JP2515218B2 - 半導体遮蔽用材料 - Google Patents
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Description
電気及び電子装置の電磁遮蔽とにおけるその適用に係
る。
例えばポリエチレンの絶縁シースで囲繞された金属撚線
から構成される。別の従来の構成によると、例えば金属
撚線は絶縁シースで直接囲繞されている。ケーブルは通
信、エネルギー輸送等のような種々の分野で大規模に使
用されている。これらのケーブルは中継器を介して又は
介さずに直流又は低周波、高周波及び超高周波電磁エネ
ルギーを輸送する。従って、これらのケーブルは高い時
定数を有する減極電流により特徴付けられる電場及び空
間電荷を使用時に受け、長い間には所定の分極電圧で動
作異常を生じる原因となる。
又は外側の本体に配置される他の従来構成では、最大電
場は導体−絶縁体界面に位置する。この電場の典型値は
数kV/mm〜10kV/mmのオーダである。従って、この界面は
特に強い電場にさらされる。最大電場の局所化に加え、
導体の均一性の問題がある。実際に、導体が不均一性を
有するならば、電場の集中を生じ、ケーブルが電圧勾配
に耐える能力は低下する。従って、突起が存在する場合
にも絶縁破壊が生じないように絶縁の厚さを増加するこ
とが適切である。このような解決方法は経済的に不利で
ある。
部及び端部のレベルで特に重要である。
ルギーの蓄積装置、特にコンデンサでもほぼ同様であ
る。電場源の感知装置を含むゾーンを絶縁体により保護
するような電気又は電子装置を使用する場合にも同様の
問題がある。この電場源は例えば電流発生器、電気ピン
又はケーブル、送信アンテナ等であり得る。感知装置は
例えば測定装置、F.M.受信器型の受信器、又はマイクロ
コンピュータに含まれる型の印刷回路であり得る。これ
らのいずれの型の装置も、装置及び電場源の両方に直接
接触するように配置された絶縁体を導入することが必要
な場合がある。
電場源と絶縁体の間に半導体遮蔽を挿入することが提案
された。現在までに使用されている半導体遮蔽は、一般
にEVA(エチレン酢酸ビニル)又はEBA(エチレンアクリ
ル酸ブチル)から形成される押出、圧延又は成形マトリ
ックス中にカーボンブラックを分散することにより形成
されている。これらの半導体遮蔽の主な欠点は、導電率
が電場の関数として一定であり、絶縁容量を十分に減ら
すことができないという点にある。
スチレンのようなポリマーマトリックスに置換ポリチオ
フェンを配合してなる真性導電性複合材料を半導体遮蔽
として使用することが例えば文献WO90/09027に提案され
ている。このような材料の導電率は、材料が含有するド
ーパントの量に依存するが、これらのドーパントの存在
は高圧下、高電場の存在下における遮蔽の物理化学的安
定性にとって最大の欠点である。
を有すると同時に、電場が非常に強い場合であっても良
好な物理化学的安定性を有する半導体遮蔽用材料を実現
することである。
なるポリマーマトリックスに少なくとも1種の第2の共
役ポリマーを配合することにより形成され、成形、押
出、射出又は圧延により付形することが可能な半導体遮
蔽用材料に係り、前記第2の共役ポリマーが非ドープ型
又は脱ドープ型であり、非真性導電性であり、10-4S/m
未満であり且つ電場の作用下で増加し得る導電率を有し
ており、前記第2のポリマーが前記マトリックス中に5
〜70重量%の割合で存在し、前記材料が10-8S/m未満で
あり且つ前記電場の作用下で増加し得る導電率を有する
ことを特徴とする。
約10-7S/m〜10-8S/mであり、前記材料の前記導電率は10
