DE1805353A1

DE1805353A1 - Halbleitendes Material und damit abgeschirmte und isolierte elektrische Leiter

Info

Publication number: DE1805353A1
Application number: DE19681805353
Authority: DE
Inventors: Forster Eric O
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1967-10-27
Filing date: 1968-10-26
Publication date: 1969-06-26
Also published as: FR1590238A; BE722893A; NL6815380A; GB1246829A

Description

Köln, den 25. Oktober 1968 Eg/Mg

Esso Research and Engineering Company, Linden, N.J. ojpp6,

U.S.A.

Halbleitendes Material und damit abgeschirmte und isolierte

elektrische Leiter

Die Erfindung betrifft halbleitende Werkstoffe, die sich als Hochspannungsisolatoren eignen und ein Polymeres, das eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens 2,ο hat, und ein elektrisch leitendes Metall oder eine elektrisch leitende Legierung als Füllstoff enthalten, der eine Teilchengröße im Bereich von etwa o,o5 bis 5o U hat, wobei die Teilchen eine lineare Größenverteilung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 1 bis 2o u haben.

Elastomere, wie Butylkautschuk, Äthylen-Propylen-Copolymere, Äthylen-Propylen-Terpolymere (EPDM) und Styrol-Butadien-Kautschük (SBR) werden als Drahtisolierung und allgemein als elektrische Isolatoren auf Grund ihrer Unfähigkeit verwendet, elektrischen Strom zu leiten. Bei vielen Anwendungen, bei denen hohe elektrische Belastungen von !5 Io kV oder mehr auftreten, wird es schwierig wenn nicht unmöglich, Kabel ohne Steigerung des Durchschlags an der Spleißstelle zu verbinden.

.-: Wenn ein Hochspannungsstrom durch einen Leiter fließt, wird ein Feld in der Isolierung, die den Leiter umgibt, aufgebaut. Um einen zweiten Leiter mit dem ersten Leiter zu verbinden, ist es notwendig, einen Teil der Isolierung

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zu entfernen» Eine erneute Isolierung des blank gemachten Drahts mit einer Isolierung des gleichen Typs ist unbefriedigend, da die Ungleichmäßigkeit oder Unterbrechung zwischen den Isolierungen einen Zusammenbruch des Feldes und Bogenbildung über die isolierte Spleißstelle zur Folge hat« Ebenso ist es an Endpunkten oder Klemmen, wo die Isolierung des Kabels für Kontaktzwecke entfernt worden ist, notwendig, die Klemme und das Kabelende gegen Koronaentladungen zur Erde zu schützen. Die meisten Isoliermaterialien sind bei den üblicher- * weise verwendeten Dicken unzureichend in Bezug auf die Verhinderung dieser Entladung und des Durchschlags. Theoretisch läßt sich voraussagen, daß man diese Schwierigkeiten vermeiden könnte, wenn man ein Material herstellen könnte, dessen elektrische Leitfähigkeit eine Funktion der aufgebrachten Belastung ist, vorausgesetzt, daß diese Abhängigkeit reversibel sein würde.

Hochspannungsleiter werden gewöhnlich mit vernetztest Polyäthylen isoliert. Dieser Werkstoff hat jedoch den Nachteil, daß er zur Blasenbildung während der Vernetzung und somit zum Durchschlag bei hohen Spannungen neigt. Eine weitere Wärmebildung innerhalb des Polymeren als Folge des Hoch-Spannungsfeldes, das den Leiter umgibt, verursacht einen thermischen Abbau. Wenn das Beschleunigungspotential, d.h. der Spannungsabfall durch den Isolator verringert werden könnte, könnten Bogenbildung und Durchschlag im wesentlichen ausgeschaltet werden.

