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TW201942235A - 極性有機共聚物及超低潤濕性碳黑之複合物 - Google Patents

極性有機共聚物及超低潤濕性碳黑之複合物 Download PDF

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TW201942235A
TW201942235A TW108107731A TW108107731A TW201942235A TW 201942235 A TW201942235 A TW 201942235A TW 108107731 A TW108107731 A TW 108107731A TW 108107731 A TW108107731 A TW 108107731A TW 201942235 A TW201942235 A TW 201942235A
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Abstract

一種半導性複合材料，其基本上由極性有機共聚物及導電有效量之超低潤濕性碳黑組成。亦提供一種製造複合材料之方法；一種藉由固化所述複合材料製造之交聯聚乙烯產物；包括本發明複合材料或產物之成形形式之製品；及使用本發明複合材料、產物或製品之方法。

Description

極性有機共聚物及超低潤濕性碳黑之複合物
有機聚合物及碳黑之複合物及相關方面。
所述領域之專利包含US 6,277,303 B1；US 6,284,832 B1；US 6,331,586 B1；及US 7,767,910 B2。US 6,277,303 B1及US 6,284,832 B1實例使用Vulcan XC 72碳黑。US 6,331,586 B1實例使用以下中之一個：Printex XE2碳黑（德固賽（DeGussa））、Black Pearls 1000碳黑（卡巴特公司（Cabot Corp.））、Vulcan XC 72碳黑（卡巴特公司）、Ketjenblack EC600JD碳黑（阿克蘇（Akzo））、Vulcan P碳黑（卡巴特公司）、United 120碳黑（卡巴特公司），或Denka Black碳黑（Denka）。US 7,767,910 B2實例使用Vulcan XC 500碳黑。Cabot Corp.為卡巴特公司，比勒利卡（Billerica），馬薩諸塞州（Massachusetts），美國（USA）。另一種碳黑為乙炔黑AB 100%-01（Soltex，Inc.，休斯頓（Houston），德克薩斯（Texas），美國）。上述各碳黑都不具有超低潤濕性。
我們認識到，在用於中壓到超高壓電力電纜之半導性層中之先前半導性複合材料中，高含量的碳黑會引起不希望的問題。此等包含在電力電纜之操作使用期間不期望的高水分吸收到半導性層中。我們亦認識到，此等半導性複合材料中過低之碳黑含量會在電力電纜中引起其他不希望的問題，例如體積電阻率太高或缺乏電滲透。一個挑戰為降低半導性複合材料中之碳黑含量而不破壞材料的所期望電特性。
解決此等問題之先前嘗試將部分不混溶之極性及非極性聚合物與先前碳黑組合以形成具有至少一個連續聚合物相的半導性複合材料。一些先前之碳黑位於連續相之一中或位於兩相之間的介面處，並且一些碳黑位於不連續相中。結果通常不令人滿意，因為碳黑僅部分分離及/或碳黑在其主要分離成之相中分散不良。我們在此提供了一種替代之簡化技術解決方案，其克服了過高及過低之碳黑含量之負面影響，而不求助於使用不混溶的極性及非極性聚合物。技術方案之實施例包含以下描述之彼等。
一種半導性複合材料，其基本上由極性有機共聚物及導電有效量之超低潤濕性碳黑組成。
一種製造半導性複合材料之方法。
一種電導體裝置，其包括導體芯及設置在其上之半導性層，所述半導性層包括半導性複合材料。
一種經由電導體裝置之導體芯傳輸電之方法。
發明內容及摘要以引用之方式併入本文中。
超低潤濕性碳黑之超低潤濕性可藉由任何合適之技術或方法表徵。實例為吸油量（OAN）、水分吸收量及表面潤濕性分佈，所有都稍後描述。
極性有機共聚物在結構上不同於非極性有機聚合物，例如非極性聚烯烴聚合物（例如，非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物），其在半導性複合材料中被省略及排除。在半導性複合材料中，極性有機共聚物基本上由非極性單體單元及極性共聚單體單元組成。極性有機共聚物可藉由聚合未經取代之烯烴單體及極性共聚單體來製造。極性有機共聚物可以為基於乙烯的極性共聚物，例如包括乙烯系單體單元及不飽和羧酸酯共聚單體單元的乙烯/不飽和羧酸酯共聚物，所述不飽和羧酸酯共聚單體單元例如衍生自乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯之彼等。以極性有機共聚物之總重量計，極性有機共聚物中極性共聚單體單元之比例可以為5至40重量%，替代地20至35重量%，替代地25至31重量%。替代地，極性有機共聚物可以為包括乙烯系單體單元及不飽和羧酸共聚單體單元之乙烯/不飽和羧酸共聚物，所述不飽和羧酸共聚單體單元例如衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸之彼等。
非極性有機聚合物可以為非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的聚合物。非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）之特徵可在於藉由表面能測試方法量測之大於0至小於或等於5毫焦耳/平方公尺（mJ/m2 ）的表面能的極性組分，稍後描述。非極性有機聚合物可以為藉由聚合含有1或2個碳-碳雙鍵之未經取代之烯烴單體製造之任何均聚物或藉由聚合獨立地含有1或2個碳-碳雙鍵的兩種或兩種以上不同的未經取代之烯烴單體製造的任何共聚物。各此類之烯烴單體獨立地可為非環或環狀的。非環烯烴單體可以為直鏈或支鏈，並且直鏈烯烴單體可以為α-烯烴或直鏈二烯。非極性有機聚合物可以不含矽原子，替代地可以含有在其中共聚或接枝到其上之烯烴官能之可水解矽烷共聚單體。
在一些態樣中，從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物可以為非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的聚合物。非極性基於乙烯的聚合物基本上由以下組成：50至100重量%（重量%）衍生自乙烯（H2 C=CH2 ）之組成單元及50至0重量%分別衍生自至少一種除乙烯以外之未經取代之烯烴共聚單體及/或烯烴官能的可水解矽烷共聚單體的組成單元。烯烴共聚單體可以為未經取代之(C3 -C20 )烯烴，替代地為未經取代之(C4 -C20 )烯烴，替代地為未經取代之(C4 -C8 )烯烴，替代地為1-丁烯，或者為1-己烯，或者為1-辛烯。非極性基於乙烯的聚合物可以為聚乙烯均聚物或乙烯/α-烯烴共聚物。非極性基於乙烯的聚合物可以不含矽原子，或者可以含有在其中共聚合或接枝到其上之烯烴官能之可水解矽烷共聚單體。非極性基於丙烯的聚合物可基本上由以下組成：50至100重量%之衍生自丙烯（H2 C=CHCH3 ）之組成單元及50至0重量%的衍生自烯烴共聚單體的組成單元，所述烯烴共聚單體為選自以下的烴：乙烯、(C4 -C20 )α-烯烴、(C4 -C20 )二烯及其任何兩種或兩種以上的組合。
以下將某些發明實施例描述為用於容易交叉引用之編號態樣。
態樣1.一種半導性複合材料，其基本上由（A）極性基於乙烯之共聚物及導電有效量之（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）組成，所述超低潤濕性碳黑具有藉由BET氮表面積測試方法（稍後描述）量測之35至190平方公尺/公克（m2 /g）之Brunauer-Emmett-Teller（BET）氮表面積；以及藉由吸油量測試方法（稍後描述）量測之115至180毫升油/100公克（mL/100 g）（115至180立方公分/100公克（cc/100 g））之吸油量（OAN）。（A）極性基於乙烯之共聚物可以為具有單峰MWD（Mw /Mn ）之單組分共聚物，例如具有單峰MWD之乙烯/不飽和羧酸酯共聚物，或具有多峰（MWD，Mw /Mn ）之多組分共聚物，例如在兩種不同反應器中製造的兩種不同的乙烯/乙烯基羧酸酯共聚物，或乙烯/乙烯基羧酸酯共聚物及乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的組合。乙烯/乙烯基羧酸酯共聚物各自獨立地可為乙烯/乙酸乙烯酯（EVA）共聚物。乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物各自獨立地可為乙烯/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。
