Polipropilene: il materiale dielettrico del nucleo dei condensatori e il suo percorso di sviluppo

Il polipropilene (PP) è stato il materiale dielettrico centrale per condensatore Dal 1980, ha sostituito la carta per condensatori grazie alla sua elevata resistenza alla rottura, alla bassa perdita dielettrica e alle proprietà di lavorazione. Con una densità di soli 0,89-0,91 g/cm³ è una delle materie plastiche per uso generale più leggere.

Le proprietà del polipropilene sono strettamente legate alla stereoconfigurazione delle sue catene molecolari. Nel polipropilene isotattico (iPP), tutti i gruppi metilici si trovano sullo stesso lato della catena molecolare, formando una struttura elicoidale altamente regolare con una cristallinità del 50-70%, con conseguente elevata resistenza alla trazione (35-40 MPa) e un elevato punto di fusione (160-170°C). Nel PP sindiotattico (sPP), i gruppi metilici si alternano, garantendo elevata trasparenza e resistenza agli urti. Il PP atattico (aPP) ha gruppi metilici distribuiti in modo casuale, è amorfo e viene spesso utilizzato negli adesivi e nella modifica dell'asfalto. L'isotatticità dell'iPP determina direttamente la sua cristallinità, che a sua volta influenza le sue proprietà meccaniche: per ogni aumento del 10% della cristallinità, la resistenza alla trazione aumenta di 15-20 MPa.

Come dielettrico, il polipropilene funziona eccezionalmente bene: la sua costante dielettrica è stabile a 2,2-2,36 (1kHz), il suo fattore di dissipazione è inferiore a 0,0002, la sua resistività di volume supera 10^16 Ω·cm e può resistere a campi elevati fino a 600 V/μm. Offre stabilità termica con un ampio intervallo di temperature di funzionamento continuo (da -50°C a 120°C). Inoltre, la pellicola metallizzata a base di PP possiede proprietà autoriparanti; in caso di guasto, fa evaporare l'elettrodo per ripristinare l'isolamento, resistendo a oltre 100 guasti per metro quadrato con una perdita di capacità inferiore allo 0,5%.

Per aumentare la densità di accumulo di energia dei condensatori, gli attuali percorsi tecnologici si concentrano principalmente sull’innovazione dei materiali: in primo luogo, l’ottimizzazione della struttura aggregata del PP puro, la riduzione del contenuto di ceneri e la modifica molecolare; in secondo luogo, lo sviluppo di PP compositi, come nanocompositi, innesti chimici, miscele e strutture multistrato; e in terzo luogo, esplorare materiali completamente nuovi con costanti dielettriche elevate o resistenza alle alte temperature. Attraverso la continua ottimizzazione strutturale e composizione, il polipropilene continua a far avanzare la tecnologia dei condensatori.