JPH0514615B2 - - Google Patents
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Description
本発明は寸法的熱回復性物品および製法に関す
る。
回復性物品は、加熱処理に付す場合、その寸法
的形状が実質的に変化する物品である。通常、こ
れらの物品は、加熱時に、変形される前の最初の
形に回復するが、本明細書中に用いる「熱回復
性」なる語句は、それ以前に変形されていなかつ
たとしても新しい形状を採る物品も包含する。
最も一般的な形状では、そのような物品は、た
とえば米国特許第2027962号、第3086242号および
第3957372号に記載のごとき弾性または可塑性記
憶を示すポリマー材料から作られる熱収縮性スリ
ーブから構成される。たとえば米国特許第
2027962号で明確にされている様に、その最初の
寸法的に熱安定な形状は、たとえば押出されたチ
ユーブを熱いうちに寸法的に熱不安定な形状に拡
大するような連続的な工程での一時的な形状であ
つてよいが、他の場合には、予め成形された寸法
的に熱安定な物品は、他の工程において寸法的に
熱不安定な形状に変形される。
熱回復性物品を製造する場合、所望の寸法回復
性を増強する物品のいずれの製造工程においても
ポリマー材料を架橋させてよい。熱回復性物品を
製造する一方法は、ポリマー材料を所望の熱安定
形状に成形した後、ポリマー材料を架橋し、該物
品を、ポリマーの種類に応じて、結晶融点または
非結晶物質に関してはポリマーの軟化点以上の温
度に加熱し、該物品を変形し、その状態のまま冷
却して物品の変形された状態を保持することから
成る。使用する場合、変形された状態の物品は熱
的に不安定であるから、熱をかけるとその最初の
熱安定形状になろうとする。他の方法は、物質の
結晶融点または軟化点より低い温度で実質的に未
架橋のポリマーを変形し、1つの以上の材料物品
と少なくとも1つのポリマーコンポーネントを一
体にして少なくとも1つの中空熱回復性物品の形
状を作つた後、実質的に未架橋の材料を架橋させ
ることから成る。
他の物品では、弾性部材を第2部材により伸び
た状態で保持し、加熱して部材を軟化し弾性部材
を回復させる。例えば英国特許第1440524号に記
載されているこの型の物品では、外部筒状弾性部
材を内部筒状部材により伸びた状態で保持する。
熱回復性物品は、例えば通信用ケーブルの接続
の様な長い基材を環境的に保護するのに非常に有
用であることが知られている。
環境防止を形成することに加え、スリーブな内
圧に耐えることが要求される。これは、完全な接
続包囲体は、例えばベルサイクルおよびブリテイ
ツシユ・テレコム説明書におけるように漏れにつ
いての加圧試験に付されるからでありあるいは使
用中に達する温度によつて著しい内圧が発生する
ためである。既知の熱回復性スリーブは配電用の
接続包囲体が遭遇する条件については全く適して
いるものの、多くのより大きい通信用ケーブル
は、湿気を排除するために内部加圧されており、
そのような圧に長期間耐えることが要求されるよ
り厚い壁厚を有するスリーブは、製造するのが一
層困難でありまた一層高価であつて装着するにも
非常な技術を必要とする。
米国特許第3669157号および特公昭53−13805号
において、ある熱硬化性樹脂を含浸させた熱収縮
性のチユーブ状布物品を供給することが提案され
ている。しかしながら、これらに開示された物品
は、それらが回復時に樹脂の移動を生じ、その結
果樹脂による布の破裂あるいは樹脂の布からの脱
落を生じる故に、装着が非常に困難であることが
わかつた。従つて、これら従来技術の物品は、限
られた用途しか有せず、多くの通信用の用途にお
いて用いるには非常に技術を要するものである。
本発明の一要旨によれば、本発明は、熱回復性
布およびポリマーマトリツクス材料からなる複合
構造を有する寸法的熱回復性物品であつて、
(a) 熱回復性布は、加熱されときに回復する繊維
を有し、繊維はその回復温度以上の温度におい
て少なくとも5×10-2MPaの回復応力(Y)を有
しており、
(b) ポリマーマトリツクス材料は、繊維の回復温
度あるいはそれ以上の温度において、ポリマー
マトリツクス材料が20%より大きい破断時伸び
および少なくとも10-2MPaの20%セカントモ
ジユラス(X)(300%/分の引張り速度で測定)
を有し、
X/Y (1−R)/R (1)
[Rは、複合構造物の全体積に対する、所定方向
に沿つた複合構造物中の熱回復性繊維の平均有効
体積割合またはそれに関連した部分である。]
が1未満となる温度が、繊維の回復温度またはそ
れ以上の温度に存在しているような伸び/温度プ
ロフイルを有していることを特徴とする熱回復性
物品を提供する。
また本発明は、回復性繊維成分の故に回復性と
なつている複合構造物を有する寸法的に熱回復性
物品を製造する方法であつて、前記定義したよう
な熱回復性布物を前記定義したようなポリマー材
料をマトリツクスとして結合させることを含んで
なる方法を提供する。
本明細書において用いる「繊維」なる用語は、
フイラメント、例えばモノフイラメントまたはマ
ルチフイラメント、およびさらにステープルフア
イバー、ワイヤーおよびテープを包含するもので
ある。本発明の物品で用いられる布は、好ましく
はフイラメント、特にモノフイラメントの形の熱
収縮性繊維を採用する。
本発明の物品において用いられる熱回復性繊維
は、好ましくは10-1MPa、より好ましくは5×
10-1MPaそして通常少なくとも1MPaの最少回復
応力を、繊維の遷移温度以上の温度において有し
ている。理論的には回復応力の上限は存在してい
ないが、実際的には200MPaであり、より一般的
には、ポリマー繊維によつて通常達成される最高
値は100MPaである。
繊維は、好ましくは、ポリマー性熱回復性材料
から形成されている。ポリマー性熱回復性材料の
「回復温度」は、ポリマー材料の回復が実質的に
完全に達成される温度を意味する。一般に、回復
温度は、ポリマーが結晶性である場合には結晶の
溶融転移温度であり、ポリマーが無定形である場
合にはガラス転移温度である。
本発明の物品の多くの形状においては、ポリマ
ーマトリツクスは熱回復性繊維の回復温度より低
い温度において軟化するので、マトリツクス材料
が要求される伸びおよびセカントモジユラスをも
ち、式(1)が1未満となる温度(T)は繊維の回復温度
と同じにある。本発明は、しかしながら、剛直な
マトリツクス材料が、繊維の回復温度以上の温度
範囲において回復に対して繊維を保持し、次いで
繊維が回復できるように軟化するような場合も包
含するものである。
好ましくは、熱回復性繊維は、良好な物理的性
質および特に良好な耐クリープ性を繊維に与える
ポリマー材料から形成される。ポリエチレンおよ
びエチレンコポリマーのようなオレフインポリマ
ー、ポリアミド、ポリエステル、アクリルポリマ
ーおよび他のポリマーが用いられ、好ましくは架
橋することができるポリマーが用いられる。繊維
に特に好ましいポリマー材料は、0.94〜0.97g/
c.c.の密度、80×103〜200×103の重量平均分子量
(Mw)および15×103〜30×103の数平均分子量
(Mn)を有するポリエチレンをベースとするも
のである。
好ましくは、繊維の回復温度は、60℃またはそ
れ以上、最も好ましくは80〜250℃、例えば120〜
150℃である。
繊維を照射により架橋する場合、繊維の製造に
架橋工程を組込むのが便利である。繊維は、押出
しされ、その融点以下の温度において、好ましく
は800〜2000%の割合で延伸され、次いで架橋を
行なうために照射される。それ程好ましくはない
が繊維を製造する他の方法は、繊維は押出しし、
架橋するために照射し、次いで繊維を、好ましく
はその融点以上に加熱して繊維を延伸し、次いで
延伸された繊維を冷却することからなる。高密度
ポリエチレン繊維は、好ましくは約5〜35メガラ
ド、より好ましくは約5〜25メガラド、最も好ま
しくは約7〜18メガラド、特に10〜18メガラドの
線量で照射される。通常、架橋された繊維のゲル
