TW200936665A - Reduction of dielectric losses through use of organoclay in semiconductor or insulator compositions - Google Patents

Reduction of dielectric losses through use of organoclay in semiconductor or insulator compositions Download PDF

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Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Llc
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Description

200936665 六、發明說明： 相關申請案之對照參考資料 本申請案請求美國臨時申請案第6〇/984,813號案(2007年 11月2日申請，其在此被併入以供參考之用）之利益。 5 Ο 10 15 ❹ 20 【明所Λ 技領域3 發明領域 本發明一般係有關於減少介電損失，且更特別係形成 用於電力電纜應用等之改良性能之半導體或絕緣體組成 物。
【先前技術：J 發明背景 典型之電力電缦，包含對於小器具者至戶外之站到站 (station-to-station)之電力電纜，通常於可由一或多數層圍繞 之芯部包含一或多數導體。此等層可包含下列之一或多 數：一第一聚合物半導性屏蔽層；一聚合物絕緣層；一第 二聚合物半導性屏蔽層；及選擇性之一金屬帶屏蔽；及一 聚合物套。 半導性組成物可包含已知當用於絕緣組成物時展現高 介電損失之多數樹脂組份。雖然此於半導性組成物可能不 是一問題，但物種由此半導性層遷移至一相鄰絕緣層内會 導致此層狀複合物之增加的介電損失。擴散物種由此半導 性層遷移至此絕緣物之減少，或此等物種於此半導性層内 之促進增溶性被預期產生此層狀複合物之改良介電性質。 此可用於諸如電力電纜之多種電應用。 3 200936665 用於半導性屏蔽組成物之某些彈性體組份會含有擴散 於此絕緣物内之物種，其 η有擴政 , a 导致電力電纜之增大的介電損失 (特別疋於尚於此電纜之9〇〇c— 般操作溫度分級之溫度）。 本發明提供一種能俅一龆 類彈性體材料用於此電纜設計 之此半導性組成物，否則會於f 會較紐老化時間導致遠為較高 之電纜介電損失，之手段。 【明内软】 發明概要 本發明係有關於在-半導性層及/或_絕緣體層中特 ^別有機黏土之使用而提供減少之介電損失。改良之介電性 龅已藉由於此半導性組成物或此絕緣體添加一小量之有機 黏土而證實。與含有有機點土之此半導性層相鄰之此絕緣 物之介電損失增加於-相似之熱老化期後被顯著減少。 於-實施例，本發明係一種結構，其包含一包含一包 15含-第_聚合物樹脂及—導性填料之第—材料之半導性 層，及一包含一包含一第二聚合物樹脂之第二材料之絕緣 層其中’此半導性層及此絕緣層係彼此至少部份物理性 接觸，其中，此第-材料及此第二材料之至少一者包含一 有機黏土，其中，此第一聚合物樹脂及此第二聚合物樹 20脂可為相同或相異。 於另一實施例，本發明係一種物件，其包含一包含一 包含至少一聚合物樹脂及至少一有機黏土之組成物之絕緣 層。 於一實施例，本發明係一種電纜，其包含一包含一或 200936665 多數導體之芯材；一包含一包含一第一聚合物樹脂及一導 性填料之第一材料之半導性層，及一與此半導體層相鄰之 絕緣層’此絕緣層包含一包含一第二聚合物樹脂之第二材 料，其中，此半導性層及此絕緣層直接或間接圍繞此芯材， " 5其中’止第一材料及此等二材料之至少一者包含一有機黏 - 土 ’且其中’此第一聚合物樹脂及此第二聚合物樹脂可為 相同或相異。 於一實施例’一比較結構（即，除此比較結構缺乏有機 〇 黏土外係與此結構相同者）與此結構之A C介電損失之比率 10 係大於1.5。 於一實施例，本發明係一種物件，其包含一包含一包 含至少一聚合物樹脂及至少一有機黏土之組成物之絕緣 層’其中，此聚合物樹脂具有一比此層之AC介電損失大至 少1.5倍之AC介電損失。 15 於一實施例，本發明係一種絕緣體，其包含一聚合物 樹脂及一有機黏土 ’其中，此聚合物樹脂之AC介電損失對 © 此絕緣體之AC介電損失之比率係至少1.5。 圖式簡單說明 第1圖係一顯示多數絕緣層之損耗因子之圖。 20 第2圖係一顯示自與各種半導性組成物接觸移除之多 數絕緣體之損耗因子之圖。 第3圖係一顯示與具各種組成物之多數半導體接觸老 化後之損耗因子之圖。 第4圖係一代表多數EPDM樹脂之損耗因子之圖。 5 200936665 第5圖係-顯示各種組成物之損耗因子之圖。 【實施方式迴 本發明之詳細說明 本發明能於電纔設計之半導性組成物中使用 一類彈性 5體材料，否則會於較短老化時間導致遠為較高之電親介電 損失。多種有機黏土已被用於製備半導性組成物或絕緣化 。物以減v物種自此半導性組成物遷移至相鄰之絕緣層 内否則其等會造成此層狀複合物之介電損失重大增加。 