Polypropeeni: Kondensaattorien dielektrinen ydinmateriaali ja sen kehityspolku

Polypropeeni (PP) on ollut eristemateriaalin ydin kondensaattori s 1980-luvulta lähtien, korvaamalla kondensaattoripaperin sen suuren läpilyöntilujuuden, pienen dielektrisen häviön ja prosessointiominaisuuksien vuoksi. Vain 0,89-0,91 g/cm³:n tiheydellä se on yksi kevyimmistä yleiskäyttöisistä muoveista.

Polypropeenin ominaisuudet liittyvät läheisesti sen molekyyliketjujen stereokonfiguraatioon. Isotaktisessa polypropeenissa (iPP) kaikki metyyliryhmät ovat molekyyliketjun samalla puolella muodostaen erittäin säännöllisen kierteisen rakenteen, jonka kiteisyys on 50-70 %, mikä johtaa korkeaan vetolujuuteen (35-40 MPa) ja korkeaan sulamispisteeseen (160-170°C). Syndiotaktisessa PP:ssä (sPP) metyyliryhmät vaihtavat puolta, mikä takaa korkean läpinäkyvyyden ja iskunkestävyyden. Ataktisessa PP:ssä (aPP) on satunnaisesti jakautuneita metyyliryhmiä, se on amorfista ja sitä käytetään usein liima-aineissa ja asfaltin modifioinnissa. IPP:n isotaktisuus määrää suoraan sen kiteisyyden, mikä puolestaan ​​vaikuttaa sen mekaanisiin ominaisuuksiin: jokaista 10 %:n kiteisyyden lisäystä kohti vetolujuus kasvaa 15-20 MPa.

Dielektrisenä polypropeeni toimii poikkeuksellisen hyvin: sen dielektrisyysvakio on vakaa 2,2-2,36 (1kHz), sen hajoamiskerroin on alle 0,0002, sen tilavuusvastus ylittää 10^16 Ω·cm ja se kestää korkeita kenttiä jopa 600V/μm. Se tarjoaa lämpöstabiilisuuden laajalla jatkuvalla käyttölämpötila-alueella (-50 °C - 120 °C). Lisäksi PP-pohjaisella metalloidulla kalvolla on itsekorjautuvia ominaisuuksia; rikkoutuessaan se haihduttaa elektrodin eristyksen palauttamiseksi ja kestää yli 100 rikkoutumista neliömetriä kohden alle 0,5 %:n kapasitanssihäviöllä.

Kondensaattorien energian varastointitiheyden lisäämiseksi nykyiset teknologiapolut keskittyvät ensisijaisesti materiaaliinnovaatioihin: ensinnäkin puhtaan PP:n aggregoidun rakenteen optimointiin, tuhkapitoisuuden vähentämiseen ja molekyylien muuntamiseen; toiseksi komposiitti-PP:n, kuten nanokomposiittien, kemiallisten oksasteiden, sekoitusten ja monikerrosrakenteiden kehittäminen; ja kolmanneksi tutkia täysin uusia materiaaleja, joilla on korkeat dielektrisyysvakiot tai korkean lämpötilan kestävyys. Jatkuvan rakenteellisen optimoinnin ja komposioinnin ansiosta polypropeeni jatkaa kondensaattoriteknologian kehittämistä.