CN101918486B - 通过在半导体或绝缘组合物中使用有机粘土降低介电损耗 - Google Patents

通过在半导体或绝缘组合物中使用有机粘土降低介电损耗 Download PDF

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Abstract

向半导体组合物中添加有机粘土以使其中半导体层包含能够迁移到绝缘体中的物质并导致不合乎要求的高介电损耗的多层复合材料的介电损耗降低，发明半导体组合物提供了在电力电缆应用中的改进性能。

Description

通过在半导体或绝缘组合物中使用有机粘土降低介电损耗
相关申请的相互引用
本申请要求2007年11月2日提交的美国临时申请No.60/984,813的权益，该申请在此全文引作参考。
技术领域
本发明通常涉及降低介电损耗和更具体地涉及用于提高在电力电缆等应用中的性能的半导体或绝缘体组合物配方。
背景技术
通常的电力电缆，包括那些从用于小设备的电缆到户外从一站至另一站的电力电缆，一般在芯部包含一个或多个导体，芯部被一个或多个层包围。这些层可以包括下述层中的一个或多个：第一聚合物半导体屏蔽层；聚合物绝缘层；第二聚合物半导体屏蔽层；和任选地，金属条屏蔽物；以及聚合物护套。
半导体组合物可以包括已知在绝缘组合物中使用时显示高介电损耗的树脂组分。尽管在半导体组合物中这可能不是问题，但是物质从半导体层向临近的绝缘层迁移会导致多层复合材料的介电损耗增加。可以预料：减少物质从半导体层向绝缘层扩散的迁移或者增加此物质在半导体层中的溶解性将改进多层复合材料的介电性能。这在电力应用如电力电缆中将是有用的。
在半导体屏蔽配方中使用的一些弹性组分可以包含向绝缘体扩散的物质，这将导致电力电缆中的介电损耗增加(在高于电缆的90℃标准操作温度额定值以上的温度时尤其是这样)。
本发明提供一种能够在电缆设计的半导体组合物中使用一类弹性材料的方式，否则该电缆设计将导致在较短老化时间内高得多的电缆介电损耗。
发明内容
本发明涉及在半导体层和/或绝缘体层中使用特定的有机粘土以提供减少的介电损耗。在半导体组合物中或者在绝缘体中添加少量粘土已经显示改进的介电性能。在相同热老化时间之后临近包含有机粘土的半导体层的绝缘体的介电损耗的增加明显减少。
在一个具体实施方式中，发明是包含半导体层和绝缘层的结构体，所述半导体层包含含有第一聚合物树脂和导电填料的第一材料，所述绝缘层包含含有第二聚合物树脂的第二材料，其中所述半导体层和所述绝缘层至少部分彼此物理接触，其中第一材料和第二材料的至少之一包含有机粘土，并且第一聚合物树脂和第二聚合物树脂可以相同或不同。
在另一个实施方式中，本发明是包含绝缘层的制品，所述绝缘层包含含有至少一种聚合物树脂和至少一种有机粘土的组合物。
在一个实施方式中，本发明是包含芯部，半导体层以及与半导体层相邻的绝缘层的电缆，所述芯部包含一个或多个导体，所述半导体层包含含有第一聚合物树脂和导电填料的第一材料，所述绝缘层包含含有第二聚合物树脂的第二材料，其中所述半导体层和绝缘层直接或者间接包围所述芯部，其中第一材料和第二材料的至少之一含有有机粘土，并且第一聚合物树脂和第二聚合物树脂可以相同或不同。
在一个具体实施方式中对比结构体(对比结构体除了缺少有机粘土以外与本发明结构体相同)与本发明的结构体的AC介电损耗比大于1.5。
在一个实施方式中，本发明是包含绝缘层的制品，所述绝缘层包含含有至少一种聚合物树脂和至少一种有机粘土的组合物，其中聚合物树脂的AC介电损耗比所述绝缘层的AC介电损耗大，为它的至少1.5倍。
在一个实施方式中，本发明是包含聚合物树脂和有机粘土的绝缘体，其中聚合物树脂的AC介电损耗比所述绝缘体的AC介电损耗大，为它的至少1.5倍。
附图说明
图1是显示绝缘层的损耗因子的图表。
图2是显示从与各种半导体组合物接触的绝缘体移开后绝缘体的损耗因子的图表。
图3是显示与各种组合物的半导体接触老化之后的损耗因子的图表。
图4是EPDM树脂中损耗因子的图示。
图5是显示各种组合物的损耗因子的图表。
具体实施方式
