Polypropylén: Dielektrický materiál jadra pre kondenzátory a jeho vývojová cesta

Polypropylén (PP) bol základným dielektrickým materiálom kondenzátor s od 80. rokov 20. storočia nahrádza kondenzátorový papier vďaka svojej vysokej prieraznej pevnosti, nízkym dielektrickým stratám a spracovateľským vlastnostiam. S hustotou len 0,89-0,91 g/cm³ je to jeden z najľahších plastov na všeobecné použitie.

Vlastnosti polypropylénu úzko súvisia so stereokonfiguráciou jeho molekulových reťazcov. V izotaktickom polypropyléne (iPP) sú všetky metylové skupiny na rovnakej strane molekulového reťazca a tvoria vysoko pravidelnú špirálovitú štruktúru s kryštalinitou 50-70%, čo vedie k vysokej pevnosti v ťahu (35-40MPa) a vysokej teplote topenia (160-170°C). V syndiotaktickom PP (sPP) metylové skupiny striedajú strany, čo zaisťuje vysokú transparentnosť a odolnosť proti nárazu. Ataktický PP (aPP) má náhodne distribuované metylové skupiny, je amorfný a často sa používa v lepidlách a modifikácii asfaltu. Izotakticita iPP priamo určuje jeho kryštalinitu, čo následne ovplyvňuje jeho mechanické vlastnosti: pri každom zvýšení kryštalinity o 10 % sa pevnosť v ťahu zvyšuje o 15-20 MPa.

Ako dielektrikum sa polypropylén správa mimoriadne dobre: ​​jeho dielektrická konštanta je stabilná pri 2,2-2,36 (1kHz), jeho rozptylový faktor je pod 0,0002, jeho objemový odpor presahuje 10^16 Ω·cm a odolá vysokým poliam až do 600 V/μm. Ponúka tepelnú stabilitu so širokým nepretržitým rozsahom prevádzkových teplôt (-50 °C až 120 °C). Okrem toho má metalizovaný film na báze PP samoliečiace vlastnosti; pri poruche odparí elektródu, aby obnovila izoláciu, pričom vydrží viac ako 100 porúch na meter štvorcový so stratou kapacity menšou ako 0,5 %.

Na zvýšenie hustoty akumulácie energie kondenzátorov sa súčasné technologické cesty zameriavajú predovšetkým na inováciu materiálov: po prvé, optimalizácia agregovanej štruktúry čistého PP, zníženie obsahu popola a molekulárna modifikácia; po druhé, vývoj kompozitného PP, ako sú nanokompozity, chemické štepenie, zmesi a viacvrstvové štruktúry; a po tretie, skúmanie úplne nových materiálov s vysokými dielektrickými konštantami alebo odolnosťou voči vysokej teplote. Prostredníctvom nepretržitej štrukturálnej optimalizácie a skladania polypropylén pokračuje v napredovaní technológie kondenzátorov.