Hacia un modelo de primeros principios de ruptura dieléctrica en polímeros.

P. L. DAMMIG QUIÑA; L. HERRERA; I. M. IRURZUN; E. E. MOLA

Tandil Argentina

Congreso; . XV Congreso de la Asociación Argentina de Investigación en Fisicoquímica.; 2007

Los materiales poliméricos son ampliamente usados en la industria como aislantes de cableado tanto para transmisión de energía como de información. El modelado del proceso de ruptura dieléctrica es importante para el desarrollo de nuevos materiales aislantes. La información experimental muestra que el proceso de ruptura involucra una acumulación de daño en el material que termina por producir la ruptura microscópica del material, creando un camino conductor que lo inutiliza como aislante. El daño es producido por pequeñas descargas eléctricas acompañadas de emisión de luz. La información experimental muestra que la estructura geométrica del proceso tiene forma de árbol fractal, también conocidos como árboles eléctricos. El modelo que presentamos en esta comunicación es un modelo detallista de primeros principios que tiene en cuenta en forma explícita las características físicas del material y que es capaz de predecir la geometría de la ruptura, tanto como el proceso dinámico de la ruptura, y su naturaleza caótica. También se presentan resultados del modelo tanto en extensión del daño como velocidad de propagación del daño, en comparación con resultados experimentales. La extensión del daño se cuantifica por medio de la dimensión fractal, mientras que la velocidad de propagación se cuantifica por la distribución de Weibull de una familia de árboles. Tanto la dimensión fractal como la velocidad de propagación promedio de una familia de árboles dieléctricos muestran un comportamiento no-monótono con el voltaje aplicado al material. El modelo presentado en esta comunicación es el primero capaz de reproducir esta dependencia. Es importante destacar que modelos desarrollados anteriormente como el DLA (Agregación Limitada por Difusión) [1] o el DBM (Modelo de Ruptura Dieléctrica) [1]-[5], ambos modelos estocásticos solo pueden modelar algunos tipos de rupturas dieléctricas, son incapaces de describir el proceso dinámico de la ruptura y su naturaleza caótica, y sus parámetros no se pueden relacionar con las características físicas del material.