CN111868163A - 非极性有机聚合物、极性有机聚合物和超低可湿性碳黑的复合物 - Google Patents

非极性有机聚合物、极性有机聚合物和超低可湿性碳黑的复合物 Download PDF

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Abstract

一种半导体复合材料，其包含非极性有机聚合物、极性有机共聚物和导电有效量的超低可湿性碳黑。此外，一种制造所述复合材料的方法；交联聚乙烯产品，其通过固化所述复合材料制成；制品，其包含成型形式的本发明的复合材料或产品；和使用本发明的复合材料、产品或制品的方法。

Description

非极性有机聚合物、极性有机聚合物和超低可湿性碳黑的复 合物
技术领域
有机聚合物和碳黑的复合物和相关方面。
前言
所述领域中的专利包括US 6,277,303 B1；US 6,284,832 B1；US 6,331,586 B1；和US 7,767,910 B2。US 6,277,303 B1和US 6,284,832 B1实例使用Vulcan XC 72碳黑。US6,331,586 B1实例使用以下中的一种：Printex XE2碳黑(德固赛(DeGussa))、BlackPearls 1000碳黑(卡博特公司(Cabot Corp.))、Vulcan XC 72碳黑(卡博特公司)、Ketjenblack EC600JD碳黑(阿克苏诺贝尔(Akzo))、Vulcan P碳黑(卡博特公司)、United120碳黑(卡博特公司)或Denka Black碳黑(电化株式会社(Denka))。US 7,767,910 B2实例使用Vulcan XC 500碳黑。Cabot Corp.为美国麻萨诸塞州比尔里卡的卡博特公司(CabotCorporation，Billerica，Massachusetts，USA)。另一种碳黑为乙炔黑AB 100％-01(美国德州休斯敦(Houston，Texas，USA)的Soltex，Inc.)。前述碳黑中的每一种都不具有超低可湿性特征。
发明内容
我们认为，用于中高压到特高压电力电缆的半导体层中的现有半导体复合材料中的高含量碳黑可能会导致非所乐见的问题。这些问题包括在电力电缆操作使用期间不期望的半导体层中高吸湿量。我们还认为，这些半导体复合材料中的过低含量的碳黑可能会导致电力电缆中的其它非所乐见的问题，例如体积电阻率过高或缺乏电渗滤(electricalpercolation)。一项挑战为降低半导体复合材料中的碳黑含量并且不破坏材料的所期望电性质。
解决这些问题的现有尝试将部分不混溶的极性和非极性聚合物与现有碳黑组合以形成具有至少一个连续聚合物相的半导体复合材料。现有碳黑中的一些位于连续相中的一个中或位于两相之间的介面处，并且所述碳黑中的一些位于不连续相中。结果通常不令人满意，因为碳黑仅部分隔离且/或将碳黑不良分散于其主要分离相中。我们在此处提供替代性简化技术解决方案，其克服过高和过低碳黑含量的负面作用。技术解决方案的实施例包括下文所描述的那些解决方案。
半导体复合材料，其包含以下或基本上由以下组成：非极性有机聚合物、极性有机聚合物和导电有效量的超低可湿性碳黑。
制造半导体复合材料的方法。
电导体器件，其包含导体芯和设置于其上的半导体层，半导体层包含半导体复合材料。
通过电导体器件的导体芯传输电的方法。
具体实施方式
发明内容和摘要以引用的方式并入此处。
超低可湿性碳黑的超低可湿性可以通过任何合适的技术或方法来表征。实例为吸油值(OAN)、吸湿值和表面可湿性概况，其全部都在稍后描述。在熔融混合或熔融加工半导体复合材料期间，超低可湿性碳黑强烈地倾向于在极性有机聚合物相上的非极性有机聚合物相的相中进行螯合，无论是否已经首先将超低可湿性碳黑添加到极性有机聚合物、非极性有机聚合物或非极性和极性有机聚合物的混合物中。几乎不存在通过极性有机聚合物相中的扫描电子显微镜法(SEM)可观察的超低可湿性碳黑的颗粒。
半导体复合材料的非极性有机聚合物与极性有机聚合物结构不同。非极性有机聚合物可以为通过聚合含有1或2个碳-碳双键的未被取代烯烃单体制成的任何均聚物，或通过聚合两种或更多种不同的独立地含有1或2个碳-碳双键的未被取代烯烃单体制成的任何共聚物。每一个所述烯烃单体可以独立地为无环或环状的。无环烯烃单体可以为直链或分支链的，并且直链烯烃单体可以为α-烯烃或直链二烯。非极性有机聚合物可以不含硅原子，或者，可以于其中含有共聚的烯烃官能性可水解硅烷共聚单体或于其上含有接枝的烯烃官能性可以水解硅烷共聚单体。
在一些方面中，非极性有机聚合物可以为非极性乙烯基或丙烯基聚合物。非极性乙烯基聚合物基本上由以下组成：50重量％(wt％)到100wt％衍生自乙烯(H2C＝CH2)的构成单元和50wt％到0wt％分别衍生自除乙烯之外的至少一种未被取代烯烃共聚单体和/或烯烃官能性可水解硅烷共聚单体的构成单元。烯烃共聚单体可以为未被取代(C3-C20)烯烃，或者未被取代(C4-C20)烯烃，或者未被取代(C4-C8)烯烃，或者1-丁烯，或者1-己烯，或者1-辛烯。非极性乙烯基聚合物可以为聚乙烯均聚物或乙烯/α-烯烃共聚物。非极性乙烯基聚合物可以不含硅原子，或者可以于其中含有共聚的烯烃官能性可水解硅烷共聚单体或于其上含有接枝的烯烃官能性可水解硅烷共聚单体。非极性丙烯基聚合物可以基本上由以下组成：50wt％到100wt％衍生自丙烯(H2C＝CHCH3)的构成单元和50wt％到0wt％衍生自烯烃共聚单体的构成单元，所述烯烃共聚单体为选自以下的烃：乙烯、(C4-C20)α-烯烃、(C4-C20)二烯和其中的任何两者或更多者的组合。
在半导体复合材料中，极性有机聚合物基本上由非极性单体单元和极性共聚单体单元组成。极性有机聚合物可以通过聚合未被取代烯烃单体和极性共聚单体来制成。极性有机聚合物可以为极性乙烯基聚合物，例如包含乙烯系单体单元和不饱和羧酸酯(或羧酸)共聚单体单元(例如那些衍生自不饱和羧酸酯的共聚单体单元)的乙烯/不饱和羧酸酯共聚物。极性有机聚合物中的极性共聚单体单元的比例以极性有机聚合物的总重量计可以为5wt％到40wt％，或者20wt％到35wt％，或者25wt％到31wt％。极性有机聚合物中的极性共聚单体单元与非极性单体单元的比例足以使至少50wt％、或者至少75wt％、或者至少90wt％、或者至少95wt％极性有机聚合物不混溶于半导体复合材料的非极性有机聚合物中。不混溶于半导体复合材料的非极性有机聚合物中的极性有机聚合物的wt％可以根据稍后所描述的相形态学测试法通过扫描电子显微镜法(SEM)来测定。
下文将某些本发明实施例描述为用于容易交叉引用的编号方面。
方面1.一种半导体复合材料，其包含以下或基本上由以下组成：(A)第一相中的非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)；(AA)第二相中的极性乙烯基共聚物，其至少部分不混溶于第一相中；和导电有效量的(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)，通过布厄特(Brunauer-Emmett-Teller，BET)氮气表面积测试法所测量(稍后描述)，其BET氮气表面积为35到190平方米/克(m2/g)；并且通过吸油值测试法所测量(稍后描述)，吸油值(OAN)为115到180毫升油/100克(mL/100g)(115到180立方厘米/100克(cc/100g))。(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)的特征可以在于：通过稍后描述的表面能测试法所测量，表面能的极性组分大于0到小于或等于5毫焦/平方米(mJ/m2)。(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)可以为具有单峰分子量分布(MWD，Mw/Mn)的单组分聚合物，例如单一低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。或者，(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)可以为具有多峰MWD(Mw/Mn)聚合物的多组分聚合物，例如双峰LDPE中的多组分聚合物。(A)的多峰MWD聚合物实施例可以在单个反应器中使用两种不同的催化剂(例如，齐格勒-纳他催化剂(Ziegler-Natta catalyst)和茂金属催化剂或两种不同的茂金属催化剂)或在两种不同反应器条件下的相同催化剂来制成，或在两个不同反应器中制成，或可以通过将两种不同的单峰MWD聚合物掺合在一起，例如掺合单峰MWD LDPE和单峰MWD线性低密度聚乙烯(LLDPE)来制成。(AA)极性乙烯基共聚物可以为具有单峰MWD(Mw/Mn)的单组分共聚物，例如具有单峰MWD的乙烯/不饱和羧酸酯共聚物，或具有多峰(MWD，Mw/Mn)的多组分共聚物，例如于两种不同反应器中制成的两种不同的乙烯/甲酸乙烯酯共聚物，或乙烯/甲酸乙烯酯共聚物和乙烯/(甲基)丙烯酸烷酯共聚物的组合。乙烯/甲酸乙烯酯共聚物中的每一种可以独立地为乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物。乙烯/(甲基)丙烯酸烷酯共聚物中的每一种可以独立地为乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物或乙烯/甲基丙烯酸乙酯共聚物。
方面2.根据方面1所述的半导体复合材料，其中(B)ULW-CB的特征在于限制(i)到(iii)中的任一个：(i)通过BET氮气表面积测试法所测量，(B)ULW-CB的BET氮气表面积为40到63m2/g；并且通过吸油值测试法所测量，OAN为120到150mL/100g；(ii)通过BET氮气表面积测试法所测量，(B)ULW-CB的BET氮气表面积为120到180m2/g；并且通过吸油值测试法所测量，OAN为150到175mL/100g；和(iii)(B)ULW-CB为具有(i)和(ii)的ULW-CB掺合物。(i)的一实例为LITX 50导电添加剂。(ii)的一实例为LITX 200导电添加剂。(iii)的一实例为LITX 50和LITX 200导电添加剂的混合物。LITX 50和LITX 200导电添加剂为用于锂离子电池的电极中的来自卡博特公司的碳黑产品。LITX 50导电添加剂具有以下并且在一些方面中(B)ULW-CB的特征在于以下：通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为45到60m2/g；并且通过吸油值测试法所测量，OAN为125到145mL/100g。LITX 200导电添加剂具有以下并且在一些方面中(B)ULW-CB的特征在于以下：通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为125到175m2/g；并且通过吸油值测试法所测量，OAN为152到172mL/100g。