Halbleitende Bänder sind durch Zumischung von Siliciumcarbid zu Polyvinylchloriden hergestellt worden. Diese Bänder erwiesen sich als brauchbar zur Vermeidung von Durchschlägen an Spleißstellen in Hochspannungsleitungen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Halbleiter, die als Isoliermaterialien für Spleißeteilen in Hoohspannungsleitungen verwendet werden können, durch Dispergieren

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von Teilchen eines Metalls und einer magnetischen oder unmagnetischen Legierung in einem Polymeren, das vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens 2,0 hat, hergestellt werden könneno Ferner kann durch Einstellung der Konzentration der Teilchen in Abhängigkeit von der Dicke des Isolators ein Isoliermaterial hergestellt werden, das ««m« eingestellte elektrische Eigenschaften hat, die frei hohen Spannungen nicht verloren gehen.

Gemäß der Erfindung werden Metall- oder Legierungsteilchen in einem Polymeren, vorzugsweise einem Elastomeren dispergiert und mit verschiedenen Härtemitteln und Bindemitteln zu einer Mischung verarbeitet. Die Mischung wird dann um einen elektrischen Leiter stranggepresst und an Ort und Stelle gehärtet oder vernetzt.

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung können zu Bändern zum Bewickeln von Spleißstellen geformt werden« Ebenso können durch Wärmeeinwirkung schrumpfbare Rohre und Schläuche hergestellt werden, die über die. Spleißstellen geschoben und auf die Spleißstelle aufgeschrumpft werden.

Der hier gebrauchte Ausdruck "elektrisch leitfähige Metalle" bezeichnet Werkstoffe, die einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 10" und etwa 10 Ohm/cm haben» Typisch für solche elektrisch leitenden Metalle sind Magnesium, die Metalle der Gruppe YIII des Periodischen Systems (E.H. Sargent & Co., 1966), z.B. Eisen, Kobalt, Nickel und Platin, die Metalle der Gruppe I-B des Periodischen Systems, z.B, Silber, Gold und Kupfer, oder die Metalle der Gruppe H-B des Periodischen Systems, z.B. Zink und Aluminium. Repräsentativ für die magnetischen Werkstoffe, die sich für die Zwecke der Erfindung eignen, sind Legierungen, wie Pe-Ni, Co-Ni, Cu₂MnAl und Cu₂MnSn. Beispiele geeigneter nichtmagnetischer Werkstoffe sind Legierungen, wie Cu-Sn, Cu-Zn und Al-Mg,

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Der hier gebrauchte Ausdruck "Halbleiter" ist ein Werkstoff } dessen Leitfähigkeit eine nicht-lineare Funktion der aufgebrachten Belastung, ζ·Β· des Spannungspotentials, ist, und der einen spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm/cm hat» Metalle pflegen mit steigender {Temperatur einen steigenden spezifischen Widerstand zu haben, während bei den Halbleitern der spezifische Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt.

Bei niedrigen Spannungsbelastungen wirken die Halbleiter als Isolatoren und leiten keinen Strom* Mit steigender Spannung bis zu einer Größenordnung von 10 bis 100 kY beginnen die Halbleiter elektrisch leitend zu werden, wobei Leitfähigkeit eine Punktion der aufgebrachten Belastung ist und mit steigender Belastung steigt.

Beliebige Polymere, mit denen elektrische Leiter leicht

. , , oder umhüllt . . , ... ,. _, , umspritzt/werden können, eignen sich für die. Zwecke eier Erfindung. Das Polymere hat vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 2,0. Beispiele solcher Polymerisate sind Polyäthylen, Butylkautschuk, Äthylen«Propylen-Öopolymere, Ithylen-Propylen-Terpolymere (EPDM)₈ Styrol-Butadien-Kautsohuk, Polyvinylchlorid und Gemische dieser Polymeren»

