Polypropylène : le matériau diélectrique de base pour les condensateurs et son chemin de développement

Le polypropylène (PP) est le matériau diélectrique central de condensateur s depuis les années 1980, remplaçant le papier pour condensateur en raison de sa résistance élevée à la rupture, de sa faible perte diélectrique et de ses propriétés de traitement. Avec une densité de seulement 0,89 à 0,91 g/cm³, c'est l'un des plastiques à usage général les plus légers.

Les propriétés du polypropylène sont étroitement liées à la stéréoconfiguration de ses chaînes moléculaires. Dans le polypropylène isotactique (iPP), tous les groupes méthyle se trouvent du même côté de la chaîne moléculaire, formant une structure hélicoïdale très régulière avec une cristallinité de 50 à 70 %, ce qui se traduit par une résistance à la traction élevée (35 à 40 MPa) et un point de fusion élevé (160 à 170 °C). Dans le PP syndiotactique (sPP), les groupes méthyles alternent sur les côtés, garantissant une transparence et une résistance aux chocs élevées. Le PP atactique (aPP) possède des groupes méthyle distribués de manière aléatoire, est amorphe et est souvent utilisé dans les adhésifs et la modification de l'asphalte. L'isotacticité de l'iPP détermine directement sa cristallinité, qui à son tour affecte ses propriétés mécaniques : pour chaque augmentation de 10 % de la cristallinité, la résistance à la traction augmente de 15 à 20 MPa.

En tant que diélectrique, le polypropylène fonctionne exceptionnellement bien : sa constante diélectrique est stable à 2,2-2,36 (1 kHz), son facteur de dissipation est inférieur à 0,0002, sa résistivité volumique dépasse 10^16 Ω·cm et il peut résister à des champs élevés jusqu'à 600 V/μm. Il offre une stabilité thermique avec une large plage de températures de fonctionnement continu (-50°C à 120°C). De plus, le film métallisé à base de PP possède des propriétés auto-cicatrisantes ; en cas de panne, il évapore l'électrode pour restaurer l'isolation, résistant à plus de 100 pannes par mètre carré avec moins de 0,5 % de perte de capacité.

Pour augmenter la densité de stockage d'énergie des condensateurs, les voies technologiques actuelles se concentrent principalement sur l'innovation matérielle : premièrement, l'optimisation de la structure agrégée du PP pur, la réduction de la teneur en cendres et la modification moléculaire ; deuxièmement, développer des composites PP, tels que des nanocomposites, des greffages chimiques, des mélanges et des structures multicouches ; et troisièmement, explorer des matériaux entièrement nouveaux présentant des constantes diélectriques élevées ou une résistance aux températures élevées. Grâce à une optimisation structurelle et une composition continues, le polypropylène continue de faire progresser la technologie des condensateurs.