Polypropylen: Das dielektrische Kernmaterial für Kondensatoren und sein Entwicklungspfad

Polypropylen (PP) ist das dielektrische Kernmaterial für Kondensator Es ersetzt seit den 1980er Jahren Kondensatorpapier aufgrund seiner hohen Durchschlagsfestigkeit, seines geringen dielektrischen Verlusts und seiner Verarbeitungseigenschaften. Mit einer Dichte von nur 0,89–0,91 g/cm³ ist es einer der leichtesten Allzweckkunststoffe.

Die Eigenschaften von Polypropylen hängen eng mit der Stereokonfiguration seiner Molekülketten zusammen. In isotaktischem Polypropylen (iPP) befinden sich alle Methylgruppen auf der gleichen Seite der Molekülkette und bilden eine äußerst regelmäßige helikale Struktur mit einer Kristallinität von 50–70 %, was zu einer hohen Zugfestigkeit (35–40 MPa) und einem hohen Schmelzpunkt (160–170 °C) führt. In syndiotaktischem PP (sPP) wechseln sich die Methylgruppen ab, was eine hohe Transparenz und Schlagfestigkeit gewährleistet. Ataktisches PP (aPP) verfügt über zufällig verteilte Methylgruppen, ist amorph und wird häufig in Klebstoffen und zur Asphaltmodifizierung verwendet. Die Isotaktizität von iPP bestimmt direkt seine Kristallinität, die sich wiederum auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt: Mit jedem Anstieg der Kristallinität um 10 % erhöht sich die Zugfestigkeit um 15–20 MPa.

Als Dielektrikum weist Polypropylen eine außergewöhnlich gute Leistung auf: Seine Dielektrizitätskonstante liegt stabil bei 2,2–2,36 (1 kHz), sein Verlustfaktor liegt unter 0,0002, sein Volumenwiderstand übersteigt 10^16 Ω·cm und es kann hohen Feldern bis zu 600 V/μm standhalten. Es bietet thermische Stabilität mit einem breiten Dauerbetriebstemperaturbereich (-50 °C bis 120 °C). Darüber hinaus besitzen metallisierte Folien auf PP-Basis selbstheilende Eigenschaften; Bei einem Durchschlag verdampft es die Elektrode, um die Isolierung wiederherzustellen, und übersteht über 100 Durchschläge pro Quadratmeter mit einem Kapazitätsverlust von weniger als 0,5 %.

Um die Energiespeicherdichte von Kondensatoren zu erhöhen, konzentrieren sich aktuelle technologische Wege vor allem auf Materialinnovationen: erstens auf die Optimierung der aggregierten Struktur von reinem PP, die Reduzierung des Aschegehalts und die molekulare Modifikation; zweitens die Entwicklung von PP-Verbundwerkstoffen wie Nanokompositen, chemischer Pfropfung, Mischungen und mehrschichtigen Strukturen; und drittens die Erforschung völlig neuer Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante oder Hochtemperaturbeständigkeit. Durch kontinuierliche Strukturoptimierung und Zusammensetzung treibt Polypropylen die Kondensatortechnologie weiter voran.