纺织纤维介电性能的主要指标：介电常数、介电强度和损耗因子

介电性能是材料在电场作用下发生极化，由于电荷重新排布所表现出的性质。在电场作用下，电介质（材料）由于极化现象表现出的对静电能的储蓄以及在交变电场中的损耗性质。评价材料的介电性能的主要指标有介电常数、介电强度和损耗因子。
1.电介质的介电常数
介电常数是描述电介质极化行为的一个宏观物理量，反映了电介质在交变电场作用下的综合特性，描述电介质对外电场作用的响应能力。介电常数是外加电场电压、频率和温度的函数。
& S9 k) }( Z8 [( u2 [2 F- S有机纤维的相对介电常数一般为２～４，而固态水的相对介电常数高达８１，所以纤维不同回潮率条件下相对介电常数不同，这方面的实例如图1所示。由于相对介电常数是电子、离子对电场中位移及能量的响应，不同电场频率下响应将会不同，这方面的实例如图2所示。
6 b2 J2 n  f! n3 \% \

图1   纤维介电常数与含水率的关系

频率对棉纤维介电常数的影响

) E: V8 q, N. X7 c
; Y2 e9 i4 r$ u- R3 @# Z( `& h2 I常见纺织纤维的相对介电常数见表１２－１。电容式纱线条干仪就是利用其介电性能测量其纱线条干变化的仪器。
# C$ P5 T& D) e3 G) M! G8 f/ M