結果係其間此半導性層含有會遷移至此絕緣物内且造成非 1〇所欲之高介電損失之物料之層狀複合物之介電損失減少。 相似地，使用有機黏土於絕緣物亦為有利，其可無需多數 相鄰半導性層。於此情況，損耗性介電物種可能係此絕緣 物内固有’且使用有機黏土助於遷移此絕緣物之損耗性質。 "絕緣體"或“絕緣’，等辭於此使㈣係意指阻止或避免 I5電流經此材料之任何材料。本發明之絕緣體一般係包含如 下所述之多數聚合物樹脂或多數化合物。此等聚合物樹脂 典型上具有固有之絕緣性質。 "半導體”或”半導性"等辭於此使用時係個別意指於導 電性係於導體及絕緣體之間之任何材料或性質，傳導經由 20此等係藉由電洞及電子發生。本發明之半導體一般係如下 所述之多數具有-導性填料之聚合物材料之組成物。 廣泛之各種聚合物材料已被作為用於電力電規及其它 多種應用之電絕緣及半導性之屏蔽材料。 門 期性能係所欲或必要之服務或產品，此等聚合物材料除具 200936665 有適合介電性質外，亦需持久且需實質上維持其起始之用 於有效及安全性能之性質持續多年之服務。例如，用於建 築用電線、電動馬達或機械電源線、地下動力傳送電纜、 光纖通訊電纜，及甚至係小電器之聚合物絕緣不僅對於安 - 5定而且對於經濟需要及實用性需持久。建築用電線或地下 傳輸電纜之不持久之聚合物絕緣可能會造成需經常替換此 等電線或電纜。 用於電裝置之普遍聚合物組成物係自聚氣乙烯 φ (PVC)、聚乙烯之均聚物及共聚物、乙烯/乙酸乙烯醋（EVA) 10 共聚物或乙烯-丙烯彈性體（另外稱為乙烯-丙烯-橡膠(EPR)) 製造。此等聚合物組成物之每一者由於一或多數原因通常 係非所欲的。例如，PVC之使用及棄置通常因為環境原因 而被嚴格規定，且用於電絕緣之一適合之取代材料係所欲 的0 15 聚乙烯一般係無填料以淨式作為一電絕緣材料。習知 技藝曾试圖製造具長期電穩定性之以聚乙婦為主之聚合 @ 物。例如，聚乙烯已與二枯基過氧化物交聯以結合高溫之 改良物理性能及使此過氧化物殘質作為經此聚合物傳播電 荷之抑制劑，一種稱為樹形成之方法。不幸地，此等殘質 20通常於其等於電力電纜服務會遭遇之大部份溫度降解。 與聚乙烯相反，EPR —般係與高含量之填料(典型上約 20至50重量％)混合作為一電絕緣體。不幸地，此EpR及填 料之混合物通常產生差的介電性質。 本發明裝置之半導性組成物典型上包含一聚合物或聚 7 200936665 合物摻合物，及一使此組成物呈半導性之導性填料。用於 半導性組成物之最普遍填料係碳黑及石墨。填料之量會依 填料之型式及其它組份而改變。一般，此填料會包含經填 充之半導性組成物之約10至約55重量％。較佳地，此填料 5 會包含此經填充之半導性組成物之約20至約45，更佳係約 30至約40，重量％。若要的話，多種之通常由銅製成之天 然電線可被包埋或以圍繞經絕緣之電瘦之同中心之螺旋型 式纏繞此半導性絕緣屏蔽層。 於此使用時，有機黏土（亦稱為一親有機性黏土）一般係 10 有機聚矽酸鹽。有機黏土係經由離子交換機構使有機陽離 子與天然黏土反應而製造。有機陽離子與黏土之天然層間 陽離子交換產生親有機性之表面，同時維持與天然黏土相 似之一薄板狀結構。典型上，有機陽離子係季銨化合物。 有機黏土之普遍例子包含與有機結構物化學鍵結之黏土， 15 諸如，高嶺土或蒙脫石。用於本發明之有機黏土可具有過 量之季敍化合物。生產有機黏土之更多細節可於，例如， US 5,780,376中發現。有機黏土亦可購得，諸如，可得自 Southern Clay Products, Inc.之以季敍鹽改質之天然蒙脫石 黏土之CL0ISITE®系列商品。有機黏土典型上係以最高達 20 約3重量％之量添加，其係以此化合物中之聚合物樹脂總重 量為基準計。於某些實施例，有機黏土之量範圍係約1重量 %至約3重量％，其係以此化合物中之樹脂總重量為基準計。 有機黏土可藉由提供適當分佈及混合之任何方法併入 此絕緣體或半導體組成物内。典型上，此有機黏土係於一 200936665 ’溶融混合機、擠塑機，或相似設備内與樹脂熔融混合。用 於聚合物與所有型式之添加劑之熔融摻合之技術係此項技 藝已知’且典型上可用於實施本發明。典型上，於用以實 施本發明之一熔融摻合操作，聚合物樹脂被加熱至足以形 5成一聚合物熔融物之溫度，且於一適合混合機（諸如，一擠 塑機、一Banbury混合機、一Brabender混合機，或一連續混 合機）内與所欲量之此有機黏土混合。複合物可藉由使於此 熔融物内之此聚合物及此有機黏土於等於或大於此聚合物 © 之熔點之溫度剪切而製備。多數機械式剪切方法被使用， 10 諸如’藉由擠塑機、射出成型機、Banbury型混合機，或 Brabender型混合機。剪切可藉由於一擠塑機（單或雙螺桿） 之一端處引入此聚合物熔融物及於此擠塑機之另一端處接 收經剪切之聚合物而達成。熔融物之溫度、此熔融物於此 擠塑機内之滯留時間，及此擠塑機之設計（單螺桿、雙螺 15 桿、每單位長度之螺紋數、通道深度、螺紋間隙、混合區） 係控制被施加之剪切量之數個變數。 ® 另外，此聚合物可被顆粒化且與有機黏土乾式混合， 其後，此組成物於一混合機内加熱至此聚合物樹脂，熔融形 成一可流動之混合物。然後，此可流動之混合物接受一混 20 合機内之一足以形成所欲複合物之剪切。