-9S/m〜10-10S/mである。
カーボンブラック型の導電性充填剤を含み得る。
ン樹脂、ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリオレフィ
ン、フッ化物ポリマー、ポリエーテル、ポリイミド、ポ
リカーボネート、ポリウレタン、それらの混合物及びそ
れらのコポリマーから選択される少なくとも1種の熱可
塑性ポリマーを含み得る。
(PP)、ポリエチレン(PE)、エチレン−酢酸ビニルコ
ポリマー(EVA)、エチレン−プロピレン−ジエン−モ
ノマー(EPDM)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチ
レン−アクリル酸ブチル(EBA)及びその混合物から選
択される。
エステル、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂から選択さ
れる少なくとも1種の熱硬化性ポリマーを含む。
フェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリパラフェ
ニレン、ポリアルキルチオフェン、並びにそれらの誘導
体及び混合物からなる群から選択され得る。
あること、即ち分子に固定されたイオン基(例えばスル
ホン基)又は遊離イオン基(例えば酸、塩基、金属塩)
を含まないことである。
合には、脱ドープすることが適切である。
は、本発明の材料は低電場で絶縁性であり、その導電率
は電場と共に増加する。
の材料はこの充填剤により低電場で低導電性である。高
電場では本発明の材料の導電率は増幅される。
発明の材料は高電場下で高い物理化学的安定性を有す
る。
絶縁体−導体界面で電場を安定させ、電場を絶縁体中に
制限することができる。
性質により提供され得る特定の利点に依存して上記群か
ら選択される。
マーをベースとする場合には、フッ化物ポリマーは第2
のポリマーと共に「電荷移送」錯体を形成する。ポリマ
ーマトリックスがポリカーボネートをベースとする場合
には、ポリカーボネートは本発明の材料からなる遮蔽に
すぐれた外観を与える。
ンポリマーマトリックスに脱ドープされたポリチオフェ
ンを配合することにより形成され、脱ドープポリチオフ
ェンの割合は約60重量%が有利である。
ポリマーマトリックスに25〜35重量%のポリアニリンを
配合することにより形成される。変形例によると、26〜
34%のポリアニリンと3〜8%のカーボンブラックをポ
リエチレンマトリックスに配合する。変形例によると、
ポリマーマトリックスのポリエチレン(PE)はポリプロ
ピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニルコポリマー(EV
A)、エチレン−アクリル酸ブチル(EBA)、エチレン−
プロピレン−ジエン−モノマー(EPDM)、ポリフッ化ビ
ニリデン(PVDF)単独又はその混合物により置換され
る。
ることなく、従来の押出、圧延又は成形により付形され
得る。こうして各用途に好適な半導体遮蔽を製造するこ
とができる。
用される。この装置が導電体又は電場源を被覆する絶縁
体を含む場合、本発明の半導体遮蔽は前記絶縁体と導電
体又は電場源との間に挿入される。装置が保護すべき装
置を被覆する絶縁体を含む場合、本発明の半導体遮蔽は
絶縁体の外側に配置される。
ブルの端部並びにケーブルの接続及び分岐用部品に適用
すると非常に有利である。このような遮蔽を製造するこ
とにより、絶縁破壊耐性を増加し、前記部品の絶縁寸法
を減らすことができる。
発明の半導体遮蔽を使用することにより、このような電
圧変動を減衰させることができる。
