Polipropilen: jezgreni dielektrični materijal za kondenzatore i njegov razvojni put

Polipropilen (PP) je bio osnovni dielektrični materijal za kondenzator od 1980-ih, zamjenjujući kondenzatorski papir zbog njegove visoke probojne čvrstoće, niskog dielektričnog gubitka i svojstava obrade. S gustoćom od samo 0,89-0,91 g/cm³, jedna je od najlakših plastičnih masa opće namjene.

Svojstva polipropilena usko su povezana sa stereokonfiguracijom njegovih molekularnih lanaca. U izotaktičkom polipropilenu (iPP), sve su metilne skupine na istoj strani molekularnog lanca, tvoreći vrlo pravilnu spiralnu strukturu s kristalnošću od 50-70%, što rezultira visokom vlačnom čvrstoćom (35-40MPa) i visokim talištem (160-170°C). U sindiotaktičkom PP-u (sPP), metilne skupine izmjenjuju se na stranama, osiguravajući visoku prozirnost i otpornost na udarce. Ataktični PP (aPP) ima nasumično raspoređene metilne skupine, amorfan je i često se koristi u ljepilima i modificiranju asfalta. Izotaktičnost iPP-a izravno određuje njegovu kristalnost, što zauzvrat utječe na njegova mehanička svojstva: za svakih 10% povećanja kristalnosti, vlačna čvrstoća raste za 15-20 MPa.

Kao dielektrik, polipropilen se ponaša izuzetno dobro: njegova dielektrična konstanta je stabilna na 2,2-2,36 (1kHz), njegov faktor disipacije je ispod 0,0002, njegov volumenski otpor prelazi 10^16 Ω·cm i može izdržati visoka polja do 600V/μm. Nudi toplinsku stabilnost sa širokim kontinuiranim rasponom radnih temperatura (-50°C do 120°C). Nadalje, metalizirani film na bazi PP posjeduje svojstva samozacjeljivanja; nakon kvara, isparava elektrodu kako bi obnovio izolaciju, izdržavajući više od 100 kvarova po kvadratnom metru s manje od 0,5% gubitka kapaciteta.

Kako bi se povećala gustoća pohrane energije kondenzatora, trenutačni tehnološki putovi usredotočeni su prvenstveno na inovacije materijala: prvo, optimizacija agregirane strukture čistog PP-a, smanjenje sadržaja pepela i molekularna modifikacija; drugo, razvoj kompozitnog PP-a, kao što su nanokompoziti, kemijsko cijepljenje, mješavine i višeslojne strukture; i treće, istraživanje potpuno novih materijala s visokom dielektričnom konstantom ili otpornošću na visoke temperature. Kroz kontinuiranu strukturnu optimizaciju i kompozitiranje, polipropilen nastavlja unapređivati ​​tehnologiju kondenzatora.