此聚合物亦可於 添加此有機黏土前於此混合機内加熱形成一可流動之混合 物。然後，此有機黏土及聚合物樹脂接受一足以形成所欲 複合物之剪切。 本發明係用於避免具有一與一絕緣層相鄰之半導體之 9 200936665 結構(特別是電線及電纜）中之長期介電損失。 實施例 一實驗室方法被發展用以熱老化（於14〇〇c —週）—自 一絕緣層及另一半導性組成物層製備之”夾層物，，然後， 5分離此等層以僅對此絕緣層作介電分析。此絕緣層之介電 損失之差異因此可被歸因於在此老化處理期間與此絕緣層 相抵靠接觸之此半導性組成物之差異。此等損失亦與未曝 置於半導體層而被熱老化之絕緣層、未老化處理之自半導 體組成物移除之絕緣層，及老化後自半導體移除之絕緣層 10 (其中，此半導體組成物不含有彈性體)相比。二不同之絕緣 組成物被用以證實觀察到之介電損失增加係與抗樹性絕緣 組成物或此組成物與此半導性組成物之元素之特定交互作 用無關。測試組成物係顯示於第丨表，且測試結果係顯示於 第2A及2B表，與第1及2圖。 隹序 ~ " ~~ ^模製一 50-密耳之半導體板材，且於加壓下於〗 固化16分鐘。 ' 2模製一 30-密耳之絕緣板材，且於加壓下於18〇。 固化16分鐘。 3於18〇。(：之壓製機内於低壓下製備一半導體_絕緣 層狀板材。 於此溫度留置5分鐘，剛好容許緻密接觸之時間。 4於60°C之真空爐内調節層狀板材1週。 5 於140°C之爐内老化夾層物1週。 6使多數層分離且測量此絕緣板材之厚度。 7 於 60Hz 及 2kV，於室溫、40、90、11〇，及 13〇〇c 測量此絕緣物之介電當數及損耗因早， 15 比趣例1-12及實施例13 •比較例1表示於140°c老化1週後之此絕緣物介電性質 200936665 之基線特徵。比較例1之絕緣物接觸半導性組成物。6〇Hz 損耗因子於室溫與90〇c間未顯著改變，且係約4_4。當溫 度增至咼於低岔度聚乙稀絕緣物之炫點時，此損耗因子增 加，且與室溫之測量相比，約1等級量之增加M13〇〇c觀察 5 到。 • 於較例2，絕緣物抵靠一半導體組成物而模製。此等層 於任何熱老化前被分離。此絕緣物之形成介電性質係相似 於比較例1。於比較例3，絕緣物-半導體之複合物於此等層 ❹ 分離前被老化。此絕緣物之介電性質於室溫時係實質上未 10改變，但於更高之溫度時遭受顯著較高之損失。於90〇c及 更咼之溫度，比較例3之絕緣物展現一比比較例2之未經老 . 化之絕緣物或比較例1之未與半導性接觸之絕緣物高約20 倍之損耗因子。此等結果明確指示此方法充份地再生機 構，導致使用組成物SC-1之含彈性體之半導體之一電纜結 15構中於熱老化後遭受南介電損失。此等結構亦指示導致增 加之介電損失之機構係與損失物種自半導性材料擴散至絕 β 緣層有關。 於比較例4至8，HFDB-4202抗樹性絕緣組成物被使 用。此係與於熱老化後展現高介電損失之電纜中使用者相 20 同之絕緣物。 比較例8顯示未與一半導性組成物接觸之絕緣物之熱 老化後之介電損失。為溫度之函數之損耗因子係相似於比 較例1之HFDE-4201絕緣物展現者，且數值範圍於i3〇°c係 2e-4至 3e-4。 11 200936665 對於比較例4及6，抵靠含有不同彈性體含量之半導性 組成物模製之絕緣物之損耗因子係於任何熱老化前測量。 形成之損耗值係相似於比較例8之未經老化之絕緣物。 於比較例5及7 ’絕緣物半導體夾層物於測量絕緣層之 5介電性質前被熱老化。如於比較例3之以HFDE-4201之相似 - 實驗所觀察般，損耗因子數值對於其間HFDB-4202絕絕物 係與含有彈性體之半導性組成物接觸而老化之比較例5及7 之絕緣物於90。(：及更高之溫度時係戲劇性地增加。i3〇〇C時 遭受之損耗因子係太高而難以實施損耗因子測量（因此，數 © 10值係以"未讀取"報告）。但是，可看到於110°C時之損耗因子 數值係其間相同絕緣物係未與此半導性組成物接觸而熱老 化之比較例8者之約1〇〇倍。 4 比較例5與比較例7之比較指示SC-2及SC-3中使用之彈 性體之量之差異並未大到足以造成高溫損耗因子顯著差 15 異。 比較例4至8之結果確認此測試方法適於探測導致經熱 老化之電纜之增加介電損失之機構之效果，及此機構係與 〇 損失物種自此半導性組成物擴散至此絕緣層内有關。 比較例9使用HFDE-4201，其係抵靠一半導性組成物 20 SC·4而熱老化。但是，SC-4己係無丙烯-乙烯彈性體存在下 配製。對此絕緣體之介電測量結果係相似於未曾與一半導 性組成物接觸之經老化之絕緣物之比較例丨者。 此明確證實此彈性體係擴散於此絕緣物内產生高介電 損失之物種來源。 12 200936665 比較例1 〇至12及實施例13檢測各種填料於此半導性組 成物中之使用’以於絕緣物抵罪此半導性組成物而熱老化 時影響形成之介電性能。比較例10及11使用半導性組成物 SC-5及SC-6，其含有碳酸妈或滑石。此等礦物填料具有減 5 少遷移性物種之擴散速率之功效’且可中和可能負面衝擊 介電性能之酸性物種。但是，相較於比較例3之絕緣物遭受 之高損失，比較例10及11中之絕緣物之形成的介電性質未 被改良。 φ 比較例12使用半導性組成物SC-7，其間係併納天然蒙 10 脫石黏土。