含量は、20%より大きく、好ましくは30%より大
きく、最も好ましくは40%より大きい。実際に
は、90%より大きいゲル含量は容易には達成され
ない。このようにして製造された繊維は、回復後
にも強い強度を有することができる。繊維を照射
することの他の利点は、積層と関連して後に記載
する。
熱回復性布は、所望により、上述したような熱
回復性繊維のみによつて製造することができ、あ
るいは熱回復性繊維に加えて他の繊維を含むこと
もできる。布がそのような他の繊維を含む場合、
上記式(1)のRは、熱回復性繊維成分のみに関係す
る。布は、編まれたもの、織られたもの、不織性
のものあるいは編組などであつてよい。回復性繊
維は、それが作られる時には布自体の一部分を成
していてもよくあるいは付加的であつて、基本の
布が製造された後に挿入されてもよい。好ましい
態様では布は、織られたものである。織られた布
は、熱回復性繊維のみを含んでいてもよくあるい
は非熱回復性繊維またはフイラメントとともに熱
回復性繊維を含んでいてもよい。布は、例えば綾
織(twill)、破綾織(brokentwill)、サテン
(satin)、綿サテン(sateen)、レノ、平織、ホツ
プサツク、サツクおよび種々の織方の組合せ、シ
ングルまたはマルチプライ織り、例えば2または
3プライ織りに織られてよい。好ましくは布は、
一方向に熱収縮性繊維と、他の方向に寸法的に熱
安定性繊維を有している織布であり、従つて布は
全体として、単一方向にのみ回復性である。従つ
て以下の記述は、一般にそのような布について記
載する。しかしながら記述した特徴は、他の布に
も適用されるものである。
一方、布は要すれば編まれたものでよく、縦糸
編みまたは横糸編みであつてよい。もし布が熱回
復性繊維単独で作られているならば、2つの方向
に回復可能であるが、もし、編まれた布について
は好ましいものであるが、熱回復性繊維および熱
安定性繊維から編まれている場合、縦糸挿入また
は横糸挿入のいずれであつても、一方向にのみ回
復可能である。
所定のある方向に沿つた複合構造物中の熱回復
性繊維の平均有効体積割合は、とりわけ繊維の寸
法、織りまたは編みの形式および考察する方向に
依存している。上記式(1)で用いた平均有効体積割
合Rは、本明細書においては、各熱回復性繊維の
断面積を所定方向の繊維のベクトル成分で乗じて
それを考察している方向に垂直な平面上にとつた
複合構造物の全断面積によつて割つた値の和を考
察している方向に沿つて平均した値として定義さ
れる。従つて、熱回復性繊維が、考察している方
向に対して角度αで存在している場合、繊維の断
面積とその考察している方向への成分との積は、
織維面積×cosαで与えられる。考察している方
向に垂直な平面により切られた全繊維のこの値の
和を複合構造の全面積で割ると、考察してい方向
に沿つた特定の点におけるR値が与えられる。考
察している方向における関連布部分の全長さ上で
のR値の平均値が、上記式(1)および特許請求の範
囲第1項において用いられる。
すべての熱回復性繊維が相互に平行である(織
りの場合における縦糸または横糸である)織りの
場合でありかつ考察している方向が、回復性繊維
(すなわち回復方向)に平行である場合、Rの平
均値は、すべての回復性繊維の全断面積を、複合
構造の全断面積によつて割ることにより与えられ
る。
熱回復性布は、好ましくは、ポリマーマトリツ
クス材料に結合され、さらに好ましくは埋設され
る。先に既述した照射の利点は、ここにおいて現
れる。もし繊維を布に形成する前または後に、
(特に酸素の存在下において)照射するならば、
その表面に化学的変化が生じ、その変化はマトリ
ツクス材料の結合を著しく向上させる。繊維の回
復温度またはそれ以上の温度において、ポリマー
マトリツクス材料は、加圧下に制限された流動を
行なうことができるようにすべきであり、これに
よつてマトリツクス材料は、繊維の実質的に妨害
的な回復なしに複合構造物の一体性を保持する。
好ましくは、ポリマーマトリツクス材料は、上記
温度において、50%より大きい、より好ましくは
100%より大きい特に400〜700%の破断時伸び、
および好ましくは少なくとも5×10-2MPa、よ
り好ましくは少なくとも10-1MPaの20%セカン
トモジユラスを有する(300%/分の引張速度で
測定して)。
ポリマーマトリツクス材料の特定した性質は回
復の後に必ずしも適用される必要はないが、製品
が室温で柔軟であることは望ましい。従つて、例
えばポリマーマトリツクス材料は、後に硬化され
て加熱により熱固定されてもよい。但し、硬化速
度は、繊維の回復中にポリマーマトリツクス材料
の上述した物理的性質に悪影響を与えない程度に
回復条件下において十分ゆつくりしている必要が
ある。従つて、例えば、マトリツクス材料を形成
しているポリマーは、後に湿気の存在下で材料を
架橋することができる架水分解可能なグラフトさ
れたシラングループを含んでいてもよい。一方、
マトリツクス材料は、ポリマー、好ましくはゴム
および特にアクリルゴムを含んでいてよく、ゴム
はエポキシグループおよび室温で非溶解性の硬化
剤、例えばジシアンジアミドを含でいる。
ポリマーマトリツクス材料は、熱可塑性または
エラストマーのいずれであつてもよい。一般に、
ポリマーマトリツクス材料および回復性繊維の材
料は、化学的または物理的な相溶性であることが
望ましく、さらに好ましくは化学的および物理的
に相溶性であることが望ましい。このことは、両
者が類似のまたは同一の化学的種類であることお
よび両者の適切な物理的性質が積層、装着および
使用中に類似であるかまたは同一であることを意
味する。特に、マトリツクスおよび繊維が夫々低
密度ポリエチレンおよび高密度ポリエチレンであ
ることが望ましい。さらに、当業者ならば他の相
溶性のあるポリマーの対を選ぶことが可能であ
る。マトリツクス材料として適当な熱可塑性材料
の例としては、エチレン/酢酸ビニルコポリマ
ー、エチレン/アクリル酸エチルコポリマー、ポ
リエチレン(線状の低密度および高密度のもを含
む)、ポリプロピレン、ポリプチレン、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリエーテルアミド、パーフ
ルオロエチレン/エチレンコポリマーおよびポリ
ビニリデンフルオライドが挙げられる。材料の第
2の種類を考察するならば、これは、アクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレンブロツクコポリマ
ー、アクリレートおよびメタクリレートを含むア
クリルエラストマーおよびそれらのコポリマー、
例えばポリブチルアクリレート、およびポリ2−
エチルヘキシルアクリレート、酢酸ビニルとエチ
レンのコポリマー(VAE)、ポリノルボルネン、
ポリウレタンおよびシリコーンエラストマーなど
が包含される。マトリツクスを形成するポリマー
材料を、(少なくとも可視光に対して)透明性、
あるいは完全に不透明であつてよく、あるいはま
たこれら2つの両極端の間のいかなる不透明さを
有していてもよい。もし不透明さが例えば少量の
(約5重量%を越えない)カーボンブラツクのマ
トリツクスへのブレンドによつて増大するなら
ば、回復に要する時間は短くなるようにみえる。
また、熱損傷、特に炎による熱損傷および紫外線
損傷に対する物質の抵抗性が低下する。マトリツ
クス材料(あるいはその一部)は架橋されてよ
く、例えば、架橋されたエチレン/酢酸ビニルコ
ポリマー、線状低密度または高密度ポリエチレン
あるいはアクリルエラストマーであつてよい。材
料は、照射または他の手段例えば化学的架橋(例
えばパーオキサイド架橋剤を用いる化学的架橋)
によつて架橋することができる。但し、マトリツ
クスの回復温度における物理的性質は、架橋工程
後に特定される。照射が用いられる場合、10メガ
ラドまたはそれ以下の線、特に3〜7メガラドの
線量が好ましい。これにより得られる架橋程度に
よつて、特にトーチを用いた熱回復中にマトリツ
クスが繊維とともに回復し、さらにマトリツクス
