Polypropylen: Dielektrický materiál jádra pro kondenzátory a jeho vývojová cesta

Polypropylen (PP) byl hlavním dielektrickým materiálem kondenzátor s od 80. let 20. století nahrazuje kondenzátorový papír díky své vysoké průrazné pevnosti, nízkým dielektrickým ztrátám a zpracovatelským vlastnostem. S hustotou pouhých 0,89-0,91 g/cm³ je to jeden z nejlehčích plastů pro všeobecné použití.

Vlastnosti polypropylenu úzce souvisí se stereokonfigurací jeho molekulárních řetězců. V izotaktickém polypropylenu (iPP) jsou všechny methylové skupiny na stejné straně molekulárního řetězce a tvoří vysoce pravidelnou spirálovitou strukturu s krystalinitou 50-70%, což má za následek vysokou pevnost v tahu (35-40MPa) a vysokou teplotu tání (160-170°C). V syndiotaktickém PP (sPP) se methylové skupiny střídají, což zajišťuje vysokou transparentnost a odolnost proti nárazu. Ataktický PP (aPP) má náhodně distribuované methylové skupiny, je amorfní a často se používá v lepidlech a modifikacích asfaltů. Izotakticita iPP přímo určuje jeho krystalinitu, která následně ovlivňuje jeho mechanické vlastnosti: na každých 10% zvýšení krystalinity se pevnost v tahu zvyšuje o 15-20MPa.

Jako dielektrikum se polypropylen chová výjimečně dobře: jeho dielektrická konstanta je stabilní při 2,2-2,36 (1kHz), jeho disipační faktor je pod 0,0002, jeho objemový odpor přesahuje 10^16 Ω·cm a odolává vysokým polím až 600 V/μm. Nabízí tepelnou stabilitu se širokým trvalým rozsahem provozních teplot (-50°C až 120°C). Kromě toho má metalizovaná fólie na bázi PP samoopravné vlastnosti; při poruše odpaří elektrodu, aby obnovila izolaci, přičemž vydrží více než 100 poruch na metr čtvereční se ztrátou kapacity menší než 0,5 %.

Pro zvýšení hustoty akumulace energie kondenzátorů se současné technologické cesty zaměřují především na materiálové inovace: za prvé, optimalizace agregované struktury čistého PP, snížení obsahu popela a molekulární modifikace; za druhé, vývoj kompozitního PP, jako jsou nanokompozity, chemické roubování, směsi a vícevrstvé struktury; a za třetí, zkoumání zcela nových materiálů s vysokou dielektrickou konstantou nebo odolností vůči vysokým teplotám. Prostřednictvím nepřetržité strukturální optimalizace a skládání pokračuje polypropylen v pokroku v technologii kondenzátorů.