此等黏土已被用以改良障壁性質（減少擴散）。但 是’相較於比較例3遭受之高損失，比較例12之絕緣物之形 成的介電性質未被改良。 本發明係於實施例13例示，其間，此半導性組成物sc_8 含有一以過量季銨處理之有機黏土。相較於比較例3(其 15間，半導體組成物SC-1不含有有機黏土），抵靠sc_8熱處理 後之絕緣物之損耗因子於90°C或更高之溫度時被大量改良 ® (較低)°SC-8之組成物中使用此有機黏土係不足以造成未與 半導體接觸之經老化的絕緣物之損耗因子性能，此指示損 失物種自此半導性組成物之遷移已被減少，但未完全避 2〇免。但是’顯著地係使用相同載荷量之填料於延遲損失物 種擴散並無效。 需注意此組成物内之有機黏土之剝落係不被預期。 13 200936665 第1表 實施例及比較例之组成物 組份 SC-1 SC-2 SC-3 SC-4 SC-5 SC-6 SC-7 SC-8 SC- EVA 43.6 48.6 54.6 63.6 47.6 47.6 47.6 47.6 47.6 PP1 18 18 12 16 16 16 16 16 碳黑 38 33 33 36 335 35 35 35 35 Hubercarb CaC03 1 Mistron ZSC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 中間物 100 100 Ϊ00 100 100 100 1⑻ 100 100 中間物 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3 過氧化物 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 丙稀-乙稀共聚物(12%et);25MFR;峰值溶點〜80C 低表面積、中等結構爐黑 ‘
Huborcarb碳酸好 MistronZSC 滑石 天然蒙脫石’其具93meg/100克黏土之陽離子交換能力； (1001=11.7 埃 使用2M2HT*之具125meg/l〇〇克黏土改質之天然蒙脫石； d001-31.5 埃
PP1 碳黑 CaC03 滑石 Cloisite Na+ Cloisite 15A Cloisite 20A AO Peroxide
使用2M2HT*之具95meg/100g改質之天然蒙脫石；d〇〇l=24.2 埃 *二曱基-二氫牛脂季敍(氯化物陰離子） 4,4-雙(二曱基笨甲基)二苯基胺 雙(第三丁基過氧)二異丙基苯 絕緣物 HFDB4202可得自陶氏化學公司之 HFDE4201可得自陶氏化學公司之χ^Ε 14 200936665 第2(A)表 絕緣物之介電測量：實施例及比較例(A部份) fTtsTF ----- Eb較制1 比較倒2 tt較例3 比較例4 Et較例5 Et較例& fcb較甽T 比較ffJB Sam bon 140C老化 森 SC-1 SC-1 SC-2 SC-2 SC-3 SC-3 HF DE-4201 k HFDE-4201 否 HFDE-4201 是 HFDB-4202 否 HF OB-42 02 是 HF08-42D2 否 HFDR-4202 是 HFDB-4202 是 介奄常數2kV.e〇hfe RT 2.170 2.159 2.D87 2 273 2.126 2.204 2.171 1.603 40 C 2.18 2.162 2.114 iVN/A itUfA iVN/A #N/A #N/A SOC #N/A #N/A #H/A 2238 2.124 2.2D1 2.22 2.101 70C #N/A mA nu/A 2.22 2.110 2.1C2 2.191 2.164 OOC 2.068 1Β0Θ 2.042 2J338 2.08 2J046 2.046 2.067 HOC 1.858 1.733 1.875 1J876 1.857 1.894 1.8d1 1.943 130C 1.813 1.711 1.786 1^08 NOREMING 1.854 N0RE/U1IN6 1.907 手 80Hz FfT 0.000118 0.0㈤ 125 D.00 023 8 0 細 311 0J)01128 0X00358 D.D00385 ΟϋΟΟ 撕 4DC 0.000080 0.000108 D.D00118 IN/A MW A #N/A tfN/A #N/A 0.0DD368 50C UWA mA IWA 0 綱 152 D.00D863 D.D00238 0.000212 70C mA mA 樁 D.DD0128 0.D00709 0.D00188 D.D0D9D2 0.0002« 90C 0 加 0125 D.DD0t95 D.DD2882 DJID0104 0.0D4656 0.0002D2 0.003«8 0.D00269 0.000727 11DC 0.000714 0.ODD 438 D.026552 D.D00328 D.D30538 0.000^3 0.001378 130C 0.002512 0.0D1$42 0.048558 D.DD1S91 NORE/VIING NOREM)ING 0.002438