が移動したりあるいは落下したりするのを熱回復
中防止することが可能になる。照射後の複合材料
の回復率は照射前に比べて少なくとも50%、特に
少なくとも70%である これらの線は、オレフイ
ン性ポリマー、例えば低照射のポリエチレンにつ
いて典型的なものと考えられるが、当業者ならば
種々の濃度の存在しうるプロラドに依存して線量
を適当に選択することが可能である。複合構造物
は、もしもマトリツクスおよび繊維ビームレース
ポンスが同等にされているならば、単一照射を用
いて製造することができる。配向された繊維ビー
ムレスポンスはプロラドの添加により増加され、
それ程配向されていないマトリツクスのビームレ
スポンスは、アンチラドの添加により減少され
る。そうでなければ別個の架橋工程が望ましい。
積層後架橋(特に照射される架橋)の他の特性
は、架橋結合が回復性繊維におよび/または存在
する他の繊維の間に形成されることであり、これ
により、構造物を真の複合構造物に、特に苛酷な
回復条件下において保つことが助長される。これ
により、物理的な相互係合の必要性が排除され得
るので、ずつと厳しさの低い積層方法を採用する
ことが可能となる。
熱回復性布は好ましくはポリマーマトリツクス
材料に結合されており、この結合は接着であつて
よく、すなわち物理的または化学的表面相互作用
あるいはまた機械的な相互係合が供給されていて
よい。
最も好ましくは、熱回復性布は、ポリマーマト
リツクス材料中に埋設されており、これによつて
複合構造物を形成することである。この「埋設」
は、ポリマーマトリツクス材料が、布を作つてい
る繊維の表面領域の少なくとも主要部分を包囲し
ていることを意味する。
繊維は、好ましくは完全にポリマーマトリツク
ス材料により包囲されているが、実質的に全体よ
り少ない繊維表面積がポリマーマトリツクスによ
り包囲されていることが可能であり、ときには望
ましい。これが可能な場合とは、繊維−マトリツ
クス結合が形成されている場合である。十分な繊
維面積がポリマーマトリツクス材料に結合あるい
は相互係合されていなければならず、これにより
物品の回復中に一体構造物を保持する複合構造が
得られる。曖昧さを除くために説明すれば、マト
リツクスという用語は、繊維を(部分的または完
全に)包囲している材料およびさらに繊維の表面
に単に添つているが繊維の格子には貫入していな
い材料をも包含する。
好ましくは、ポリマーマトリツクス材料は、少
なくとも熱源に面している複合構造物の表面にお
いて、実質的に応力が加えられておらず、かつ
(英国特許出願第8300217号に記載されているよう
に)少なくとも0.03mm、特に少なくとも0.01mm、
さらに少なくとも0.2mm、例えば0.2〜2mmの厚さ
を有している。これは、通常のプロパントーチを
用いた熱回復される複合構造物の能力を向上させ
るからである。
複合構造物において、複合構造物の全体積に対
する布の熱回復性繊維によつて占有される体積の
比は、少なくとも約0.01:1、好ましくは約
0.1:1〜約0.8:1、より好ましく約0.2:1〜約
0.4:1である。
複合構造物においては、所定の複合構造物の単
位体積における熱回復性繊維の体積は繊維の強
度、ポリマーマトリツクスの強度および繊維/ポ
リマーマトリツクス構造の回復条件における一体
性に依存している。ここで、許容しうる回復性製
品は、式:
X/Y (1−R)/R
[式中Xは、ポリマーマトリツクス材料の20%セ
カントモジユラス、およびYは、繊維の回復応力
である(ともに繊維の回復温度以上の温度Tにお
ける値)。Rは、複合構造中の熱回復性繊維の平
均有効体積割合である。]
が1未満の時に得られることがわかつた。
好ましくは、
X/Y (1−R)/R
は0.5未満、より好ましくは0.5未満である。
複合構造物は、例えば1またはそれ以上のポリ
マーマトリツクス材料の層を熱回復性布に積層す
ることによつて形成することができる。好ましく
は十分な熱および圧力を加えて、布の少なくとも
主要部分において、ポリマーマトリツクス材料に
結合されるように、あるいは十分な量の機械的な
相互係合が生じるようにする。このようにして、
熱を加えたときにユニツトとして回復する複合構
造が得られる。
繊維をマトリツクスに結合する方法としては、
例えば含浸、溶液塗布、スラリー塗布、粉末塗
布、反応性プレポリマー(例えば紫外線または過
酸化物により活性化されるアクリルプレポリマ
ー)を採用することができる。いずれの結合方法
においても、布が回復しないように適切な手段が
講じらていない限り、布を回復させるような量の
熱を加えてはならない。
本発明の熱回復性物品は、多くの用途において
使用することができる。これは特にパイプ、導
管、ケーブルなどの長い基材を包囲するのに適し
ている。熱回復性物品の表面には、シーラントま
たは接着剤組成物の層を塗布することができる。
シーラントは、マスチツクであつてよく、接着剤
は、ホツトメルト接着剤のような熱活性化接着剤
であつてよい。使用することができるホツトメル
ト接着剤には、ポリアミドおよびエチレン/酢酸
ビニルコポリマーベースの接着剤が包含される。
このような接着剤は既知であり、例えば米国特許
第4018733号および第4181775号を参照することが
できる。要すれば、熱硬化型接着剤を使用しても
よい(例えば英国特許第2104800号参照)。
ポリマーマトリツクス材料を適切に選択するこ
とにより、ポリマーマトリツクス材料を、回復し
た複合構造物を基材に固定しかつ封止するための
接着剤として機能させることができる。布は1以
上のポリマーマトリツクス材料に埋設されて、所
望の性質を与えるものであつてよい。長い基材を
包囲するために用いるためには、布の各表面にマ
トリツクス材料の層を積層することができ、使用
時に内側方面となる表面には、接着性を有するポ
リマーマトリツクス材料を積層し、一方外側表面
にはそうではないマトリツクス材料を積層するこ
とができる。容易に明らかになるように、マトリ
ツクス材料はポリマー材料自体の固有の他の所望
の種々の性質によつて選択されてよく、あるいは
例えば酸化防止剤、紫外線安定剤、顔料、抗トラ
ツキング剤などの種々の添加剤が供給されていて
よい。
本発明の熱回復性物品は、典型的にはシートで
あるが、他のいかなる形状例えばチユーブ状であ
つてもよい。チユーブ状には、例えば分岐構造の
ような多数のチユーブ状部分が相互に継続された
ものも包含される。この分岐構造は、一本のケー
ブルにまたはそれ以上の他のケーブルに接続する
ところ、あるいは2またはそれ以上のパイプが一
体に接続されるところにおいて用いられるもので
ある。
本発明の熱回復性シートは、ケーブル接続部ケ
ース、パイプセグメント、または圧力容器(英国
特許出願第8300221号参照)を形成するために用
いることができる。本発明の熱回復性物品は、加
圧通信用ケーブル間の接続を包囲するのに用いる
のが特に適していることがわかつた。回復された
物品は、圧力の影響に対して驚くべき抵抗があ
り、好ましい態様は、不透過性であり、約
70KPaの圧力(加圧通信システムにおいて用い
られる典型的な圧力)条件をおよびこのようなシ
ステムの動作温度において破裂に対して耐えるこ
とができる十分なフープ強度を有する。
ケーブル接続部ケースを形成する場合、本発明
のシートは、ある種の内側支持体、例えばテーパ
付けされた末端を有する一般に円筒状のライナー
とともに用いられる。好ましくはライナーは次の
ような形状にされる:そのより大きい中央部分が
嵩張つたケーブル接続部の周囲に適合し、かつそ
のテーパ付けされた末端が、寸法がケーブルにま
で減少する遷移部に適合する。ライナーはラツプ
アラウンド型のものであつてよく、この場合、好
ましくはライナーは王冠状あるいは他の末端支持
材を有する半割体からなつていてよく、あるいは
ケーブル接続部の周囲に巻付けられる剛直な材料
のシートからなり、再び王冠状末端が末端支持部
材を与えるものであつてよい。この末端支持部材
はケーブル上へテープにより締付けらる。この方
法では、圧力容器は、対象物(ケーブル接続部の
ような対象物)の周囲に形成され、シート材料