態樣2.如態樣1所述之半導性複合材料，其中（B）ULW-CB之特徵在於限制（i）至（iii）中之任一者：（i）（B）ULW-CB具有藉由BET氮表面積測試方法量測之40至63 m2 /g之BET氮表面積；以及藉由吸油量測試方法量測之120至150 mL/100 g之OAN；（ii）（B）ULW-CB具有藉由BET氮表面積測試方法量測之120至180 m2 /g之BET氮表面積；以及藉由吸油量測試方法量測之150至175 mL/100 g之OAN；並且（iii）（B）ULW-CB為（i）及（ii）之ULW-CB的混合物。（i）之一個實例為LITX 50導電添加劑。（ii）之一個實例為LITX 200導電添加劑。（iii）之一個實例為LITX 50及LITX 200導電添加劑之混合物。LITX 50及LITX 200導電添加劑為卡巴特公司之碳黑產物，用於鋰離子電池的電極。LITX 50導電添加劑在一些態樣中具有（B）ULW-CB，其特徵在於藉由BET氮表面積測試方法量測之45至60 m2 /g之BET氮表面積；且藉由吸油量測試方法量測之125至145 mL/100 g之OAN。LITX 200導電添加劑在一些態樣中具有（B）ULW-CB，其特徵在於藉由BET氮表面積測試方法量測之125至175 m2 /g之BET氮表面積；且藉由吸油量測試方法量測之152至172 mL/100 g之OAN。
態樣3.一種半導性複合材料，其基本上由（A）極性基於乙烯之共聚物及導電有效量之（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）組成，所述超低潤濕性碳黑具有根據潤濕性測試方法（稍後描述）藉由反相氣相層析（IGC）量測之以下之表面潤濕性分佈的特徵：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0101，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0101，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0099，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0111，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0113。
態樣4.如態樣1至態樣3中任一項所述之半導性複合材料，其中（B）ULW-CB之特徵在於限制（i）至（vii）中之任一者：（i）藉由BET氮表面積測試方法量測之40至180 m2 /g，替代地40至63 m2 /g，替代地150至175 m2 /g之BET氮表面積；（ii）藉由水分吸收測試方法（稍後描述）量測之400至2400百萬分率（ppm，重量），替代地450至1,000 ppm，替代地501至600 ppm之水吸收；（iii）根據潤濕性測試方法藉由IGC量測之以下之表面潤濕性分佈的特徵：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0058，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0070，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0075，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0086，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0091；替代地根據潤濕性測試方法藉由IGC量測的以下的表面潤濕性分佈的特徵：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0014，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0039，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0051，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0061，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0069；（iv）（i）及（ii）；（v）（i）及（iii）；（vi）（ii）及（iii）；（vii）（i）、（ii）及（iii）的組合。LITX 50及LITX 200導電添加劑獨立地具有上述表面潤濕性分佈。在一些態樣中，（B）ULW-CB之特徵在於使得（B）ULW-CB之總BET氮表面積（在半導性複合材料中以10重量%的量量測）小於6.0 m2 /g（如藉由BET氮表面積測試方法所量測）。（B）ULW-CB相對於先前之碳黑亦具有極低之水分吸收性。
態樣5.如態樣1至態樣4中任一項所述之半導性複合材料，其不含除超低潤濕性碳黑以外之任何碳黑。
態樣6.如態樣1至態樣5中任一項所述之半導性複合材料基本上由以下組成：以半導性複合材料之總重量計，61.0至99.0重量%之（A）基於乙烯的極性共聚物；及39.0至1.0重量%之（B）ULW-CB。在一些態樣中，以半導性複合材料之總重量計，含有前述組合中任一種之半導性複合材料可具有5至小於35重量%之（B）ULW-CB，替代地19至34重量%之（B）ULW-CB。例如，在一些態樣中，以半導性複合材料之總重量計，含有前述組合中任一種之半導性複合材料可具有33重量%，替代地20重量%之（B）ULW-CB。
態樣7.如態樣1至態樣6中任一項所述之半導性複合材料，其進一步基本上由至少一種選自以下之添加劑組成：（C）塑性體；（D）抗氧化劑；（E）有機過氧化物；（F）防焦劑；（G）烯基官能助劑；（H）成核劑；（I）加工助劑；（J）增量油；（K）穩定劑（例如，抑制紫外（UV）光相關降解之化合物）。至少一種添加劑至少在組成上不同於組分（A）及（B）。
態樣8.如態樣1至態樣7中任一項所述之半導性複合材料，其特徵在於藉由體積電阻率測試方法（稍後描述）量測之log（體積電阻率）在33重量%之導電有效量下為＜1.4 log（歐姆公分（Ohm-cm）），或在20重量%之導電有效量下為＜4.5 log（Ohm-cm），其中（B）ULW-CB之導電有效量為以半導性複合材料的總重量計。在一些態樣中，如態樣8所述之log（體積電阻率）在33重量%之導電有效量下為1.25至1.34 log（Ohm-cm），或在20重量%之導電有效量下為3.0至3.9 log（Ohm-cm），其中（B）ULW-CB之導電有效量為以半導性複合材料的總重量計。在一些態樣中，如態樣8所述之半導性複合材料之特徵在於由緊接在前句子中之各前述範圍組成的log（體積電阻率）分佈。
態樣9.如態樣1至態樣8中任一項所述之半導性複合材料，其特徵在於，藉由體積電阻率測試方法量測之在15.0至20.0 m2 /g之複合材料中碳黑的總BET N2表面積下的≤ 3 Log（Ohm-cm）的log（體積電阻率）；或在5.0至15.0 m2 /g，替代地10.0至15.0 m2 /g之複合材料中碳黑的總BET N2表面積下的≤ 5 Log（Ohm-cm），替代地≤ 4 Log（Ohm-cm）。在一些態樣中，如態樣9所述之log（體積電阻率）在15.0至20.0 m2 /g之複合材料中碳黑的總BET N2表面積下為0.9至1.7 Log（Ohm-cm）；或在5.0至15.0 m2 /g，替代地10.0至15.0 m2 /g之複合材料中碳黑的總BET N2表面積下為的2.8-3.8 Log（Ohm-cm）。替代地，如態樣1至態樣8中任一項所述之半導性複合材料之特徵在於在20.0至26.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下的≤1.3 Log（Ohm-cm），替代地0.9至1.2 log（Ohm-cm）的log（體積電阻率）。在一些態樣中，如態樣8所述之半導性複合材料之特徵在由緊接在前句子中的各前述範圍組成的log（體積電阻率）分佈。
態樣10.一種製造如態樣1至態樣9中任一項所述之半導性複合材料之方法，所述方法包括將（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）混入（A）基於乙烯的極性共聚物的熔融物中以得到包括組分（A）與（B）組成的熔融共混物形式的半導性複合材料。在一些態樣中，所述方法進一步包括將一種或多種添加劑（例如，組分（C）至（K）中之一種或多種）混入（A）之熔融物中。所述方法亦可包括擠出熔融共混物以得到半導性複合材料之擠出物。在一些態樣中，所述方法進一步包括使熔融共混物或擠出物冷卻以分別得到固體共混物或固體擠出物。
態樣11.一種交聯聚乙烯產物，其為固化如態樣1至態樣9中任一項所述之半導性複合材料之產物。在一些態樣中，半導性複合材料將被固化並且進一步包括0.1至3重量%之（E）有機過氧化物及分別不超過98.80重量%或98.75重量%之（A）基於乙烯的極性共聚物。