第2(B)表 5 絕緣物之介電測董：實施例及比較例(B部份) (fc較例9 比較fH10 比較例11 比較讷12 實祐tf|13 Stmieon SC-4 SC-5 SC-6 SC-7 SC-8 SC-9 蜓蝝 HFDE-4201 HFDE-^01 HFDE-^〇1 HFDE·切 1 HFDE-4201 HFDE-4201 1^0C老化 是 是 是 是 是 «常 fc 2k V,BO Hz 来_得 RT 2.107 2.037 2.ie 2.110 2.113 40C 2.06Θ 2.031 2.158 2.115 2.106 50C #N/A #N/A #N/A ιΡΝ/Α #N/A 70C #N/A mtA #N/A #N/A #N/A g〇c 1.940 1.008 1.987 2.003 1.069 110C 1.853 1.105 1.061 NOREAD INO 1.852 1300 1.801 1.104 1.33Θ NOREADING 1.787 SO Hz RT 0.000142 0.000118 0.000168 0.00013S O.OOCM21 40C 0.000118 0.000004 0.000112 0.000106 0.000002 50C #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A 70C #N/A #N/A #N/A •WA #N/A 90C 0.000074 0.002820 0.005512 0.003Θ32 0.000452 110C 0.000345 0.02543β 0.033355 NOREADINO 0.003628 130C 0.001303 0.063430 0.0Θ2388 NOREADINO 0.013Θ52
實施例15-18 半導性組成物係如第3所示般製備。 15 200936665 第3表 組份 實施例15 SC-IO 實施例16 SC-ll 實施列Π SC-12 實施例IS SC-13 _______ EVA 47.6 45.6 47.6 45.6__一 PPl 16 16 16 16 ___ 碳黑 35 35 35 35 _______ Cloisite 15A I 3 Cloisite 20A I 3 ___ AO 0.4 0.4 0.4 0.4__ 中間物 100 100 100 100 __ 中間物 99.3 99.3 99.3 99.3__ 過氧化物 0.7 0.7 0.7 0.7 ______ 實施例15-18之介電測量係顯示於第4表。 笫4表 ♦达州U實*例1& 實铱便Ι1Τ貲ifeffJIB ^mkon ^ϊδ §ίϊϊ SC^ S<>13 蜒緣 HFCE^I HFDE4201 HFDE42D1 HFOE-4^1 辦老化 是 是是是 消ΚΘ手60Hz RTg gocsecococfrrocecrocsocgg 457 铎 13 4 δ T 1 3 1 i t ί 52165 8 3 027S 13181 i023,1022168)450 2,02Jii0.8'1.01 .8gg 謝 i»gg 0'<3|°·'0-0-
2.14S 2157 mm mm 1-6S5 1871 %MS 1.897 1娜 娜A mA 1Λ2 ia«2 1 833 2..131 2J53mmmm 198S 1施 1833 0JOO163 OJ0O112 m/A #N/A OJ0O388 0,000904 0 朋 2151 000228 0000176 m-A mA 0000473 0,002113 0 006607 omm 0,000117mm mm 0 000228 0麵晒 OOQ1236 ❹ 如有關於實施例13所探討，於半導性組成物中使用有 機勒土於此絕緣物及半導性材料緻密接觸熱老化後戲劇性 地減少形成之絕緣損耗因子。此於實施例15之相同有機黏 土係再次顯見。實施例15之損耗因子值係低於實施例13所 遭遇者’但是，實施例15所報造之極低介電常數可能暗示 1〇此橋對於較高測試溫度未被適當平衡。 16 200936665 然而，如實施例16所見，損耗因子減少之效果於此半 導體組成物之有機黏土含量增加時變得更顯著。於實施例 17及18, 一另類之有機黏土被用於此組成物，其再次係以ι 5 ❹ 10 15 20 重量％及3重量％。以此有機黏土之效果係相似於實施例15 及16者。 結果指示使用約3〇/。之有機黏土可幾乎除去與擴散有 關之損耗因子增加。1%有機黏土載荷量所示之沉增加暗示 擴散速率之微小減少係由於有機黏土存在。於3%，擴散之 進-步減少被預期H df值減至其間未使用彈性體之 系統所遭遇者暗示140〇C擴散之時間尺度係遠比丨·週老化 時間更久’或損耗物種及有機黏土間形成一物理性鍵結。 以具不同之季敍處理量之有機黏土製備之組成物種 果比較指示損耗因子之減少並非與過量處理之存在直接相 關。 比梭例19及22輿竇施例20、21、 經由於亦含有損失性彈性體組份之半導性屏蔽組成物 中添加小量有機黏土改良（減少）電纜介電損失之^ 先前實施例中證實。