纺织纤维的相对介电常数εｒ

	纤维品种	相对湿度（０） ( u+ \' J) e7 W- f/ a/ R. P3 n, A. n5 |				相对湿度（６５％） ( t5 H0 ?3 C2 [# b! R8 A3 ?$ I
3 @& S( m7 U: @) t- e# J １００Ｈｚ		* Q4 P$ }; R: o. I& g0 C １ｋＨｚ	１０ｋＨｚ	１００ｋＨｚ	* u5 ~& N7 ?7 K9 b& C( j; b/ r １００Ｈｚ # I- ^8 c: C4 o9 K& c	１ｋＨｚ ( T/ X3 @* n% K3 R+ b  _" c	１０ｋＨｚ	% ?0 g& F9 P* p １００ｋＨｚ
棉 9 r$ m3 a% ?. Q, N( V9 ~		9 B* T, K3 O4 ?: j ３．２ 0 M/ s" |) X: s) ?	3 o" n4 S2 @3 L% j$ P9 o- X $ n" c0 O$ E" ?! Q	( [  [( y5 W1 J* Q( Q0 J1 ^ ３．０		& u+ ]3 P3 J# e% B0 Z; X １８．０ 8 G# n9 `- S! `3 [2 Y# R+ f* y	- K+ s( r6 f0 ^3 h6 m	６．０ 4 B$ ^. X; n' c2 }
绵羊毛   p4 l6 Y. p; s4 G0 o		& d1 J  e% ^# [3 e% X6 @ ２．７		5 ~: E3 s+ J: n+ }+ D( N2 |) d. u5 w ２．６	8 D% ?( {4 d& y1 O/ t " u1 r' K& ~" \' A; {5 \	５．５ & J, u! \# U4 Z$ q" O, G% m	* r2 E4 {& b/ e4 l2 p7 f. R3 ^	: O; T# u# w& z) X4 s5 \ ４．６
, E. d. I' u$ G7 D 桑蚕丝	0 _+ a* _4 F( K$ m2 L6 s& U / W  b$ o% @3 j+ _5 N	3 S: @2 E% C# j	6 }- P1 k, e( Y7 s# t: \" p7 v		/ v4 {2 \* B6 c- X7 v: D% ~			４．２ & P9 x8 K) Y% Q  h
; E  h0 W/ M5 i3 m+ ^ 黏胶短纤维	; _* w4 B7 Y* F6 T ３．８	３．６ 7 M0 W' B; c3 n# B' n# M	３．６ $ w2 m* W9 t8 m  p	) h8 o$ L6 u: S' U ３．５	) T/ v9 z' ]' `/ c) m- W# j0 V １７．０	/ F0 x9 ]- y$ U3 b: {/ k% [ ８．４	8 [! E8 H8 Y1 V: g. Q( g ６．０	: D6 r/ \" M- R: k" q  k ５．３ 8 [. j" d/ y. C' Q0 x
黏胶长丝 8 G. g- t7 ^! _! W	, r/ o  Z3 Z& D ３．８ 2 P; A+ Z  H3 V& \) l- x  J	: D+ h# G9 l) u: t& l ３．６ ; A9 c2 E- C0 s- m5 m" T	3 ~3 r9 C; X/ u" ?. J* y ３．６	３．５	4 u) U& T$ }  T ３７ % p$ H+ s; k/ t	１５．０ 6 M, h$ I& v, @% t0 `	８．９ 4 `# p! Q1 k% C2 I2 K/ j	; s( E; G( E, {" e3 i ７．１
醋酯短纤维	+ C& ]/ B# Q' V" I  |0 t/ |* O$ h . w# \# h0 C$ l5 Y/ `7 z	8 u7 N5 l, P5 P4 Y7 M- u. m ２．６		２．５		３．５ 0 s* R* X# `4 e' D& g2 l" g	/ o; D9 `# M- ~+ S0 G' x	３．３ 5 T% M1 F0 G2 R
醋酯长丝	8 K0 e( p" N3 _9 G+ j9 e  c- b4 k& q	3 B. r: B5 g% z7 A: ~ ４．０ ; O  Y0 [% K% r2 t4 o. W1 B	) ?+ u( i/ F2 t% c1 S	3 T9 |( t/ K% i, c: f ３．７ 2 ?6 v3 J0 e" v1 X9 R/ _6 G* i	４．１ ! a" M/ H" g, Y3 j6 H9 ?. ~	. {: P. H; J$ m4 G7 |) [+ @! R! }( n0 b  K ４．０ 2 E7 v1 A9 D% L7 N9 Y: p# @	３．８	! [8 c' n% }6 j" A( f; I ３．７
5 D/ i) ?. x& @1 |4 ^3 g: A 锦纶短纤维 # e0 h0 l& t( L; `+ X	. j* ~7 e( n; L. v/ F5 c	２．５		２．４ % h4 ?; b5 a! D" d	) {5 r8 w3 x' q8 ^	- J+ H1 B+ |- g5 g! T/ I( K5 ]& V ３．７ 7 p+ I- B5 @) v		, n0 C4 ?9 W( r8 i7 u9 U ２．９ * e6 e; C8 a9 v1 V/ C/ \! E5 A. b
锦纶长丝 1 M" }) k( Z2 J9 n' q		—	2 Q! v! w$ ?. `9 z2 j	7 p4 F3 J+ f& d+ K6 |, w7 `, D7 ?3 S — , q/ W. k7 h% d4 S* n& l! w- o		4 x. o7 Z7 x2 j( n, w! Y- c ４．０		３．２
, y1 w& |; F3 d  _2 z* X  i  ? 涤纶短纤维 & @- D) `8 Z& k	２．６ 5 }" W# W& r+ s/ C8 g3 E	２．６	２．５ 8 t( o  I0 P" X# S9 c	' h( E( z3 g  E5 q ２．３	. W% B1 u/ d, C0 y( W ３．７	３．５	# v* h& X! [0 W0 R  }  R ３．４	) p- x: Y) _0 g( P ３．３
% T7 D8 F8 K+ a; Q% R/ d% R 涤纶长丝	5 Y, ^' [. z3 C, W	1 B" r- L) ~: G$ P% H& O% ^3 P/ U! `9 J # _5 ?, F9 ^8 q  k% t" m	5 p6 f* L+ [% [  ] & z" f( T& H. Y3 m1 _' P% S	! S  u, ~0 {3 `% K6 p	/ ]) S/ L) X$ B0 h	２．９～３．２ 6 O6 }- q0 p) A	& Y" Z: N" X( f% d6 V	; j- D9 L+ H; m/ \ ３．０ 5 z4 F# b9 q' \" C- D. V8 g$ O
' G+ u% Q9 O3 m& J/ r 腈纶（短纤维，去油）		— 8 Q/ p' t7 ?; a: p  @5 c8 q# i	9 r7 P$ c- p# A* \* v# u0 J 3 l- {' L- J5 T" N0 g	— : k! U1 w2 R) V# V		２．８	( t& X" t7 q2 B! {9 ?1 M( i1 T1 U	２．５ ; c+ `4 A8 y- X9 t' A) b
聚乙烯纤维 " o& @0 i9 m* `) i" c7 @) M	) |( Y7 s4 d- |( j5 Z( Q1 R: V 3 }2 \+ D2 p2 V# |$ v. {	3 Q) |) m6 c+ X! u7 }	. a6 v) _7 D9 P( [$ D4 r, v% _7 \		4 t, F4 e, c2 _8 m) s+ _) Y	２．２６		3 }& O0 z! T: n& V( ?8 d) }0 c5 Q$ \
聚氯乙烯纤维 # `$ J  ?! |& T2 R	* `7 q3 q: s6 \; o	& O) `4 W6 ?& C $ t4 X  y) u% |8 f9 N- Z		; z- X# W+ |9 O; Z * [+ V6 _; s, F: n7 W		４．４５ - i; S5 K; S2 y( t* K- V	. n1 X$ f1 D7 w& B: e# D	- W+ @4 |2 q- Y9 x( }3 y ! m0 O4 E! Z+ \' s
聚丙烯纤维			% B/ @) m) _0 h6 ?1 E# [+ {			, k) U( e7 S7 \$ z8 J. } ２．２
9 a6 i$ d5 d, @, M3 p. p0 b! r: K 聚四氟乙烯纤维 % `4 |/ L* D. @% W9 p7 O		2 x+ t6 H. Z- @6 P4 [+ }	4 `$ J4 L0 x1 A4 G2 f& u * [9 j9 c4 t% S9 i		6 r7 w3 J1 P1 {	% `; T4 e+ G0 t% k  x# _4 _ ２．１	' }) o9 a& M# i; I" q* v$ p8 I / W+ \7 o& T4 k& I. K6 d' t4 J0 _# I2 q	7 K  e4 X/ O: r$ ?