本发明使得能够在电缆设计的半导体组合物中使用一类弹性材料，否则该电缆设计将导致在较短老化时间内高得多的电缆介电损耗。有机粘土已经在半导体组合物中或者绝缘化合物的制备中使用，以减少物质从半导体组合物向相邻绝缘层中迁移，否则它们将促使多层复合材料的介电损耗显著增加。结果是多层复合材料的介电损耗减少，在所述多层复合材料中半导体层包含能够迁入绝缘体并导致不合乎要求地高介电损耗的物质。类似地，在可以不需要相邻半导体层的绝缘体中使用有机粘土也是有利的。在此情形中，有耗介电物类(lossydielectricspecies)可能是绝缘体中固有的，而使用有机粘土有助于缓和绝缘体的损耗性质。
此处使用的术语“绝缘体(insulator)”或者“绝缘体(insulation)”是指抵抗或者阻止电流通过材料的任意材料。本发明的绝缘体通常包含下述聚合物树脂或者化合物。所述聚合物树脂通常具有固有的绝缘性能。
此处使用的术语“半导体”或者“半导性的”分别指导电性在导体和绝缘体之间的任意材料或性质，这种材料或者性质通过空穴和电子进行传导。本发明的半导体通常是如下所述的聚合物材料与半导电填料的组合物。
各种不同的聚合物材料已经在电力电缆和其它许多应用中用作电绝缘和半导电屏蔽材料。为了在需要和要求长期性能的服务或者产品中使用，所述聚合物材料，除了具有合适的介电性能以外，还必须也是持久的并且在多年使用后必须基本上保持它们初始的有效性和安全性。例如，建筑电线，电动机或者机器电力电线，地下电力传输电缆，光导纤维通讯电缆以及甚至小的电气设备中使用的聚合物绝缘体在安全和经济需要以及实用性方面都必须是持久的。建筑电线或者地下传输电缆上的非持久性聚合物绝缘体可能导致不得不经常更换所述电线或电缆。
在电气设备中使用的常见聚合物组合物由聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯均聚物和共聚物，乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者乙烯-丙烯弹性体(或者称作二元乙丙橡胶(EPR))制成。所述聚合物组合物的每一种常常由于一个或多个原因是不合乎要求的。例如，由于环境原因，PVC的使用和处理受到严格控制，期望在电绝缘体中使用合适的替代材料。
聚乙烯通常不掺杂填料而单独用作电子绝缘材料。现有技术已经尝试制备具有长期电稳定性的聚乙烯基聚合物。例如，为了兼备高温下改进的物理性能和使过氧化物残余物用作电荷通过聚合物传播的抑制剂，已经用过氧化二枯基交联聚乙烯，方法称作树构造(treeformation)。遗憾的是，所述残余物在电力电缆使用中将
与聚乙烯相反，EPR通常与高含量填料(通常大约20至50重量％)一起用作电绝缘体。遗憾的是，EPR与填料的这种组合通常得到不好的介电性能。
本发明的装置的半导体组合物通常包含一种聚合物或者聚合物混合物和导电填料以赋予组合物半导体性能。用于半导体组合物的最常用填料是炭黑和石墨。填料的量将随着填料和其它组分的类型而变化。通常地，填料将占所填充半导体组合物的约10重量％至约55重量％。优选填料将占所填充半导体组合物的约20重量％至约45重量％，更优选约30重量％至约40重量％。如果需要，可以以环绕绝缘电缆的同心螺旋的形式在半导体绝缘屏蔽层中嵌入或者缠绕多个通常由铜制成的中性线。
此处使用的有机粘土(也称作亲有机性的粘土)通常是有机聚硅酸盐(organopolysilicate)。有机粘土通过有机阳离子与天然粘土经过离子交换机理反应制备而成。有机阳离子与粘土的天然层间阳离子交换生成亲有机性表面，同时保留与天然粘土类似的多层结构。通常，有机阳离子是季铵化合物。常用有机粘土的实例包括已经化学键合有机结构的粘土，如高岭土或者蒙脱石。本发明中使用的有机粘土可以包含过量的季铵化合物。在如US5,780,376中可以找到制备有机粘土的更多详细内容。有机粘土还可以商购，如可从SouthernClayProducts，Inc.获得的系列季铵盐改性天然蒙脱石粘土。基于混合料中聚合物树脂的总重量，有机粘土通常以最高约3wt％的量添加。在一些具体实施方式中，基于混合料中树脂的总重量，有机粘土的量在约1wt％至约3wt％之间。