Der hier gebrauchte Ausdruck "Butylkautschuk¹⁸ bezeichnet · Copolymere, die aus einem Polymerisationsreaktionsgemiseh Hergestellt werden, das etwa 70 bis 99,5 Gew.-$ eines Isoolefins mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen und 30 bis 0,5 Gew.-^ eines mehrfach ungesättigten konjugierten Olefins mit etwa 4 bis 14 Kohlenstoffatomen enthält. Das erhaltene Copolymere enthält 85 bis 99,5$ gebundenes Isoolefin und 0,5 bis 15$ gebundenes mehrfach ungesättigtes Olefin· Der Ausdruck "Butylkautschuk" ist in einem Artikel von R.M. Thomas und Mitarbeitern in Industrial Engineering and Chemistry, Band 32, Seite 1283 ff., Oktober 194O₁, definiert·

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Butylkautschuk hat im allgemeinen ein Molekulargewicht naoh Staudinger zwischen 2O₀OOO und 500*000, vorzugsweise zwischen etwa 25.000 und 200.000, insbesondere zwischen 45 β 000 und 60.000, und eine Jodzahl nach Wijgr von etwa 0,5 bis 50, vorzugsweise von 1 bis 15» Die Herstellung von Butylkautschuk wird in der U*S«A.-Patentschrift

2 356 128 beschrieben.

Typisch für einen solchen Butylkautschuk ist das Produkt der Handelsbezeichnung "Enjay Butyl 035" (Hersteller Enjay Chemical Co.), ein Polymerisat, das eine Mooney-Viskosüät von etwa 38 bis 47 bei 100⁰G hat und etwa 0,6 bis 1,0 Mol~# ungesättigte Stellen enthält.

Der Ausdruck "EPDM" wird im Sinne der Definition in ASTM-D-I418-64 gebraucht und bezeichnet ein Terpolymeres, das Äthylen und Propylen in der Hauptkette und ein Dien in der Seitenkette enthält, Verfahren zur Herstellung dieser Terpolymeren werden in der U.S.A.-Patentschrift

3 280 082 und in der britischen Patentschrift 1 030 989 beschrieben. Beliebige EPDM-Terpolymere können für die Zwecke der Erfindung verwendet werden.

Als monomeres Dien wird vorzugsweise ein unkonjugiertes Dien verwendet. Beispiele solcher unkonjugierten monomeren Diene, die im Terpolymeren (EPDM) verwendet werden können, sind Hexadien, Dicyclopentadien, Äthylidennorbor- nen_t Methylennorbornen, Propylidennorbornen und Methyltetrahydroinden. Das jeweils verwendete Dien bildet keinen entscheidend wichtigen Teil der Erfindung, vielmehr kann jedes EPDM verwendet werden, das unter die vorstehende Beschreibung passt. Ein typisches EPDM ist das Produkt der Handelsbezeichnung "Tistalon 4504" (Enjay Chemical Co«), ein Polymeres, das eine Moonsy-Viskosität von etwa 40 "bei 100⁰C hat und aus einem Monomerengemisch hergestellt wird, das etwa 56 Gew»-# Ithylen und etwa 3,3 5ew.-# eines un~ konjugierten Diens enthält«

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Die elektrisch leitenden Metallteilohen und ferromagnetischen Teilchen, die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden, sollten eine solche G-rÖße haben, daß sie ein 425 Mesh-Sieb, d.iu ein Sieb einer Maschenweite von weniger als 50 ix, vorzugsweise ein 500 Mesh-Sieb, d.h.. ein Sieb einer Maschenweite von weniger als 45 ju, passieren. Die Teilchengröße kann zwischen etwa 0,05 und etwa 50 ai, vorzugsweise zwischen et\va 0_?05 und 45 M, insbesondere zwischen etwa 0,05 und 3Ou variieren. Die mittlere Teilchengröße beträgt vorzugsweise 1 bis 30 ja_t insbesondere etwa 10 bis 20/i. Zur Erzielung guter Ergebnisse in Bezug auf Dehnung, Zugfestigkeit und elektrische Eigenschaften ist ea zweckmäßig, ein Pulver mit breiter, aber gleichmäßiger Teilchengrößenverteilung zu. verwenden» Dies kann erreicht werden durch absichtliches Mischen von Pulvern₉ die durch Mahlen- von Teilchen hergestellt worden sind, und Sieben durch ein 500 Mesh-Sieb (Maschenweite unter 50 n) und Zuraisohung einer Fraktion eines kolloidal hergestellten Pulverf (dohe etwa 0,05 ά) aus dem gleichen Material zu dem Pulvergeraische Terfahren zur Herstellung von Metallpulvern aus Teilchen von kolloidaler Größe sind bekannte