態樣12.一種製品，其包括如態樣1至態樣9中任一項所述之半導性複合材料之成形形式或藉由如態樣10所述之方法製造之半導性複合材料，或如態樣11所述之交聯聚乙烯產物。製品之成形形式可以為圓柱形、螺旋形或不規則形狀。在一些態樣中，製品可以為如態樣13（下文）所述之電導體裝置的半導性層。在一些態樣中，製品可以為如態樣13所述之電導體裝置。
態樣13.一種電導體裝置，其包括導電芯及至少部分地覆蓋導電芯之半導性層，其中至少一部分半導性層包括如態樣1至態樣9中任一項所述之半導性複合材料或藉由如態樣10所述之方法製造之半導性複合材料，或如態樣11所述之交聯聚乙烯產物。電導體裝置之半導性層中之半導性複合材料的量可以為當半導性複合材料用作電力傳輸/分配電纜（包含低、中、高及超高電壓）中的屏蔽層（導體或股線屏蔽件；絕緣屏蔽件）及保護套時有效地提供導電性以耗散電荷的量。有效量可以為足以使半導性複合材料獲得小於100,000 Ohm-cm，替代地大於0至小於100,000 Ohm-cm，替代地＞0至小於50,000 Ohm-cm之體積電阻率之量。半導性層可以由單層組成，其至少一部分為本發明的複合材料或產物；或由多層組成，其至少一層包括本發明的複合材料或產物。電導體裝置可以為塗層電線或電力電纜。電導體裝置可用於電力傳輸/分配應用，包含低、中、高及超高壓應用。
態樣14.一種導電方法，所述方法包括向整個如態樣13所述之電導體裝置之導電芯施加電壓，以便產生通過導電芯之電流。施加之電壓可以為低（＞ 0至＜5千伏（kV））、中等（5至＜69 kV）、高（69至230 kV）或超高（＞ 230 kV）。
態樣15.一種熱循環半導性複合材料，其藉由使如態樣1至態樣9中任一項所述之半導性複合材料經受熱循環而製造，所述熱循環包括將所述半導性複合材料加熱至170℃至190℃持續1至5分鐘，且然後冷卻至30℃以得到冷卻的、熱循環的半導性複合材料。視情況，加熱步驟可以在冷卻之熱循環半導性複合材料上重複1次或更多次。稍後在熱循環測試方法中描述熱循環之實例。
在半導性複合材料之上下文中「基本上由...組成」意指半導性複合材料含有小於5.0重量%，替代地小於1.0重量%，替代地不含（即，不含任何添加或可偵測量，例如，0.0重量%）非極性有機聚合物。例如，半導性複合材料不含聚乙烯均聚物、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠及乙烯丙烯二烯單體（EPDM）橡膠。在一些實施例中，半導性複合材料亦不含聚(乙烯基芳烴)，例如聚苯乙烯。半導性複合材料亦可以不含極性有機均聚物（例如聚酯或聚醯胺）。
「聚合物」意指均聚物或共聚物。均聚物為由衍生自僅一種單體之單體單元構成且無共聚單體之大分子。共聚物為具有單體單元及共聚單體單元之大分子，其中所述單體單元藉由聚合第一單體製造，且所述共聚單體單元藉由聚合一種或多種不同的稱為共聚單體的第二或多種單體製造。聚合物亦包含這種大分子之集合。單體及共聚單體為可聚合分子。單體單元（monomeric unit），亦稱為單體單元（monomer unit）或「單元（mer）」為單一單體分子向大分子結構貢獻（衍生）之最大組成單元。共聚單體單元（comonomeric unit），亦稱為共聚單體單元（comonomer unit）或「共聚體（comer）」為單一共聚單體分子向大分子結構貢獻（衍生）之最大組成單元。各單元通常為二價的。「二聚物」為由一種單體與一種共聚單體製得之共聚物。「三聚物」為由一種單體與兩種不同共聚單體製得之共聚物。基於乙烯系之共聚物為此類共聚物，其中單體單元衍生自單體乙烯（CH2 =CH2 ）且包括每分子平均至少50重量%之大分子，且共聚單體單元衍生自一或多種本文所述之共聚單體且包括每分子平均＞0至至多50重量%之大分子。
「固化」及「交聯」在本文中可互換使用，意指形成交聯產物（網路聚合物）。
「導電有效量」意指半導性複合材料中超低潤濕性碳黑之量足以超過其滲透臨限值。亦即，超低潤濕性碳黑之量本身足以使得能夠經由ULW-CB通過半導性複合材料導電。在設置在電導體上之半導性層中，具有導電有效量之半導性複合材料將實現小於100,000 Ohm-cm的體積電阻率。
除非另外特別說明，否則在沒有經歷熱循環之樣品上量測log（Ohm-cm）中之「log（體積電阻率）」。其有時寫成「log（體積電阻率）（無熱循環）」。為移除所有疑問，在編號態樣及權利要求中表現之log（Ohm-cm）值為log（體積電阻率）（無熱循環）值。
「(甲基)丙烯酸酯」包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其組合。(甲基)丙烯酸酯可以為未經取代的。
「極性有機共聚物」：由單體及一種或多種共聚單體製備之大分子，其中至少一種單體及共聚單體每分子含有鹵原子（例如F、Cl、Br或I）及/或碳鍵合的雜原子基團，如C-O（醇基）、C-O-C（環氧化物或醚基）、C=O（醛或酮基）、C(=O)-O（羧酸或酯基）、C(=O)-N（甲醯胺基）、N-C(=O)-N（脲基）、C-N（胺基）、C=N（伸胺或肟基）、C(=N)-N（脒基）、N-C(=N)-N（胍基）、C≡N（腈基）、C(=O)-S（硫代羧酸或酯基）、C-S（硫醇基）、C-S-C（硫基），或這些大分子的集合。在一些實施例中，半導性複合材料亦不含極性有機均聚物（例如聚酯）及除組分（A）以外的極性有機共聚物。
「分佈」：以與某些特定特徵相關之量化形式表示信息。
半導性複合材料。基本上由單一極性聚合物組成，所述單一極性聚合物為組分（A）及含有有效滲透負載之（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）。複合材料可視情況基本上由零、一種或多種添加劑例如添加劑（C）至（K）組成。半導性複合材料之總重量為100.00重量%。
半導性複合材料可以藉由許多不同之方式製造。在一些態樣中，半導性複合材料可以藉由將（A）基於乙烯的極性共聚物的熔融物與（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）及任何視情況選用之組分（例如，任何零、一種或多種組分（C）至（K））混合以得到作為組分（A）、（B）及任何視情況選用之組分的混合物的半導性複合材料來製造。混合可包括配混、捏合或擠出。為了促進一種或多種組分（例如（B），添加劑（C）、（D）、（E）等）之混合，可以以添加劑母料的形式在（A）的一部分中提供或作為在除（A）以外的極性載體樹脂中的分散體提供。極性載體樹脂可以為乙烯/乙酸乙烯酯共聚物。
可藉由製造由（A）及（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）組成之半導性複合材料的未熔融形式（例如粒料形式）並使未熔融形式與視情況選用之組分接觸來製造含有一種或多種視情況選用之組分（例如添加劑（C）至（K））的半導性複合材料的另一種方式。接觸可包括浸泡、吸收或注射。接觸可以在約20℃至100℃之溫度下進行0.1至100小時，例如60℃至80℃下進行0.1至24小時。
半導性複合材料可以製備成單部分製劑，替代地多部分製劑，例如兩部分製劑，替代地三部分製劑。單部分製劑含有半導性複合材料之實施例之所有組分。多部分製劑在不同部分中含有具有不同一種或不同量之半導性複合材料之實施例的組分的多個部分。若需要，可以將多部分製劑之不同部分組合以得到單部分製劑。沒有任何固有之原因可以解釋為什麼任何組分之組合都不能包含在此等製劑的一個部分或多個部分中。
半導性複合材料可以為分開之固體形式或連續形式。分開之固體形式可包括顆粒、粒料、粉末或其任何兩種或兩種以上的組合。連續形式可以為模製部件（例如，吹模部件）或擠出部件（例如，電導體裝置之絕緣層）。半導性複合材料可藉由輻射固化或有機過氧化物/熱固化而交聯。若需要，可以將半導性複合材料冷卻至儲存溫度（例如，23℃）並儲存1小時、1週、1個月或更長之時間。
基於乙烯的（A）極性共聚物。（A）基於乙烯的極性共聚物可以為包括乙烯系單體單元及不飽和羧酸酯（或酸）共聚單體單元的乙烯/不飽和羧酸酯共聚物。以（A）之重量計，（A）基於乙烯的極性共聚物中不飽和羧酸酯共聚單體單元的比例可以為5至40重量%，替代地20至35重量%，替代地25至31重量%。乙烯系單元可以為（A）重量之95至60重量%，替代地80至65重量%，替代地75至69重量%。各不飽和羧酸酯共聚單體可以獨立地具有氫原子及每分子3至20個碳原子，即(C3 -C20 )不飽和羧酸酯共聚單體。
衍生（A）之不飽和羧酸酯共聚單體單元之不飽和羧酸酯共聚單體可以為乙烯基(C2 -C8 )羧酸酯，且乙烯/不飽和羧酸酯共聚物為乙烯-乙烯基(C2 -C8 )羧酸酯共聚物。在一些態樣中，乙烯基(C2 -C8 )羧酸酯為具有2至8個碳原子，替代地2至4個碳原子之羧酸陰離子之乙烯基酯。乙烯基羧酸酯之實例在US 7,767,910 B2第2欄第34至50行中提及。乙烯基(C2 -C8 )羧酸酯可以為乙烯基(C2 -C4 )羧酸酯，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，且乙烯/不飽和羧酸酯共聚物可以為乙烯-乙烯基(C2 -C4 )羧酸酯二聚物，替代地乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）二聚物，替代地乙烯-丙酸乙烯酯二聚物，替代地乙烯-乙烯基丁酸酯二聚物。EVA二聚物基本上由乙烯衍生之單體單元及乙酸乙烯酯衍生之共聚單體單元組成。以EVA二聚物之重量計，EVA二聚物之乙酸乙烯酯共聚單體單元含量可以為5至40重量%，替代地20至35重量%，替代地25至31重量%。替代地或另外，（A）（例如，EVA二聚物）可具有2至60 g/10 min，替代地5至40 g/10 min之熔融指數（190℃，2.16 kg），藉由ASTM D1238-04所量測。