は、不透過性の耐クリープ性のおよび引き裂き抵
抗性の包囲を提供し、ライナーは耐衝撃性、軸方
向強度および他の機械的な要求を満足する。
もし接続部ケースまたは圧力容器が単なる使用
前の一体性をみる圧力試験ではなく使用中に圧力
を保持することが意図されているならばある種の
他の構成が加えられていてよい。他の圧力接近点
上のバルブは、回復性シートに有用に供給され、
さらに内側のライナーに添えられていてもよい。
布をベースとするシートは、バルブまたはシート
を貫通しなければならない他の器具の供給に非常
に適合している。これは引裂きが起りにくいから
である。たとえある繊維がバルブの挿入時に切れ
たとしても、損傷は広がることがなく、かつ注意
されすれば、バルブのための孔は単に隣接した繊
維を押し広げるだけで作ることができる。
加圧接続部ケースに望ましい第2の特性は、外
側スリーブおよびケーブル間のあらゆる結合が内
圧によつて剥離されることを防止するある種の手
段である。満足すべき結果が、一方の表面がケー
ブルに係合(好ましくは結合)し、他方の表面が
スリーブに係合(好ましくは結合)し、それによ
り2つの表面が開くことができるような表面を持
つ材料のストリツプを用いて得られる。この材料
のストリツプは、好ましくはU字状またはV字状
の断面を持ち、接続部ケースに面する再入側に装
着される。
複合構造物の他の用途には、通信用、高電圧、
電子、石油およびガス、並びに製造産業における
広範囲の基材の環境的保護、補修または絶縁が包
含される。例えば、ケーブル接続部ケースの製造
に加え、ケーブルジヤケツトを、その高い強度、
柔軟性および耐腐蝕性の故に顕著な利点を有する
新しい複合材を装着することにより補修すること
ができる。また、パイプを腐蝕または他の損傷か
ら保護することができ、この場合複合構造物上の
シーラント、特にマスチツクの被覆は望ましいの
である。パイプ絶縁も複合構造物を用いて形成す
ることができ、この場合所望により、発泡材料の
ようなある種の他の絶縁材料を用いることもでき
る。熱的および/または電気的絶縁も供給するこ
とができる。
複合構造物の別の用途は、広範囲の要素のハウ
ジングおよび保護となる中空物品の製造にある。
複合構造物のさらに別の用途は、2またはそれ
以上の物品、例えばパイプまたはケーブルを長い
基材に固定することにある。パイプまたはケーブ
ルが非常に悪い条件下で固定されていなければな
らない場合、ある種の緊密でかつ環境に対する抵
抗のある固定が必要とされる。このような用途の
特に重要な例の1つは、ヘリコプターのロータブ
レードのケタの外表面に沿つて伸びる電気配線の
保護である。ある場合には、電気配線はブレード
の中を通過する前にロータブレードのケタの外表
面に沿つて伸びる必要があることがある。例えば
このような配線は、ブレードの氷結を防止するた
めにブレードの前縁に沿つて配置された加熱要素
に電力を供給するために用いられる。この例にお
いては、配線はその上に本発明の熱回復性物品を
回復させることによりケタの表面に沿つて保持さ
れる。布回復性物品は、要素にさらされることに
よつて生じ得る損傷を防止ないし減少させる比較
的高い耐摩耗性の故に、この用途に特に適してい
ることがわかつた。加えて、装着された熱回復性
物品により基材に加えられる比較的強い力の故
に、ブレードが作動しているときに生じる遠心力
または他の力による電気配線のいかなる移動をも
防止または減少することができる。さらに、布物
品が比較的高い引裂き抵抗性をもつているという
事実によつて、ナツトおよびボルトの用なケタの
上にある突起物状に回復させることが可能とな
る。
ヘリコプターのロータブレードは、一端がロー
タブレードのギヤボツクスに取付けられているケ
タによつて支持されている。ブレードの氷結を防
止するためにロータブレードの前縁に沿つて多数
の加熱パツドが配置されており、ワイヤハーネス
に沿つて加熱パツドに電力が供給される。先ずハ
ーネスをケタ上に硬く保持するために、熱収縮性
ラツプアラウンド複合構造物が、ハーネスが伸び
ているケタの部分上に回復される。好ましくは、
複合構造は、積層されたポリマー層が未照射であ
り、複合構造物の回復率が約2:1である積層さ
れた熱収縮性布から形成されている。勿論、積層
された層を照射しあるいは回復率を変化させるこ
とは可能である。好ましくは、カバーはラツプア
ラウンド物品として形成されており、レール−チ
ヤンネル型締付装置とともに供給される。カバー
の下面には、ホツトメルト接着剤、例えばエチレ
ン/酢酸ビニルコポリマーベースのあるいはポリ
アミドベースの接着剤が、カバーをケタに固定
し、ハーネスに沿つた水の浸入を防止するため
に、供給されていてよい。カバーの用途に依存す
るものではあるが、カバーの全表面を接着剤で被
覆することが望ましくあるいは縁に沿つて伸びる
余剰部分を接着剤で被覆することが望ましい。
多くの用途に対して、本発明の回復性複合構造
物は、好ましくはチユーブ状のような開放形に作
られる。シートはこのように製造するのが容易で
あり、また包囲されるべき基材の自由端に接近す
る必要がないので装着も容易である。しかしなが
ら、ここで生じる問題の1つは、基材の周囲で巻
付けられた形状にいかにしてシートを固定するか
ということである。必要なことは、スリーブの向
い合つた端部の回復性繊維を一体に固定する何ら
かの手段である。解決方法は、広く4つに分ける
ことができる。第1は、シートの向い合つた端部
の間にラツプまたは他の結合を設けることであり
この場合所望により回復時の重なつた端部の剥離
を防止するためにパツチを用いることができる。
この場合、結合は一般に向い合つた端部のマトリ
ツクスの間に形成され、従つて繊維の回復力がそ
の端部において剥離からマトリツクスへ適切に伝
達されるように注意しなければならない。第2
に、シートを貫通するある種の手段が用いられ、
この場合布が直接に利用される。一般に、この技
術は裂けの問題の故に連続シート材料には不可能
である。しかしながら、布ベースの材料の裂けに
対する抵抗は非常に大きい。この型の締付けの例
には、ステツチ、ステープル、リベツト、プレス
−スタツドのような予め挿入された止金の使用あ
るいはシートのラツプジヨイントに隣接して配置
されかつシートの両方の厚みを貫通する複数の突
起を有する手段の使用が包含される。この第2の
形式は、より一般な表現で後に記述されている。
締付けの第3の広い形式には、向い合つた端部を
ある形式の締付手段、例えば断面C字状のチヤン
ネルまたは再使用可能な器具によつて一体に保持
するために、その向い合つた部分を形成すること
である。これは、端部に材料を結合することによ
りあるいは端部自体を(場合によりシートの長さ
方向に沿つて伸びるロツドの周囲に)折返すこと
によつて達成される。従つてスリーブの生じた端
部は、英国特許第1155470号に開示されたような
レール−チヤンネル締付のレールと同様の形状を
有することになる。
記述すべき第4の技術は、回復性繊維が接続さ
れる向い合つた端部で終了することなく2重折り
返しとなるように布を形成することを含む。一例
は、シヤトル織機上の回復性横糸を用いることお
よび包囲部材を各端部において織りの間に挿入す
ることあるいは特別な耳を用いることである。他
の可能性は、各端部に閉じたポケツトを織込むこ
とであり、あるいはチユーブ構造に織り、チユー
ブを平らにし、次いで平らにされたチユーブを封
止用のロツドまたは他の部材がその中に適用され
得るシートとして用いることである。これらの技
術は、織りという用語を用いて説明されているが
必要な変更を加えることにより他の布、例えばブ
レードおよびニツトにも適用することができる。
上述を封止技術のいくつかは、英国特許出願第
8300223号に記載されている。
本発明の回復性シートをラツプアラウンド形状
で用いる場合、一体に合せられる向い合つた端部
の下にフラツプを用いることが望ましい。このよ
うなフラツプは、シートと一体であつてもよく、
環境封止および必要ならば圧力保持を向上させ
る。
ここで先に述べたシートをラツプアラウンド形
