Propiedades eléctricas

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Propiedades eléctricas de plásticos y materiales poliméricos

Electrical properties

La inmejorable combinación de características tales como facilidad de fabricación, bajo costo, peso ligero y excelentes propiedades de aislamiento han hecho de los plásticos uno de los materiales más deseables para aplicaciones eléctricas. Aunque la mayoría de las aplicaciones que involucran plásticos están relacionadas con el aislamiento, se puede hacer que los plásticos conduzcan electricidad simplemente modificando el material base con los aditivos adecuados, como el negro de carbón. Hasta hace poco, los plásticos se consideraban un material relativamente más débil en términos de propiedades de soporte de carga a temperaturas elevadas. Por lo tanto, el uso de plásticos en aplicaciones eléctricas se limitó a aplicaciones de uso general sin carga. La llegada de nuevos materiales de ingeniería de alto rendimiento ha alterado todo el panorama. Los plásticos ahora se especifican en la mayoría de las aplicaciones que requieren resistencia a temperaturas extremas, productos químicos, humedad y tensiones. La función principal de los plásticos en aplicaciones eléctricas ha sido la de aislante. Este aislante o dieléctrico separa dos conductores portadores de campo. Esta función puede cumplirse igualmente bien con aire o con vacío. Sin embargo, ni el aire ni el vacío pueden proporcionar soporte mecánico a los conductores. Los plásticos no solo actúan como aislantes eficaces, sino que también proporcionan soporte mecánico a los conductores de campo. Por esta misma razón, las propiedades mecánicas de los materiales plásticos utilizados como aislantes se vuelven muy importantes. Las aplicaciones eléctricas típicas del material plástico incluyen cables, terminales, conectores, enchufes industriales y domésticos, interruptores y placas de circuitos impresos revestidos de plástico. Los siguientes son los requisitos típicos de un aislante:

Un aislante debe tener una rigidez dieléctrica lo suficientemente alta como para soportar un campo eléctrico entre los conductores
Un aislador debe poseer una buena resistencia al arco para evitar daños en caso de arco
Un aislante debe mantener la integridad bajo una amplia variedad de peligros ambientales como la humedad, la temperatura y la radiación
Los materiales aislantes deben ser lo suficientemente fuertes mecánicamente para resistir los golpes de vibración y otras fuerzas mecánicas
Un aislante debe tener una alta resistencia de aislamiento para evitar fugas de corriente a través de los conductores

Las propiedades eléctricas clave de interés son la rigidez dieléctrica, la constante dieléctrica, el factor de disipación, la resistividad de volumen y superficie y la resistencia al arco. Los plásticos también son aislantes eléctricos a menos que estén especialmente diseñados para la conductividad. Además de la conductividad, las propiedades eléctricas importantes incluyen la rigidez dieléctrica (resistencia a la ruptura a altos voltajes) y la pérdida dieléctrica (una medida de la energía disipada como calor cuando se aplica una corriente alterna ). Durante más de un siglo, los materiales eléctricamente aislantes se han vuelto cada vez más importantes para poder utilizar la electricidad. Al comienzo de la ingeniería eléctrica, antes de que se inventaran los plásticos, por necesidad, los cables que transportaban corriente, por ejemplo, se enrutaban a través de canales llenos de aceites no conductores. Las propiedades aislantes de los componentes plásticos en combinación con la variedad de métodos de formación de bajo costo allanaron el camino para la ingeniería eléctrica y la electrónica. Los polímeros en sí mismos generalmente no son conductores de electricidad, ya que los enlaces covalentes significan que no hay portadores de carga de movimiento libre disponibles. La resistencia eléctrica de los polímeros puros está típicamente en el rango de 10e16 Ω. Propiedades eléctricas de plásticos y materiales poliméricos probados según estándares específicos para industrias como la industria aeroespacial y productos de construcción. Las propiedades eléctricas de los polímeros, elastómeros, materiales compuestos y películas plásticas son muy importantes para una amplia gama de industrias como la automotriz, aeroespacial, productos para la construcción, productos marinos, envases y bienes de consumo. Las pruebas eléctricas, en general, son mediciones de la resistencia, la conductividad o el almacenamiento de carga en la superficie o a través del material plástico. Varios factores, como la resistencia dieléctrica más el volumen y la resistividad de la superficie, son cruciales para medir la naturaleza del material polímero, específicamente con respecto a su eficiencia y conductividad.

Las capacidades de prueba de propiedades eléctricas para polímeros incluyen:

Constante dieléctrica / factor de disipación ASTM D150, IEC 60250
Resistencia dieléctrica ASTM D149, IEC 243-1, IEC 60243
Resistividad de volumen ASTM D257, IEC 60093
Resistividad de superficie ASTM D257, IEC 60093

Además de las pruebas eléctricas estándar, también se realiza muchas variaciones específicas de estas pruebas eléctricas según lo requieren las complejas aplicaciones de ingeniería de las industrias de plásticos, elastómeros, compuestos y películas.

Los polímeros han servido como materiales importantes en la industria electrónica. Generalmente, han servido como revestimiento y recipientes por su falta de conductividad; es decir, no son conductores. Más recientemente, los polímeros se han convertido en materiales principales como conductores. Algunas propiedades importantes del comportamiento dieléctrico son la pérdida dieléctrica, el factor de pérdida, la constante dieléctrica, la conductividad de la corriente continua (CC), la conductividad de la corriente alterna (CA) y la resistencia a la ruptura eléctrica. El término "comportamiento dieléctrico" generalmente se refiere a la variación de estas propiedades en función de la frecuencia, composición, voltaje, presión y temperatura. El comportamiento dieléctrico se estudia a menudo empleando corrientes de carga o de polarización.