1. Concepts et formules de base de la constante diélectrique (ε)
La constante diélectrique est une quantité physique qui caractérise la capacité d'un diélectrique à stocker les charges dans un champ électrique, également connu sous le nom de permittivité, et est l'un des paramètres centraux pour mesurer les propriétés électriques des matériaux isolants ., plus sa valeur est grande, plus la capacité du matériau à stocker les charges et à l'agitation a tendance à avoir une faible constante diélectrique pour réduire la perte de signal et à interférer {1}
(1) Formule de définition de constante diélectrique
La constante diélectrique (constante diélectrique relative, εᵣ) est le rapport de la constante diélectrique d'un matériau (ε) à sa constante diélectrique sous vide (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Parmi eux, ε₀ est la constante diélectrique du vide, qui est approximativement8.854 × 10-12F / m (farad / m).
La constante diélectrique relative (εᵣ) est une quantité physique sans dimension . Le εᵣ du vide est 1, le εᵣ d'air est environ 1 . 0006, et le εᵣ de matériaux isolants est généralement entre 2-10 (tel que εᵣ de l'ETFE d'environ 2,6).
(2) formule pour la relation avec la capacité
Pour les condensateurs à plaques parallèles, la relation entre la capacité (C) et la constante diélectrique est:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Parmi eux, A est la zone de la plaque d'électrode, et D est la distance entre les plaques d'électrode (épaisseur du matériau d'isolation) .
Cette formule indique que sous la même structure, plus la constante et la capacité diélectriques sont grandes, plus la capacité du matériau est grande à stocker des charges .
(3) Perte liée: perte diélectrique tangente (tan Δ)
La perte diélectrique est la perte d'énergie de matériaux isolants dus à l'hystérésis de polarisation moléculaire dans un champ électrique . Il est généralement représenté par la tangente de perte diélectrique (Tan Δ) et est liée à la constante diélectrique comme suit:tanΔ=ε / ε ′
Parmi eux, ε 'est la partie réelle de la constante diélectrique (représentant la capacité de stockage d'énergie), et ε' 'est la partie imaginaire (représentant la perte) .
Plus le tan Δ est petit, plus la perte d'isolation du matériau est petite, et plus les performances électriques sont stables (comme le tan Δ d'ETFE d'environ 0 . 003, qui appartient à des matériaux à faible perte).
2. Paramètres clés et relations de conversion des performances d'isolation
Les paramètres centraux des performances d'isolation comprennent la résistance à l'isolation, la résistance à la rupture, la constante diélectrique, la perte diélectrique, etc. . Ces paramètres reflètent collectivement la capacité d'isolation et la stabilité des matériaux, et certains paramètres peuvent être corrélés par des expériences ou des formules empiriques .
(1) Résistance à l'isolation (Rinsouffisants)
La résistance à l'isolation est la capacité d'un matériau à résister à la fuite de courant, mesurée en ohms (Ω), et est liée à la résistivité du matériau (ρ) comme suit:Rinsouffisants=ρ⋅d/A
Parmi eux, ρ est la résistivité du volume (unité: ω · m), d est l'épaisseur d'isolation, et a est la surface conductrice .
Signification de la conversion: Plus la résistivité est élevée, plus la résistance à l'isolation est élevée, et plus les performances d'isolation du matériau sont élevées (comme ETFE, dont la résistivité du volume est généralement supérieure à 10¹⁶ω · m, appartenant à des matériaux d'isolation élevés) .
(2) Force de dégradation (Eᵦ)
La résistance à la dégradation est la résistance au champ électrique critique à laquelle un matériau peut résister à un champ électrique sans être décomposé, mesuré en KV / mm (kilovolts par millimètre) et calculé à l'aide de la formule suivante:Eb=Ub/d
Parmi eux, Uᵦ est la tension de panne (KV), et D est l'épaisseur d'isolation (mm) .
Signification de la conversion: Plus la résistance à la dégradation est élevée, plus la tension que le matériau peut résister à la même épaisseur (par exemple, la résistance à la dégradation de ETFE est à peu près 20-30 KV / mm, et seule une couche d'isolation très mince est nécessaire pour répondre aux exigences à une tension de 600 V) .
(3) la corrélation entre la constante diélectrique et la perte de transmission du signal
Dans la transmission du signal à haute fréquence, la perte de signal () est liée à la constante diélectrique (εᵣ) et à la perte diélectrique (Tan Δ), et la formule empirique est: ∝f⋅√εr⋅tanδ
Parmi eux, F est la fréquence du signal .
Signification de la conversion: faible εᵣ et faible Δ Tan peuvent réduire considérablement la perte de signal à haute fréquence, de sorte que les matériaux diélectriques faibles tels que ETFE conviennent aux scénarios de transmission de signaux à grande vitesse (tels que l'aérospatiale et l'équipement électronique de précision) .
3. Exemple de conversion de performances dans les applications pratiques (prendre le fil UL AWM 10126 comme exemple)
Nire UL AWM 10126 Adopte l'isolation ETFE (εᵣ≈2,6, tanΔ≈0,003, résistance à la rupture 25kV / mm), tension nominale de 600 V, température de fonctionnement de 150 degrés, la conversion des performances d'isolation est la suivante:
(1) Vérification de la tension de panne: Si l'épaisseur de l'isolation est de 0,1 mm, la tension de panne théoriqueUb=Eb⋅d =25 kv / mm × 0,1 mm =2.5 kv, bien plus élevé que le 600v nominal, avec une marge de sécurité suffisante .
(2) Estimation de la perte de fréquence élevée: À une fréquence de 100 MHz, sa perte de signal est beaucoup plus faible que celle des matériaux diélectriques élevés (comme le PVC, avec un εᵣ≈3 . 5), ce qui le rend adapté à la transmission du signal dans des dispositifs électroniques de précision.
(3) Conversion de la résistance à l'isolation: Si la surface du conducteur est de 10 cm², l'épaisseur d'isolation est de 0,1 mm et l'ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, puis la résistance à l'isolationRinsouffisants=1017×0.0001/0.001=1016Ω, le courant de fuite peut être ignoré .
4. Résumé
La constante diélectrique est l'indicateur central de la capacité de stockage d'énergie des matériaux isolants, qui est directement lié à la capacité et à la perte . à faible constante diélectrique (comme ETFE) convient aux scénarios à haute fréquence et à faible perte .
La conversion des performances d'isolation peut évaluer quantitativement l'applicabilité des matériaux dans différentes conditions de travail à travers des formules liées à des paramètres tels que la résistance, la résistance à la rupture et la perte (telles queNire UL AWM 10126, qui convient aux connexions électriques 600 V dans des espaces compacts et des environnements à haute température en raison de sa faible résistance à la rupture εᵣ et élevée) .
La conversion de ces paramètres fournit une base scientifique pour la sélection des fils et la conception de l'isolation, garantissant l'optimisation des coûts et de l'espace tout en répondant aux exigences telles que la tension et la température .