Durch Wahl des Verhältnisses der beiden Fraktionen kann man entweder maxiaaLe elektrische oder maximale mechanische Eigenschaften oder einen Kompromiss, der den jeweils in Präge kommenden Erfordernissen angepasst ist, erhalten. Die Konzentration der Pulver aus elektrisch leitendem Metall in der Polymermasse kann etwa 20 bis 90 Gew.-?£, vorzugsweise etwa 40 bis 80 Gew»-$, insbesondere 50 bis 70 Gew_e-# betragen.

Die hier gebrauchten Ausdrücke "Füllstoff* ader "gefüllt" dienen zur Bezeichnung der elektrisch leitenden Teilchen aus Metall and magnetischen oder onmagnetisehen Legierungen, die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden.

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In der Praxis der Erfindung erwies es sich als vorteilhaft, ein Kupplungsmittel zu verwenden, das dazu dient, die Bindung zwischen den Metallteilchen und der" Polymermasse zu verbessern. Als Kupplungsmittel wird vorzugsweise ein ungesättigtes Organosilan verwendet, das in Mengen von etwa 0,1 bis 5» vorzugsweise von etwa 1 bis 4 Gew.-Teilen pro 100 Teile Polymermischung verwendet wird. Die Metallteilchen können mit dem Organosilan behandelt werden, anstatt das Organosilan der Polymermischnng zuzusetzen, jedoch erwies sich die letztgenannte Methode als bequemer.

Der hier gebrauchte Ausdruck "Organosilan" umfaßt das Silan, seine- Silanole (die entsprechenden teilweise oder vollständig hydrolysierten Formen des Silane), seine Siloxane (die entsprechenden Kondensationsprodukte der Silanole) und Gemische dieser Verbindungen. Das Organosilan kann durch die Formel

R₂ " t R.- Si-X

¹ I

R₃

dargestellt werden, in der R.. ein Ο,,-Ο.. g-Rest ist, der einen ungesättigten/vom Tiinyltyp enthält, nämlich Alkenylstyryl, Alkenylalkyl und Alkenoloxalkyl, X eine Hydroxylgruppe oder ein Alkoxyacyloxyrest ist und R₂ und R, unabhängig voneinander für eine Hydroxylgruppe, einen Methylrest, einen Alkoxyrest, einen Acryloxyrest oder für R,. stehen. Für die Zwecke der Erfindung eignen sich beispielsweise Vinyltri(ß-methoxy-äthoxy)-silan, Vinyltriäthoxysilan, Divinyldiäthoxysilan und Allyltriacetoxysilan. An Stelle der vorstehend genannten Verbindungen, die Vinyl- und Allylgruppen enthalten, können die entsprechenden Styryl-, Aorylalkyl-, Methaorylalkyl-, Aoryloxypropyl- und Methacryloxypropylverbindungen verwendet

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werden. Alle Silane können durch teilweise oder vollständige Hydrolyse mit Wasser in die entsprechenden brauohbaren Silanole umgewandelt werden* Bevorzugt als Organosilane werden y-Methaoryloxypropyltrimethoxysilan und Vinyltri-ß-methoxyäthoxysilan.

Beispiel 1

Eine Reihe von Gemischen, die nachstehend als Proben A-P bezeichnet werden, wurde unter Verwendung des EPDM "Vistalon 4504" und des Butylkautschuk^ "Enjay Butyl 035" als Polymere hergestellt» Als Metallpulver oder ferromagnetische Pulver wurden Eisenpulver, Eisenoxydpulver und Aluminiumpulver verwendet. Die genaue Zusammensetzung dieser Gemische ist in Tabelle I angegeben.