替代地，衍生（A）之不飽和羧酸酯共聚單體單元之不飽和羧酸酯共聚單體可以為(甲基)丙烯酸烷基酯，例如(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯，如丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯。(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯可以在乙烯/不飽和羧酸酯共聚物如乙烯-(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物（EAA）中發現。在一些態樣中，(C1 -C8 )烷基可以為(C1 -C4 )烷基、(C5 -C8 )烷基或(C2 -C4 )烷基。EAA基本上由乙烯衍生之單體單元及一種或多種不同類型之(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯衍生的共聚單體單元例如丙烯酸乙酯及/或甲基丙烯酸乙酯共聚單元組成。(C1 -C8 )烷基可以為甲基、乙基、1,1-二甲基乙基、丁基或2-乙基己基。(甲基)丙烯酸酯可以為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其組合。(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯可以為丙烯酸乙酯，且EAA可以為乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EEA），或(C1 -C8 )(甲基)丙烯酸烷基酯可以為甲基丙烯酸乙酯，且EAA可以為乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物（EEMA）。以EEA或EEMA二聚物之重量計，EEA或EEMA之丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸乙酯共聚單體單元含量可分別獨立地為5至40重量%，替代地20至35重量%，替代地25至31重量%。
基於乙烯的（A）極性共聚物之量可以為半導性複合材料總重量之70至98.9重量%，替代地40至94重量%，替代地45至60重量%。
從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以為單組分非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物（具有單峰分子量分佈）或兩種或兩種以上非極性有機聚合物的共混物。各非極性有機聚合物可以為可交聯或交聯（固化）的單相或多相（例如，非晶相及結晶相）材料。共聚物包含二聚物、三聚物等。
從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以為含有99至100重量%的乙烯系單體單元的聚乙烯均聚物。聚乙烯均聚物可以為藉由配位聚合製造之高密度聚乙烯（HDPE）均聚物或藉由自由基聚合製造之低密度聚乙烯（LDPE）均聚物。
替代地，從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以為含有50至＜100重量%乙烯系單體單元及50至0重量% (C3 -C20 ) α-烯烴衍生的共聚單體單元的乙烯/α-烯烴共聚物。（A）乙烯/α-烯烴共聚物之乙烯/α-烯烴共聚物實施例可以為線性低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）或高密度聚乙烯（HDPE）。替代地，聚乙烯聚合物可以為低密度聚乙烯（LDPE）。以整個互聚物重量計，乙烯/α-烯烴（「α-烯烴」）互聚物至少1重量%、至少5重量%、至少10重量%、至少15重量%、至少20重量%或至少25重量%之α-烯烴含量。以整個共聚物重量計，此等互聚物可具有小於50重量%、小於45重量%、小於40重量%或小於35重量%之α-烯烴含量。說明性乙烯/α-烯烴互聚物為乙烯/丙烯、乙烯/1-丁烯、乙烯/1-己烯、乙烯/1-辛烯、含有20至1重量%二烯共聚單體單元之乙烯/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50至100重量%乙烯單體單元、49至＞0重量%之丙烯共聚單體單元及20至1重量%二烯共聚單體單元之乙烯/丙烯/二烯（EPDM）。用於製造乙烯/二烯共聚物或EPDM中之二烯共聚單體單元之二烯可獨立地為1,3-丁二烯、1,5-己二烯、1,7-辛二烯、伸乙基降冰片烯、二環戊二烯、乙烯基降冰片烯或其任何兩者或兩者以上之組合。
非極性聚烯烴聚合物（如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）之乙烯/α-烯烴共聚物態樣的(C3 -C20 ) α-烯烴（其從半導性複合材料中被省略及排除）可以為式（I）之化合物：H2 C=C(H)-R (I)，其中R為直鏈(C1 -C18 )烷基。(C1 -C18 )烷基為具有1至18個碳原子之單價未經取代之烯烴。R之實例為甲基、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、十七烷基以及十八烷基。在一些實施例中，(C3 -C20 ) α-烯烴為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；替代地1-丁烯或1-己烯；替代地1-丁烯或1-辛烯；替代地1-己烯或1-辛烯；替代地1-丁烯；替代地1-己烯；替代地1-辛烯；替代地1-丁烯、1-己烯及1-辛烯中之任何兩者之組合。替代地，α-烯烴可具有諸如環己烷或環戊烷之環狀結構，其產生α-烯烴，例如3-環己基-1-丙烯(烯丙基環己烷)及乙烯基環己烷。(C3 -C20 ) α-烯烴可以用作共聚單體或單體。
替代地，從半導性複合材料中省略及排除之（A）非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以為乙烯/烯烴官能的矽烷共聚物。用於製造乙烯/烯烴官能之矽烷共聚物之烯烴官能的矽烷共聚單體可以為Chaudhary 之WO 2016/200600 A1（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的可水解的矽烷單體。烯烴官能水解性矽烷可以接枝（後反應器）到共聚物實施例。替代地，烯烴官能之可水解矽烷可以與乙烯及共聚單體共聚以直接製造含有可水解甲矽烷基的共聚物實施例。在一些態樣中，烯烴官能性可水解矽烷為乙烯基三甲氧基矽烷（VTMS）、乙烯基三乙氧基矽烷（VTES）、乙烯基三乙醯氧基矽烷或γ-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷，且可水解矽烷基為2-三甲氧基矽烷基乙基、2-三乙氧基矽烷基乙基、2-三乙醯氧基矽烷基乙基或3-三甲氧基矽烷基丙氧基羰基乙基或3-三甲氧基矽烷基丙氧基羰基丙基。
從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以兩種或兩種以上不同的非極性基於乙烯的聚合物的共混物或與兩種或兩種以上不同催化劑的聚合反應的反應器產物。非極性聚烯烴聚合物可以在兩個或兩個以上反應器中製造，例如來自陶氏化學公司之非極性基於乙烯的聚合物，ELITE™聚合物。
從半導性複合材料中省略及排除之非極性聚烯烴聚合物可以為非極性基於乙烯的聚合物，替代地非極性基於丙烯的聚合物，替代地非極性基於乙烯的聚合物及非極性基於丙烯的聚合物的共混物。
從半導性複合材料中省略及排除之非極性有機聚合物（例如非極性聚烯烴聚合物，例如非極性基於乙烯的或基於丙烯的聚合物）可以藉由任何合適的方法製造，其中許多為眾所周知的。用於生產聚乙烯聚合物之任何習知或此後發現之方法可用於製備聚乙烯聚合物。通常，生產方法包括一種或多種聚合反應。例如，LDPE可以使用高壓聚合方法製備。替代地，LDPE可以使用配位聚合方法製備，所述配位聚合方法使用一種或多種聚合催化劑如齊格勒-納塔、氧化鉻、茂金屬、後茂金屬催化劑來進行。合適之溫度為0℃至250℃，或30℃或200℃。合適之壓力為大氣壓（101 kPa）至10,000大氣壓（大約1,013兆帕（「MPa」）。在大多數聚合反應中，所用催化劑與可聚合烯烴（單體/共聚單體）之莫耳比為10-12 :1至10‑1 :1，或10-9 :1至10-5 :1。