方面3.一种半导体复合材料，其包含以下或基本上由以下组成：(A)第一相中的非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)；(AA)第二相中的极性乙烯基共聚物，其至少部分不混溶于第一相中；和导电有效量的(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)，其具有特征在于以下的表面可湿性概况：根据可湿性测试法(稍后描述)通过反气相色谱法(IGC)所测量，在0.02表面覆盖率下的可湿性为≤0.0101，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性为≤0.0101，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性为≤0.0099，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性为≤0.0111，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性为≤0.0113。
方面4.根据方面1至3中任一项所述的半导体复合材料，其中(B)ULW-CB的特征在于限制(i)到(vii)中的任一个：(i)通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为40到180m2/g，或者40到63m2/g，或者150到175m2/g；(ii)通过吸湿量测试法(稍后描述)所测量，吸水量为400到2400百万分率(ppm，重量)，或者450到1,000ppm，或者501到600ppm；(iii)特征在于以下的表面可湿性概况：根据可湿性测试法通过IGC所测量，在0.02表面覆盖率下的可湿性为≤0.0058，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性为≤0.0070，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性为≤0.0075，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性为≤0.0086，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性为≤0.0091；或者，特征在于以下的表面可湿性概况：根据可湿性测试法通过IGC所测量，在0.02表面覆盖率下的可湿性为≤0.0014，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性为≤0.0039，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性为≤0.0051，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性为≤0.0061，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性为≤0.0069；(iv)(i)和(ii)两者；(v)(i)和(iii)两者；(vi)(ii)和(iii)两者；(vii)(i)、(ii)和(iii)的组合。LITX 50和LITX 200导电添加剂独立地具有前述表面可湿性概况。在一些方面中，表征(B)ULW-CB以使得如通过BET氮气表面积测试法所测量，在半导体复合物中以10wt％的量所测量的(B)ULW-CB的总BET氮气表面积小于6.0m2/g。(B)ULW-CB相对于现有碳黑还具有极低吸湿量。
方面5.根据方面1至4中任一项所述的半导体复合材料，其除了超低可湿性碳黑之外不含任何碳黑。
方面6.根据方面1至5中任一项所述的半导体复合材料，其特征在于限制(i)到(v)中的任一个：(i)包含以下或基本上由以下组成：61.0wt％到99.0wt％(A)非极性聚烯烃聚合物和(AA)极性乙烯基聚合物的组合；和以半导体复合材料的总重量计39.0wt％到1.0wt％(B)ULW-CB；其中(A)和(AA)的组合具有以(A)和(AA)的组合重量计5wt％到95wt％(A)和95wt％到5wt％(AA)；(ii)(A)非极性聚烯烃聚合物为非极性乙烯基聚合物；(iii)(i)和(ii)两者；(iv)(A)非极性聚烯烃聚合物为非极性丙烯基聚合物；和(v)(i)和(iv)两者。在一些方面中，所述组合具有以(A)和(AA)的组合重量计35wt％到55wt％(A)和65wt％到45wt％(AA)，或者39wt％到51wt％(A)和61wt％到49wt％(AA)。举例来说，所述组合可以具有以(A)和(AA)的组合重量计50wt％(A)和50wt％(AA)，或者45wt％(A)和55wt％(AA)，或者40wt％(A)和60wt％(AA)。在一些方面中，含有前述组合中的任一个的半导体复合材料可以具有以半导体复合材料的总重量计1.5wt％到小于15wt％(B)ULW-CB，或者1.9wt％到11wt％(B)ULW-CB。举例来说，在一些方面中，含有前述组合中的任一个的半导体复合材料可以具有以半导体复合材料的总重量计2wt％、或者5wt％、或者7wt％、或者10.0wt％(B)ULW-CB。
方面7.根据方面1至6中任一项所述的半导体复合材料，其进一步包含以下或基本上由以下组成：选自以下的至少一种添加剂：(C)塑性体；(D)抗氧化剂；(E)有机过氧化物；(F)阻焦剂；(G)烯基官能性助剂；(H)成核剂；(I)加工助剂；(J)增量油；(K)稳定剂(例如，抑制紫外(UV)光相关降解的化合物)。至少一种添加剂至少在组成上不同于成分(A)、(AA)和(B)。
方面8.根据方面1至7中任一项所述的半导体复合材料，其特征在于以下：通过体积电阻率测试法(稍后描述)所测量，在10.0wt％导电有效量下的log(体积电阻率)为＜3.0log(欧姆-厘米(Ohm-centimeter，Ohm-cm))，或在7wt％导电有效量下为＜4.0log(Ohm-cm)，或在5wt％导电有效量下为＜10.0log(Ohm-cm)，或在2.0wt％导电有效量下为＜15.5log(Ohm-cm)，其中(B)ULW-CB的导电有效量是以半导体复合材料的总重量计。在一些方面中，方面8的log(体积电阻率)为在10.0wt％导电有效量下1.5log(Ohm-cm)到2.3log(Ohm-cm)，或在7wt％导电有效量下1.7log(Ohm-cm)到3.1log(Ohm-cm)，或在5wt％导电有效量下3.5log(Ohm-cm)到9.0log(Ohm-cm)，或在2.0wt％导电有效量下13.5log(Ohm-cm)到14.4log(Ohm-cm)，其中(B)ULW-CB的导电有效量是以半导体复合材料的总重量计。在一些方面中，方面8的半导体复合材料的特征在于由前一句中之前述范围中的每一个组成的log(体积电阻率)概况。
方面9.根据方面1至8中任一项所述的半导体复合材料，其特征在于以下：log(体积电阻率)在5.0m2/g到10.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤10Log(Ohm-cm)；或在2.0m2/g到5.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤12Log(Ohm-cm)；或在0.5m2/g到2.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤15Log(Ohm-cm)。在一些方面中，方面9的log(体积电阻率)在5.0m2/g到10.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为5.1Log(Ohm-cm)到5.9Log(Ohm-cm)；或在2.0m2/g到5.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为2.5Log(Ohm-cm)到8.5Log(Ohm-cm)；或在0.5m2/g到2.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为13.6Log(Ohm-cm)到14.6Log(Ohm-cm)。在一些方面中，方面9的半导体复合材料的特征在于由前一句中之前述范围中的每一个组成的log(体积电阻率)概况。
方面10.一种制造根据方面1至9中任一项所述的半导体复合材料的方法，所述方法包含将(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)混合到(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)和(AA)极性乙烯基共聚物的熔体中，得到作为包含成分(A)、(AA)和(B)的熔融掺合物的半导体复合材料。在一些方面中，所述方法进一步包含将一种或多种添加剂(例如，成分(C)到(K)中的一种或多种)混合到(A)和(AA)的熔体中。所述方法还可以包含挤压熔融掺合物，得到半导体复合材料的挤压物。在一些方面中，所述方法进一步包含允许熔融掺合物或挤压物冷却，分别得到固体掺合物或固体挤压物。
方面11.一种交联聚乙烯产品，其为固化根据方面1至9中任一项所述的半导体复合材料的产物。在一些方面中，半导体复合材料受到固化并且进一步包含0.1wt％到3wt％(E)有机过氧化物和分别不超过98.80wt％或98.75wt％(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)和(AA)极性乙烯基共聚物的组合。
方面12.一种制品，其包含成型形式的根据方面1至9中任一项所述的或通过根据方面10所述的方法制成的半导体复合材料，或根据方面11所述的交联聚乙烯产品。成型形式的制品可以为圆柱形、螺旋形或不规则形状。在一些方面中，制品可以为根据方面13所述的电导体器件的半导体层(下文)。在一些方面中，制品可以为根据方面13所述的电导体器件。
