La Fuerza Dieléctrica en los Plásticos

Electric dischargeLa fuerza dieléctrica (ASTM D150) es la propiedad eléctrica de los materiales aislantes que indica el nivel de voltaje en el que comienza a producirse la ruptura dieléctrica del material. Esto es especialmente crítico para los plásticos.

Si se aplica un voltaje a un aislante y se aumenta de manera constante, se alcanzará un punto donde las propiedades eléctricas se descomponen. La falla se observa generalmente como un arco eléctrico a través de los electrodos que causa una disminución catastrófica de la resistencia.

La resistencia dieléctrica dependerá del tipo y la forma del plástico y los electrodos, la velocidad con la que aumenta el campo y el medio que rodea al aislante. La mayoría de los plásticos (puros) tienen una resistencia dieléctrica en el rango de 100 a 300 kV/cm con un promedio de alrededor de 200 kV/cm y algunos polímeros clorados como el PVC o el PVDC muestran valores de hasta 500 kV/cm (*).

La corriente de falla en los polímeros dieléctricos no obedece la ley de Ohm. Antes de la falla, la densidad de la corriente aumenta casi exponencialmente con el campo eléctrico, y durante la falla, salta a valores muy altos en los que el dieléctrico es destruido (perforado y quemado por el arco). Los dos tipos conocidos de falla eléctrica son la térmica y eléctrica. La falla térmica es el resultado del calentamiento excesivo del aislante por la corriente eléctrica que causa, a un cierto voltaje, que el polímero se funda o se queme. En este caso, la resistencia dieléctrica es proporcional a la raíz cuadrada de la relación de conductividad térmica y eléctrica del plástico. La falla eléctrica generalmente es causada por la ionización por impacto, pero también puede ser el resultado del túnel de portadores de carga desde el electrodo y desde la banda de valencia a la banda conductora. El efecto túnel ocurre principalmente en capas delgadas (uniones p-n).

La resistencia dieléctrica se expresa en voltios por milésima de pulgada (V/mil) o voltios por milímetro (V/mm), lo que indica el nivel de voltaje que causará la ruptura dieléctrica a través de 1 mil de espesor. Las secciones de plástico más gruesas soportarán niveles de voltaje más altos, pero no proporcionalmente más altos. A niveles de tensión suficientemente altos, puede producirse un seguimiento de corona y/o carbono. La limpieza del medio ambiente y la contaminación del plástico también son factores.

A medida que aumenta el espesor de un aislante, también lo hace el voltaje necesario para causar una falla. Sin embargo, esta relación no es lineal. Es importante destacar que el gradiente de voltaje (voltios /mil) a la falla disminuye a medida que aumenta el espesor de la muestra.

Por lo tanto, es necesario conocer el espesor de la muestra al comparar los valores de resistencia dieléctrica (generalmente en voltios/mil).

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(*) Fuente: Polymer Properties Database

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