組分（B）：超低潤濕性碳黑（ULW-CB）。ULW-CB如前所述。（B）ULW-CB可以為1.0至39重量%、替代地1.5至29重量%、替代地1.5至20.5重量%、替代地1.5至19重量%、替代地1.5至16重量%、替代地1.5至11重量%、替代地1.5至6重量%之半導性複合材料。
在一些態樣中，半導性複合材料亦可含有除（B）ULW-CB以外的碳黑。此類其他碳黑之實例為Printex XE2碳黑（德固賽）、Black Pearls 1000碳黑（卡巴特公司）、Vulcan XC 72碳黑（卡巴特公司）、Ketjenblack EC600JD碳黑（阿克蘇）、Vulcan P碳黑（卡巴特公司）、United 120碳黑（卡巴特公司）、Denka Black碳黑（Denka）、Vulcan XC 500碳黑或Acetylene Black AB 100%-01碳黑（Soltex）。在其他態樣中，（B）ULW-CB不包含任何其他碳黑。
組分（C）：塑性體。（C）塑性體可以為將彈性體及塑膠之品質（例如橡膠狀性質）與塑膠之加工能力相結合的聚合物材料。（C）之實例為乙烯/α-烯烴共聚物，線密度低密度聚乙烯（LLDPE），其密度為0.905 g/ cm3 ，且熔融指數（I2 ）（ASTM D1238-04，190℃，2.16 kg）為0.9 g/10 min，以DFNA-1477 NT購自陶氏化學公司。在一些態樣中，（C）塑性體可以為一種非極性基於乙烯的聚合物，其在此被省略及排除。在一些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（C）。若存在，（C）可以為半導性複合材料之0.01至1.5重量%，替代地0.05至1.2重量%，替代地0.1至1.0重量%。
視情況選用之組分（D）抗氧化劑。（D）抗氧化劑用於向半導性複合材料及/或過氧化物固化之半導電產物提供抗氧化特性。合適之（D）之實例為雙(4-(1-甲基-1-苯基乙基)苯基)胺（例如NAUGARD 445）；2,2'-伸甲基-雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)（例如VANOX MBPC）；2,2'-硫基雙(2-第三丁基-5-甲基苯酚（CAS編號90-66-4，商業上為LOWINOX TBM-6）；2,2'-硫基雙(6-第三丁基-4-甲基苯酚（CAS編號90-66-4，商業上為LOWINOX TBP-6）；三[(4-第三丁基-3-羥基-2,6-二甲基苯基)甲基]-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮（例如CYANOX 1790）；異戊四醇四(3-(3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥苯基)丙酸酯（例如IRGANOX 1010，CAS編號6683-19-8）；3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酸2,2'-硫代二乙二基酯（例如IRGANOX 1035，CAS編號41484-35-9）；及硫代二丙酸二硬脂基酯（「DSTDP」）。在一些態樣中，（D）為雙(4-(1-甲基-1-苯乙基)苯基)胺（例如NAUGARD 445，其可購自美國康乃狄格州丹柏立（Danbury, Connecticut, U.S.A.）之Addivant）。在某些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（D）。若存在，（D）可以為半導性複合材料之0.01至1.5重量%，替代地0.05至1.2重量%，替代地0.1至1.0重量%。
視情況選用之組分（E）：有機過氧化物。含有碳原子、氫原子及兩個或兩個以上氧原子且具有至少一個-O-O-基團之分子，其限制條件為當存在超過一個-O-O-基團時，各-O-O-基團經由一個或多個碳原子間接鍵結於另一-O-O-基團；或此類分子之集合。若需要固化半導性複合材料，可以將（E）有機過氧化物添加到半導性複合材料中，特別為固化包括將包括組分（A）、（B）及（E）之半導性複合材料加熱到或高於（E）有機過氧化物之分解溫度的溫度。（E）有機過氧化物可為式RO-O-O-RO之單過氧化物，其中各RO獨立地為(C1 -C20 )烷基或(C6 -C20 )芳基。各(C1 -C20 )烷基獨立地未經取代或經1或2個(C6 -C12 )芳基取代。各(C6 -C20 )芳基未經取代或經1至4個(C1 -C10 )烷基取代。替代地，（E）可為式RO-O-O-R-O-O-RO之二過氧化物，其中R為二價烴基，例如(C2 -C10 )伸烷基、(C3 -C10 )伸環烷基或伸苯基，且各RO如上文所定義。（E）有機過氧化物可為雙(1,1-二甲基乙基)過氧化物；雙(1,1-二甲基丙基)過氧化物；2,5-二甲基-2,5-雙(1,1-二甲基乙基過氧基)己烷；2,5-二甲基-2,5-雙(1,1-二甲基乙基過氧基)己炔；4,4-雙(1,1-二甲基乙基過氧基)戊酸；丁酯；1,1-雙(1,1-二甲基乙基過氧基)-3,3,5-三甲基環己烷；過氧化苯甲醯；過氧苯甲酸第三丁酯；二第三戊基過氧化物（「DTAP」）；雙(α-第三丁基-過氧基異丙基)苯（「BIPB」）；異丙基異丙苯基第三丁基過氧化物；第三丁基異丙苯過氧化物；二第三丁基過氧化物；2,5-雙(第三丁基過氧基)-2,5-二甲基己烷；2,5-雙(第三丁基過氧基)-2,5-二甲基己炔-3,1,1-雙(第三丁基過氧基)-3,3,5-三甲基環己烷；異丙基異丙苯基過氧化異丙苯；4,4-二(第三丁基過氧)戊酸丁酯；或二(異丙基異丙苯基)過氧化物；或過氧化二異丙苯。（C）有機過氧化物可為過氧化二異丙苯。在一些態樣中，僅使用兩種或兩種以上（E）有機過氧化物之摻合物，例如第三丁基過氧化異丙苯與雙(第三丁基過氧異丙基)苯之20:80（重量/重量）摻合物（例如LUPEROX D446B，其可購自Arkema）。在一些態樣中，至少一種，替代地各（E）有機過氧化物含有一個-O-O-基團。在一些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（E）。若存在，（E）有機過氧化物可以為半導性複合材料之0.05至3.0重量%，替代地0.1至3重量%，替代地0.5至2.5重量%。通常，當半導性複合材料進一步包括（D）抗氧化劑及（E）有機過氧化物時，（D）抗氧化劑與（E）有機過氧化物之重量/重量比小於2（（D）/（E）（重量/重量）＜2）。
視情況選用之組分（F）防焦劑。抑制過早固化之分子，或這些分子之集合。防焦劑之實例為受阻酚；半受阻酚；TEMPO；TEMPO衍生物；1,1-二苯乙烯；2,4-二苯基-4-甲基-1-己烯（亦稱為α-甲基苯乙烯二聚物或AMSD）；及US 6277925B1, 第2列第62行至第3列第46行中所描述之含烯丙基化合物。在一些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（K）。若存在，（K）防焦劑可以為半導性複合材料之0.01至1.5重量%，替代地0.05至1.2重量%，替代地0.1至1.0重量%。
視情況選用之組分（G）烯基官能性助劑。含有主鏈或環子結構及一個、或者兩個或兩個以上結合其之丙烯基、丙烯酸基及/或乙烯基之分子，其中子結構由碳原子及視情況之氮原子構成，或此類分子之集合。（D）習知助劑可以不含矽原子。（G）烯基官能性助劑可為如藉由限制（i）至（v）中之任一者所描述之丙烯基官能性習知助劑：（i）（G）為2-烯丙基苯基烯丙醚；4-異丙烯基-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'-二烯丙基雙酚A；O,O'-二烯丙基雙酚A；或四甲基二烯丙基雙酚A；（ii）（G）為2,4-二苯基-4-甲基-1-己烯或1,3-二異丙烯基苯；（iii）（G）為異氰尿酸三烯丙酯（「TAIC」）；氰尿酸三烯丙酯（「TAC」）；偏苯三酸三烯丙酯（「TATM」）；N,N,N',N',N'',N''-六烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺（「HATATA」；亦稱為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；異戊四醇三烯丙基醚；檸檬酸三烯丙酯；或烏頭酸三烯丙酯；（iv）（G）為（i）中之丙烯基官能性助劑中之任何兩者之混合物。替代地，（G）可為選自以下之丙烯酸酯官能性習知助劑：三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（「TMPTA」）、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（「TMPTMA」）、乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、異戊四醇四丙烯酸酯、二異戊四醇五丙烯酸酯、三(2-羥基乙基）異氰尿酸酯三丙烯酸酯及丙氧基化甘油基三丙烯酸酯。替代地，（G）可為選自具有至少50重量% 1,2-乙烯基含量及三乙烯基環己烷（「TVCH」）之聚丁二烯之乙烯基官能性習知助劑。替代地，（G）可為US 5,346,961或US 4,018,852中所描述之習知助劑。替代地，（G）可以為前述助劑之組合或任何兩者或兩者以上。在一些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（G）。若存在，（G）助劑可以為半導性複合材料之0.01至4.5重量%，替代地0.05至2重量%，替代地0.1至1重量%，替代地0.2至0.5重量%。