可以通过提供充分分散和混合的任意方法将有机粘土混入绝缘体或者半导体组合物中。通常地，将有机粘土与树脂在熔融混合机，挤出机或者类似装置中熔融混合。聚合物与各种类型添加剂熔融混合的工艺方法在本领域是已知的，并且通常能够用于本发明的实践中。通常，在本发明的实践中有用的熔融混合操作中，将聚合物树脂加热至足以形成聚合物熔体的温度，并在合适的混合器中，如挤出机，班伯里混炼机，布拉本德混炼机或者连续混合机中与所需量的有机粘土混合。复合材料可以通过在等于或大于聚合物熔点的温度下在熔体中剪切聚合物和有机粘土制备而成。通过如挤出机、注塑机、班伯里型混炼机或者布拉本德型混炼机采用机械剪切方法。剪切可以通过在挤出机(单螺杆或双螺杆)的一端引入聚合物熔体在挤出机的另一端接收剪切过的聚合物实现。熔体的温度，熔体在挤出机中的停留时间以及挤出机的设计(单螺杆，双螺杆，每单位长度螺齿数目，螺槽深度，螺齿间隙，混合区)是用于控制要施加的剪切量的几个变量。
另外，可将聚合物造粒并与有机粘土干混，之后将该组合物在混合器中加热直至聚合物树脂熔融形成流动的混合物。所述流动的混合物随后在混合器中经受足以形成期望的复合材料的剪切。也可以在添加有机粘土之前在混合器中加热聚合物形成流动的混合物。有机粘土和聚合物树脂随后经受足以形成合适复合材料的剪切。
本发明可用于防止特定电线和电缆中的结构体的长期介电损耗，所述结构体具有与绝缘层相邻的半导体层。
实施例
已经开发实验室方法热老化(在140℃放置1周)由一层绝缘体和另一半导体组合物制成的“夹层结构”，然后分离各层，以便进行仅仅绝缘层的介电分析。因此绝缘层介电损耗的不同可以归因于老化过程中于绝缘层对着接触的半导体配方的不同。还将损耗与热老化没有与半导体层接触的绝缘层、从半导体组合物除去的未进行热老化的绝缘层，以及老化后从半导体移开但是半导体组合物不含弹性体的绝缘层进行对比。采用两种不同绝缘层配方以说明观察到的介电损耗增加与树延迟剂绝缘(tree-retardantinsulation)配方或者配方与半导体组合物的元素的具体相互作用无关。测试配方如表1所示和测试结果如表2A和2B，和图1和2所示。
方法
1.模制50mil半导体板并在180℃和压力作用下固化16分钟。2.模制30mil绝缘板并在180℃和压力作用下固化16分钟。3.在180℃和低压下在压力机中制备半导体-绝缘体层合板。在所述温度放置5分钟，以允许有时间进行紧密接触。
4.层合板在60℃在真空烘箱中适应一周。5.在140℃在烘箱中将多层结构老化一周。6.分离各层并测量绝缘板厚度。7.在60Hz和2kV条件下，在室温，40℃，90℃，110℃，和130℃测量绝缘体的介电常数和损耗因子。
对比例1-12和实施例13
对比例1表示在140℃老化一周后绝缘体介电性能的基线特征(baselinecharacterization)。对比例1的绝缘体没有与半导体组合物接触。在室温和90℃之间60Hz损耗因子没有明显变化，约为1e-4。随着温度增加至高于低密度聚乙烯绝缘体的熔点，损耗因子增加，与室温测量值相比，在130℃测量的损耗因子增加了约1个数量级。
在对比例2中，绝缘体靠着半导体配方模制。在任一热老化之前分离该层。得到的绝缘体的介电性能与对比例1类似。在对比例3中，在分离各层之前老化绝缘体-半导体复合材料。该绝缘体在室温的介电性能基本上没有变化，但是在较高温度出现明显增高的损耗。在90℃和更高的温度，对比例3的绝缘体显示其介电损耗因子比对比实施2未老化绝缘体或者对比例1未与半导体接触的绝缘体的介电损耗因子高，为其的约20倍。结果清楚说明该方法充分再现了导致使用包含弹性体的半导体组合物SC-1的电缆结构在热老化之后出现高介电损耗的机理。结果也说明导致增加的介电损耗的机理与有耗物类从半导体材料向绝缘层中的扩散有关。
在对比例4-8中，采用HFDB-4202树延迟剂绝缘配方。其与在热老化之后显示高介电损耗的电缆中使用的绝缘体相同。
对比例8说明没有与半导体组合物接触的绝缘体在热老化之后的介电损耗。随温度而变的损耗因子与对比例1的HFDE-4201绝缘体显示的类似，在130℃的数值在2e-4至3e-4范围内。
对于对比例4和6，在任一热老化之前测量绝缘体的损耗因子，所述绝缘体与包含不同弹性体含量的半导体组合物相靠模制。得到的损耗值与对比例8未老化的绝缘体类似。
在对比例5和7中，在测量绝缘层的介电性能之前热老化绝缘半导体夹层结构。如与对比例3的HFDE-4201相类似的试验中所观察到的，对于对比例5和7的绝缘体而言，损耗因子值在90℃及其以上的温度急剧增加，其中HFDB-4202绝缘体与包含弹性体的半导体组合物相接触老化。在130℃的损耗因子太高以致于难以测量损耗因子(因此数值记录为“没有读数”)。然而，可以看出110℃的损耗因子值是对比例8的约100倍，在实施例8中相同的绝缘体在不与半导体组合物接触的情形下进行热老化。