在此，研究係採用—進一步決定此有 機黏土是否能於一損失絕緣層内提供相似效果之步&^^ 會證實損失物種之捕獲’而非此物種遷移減少）。 -乙稀-丙稀·二稀彈性體已被選用於此研究。此聚入物 係與多數之不同有機黏土層，及以具不同季銨處理量之有 機黏土之cxmsm®等級物化合。料物係顯示於第*表。 結果係呈現於第5及6表’且於相對應之第斗及^圖中圖八 17 200936665 、、-果W此有機黏土於高於励。c之溫度提供戲劇性 減V epdm_b之介電損失之—手段。此介電損失於較低溫 度時之旦:折衷被遭遇。但是，添加小量有機黏土之介電 扣失之里代表對於遭遇於整個被㈣溫度範圍使用溫度之 諸如電力ΊΚ緣之應用，優於無有機黏土之所證實 之性能之顯示改良。 EPDM中使用有機黏土之益處證實於絕緣組成物或半 導性組成物线果係由於有機黏土及彈性體組份内之損失 物種間之交互作用，且係多於此損失物種遷移減少。 ί wwim \ τ- 100 95 90 0 5 10 98.1 1.9 98.1 1.9 98.1 1.9 M A '
EPDM Cloisite 2QA 令間產物
Dicup R 樣品}i倩._；___ 使flBrabender化合上述Λ成物 -----r ife和所有灰份.i|9〇C垵***度 W竦*合至―均為止' («裝*鞑土罄充聞始以決定慝合時W . ft後·‘所有*t*物使fl相同A合《伴） _ ,澉加過*Ut#rJ·另外*合1分《 使Λ成**51成可工作—S式—----------- 每-·<»成物係*«(不超进ι〇ό_α'«移除礼κ 4掣威50«年之梃忖.具於182〇0化15分鐘 啟除 WyiarJL'» 人έΚ真 2ΛΡ51Λ 於二溫評估 if ala 4 DC _ 1 2kV,60Hz DC RT —2.189! ..............):涵’ 2：594! DC 40C 2.089! 2.312! 2.621 DC 1 900! 1.946； 2.1831 2.571; DC 1 1 30CJ ^ ................1.865； 1.965； 2.232 DF 1 UST DF “RT~ 0 000105 0.012898 0:03¾碎 DF A0C\ 0.000225: 0.0061 78! 0.023277： ........................DF"( ' 900' 0.004479； 0.0031 58! 0.015619： DF · 1300! 0.020548i 0.001802i 0.007392
18 200936665 第6表 銥成，重董％ 比軟例22 實施例23 實施例24 實施例25 實德例26 EPDM 100 99 97 99 97 Cloisite 15A 1 3 Cloisite 20A 0 1 3 中間產物 98.1 98.1 98.1 98.1 98.1 Dicup R 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 昶试序 DCat2kVf60Hz DC，FIT 2,214 2.218 2.281 2.231 2.272 DC，40C 2,063 2.097 2.231 2.111 2.212 DC，90C 1.982 2.017 2.134 2.008 2.084 DC，130C 1.883 1.911 2.048 1.911 1.977 DF * 2kV,60Hz DF · RT 0.000068 0.002096 0.008807 0.001946 0.005795 DF »40C 0.000149 0.001808 0.009076 0.003462 0.007012 DF - 90C 0.000922 0.001222 0.006345 0.000988 0.003967 DF * 130C 0.016897 0.001924 0.004259 0.001102 0.002238
雖然本發明已藉由前述說明書相當詳細地描述，但此 細節係用於例示之目的，且不被作為下列所附申請專利範 5 圍之限制。所有美國專利案、核准之美國專利申請案，及 美國專利申請公告案在此被併入以供參考之用。 【圖式簡單說明3 第1圖係一顯示多數絕緣層之損耗因子之圖。 第2圖係一顯示自與各種半導性組成物接觸移除之多 ® 10 數絕緣體之損耗因子之圖。 第3圖係一顯示與具各種組成物之多數半導體接觸老 化後之損耗因子之圖。 第4圖係一代表多數EPDM樹脂之損耗因子之圖。 第5圖係一顯示各種組成物之損耗因子之圖。 15 【主要元件符號說明】 (無） 19

Claims (1)