視情況選用之組分（H）成核劑。促進聚乙烯聚合物之結晶速率之有機或無機添加劑。（H）之實例為碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇、超高分子量聚乙烯、鄰苯二甲酸氫鉀、苯甲酸化合物、苯甲酸鈉化合物、雙環[2.2.1]庚烷-2,3-二羧酸二鈉、單甘油酸鋅及1,2-環己烷二甲酸、鈣鹽：硬脂酸鋅。在一些態樣中，半導性複合材料及交聯聚乙烯產物不含（H）。若存在，（H）之濃度可以為半導性複合材料之0.01至1.5重量%，替代地0.05至1.2重量%，替代地0.1至1.0重量%。
視情況選用之組分（I）加工助劑。（I）之實例為含氟彈性體及Viton FreeFlow加工助劑，例如來自The Chemours Company，威爾明頓（Wilmington），特拉華州（Delaware），美國的Viton FreeFlow 23。
視情況選用之組分（J）增量油。（J）之實例為礦物油、石蠟油及其組合。
視情況選用之組分（K）穩定劑。平均粒度18至22奈米（nm）之微粒固體。（K）可以為疏水化之熱解法二氧化矽，例如在CAB-O-SIL商品名下購自卡巴特公司之彼等。（K）可以為UV穩定劑，其亦可以具有阻燃效果。
替代地，半導性複合材料可以獨立地不為基本上由0.005至0.5重量%之一種或多種視情況選用之添加劑各自組成，所述添加劑選自載體樹脂、腐蝕抑制劑（例如SnSO4 ）、潤滑劑、防黏連劑、抗靜電劑、增滑劑、塑化劑、增黏劑、表面活性劑、除酸劑、電壓穩定劑及金屬鈍化劑。
視情況選用之添加劑可用於賦予本發明之半導性複合材料及/或賦予本發明之產物一種或多種有益特性。在一些態樣中，視情況選用之組分或添加劑中之任一種為稍後在實施例中所使用的。
電導體裝置：塗層之金屬線、電纜或電力電纜，例如用於低、中、高及超高壓電力傳輸應用。「電線」意指導電材料之單股線或細絲，例如導電金屬，例如銅或鋁，或光纖之單股線或細絲。「電力電纜」包括設置在半導性層內之至少一根電線及可以稱為絕緣層之覆蓋物。電導體裝置可以設計及構造用於中壓、高壓或超高壓應用。合適之電纜設計之實例示於US 5,246,783；US 6,496,629；及US 6,714,707中。
電導體裝置可以從內向外含有導電芯、內半導性層及視情況內絕緣層。電導體裝置之視情況選用之絕緣方面可含有外部半導性層及外部絕緣層。導電芯可以由一根或多根金屬線構成。當導電芯「絞合」時，其含有兩根或兩根以上金屬線，其可以再分成個別電線束。導電芯中之各電線不論成束或不成束，均可個別地塗有絕緣層及/或個別束可塗有絕緣層。各絕緣層可以獨立地為單層或多層覆蓋物、塗層或護套。絕緣層主要用於保護或隔離導電芯及半導性層與外部環境，例如陽光、水、熱、氧，其他導電材料（例如，防止短路）及/或腐蝕性材料（例如，化學煙霧）。
從一個絕緣電導體裝置到下一個絕緣電導體裝置之單層或多層覆蓋物可以根據其各別之預期用途而不同地構造。例如，檢視橫截面，絕緣電導體裝置之多層覆蓋物自其最內層至其最外層可依序配置有以下組分：內部半導性層（與導電芯實體接觸）、包括交聯聚乙烯產物（本發明之交聯產物）之絕緣層、外部半導性層、金屬屏蔽件，及保護外鞘。所述層及鞘沿周向及同軸（縱向）為連續的。所述金屬屏蔽件（接地）為同軸連續的，且沿周向為連續的（層）或不連續的（帶或電線）。外部半導性層若存在，則可由過氧化物交聯半導電產物組成，其可自交聯絕緣層剝離。
導電方法。本發明之導電方法可以使用電導體裝置，或者可以使用包含本發明之半導性複合材料或產物的不同電導體裝置。
電導體裝置可用於資料傳輸應用及/或用於電力傳輸應用，包含低、中、高及超高壓應用。
本發明之半導性複合材料及產物可用於各種其他應用，包含容器、車輛部件及電子封裝。
化合物包含所有其同位素及天然豐度及同位素富集形式。富集形式可具有醫療或防偽用途。
在一些態樣中，本文中之任何化合物、組合物、製劑、材料、混合物或反應產物可以不含選自由以下組成之群之任何一種化學元素：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、Tl、Pb、Bi、鑭系元素及錒系元素；其限制條件為化合物、組合物、製劑、材料、混合物或反應產物所需的化學元素（例如，聚乙烯所需的C及H或醇所需的C、H及O）不計算在內。
除非另外指示，否則以下適用。替代地在不同實施例之前。AEIC意指美國亞拉巴馬州伯明翰（Birmingham, Alabama, USA）之愛迪生照明公司協會（Association of Edison Illuminating Companies）。ASTM意指標準組織美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯之國際ASTM（ASTM International，West Conshohocken，Pennsylvania，USA）。IEC意指標準組織瑞士日內瓦之國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，Geneva，Switzerland）。ISO意指標準組織瑞士日內瓦之國際標準化組織（International Organization for Standardization，Geneva，Switzerland）。任何比較實例僅用於說明目之且不為先前技術。不含或缺失意指完全不存在；替代地不可偵測。ICEA意指絕緣電纜工程師協會（Insulated Cable Engineers Association）及英格蘭倫敦（London，England）之IHS Markit頒佈之標準。 IUPAC為國際理論及應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry）（美國北卡羅萊納州三角研究園之IUPAC秘書處（IUPAC Secretariat, Research Triangle Park, North Carolina, USA））。可賦予准許選項，但不為必要的。可操作意指功能上能夠或有效。視情況意指不存在（或排除），替代地存在（或包含）。特性為使用標準測試方法及用於量測之條件（例如黏度：23℃及101.3 kPa）來量測。範圍包含其中所含之端點、子範圍及全部值及/或分數值，不包含分數值之整數之範圍除外。室溫：23℃±1℃。當提及化合物時，經取代意指至多（且包含）每次取代具有一個或多個取代基替代氫。
半導性複合材料製備方法：使用C.W.布拉班德（Brabender）製備混合器在160℃下藉由以50轉/分鐘（rpm）之混合速度熔融混合（A）及（B）20分鐘，製備基本上由67重量%的（A）極性有機共聚物及33重量%的（B）ULW-CB組成的半導性複合材料的實施例以得到（A）及（B）的濃縮母料。當（A）為極性基於乙烯的聚合物時，此等熔融混合條件非常適合使用。可以調節條件以確保（A）之其他實施例（例如極性基於丙烯的聚合物）的適當熔融混合，例如使用更高的溫度（例如，200℃）。若需要，將濃縮之母料或半導性複合材料之實施例與另外的獨立選擇的（A）極性有機共聚物（其可以與濃縮的母料的（A）相同或不同）熔融混合，以得到（B）ULW-CB的濃度為＞0至＜33重量%的半導性複合材料的其他實施例。
粒料製備方法。將藉由半導性複合材料製備方法製備之半導性複合材料複合到布拉班德（Brabender）單螺桿擠出機之料斗中，並在120℃下以25 rpm的螺桿速度擠出半導性複合材料的熔融物以得到呈熔融物股線之半導性複合材料。當（A）為極性基於乙烯之聚合物時，此等擠出及絞合條件非常適合使用。可以調節條件以確保（A）之其他實施例（例如極性基於丙烯的聚合物）的適當擠出及絞合，例如使用更高的溫度（例如，200℃）。將熔融物股線進料至布拉班德粒化機中以得到粒料形式之第二本發明的半導性複合材料。
浸泡方法。將50公克（g）在粒料製備方法中製備之第二發明半導性複合材料的粒料及0.865 g（E）有機過氧化物添加到250毫升體積的氟化高密度聚乙烯（F-HDPE）瓶中。緊密密封含有粒料及（E）之瓶子。在70℃下使（E）有機過氧化物浸泡入粒料中8小時，振盪密封之瓶子0、2、5、10、20及30分鐘以得到呈有機過氧化物浸泡之粒料之第三本發明之半導性複合材料。在23℃下將有機過氧化物浸泡之粒料儲存於F-HDPE瓶子中直至需要測試之時。
交聯聚乙烯產物及壓縮模製板製備方法1：製備交聯聚乙烯產物之壓縮模製板用於耗散因子測試。將15 g藉由浸泡方法1製備之有機過氧化物浸泡之粒料夾於兩個2毫米（mm）厚之聚(對苯二甲酸伸乙酯)膜之間以得到夾層結構。將夾層置放在具有以下尺寸之模具中：180 mm×190 mm×0.5 mm。將含有夾層的模具置放在熱壓機的上板及下板之間，並在120℃及0兆帕（MPa）的壓力下模具施加10分鐘以得到預熱的模具。模具保持於120℃下、5 MPa下0.5分鐘，接著120℃下、10 MPa下0.5分鐘。使模具通風8次，接著使模具保持於180℃下、10 MPa壓力下大致13分鐘，另外固化以得到交聯聚乙烯產物。在10 MPa下在10分鐘內使模具由180℃冷卻至25℃，且移除呈壓縮模製板形式之交聯之聚乙烯產物。根據以下方法測試耗散因子。