对比例5和对比例7的比较说明SC-2和SC-3中使用的弹性体的量的不同没有显著到足以使高温损耗因子有明显差异。
对比例4至8的结果证实测试方法适于探查导致热老化电缆的介电损耗增加的机理的作用，和与有耗物类从半导体组合物向绝缘层扩散相关的机理的作用。
对比例9采用靠着半导体组合物SC-4热老化的HFDE-4201。然而，SC-4是在不存在丙烯-乙烯弹性体的情况下配制的。绝缘体介电测量结果与对比例1从未与半导体组合物接触的老化绝缘体的结果类似。
这清楚说明弹性体是扩散进入绝缘体产生高介电损耗的物质的来源。
对比例10至12和实施例13测试在半导体组合物中各种填料在致力于改变绝缘体靠着半导体组合物热老化时的所得介电性能中的作用。对比例10和11使用包含碳酸钙或者滑石的半导体组合物SC-5和SC-6。这些矿物填料具有减少迁移物类的扩散速度的潜力，能够中和可能负面影响介电性能的酸性物质。然而，相对于对比例3中绝缘体出现的高损耗，对比例10和11中的绝缘体的所得介电性能没有提高。
对比例12采用其中混入天然蒙脱石粘土的半导体组合物SC-7。所述粘土已经用于提高阻挡性能(减少扩散)。然而，相对于对比例3中出现的高损耗，对比例12中的绝缘体的所得介电性能没有提高。
实施例13示例了本发明，其中半导体组合物SC-8含有用过量季铵处理的有机粘土。相对于其中半导体组合物SC-1不包含有机粘土的对比例3的损耗因子，绝缘体在靠着SC-8热老化之后在90℃或更高温度的损耗因子得到显著改善(降低)。在SC-8配方中使用有机粘土不足以导致老化的绝缘体在没有与半导体接触情况下的损耗因子性能，这说明有耗物类从半导体配方的迁移已经减少但是没有完全防止。然而，重要的是以相同的填充量使用填料对于延迟有耗物类扩散是无效的。
应当指出组合物中的有机粘土剥落是不期望的。
表1
实施例和对比例的组合物
组分 SC-1 SC-2 SC-3 SC-4 SC-5 SC-6 SC-7 SC-8 SC-9
EVA 43.6 48.6 54.6 63.6 47.6 47.6 47.6 47.6 47.6
PPl 18 18 12 16 16 16 16 16
炭黑 38 33 33 36 35 35 35 35 35
Hubercarb碳酸钙 1
Mistron ASC滑石 1
Cloisite NA+ 1
Cloisite 15A 1
Cloisite 20A 1
AO 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
中间体 100 100 100 100 100 100 100 100 100
中间体 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3
过氧化物 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
EVA33％VA；30MI乙烯醋酸乙烯酯共聚物
PPl丙烯-乙烯共聚物(12％et)；25MFR；最高熔点～80℃
炭黑低表面积，中等结构炉黑
CaCO3Hubercarb碳酸钙
滑石MistronZSC滑石
CloisiteNa+阳离子交换容量为93meg/100g粘土的天然蒙脱土；
d001＝11.7埃
Cloisite15A使用2M2HT*用125meg/100g粘土改性的天然蒙脱土；
d001-31.5埃
Cloisite20A使用2M2HT*用95meg/100g粘土改性的天然蒙脱土；
d001＝24.2埃
*二甲基-二氢牛脂季铵(氯阴离子)
AO4，4-双(二甲基苄基)二苯胺
过氧化物(双叔-丁基过氧)二异丙基苯
绝缘体
HFDB-4202购自TheDowChemicalCompany的TR-XLPE
HFDE-4201购自TheDowChemicalCompany的XLPE
表2(B)
绝缘体的介电测试：实施例和对比例(B部分)
对比例9 对比例10 对比例11 对比例12 实施例13 实施例14