Zur Herstellung dieser Gemische wurde das Polymere auf einem kalten (unter 54⁰C) Walzenmischer geknetet, bis die Mischung als geschlossenes Pell umlief. Das Metallpulver oder magnetische Material wurde dem als Pell umlaufenden Polymeren allmählich mit einer solchen Geschwindigkeit zugesetzt, daß eine Zerstörung des Polymerfells verhindert wurde. Nach erfolgtem Zusatz des Füllstoffs wurden die anderen Mischungsbestandteile beginnend mit dem Silan augesetzt. Die Vulkanisationsmittel wurden zuletzt zugesetzt, worauf man die Mischung noch etwa 20 bis 30 Minuten knetete. Die Proben wurden dann in der Presse 20 Minuten bei 160⁰O vulkanisiert, wobei Platten von 1,8 m Dicke gebildet wurden, deren physikalische Eigenschaften in Tabelle I angegeben sind. Die elektrischen Eigenschaften dieser mit Metall gefüllten Blastomeren sind in Tabelle II angegeben.

Es ist festzustellen, daß bei Erhöhung der angelegten Spannung von 100 V auf 3500 V der Strom ansteigt. Es ist ferner festzustellen, daß kein Hystereseeffekt auftritt, d.h. beim Übergang von der niedrigeren Spannung zu höheren

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Spannung und wieder zurück zur niedrigeren Spannung tritt im wesentlichen keine· Veränderung der elektrischen Eigenschaften ein.

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Tabelle I

Mit Metallpulver	gefüllte	Elastomere	E	F
A B	C	D	100 5	100 5
1OO 100 w _ - . 5 5 200	100 7,5	100 5 200

EPBM «SnQay Yistalon 4504·«
Butylkautschuk »Enjay Butyl 035^w
Zinkoxyd
Eisenpulver <45 M

0,5 gebranntes Eisenoxydpulver ~ - 200 - - 200 Aluminiumoxydpulver ■ 200 - - 200

Tinyl-tris(metho3cyätliO2y)silan '

®172 Silane» 2 2 2 2 2 2

dispergiert «ERD 90^w 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6

Dispersion von Gyanurath

auf Mikroeel "Drimix Ü?AC^H 2 2 2-

M@usaylp@roxydj 40$ auf Büß

«Di-Cup 40 Eä£ⁿ 777---,

Stearinsäur® - ' - 0,5 0,5 0,5

Paraffinwachs vom Schmelzpunkt

156©C : - - 5 5 5

Benaothiasyldisulfid "Altax" ---.444 (E_eO?_eVanderbilt Oo·)
p-Chinondioxin »EGD 70" - - - 2,85 2,85 2,85

ffiS^IIIftriSiiS^ 1,5 i,5 i,5 - . -

Vulkanisation in der Presse*

20 Minuten bei 160⁰Q- -*

—— ———^- . _ — QQ

Shore !»Härte ₀ 64 71 80 48 45 63 σ

Modul bei 100$ Dehnung, kg/csT 15,4 15,4 - 9,1 5,6 11,2 cn

Zugfestigkeit, kg/cm² 22,6 18,2 26 54,6 9,8 22,4 ^>

Dehnung, $ 280 210 80 790 600 710 ^n

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Tabelle II

Elektrisohe Eigenschaften von metallgefüllten Elastomeren al B C D E F

Kautschuk Füllstoff

Dielektrizitätskonstante Verlustfaktor Strom* in A bei 100 V

bei 500 V bei 350 V bei 500 V bei 100 V

EPT Fe

4,6 2

1,9x10 4x10" 3,8x10'