壓縮模製板製備方法：將材料（例如，（A）極性有機共聚物或半導性複合材料）之原始樣品置放在模具中，並在Grenerd液壓機中壓製，如下：將壓機預熱至150℃；然後將樣品在模具中無壓加熱3分鐘以得到加熱樣品；在0.689兆帕（MPa，100磅/平方吋（psi））壓力下壓製加熱的樣品3分鐘，然後在17.2 MPa （2500 psi）壓力下壓製3分鐘；淬火模具並在0.689MPa壓力下將其保持在40℃下3分鐘以得到樣品的壓縮模製板。
BET氮表面積測試方法：使用微粒學加速表面積&孔率測定法儀器（Micromeritics Accelerated Surface Area & Porosimetry instrument）（ASAP 2420）進行BET表面積分析。在分析之前在真空下在250℃下排出氣體樣品。儀器採用定量給料樣品之靜態（體積）方法且量測可在液氮溫度下以物理方式吸附（物理吸附）於固體上之氣體的數量。針對多點BET量測，在恆定溫度下在預先選擇之相對壓力點處量測氮吸收體積。相對壓力為施加之氮氣壓力與在-196℃之分析溫度下之氮氣蒸氣壓的比率。
密度測試方法：根據ASTM D792-13，藉由排出量測試塑膠密度及比重（相對密度）的標準方法 （Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement ），方法B（用於在除水之外之液體（例如液體2-丙醇）中測試固體塑膠）量測：報告結果單位為公克/立方公分（g/cm3 ）。
熔融指數（190℃，2.16公斤（kg），「I2 」）測試方法：非極性基於乙烯之聚合物根據ASTM D1238-04，藉由擠出求積儀測試熱塑性塑膠之熔融物流動速率之標準方法 （Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Platometer ）使用先前稱為「條件E」之190℃/2.16公斤（kg）之條件量測，且亦稱為I2 。報導結果單位為溶離之公克數/10分鐘（g/10 min）。除非使用230℃而不為190℃，否則複製非極性基於丙烯之聚合物。
水分吸收測試方法：藉由在真空烘箱中在100℃下乾燥碳黑樣品過夜來量測碳黑之水分吸收，量測乾燥之碳黑樣品的重量，將乾燥碳黑樣品置放在具有良好控制的80%相對濕度（RH）及溫度24℃的室內24小時以得到加濕的碳黑樣品，稱重加濕的碳黑樣品，並使用以下等式計算以重量份/百萬計的水分吸收量：水分吸收量=（加濕的CB樣品的重量 - 乾燥的CB樣品的重量）除以乾燥的CB樣品的重量。
吸油量（OAN）測試方法：使用ASTM D2414-04，程序A與鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）。
相形態學測試方法：使用掃描電子顯微鏡（SEM）表徵半導性複合材料之相形態。為了準備分析，首先使用剃刀刀片切開藉由壓縮模製板製備方法製備之壓縮模製板樣品以曝露其內部。在-80℃下在Leica Ultracut EM FC7低溫超薄切片機中拋光曝露之內部。在配備有在10千伏（kV）下操作之鋯化鎢場致發射電子源，Everhart-Thornley次級電子偵測器及低壓高對比度反向散射電子偵測器的FEI Nova NanoSEM 630電子顯微鏡中獲得電子顯微照片。
流變學測試方法：黏度與角頻率。使用ARES振盪剪切流變儀進行動態振盪剪切流變，以分析黏彈性行為。對於線性黏彈性區域內之應變，使用在0.25%應變下之0.1至100弧度每秒（rad/s）的角頻率的頻率掃描，用平行板幾何結構（板直徑25 mm）進行振盪剪切量測。在160℃下進行量測。報告結果為帕斯卡-秒（Pa-s）。
表面能測試方法：使用Owens-Wendt等式從三個液體接觸角在23℃下量測。藉由壓縮模製板製備方法（如前所述）製造（A）極性有機共聚物樣品之板。使用OWENS-WENDT方法基於液體接觸角計算樣品之表面能。使用手動基線在KRUSS DSA100液滴形狀分析儀（測角儀）上以亮度=100，對比度=80及幀速率=50藉由固定液滴量測接觸角。三種液體為水、甲醯胺及二碘甲烷，並且使用具有0.5毫米（mm）不鏽鋼/聚合物針頭之轉塔裝置。使用橢圓（切線1）方法擬合接觸角。分析各液體至少6滴，並報告結果之平均值。使用平均值藉由OWENS-WENDT方法計算表面能。
熱循環測試方法：將銅模具（置放在液壓機內）之半導性複合材料樣品在180℃下無壓力加熱3分鐘，然後在0.689 MPa（100 psi）之壓力下3分鐘及在17.2 MPa（2500 psi）的壓力下3分鐘。然後在0.689 MPa（100 psi）之壓力下將樣品淬火至40℃。重複此熱循環兩次以得到熱循環樣品。
體積電阻率測試方法：使用帶有2點探針之Keithley 2700積分系列數字萬用錶量測低電阻率（＜108 Ohm-cm（Ωcm））樣品的電阻率。施加銀漆（導電銀＃4817N）以最小化樣品及電極之間的接觸電阻，其中樣品為藉由壓縮模製板製備方法製備之壓縮模製板，其厚度為1.905至1.203 mm（75密耳至80密耳），長度為101.6毫米，寬度為50.8毫米。使用與使用圓盤樣品的8009型電阻率測試室耦合的Keithley 6517B型靜電計，量測具有高電阻率（＞108 Ω∙cm）的樣品的電阻率，其中所述樣品為作為藉由壓縮模製板製備方法製備的壓縮模製板樣品製備的圓盤，其厚度為1.905至1.203 mm（75密耳至80密耳），直徑為63.5 mm。
潤濕性測試方法：使用反向氣相層析（IGC）方法，使用IGC表面能分析儀及SEA分析軟件，兩者都來自美國賓夕法尼亞州（Pennsylvania）Allentown之表面量測系統有限公司（Surface Measurement Systems, Ltd.）。材料之總表面能（g（總））為兩種組分之總和，即分散組分（g（分散））及極性組分（g（極性））：g（總）=g（極性）+g（分散）。用四種烷烴氣體探針量測g（分散）組分：癸烷、壬烷、辛烷及庚烷，並用Dorris及Gray之方法測定g（分散）（見下文）。用兩種極性氣體探針量測g（極性）組分：乙酸乙酯及二氯甲烷，並基於van Oss方法用Della Volpe量表分析g（D.J. Burnett等，AAPS PharmSciTech, 2010, 13, 1511-1517；G. M. Dorris等，《膠體介面科學雜誌（J. Colloid Interface Sci.）》1980, 23, 45-60；C. Della Volpe等，《膠體介面科學雜誌（J. Colloid Interface Sci.）》, 1997, 195, 121-136）。將約10至20毫克（mg）純碳黑試驗樣品裝入單獨之矽烷化玻璃柱（300mm長×4mm內徑）中。將碳黑填充柱在100℃及0%相對濕度下用氦載氣預處理2小時以使樣品標準化。用10標準立方公分每分鐘（sccm）之氦氣總流速進行量測，並使用甲烷進行死體積校正。在100℃及0%相對濕度下量測組分。碳黑之表面能作為表面覆蓋度n/nm之函數量測，其中n為氣體探針的吸附量，nm為碳黑的單層容量。作為表面覆蓋度之函數之表面能的分佈揭示了碳黑表面的不均勻性。 實例
來自Soltex之乙炔黑AB 100%-01碳黑。藉由BET氮表面積測試法量測之BET氮表面積為77 m2 /g；藉由ASTM D2414-04量測的OAN為187至202 mL/100 g；藉由水分吸收測試方法量測的水分吸收為3,000 ppm；且表面潤濕性分佈的特徵如下：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0101，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0108，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0111，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0112，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0113。
組分（A1）：乙烯/乙酸乙烯酯（EVA）共聚物，其乙酸乙烯酯共聚單體單元含量為28重量%。以產物ELVAX 260購自美國特拉華州威爾明頓之杜邦公司（DuPont，Wilmington，Delaware，USA）。
