chǎng)頻率的函數(shù)，極化損耗在具有極性結(jié)構(gòu)的高分子中普遍存在。
, m- k" Q/ Q9 ?/ q（３）電離損耗：由于介電物質(zhì)在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生電離時(shí)產(chǎn)生能量損耗。絕緣物質(zhì)中電離損耗通常是造成介電擊穿的重要原因之一，應(yīng)當(dāng)避免。
& [5 Y! a; n1 @2 A# H- w" Z7 _（４）結(jié)構(gòu)損耗：由于介電物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻而產(chǎn)生的介電損耗。

3.電介質(zhì)的介電強(qiáng)度
8 V# J7 f! K4 N" O' l3 ?" q當(dāng)施加于電介質(zhì)上的電場(chǎng)強(qiáng)度（即電壓）增大到一定程度以上時(shí)，電介質(zhì)由介電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這一突變現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿，此時(shí)所加的電壓稱為擊穿電壓，用Ｕｂ表示，發(fā)生擊穿時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，用Ｅｂ表示，又稱為介電強(qiáng)度，它們?cè)诰鶆螂妶?chǎng)中有以下關(guān)系。
4 c6 V" a) R2 L; h- _8 oＥｂ＝Ｕｂ/ ｄ
式中ｄ為纖維材料的厚度（ｍｍ）。各種電介質(zhì)都有一定的介電強(qiáng)度，即不允許外電場(chǎng)無限加大。在電極板之間填充電介質(zhì)的目的就是使極板間可承受的電位差能比空氣介質(zhì)承受得更高些。幾種纖維的介電強(qiáng)度見表。
" t- h% ~* A$ ~

介電擊穿強(qiáng)度(ｋＶ／ｍｍ)
0 z: ?1 ?3 {3 `) ^6 G! t% u5 W

纖維品種	溫度２０℃，相對(duì)濕度０	溫度２０℃，相對(duì)濕度６５％	纖維品種	溫度２０℃，相對(duì)濕度０	溫度２０℃，相對(duì)濕度６５％
棉纖維	８～１３．６	４．５	石棉纖維		２．４
綿羊毛		４．０～５．０	氯綸		４０．０
乙綸		１８．０	維綸		３．５
醋酯纖維		１３．０	真空	１００
滌綸		１２．０～１５．０	空氣		３．０
錦綸６６		１６．０
[/tr]