方面13.一种电导体器件，其包含导电芯和至少部分地覆盖所述导电芯的半导体层，其中半导体层的至少一部分包含根据方面1至9中任一项所述的或通过根据方面10所述的方法制成的半导体复合材料，或根据方面11所述的交联聚乙烯产品。当半导体复合材料用作电力传输/配线电缆(包括低压、中压、高压和超高压)中的屏蔽层(导体屏蔽件或绞合线屏蔽件；绝缘屏蔽件)和保护套时，电导体器件的半导体层中的半导体复合材料的量可以为有效提供导电性以耗散电荷的量。有效量可以为足以使半导体复合材料实现小于100,000Ohm-cm、或者大于0Ohm-cm到小于100,000Ohm-cm、或者＞0Ohm-cm到小于50,000Ohm-cm的体积电阻率的量。半导体层可以由单层构成，其至少一部分为本发明的复合材料或产品；或由多层组成，其至少一层包含本发明的复合材料或产品。电导体器件可以为涂丝或电力电缆。电导体器件可以用于电力传输/配线应用，包括低压、中压、高压和超高压应用。
方面14.一种导电方法，所述方法包含在根据方面13所述的电导体器件的导电芯上施加电压以便产生通过导电芯的电流。所施加的电压可以为低电压(＞0千伏(kV)到＜5kV)、中电压(5kV到＜69kV)、高电压(69kV到230kV)或特高电压(＞230kV)。
方面15.一种热循环半导体复合材料，其通过使根据方面1至9中任一项所述的半导体复合材料经受热循环来制成，所述热循环包含将半导体复合材料加热到170℃到190℃1分钟到5分钟，并且随后冷却到30℃，得到冷却的热循环半导体复合材料。任选地，可对冷却的热循环半导体复合材料重复加热步骤1次或更多次。稍后在热循环测试法中描述热循环的实例。
根据前述方面中任一项所述的非极性聚烯烃聚合物可以为非极性乙烯基聚合物，或者非极性丙烯基聚合物，或者非极性乙烯基聚合物和非极性丙烯基聚合物的掺合物。
在半导体复合材料的情形下，“基本上由……组成”意谓半导体复合材料含有小于5.0wt％、或者小于1.0wt％、或者不含(即，不含有任何添加或可检测量，例如0.0wt％)除(AA)极性乙烯基共聚物之外的极性有机共聚物，并且含有小于5.0wt％、或者小于1.0wt％、或者不含(即，不含有任何添加或可检测量，例如0.0wt％)除(A)非极性聚烯烃聚合物之外的非极性有机聚合物。半导体复合材料还可以不含极性有机均聚物(例如，聚酯或聚酰胺)。举例来说，半导体复合材料不含极性有机共聚物，其中单体和一种或多种共聚单体中的至少一种每分子含有一个卤素原子(例如，F、Cl、Br或I)和/或碳键结杂原子基团例如(醇基的)C-O、(环氧基或醚基的)C-O-C、(醛或酮基的)C＝O、(羧酸基团的)C(＝O)-O、(羧酰氨基的)C(＝O)-N、(脲基的)N-C(＝O)-N、(氨基的)C-N、(亚氨基或肟基的)C＝N、(脒基的)C(＝N)-N、(胍基的)N-C(＝N)-N、(腈基)的C≡N、(硫代甲酸基或酯基的)C(＝O)-S、(硫醇基的)C-S、(硫醚基的)C-S-C或所述巨分子的集合。在一些实施例中，半导体复合材料还不含聚(芳乙烯)，例如聚苯乙烯。
“聚合物”意谓均聚物或共聚物。均聚物为由衍生自仅一种单体并且无共聚单体的单体单元构成的巨分子。共聚物为具有单体单元和共聚单体单元的巨分子，其中单体单元是通过聚合第一单体来制成，并且共聚单体单元是通过聚合一种或多种不同的第二单体或称为共聚单体的更多种单体来制成。聚合物还包括所述巨分子的集合。单体和共聚单体为可聚合分子。单体单元(monomeric unit)还称为单体单元(monomer unit)或“聚体(mer)”，为单一单体分子向一个或多个巨分子的结构所贡献(衍生)的最大构成单元。共聚单体单元(comonomeric unit)还称为共聚单体单元(comonomer unit)或“共聚体(comer)”，为单一共聚单体分子向一个或多个巨分子的结构所贡献(衍生)的最大构成单元。每一个单元通常为二价的。“二元共聚物”为由单体和一种共聚单体制成的共聚物。“三元共聚物”为由单体和两种不同共聚单体制成的共聚物。乙烯基共聚物为此类共聚物，其中单体单元衍生自单体乙烯(CH2＝CH2)并且平均每分子包含至少50重量％巨分子，并且共聚单体单元衍生自本文所描述的一种或多种共聚单体并且平均每分子包含＞0重量％到最多50重量％巨分子。
术语“固化”和“交联”在本文中可互换使用以意谓形成交联产物(网状聚合物)。
“导电有效量”意谓半导体复合材料中的超低可湿性碳黑的量足以超过其渗滤阈值(percolation threshold)。即，超低可湿性碳黑的量本身足以使得能够利用ULW-CB导电通过半导体复合材料。在设置于电导体上的半导体层中，具有导电有效量的半导体复合材料应实现小于100,000Ohm-cm的体积电阻率。
除非另外确切地说明，否则在未经历热循环的样品上以log(Ohm-cm)为单位测量“log(体积电阻率)”。其有时书写为“log(体积电阻率)(无热循环)”。为消除所有疑问，在编号方面和权利要求书中所表示的log(Ohm-cm)值为log(体积电阻率)(无热循环)值。
“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和其组合。(甲基)丙烯酸酯可以为未被取代的。
“极性有机共聚物”：由一种单体和0、1或更多种共聚单体制备的巨分子，其中单体和一种或多种共聚单体中的至少一种每分子含有卤素原子(例如，F、Cl、Br或I)；和/或碳键结杂原子基团，例如(醇基的)C-O、(环氧基或醚基的)C-O-C、(醛或酮基的)C＝O、(羧酸基或酯基的)C(＝O)-O、(羧酰氨基的)C(＝O)-N、(脲基的)N-C(＝O)-N、(氨基的)C-N、(亚氨基或肟基的)C＝N、(脒基的)C(＝N)-N、(胍基的)N-C(＝N)-N、(腈基)的C≡N、(硫代甲酸基或酯基的)C(＝O)-S、(硫醇基的)C-S、(硫醚基的)C-S-C或所述巨分子的集合。
“概况”：以与某种物质的特定特征相关的量化形式表示信息。
半导体复合材料。其包含以下或基本上由以下组成：作为成分(A)的单一非极性聚合物、作为成分(AA)的单一极性聚合物；并且含有(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)的渗滤有效性负载量。复合材料可以任选地包含以下或基本上由以下组成：例如添加剂(C)到(K)的添加剂中的零种、一种或多种。半导体复合材料的总重量为100.00wt％。
半导体复合材料可以通过许多不同方式制成。在一些方面中，半导体复合材料可以通过以下制成：将(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)和(AA)极性乙烯基共聚物的熔体与(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)和任何任选成分(例如，成分(C)到(K)中的任何零种、一种或多种)混合，得到作为成分(A)、(AA)、(B)和任何任选成分的混合物的半导体复合材料。混合可以包含混配、捏合或挤压。为促进混合，可以在(A)或(AA)的一部分中以添加剂母料的形式或在除(A)以外的非极性载体树脂中以分散液的形式提供一种或多种成分(例如，(B)、添加剂(C)、(D)、(E)等)。非极性载体树脂可以为聚丙烯聚合物。
可以制成含有一种或多种任选成分例如添加剂(C)到(K)的半导体复合材料的另一种方法为制造由(A)、(AA)和(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)组成的未熔融形式的半导体复合材料，例如呈丸粒形式，并且使未熔融形式与任选成分接触。接触可以包含浸泡、浸吸或注射。接触可以在约20℃到100℃的温度下进行0.1小时到100小时，例如60℃到80℃下进行0.1小时到24小时。
半导体复合材料可以制备为单部分调配物，或者多部分调配物，例如双部分调配物，或者三部分调配物。单部分调配物含有半导体复合材料实施例的所有成分。多部分调配物含有多个部分，其中不同部分中具有不同的或一定量的半导体复合材料实施例的成分。如果需要，可以将多部分调配物的不同部分组合以得到单部分调配物。不存在这些调配物的一个或多个部分为何无法包括任何成分组合的任何固有原因。
半导体复合材料可以呈分隔固体形式或呈连续形式。分隔固体形式可以包含颗粒、丸粒、粉末或其任何两者或更多者的组合。连续形式可以为模制部件(例如，吹模部件)或挤压部件(例如，电导体器件的绝缘层)。半导体复合材料可以通过辐射固化或有机过氧化物/热固化来交联。如果需要，可以将半导体复合材料冷却到储存温度(例如，23℃)并且储存1小时、1周、1月或更长的时段。
成分(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)。(A)非极性聚烯烃聚合物可以为单组分非极性乙烯基或丙烯基聚合物(具有单峰分子量分布)或两种或更多种所述非极性聚烯烃聚合物的掺合物。各(A)非极性聚烯烃聚合物可以为可交联或交联(固化)的单相或多相(例如，非晶相和结晶相)材料。共聚物包括二元共聚物、三元共聚物等。
(A)非极性聚烯烃聚合物可以为含有99wt％到100wt％乙烯系单体单元的聚乙烯均聚物。聚乙烯均聚物可以为通过配位聚合制成的高密度聚乙烯(HDPE)均聚物或通过自由基聚合制成的低密度聚乙烯(LDPE)均聚物。
或者，(A)非极性聚烯烃聚合物可以为含有50wt％到＜100wt％乙烯系单体单元和50wt％到0wt％(C3-C20)α-烯烃衍生的共聚单体单元的乙烯/α-烯烃共聚物。(A)的乙烯/α-烯烃共聚物实施例可以为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。或者，聚乙烯聚合物可以为低密度聚乙烯(LDPE)。乙烯/α-烯烃(alpha-olefin/“α-olefin”)互聚物的α-烯烃含量以整个共聚体重量计为至少1wt％、至少5wt％、至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％或至少25wt％。这些互聚物的α-烯烃含量以整个共聚体重量计可以为小于50wt％、小于45wt％、小于40wt％或小于35wt％。示意性乙烯/α-烯烃互聚物为乙烯/丙烯、乙烯/1-丁烯、乙烯/1-己烯、乙烯/1-辛烯、含有20wt％到1wt％二烯共聚单体单元的乙烯/二烯、乙烯/丙烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/1-丁烯、乙烯/1-丁烯/1-辛烯、含有50wt％到100wt％乙烯单体单元、49wt％到＞0wt％丙烯共聚单体单元和20wt％到1wt％二烯共聚单体单元的乙烯/丙烯/二烯(EPDM)。用于独立地在乙烯/二烯共聚物或在EPDM中制造二烯共聚单体单元的二烯可以为1，3-丁二烯、1，5-己二烯、1，7-辛二烯、亚乙基降冰片烯、二环戊二烯、乙烯基降冰片烯或其任何两者或更多者的组合。
