一、测试方法

介电性能按照GB/T—进行测试，实验接线图如图1所示，其中，电极采用三电极系统，上下电极均采用黄铜制成。

介质损耗测量仪可以直接测量绝缘材料的介质损耗因数和材料的电容。材料的相对介电常数需通过材料的电容间接计算得出。

二、测试仪器图

三、介质损耗因数

图2为不同温度环境下环氧树脂复合材料的介质损耗因数随Al2O3填料含量的变化曲线。从图2可以看出，在温度一定的条件下，环氧树脂复合材料的介质损耗因数随着Al2O3填料含量的增加都有不同程度的降低；对于20℃下的试样，其介质损耗因数随着Al2O3填料含量变化的幅度最小；随着温度的逐渐降低，Al2O3填料含量的增加引起的介质损耗因数的减小幅度增大，当温度达到-60℃时，介质损耗因数下降幅度最大，温度再降至-70℃时，介质损耗因数下降幅度减小。

Al2O3填料含量的变化引起环氧树脂复合材料介质损耗因数变化的原因可能主要是Al2O3填料的极性。由于所加入的Al2O3填料是极性分子，因此随着填料的不断增加，环氧树脂复合材料中的极性分子数增加，极化能力不断增强，电容量C随之增加，电流中的无功电流分量IC也相应增大。材料介质损耗因数tanδ是电流的有功分量IR和无功分量IC的比值，无功分量增大则介质损耗因数减小。因此随着Al2O3填料的增加，材料的介质损耗因数逐渐减小。

图3为在填料含量一定的条件下，环氧树脂复合材料的介质损耗因数随温度的变化曲线。从图3可以看出，所有曲线的变化趋势相同，均表现为先增大后减小。随着填料含量的不断增加，介质损耗因数最大值分别出现在温度为-50、-30、-30、-30℃，其数值分别为0.%、0.%、0.%、0.%。

这一现象可以用极性材料的介质损耗因数随温度的变化规律来解释。对于环氧树脂这类极性材料，在低温区，由于极性分子处于冻结状态，取向过程缓慢，松弛时间过长，环氧树脂分子来不及随外加交变电场定向，材料内部仅存在位移极化，介质损耗因数很小。随着温度的升高，极化粒子的热运动能量增大，松弛时间减小，与热运动有关的松弛极化得以建立，但又不能完全跟上电场的变化，即电介质极化与电场变化存在相位差，这时介质损耗因数随着温度的升高而增大。随着温度的进一步升高，分子完全获释而松弛时间减小，直至在交变电场下极化完全建立，介质损耗因数由于极性分子的定向能及时跟上电场的变化而随着温度的升高而减小。故介质损耗因数整体上随温度降低呈先增大后减小的变化趋势。

四、介电常数

图4是在温度一定的条件下，环氧树脂复合材料的相对介电常数随填料含量的变化曲线。从图4可以发现，不同温度下环氧树脂复合材料的相对介电常数随着Al2O3填料含量的增大而增大。当填料含量小于20%时，数值增幅不大；当填料含量超过20%后，介电常数的数值增加速度明显变快；当含量达到75%时，同一温度下的相对介电常数数值比纯环氧树脂均增大了50%左右。

出现这种现象可能的原因是加入的Al2O3填料是极性材料。这些极性分子结构不对称而具有极性，在外电场作用下除了电子位移极化外，还有转向极化。电介质的介电常数又称电容率，是电容量C与真空时电容量C0的比值，它是用来表征介质极化性能的物理量，所以环氧树脂复合材料的介电常数由分子位移极化和转向极化共同决定。当Al2O3填料含量增加时，环氧树脂复合材料中极性分子增多，材料的极化能力增强，介电常数也相应增加。

图5为环氧树脂复合材料的相对介电常数随温度的变化曲线。

从图5可以看出，在填料含量一定的条件下，材料的相对介电常数随着温度的增加虽有小的波动，但整体呈缓慢增长趋势且增幅不明显。这种现象可以用极性材料的介电常数与温度的变化关系解释。低温区的温度远比环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度低，大分子处于牢固结合在一起的紧密状态，加上外电场后，除了电子位移极化外，极性基团只能转过很小的角度，松弛极化很弱，相对介电常数很小。随着温度的升高，极性基团逐渐可以旋转定向，松弛极化增强，介电常数增加。当温度进一步升高，分子热运动无序化作用加剧，破坏了极性基团沿电场方向的定向，介电常数又开始减小。由于本研究中涉及的温度较低，还未达到材料的玻璃化转变温度，极性基团始终处于牢固结合的僵硬状态，因此介电常数的曲线平坦未有大的变化。

五、结论

（1）在温度一定的条件下，材料的介质损耗因数随填料含量的增加而减小，但不同温度下，介质损耗因数减小的程度不同；同时，不同填料含量的环氧树脂复合材料介质损耗因数随温度变化的趋势相同，均为先增大后减小。

（2）环氧树脂复合材料的相对介电常数随着微米Al2O3填料含量的增加而增大，且在填料含量低于20%时，材料的相对介电常数增加缓慢，当填料含量超过20%后，相对介电常数的数值增长变快；在填料含量一定的条件下，材料的相对介电常数随着温度的增加缓慢增长。