  1. 200936665 七、申請專利範圍： 1. 一種結構，包含： 一半導性層，包含一第一材料，其包含一第一聚合物樹 脂及一導性填料；及 一絕緣層，包含一第二材料，其包含一第二聚合物樹脂， 其中，該半導性層及該絕緣層係彼此至少部份物理性接 觸， 其中，該第一材料及第二材料之至少一者包含一有機黏 土，且其中，該第一聚合物樹脂及該第二聚合物樹脂可 為相同或相異， 且其中，一比較結構對該結構之AC介電損失比率係大於 1.5，該比較結構係與該結構相同，但該比較結構缺乏有 機黏土。 2. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該有機黏土係以 最高達約1重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 3. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該有機黏土係以 最高達約3重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 4. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該有機黏土係一 以一季銨化合物改質之天然蒙脫石。 5. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該第一聚合物樹 脂包含至少一熱塑性物。 6. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該第一聚合物樹 20 200936665 脂包含至少一熱固性物。 7. 如申請專利範圍第5項之結構，其中，該熱塑性物包含 至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 8. 如申請專利範圍第7項之結構，其中，該乙烯共聚物係 一乙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 - 9.如申請專利範圍第5項之結構，其中，該熱塑性物包含 至少一丙烯均聚物及/或丙烯共聚物。 10. 如申請專利範圍第7項之結構，其中，該丙烯共聚物係 © 一丙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 11. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該導性填料包含 至少一碳黑化合物。 12. 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該有機黏土係存 在於該第一材料，且該介電損失比率係於熱老化後決 定。 13. 一種物件*包·^ —半導性層，其包含一包含至少一聚合 ' 物樹脂及至少一有機黏土之組成物，其中，該聚合物樹 ® 脂具有一AC介電損失，其比該組成物之該AC介電損失 大至少1.5倍。 14. 如申請專利範圍第13項之物件，其中，該介電損失比率 係於熱老化後決定。 15. 如申請專利範圍第13項之物件，其中，該有機黏土係以 至少1重量％之量存在，其係以該聚合物樹脂之總重量為 基準計。 16. 如申請專利範圍第13項之物件，其中，該有機黏土係以 21 200936665 至少約3重量。/。之量存在，其係以該總組成物為基準計。 7·如申请專利範圍第13項之物件，其中，該有機黏土係一 以—季銨化合物改質之天然蒙脫石。 18.如申請專利範圍第13項之物件其中，該組成物包含至 少—熱塑性樹脂、至少一有機黏土，及至少一導性填料。 19·如申請專利範圍第13項之物件，其中，該熱塑性物包含 至少一乙稀均聚物及/或乙稀共聚物。 〇·如申请專利範圍第13項之物件，其中，該乙烯共聚物係 一乙烯與α_烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 © L如申請專利範圍第13項之物件，其中，該導性填料包含 至少一碳黑化合物。 22.如申請專利範圍第13項之物件進一步包含至少一與該 半導性層相鄰之絕緣層。 3·種物件，包含一絕緣層，其包含一包含至少一聚合物 樹月曰及至少一有機黏土之組成物，其中，該聚合物樹 月曰具有一八€介電損失，其比該組成物之該AC介電損失 大至少1.5倍。 〇 %如申請專利範圍第23項之物件，其中，該有機黏土係以 至少1重量％之量存在’其係以該聚合物樹脂之總重量為 基準計β 25.如申請專利範圍第23項之物件，其中，該有機黏土係以 至/約3重量％之量存在’其仙該總組成物為基準計。 饥如申請專利範圍第23項之物件，其中，該有機黏土係一 以一季銨化合物改質之天然蒙脫石。 22 200936665 27. 如申請專利範圍第23項之物件，其中，該組成物包含至 少一熱塑性樹脂、至少一有機黏土，及至少一有機或無 機之填料。 28. 如申請專利範圍第23項之物件，其中，該熱塑性物包含 ' 至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 - 29.如申請專利範圍第23項之物件，其中，該乙烯共聚物係 一乙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 30. 如申請專利範圍第23項之物件，其中，該熱塑性物包含 © 至少一丙烯均聚物及/或丙烯共聚物。 31. 如申請專利範圍第23項之物件，其中，該丙烯共聚物係 一丙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 32. 如申請專利範圍第23項之物件，其中，該導性填料包含 至少一 *炭黑化合物。 33. 