最後更新日期： 2025 年 3 月 11 日
絕緣材料在電機、電子設備與高壓電力應用中扮演著至關重要的角色。為確保設備運行的穩定性與安全性，絕緣材料需具備優異的物理與電氣性能。本文將詳細解析絕緣材料的五大關鍵性能指標，包括耐高溫性、耐化學性、機械強度、電氣強度與介電常數，並補充其他重要特性，以便選擇最適合的絕緣材料。
1. 耐高溫性（Thermal Resistance）
耐高溫性指絕緣材料在高溫環境下仍能維持其電氣與機械性能的能力。溫度過高可能導致材料降解、熔化或絕緣性能降低，因此在不同應用場景中，需要選擇適合的耐溫等級。
影響因素：
材料的熱穩定性與熱分解溫度
長期熱老化特性
熱膨脹係數
應用舉例：
硅樹脂（Silicone Resin）可耐受 200°C 以上，適用於高溫電機與航空設備。
聚酰亞胺（Polyimide, PI）耐熱溫度可達 400°C，廣泛應用於電子電路與高溫線纜。
2. 耐化學性（Chemical Resistance）
耐化學性指材料抵抗酸、鹼、溶劑與其他化學物質腐蝕的能力。電機、變壓器與電子設備經常暴露在油脂、冷卻劑、溶劑與環境污染中，因此材料需具備良好的耐化學性。
影響因素：
材料的化學鍵穩定性
與不同化學物質的相容性
溫度與濕度對耐化學性的影響
應用舉例：
環氧樹脂（Epoxy Resin）具有極佳的耐化學性，適用於PCB與封裝材料。
氟聚合物（PTFE, Teflon）能抵抗大部分酸鹼與溶劑，適用於高要求的電氣應用。
3. 機械強度（Mechanical Strength）
機械強度是絕緣材料承受應力、衝擊與振動的能力，尤其在高速運行的電機與變壓器中，材料需具有高抗張強度與耐疲勞性能。
影響因素：
材料的結構與密度
拉伸強度與抗彎強度
耐衝擊與抗磨損能力
應用舉例：
玻璃纖維增強塑膠（FRP）具備高機械強度，適用於變壓器與高壓設備。
聚碳酸酯（Polycarbonate, PC）具有良好的抗衝擊性能，常用於電子設備外殼。
4. 電氣強度（Dielectric Strength）
電氣強度表示材料在電場中抵抗電擊穿的能力，通常以 kV/mm 測量。電氣強度越高，材料的絕緣性能越好，可用於高電壓應用。
影響因素：
材料的介電結構與分子排列
材料的厚度與均勻性
操作環境（如濕度、溫度）
應用舉例：
聚酰亞胺膜（Kapton）電氣強度高，適用於高壓電機與電子電路。
環氧樹脂塗層可增強變壓器與電纜的耐電壓能力。
5. 介電常數（Dielectric Constant, εr）
介電常數反映材料在電場中的極化能力，影響電容、信號傳輸與能量損失。較低的介電常數適用於高頻電子應用，而較高的介電常數則適用於電容器與能源儲存應用。
影響因素：
材料的極化能力
頻率與溫度對介電常數的影響
材料內部的水分含量
應用舉例：
聚四氟乙烯（PTFE）介電常數低，適用於高頻電路與射頻應用。
陶瓷電介質介電常數高，廣泛應用於電容器與微波設備。
其他重要性能指標
除了上述五大核心性能指標，還有其他影響絕緣材料選擇的重要因素：
吸水率（Water Absorption）：影響材料在潮濕環境下的絕緣能力。
體積電阻率與表面電阻率（Volume and Surface Resistivity）：衡量材料的電絕緣性能。
耐燃性（Flame Resistance）：防止電氣設備起火，符合 UL 94 標準。
熱傳導率（Thermal Conductivity）：影響電機與電子元件的散熱效率。
結論
選擇合適的絕緣材料時，需綜合考慮其耐高溫性、耐化學性、機械強度、電氣強度與介電常數等關鍵性能指標。不同應用場景對這些指標的需求各不相同，例如高溫環境需要選擇耐高溫樹脂，而高頻電子設備則需選擇低介電常數材料。此外，環保與可持續性也是現代絕緣材料發展的重要方向。
透過對這些性能的深入理解，可以有效提升電機、電子與電力設備的安全性與耐用性，確保其在嚴苛環境下穩定運行。