Polypropylen: Vật liệu điện môi cốt lõi cho tụ điện và con đường phát triển của nó

Polypropylen (PP) là vật liệu điện môi cốt lõi cho tụ điện s từ những năm 1980, thay thế giấy tụ điện do độ bền cao, tổn thất điện môi thấp và đặc tính xử lý. Với mật độ chỉ 0,89-0,91 g/cm³, nó là một trong những loại nhựa đa năng nhẹ nhất.

Các tính chất của polypropylen có liên quan chặt chẽ đến cấu hình lập thể của chuỗi phân tử của nó. Trong polypropylen đẳng hướng (iPP), tất cả các nhóm methyl nằm ở cùng một phía của chuỗi phân tử, tạo thành cấu trúc xoắn ốc rất đều đặn với độ kết tinh 50-70%, dẫn đến độ bền kéo cao (35-40MPa) và điểm nóng chảy cao (160-170°C). Trong PP syndiotactic (sPP), các nhóm methyl xen kẽ nhau, mang lại độ trong suốt và khả năng chống va đập cao. Atactic PP (aPP) có các nhóm methyl phân bố ngẫu nhiên, vô định hình và thường được sử dụng trong chất kết dính và biến tính nhựa đường. Độ đồng vị của iPP trực tiếp xác định độ kết tinh của nó, từ đó ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của nó: cứ tăng độ kết tinh 10%, độ bền kéo sẽ tăng thêm 15-20MPa.

Là một chất điện môi, polypropylen hoạt động đặc biệt tốt: hằng số điện môi của nó ổn định ở mức 2,2-2,36 (1kHz), hệ số tiêu tán dưới 0,0002, điện trở suất thể tích của nó vượt quá 10^16 Ω·cm và có thể chịu được trường cao lên tới 600V/μm. Nó mang lại sự ổn định nhiệt với phạm vi nhiệt độ hoạt động liên tục rộng (-50°C đến 120°C). Hơn nữa, màng kim loại dựa trên PP có đặc tính tự phục hồi; khi bị hỏng, nó làm bay hơi điện cực để khôi phục lớp cách điện, chịu được hơn 100 lần hỏng trên một mét vuông với mức tổn thất điện dung dưới 0,5%.

Để tăng mật độ lưu trữ năng lượng của tụ điện, các lộ trình công nghệ hiện nay tập trung chủ yếu vào đổi mới vật liệu: trước hết là tối ưu hóa cấu trúc tổng hợp của PP nguyên chất, giảm hàm lượng tro và biến đổi phân tử; thứ hai, phát triển PP tổng hợp như nanocomposite, ghép hóa học, blend và cấu trúc đa lớp; và thứ ba, khám phá những vật liệu hoàn toàn mới có hằng số điện môi cao hoặc khả năng chịu nhiệt độ cao. Thông qua việc tối ưu hóa và tổng hợp cấu trúc liên tục, polypropylen tiếp tục cải tiến công nghệ tụ điện.