状に保持する第2の技術をより一般的に説明す
る。回復性複合構造物は貫通することができるの
で、これにより一体に結合すべき部分をチユーブ
形状だけではなく種々の形状の中空物品、例えば
屈曲部およびT継手を形成することも可能であり
また単なる円筒状物品としての別れた分岐を形成
することも可能となる。それ故、一般的に言うと
複合構造物の2またはそれ以上の部分を、布を貫
通する機械的な接続装置を用いて一体に接続する
ことができる。好ましくは、接続装置は1または
それ以上のステープルである。接続された部分
は、不連続であつてよくあるいは複合材料の単独
片の離れた部分であつてもよい。ステツチを用い
る場合、ステツチの各列は好ましくは1m当り
200〜800の縫目を持つており、布の端に最も近い
ステツチの列は好ましくはその端から少なくとも
繊維4本分離れている。綿サテン(sateen)のよ
うな高フロート布の場合であつて高フロートが接
続線に対して直角になつている場合、少なくとも
繊維6本分の間隔が好ましい。これは、好ましい
形式の布について端部の重なりが少なくとも8〜
10mm、好ましくは少なくとも16または20mmである
ことに対応している。勿論ヘリを供給してもよい
が、これは布の厚さを増すので一般に望ましくな
い。ステツチ(またはステープル)操作によつて
熱回復性繊維が切断される可能性を減少させるた
めに、針(またはステープル)はその先端におい
て非常に鋭くなければならず、布の熱回復性繊維
間の距離と同程度の最大直径を有している。
ステツチまたはステープルの利点は次の通りで
ある。繊維が軸方向に収縮して回復する場合、そ
の直径または体積は増加する。その結果、ステツ
プまたはステープルが通過している布中の孔は縮
まり、布はステツチまたはステープルを掴み、こ
れによつて接続の強度が増加する。孔の寸法の減
少によつて、あらゆる接着剤層またはマトリツク
ス材料が孔を完全に充填するのが助長され、従つ
て回復した物品を通つて流体が漏れる可能性が減
少され、このことは例えばケーブル接続部ケース
における環境封止あるいはパイプまたはパイプ絶
縁の腐蝕防止に用いられる物品においては特に有
用である。
通常、複合構造物は、マトリツクスポリマーに
埋設されあるいは結合された単一の布を含んでい
ることが必要となる。しかしながら、ある場合に
は、ポリマーマトリツクスの層をその間に有して
いる複数の布、例えば2枚の布を複合構造物が有
していてもよく、場合によりマトリツクスポリマ
ーを外側に向いた表面上に有していてもよい。1
を越える布を用いる物品は、高い内圧を有する基
材を包囲する場合、あるいは特に厳しい機械的攻
撃にさらされる物品に使用する場合に特に有用で
ある。
ここで添付図面を参照して、本発明をさらに詳
しく説明する。
第1図は、本発明のラツプアラウンド物品の斜
視図(明瞭にするために複合構造物の厚さは誇張
されて図示されている)、
第2図は、第1図の物品の断面図、
第3図は、基材の周囲に巻付けられた後の第1
図に示す物品の端部領域を示す分解断面図、およ
び
第4図および第5図は、第1〜3図に示した物
品の改造例の基材周囲に巻付けられた後の端部領
域を示す分解断面図である。
第1図には、本発明の物品の斜視図が示されて
おり、この物品はラツプアラウンド器具の形状を
しており、通信用ケーブルの接続部のような長い
基材を包囲するのに適している。この物品は、縦
糸方向に熱収縮性フイラメント3および横糸方向
にマルチフイラメントガラス糸4を有する複合シ
ート1から形成されている。
布は、第2図により明瞭に示されているよう
に、マトリツクスポリマー材料5の中に完全に埋
設されている。マトリツクス材料5は、熱可塑性
ポリマーから形成された2枚の薄片6および7を
有してなり、薄片は、例えば溶融積層工程によつ
て布の対向面に積層され、ついで架橋されて各薄
片6および7は布および他の薄片に接着される。
薄片は、選択された回復条件下において所望の流
動特性を示す。複合シートが形成された後、レー
ルが、横糸方向に沿つて伸びる端部の夫々に沿つ
て形成され、物品が基材周囲に巻付けられた後に
これら端部を一体に保持するための手段を供給す
る。物品にレールを形成する前または後に、複合
シート1には、シーラントまたは接着剤、例えば
マスチツクまたはホツトメルト接着剤の層10を
供給する。この物品は、従来技術の物品に比べて
著しい利点を有することが見出された。内圧によ
り例えば生じるフープ応力に耐える能力は非常に
高く、損傷の可能性が著しく低い状態でトーチに
よつて熱収縮することができ、また耐摩耗性があ
り、さらに非常に高い引裂抵抗性を有する。
第3図は、物品が基材の周囲に巻付けられた後
の物品の封止レールをその位置において示す拡大
された分解断面図である。各レールは、複合シー
トの余りの部分を、高融点材料、例えばナイロン
のような材料から形成されたロツド12の周囲に
巻付け、面13,14または余り部分を一体に押
付けてロツド12およびシートの他の部分の間に
壁を形成し、次いで余りの部分を加熱して示され
た形状にそれらを固定しかつ壁の中の繊維の部分
的な回復を生じさせることにより形成される。図
示されているように、端部分の一方においては、
複合シートはそれ自身の上に折返され、一方他の
端部分においてはシートはレールを越えて伸びて
下に重なる封止用フラツプを形成している。器具
が基材の周囲に巻付けられた後、2つの端部分
は、係合するまで一体に合せられ、例えば英国特
許第1155470号に示されているような金属製チヤ
ンネルがレール上に嵌められて端部分を一体に保
持し、次いで物品が回復される。
第4図は、第1〜3図に示した物品の改良例を
示す、ここにおいて、複合シートは、各端部分に
沿つて折返され、シーラント層16を有する独立
したポリマー封止部材15が供給されている。封
止部材は、ラバーまたは他のエラストマー、ポリ
エチレンなどから形成されていてよい。第5図
は、物品のさらに別の改良例を示し、封止部材1
5は、製造中に端部分の一方に結合される。
次に実施例を示し、本発明を具体的に説明す
る。
実施例 1
本発明の熱回復性物品に用いるのに適した熱回
復性布を、高密度ポリエチレンモノフイラメント
を種々の織り方で布に織り上げ、次いで布を照射
に附することによつて製造した。布は、6MeV電
子線を用い、空気中において、0.24Mラド/分の
線量率で照射した。繊維および布の性質を第1表
および第2表に示す。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to dimensional heat recoverable articles and methods of manufacture. A recoverable article is an article that substantially changes its dimensional shape when subjected to heat treatment. Typically, upon heating, these articles recover to their original shape before being deformed; however, as used herein, the term "heat recoverable" refers to the recovery of the new shape even if it has not been previously deformed. It also includes articles that take In its most common form, such articles consist of heat-shrinkable sleeves made from polymeric materials exhibiting elastic or plastic memory, such as those described in U.S. Pat. . For example, U.S. patent no.