3x10 2x10

_r10

H- -5 -10

EPT Al

9,83 0,61

EPT 2⁽

Ie_nO_x

5,2

,-10 „_Λ-1

Butyl Butyl Fe Al

4,8 1,8

10

1,2x10 ^IW 5,8x10"*⁵

4x10"⁴ 10"

6x1O"⁵ 1.2X10-¹⁰ ΙΟ"¹⁰ ΙΟ"¹⁰

10,65 0,98

1,1x10 7x10'

,-10

6x1O^-:3 4,6x10' 6,2x10

1,1x10

-5 -A-

-10

Butyl

-10

-6

-10

^Gemessen mit einem Elektrometer "Keithley 610B" unter Verwendung einer geregelten N.J.E-Stromqiuelle mit stufenlos regelbarer Spannung von 0 bis 30 000 V Gleichstrom, abgeschirmten Klemmen und einer Meßelektrode von 5,1 cm Durchmesser, Die Proben wurden bei 100, 200, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 und 3500 Y gemessen· Die Spannung wurde wenigstens 5 Minuten bei diesen Werten gehalten und dann in der gleichen Weise gesenkt· Jede Probe wurde wenigstens drei solcher Zyklen unterworfen.

O CP OO

Diese Werte sind in Fig.1 graphisch dargestellt. Die Kurve 5 ist eine typische Kurve für ein Simplex-Band (ein Siliciumcarbid, das PVC enthält) einer Dicke von 0,5 mm, während die Kurve 6 für ein Elastomeres, das keinen Füllstoff enthält, typisch ist. Es ist festzustellen, daß das ungefüllte Material und die mit nioht leitendem FepO, gefüllten Materialien nur die aus dem Ohmseheη Gesetz voraussagbare Stromzunahme als Funktion der angelegten Spannung zeigen· Die elektrische Belastung oder der Spannungsabfall in jedem Isoliermaterial, das aus P einem dieser Materialien hergestellt wird, lei: somit sehr großf während im Gegensatz hierzu die elektrische Belastung in den Halbleitern gemäß der Erfindung durch den erhöhten Stromfluß verringert ist.

Beispiel 2

Eine durch Wärmeeinwirkung schrumpfbare Masse wurde wie folgt hergestellt: Eine Mischung von Polyäthylen und einem ithylen-Propylen-Copolymeren wurde 1 bis 2 Minuten in einem Banbury-Miseher gemischt. Je 50 Teile Copolymeres und Polyäthylen wurden verwendet. Der Mischung wurde 1 Teil Stabilisator «AgeHite D« 3 Minuten bei 127⁰B zugemischt» Die Temperatur wurde dann unter ständigem Mischen auf 149⁰C erhöht. Bei dieser Temperatur wurde die Mischung ausgeworfen. Ein aliquoter Teil dieser Vormischung wurde für die Herstellung einer endgültigen Mischung verwendet, die folgende Zusammensetzung hatte:

Teile

Vormischung 60

Polyäthylen ~ 40

Polymerisierte Trimethylhydroohinolin

«AgeRite D" * 0,4

Zinkoxyd 5,0

^fcxO., 90#ig «ERD 90« 5-6

25#ige Dispersion von Triällylcyanurat auf

Mikrooel «Drimix TAG" 2

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¹¹ ■■'" -■■■■:" ifi üllilRi: "V J¹ ■ ■■■■''■'

- 13 -

!eile

Eisenpulver 45 M 150

Vinyl-tris(methoxyäthoxy)silan

«A-172 Silane" 1

Dioumylperoxyd "Di-Oup R" 2,8

Die Mischung wurde in einem Banbury-Mischer naoh dem nachstehend angegebenen Zeit-Temperatur-Programm fertiggestellt . Die endgültige Polymerenmischung enthielt 70 Teile Polyäthylen und 30 Teile Äthylen-Propylen-Kautsehuk. Die vorstehend genannten Bestandteile wurden nach dem folgenden Zeitplan in den Banbury-Misoher gegeben:

Anfang t

0 Minuten - Vormischung plus polymerisiertes Irimethyl-

hydrochinolin "AgeRite D^w eingesetzt»

1 Minute - Zusatz von Polyäthylen, Erhöhung der Temperatur

auf 104⁰O, 3 Minuten Plastifizieren.