半导体 SC-4 SC-5 SC-6 SC-7 SC-8 SC-97 -->
绝缘体 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201
140℃ 老化 是 是 是 是 是 是
未测量
介电常数2kV，60Hz
RT 2.107 2.037 2.16 2.116 2.113
40℃ 2.069 2.031 2.158 2.115 2.106
50℃ #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A
70℃ #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A
90℃ 1.949 1.068 1.987 2.063 1.969
110℃ 1.853 1.105 1.861 无读数 1.852
130℃ 1.801 1.164 1.336 无读数 1.787
损耗因子，60Hz
RT 0.000142 0.000118 0.000168 0.000138 0.000121
40℃ 0.000118 0.000094 0.000112 0.000108 0.000092
50℃ #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A
70℃ #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A
90℃ 0.000074 0.002826 0.005512 0.003932 0.000452
110℃ 0.000345 0.025436 0.033355 无读数 0.003828
130℃ 0.001308 0.053439 0.062388 无读数 0.013652
实施例15-18
如表3所示制备半导体组合物
表3
组分 实施例15SC-10 实施例16SC-11 实施例17SC-12 实施例18SC-13
EVA 47.6 45.6 47.6 45.6
PPl 16 16 16 16
炭黑 35 35 35 35
Cloisite15A 1 3
Cloisite20A 1 3
AO 0.4 0.4 0.4 0.4
中间体 100 100 100 100
中间体 99.3 99.3 99.3 99.3
过氧化物 0.7 0.7 0.7 0.7
实施例15-18的介电测试如表4所示
表4
实施例15 实施例16 实施例17 实施例18
半导体 SC-10 SC-11 SC-12 SC-13
绝缘体 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201 HFDE-4201
140℃老化 是 是 是 是8 -->
介电常数2kV，60Hz
RT 2.027 2.146 1.897 2.131
40℃ 2.055 2.157 1.996 2.153
50℃ #N/A #N/A #N/A #N/A
70℃ #N/A #N/A #N/A #N/A
90℃ 0.818 1.695 1.992 1.985
110℃ 1.061 1.871 1.882 1.894
130℃ 1.081 1.805 1.833 1.833
损耗因子，60Hz
RT 0.000232 0.000163 0.000228 0.000168
40℃ 0.000146 0.000112 0.000176 0.000117
50℃ #N/A #N/A #N/A #N/A
70℃ #N/A #N/A #N/A #N/A
90℃ 0.000225 0.000338 0.000473 0.000228
110℃ 0.001688 0.000904 0.002113 0.000586
130℃ 0.004509 0.002151 0.006507 0.001236
如根据实施例13所讨论的，在半导体组合物中使用有机粘土已经明显降低了绝缘体和半导体材料紧密接触热老化之后所得绝缘体的损耗因子。这在使用相同粘土的实施例15中也是显而易见的。实施例15的损耗因子值低于实施例13中经历的损耗因子，然而，实施例15记录的非常低的介电常数可以暗示对于较高测试温度电桥没有完全平衡。