(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)的乙烯/α-烯烃共聚物方面的(C3-C20)α-烯烃可以为式(I)化合物：H2C＝C(H)-R(I)，其中R为直链(C1-C18)烷基。(C1-C18)烷基为具有1到18个碳原子的单价未被取代烯烃。R基团的实例为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基和十八烷基。在一些实施例中，(C3-C20)α-烯烃为1-丙烯、1-丁烯、1-己烯或1-辛烯；或者1-丁烯、1-己烯或1-辛烯；或者1-丁烯或1-己烯；或者1-丁烯或1-辛烯；或者1-己烯或1-辛烯；或者1-丁烯；或者1-己烯；或者1-辛烯；或者1-丁烯、1-己烯和1-辛烯中的任何两者的组合。或者，α-烯烃可以具有环状结构，例如环己烷或环戊烷，产生例如3-环己基-1-丙烯(烯丙基环己烷)和乙烯基环己烷的α-烯烃。(C3-C20)α-烯烃可以用作共聚单体或单体。
或者，(A)非极性聚烯烃聚合物可以为乙烯/烯烃官能性硅烷共聚物。用于制造乙烯/烯烃官能性硅烷共聚物的烯烃官能性硅烷共聚单体可以为Chaudhary的WO2016/200600A1(2016年5月24日提交的PCT/US16/033879)的第[0019]段或Meverden等人的US 5,266,627的可水解硅烷单体。可以将烯烃官能性可水解硅烷接枝(后反应器)到(A)的共聚物实施例上。或者，可以使烯烃官能性可水解硅烷与乙烯和共聚单体共聚以直接制造含有可水解硅烷基的共聚物实施例。在一些方面中，烯烃官能性可水解硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、乙烯基三乙酰氧基硅烷或γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，并且可水解硅烷基为2-三甲氧基硅烷基乙基、2-三乙氧基硅烷基乙基、2-三乙酰氧基硅烷基乙基或3-三甲氧基硅烷基丙氧基羰基乙基或3-三甲氧基硅烷基丙氧基羰基丙基。
(A)非极性聚烯烃聚合物可以为两种或更多种不同(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基和/或丙烯基聚合物)的掺合物或利用两种或更多种不同催化剂进行的聚合反应的反应产物。(A)非极性聚烯烃聚合物可以在两个或更多个反应器中制造，例如非极性乙烯基聚合物，来自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的ELITETM聚合物。
(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)可以通过任何合适的方法制成，所述方法中的多种为已知的。任何常规或此后发现的用于生产聚乙烯聚合物的方法可以用于制备(A)。通常，生产方法包含一种或多种聚合反应。举例来说，LDPE可以使用高压聚合方法来制备。或者，LDPE可以使用配位聚合方法来制备，所述方法是使用例如齐格勒-纳他、氧化铬、茂金属、后茂金属催化剂的一种或多种聚合催化剂进行的。合适温度为0℃到250℃或30℃或200℃。合适压力为大气压(101kPa)到10,000大气压(约1,013兆帕斯卡(“MPa”))。在大部分聚合反应中，所采用的催化剂与可聚合烯烃(单体/共聚单体)的摩尔比为10-12∶1到10-1∶1，或10-9∶1到10-5∶1。
(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)的量可以为半导体复合材料的总重量的35wt％到94wt％，或者40wt％到65wt％，或者45wt％到55wt％。
(AA)极性乙烯基共聚物。(AA)极性乙烯基聚合物可以为包含乙烯系单体单元和不饱和羧酸酯(或羧酸)共聚单体单元的乙烯/不饱和羧酸酯共聚物。(AA)极性乙烯基共聚物中的不饱和羧酸酯共聚单体单元的比例以(AA)的重量计可以为5wt％到40wt％，或者20wt％到35wt％，或者25wt％到31wt％。乙烯系单元可以为(AA)的重量的95wt％到60wt％，或者80wt％到65wt％，或者75wt％到69wt％。每一个不饱和羧酸酯共聚单体可以独立地具有氢原子并且每分子具有3到20个碳原子，即，(C3-C20)不饱和羧酸酯共聚单体。
衍生出(AA)的不饱和羧酸酯共聚单体单元的不饱和羧酸酯共聚单体可以为乙烯基(C2-C8)羧酸酯，并且乙烯/不饱和羧酸酯共聚物为乙烯-乙烯基(C2-C8)羧酸酯共聚物。在一些方面中，乙烯基(C2-C8)羧酸酯为具有2到8个碳原子、或者2到4个碳原子的羧酸阴离子的乙烯酯。US 7,767,910 B2第2列第34到50行提及甲酸乙烯酯的实例。乙烯基(C2-C8)羧酸酯可以为乙烯基(C2-C4)羧酸酯，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，并且乙烯/不饱和羧酸酯共聚物可以为乙烯-乙烯基(C2-C4)羧酸酯二元共聚物，或者乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)二元共聚物，或者乙烯-丙酸乙烯酯二元共聚物，或者乙烯-丁酸乙烯酯二元共聚物。EVA二元共聚物基本上由乙烯衍生的单体单元和乙酸乙烯酯衍生的共聚单体单元组成。EVA二元共聚物的乙酸乙烯酯共聚单体单元含量以EVA二元共聚物的重量计可以为5wt％到40wt％，或者20wt％到35wt％，或者25wt％到31wt％。或者或另外，通过ASTM D1238-04所测量，(A)(例如，EVA二元共聚物)的熔融指数(190℃，2.16kg)可以为2克/10分钟到60克/10分钟、或者5克/10分钟到40克/10分钟。
或者，衍生出(AA)的不饱和羧酸酯共聚单体单元的不饱和羧酸酯共聚单体可以为(甲基)丙烯酸烷酯，例如(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯，例如丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯。(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯可以在例如乙烯-(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯共聚物(EAA)的乙烯/不饱和羧酸酯共聚物中找到。在一些方面中，(C1-C8)烷基可以为(C1-C4)烷基、(C5-C8)烷基或(C2-C4)烷基。EAA基本上由乙烯衍生的单体单元和一种或多种不同类型的(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯衍生的共聚单体单元(例如丙烯酸乙酯和/或甲基丙烯酸乙酯共聚单体单元)组成。(C1-C8)烷基可以为甲基、乙基、1，1-二甲基乙基、丁基或2-乙基己基。(甲基)丙烯酸酯可以为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其组合。(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯可以为丙烯酸乙酯，并且EAA可以为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，或(甲基)丙烯酸(C1-C8)烷酯可以为甲基丙烯酸乙酯，并且EAA可以为乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物(EEMA)。EEA或EEMA的丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸乙酯共聚单体单元含量以EEA或EEMA二元共聚物的重量计分别可以独立地为5wt％到40wt％，或者20wt％到35wt％，或者25wt％到31wt％。
(AA)极性乙烯基聚合物的量可以为半导体复合材料的总重量的70wt％到98.9wt％，或者40wt％到94wt％，或者45wt％到60wt％。
成分(B)：超低可湿性碳黑(ULW-CB)。ULW-CB如前所描述。(B)ULW-CB可以为半导体复合材料的1.0wt％到39wt％，或者1.5wt％到29wt％，或者1.5wt％到20.5wt％，或者1.5wt％到19wt％，或者1.5wt％到16wt％，或者1.5wt％到11wt％，或者1.5wt％到6wt％。
在一些方面中，半导体复合材料还可以含有除(B)ULW-CB之外的碳黑。所述其它碳黑的实例为Printex XE2碳黑(德固赛)、Black Pearls 1000碳黑(卡博特公司)、Vulcan XC72碳黑(卡博特公司)、Ketjenblack EC600JD碳黑(阿克苏诺贝尔)、Vulcan P碳黑(卡博特公司)、United 120碳黑(卡博特公司)、Denka Black碳黑(电化株式会社)、Vulcan XC 500碳黑或乙炔黑AB 100％-01碳黑(Soltex)。在其它方面中，(B)ULW-CB不包括任何其它碳黑。
成分(C)：塑性体。(C)塑性体可以为组合例如类橡胶性质的弹性体和塑料的质量与塑料的处理能力的聚合物材料。在一些方面中，(C)塑性体还可以为(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)的实施例。(C)的实例为乙烯/α-烯烃共聚物、密度为0.905g/cm3并且熔融指数(I2)(ASTM D1238-04，190℃，2.16kg)为0.9克/10分钟的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，以DFNA-1477NT形式获自陶氏化学公司。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(C)。当存在时，(C)可以为半导体复合材料的0.01wt％到1.5wt％，或者0.05wt％到1.2wt％，或者0.1wt％到1.0wt％。