4 Minuten - Zusatz aller übrigen Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge mit Ausnahme des Dicumylperoxyds

8 Minuten - Auswerfen und Abkühlenlassenj Zusatz von

Dioumylperoxyd auf einem kalten Walzenmischer.

Die endgültige Mischung wurde 20 Minuten bei 160⁰C und 35 kg/cm vulkanisiert. Die erhaltene Platte, die eine Dicke von 0,81 mm hatte, wurde elektrisch geprüft» Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in Fig,2 dargestellt. Es ist festzustellen, daß das Produkt ausgezeichnete reversible Eigenschaften in Abhängigkeit von elektrischen Belastungen hatte· Das Material hatte eine Durohsohlagsspannung von etwa 1200 kV/om, während das ungefüllte Material bei Spannungen unter 100 kV/cm durchschlagen wird»

Es ist häufig erwünscht, stromführende Leiter, z.B. Fernsehantennen und autoelektrische Spulenwicklungen und Stecker-

T&rcnscnlags- und kabel abzuschirmen, um/ubersohlagseffekte duah

Streuströme oder vagabundierende Ströme zu verhindern. Diese abgeschirmten Leiter bestehen im allgemeinen aus

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einem zentralen leiter, der mit einem Isolator und einer äußeren leitfähigen Abschirmung, die geerdet ist, bedeckt ist_e Ein ähnliches abgeschirmtes Material, das die gleichen Abschirmeigenschaften hat, kann gemäß Pig·3 a hergestellt werden. Der zentrale Leiter 1 ist von einer Isoliermasse 2 bedeckt, die aus dem halbleitenden Material gemäß der Erfindung besteht, das etwa 25$ des feinteiligen Füllstoffs enthält. Die folgenden Schichten 3, 4 und 5 bestehen aus dem halbleitenden Material gemäß der Erfindung, wobei jede folgende Schicht einen höheren Füllstoffanteil enthält» Beispielsweise kann die Schicht 3 etwa 30 bis 40 Gewr-#, die Schicht 4 50-60 Gew.-$ Füllstoff und die S_ohicht 5 70-80 Gew.-# Füllstoff enthalten. Die Außenschicht 6 enthält etwa 90 Gew.-# Füllstoff· In diesem Fall kann der Füllstoff aus Teilchen bestehen, die größer sind, als für das halbleitende Material gemäß der Erfindung vorgeschrieben, und eine Größe bis 200 n. haben, um sicherzustellen, daß die Außensohicht leitend ist· Der hier gebrauchte Ausdruck "leitfähige Schicht oder Überzug¹¹ bezeichnet eine Schicht, die einen spezifischen Widerstand von weniger als etwa 10 Ohm-cm hat. Der Teilchengrößenbereich in der leitfähigen Schicht kann zwischen etwa 0,05 und etwa 200 u variieren.·Bei Verwendung der größeren Teilchen kann der Füllstoff in einer Menge von etwa 80 bis 90 Gew.-# vorhanden sCfctt. Diese ^äußere Schicht wirkt als Abschirmung und ist ebenso geerdet, wie äußere Schutzhüllen oder Mäntel von abgeschirmten Kontakten und Klemmen geerdet sind.

Durch Verwendung der halbleitenden Massen gemäß der Erfindung ist es möglich, einen isolierten elektrischen Leiter herzustellen, der eine ungewöhnlich hohe Durchsohlagsspannung und die überraschende Eigenschaft hat, daß ein Stromübergang ohne wirkliche Schädigung des Isoliermaterials stattfinden kann. Bei der in Fig.3b dargestellten Anordnung ist ein zentraler elektrischer Leiter 1 mit einer Sohioht aus dem halbleitenden Materials gemäß der Erfin-

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dung tfberzogen, das etwa 80 bis 90 Gew.-$ feinteillgen Füllstoff enthält. Die folgenden Schichten 3, 4 und 5 haben jeweils einen geringeren Füllstoffgehalt. Beispielsweise enthält die Schicht 3 etwa 70-80$ Füllstoff, die Schicht 4 etwa 50-60$ Füllstoff und die Schicht 5 etwa 25-50$ Füllstoff.