如申請專利範圍第23項之物件，進一步包含至少一與該 絕緣層相鄰之半導性層。 34. —種電纜，包含： ® 一芯材，包含一或多數導體； 一半導性層，包令—第一材料，其包含一第一聚合物樹 脂及一導性填料；及 一絕緣層，其係與該半導體層相鄰，該絕緣層包含一第 二材料，其包含一第二聚合物樹脂，其中，該半導性層 及該絕緣層直接或間接圍繞該芯材， 其中，該第一材料及該第二材料之至少一者包含一有機 黏土，以使包含一有機黏土之該材料之該聚合物樹脂對 23 200936665 具有該有機黏土之該個別聚合物樹脂之AC介電損失比 率係大於1.5，且其中，該第一聚合物樹脂及該第二聚合 物樹脂可為相同或相異。 35. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該有機黏土係以 最高達約1重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 36. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該有機黏土係以 最高達約3重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 37. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該有機黏土係一 以一季銨化合物改質之天然蒙脫石。 38. 如申請專利範圍第34項之電、纜，其中，該第一聚合物樹 脂包含至少一熱塑性物。 39. 如申請專利範圍第38項之電纜，其中，該熱塑性物包含 至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 40. 如申請專利範圍第39項之電欖，其中，該乙烯共聚物係 一乙烯與一 α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 41. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該第一聚合物樹 脂包含至少一熱固性物。 42. 如申請專利範圍第38項之電纜，其中，該熱固性物包含 至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 43. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該熱塑性物包含 至少一丙烯均聚物及/或丙烯共聚物。 44. 如申請專利範圍第39項之電纜，其中，該丙烯共聚物係 200936665 一乙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 45. 如申請專利範圍第34項之電纜，其中，該導性填料包含 至少一碳黑化合物。 46. —種絕緣體，包含一聚合物樹脂及一有機黏土，其中， • 該聚合物樹脂之AC介電損失對該絕緣體之該AC介電損 - 失之比率係至少1.5。 47. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該有機黏土係 以最高達約1重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 〇 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 48. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該有機黏土係 以最高達約3重量％之量存在於該第一材料及/或第二材 料，其係以該材料内之聚合物樹脂之總重量為基準計。 49. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該有機黏土係 一以一季銨化合物改質之天然蒙脫石。 50. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該聚合物樹脂 包含至少一熱塑性物。 ® 51.如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該熱塑性物包 含至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 52. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該乙烯共聚物 係一乙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。 53. 如申請專利範圍第46項之絕緣體，其中，該聚合物樹脂 包含至少一熱固性物。 54. 如申請專利範圍第53項之絕緣體，其中，該熱固性物包 含至少一乙烯均聚物及/或乙烯共聚物。 25 200936665 55.如申請專利範圍第54項之絕緣體，其中，該乙烯共聚物 係一乙烯與α-烯烴或與一乙酸乙烯酯共單體之共聚物。
    26
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