任选成分(D)抗氧化剂。(D)抗氧化剂起向半导体复合材料和/或过氧化物固化的半导体产品提供抗氧化性质的作用。合适(D)的实例为双(4-(1-甲基-1-苯乙基)苯基)胺(例如，NAUGARD 445)；2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(例如，VANOX MBPC)；2，2′-硫代双(2-叔丁基-5-甲基苯酚)(CAS编号90-66-4，商业化LOWINOX TBM-6)；2，2′-硫代双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)(CAS编号90-66-4，商业化LOWINOX TBP-6)；三[(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯基)甲基]-1，3，5-三嗪-2，4，6-三酮(例如，CYANOX1790)；季戊四醇四(3-(3，5-双(1，1-二甲基乙基)-4-羟苯基)丙酸酯(例如，IRGANOX1010，CAS编号6683-19-8)；3，5-双(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸2，2′-硫代二乙烷二基酯(例如，IRGANOX 1035，CAS编号41484-35-9)；和硫代二丙酸二硬脂基酯(“DSTDP”)。在一些方面中，(D)为双(4-(1-甲基-1-苯乙基)苯基)胺(例如，NAUGARD445，商购自美国康乃狄克州丹伯里(Danbury，Connecticut，U.S.A.)的Addivant)。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(D)。当存在时，(D)可以为半导体复合材料的0.01wt％到1.5wt％，或者0.05wt％到1.2wt％，或者0.1wt％到1.0wt％。
任选成分(E)：有机过氧化物。含有碳原子、氢原子和两个或更多个氧原子并且具有至少一个-O-O-基团的分子，前提是当存在超过一个-O-O-基团时，每一个-O-O-基团通过一个或多个碳原子间接键结到另一个-O-O-基团；或所述分子的集合。如果需要固化半导体复合材料，可以将(E)有机过氧化物添加到半导体复合材料中，固化尤其包含将包含成分(A)、(B)和(E)的半导体复合材料加热到或高于(E)有机过氧化物的分解温度。(E)有机过氧化物可以为式RO-O-O-RO单过氧化物，其中每一个RO独立地为(C1-C20)烷基或(C6-C20)芳基。每一个(C1-C20)烷基独立地未被取代或被1或2个(C6-C12)芳基取代。每一个(C6-C20)芳基未被取代或被1到4个(C1-C10)烷基取代。或者，(E)可以为式RO-O-O-R-O-O-RO二过氧化物，其中R为二价烃基，例如(C2-C10)亚烷基、(C3-C10)亚环烷基或亚苯基，并且每一个RO如上文所定义。(E)有机过氧化物可以为双(1，1-二甲基乙基)过氧化物；双(1，1-二甲基丙基)过氧化物；2，5-二甲基-2，5-双(1，1-二甲基乙基过氧基)己烷；2,5-二甲基-2，5-双(1，1-二甲基乙基过氧基)己炔；4,4-双(1，1-二甲基乙基过氧基)戊酸；丁酯；1，1-双(1，1-二甲基乙基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷；过氧化苯甲酰；过氧苯甲酸叔丁酯；二叔戊基过氧化物(“DTAP”)；双(α-叔丁基-过氧基异丙基)苯(“BIPB”)；异丙基异丙苯基叔丁基过氧化物；叔丁基异丙苯基过氧化物；二叔丁基过氧化物；2，5-双(叔丁基过氧基)-2，5-二甲基己烷；2，5-双(叔丁基过氧基)-2，5-二甲基己炔-3，1，1-双(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷；异丙基异丙苯基过氧化异丙苯；4，4-二(叔丁基过氧基)戊酸丁酯；或二(异丙基异丙苯基)过氧化物；或二异丙苯基过氧化物。(E)有机过氧化物可以为二异丙苯基过氧化物。在一些方面中，仅使用两个或更多个(E)有机过氧化物的掺合物，例如叔丁基异丙苯基过氧化物和双(叔丁基过氧基异丙基)苯的20：80(wt/wt)掺合物(例如LUPEROX D446B，商购自阿科玛(Arkema))。在一些方面中，至少一种、或者每一种(E)有机过氧化物含有一个-O-O-基团。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(E)。当存在时，(E)有机过氧化物可以为半导体复合材料的0.05wt％到3.0wt％，或者0.1wt％到3wt％，或者0.5wt％到2.5wt％。通常，当半导体复合材料进一步包含(D)抗氧化剂和(E)有机过氧化物时，(D)抗氧化剂与(E)有机过氧化物的重量/重量比小于2((D)/(E)(wt/wt)＜2)。
任选成分(F)阻焦剂。抑制过早固化的分子或所述分子的集合。阻焦剂的实例为受阻苯酚；半受阻苯酚；TEMPO；TEMPO衍生物；1，1-二苯基乙烯；2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯(还称为α-甲基苯乙烯二聚体或AMSD)；和US 6277925B1第2列第62行到第3列第46行中所描述的含烯丙基化合物。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(K)。当存在时，(K)阻焦剂可以为半导体复合材料的0.01wt％到1.5wt％，或者0.05wt％到1.2wt％，或者0.1wt％到1.0wt％。
任选成分(G)烯基官能性助剂。含有主结构或环子结构和一个、或者两个或更多个与其键结的丙烯基、丙烯酸酯基和/或乙烯基的分子，其中子结构由碳原子和任选氮原子构成；或所述分子的集合。(D)常规助剂可以不含硅原子。当(G)烯基官能性助剂可以为如通过限制(i)到(v)中的任一者所描述的丙烯基官能性常规助剂：(i)(G)为2-烯丙基苯基烯丙醚；4-异丙烯基-2，6-二甲基苯基烯丙醚；2，6-二甲基-4-烯丙基苯基烯丙醚；2-甲氧基-4-烯丙基苯基烯丙醚；2，2′-二烯丙基双酚A；O，O′-二烯丙基双酚A；或四甲基二烯丙基双酚A；(ii)(G)为2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯或1，3-二异丙烯基苯；(iii)(G)为异三聚氰酸三烯丙酯(“TAIC”)；三聚氰酸三烯丙酯(“TAC”)；偏苯三甲酸三烯丙酯(“TATM”)；N，N，N′，N′，N″，N″-六烯丙基-1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺(“HATATA”；还称为N2，N2，N4，N4，N6，N6-六烯丙基-1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺)；原甲酸三烯丙酯；季戊四醇三烯丙醚；柠檬酸三烯丙酯；或乌头酸三烯丙酯；(iv)(G)为(i)中的丙烯基官能性助剂中的任何两种的混合物。或者，(G)可以为选自以下的丙烯酸酯官能性常规助剂：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(“TMPTA”)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(“TMPTMA”)、乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异三聚氰酸酯三丙烯酸酯和丙氧基化甘油基三丙烯酸酯。或者，(G)可以为选自以下的乙烯基官能性常规助剂：具有至少50wt％1，2-乙烯基内容物的聚丁二烯，和三乙烯基环己烷(“TVCH”)。或者，(G)可以为US 5,346,961或US 4,018,852中所描述的常规助剂。或者，(G)可以为前述助剂的组合或任何两种或更多种。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(G)。当存在时，(G)助剂可以为半导体复合材料的0.01wt％到4.5wt％，或者0.05wt％到2wt％，或者0.1wt％到1wt％，或者0.2wt％到0.5wt％。
任选成分(H)成核剂。增强聚乙烯聚合物的结晶速率的有机或无机添加剂。(H)的实例为碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、超高分子量聚乙烯、邻苯二甲酸氢钾、苯甲酸化合物、苯甲酸钠化合物、双环[2.2.1]庚烷-2，3-二甲酸二钠、单甘油酸锌和1，2-环己烷二甲酸、钙盐：硬脂酸锌。在一些方面中，半导体复合材料和交联聚乙烯产品不含(H)。当存在时，(H)的浓度可以为半导体复合材料的0.01wt％到1.5wt％，或者0.05wt％到1.2wt％，或者0.1wt％到1.0wt％。
任选成分(I)加工助剂。(I)的实例为含氟弹性体和Viton FreeFl0w加工助剂，例如来自美国德拉瓦州威明顿的科慕公司(The Chemours Company，Wilmington，Delaware，USA)的Viton FreeFlow23。
任选成分(J)增量油。(J)的实例为矿物油、石蜡油和其组合。
任选成分(K)稳定剂。平均粒度为18纳米(nm)到22nm的微粒固体。(K)可以为疏水化气相二氧化硅，例如那些以商品名CAB-O-SIL商购自卡博特公司的疏水化气相二氧化硅。(K)可以为还可以具有阻燃作用的UV稳定剂。
半导体复合材料可以独立地基本上不由选自以下的一种或多种任选添加剂中的每一种组成、或者可以进一步由0.005wt％到0.5wt％选自以下的一种或多种任选添加剂中的每一种组成：载体树脂、腐蚀抑制剂(例如SnSO4)、润滑剂、抗结块剂、抗静电剂、助滑剂、塑化剂、增粘剂、表面活性剂、除酸剂、稳压剂和金属钝化剂。
任选添加剂可以用于向本发明的半导体复合材料和/或本发明的产品赋予一种或多种有益性质。在一些方面中，任选成分或添加剂中的任一种为之后用于实例中的成分或添加剂。
电导体器件：例如用于低压、中压、高压和特高压电力传输应用的涂布金属线、电缆或电力电缆。“线”意谓导电材料的单绞合线或细丝，例如导电金属，例如铜或铝，或单绞合线或光纤细丝。“电力电缆”包含设置于半导体层内的至少一根导线和可以称为绝缘层的覆盖件。电导体器件可以设计和构建成用于中压、高压或特高压应用。合适的缆线设计的实例示于US 5,246,783；US 6,496,629；和US 6,714,707中。