Die halbleitenden Eigenschaften des Überzuges ermöglichen einen begrenzten Stromfluss innerhalb des Isolators bei hohen Spannungen und verringern daher das Beschleunigungspotential durch den Isolator und verleihen hierdurch dem Material eine ungewöhnlich hohe Durchschlagsspannung. Im Falle von Überspannungen kann ein genügender Stromfluß stattfinden und einen Durchschlag des Isolators, der bei üblichen Isoliermaterialien normalerweise eintreten würde, verhindern.

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Claims

Patentansprüche

1) Halbleitendes Material, das ein Polymeres mit einer Dielektrizitätskonstante von wenigstens 2,0 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es, bezogen auf die

■ Gesamtmasse, etwa 20-90$ eines elektrisch leitenden Metalls oder einer elektrisch leitenden Legierung als Füllstoff enthält, der eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,05 bis 50 a. hat, wobei die Teilchen eine lineare Größenverteilung bei einer mittleren Teilchengröße von etwa 1-3Ou haben.

2) Halbleitendes Material nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus Eisen, Nickel, Kobalt, Aluminium, Zink, Mangan oder deren Gemischen besteht und einen-. Teilchengrößenbereich von etwa 0,05 bis 30 η bei einer mittleren Teilchengröße von etwa 10 bis 20 u hat,

3) Halbleitendes Material naoh Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein Organosilan in einer Menge von etwa 0,1 bis 5 Teilen pro 100 Teile Polymerisat enthält, und daß das Silan ein ungesättigtes SiIan, sein Silanol, sein Siloxan oder ein Gemisch dieser Verbindungen ist.

4) Halbleitendes Material naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Vinyl-tris(methoxyäthoxy)silan als Organosilan enthält.

5) Abgeschirmter elektrischer Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß er einen den Leiter umgebenden Isolierüberzug aus einem halbleitenden Material gemäß Anspruch 1-4, der in einen ersten Überzug, der etwa 20-40$ Füllstoff enthält, und eine Reihe weiterer überzüge unterteilt ist, wobei jeder Überzug 10 bis etwa 30 Gew.-$ mehr Füllstoff- als der vorhergehende Überzug enthält, und

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einen äußeren leitfähigen Überzug aufweist.

6) Leiter nach Anspruch 5_t daduroh gekennzeichnet, daß der leitfähige Überzug

a) ein Polymeres, das eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens 2,0 hat, und

b) etwa 80 bis 90 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtmasse) eines elektrisch leitfähigen Metalls oder einer Legierung von elektrisch leitenden Metallen enthält und der !füllstoff eine Teilchengröße von etwa

0,05 bis 200 a hat.

7) Leiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in dem leitfähigen Überzug in einer Menge von etwa 90 Gew.-# vorhanden ist.

8) Isolierter Leiter, der mit einem halbleitenden Überzug gemäß Anspruch 1 bis 4 isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug folgende Schichten enthält :

a) eine erste Schicht aus dem halbleitenden Material, das etwa 70 bis 90 Gew.-# Füllstoff enthält,

b) eine Reihe weiterer, der ersten Schicht überlagerter und übereinanderliegender Schichten, die von innen nach außen jeweils 10 bis etwa 30 Gew.-# weniger Füllstoff enthalten als die vorhergehende Schicht, und

o) eine äußere AbsohluSschioht aus dem halbleitenden, Material, das 20 bis etwa 4-0 Gew.-96 Füllstoff enthält.

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