Polipropylen: rdzeń dielektryczny dla kondensatorów i jego ścieżka rozwoju

Podstawowym materiałem dielektrycznym jest polipropylen (PP). kondensator XX wieku zastępując papier kondensatorowy ze względu na jego wysoką wytrzymałość na przebicie, niskie straty dielektryczne i właściwości przetwórcze. Dzięki gęstości wynoszącej zaledwie 0,89-0,91 g/cm3 jest to jeden z najlżejszych tworzyw sztucznych ogólnego przeznaczenia.

Właściwości polipropylenu są ściśle związane ze stereokonfiguracją jego łańcuchów molekularnych. W izotaktycznym polipropylenie (iPP) wszystkie grupy metylowe znajdują się po tej samej stronie łańcucha molekularnego, tworząc wysoce regularną strukturę helikalną o krystaliczności 50–70%, co skutkuje wysoką wytrzymałością na rozciąganie (35–40 MPa) i wysoką temperaturą topnienia (160–170°C). W syndiotaktycznym PP (sPP) grupy metylowe występują naprzemiennie po bokach, zapewniając wysoką przezroczystość i odporność na uderzenia. Ataktyczny PP (aPP) ma losowo rozmieszczone grupy metylowe, jest amorficzny i jest często stosowany w klejach i modyfikacji asfaltu. Izotaktyczność iPP bezpośrednio determinuje jego krystaliczność, co z kolei wpływa na jego właściwości mechaniczne: na każde 10% wzrostu krystaliczności wytrzymałość na rozciąganie wzrasta o 15-20 MPa.

Jako dielektryk polipropylen sprawdza się wyjątkowo dobrze: jego stała dielektryczna jest stabilna na poziomie 2,2-2,36 (1 kHz), jego współczynnik rozproszenia wynosi poniżej 0,0002, jego rezystywność skrośna przekracza 10^16 Ω·cm i jest w stanie wytrzymać wysokie pola do 600 V/μm. Zapewnia stabilność termiczną w szerokim zakresie temperatur pracy ciągłej (od -50°C do 120°C). Ponadto metalizowana folia na bazie PP posiada właściwości samonaprawiające; po przebiciu odparowuje elektrodę, aby przywrócić izolację, wytrzymując ponad 100 przebić na metr kwadratowy przy utracie pojemności mniejszej niż 0,5%.

Aby zwiększyć gęstość magazynowania energii w kondensatorach, obecne ścieżki technologiczne skupiają się przede wszystkim na innowacjach materiałowych: po pierwsze, optymalizacja zagregowanej struktury czystego PP, zmniejszenie zawartości popiołu i modyfikacja molekularna; po drugie, rozwój kompozytowego PP, takiego jak nanokompozyty, szczepienie chemiczne, mieszanki i struktury wielowarstwowe; i po trzecie, badanie zupełnie nowych materiałów o wysokich stałych dielektrycznych lub odporności na wysoką temperaturę. Dzięki ciągłej optymalizacji strukturalnej i komponowaniu polipropylen w dalszym ciągu rozwija technologię kondensatorów.