塑料为什么绝缘（一文了解塑料的绝缘特性）
所谓电绝缘材料，又称为电介质，是在外电场作用下能发生电导、极化、损耗、击穿等现象的材料，且这种材料在自然环境中或工作环境条件下随着时间的延长会发生老化，使性能变差或失去绝缘特性。这或许是绝缘材料的基本特点。
由于塑料的结构和性质特点，塑料可谓性能良好的电气绝缘材料。除某些结构中具有全共轭结构的塑料品种和添加有导电填料的塑料品种外，绝大多数的塑料品种均具有良好的绝缘性，且在低频低压下与电场发生相互作用的几率很少，就是在高频高压下，也有部分塑料品种仍具有良好的介电性能。
一、塑料的绝缘特性
塑料在外电场作用下同样会发生电导、极化、损耗、击穿等类似现象，且随着时间的推移，它会受到自然环境和工作环境(如水分、热量、紫外线等)因素的作用而发生老化，会发生从表面龟裂、开裂、粉化到破损等一系列的变化过程。所以说塑料完全具备了绝缘材料所具有的各种特点，故也称之为良好的绝缘材料，这一特性也使塑料成为工业电机与电器使用的主要绝缘材料。
1. 电导性能
绝大多数塑料品种不导电，用作绝缘材料的塑料品种更是如此。但实际绝对不导电的材料在世界上是没有的。可作绝缘材料的塑料在电场的作用下，都会有很小的电流通过，这一电流通过现象，被称为漏电，通过的电流被称为漏泄电流。
作为绝缘材料的塑料的电导性质与金属有本质上的区别。金属的电导完全由电子移动形成，电导率极大，电阻率极小。而作为绝缘材料的塑料主要由本身的离子或外来杂质(水分、酸及其他物质)的离子移动形成的，电导极小，电阻率特别大。其另一特点是当受直流电压作用时，存在电流随时间而衰落，并趋于一稳定值的现象。通过作为绝缘材料的塑料的电流通常可分为光电电流、吸收电流和漏泄电流。光电电流和吸收电流会随时间而快速减小。而表征材料的绝缘特性的单位为电阻(Ω)，绝缘电阻是用绝缘材料隔开的两个异体之间，在规定条件下的电阻率。绝缘电阻又分为材料内部绝缘特性即体积电阻(Ω.cm)和材料表面绝缘特性即表面电阻(Ω)。体积和表面电阻率是表述材料绝缘特征的物理量，其电阻率数值越大，材料的绝缘性能就越好。
2. 电损耗特性
电损耗是作为绝缘材料的塑料从电变场中吸收，以热的形式耗散的功率，通常以损害角正切或损耗因素表示。
对电介质施以正弦波电压时，外加电压与相同频率的电流间的相角之余角δ的正切值tanδ, 称之为介电损耗角正切 (dielectric loss angle tangent) , 简称介电损耗。
测试标准 GB/T 1409-2006 固体绝缘材料在工频、音频、 高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法。
3. 介电常数
介电常数是指当一个电容器两极之间及其周围全部都是由所指定的绝缘材料填满的条件下，所测得的电容值与相同电极形式所测得的真空电容值之比。
4. 击穿特性
当施加于绝缘体两端的外电场强度高于某--临界值后，其电流突然升高，使绝缘体失去绝缘性能，至少暂时丧失绝缘性，通常把这种现象称之为击穿现象。表示这种现象的单位称为击穿强度(又称介电强度)，也就是说材料可承受而不致于遭到破坏的最高电场强度、其数值为在规定的试验条件下所发生击穿电压除以施加电压两电极间的距离所得的商 (kV/cm)。
二、塑料的电性能
使塑料在电场作用下，从极化性能的角度考察各种塑料，则可以将塑料大致地分成三类：
第一类是非极性的或者稍带极性的塑料电介质，主要有聚乙、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和其他纯碳氢的热固或热塑性塑料。它们常具有很小的介电常数(约2~2.8)，很小的介电损耗角正切(约为10-8~10-4)和较大的电阻率(约1016~1018)，而且这些性能很少受外场频率和温度、湿度等影响。
第二类是极性大的材料，主要有增塑PVC及其共聚物、酚醛塑料、氨基塑料、纤维素塑料和尼龙等。它们一般具有比第一类大得多的介电常数(4~6)和介电损耗角正切(0.01~0.2)，电阻率也较低(1011~1014Ω)。
敏感类塑料是介于-二类之间的几乎包括其他所有塑料。它们的介电常数和介电损耗角正切都是适中的，大约在3-5之间，tanδ在10-3-10-2间，而电阻率常在1014~1016之间。其中性能较良好的有聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯二甲酸二烯丙酯，氯化聚醚和聚酰亚胺等。它们的电性能列于表 1。