As clarified in No. 2027962, the initial dimensionally heat-stable shape may be obtained by a continuous process, such as expanding an extruded tube while hot into a dimensionally heat-stable shape. may be a temporary shape, but in other cases, a preformed dimensionally heat-stable article is transformed into a dimensionally heat-stable shape in another step. When manufacturing heat recoverable articles, the polymeric material may be crosslinked during any step in the manufacture of the article that enhances the desired dimensional recovery. One method of making heat recoverable articles is to form the polymeric material into the desired heat stable shape and then crosslink the polymeric material to form the article, depending on the type of polymer, at a crystalline melting point or for amorphous materials. The process consists of heating the article to a temperature above its softening point to deform the article, and cooling the article in that state to maintain the deformed state of the article. In use, the article in the deformed state is thermally unstable and will tend to assume its initial thermally stable shape upon application of heat. Other methods involve deforming a substantially uncrosslinked polymer at a temperature below the crystalline melting or softening point of the material to combine one or more material articles and at least one polymeric component into at least one hollow heat recoverable material. It consists of crosslinking the substantially uncrosslinked material after shaping the article. In other articles, the elastic member is held in a stretched state by a second member and heated to soften the member and restore the elastic member. In an article of this type, described for example in GB 1440524, an outer cylindrical elastic member is held in tension by an inner cylindrical member. Heat recoverable articles are known to be very useful for environmentally protecting long substrates, such as communications cable connections. In addition to providing environmental protection, the sleeve is required to withstand internal pressure. This is because the complete connection enclosure is subjected to pressure tests for leakage, as for example in Bell Cycle and Britain Telecom instructions, or because the temperatures reached during use can create significant internal pressures. It is. Although known thermally recoverable sleeves are quite suitable for the conditions encountered in power distribution connection enclosures, many larger communications cables are internally pressurized to exclude moisture.
Sleeves with thicker wall thicknesses that are required to withstand such pressures for long periods of time are more difficult to manufacture, more expensive and require greater skill to install. In U.S. Pat. No. 3,669,157 and Japanese Patent Publication No. 53-13805, it has been proposed to provide heat-shrinkable tubular fabric articles impregnated with certain thermosetting resins. However, the articles disclosed therein were found to be very difficult to install because they caused migration of the resin during recovery, resulting in the resin rupturing the fabric or causing the resin to fall off the fabric. Therefore, these prior art articles have limited utility and are very technical to use in many communications applications. In accordance with one aspect of the invention, the invention provides a dimensional heat recoverable article having a composite structure comprising a heat recoverable fabric and a polymeric matrix material, comprising: (a) the heat recoverable fabric, when heated; (b) the polymer matrix material has a recovery stress (Y) of at least 5 x 10 -2 MPa at a temperature above its recovery temperature; At temperatures above, the polymer matrix material has an elongation at break greater than 20% and a secant modulus (X) of at least 10 -2 MPa (measured at a pull rate of 300%/min).
, and This is a related part. ] Provided is a heat-recoverable article, characterized in that it has an elongation/temperature profile such that the temperature at which ? is less than 1 is at or above the recovery temperature of the fiber. The present invention also provides a method for manufacturing a dimensionally heat-recoverable article having a composite structure which is recoverable due to a recoverable fiber component, the method comprising: a heat-recoverable fabric as defined above; A method comprising bonding such polymeric materials as a matrix is provided. The term "fiber" as used herein means
It includes filaments, such as monofilaments or multifilaments, and also staple fibers, wires and tapes. The fabrics used in the articles of the invention preferably employ heat-shrinkable fibers in the form of filaments, especially monofilaments. The heat recoverable fibers used in the articles of the invention are preferably 10 −1 MPa, more preferably 5×
It has a minimum recovery stress of 10 −1 MPa and usually at least 1 MPa at temperatures above the transition temperature of the fiber. Theoretically there is no upper limit to the recovery stress, but in practice it is 200 MPa, and more generally the highest value normally achieved by polymeric fibers is 100 MPa. The fibers are preferably formed from a polymeric heat recoverable material. "Recovery temperature" of a polymeric heat recoverable material means the temperature at which substantially complete recovery of the polymeric material is achieved. Generally, the recovery temperature is the crystalline melt transition temperature if the polymer is crystalline, or the glass transition temperature if the polymer is amorphous. In many forms of articles of the invention, the polymer matrix softens at a temperature below the recovery temperature of the heat recoverable fibers so that the matrix material has the required elongation and secant modulus and equation (1) The temperature (T) below 1 is the same as the recovery temperature of the fiber. The present invention, however, also encompasses the case where the rigid matrix material holds the fibers against recovery in a temperature range above the recovery temperature of the fibers and then softens to allow the fibers to recover. Preferably, the heat recoverable fibers are formed from a polymeric material that provides the fibers with good physical properties and particularly good creep resistance. Olefin polymers such as polyethylene and ethylene copolymers, polyamides, polyesters, acrylic polymers and other polymers are used, preferably polymers that can be crosslinked. Particularly preferred polymeric materials for the fibers include 0.94-0.97 g/
It is based on polyethylene with a density of cc, a weight average molecular weight (Mw) of 80×10 3 to 200×10 3 and a number average molecular weight (Mn) of 15×10 3 to 30×10 3 . Preferably the recovery temperature of the fiber is 60°C or higher, most preferably 80-250°C, e.g. 120-250°C.