然而，从实施例16可看出，随着半导体组合物中有机粘土含量的增加损耗因子降低作用变得越明显。在实施例17和18中，分别以1重量％和3重量％在组合物中使用不同的有机粘土。此粘土的作用与实施例15和16相同。
结果说明使用约3％的有机粘土可以几乎消除与扩散相关的损耗因子增加。1％粘土填充量中出现的df增加说明有机粘土的存在仅仅导致扩散速度的减少。在3％时期望出现进一步的减少，然而，df数值减少至未使用弹性体的体系出现的数值，这说明在140℃用于扩散的时间量级比1周老化之间长得多，或者可能在有耗物类和有机粘土之间存在物理连接。
使用由不同数量季铵处理的有机粘土制备组合物的作用的对比说明损耗因子减少与存在过量处理不直接相关。
对比例19和22和实施例20，21，23-26
在上述实施例中已经说明通过在半导体屏蔽组合物中添加少量有机粘土而改善(减少)电缆介电损耗的作用，所述组合物中还包含有耗弹性组分。在此采取更进一步研究以确定在有耗绝缘层内有机粘土是否提供相同作用(这将说明有耗物类的捕获而不是物类迁移的减少)。
已经选择乙烯-丙烯-二烯弹性体用于此研究。所述聚合物与几个不同有机粘土层，以及几种级别的具有不同水平的季铵处理的有机粘土复合。配方如表4所示。结果列于表5和6中，图形表示在相应的图4和5中。
结果说明有机粘土提供了一种明显减少EPDM树脂在100℃以上温度的介电损耗。在较低温度的介电损耗出现一些损害。然而添加低数量有机粘土的介电损耗大小说明与未添加有机粘土的EPDM相比，对于应用如经历使用温度的电力电缆绝缘体，性能在整个测试温度范围产生了明显的改进。
在EPDM中使用有机粘土的好处证明在绝缘组合物或者半导体组合物中的作用是由于有机粘土与弹性体组分中的有耗物类之间的相互作用，大于有耗物质迁移的减少。
表5
表6
尽管通过上述说明书已经描述了本发明相当多的细节，但是这些细节仅仅是用于举例说明并不意于限制以下所附的权利要求。所有的美国专利，包括美国专利申请以及没有专利申请公开文本在此引作参考。

Claims (20)

1.一种结构体，包括：
包含第一材料的半导体层，其中所述第一材料含有第一聚合物树脂、有耗物类、和导电填料，其中第一聚合物树脂包含至少一种丙烯共聚物，所述丙烯共聚物是丙烯与α-烯烃或者乙酸乙烯酯共聚单体的共聚物；和
包含第二材料的绝缘层，所述第二材料包含第二聚合物树脂，其中所述半导体层和绝缘层至少部分彼此物理接触，
其中第一材料和第二材料中的至少一种包含有机粘土，基于材料中聚合物树脂总重量，所述有机粘土以最高3wt％的量存在，和其中第一聚合物树脂和第二聚合物树脂可以是相同或不同的，
和其中对比结构体与所述的结构体的AC介电损耗比大于1.5，所述对比结构体除了缺少有机粘土之外与所述的结构体相同。
2.权利要求1所述的结构体，其中基于材料中聚合物树脂总重量，所述有机粘土以最高1wt％的量存在于第一材料和/或第二材料中。
3.权利要求1所述的结构体，其中有机粘土是季铵化合物改性的天然蒙脱石。
4.权利要求1所述的结构体，其中所述导电填料包含至少一种炭黑化合物。
5.权利要求1所述的结构体，其中所述有机粘土存在于第一材料中，并且所述介电损耗比在热老化之后测量。
6.一种包含半导体层的制品，所述半导体层包含含有至少一种聚合物树脂、有耗物类、和至少一种有机粘土的组合物，其中基于所述组合物中聚合物树脂的总重量，所述有机粘土存在的量为最高3wt％，所述聚合物树脂包含丙烯共聚物，所述丙烯共聚物是丙烯与α-烯烃或者乙酸乙烯酯共聚单体的共聚物，其中所述聚合物树脂的AC介电损耗比所述组合物的AC介电损耗大，为它的至少1.5倍。
7.权利要求6所述的制品，其中基于聚合物树脂的总重量，所述有机粘土存在的量为至少1wt％。
8.权利要求6所述的制品，其中所述有机粘土是季铵化合物改性的天然蒙脱石。
9.权利要求6所述的制品，其中所述导电填料包含至少一种炭黑化合物。
10.权利要求6所述的制品，进一步包含至少一个与所述半导体层相邻的绝缘层。
11.一种包含绝缘层的制品，所述绝缘层包含含有至少一种热塑性树脂、有耗物类、和至少一种有机粘土的组合物，其中基于所述组合物中聚合物树脂的总重量，所述有机粘土的量为最高3wt％，所述热塑性树脂包含至少一种丙烯共聚物，所述丙烯共聚物是丙烯与α-烯烃或者乙酸乙烯酯共聚单体的共聚物，其中所述热塑性树脂的AC介电损耗比所述组合物的AC介电损耗大，为它的至少1.5倍。