ルギーの蓄積装置に組み込んでも有利であり得る。実際
に、電気ケーブルの導電体−絶縁体界面と全く同様に、
これらのコンポーネントの電極−誘電体界面は電場を局
所的に高い値にするような幾何学的欠陥(例えば突起)
を有し得るので、絶縁破壊の増加する危険がある。
することにより誘電体の厚さを減少できるという利点が
あり、一方では電極の表面で電場を常に均一化し、他方
では瞬時過電圧に耐えるという効果がある。実際に、コ
ンデンサは例えば強力な電気装置のオンオフによって生
じる瞬時過電圧を減衰するためにしばしば使用される。
従って、このような場合には、電極の幾何学的欠陥によ
り瞬時過電圧が誘電体の局所絶縁破壊を生じることがな
いように、瞬時電場を均一化することも重要である。
間に挿入することができる。
電極に塗布される。別の態様によると、本発明の材料は
成膜後、コンデンサの組み立て時に電極と誘電体との間
にサンドイッチされる。
と本発明の材料のポリマーマトリックスは誘電体と同一
型である。
電体に適用しても非常に有利である。
の説明に明示される。
して従来技術の遮蔽用材料と本発明の複数の遮蔽用材料
との導電率S/mの変化を示し、図2は印加電場E(KV)
の関数として従来技術の遮蔽用材料と本発明の複数の遮
蔽用材料との絶縁破壊確率(%)を示す。
導体遮蔽。
た。この混合物を次に従来の押出機で130℃の温度で押
出成形した。こうして得られた従来の半導体遮蔽は以下
の特徴を有していた。即ち誘電定数は150のオーダであ
り、導電率は0.05S/mのオーダであった(図1の曲線1
参照)。この導電率は電場と共に変化しないので、印加
電場の関数として電流の線形応答を生じる。
まで増加する電場を印加した。得られた結果を図2の曲
線1′に示す。
h)半導体遮蔽。
チレン40gとを混合した。ポリエチレンはSOLVAY社から
商品名“Eltex(商標)A 3180"として市販されている
ものを使用した。
083号に記載されているように調製した。このポリチオ
フェンを、脱ドーピング後の導電率が3×10-7S/cmとな
るようにメタノールで脱ドーピングした。
サーの槽内で実施すると好適である。30分間撹拌した。
その後、直径120mmのシリンダーを有しており且つ30rpm
の回転速度を有する“Scamia"型のシリンダーミキサー
で180℃で60秒間、混合物を混練した。
断し、孔寸法5×5mmの格子を備える“Conduct Werk
CS/15/10/0101"型のグラニュレーターに通し、約3×3
×3mmの顆粒を得た。
を備える“Scamex 20"型の押出機で顆粒を成形した。
スクリューのヘッドは直径3mmの円形ダイを備えるもの
とした。
に調節し、スクリュー速度はスクリュー内に2〜3分間
の混合物平均滞留時間を得るように、20rpmに調整し
た。
の導電率を示す。
ンの電気特性を悪化させないことが確認された。このた
め、粉末の混合、180℃で混練及び180℃で押出後にサン
プルを抽出した。これらのサンプルを窒素雰囲気下で13
5℃で2時間、2g/100mlの割合で1−2−4−トリクロ
ロベンゼンに溶解させた。定量的に収集したPThを同一
溶剤及びメタノールにより洗浄した後、減圧乾燥した。
ポリマーが変性していないことを立証するためにアセト
ニトリル中FeCl3 0.1Mの溶液(モル比FeCl3/PTh=1)
により再ドープした。
っても押出によっても変性しなかったことを立証してい
る。
%硫酸1.7のいずれかを選択的に導入した。この溶液
を恒温浴中で−5℃に冷却した後、水9中過硫酸アン
モニウム3.75Kgの過溶液を48時間滴下した。
リアニリン)を過用閉鎖容器内に減圧吸引した。pH6.