The temperature is 150℃. When fibers are crosslinked by radiation, it is convenient to incorporate a crosslinking step into the manufacture of the fibers. The fibers are extruded and drawn at a temperature below their melting point, preferably at a rate of 800 to 2000%, and then irradiated to effect crosslinking. Another less preferred method of producing fibers is to extrude the fibers,
It consists of irradiating to crosslink, then heating the fiber, preferably above its melting point, to draw the fiber, and then cooling the drawn fiber. The high density polyethylene fibers are preferably irradiated with a dose of about 5 to 35 Megarads, more preferably about 5 to 25 Megarads, most preferably about 7 to 18 Megarads, especially 10 to 18 Megarads. Typically, the gel content of the crosslinked fibers is greater than 20%, preferably greater than 30%, and most preferably greater than 40%. In practice, gel contents greater than 90% are not easily achieved. Fibers produced in this way can have high strength even after recovery. Other advantages of irradiating fibers are discussed below in connection with lamination. The heat-recoverable fabric can be made solely of heat-recoverable fibers as described above, or can include other fibers in addition to the heat-recoverable fibers, if desired. If the fabric contains such other fibers,
R in the above formula (1) relates only to the heat-recoverable fiber component. The fabric may be knitted, woven, non-woven, or braided. The recoverable fibers may be part of the fabric itself when it is made, or they may be additional and inserted after the base fabric has been produced. In a preferred embodiment, the fabric is woven. The woven fabric may include only heat recoverable fibers or may include heat recoverable fibers along with non-heat recoverable fibers or filaments. Fabrics include, for example, twill, broken twill, satin, sateen, leno, plain weave, hops weave, satin and combinations of various weaves, single or multiply weave, e.g. May be woven into a 3-ply weave. Preferably the cloth is
It is a woven fabric having heat-shrinkable fibers in one direction and dimensionally heat-stable fibers in the other direction, so that the fabric as a whole is recoverable in only one direction. The following description therefore generally refers to such fabrics. However, the features described also apply to other fabrics. On the other hand, the fabric may be knitted if desired, and may be warp-knit or weft-knit. If the fabric is made of heat-recoverable fibers alone, it is recoverable in two directions, but if the fabric is made of heat-recoverable fibers and heat-stable fibers, which is preferred for knitted fabrics, If knitted, recovery is only possible in one direction, whether warp or weft insertion. The average effective volume fraction of heat-recoverable fibers in a composite structure along a given direction depends, among other things, on the fiber dimensions, the type of weave or knitting, and the direction considered. In this specification, the average effective volume fraction R used in the above equation (1) is calculated by multiplying the cross-sectional area of each heat-recoverable fiber by the vector component of the fiber in a predetermined direction, and calculating the cross-sectional area perpendicular to the direction under consideration. It is defined as the sum of the values divided by the total cross-sectional area of the composite structure taken on a plane, averaged along the direction of consideration. Therefore, if a heat-recoverable fiber is present at an angle α to the considered direction, the product of the cross-sectional area of the fiber and its component in the considered direction is:
It is given by woven fiber area x cosα. The sum of this value for all fibers cut by planes perpendicular to the direction under consideration, divided by the total area of the composite structure, gives the R value at a particular point along the direction under consideration. The average value of the R value over the entire length of the relevant fabric section in the direction under consideration is used in equation (1) above and in claim 1. In the case of weaving where all the heat recoverable fibers are parallel to each other (warp or weft in the case of weaving) and the direction under consideration is parallel to the recoverable fibers (i.e. recovery direction), The average value of R is given by dividing the total cross-sectional area of all recoverable fibers by the total cross-sectional area of the composite structure. The heat recoverable fabric is preferably bonded to, and more preferably embedded in, the polymer matrix material. The advantages of irradiation already mentioned above appear here. If before or after forming the fibers into cloth,
If irradiated (especially in the presence of oxygen),
Chemical changes occur on the surface that significantly improve the bonding of the matrix material. At or above the recovery temperature of the fibers, the polymeric matrix material should be capable of limited flow under pressure, such that the matrix material substantially blocks the fibers. Retains the integrity of composite structures without physical recovery.
Preferably, the polymeric matrix material has a temperature of greater than 50%, more preferably
Elongation at break greater than 100%, especially 400-700%
and preferably has a 20% secant modulus of at least 5×10 −2 MPa, more preferably at least 10 −1 MPa (measured at a tensile rate of 300%/min). Although the specified properties of the polymer matrix material do not necessarily have to be applied after recovery, it is desirable that the product be flexible at room temperature. Thus, for example, the polymer matrix material may be subsequently cured and heat set by heating. However, the cure rate must be slow enough under the recovery conditions to not adversely affect the aforementioned physical properties of the polymer matrix material during fiber recovery. Thus, for example, the polymer forming the matrix material may contain hydrolyzable grafted silane groups that can subsequently crosslink the material in the presence of moisture. on the other hand,
The matrix material may contain a polymer, preferably a rubber and especially an acrylic rubber, the rubber containing an epoxy group and a curing agent that is insoluble at room temperature, such as dicyandiamide. The polymer matrix material can be either thermoplastic or elastomeric. in general,
It is desirable that the polymer matrix material and the recoverable fiber material be chemically or physically compatible, and more preferably chemically and physically compatible. This means that both are of similar or the same chemical type and that the relevant physical properties of both are similar or the same during lamination, installation and use. In particular, it is desirable that the matrix and fibers be low density polyethylene and high density polyethylene, respectively. Additionally, other compatible polymer pairs can be selected by those skilled in the art. Examples of thermoplastic materials suitable as matrix materials include ethylene/vinyl acetate copolymer, ethylene/ethyl acrylate copolymer, polyethylene (including linear low density and high density), polypropylene, polybutylene, polyester, polyamide, Mention may be made of polyetheramides, perfluoroethylene/ethylene copolymers and polyvinylidene fluoride. If we consider the second class of materials, this includes acrylonitrile-butadiene-styrene block copolymers, acrylic elastomers and copolymers thereof, including acrylates and methacrylates,
For example, polybutyl acrylate, and poly2-
Ethylhexyl acrylate, vinyl acetate and ethylene copolymer (VAE), polynorbornene,
Included are polyurethanes and silicone elastomers. The polymeric material forming the matrix is transparent (at least to visible light),
Alternatively, it may be completely opaque, or it may have any opacity between these two extremes. If the opacity is increased, for example by blending a small amount (not more than about 5% by weight) of carbon black into the matrix, the time required for recovery appears to be shorter.
Also, the resistance of the material to thermal damage, especially flame thermal damage and UV damage, is reduced. The matrix material (or a portion thereof) may be crosslinked, for example a crosslinked ethylene/vinyl acetate copolymer, linear low or high density polyethylene or acrylic elastomer. The material can be crosslinked by irradiation or other means such as chemical crosslinking (e.g. chemical crosslinking using peroxide crosslinkers).
It can be crosslinked by However, the physical properties of the matrix at the recovery temperature are specified after the crosslinking step. If irradiation is used, doses of 10 megarads or less are preferred, especially doses of 3 to 7 megarads. The degree of crosslinking obtained thereby makes it possible to recover the matrix along with the fibers, especially during thermal recovery using a torch, and also to prevent the matrix from moving or falling during thermal recovery. The recovery rate of the composite material after irradiation is at least 50%, in particular at least 70%, compared to before irradiation These lines are considered typical for olefinic polymers, e.g. polyethylene at low irradiation, but the person skilled in the art It is then possible to select the dose appropriately depending on the different concentrations of prorad that may be present. Composite structures can be manufactured using a single irradiation if the matrix and fiber beam responses are made comparable. The oriented fiber beam response was increased by the addition of Prorad,
The beam response of less oriented matrices is reduced by the addition of antirad. Otherwise a separate crosslinking step is desirable.