值得注意的是，塑料特别是第二三类塑料的电性能的条件性很强。随着外场频率、温度、湿度、塑料组成和加工方法的改变，其性能数值变化较大。例如，纯PVC 的ε值在4~5，tanδ 在10-2数量级，而增塑后虽变化不大，但tanδ 值却增大数十倍，尤其在高频条件下，即使是纯树脂也受到树脂制造方法的影响，通常乳液聚合法生产的PVC的电性能较悬浮法和本体法的差。普通环氧树脂，在温度低于热畸变点时tanδ为10-3-10-2，然而在80~100℃的畸变点范围内tanδ 迅速上升到0.1;同时其还与化剂有关-般酸酐固化的较胺类固化的具有更小的tanδ值。酚醛的介电损耗和耐压强度与树脂的交联程度及其湿度含量有关。
至于塑料中添加剂对电性能的影响，一般认为，小分子的增塑剂等极性物质的加人会增加材料的介电损耗，各种无机填料会明显地降低塑料的耐电压强度和电阻率，且介电损耗增加，即使是第一类的塑料，因加工中添加了稳定剂等助剂或者加工混进了杂质，或者材料发生了老化，也常常导致增大ε和tanδ值。此外，潮湿对塑料的介电损耗角正切和电阻率有很大的影响。当塑料有吸湿性时，材料的体积电阻率和表面电阻率都下降，ε和tanδ都上升，塑料不吸湿也不润湿时，则其电性能基本不变；塑料不吸湿但能被润湿时，则表面电阻有一定程度的下降，有时导致ianδ上升。受水分影响较大的塑料有酚醛、脲醛、醇酸、尼龙、纤维素塑料和有纤维素和玻璃纤维填料的其他塑料;而有机硅和聚四氟乙烯塑料基本不受潮湿的影响。
表1 常用电气塑料的电性能
电气绝缘的破坏最终往往是以各种形式的击穿表现出来，因此材料在典型环境条件下的长期耐电压强度或极限耐压强度是一个重要的数据。它是确定绝缘尺寸的主要依据。遗憾的是，由于影响因素的复杂性，那种特定的使用环境下的耐电压强度与时间的依赖关系数据积累得很少，因而常常被实用上大量的经验所替代。
然而一般认为材料的热老化和电晕在许多情况下是破坏绝缘的最通常和最主要的影响因素，因此材料的耐热性和耐电晕性倒成为选用绝缘材料的经常要考虑的问题。
反映绝缘材料耐热性能的指标是绝缘等级，例如电工上常用的聚酯薄膜在主绝缘中为E级，而在辅助绝缘中为B级;酚醛层压板，由于纸基的抗热性差通常只用作A级，而酚醛布板有时可作E级使用;苯胺酚玻璃布板可用于B级；线形醛坏和有机硅的玻璃布板是B~F级材料；某些有机硅和DAIP玻璃布板可作H级应用。
三、塑料绝缘材料的主要类型
材料按其电导率分为绝缘体(电导率为<-10Ω·cm)、半导体(电导率为-10~2Ω·cm、导体(电导率>2Ω·cm)和超导体(电导率>20Ω·cm)。
塑料的绝缘特性分级通常是按照塑料本身的长期使用温度(即耐热性)不同分为Y、A、E、B、F、H和C级，各等级代表塑料的额是负荷下的最高使用温度。
按中国国家标准( GB11021-89《电气电子绝缘的耐热性评定和分级》划分等级。
表 2 GB11021-89 标准规定为耐热等级及适用材料
塑料绝缘材料按塑料品种可分为以下几种。
(一) 热固性塑料绝缘材料
热固性塑料绝缘材料包括有酚醛、环氧、不饱和聚酯、氨基塑料、聚氨醋、呋、有机硅和烯丙酯塑料或复合材料等。这类塑料的绝缘等级通常分布在Y、A、B、F、H等级之内(其用途见表2)。
(二) 通用塑料绝缘材料
这类塑料包括交联聚乙烯(XLPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PS)、AS和ABS等品其绝缘等级可达 Y~A级。
(三) 通用工程塑料绝缘材料
此类塑料有尼龙、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、热塑性聚酯(PET、PBT)和改性聚苯醚(NPPO)等，其绝缘等级可达E-B级。
(四) 特种工程塑料绝缘材料
此类塑料有聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PSF)聚醚醚酮(PEEK)聚芳酯(PAR)和聚苯硫醚(PPS)等。其绝缘等级可达F-H-C级。
上述塑料应用的产品形式大体可分为一大类：薄膜类、层压板材和模塑料。薄膜类主要用于电容器的介质膜、线圈包扎绝缘和电机槽、向绝缘膜和黑胶布的替代物等。薄膜类又可分为薄膜材、黏胶带和复合膜材三种。
层压材料制品类主要包括各种板材、管材、材以及用纸、棉布和玻璃纤维布增强的塑料层压制品。
模塑料是由树脂、填料或添加剂或纤维增强材料制备的各种粉料、粒料和预浸料等。模塑料可在--定的温度、压力条件下用模具制备成不同规格、形状和尺寸的绝缘制品。