5〜7の液を得るまで、得られた粉末を蒸留水で濯い
だ。1モル/の希アンモニア水により酸を完全に除去
した後、液のpHが7になるまで生成物を濯いだ。
で水で24時間、次いでエタノールで48時間抽出した。
封容器に入れた。この容器を一次減圧下で48時間、60℃
の炉に入れた。導電率2×10-8S/mのこのポリアニリン
を実施例2と同様に、エチレン−プロピレン−ジエン−
モノマー(EPDM)のポリエチレン、エチレン−酢酸ビニ
ルコポリマー(EVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVD
F)、ポリプロピレン(PP)又はポリプロピレン(PP)
とポリフッ化ビニリデン(PVDF)の混合物であり得るポ
リマーマトリックスに、表2に示す割合(g)で配合し
た。
線を図1の3〜9に夫々示す。
mの遮蔽を製造し、実施例1の遮蔽と同様に電気絶縁破
壊が発生するまで増加する電場を印加した。対応する曲
線4′、9′及び10′を図2に示すが、これらの曲線は
本発明の半導体遮蔽用材料の利点を明白に示している。
い。発明の範囲内で全手段を等価手段に置き換えること
が可能である。
Claims (9)
- 【請求項1】少なくとも1種の第1の絶縁ポリマーから
なるポリマーマトリックスに少なくとも1種の第2の共
役ポリマーを5〜70重量%の割合で配合することにより
構成され、10-8S/m未満であり且つ前記電場の作用下で
増加し得る導電率を有する高圧ケーブルシース用絶縁材
料であって、前記第2の共役ポリマーが非ドープ又は脱
ドープ型であり、非真性導電性であり、10-4S/m未満で
あり且つ電場の作用下で増加し得る導電率を有している
ことを特徴とする高圧ケーブルシース用絶縁材料。 - 【請求項2】前記第2の非ドープ又は脱ドープ型の共役
ポリマーの前記導電率が約10-7S/m〜10-8S/mであり、前
記材料の前記導電率が約10-9S/m〜10-10S/mであること
を特徴とする請求項1に記載の高圧ケーブルシース用絶
縁材料。 - 【請求項3】前記ポリマーマトリックスが更に、30%未
満の割合でカーボンブラック型の導電性充填剤を含むこ
とを特徴とする請求項1に記載の高圧ケーブルシース用
絶縁材料。 - 【請求項4】前記ポリマーマトリックスが、アクリル樹
脂、スチレン樹脂、ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリ
オレフィン、フッ化物ポリマー、ポリエーテル、ポリイ
ミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、それらの混合
物及びそれらのコポリマーから選択される少なくとも1
種の熱可塑性ポリマーからなることを特徴とする請求項
1から3のいずれか一項に記載の高圧ケーブルシース用
絶縁材料。 - 【請求項5】前記ポリマーがポリプロピレン(PP)、ポ
リエチレン(PE)、エチレン−酢酸ビニルコポリマー
(EVA)、エチレン−プロピレンターポリマー(EPD
M)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン−アク
リル酸ブチル(EBA)及びその混合物から選択されるこ
とを特徴とする請求項4に記載の高圧ケーブルシース用
絶縁材料。 - 【請求項6】前記ポリマーマトリックスがポリエステ
ル、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂から選択される少
なくとも1種の熱硬化性ポリマーからなることを特徴と
する請求項1から3のいずれか一項に記載の高圧ケーブ
ルシース用絶縁材料。 - 【請求項7】前記第2の共役ポリマーが、ポリアニリ
ン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、
ポリパラフェニレン、ポリアルキルチオフェン及びそれ
らの混合物からなる群から選択されることを特徴とする
請求項1に記載の高圧ケーブルシース用絶縁材料。 - 【請求項8】前記第2の共役ポリマーがポリアニリンで
あり、前記ポリマーマトリックスがポリエチレン、ポリ
プロピレン、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレ
ン−アクリル酸ブチル、エチレン−プロピレンターポリ
マー、ポリフッ化ビニリデン単独又はその混合物から選
択される少なくとも1種の材料からなることを特徴とす
る請求項7に記載の高圧ケーブホルシース用絶縁材料。 - 【請求項9】高圧ケーブルシース用絶縁材料を成形、押
出、注入又は圧延により付形し、ケーブルの端部、接続
部、分岐部を前記絶縁材料で遮蔽することからなる高圧
ケーブルシース用絶縁材料の使用方法であって、前記高
圧ケーブルシース用絶縁材料は少なくとも1種の第1の
絶縁ポリマーからなるポリマーマトリックスに少なくと
も1種の第2の共役ポリマーを5〜70重量%の割合で配
合することにより構成され、10-8S/m未満であり且つ前
記電場の作用下で増加し得る導電率を有しており、第2
の共役ポリマーが非ドープ又は脱ドープ型であり、非真
性導電性であり、10-4S/m未満であり且つ電場の作用下
で増加し得る導電率を有していることを特徴とする前記
方法。
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