　注　空气的相对介电常数为１．００１８。

9 G; v! z8 C4 C/ k8 k! k

2.电介质的介电损耗因素
! P# ?1 l) j) S电介质在外加交变电场作用下，极性基团和极性分子旋转、摇摆、碰撞、摩擦消耗能量使其内部发热。电介质在电场作用下，在单位时间内发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率，或称为介电损耗功率，介电损耗功率是应用于交变电场中电介质的重要品质之一。与介
$ u! i- I4 E% Q% E" N2 Z0 L电常数一样，介电损耗功率是频率ｆ、温度和外加电场强度Ｅ的函数。介电损耗功率Ｐ可以用公式表示。
6 q+ {9 r9 K) [+ R' JＰ＝０．５５６·ｆ·Ｅ２·εｒ·ｔａｎδ· ×１０－１２

介电损耗功率取决于介电常数εｒ和介电损耗角正切ｔａｎδ（亦称介电损耗因素）。εｒ和ｔａｎδ主要由纤维的组成和结构决定，也与电场频率有关。干燥纤维材料的介电常数一般为２～４，ｔａｎθ为０．００１～０．０５，而固态冰的介电常数为５～８１，ｔａｎθ为０．１５～１．２，吸附固态水的介电损耗因数至少比干燥纺织纤维大几十倍，因此不同回潮率的纤维有不同的介电性能。固态水的
介电性能如图所示。

固态水的介电性能

; v, j; T- r' h8 c3 @( w被加热物质的介电损耗是微波加热干燥的主要机制，也是现代军事雷达隐形（吸波）材料的主要机制。
! I# O- I. b; _/ a在真实介电材料中，产生介电损耗的原因和种类多种多样，但常见的形式主要有电导损耗、极化损耗、电离损耗和结构损耗几种类型。
（１）电导损耗：在外电场的作用下，电介质中总会存在少量载流子发生贯穿于两个电极之间的定向迁移而引起微弱的电流，这种电流在介电物质的极化过程中称为漏导电流，而漏导电流引起的介电损耗称为电导损耗。介电材料的电阻值越小，即绝缘性越差，漏导电流就越大，电导损耗越严重。
  [- j  E* ?3 P（２）极化损耗：在介电物质极化过程中产生的介电损耗，称为极化损耗。极化损耗是极化电场频率的函数，极化损耗在具有极性结构的高分子中普遍存在。
（３）电离损耗：由于介电物质在外加电场作用下发生电离时产生能量损耗。绝缘物质中电离损耗通常是造成介电击穿的重要原因之一，应当避免。
1 ^5 m, `! G4 K$ u6 c- D* A（４）结构损耗：由于介电物质内部结构不均匀而产生的介电损耗。

3.电介质的介电强度
2 m. J  g+ H! o当施加于电介质上的电场强度（即电压）增大到一定程度以上时，电介质由介电状态转变为导电状态，这一突变现象称为电介质的击穿，此时所加的电压称为击穿电压，用Ｕｂ表示，发生击穿时的电场强度称为击穿电场强度，用Ｅｂ表示，又称为介电强度，它们在均匀电场中有以下关系。
Ｅｂ＝Ｕｂ/ ｄ
- O$ a# o* t4 l- I) M" l式中ｄ为纤维材料的厚度（ｍｍ）。各种电介质都有一定的介电强度，即不允许外电场无限加大。在电极板之间填充电介质的目的就是使极板间可承受的电位差能比空气介质承受得更高些。几种纤维的介电强度见表。

介电击穿强度(ｋＶ／ｍｍ)

纤维品种	温度２０℃，相对湿度０	温度２０℃，相对湿度６５％	纤维品种	温度２０℃，相对湿度０	温度２０℃，相对湿度６５％
棉纤维	８～１３．６	４．５	石棉纤维		２．４
绵羊毛		４．０～５．０	氯纶		４０．０
乙纶		１８．０	维纶		３．５
醋酯纤维		１３．０	真空	１００
涤纶		１２．０～１５．０	空气		３．０
锦纶６６		１６．０
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