Polipropileno: el material dieléctrico central para condensadores y su camino de desarrollo

El polipropileno (PP) ha sido el material dieléctrico central para condensador s desde la década de 1980, reemplazando el papel para condensadores debido a su alta resistencia a la rotura, baja pérdida dieléctrica y propiedades de procesamiento. Con una densidad de sólo 0,89-0,91 g/cm³, es uno de los plásticos de uso general más ligeros.

Las propiedades del polipropileno están estrechamente relacionadas con la estereoconfiguración de sus cadenas moleculares. En el polipropileno isotáctico (iPP), todos los grupos metilo están en el mismo lado de la cadena molecular, formando una estructura helicoidal muy regular con una cristalinidad del 50-70 %, lo que da como resultado una alta resistencia a la tracción (35-40 MPa) y un alto punto de fusión (160-170 °C). En el PP sindiotáctico (sPP), los grupos metilo alternan lados, otorgando alta transparencia y resistencia al impacto. El PP atáctico (aPP) tiene grupos metilo distribuidos aleatoriamente, es amorfo y se utiliza a menudo en adhesivos y modificación de asfalto. La isotacticidad del iPP determina directamente su cristalinidad, lo que a su vez afecta sus propiedades mecánicas: por cada 10% de aumento de la cristalinidad, la resistencia a la tracción aumenta en 15-20 MPa.

Como dieléctrico, el polipropileno funciona excepcionalmente bien: su constante dieléctrica es estable entre 2,2 y 2,36 (1 kHz), su factor de disipación es inferior a 0,0002, su resistividad de volumen supera los 10^16 Ω·cm y puede soportar campos elevados de hasta 600 V/μm. Ofrece estabilidad térmica con un amplio rango de temperatura de funcionamiento continuo (-50 °C a 120 °C). Además, la película metalizada a base de PP posee propiedades de autorreparación; en caso de avería, evapora el electrodo para restaurar el aislamiento, soportando más de 100 averías por metro cuadrado con menos del 0,5% de pérdida de capacitancia.

Para aumentar la densidad de almacenamiento de energía de los condensadores, las vías tecnológicas actuales se centran principalmente en la innovación de materiales: en primer lugar, optimizar la estructura agregada del PP puro, reducir el contenido de cenizas y la modificación molecular; en segundo lugar, desarrollar PP compuestos, como nanocompuestos, injertos químicos, mezclas y estructuras multicapa; y en tercer lugar, explorar materiales completamente nuevos con altas constantes dieléctricas o resistencia a altas temperaturas. A través de la optimización y composición estructural continua, el polipropileno continúa avanzando en la tecnología de capacitores.