Rev. Phys. Appl. (Paris) 8, 315-323 (1973)
DOI: 10.1051/rphysap:0197300804031500

Propriétés diélectriques de l'hexaméthylène adipamide a humidité contrôlée, en très basse fréquence (103-10-4 Hz)

R. Michel, M. Maitrot et G. Asch

Laboratoire d'Electronique, d'Automatique et de Mesures Electriques, Ecole Centrale de Lyon, 36, route de Dardilly, 69730 Ecully, France

Abstract
Dielectric properties of nylon 66 (hexamethylene adipamide) were studied as a function of humidity near 50°C at very low frequencies (103-10 -4 Hz). We found a relaxation giving near 10-3 Hz a capacitance as high as 106 pF/cm2 for a water content of 5 %. Polarization and dielectric absorption are explained in terms of motion of carriers near the surface of the samples. We tried to use the theoretical treatment given by Beaumont and Jacobs, but it failed because of complex relaxation phenomena at higher frequencies. A Raleigh's series model with some improvements fits the experimental results at low frequencies. Higher frequency polarizations (103-10-2 Hz) can be explained by diffusion phenomena. We found that the concentration c0 of charge carriers, presumably H+ ions, is constant (c0 ≈ 1023/m3) but their mobility μ is an exponential function of water content (μ(5%) = 2 × 10-13 m2/V.s).

Résumé
On a étudié en très basse fréquence (103-10-4 Hz) les propriétés diélectriques du nylon 66 (hexaméthylène adipamide) et mis en évidence des relaxations donnant à 10-3 Hz des capacités de l'ordre de 106 pF/cm2, avec un pourcentage en eau de 5 %. Ce phénomène correspondrait à l'accumulation des porteurs au voisinage de la surface. L'application de la théorie de Beaumont et Jacobs ne donne pas de résultats satisfaisants à cause d'un second phénomène de relaxation à plus haute fréquence. Cette relaxation correspond à une polarisation plus faible, associée à une forte diminution de la résistance parallèle lorsque la fréquence augmente. Nous avons interprété les résultats expérimentaux à partir d'un circuit équivalent simple dérivé du modèle de Raleigh. La diffusion semble être la cause principale de la polarisation en haute fréquence. On note que la résistance série des échantillons autour de 100 Hz, et leur capacité série en très basse fréquence (10-3 Hz) sont relativement indépendantes du degré d'hydratation. La concentration des porteurs de charges, que l'on suppose être des ions H+ reste constante lorsque l'hydratation varie (c0 ≈ 1023/m3 ) mais leur mobilité μ est une fonction exponentielle de la teneur en eau (μ(5%) = 2 × 10-13 m2/V.s).

PACS
7722C - Permittivity (dielectric function).

Key words
Permittivity -- Dielectric relaxation -- Very low frequency -- Frequency dependence -- Space charge -- Thermally stimulated depolarization -- Polyamides -- Modelling -- Experimental study