Полипропилен: основной диэлектрический материал для конденсаторов и пути его развития

Полипропилен (ПП) является основным диэлектрическим материалом для конденсатор с 1980-х годов, заменяя конденсаторную бумагу из-за ее высокой прочности на пробой, низких диэлектрических потерь и технологических свойств. При плотности всего 0,89-0,91 г/см³ это один из самых легких пластиков общего назначения.

Свойства полипропилена тесно связаны со стереоконфигурацией его молекулярных цепей. В изотактическом полипропилене (иПП) все метильные группы находятся по одну сторону молекулярной цепи, образуя высокорегулярную спиральную структуру с кристалличностью 50-70%, что приводит к высокой прочности на разрыв (35-40 МПа) и высокой температуре плавления (160-170°С). В синдиотактическом ПП (sPP) метильные группы чередуются, что обеспечивает высокую прозрачность и ударопрочность. Атактический ПП (аПП) имеет случайно распределенные метильные группы, является аморфным и часто используется в клеях и модификации асфальта. Изотактичность ИПП напрямую определяет его кристалличность, что, в свою очередь, влияет на его механические свойства: на каждые 10% увеличения кристалличности предел прочности увеличивается на 15-20 МПа.

В качестве диэлектрика полипропилен проявляет себя исключительно хорошо: его диэлектрическая проницаемость стабильна на уровне 2,2–2,36 (1 кГц), коэффициент рассеяния ниже 0,0002, объемное сопротивление превышает 10^16 Ом·см и выдерживает сильные поля до 600 В/мкм. Он обеспечивает термическую стабильность в широком диапазоне рабочих температур (от -50°C до 120°C). Кроме того, металлизированная пленка на основе ПП обладает свойствами самовосстановления; при пробое испаряет электрод для восстановления изоляции, выдерживая более 100 пробоев на квадратный метр с потерей емкости менее 0,5%.

Чтобы увеличить плотность накопления энергии в конденсаторах, современные технологические пути сосредоточены в первую очередь на инновациях в материалах: во-первых, на оптимизации агрегатной структуры чистого полипропилена, снижении зольности и молекулярной модификации; во-вторых, разработка композиционных ПП, таких как нанокомпозиты, химическая прививка, смеси и многослойные структуры; и в-третьих, исследование совершенно новых материалов с высокими диэлектрическими проницаемостями или устойчивостью к высоким температурам. Благодаря постоянной структурной оптимизации и композитингу полипропилен продолжает развивать технологию конденсаторов.