12.权利要求11所述的制品，其中基于热塑性树脂的总重量，所述有机粘土的量为至少1wt％。
13.权利要求11所述的制品，其中所述有机粘土是用季铵化合物改性的天然蒙脱石。
14.权利要求11所述的制品，进一步包含至少一个与所述绝缘层相邻的半导体层。
15.一种电缆，包括：
包含一个或多个导体的芯部；
包含第一材料的半导体层，其中所述第一材料含有第一聚合物树脂、有耗物类、和导电填料，其中第一聚合物树脂包含至少一种丙烯共聚物，所述丙烯共聚物是丙烯与α-烯烃或者乙酸乙烯酯共聚单体的共聚物；和
与所述半导体层相邻的绝缘层，所述绝缘层包含含有第二聚合物树脂的第二材料，其中所述半导体层和所述绝缘层直接或间接包围所述芯部，
其中第一材料和第二材料的至少之一含有有机粘土，以使含有有机粘土的材料的聚合物树脂的AC介电损耗与具有有机粘土的相应聚合物树脂的AC介电损耗的比大于1.5，其中基于材料中聚合物树脂总重量，所述有机粘土以最高3wt％的量存在，并且其中第一聚合物树脂和第二聚合物树脂可以相同或不同。
16.权利要求15所述的电缆，其中基于材料中聚合物树脂总重量，所述有机粘土以最高1wt％的量存在于第一材料和/或第二材料中。
17.权利要求15所述的电缆，其中所述有机粘土是用季铵化合物改性的天然蒙脱石。
18.权利要求15所述的电缆，其中所述导电填料包含至少一种炭黑化合物。
19.一种包含聚合物树脂、有耗物类、和有机粘土的绝缘体，所述聚合物树脂包含至少一种丙烯共聚物，所述丙烯共聚物是丙烯与α-烯烃或者乙酸乙烯酯共聚单体的共聚物，其中所述聚合物树脂的AC介电损耗与所述绝缘体的AC介电损耗的比为至少1.5，基于聚合物树脂总重量，所述有机粘土以最高3wt％的量存在。
20.权利要求19所述的绝缘体，其中所述有机粘土是用季铵化合物改性的天然蒙脱石。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6104277B2 (ja) * 2011-12-13 2017-03-29 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー エチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物
AU2015306161B2 (en) 2014-08-19 2018-07-05 Borealis Ag A new crosslinked polymer composition, structured layer and cable
US20160104555A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 General Electric Company Method for improving the electric field distribution in a high voltage direct current cable
WO2016204949A1 (en) 2015-06-17 2016-12-22 Dow Global Technologies Llc Process for making crosslinked cable insulation using high melt strength ethylene-based polymer made in a tubular reactor and optionally modified with a branching agent
WO2023057519A1 (en) 2021-10-05 2023-04-13 Borealis Ag Cable

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2627194B2 (ja) * 1989-07-31 1997-07-02 株式会社豊田中央研究所 ポリエステル複合材料及びその製造方法
JPH0652728A (ja) * 1992-07-31 1994-02-25 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 電力ケーブル