組分（B1）：（B）ULW-CB，其為來自卡巴特公司之LITX 50導電添加劑。藉由BET氮表面積測試法量測之BET氮表面積為56 m2 /g；藉由ASTM D2414-04量測之OAN為125至145 mL/100 g；藉由水分吸收測試方法量測的水分吸收為520 ppm；且表面潤濕性分佈的特徵如下：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0014，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性=0.0039，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0051，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0061，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性= 0.0069。
比較實例1至3（CE1至CE3）：使用組分（A1）ELVAX 260及乙炔黑AB 100%-01碳黑製備之比較複合材料。將組分（A1）及乙炔黑 AB 100%-01根據半導性複合材料製備方法藉由熔融混合來製備以得到CE1-CE2之半導性材料。根據壓縮模製板製備方法分別壓製CE1至CE3之樣品以形成板。
本發明實例1及2（IE1及IE2）：使用組分（A1）ELVAX 260及組分（B1）LITX 50碳黑製備本發明之半導性複合材料。將組分（A1）及（B1）根據半導性複合材料製備方法藉由熔融混合來製備以得到IE1及IE2之半導性材料。根據壓縮模製板製備方法分別壓製IE1及IE2之樣品以形成板。
表1：比較複合材料CE1至CE3及測試結果。（「0」意指0.00，N/m意指未量測）
如表1中之數據所示，CE1至CE3在複合材料中碳黑之總BET N2表面積的給定範圍下具有高電阻率，這對於電力電纜的半導性層為不期望的。在20.0至26.0 m2 /g之複合材料中碳黑之總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值＞ 1.3 Log（Ohm-cm）；在15.0至20.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值＞ 3 Log（Ohm-cm）；在5.0至15.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值＞ 5 Log（Ohm-cm）。比較材料CE1至CE3在各種負載下含有先前之導電碳黑，以顯示負載-電導率關係。結果表明，小於100,000 Ohm-cm之體積電阻率需要超過20重量%的此等先前碳黑負載。這種高負載使得熔融加工及擠出/絞合比較製劑變得困難，並且在含有比較製劑之電力電纜之操作使用期間將導致不期望的水分吸收量。
表2：半導性複合材料IE1及IE2及測試結果。（「0」意指0.00，N/m意指未量測）
如表2中之數據所示，IE1及IE2在複合材料中碳黑之總BET N2表面積的給定範圍下具有低體積電阻率，這對於半導性層為所期望的：在20.0至26.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值≤ 1.3 Log（Ohm-cm）；在15.0至20.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值≤ 3 Log（Ohm-cm）；在5.0至15.0 m2 /g的複合材料中碳黑的總BET N2表面積下，log（體積電阻率）值≤ 5 Log（Ohm-cm）。本發明之實例清楚地表明，在相同之ULW-CB負載下可以獲得更高的導電率（更低的體積電阻率）。用小於20重量%之ULW-CB實現小於100,000 Ohm-cm（小於5 Log（Ohm-cm））的體積電阻率。這提供了導電性及碳黑負載之改進的平衡。

Claims (10)

  1. 一種半導性複合材料，其基本上由（A）基於乙烯的極性共聚物及導電有效量之（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）組成，所述超低潤濕性碳黑具有藉由BET氮表面積測試方法量測之35至190平方公尺/公克（m2 /g）之Brunauer-Emmett-Teller（BET）氮表面積；以及藉由吸油量測試方法量測之115至180毫升油/100公克（mL/100 g）之吸油量（OAN）。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導性複合材料，其中所述（B）ULW-CB之特徵在於限制（i）至（iii）中之任一者：（i）所述（B）ULW-CB具有藉由所述BET氮表面積測試方法量測之40至63 m2 /g之BET氮表面積；以及藉由所述吸油量測試方法量測之120至150 mL/100 g之OAN；（ii）所述（B）ULW-CB具有藉由所述BET氮表面積測試方法量測之120至180 m2 /g之BET氮表面積；以及藉由所述吸油量測試方法量測之150至175 mL/100 g之OAN；以及（iii）所述（B）ULW-CB為（i）及（ii）之所述ULW-CB的摻合物。
  3. 一種半導性複合材料，其基本上由（A）基於乙烯的極性共聚物及導電有效量之（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）組成，所述超低潤濕性碳黑具有根據潤濕性測試方法藉由反相氣相層析（IGC）量測之以下之表面潤濕性分佈的特徵：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0101，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0101，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0099，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0111，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0113。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之半導性複合材料，其中所述（B）ULW-CB之特徵在於限制（i）至（vii）中之任一者：（i）藉由所述BET氮表面積測試方法量測之40至180 m2 /g之BET氮表面積；（ii）藉由水分吸收測試方法量測之400至2400百萬分率（ppm，重量）之水吸收；（iii）根據所述潤濕性測試方法藉由IGC量測之以下之表面潤濕性分佈的特徵：在0.02的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0058，及在0.04的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0070，及在0.06的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0075，及在0.08的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0086，及在0.10的表面覆蓋度下潤濕性≤0.0091；（iv）（i）及（ii）兩者；（v）（i）及（iii）兩者；（vi）（ii）及（iii）兩者；（vii）（i）、（ii）及（iii）的組合。
  5. 一種製造如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之半導性複合材料之方法，所述方法包括將所述（B）超低潤濕性碳黑（ULW-CB）混入所述（A）基於乙烯的極性共聚物的熔融物中以得到基本上由組分（A）與（B）組成的熔融共混物形式的所述半導性複合材料。
  6. 一種交聯聚乙烯產物，其為固化如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之半導性複合材料之產物。
  7. 一種製品，其包括如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之半導電複合材料之成形形式或藉由如申請專利範圍第5項所述之方法製造的半導性複合材料之成形形式，或如申請專利範圍第6項所述之交聯聚乙烯產物。
  8. 一種電導體裝置，其包括導電芯及至少部分地覆蓋所述導電芯之半導性層，其中至少一部分所述半導性層包括如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之半導性複合材料或藉由如申請專利範圍第5項所述之方法製造的半導性複合材料，或如申請專利範圍第6項所述之交聯聚乙烯產物。
  9. 一種導電方法，所述方法包括跨如申請專利範圍第8項所述之電導體裝置之所述導電芯施加電壓，以便產生通過所述導電芯之電流。
  10. 一種熱循環半導性複合材料，其藉由使如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之半導性複合材料經受熱循環而製造，所述熱循環包括將所述半導性複合材料加熱至170℃至190℃持續1至5分鐘，且然後冷卻至30℃以得到冷卻的、熱循環的半導性複合材料。
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