电导体器件可以从里到外含有导电芯、内半导体层和任选内绝缘层。电导体器件的任选绝缘方面可以含有外半导体层和外绝缘层。导电芯可以由一根或多根金属线构成。当导电芯“绞合”时，其含有两根或更多根可以细分成离散线束的金属线。无论是否成束，导电芯中的每一根导线可以单独地涂布有绝缘层，且/或离散束可以涂布有绝缘层。每一个绝缘层可以独立地为单层或多层覆盖件、涂层或护套。一个或多个绝缘层主要起保护或绝缘导电芯和一个或多个半导体层远离例如目光、水、热量、氧气的外部环境、保护或绝缘其它导电材料(例如以防止短路)和/或保护或绝缘腐蚀性物质(例如化学烟气)的作用。
从一个绝缘电导体器件覆盖到下一个绝缘电导体器件的单层或多层覆盖件可以取决于其各别预期用途而不同地布置。举例来说，在截面中可见，绝缘电导体器件的多层覆盖件可以从其最内层到其最外层依序布置有以下组件：(与导电芯物理接触的)内半导体层、包含交联聚乙烯产品(本发明的交联产物)的绝缘层、外半导体层、金属屏蔽件和保护性护套。层和护套为周向和同轴(纵向)连续的。金属屏蔽件(接地屏蔽件)为同轴连续的和周向连续(一层)或不连续(带或线)的。当存在时，外半导体层可以由可以从绝缘层剥离的过氧化物交联的半导体产品构成。
导电方法。本发明的导电方法可以使用电导体器件，或可以使用包括本发明的半导体复合材料或产品的不同电导体器件。
电导体器件可以用于数据传输应用和/或用于电力传输应用，包括低压、中压、高压和超高压应用。
本发明的半导体复合材料和产品可以用于各种其它应用，包括可以用于容器、车辆部件和电子设备包装中。
化合物包括其所有同位素和天然丰度以及富含同位素的形式。富集形式可以具有医学或防伪用途。
在一些方面中，本文中的任何化合物、组合物、调配物、材料、混合物或反应产物可以不含选自由以下组成的组的化学元素中的任一者：H、Li、Be、B、C、N、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、T1、Pb、Bi、类镧系元素和锕系元素；前提是所述化合物、组合物、调配物、材料、混合物或反应产物所需的化学元素(例如，聚乙烯所需的C和H或醇所需的C、H和O)不计数在内。
除非另外指示，否则以下适用。或者，在不同实施例之前。AEIC意谓美国亚拉巴马州伯明罕的爱迪生照明公司协会(Association of Edison Illuminating Companies，Birmingham，Alabama，USA)。ASTM意谓标准组织，美国宾夕法尼亚州西康舍霍肯的美国材料和试验协会(ASTM International，West Conshohocken，Pennsylvania，USA)。IEC意谓标准组织，瑞士日内瓦的国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，Geneva，Switzerland)。ISO意谓标准组织，瑞士日内瓦的国际标准化组织(IntemationalOrganization for Standardization)。任何比较实例仅用于说明目的并且不为现有技术。不含或缺乏意谓完全不存在；或者不可检测。ICEA意谓绝缘电缆工程师协会(InsulatedCable Engineers Association)和英国伦敦的IHS Markit颁布的标准。IUPAC为国际纯化学和应用化学联合会(Intemational Union of Pure and Applied Chemistry)(美国北卡罗来纳州三角研究园的IUPAC秘书处(IUPAC Secretariat，Research Triangle Park，North Carolina，USA))。可以赋予准许选择，而非命令式选择。可操作意谓功能上有能力或有效的。任选的(任选地)意谓不存在(或排除在外)，或者存在(或包括)。性质是使用标准测试法和用于测量的条件(例如粘度：23℃和101.3kPa)来测量。范围包括其中所含的端点、子范围和全部值和/或分数值，不包括分数值的整数的范围除外。室温：23℃±1℃。当提及化合物时，被取代意谓每个取代具有至多并且包括替代氢的一个或多个取代基。
半导体复合材料制备方法：通过以下制备基本上由67wt％(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基聚合物)和33wt％(B)ULW-CB组成的半导体复合材料实施例：使用C.W.Brabender预混合器在160℃下以50转/分钟(rpm)的混合速度熔融混合(A)和(B)20分钟，得到(A)和(B)的浓缩母料。当(A)为非极性乙烯基聚合物时，这些熔融混合条件为良好适用的。可以调节所述条件以确保例如非极性丙烯基聚合物的(A)的其它实施例的适当熔融混合，例如使用更高温度(例如，200℃)。(A)和(B)的浓缩母料可以与(AA)极性有机共聚物的熔体熔融混合，得到包含(A)、(AA)和(B)的半导体复合材料实施例。如果需要，将浓缩的母料或半导体复合材料实施例与额外的独立选择的(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)(其可以与浓缩母料的(A)相同或不同)熔融混合，得到(B)ULW-CB浓度＞0wt％到＜33wt％的半导体复合材料的其它实施例。
丸粒制备方法。将通过半导体复合材料制备方法制备的半导体复合材料配混到Brabender单螺杆挤压机的料斗中，并且在120℃下以25rpm的螺杆速度挤压半导体复合材料的熔体，得到作为熔融绞合线的半导体复合材料。当(A)为非极性乙烯基聚合物时，这些挤压和绞合条件为良好适用的。可以调节条件以确保例如非极性丙烯基聚合物的(A)的其它实施例的适当挤压和绞合，例如使用更高温度(例如，200℃)。将熔融绞合线进料到Brabender制粒机中，得到呈丸粒形式的第二本发明半导体复合材料。
浸泡方法。将50克(g)以丸粒制备方法制备的第二本发明半导体复合材料丸粒和0.865g(E)有机过氧化物添加到250毫升体积的氟化高密度聚乙烯(F-HDPE)瓶中。紧密地密封含有所述丸粒和(E)的瓶。使(E)有机过氧化物在70℃下浸泡到所述丸粒中8小时，在0、2、5、10、20和30分钟摇晃经密封瓶，得到作为有机过氧化物浸泡丸粒的第三本发明半导体复合材料。将有机过氧化物浸泡丸粒在23℃下储存于F-HDPE瓶中直到需要进行测试为止。
交联聚乙烯产品和压缩模制板制备方法1：制备交联聚乙烯产品的压缩模制板以用于耗散因数测试。将15g通过浸泡方法1制备的有机过氧化物浸泡丸粒夹在两个2毫米(mm)厚的聚(对苯二甲酸乙二酯)膜之间，得到夹层。将夹层放置到具有以下尺寸的模具中：180mm×190mm×0.5mm。将含有夹层的模具放置于热压机的上板与下板之间并且在120℃和0兆帕斯卡(MPa)的外加压力下模制10分钟，得到经预热模具。将模具保持在120℃下、在5MPa下0.5分钟，随后在120℃下、在10MPa下0.5分钟。使模具通气8次，随后将模具保持在180℃下、在10MPa压力下约13分钟以给予额外的固化，得到交联聚乙烯产物。在10分钟内在10MPa下将模具从180℃冷却到25℃，并且移除呈压缩模制板形式的交联聚乙烯产物。根据以下方法测试耗散因数。
压缩模制板制备方法：将原始材料样品(例如，(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)或(AA)极性有机聚合物)、(A)和(AA)组合或半导体复合材料放置于模具中，并且在Grenerd液压机中如下压制：将压机预热到150℃；随后在模具中无压加热样品3分钟，得到经加热样品；将经加热样品在0.689兆帕斯卡(MPa，100磅/平方英寸(psi))压力下压制3分钟，并且随后在17.2MPa(2500psi)压力下压制3分钟；淬灭模具并且将其保持在0.689MPa压力下在40℃下3分钟，得到样品的压缩模制板。
BET氮气表面积测试法：使用Micromeritics加速表面积和孔率仪器(ASAP2420)执行BET表面积分析。在分析之前在250℃下同时在真空下使样品排气。所述仪器采用给料样品的静态(体积)方法并且测量可以在液氮温度下以物理方式吸附(物理吸附)于固体上的气体的量。对于多点BET测量，在恒定温度下在预先选择的相对压力点处测量氮气吸收体积。相对压力为所施加的氮气压力与在-196℃的分析温度下的氮气的蒸气压力的比率。
密度测试法：根据ASTM D792-13《通过置换进行的塑料密度和比重(相对密度)的标准测试方法(Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (RelativeDensity)of Plastics by Displacement)》方法B(用于测试除水以外的液体例如液体2-丙醇中的固体塑料)进行测量：报告结果以克/立方厘米(g/cm3)为单位。
熔融指数(190℃，2.16千克(kg)，“I2”)测试法：对于非极性乙烯基聚合物，根据ASTM D1238-04《通过挤压求积仪进行的热塑料熔体流动速率的标准测试方法(StandardTest Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Platometer)》使用以前称为“条件E”并且还称为I2的190℃/2.16kg的条件进行测量。报告结果以所溶析克/10分钟(g/10min.)为单位。除非使用230℃代替190℃，否则复制非极性丙烯基聚合物。
吸湿量测试法：通过在真空烘箱中在100℃下干燥碳黑样品过夜来测量碳黑的吸湿量，测量经干燥碳黑样品的重量，将经干燥碳黑样品放置于具有良好控制的80％相对湿度(RH)和24℃温度的腔室内达24小时，得到含湿气碳黑样品，称重含湿气碳黑样品，并且使用以下等式以百万分的重量份为单位计算吸湿量：吸湿量＝(含湿气CB样品的重量-经干燥CB样品的重量)除以经干燥CB样品的重量。
吸油值(OAN)测试法：使用ASTM D2414-04，利用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)进行的程序A。
相形态测试法：使用扫描电子显微镜法(SEM)表征半导体复合材料的相形态。为准备分析，首先使用剃刀片切开通过压缩模制板制备方法制备的压缩模制板样品以暴露其内部。在-80℃下在Leica Ultracut EM FC7冷冻超薄切片机中抛光经暴露内部。在FEI NovaNanoSEM 630电子显微镜中采集电子显微照片，所述电子显微镜配备有以10千伏(kV)操作的锆化钨场发射电子源、Everhart-Thornley二次电子检测器和低压高对比度回散射电子检测器。