JP3349747B2 (ja) * 1993-02-26 2002-11-25 株式会社フジクラ 絶縁組成物および電力ケーブル
US5780376A (en) * 1996-02-23 1998-07-14 Southern Clay Products, Inc. Organoclay compositions
CN1212716A (zh) 1996-12-31 1999-03-31 陶氏化学公司 聚合物－有机粘土复合材料及其制备
FR2793592B1 (fr) * 1999-03-04 2001-06-08 Cit Alcatel Cable d'energie ayant des caracteristiques mecaniques, thermiques, electriques, et de tenue au feu sensiblement ameliorees
US6524702B1 (en) 1999-08-12 2003-02-25 Dow Global Technologies Inc. Electrical devices having polymeric members
US6737464B1 (en) * 2000-05-30 2004-05-18 University Of South Carolina Research Foundation Polymer nanocomposite comprising a matrix polymer and a layered clay material having a low quartz content
US6740396B2 (en) * 2001-02-26 2004-05-25 Pirelli Cavi E Sistemi S.P.A. Cable with coating of a composite material
JP2003022710A (ja) * 2001-07-06 2003-01-24 Toshiba Corp 低誘電型絶縁材料とその製造方法
US6825253B2 (en) * 2002-07-22 2004-11-30 General Cable Technologies Corporation Insulation compositions containing metallocene polymers
TWI314742B (en) 2002-09-10 2009-09-11 Union Carbide Chem Plastic Polypropylene cable jacket compositions with enhanced melt strength and physical properties
US7226422B2 (en) * 2002-10-09 2007-06-05 Cardiac Pacemakers, Inc. Detection of congestion from monitoring patient response to a recumbent position
US7144934B2 (en) 2002-10-24 2006-12-05 Dow Global Technologies Inc. Charge dissipation modifiers for olefinic interpolymer compositions
CN1823123B (zh) 2003-06-09 2011-07-27 联合碳化化学及塑料技术有限责任公司 可剥离半导体绝缘屏蔽
ATE463036T1 (de) 2003-09-25 2010-04-15 Dow Global Technologies Inc Ablösbare halbleitende abschirmung und zusammensetzungen dafür
JP2006028208A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Fujikura Ltd 低誘電性・耐熱性樹脂組成物、これを用いた成形品及びプリント回路基板

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