Polipropileno: o material dielétrico central para capacitores e seu caminho de desenvolvimento

O polipropileno (PP) tem sido o principal material dielétrico para capacitor s desde a década de 1980, substituindo o papel do capacitor devido à sua alta resistência à ruptura, baixa perda dielétrica e propriedades de processamento. Com uma densidade de apenas 0,89-0,91 g/cm³, é um dos plásticos de uso geral mais leves.

As propriedades do polipropileno estão intimamente relacionadas com a estereoconfiguração de suas cadeias moleculares. No polipropileno isotático (iPP), todos os grupos metila estão no mesmo lado da cadeia molecular, formando uma estrutura helicoidal altamente regular com cristalinidade de 50-70%, resultando em alta resistência à tração (35-40MPa) e alto ponto de fusão (160-170°C). No PP sindiotático (sPP), os grupos metila alternam lados, conferindo alta transparência e resistência ao impacto. O PP atático (aPP) possui grupos metil distribuídos aleatoriamente, é amorfo e é frequentemente usado em adesivos e modificação de asfalto. A isotacticidade do iPP determina diretamente a sua cristalinidade, o que por sua vez afeta as suas propriedades mecânicas: para cada aumento de 10% na cristalinidade, a resistência à tração aumenta em 15-20MPa.

Como dielétrico, o polipropileno tem um desempenho excepcionalmente bom: sua constante dielétrica é estável em 2,2-2,36 (1kHz), seu fator de dissipação é inferior a 0,0002, sua resistividade de volume excede 10^16 Ω·cm e pode suportar campos elevados de até 600V/μm. Oferece estabilidade térmica com uma ampla faixa de temperatura operacional contínua (-50°C a 120°C). Além disso, o filme metalizado à base de PP possui propriedades autocurativas; após a quebra, ele evapora o eletrodo para restaurar o isolamento, resistindo a mais de 100 quebras por metro quadrado com menos de 0,5% de perda de capacitância.

Para aumentar a densidade de armazenamento de energia dos condensadores, os caminhos tecnológicos atuais centram-se principalmente na inovação de materiais: em primeiro lugar, na otimização da estrutura agregada do PP puro, na redução do teor de cinzas e na modificação molecular; em segundo lugar, desenvolver PP compósitos, como nanocompósitos, enxertos químicos, blendas e estruturas multicamadas; e em terceiro lugar, explorar materiais inteiramente novos com altas constantes dielétricas ou resistência a altas temperaturas. Através da otimização estrutural e composição contínuas, o polipropileno continua a avançar na tecnologia de capacitores.