Characterization of metallized polypropylene films

Abstract

The main goal of a capacitor is to store energy and release it in a circuit when needed. There are in the market several types of capacitors, as film capacitors, ceramic capacitors and electrolytic capacitors. For this study, it will be presented a metallized film capacitor. Film capacitors are electronic components with a high importance in a lot of electronic devices. They are used in different applications as, for instance, in televisions, radios, automotive industry, renewable energy devices, like solar panels and in hybrid and electrical cars. Different materials and components can be part of a film capacitor, as a plastic case, an epoxy, a thin plastic film metallized with metal alloys, solder, wires, and terminals. The focus of this work is the body of the film capacitor, which is the plastic film, metallized with a very thin metal layer. The intend of this work was to study six different polypropylene grades, from several suppliers, using different characterization techniques, as Differential Scanning Calorimetry, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Atomic Force Microscopy and Scanning Electron Microscopy. These techniques allow a better understanding of the behaviour and performance of each material, throughout the life of a film capacitor and prevent the failures during its life cycle. Thus, they had shown that there are some properties that influence the behaviour of each sample, as for instance, the surface roughness, the BOPP fabrication process (sequential stretching versus simultaneous stretching) and thickness, which influence crystals grains and the polymer chain orientation, that in turn, influence the crystallinity. All these techniques gave an important contribute for the understanding of the different polypropylene samples, concluding that sample 5 seems to be the best material to be used in a film capacitor, due to its high crystallinity, constant roughness, high Young Modulus and low shrinkage.

O principal objetivo de um condensador é armazenar energia e libertá-la num circuito quando for necessário. Existem no mercado vários tipos de condensadores, como condensadores de filme, condensadores cerâmicos e condensadores eletrolíticos. Para este estudo, será apresentado um condensador de filme metalizado. Os condensadores de filme são componentes eletrónicos de grande importância em muitos dispositivos eletrónicos. São usados em diferentes aplicações como, por exemplo, em televisores, rádios, indústria automóvel, dispositivos de energia renovável, como painéis solares e em carros híbridos e elétricos. Diferentes materiais e componentes podem fazer parte de um condensador de filme, como uma caixa de plástico, um epóxi, um fino filme plástico metalizado com ligas metálicas, soldas, fios e terminais. O foco deste trabalho é o corpo do condensador de filme, que é o filme plástico, metalizado com uma camada de metal muito fina. O objetivo deste trabalho foi estudar seis amostras de polipropileno, de diversos fornecedores, utilizando diferentes técnicas de caracterização, como Calorimetria Diferencial de Varrimento, Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier, Microscopia de Força Atómica e Microscopia Eletrónica de Varrimento. Estas técnicas permitem uma melhor compreensão do comportamento e desempenho de cada material, ao longo da vida de um condensador de filme e evitam falhas durante o seu ciclo de vida. Assim, elas mostraram que existem algumas propriedades que influenciam o comportamento de cada amostra, como por exemplo, a rugosidade superficial, o processo de fabricação do BOPP (estiramento sequencial versus estiramento simultâneo) e a espessura que influenciam os grãos dos cristais e a orientação da cadeia polimérica, que por sua vez, influenciam a cristalinidade. Todas estas técnicas deram um importante contributo para a compreensão das diferentes amostras de polipropileno, concluindo que a amostra 5 parece ser o melhor material para ser utilizado num condensador de filme, devido à sua elevada cristalinidade, rugosidade constante, elevado Módulo de Young e baixo encolhimento.