流变学测试法：粘度对角频率。用ARES振荡剪切流变仪进行动态振荡剪切流变以用于分析粘弹性行为。对于线性粘弹性区域内的应变，用平行板几何结构(板直径25mm)使用针对0.1到100弧度/秒(rad/s)角频率扫描在0.25％应变下的频率进行振荡剪切测量。在160℃下执行测量。报告结果以帕斯卡-秒(Pa-s)为单位。
表面能测试法：使用Owens-Wendt方程从三个液体接触角在23℃下进行测量。通过压缩模制板制备方法(先前所描述)制造(A)非极性聚烯烃聚合物(例如，非极性乙烯基或丙烯基聚合物)样品板。使用OWENS-WENDT方法基于液体接触角计算样品的表面能。使用人工基线在亮度＝100、对比度＝80和框率＝50下在KRUSS DSA100液滴形状分析仪(测角计)上通过座滴法(sessile drop)测量接触角。三种液体为水、甲酰胺和二碘甲烷并且为具有0.5毫米(mm)不锈钢/聚合物针头的塔状装置所使用。使用椭圆(切线1)方法拟合接触角。对于每一种液体，分析至少6个液滴，并且报告结果的平均值。使用平均值以通过OWENS-WENDT方法计算表面能。
热循环测试法：在铜模具(放置于液压机内)中在180℃下无压加热半导体复合材料样品3分钟，随后在0.689MPa(100psi)的压力下加热3分钟，并且在17.2MPa(2500psi)的压力下加热3分钟。接着在0.689MPa(100psi)的压力下将样品淬灭到40℃。重复此热循环两次，得到热循环样品。
体积电阻率测试法：使用具有2点探针的Keithley2700Integra系列数字万用表测量具有低电阻率(＜108Ohm-cm(Ω·em))的两种相同材料样品的电阻率。涂覆银漆(导电银编号4817N)以将样品与电极之间的接触电阻降到最低，其中样品为样品厚度为1.905mm到1.203mm(75密耳到80密耳)、长度为101.6mm并且宽度为50.8mm的通过压缩模制板制备方法制备的压缩模制板。使用与使用圆盘样品的型号8009电阻率测试腔室耦合的KeithleyModel6517B静电计测量具有高电阻率(＞108Ω·em)的样品的电阻率，其中样品为制备为厚度为1.905mm到1.203mm(75密耳到80密耳)并且直径为63.5mm的通过压缩模塑板制备方法制备的压缩模制板样品的圆盘。
可湿性测试法：使用利用都来自美国宾夕法尼亚州阿伦敦(Allentown，Pennsylvania，USA)的Surface Measurement Systems公司的IGC表面能分析仪仪器和SEA分析软件进行的反气相色谱(IGC)法。材料的总表面能(γ(总))为两种组分的总和，即分散组分(γ(分散))和极性成分(γ(极性))：γ(总)＝γ(极地)+γ(分散)。用以下四种烷烃气体探针测量γ(分散)组分：癸烷、壬烷、辛烷和庚烷，并且用Dorris和Gray法测量γ(分散)(见下文)。用以下两种极性气体探针测量γ(极性)组分：乙酸乙酯和二氯甲烷，并且基于van Oss方法用Della Volpe量表(D.J.Burnett等人，《AAPS医药学科学技术(AAPSPharmSciTech)》，2010，13，1511-1517；G.M.Dorris等人《胶体与介面科学期刊(J.ColloidInterface Sci.)》1980，23，45-60；C.Della Volpe等人，《胶体与介面科学期刊》，1997，195，121-136)分析γ(极性)。将约10到20毫克(mg)量的纯碳黑测试样品装入单独的硅烷化玻璃柱(300mm长×4mm内径)中。将碳黑填充柱在100℃和0％相对湿度下用氦载气预处理2小时以使样品归一化。用10标准立方厘米/分钟(sccm)的总氦气流速执行测量，并且使用甲烷以用于怠体积校正。在100℃和0％相对湿度下测量组分。测量碳黑的表面能作为表面覆盖率的函数，n/nm，其中n为气体探针的吸附量，nm为碳黑的单层容量。作为表面覆盖率的函数的表面能的分布揭露碳黑表面的不均匀性。
实例
来自卡博特公司的Vulcan XC 500炉碳黑。通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为65m2/g；通过ASTM D2414-04所测量，OAN为148mL/100g；并且通过吸湿量测试法所测量，吸湿量为10,000ppm；并且表面可湿性概况的特征在于：在0.02表面覆盖率下的可湿性＝0.0115，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性＝0.0101，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性＝0.0099，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性＝0.0111，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性＝0.0117。
来自Soltex的乙炔黑AB100％-01碳黑。通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为77m2/g；通过ASTM D2414-04所测量，OAN为187到202mL/100g；通过吸湿量测试法所测量，吸湿量为3,000ppm；并且表面可湿性概况的特征在于：在0.02表面覆盖率下的可湿性＝0.0101，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性＝0.0108，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性＝0.0111，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性＝0.0112，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性＝0.0113。
成分(A1)：作为非极性乙烯基聚合物的(A)非极性聚合物，其为密度为0.918克/立方厘米(g/cm3)并且熔融指数(I2)(ASTM D1238-04，190℃，2.16kg)为8.0克/10分钟(g/10min.)的低密度聚乙烯(LDPE)。以产品DOWTM LDPE722获自美国密西根州密德兰(Midland，Michigan，USA)的陶氏化学公司。
成分(AA1)：乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物，其乙酸乙烯酯共聚单体单元含量为28wt％。以产品ELVAX 260获自美国德拉瓦州威明顿的杜邦(DuPont)。
成分(B1)：(B)ULW-CB，其为来自卡博特公司的LITX 50导电添加剂。通过BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为56m2/g；通过ASTM D2414-04所测量，OAN为125到145mL/100g；通过吸湿量测试法所测量，吸湿量为520ppm；并且表面可湿性概况的特征在于：在0.02表面覆盖率下的可湿性＝0.0014，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性＝0.0039，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性＝0.0051，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性＝0.0061，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性＝0.0069。
本发明实例1(IE1)：使用成分(A1)DOW LDPE 722、成分(AA1)ELVAX 260和成分(B1)LITX 50碳黑制备的具有45wt％(A)、45wt％(AA)和10wt％(B)的本发明半导体复合材料。(A1)/(AA1)的重量/重量比为50/50。根据半导体复合材料制备方法通过熔融混合制备200g(A1)LDPE和100g(B1)碳黑的母料。压制LITX50/LDPE722(33wt％/67wt％)的混合母料以在0.689兆帕斯卡(MPa，100磅/平方英寸(psi))的压力和室温下在液压机中形成板。将所述板切成更小片以用于进一步使用。在160℃下将22.5g混合母料、18.75g(A1)LDPE的纯丸粒和33.75g(AA1)ELVAX 260添加到第二预备混合器中，并且在50次循环/分钟的电动机转速情况下混合10分钟，得到IE1的半导体复合材料。在室温下在Grenerg液压机中压制所述材料以预先形成板。在另一个液压机中压制所得板，并且在150℃下无压加热3分钟，随后在0.689MPa(100psi)下压制经加热样品3分钟，随后在17.2MPa(2500psi)压力下压制3分钟；淬灭模具并且将其保持在0.689MPa压力下在40℃下3分钟，得到厚度为1.905mm(75密耳)的样品的压缩模制板1，以得到IE1的半导体复合材料。根据体积电阻率测试法测量板1的电阻率。
本发明实例2到4(IE2到IE4)：具有等于50/50的(A1)/(AA1)的重量/重量比和7wt％、5wt％或2wt％(B1)LITX 50碳黑的本发明半导体复合材料。复制IE1的程序，不同之处在于使用不同比例的混合母料、(A1)LDPE的纯丸粒、(AA1)ELVAX 260和(B1)LITX 50碳黑，得到IE2到IE4的半导体复合材料。
本发明实例5(IE5)：使用成分(A1)DOW LDPE 722、成分(AA1)ELVAX 260和成分(B1)LITX 50碳黑制备的具有41.9wt％(A)、51.1wt％(AA)和7.0wt％(B)的本发明半导体复合材料。(A1)/(AA1)的重量/重量比为45/55。复制IE1的程序，不同之处在于使用15.75g混合母料、18.0g(A1)LDPE的纯丸粒和41.25g(AA1)ELVAX260，得到IE5的半导体复合材料。
本发明实例6(IE6)：具有等于45/55的(A1)/(AA1)的重量/重量比和5wt％(B1)LITX 50碳黑的本发明半导体复合材料。复制IE5的程序，不同之处在于使用不同比例的混合母料、(A1)LDPE的纯丸粒、(AA1)ELVAX 260和(B1)LITX 50碳黑，得到IE6的半导体复合材料。
本发明实例7和8(IE7和IE8)：具有等于40/60的(A1)/(AA1)的重量/重量比和7wt％或5wt％(B1)LITX 50碳黑的本发明半导体复合材料。复制IE5的程序，不同之处在于使用不同比例的混合母料、(A1)LDPE的纯丸粒、(AA1)ELVAX 260和(B1)LITX 50碳黑，分别得到IE7或IE8的半导体复合材料。
比较实例1和2(CE1和CE2)：使用成分(A1)DOW LDPE 722、(AA1)ELVAX 260和Vulcan XC 500炉碳黑制备的比较复合材料。复制本发明实例1和3的程序，不同之处在于使用Vulcan XC 500炉碳黑代替(B1)LITX 50碳黑，分别得到CE1和CE2的比较复合材料。
比较实例3和4(CE3和CE4)：使用成分(A1)DOW LDPE 722、(AA1)ELVAX 260和乙炔黑AB 100％-01碳黑制备的比较复合材料。复制本发明实例1和3的程序，不同之处在于使用乙炔黑AB 100％-01碳黑代替(B1)LITX 50碳黑，分别得到CE3和CE4的比较复合材料。
表1：比较复合材料CE1到CE4和测试结果。(“0”意谓0.00，N/m意谓未测量)
成分(wt％) CE1 CE2 CE3 CE4
LDPE(A1) 45 47.5 45 47.5
EVA(AA1) 45 47.5 45 47.5
VulcanXC 500CB 10.0 5.0 0 0
AB 100％-01CB 0 0 10.0 5.0
实例总计 100.0 100.0 100.0 100.0
Log(体积电阻率)(无热循环)log(Ohm-cm) 14.4 14.7 14.5 14.8
复合材料中的CB的总BETN2表面积(m<sup>2</sup>/g) 6.5 3.3 7.7 3.9
如表1中的数据所示，在复合材料中的碳黑的总BET N2表面积的给定范围内CE1到CE4具有高电阻率，这对于电力电缆的半导体层为不期望的。log(体积电阻率)值在5.0到10.0m2/g复合材料中的碳黑的总BET N2表面积下为＞10Log(Ohm-cm)；在2.0到5.0m2/g复合材料中的碳黑的总BET N2表面积下为＞12Log(Ohm-cm)，；在0.5到2.0m2/g复合材料中的碳黑的总BET N 2表面积下为＞15Log(Ohm-cm)。比较材料CE1到CE4含有在各种负载量下的现有导电碳黑以显示负载量-传导率关系。结果显示，小于100,000Ohm-cm(小于5Log(Ohm-cm))的体积电阻率需要超过20wt％这些现有碳黑的负载量。所述高负载量使熔融加工和挤压/绞合材料变得困难，并且在操作使用含有其的电力电缆期间导致不期望的吸湿量。
表2：半导体复合材料IE1到IE8和测试结果。(“0”意谓0.00，N/m意谓未测量)
Figure BDA0002684604640000311
如表2中的数据所示，在复合物中的碳黑的总BET N2表面积的给定范围内IE1到IE8具有低电阻率，这对于半导体层为期望的：log(体积电阻率)值在5.0到10.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤10Log(Ohm-cm)；在2.0到5.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤12Log(Ohm-cm)；在0.5到2.0m2/g复合物中的碳黑的总BET N2表面积下为≤15Log(Ohm-cm)。本发明实例清楚地显示，可以在相同ULW-CB负载量下实现更大的传导率(更低的体积电阻率)。在少于20wt％ULW-CB的情况下，实现小于100,000Ohm-cm(小于5Log(Ohm-cm))的体积电阻率。这提供导电性和碳黑负载量的改善的平衡。

Claims (15)

1.一种半导体复合材料，其包含(A)第一相中的非极性聚烯烃聚合物；(AA)第二相中的极性乙烯基共聚物，其至少部分不混溶于所述第一相中；和导电有效量的(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)，通过布厄特(Brunauer-Emmett-Teller，BET)氮气表面积测试法所测量，其BET氮气表面积为35到190平方米/克(m2/g)；并且通过吸油值测试法所测量，吸油值(OAN)为115到180毫升油/100克(mL/100g)。
2.根据权利要求1所述的半导体复合材料，其中所述(B)ULW-CB的特征在于限制(i)到(iii)中的任一个：(i)通过所述BET氮气表面积测试法所测量，所述(B)ULW-CB的BET氮气表面积为40到63m2/g；并且通过所述吸油值测试法所测量，OAN为120到150mL/100g；(ii)通过所述BET氮气表面积测试法所测量，所述(B)ULW-CB的BET氮气表面积为120到180m2/g；并且通过所述吸油值测试法所测量，OAN为150到175mL/100g；和(iii)所述(B)ULW-CB为具有(i)和(ii)的ULW-CB掺合物。
3.一种半导体复合材料，其包含(A)第一相中的非极性聚烯烃聚合物；(AA)第二相中的极性乙烯基共聚物，其至少部分不混溶于所述第一相中；和导电有效量的(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)，其具有特征在于以下的表面可湿性概况：根据可湿性测试法通过反气相色谱法(IGC)所测量，在0.02表面覆盖率下的可湿性为≤0.0101，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性为≤0.0101，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性为≤0.0099，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性为≤0.0111，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性为≤0.0113。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体复合材料，其中所述(B)ULW-CB的特征在于限制(i)到(vii)中的任一个：(i)通过所述BET氮气表面积测试法所测量，BET氮气表面积为40到180m2/g；(ii)通过吸湿量测试法所测量，吸水量为400到2400百万分率(ppm，重量)；(iii)特征在于以下的表面可湿性概况：根据所述可湿性测试法通过IGC所测量，在0.02表面覆盖率下的可湿性为≤0.0058，并且在0.04表面覆盖率下的可湿性为≤0.0070，并且在0.06表面覆盖率下的可湿性为≤0.0075，并且在0.08表面覆盖率下的可湿性为≤0.0086，并且在0.10表面覆盖率下的可湿性为≤0.0091；(iv)(i)和(ii)两者；(v)(i)和(iii)两者；(vi)(ii)和(iii)两者；(vii)(i)、(ii)和(iii)的组合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体复合材料，其不含除所述超低可湿性碳黑以外的任何碳黑。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体复合材料，其特征在于限制(i)到(v)中的任一个：(i)以所述半导体复合材料的总重量计，包含61.0wt％到99.0wt％所述(A)非极性聚烯烃聚合物和所述(AA)极性乙烯基聚合物的组合；和39.0wt％到1.0wt％所述(B)ULW-CB；其中以(A)和(AA)的组合重量计，所述(A)和(AA)的组合具有5wt％到95wt％(A)和95wt％到5wt％(AA)；(ii)所述(A)非极性聚烯烃聚合物为非极性乙烯基聚合物；(iii)(i)和(ii)两者；(iv)所述(A)非极性聚烯烃聚合物为非极性丙烯基聚合物；和(v)(i)和(iv)两者。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体复合材料，其进一步包含选自以下的至少一种添加剂：(c)塑性体；(D)抗氧化剂；(E)有机过氧化物；(F)阻焦剂；(G)烯基官能性助剂；(H)成核剂；(I)加工助剂；(J)增量油；(K)稳定剂(例如，抑制紫外(UV)光相关降解的化合物)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体复合材料，其特征在于通过体积电阻率测试法所测量，在10.0wt％导电有效量下的log(体积电阻率)为＜3.0log(欧姆-厘米(Ohm-cm))，或在7wt％导电有效量下为＜4.0log(Ohm-cm)，或在5wt％导电有效量下为＜10.0log(Ohm-cm)，或在2.0wt％导电有效量下为＜15.5log(Ohm-cm)，其中所述(B)ULW-CB的导电有效量是以所述半导体复合材料的总重量计。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导性复合材料，其特征在于以下log(体积电阻率)：在5.0到10.0m2/g的复合材料中碳黑的总BET N2表面积下≤10Log(Ohm-cm)；或在2.0到5.0m2/g的复合材料中碳黑的总BET N2表面积下≤12Log(Ohm-cm)；或在0.5到2.0m2/g的复合材料中碳黑的总BET N2表面积下≤15Log(Ohm-cm)。
10.一种制造根据权利要求1至9中任一项所述的半导体复合材料的方法，所述方法包含将所述(B)超低可湿性碳黑(ULW-CB)混合到所述(A)非极性聚烯烃聚合物和(AA)极性乙烯基共聚物的熔体中，得到作为包含成分(A)、(AA)和(B)的熔融掺合物的所述半导体复合材料。
11.一种交联聚乙烯产品，其为固化根据权利要求1至9中任一项所述的半导体复合材料的产物。
12.一种制品，其包含成型形式的根据权利要求1至9中任一项所述的或通过根据权利要求10所述的方法制成的半导体复合材料，或根据权利要求11所述的交联聚乙烯产品。
13.一种电导体器件，其包含导电芯和至少部分地覆盖所述导电芯的半导体层，其中所述半导体层中的至少一部分包含根据权利要求1至9中任一项所述的或通过根据权利要求10所述的方法制成的半导体复合材料，或根据权利要求11所述的交联聚乙烯产品。
14.一种导电方法，所述方法包含在根据权利要求13所述的电导体器件的导电芯上施加电压以便产生通过所述导电芯的电流。
15.一种热循环半导体复合材料，其通过使根据权利要求1至9中任一项所述的半导体复合材料经受热循环来制成，所述热循环包含将所述半导体复合材料加热到170℃到190℃达1到5分钟，并且随后冷却到30℃，得到冷却的热循环半导体复合材料。
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