Another property of post-lamination crosslinking (particularly irradiated crosslinking) is that crosslinks are formed in the recoverable fibers and/or between other fibers present, thereby making the structure a true composite. This helps to preserve the structure, especially under harsh recovery conditions. This may eliminate the need for physical interengagement, allowing less stringent lamination methods to be employed. The heat-recoverable fabric is preferably bonded to the polymeric matrix material; this bond may be adhesive, ie physical or chemical surface interaction or also mechanical interengagement may be provided. Most preferably, the heat recoverable fabric is embedded within a polymeric matrix material, thereby forming a composite structure. This “buried”
means that the polymeric matrix material surrounds at least a major portion of the surface area of the fibers making up the fabric. Although the fibers are preferably completely surrounded by the polymeric matrix material, it is possible, and sometimes desirable, for substantially less than the entire fiber surface area to be surrounded by the polymeric matrix. This is possible if a fiber-matrix bond is formed. Sufficient fiber area must be bonded or interengaged with the polymeric matrix material to provide a composite structure that retains the integral structure during recovery of the article. For the purpose of disambiguation, the term matrix refers to a material that (partially or completely) surrounds the fibers and also a material that simply rests on the surface of the fibers but does not penetrate into the fiber lattice. It also includes. Preferably, the polymer matrix material is substantially unstressed, at least on the surface of the composite structure facing the heat source, and (as described in British Patent Application No. 8300217) at least 0.03mm, especially at least 0.01mm,
Furthermore, it has a thickness of at least 0.2 mm, for example 0.2 to 2 mm. This is because it improves the ability of the composite structure to be heat recovered using a conventional propane torch. In a composite structure, the ratio of the volume occupied by the heat recoverable fibers of the fabric to the total volume of the composite structure is at least about 0.01:1, preferably about
0.1:1 to about 0.8:1, more preferably about 0.2:1 to about
The ratio is 0.4:1. In composite structures, the volume of heat recoverable fibers in a given composite structure unit volume is dependent on the strength of the fibers, the strength of the polymer matrix, and the integrity of the fiber/polymer matrix structure at recovery conditions. where an acceptable recovery product has the formula: (both values at a temperature T higher than the recovery temperature of the fiber). R is the average effective volume fraction of heat recoverable fibers in the composite structure. ] was found to be obtained when is less than 1. Preferably, X/Y (1-R)/R is less than 0.5, more preferably less than 0.5. Composite structures can be formed, for example, by laminating one or more layers of polymeric matrix material to a heat recoverable fabric. Sufficient heat and pressure is preferably applied to cause at least a major portion of the fabric to bond to, or create a sufficient amount of mechanical interengagement with, the polymeric matrix material. In this way,
The result is a composite structure that recovers as a unit when heat is applied. The method of bonding the fibers to the matrix is as follows:
For example, impregnation, solution coating, slurry coating, powder coating, reactive prepolymers (eg acrylic prepolymers activated by ultraviolet light or peroxides) can be employed. In any bonding method, an amount of heat that will cause the fabric to recover should not be applied unless appropriate measures are taken to prevent the fabric from recovering. The heat recoverable articles of the present invention can be used in many applications. It is particularly suitable for enclosing long substrates such as pipes, conduits, cables, etc. A layer of a sealant or adhesive composition can be applied to the surface of the heat recoverable article.
The sealant may be a mastic and the adhesive may be a heat activated adhesive such as a hot melt adhesive. Hot melt adhesives that can be used include polyamide and ethylene/vinyl acetate copolymer based adhesives.
Such adhesives are known, see for example US Pat. Nos. 4,018,733 and 4,181,775. If desired, thermosetting adhesives may be used (see for example GB 2104800). Proper selection of the polymer matrix material allows the polymer matrix material to function as an adhesive to secure and seal the recovered composite structure to the substrate. The fabric may be embedded in one or more polymeric matrix materials to impart desired properties. For use in enclosing long substrates, each surface of the fabric can be laminated with a layer of matrix material, with the surfaces that will be inward facing in use laminated with a polymeric matrix material with adhesive properties. , while the outer surface may be laminated with a matrix material. As will be readily apparent, the matrix material may be selected depending on the inherent and other desired properties of the polymeric material itself, or may include various other desired properties, such as antioxidants, UV stabilizers, pigments, anti-tracking agents, etc. Additives may be supplied. The heat recoverable article of the present invention is typically a sheet, but may have any other shape, such as a tube. The tube shape also includes a structure in which a large number of tube-shaped portions are mutually continued, such as a branched structure. This branch structure is used where a cable is connected to one or more other cables, or where two or more pipes are connected together. The heat recoverable sheets of the present invention can be used to form cable connection cases, pipe segments or pressure vessels (see GB Patent Application No. 8300221). The heat recoverable article of the present invention has been found to be particularly suitable for use in enclosing connections between pressurized communication cables. The recovered article is surprisingly resistant to the effects of pressure, and preferred embodiments are impermeable and approximately
It has sufficient hoop strength to be able to withstand 70 KPa pressure conditions (a typical pressure used in pressurized communication systems) and against rupture at the operating temperatures of such systems. When forming cable connection cases, the sheets of the invention are used with some type of internal support, such as a generally cylindrical liner with a tapered end. Preferably, the liner is shaped such that: its larger central portion fits around bulky cable connections, and its tapered ends meet at the transition where the dimensions reduce to the cable. Compatible. The liner may be of the wrap-around type, in which case the liner preferably consists of halves with a crown or other end support, or a rigid liner wrapped around the cable connection. The crowned end may again provide an end support member. This end support member is secured with tape onto the cable. In this method, a pressure vessel is formed around an object (such as a cable connection), the sheet material provides an impermeable creep-resistant and tear-resistant enclosure, and the liner Meet impact resistance, axial strength and other mechanical requirements. Certain other configurations may be added if the connection case or pressure vessel is intended to hold pressure during use rather than simply pressure testing for integrity prior to use. Valves on other pressure access points are usefully supplied with resilient seats,
Furthermore, it may be added to the inner liner.
Fabric-based seats are well suited for feeding valves or other instruments that must pass through the seat. This is because tearing is less likely to occur. Even if a fiber breaks during insertion of the bulb, the damage will not propagate and, if care is taken, a hole for the bulb can be created by simply pushing apart adjacent fibers. A second characteristic desired in a pressurized connection case is some means of preventing any bond between the outer sleeve and cable from being separated by internal pressure. A satisfactory result is to provide surfaces such that one surface engages (preferably couples) the cable and the other surface engages (preferably couples) the sleeve, thereby allowing the two surfaces to open. Obtained using strips of material with The strip of material preferably has a U-shaped or V-shaped cross section and is mounted on the re-entry side facing the connection case. Other uses for composite structures include communications, high voltage,
It encompasses the environmental protection, repair or insulation of a wide range of substrates in the electronic, oil and gas, and manufacturing industries. For example, in addition to manufacturing cable connection cases, we also manufacture cable jackets for their high strength and
Repairs can be made by installing new composite materials, which have significant advantages due to their flexibility and corrosion resistance. It is also possible to protect the pipes from corrosion or other damage, in which case the coating of sealants, especially mastic, on composite structures is desirable. Pipe insulation can also be formed using composite structures, in which case certain other insulation materials, such as foam materials, can also be used, if desired. Thermal and/or electrical insulation can also be provided. Another use of composite structures is in the production of hollow articles that serve as housing and protection for a wide range of elements. Yet another use for composite structures is in securing two or more articles, such as pipes or cables, to a long substrate. If the pipe or cable must be secured under very adverse conditions, some type of tight and environmentally resistant securing is required. One particularly important example of such an application is the protection of electrical wiring running along the outer surface of a helicopter rotor blade girder. In some cases, electrical wiring may need to run along the outer surface of the girder of the rotor blade before passing through the blade. For example, such wiring is used to power heating elements located along the leading edge of the blade to prevent ice formation of the blade. In this example, the wires are held along the surface of the girder by restoring the heat-recoverable article of the present invention thereon. Fabric recovery articles have been found to be particularly suitable for this application due to their relatively high abrasion resistance which prevents or reduces damage that can occur from exposure to the elements. In addition, the relatively strong forces exerted on the substrate by the attached heat recoverable article prevent or reduce any movement of the electrical wiring due to centrifugal or other forces that occur when the blade is in operation. be able to. Furthermore, the fact that the fabric article has a relatively high tear resistance makes it possible to restore protrusions on girders such as nuts and bolts. A helicopter rotor blade is supported by a girder that is attached at one end to the rotor blade gearbox. A number of heating pads are located along the leading edge of the rotor blades to prevent ice formation on the blades, and power is supplied to the heating pads along a wiring harness. First, a heat-shrinkable wraparound composite structure is restored over the portion of the girder over which the harness extends to hold the harness rigidly on the girder. Preferably,
The composite structure is formed from laminated heat shrinkable fabrics in which the laminated polymer layers are unirradiated and the recovery ratio of the composite structure is approximately 2:1. Of course, it is possible to irradiate the stacked layers or to vary the recovery rate. Preferably, the cover is formed as a wraparound article and is supplied with a rail-channel type fastening device. On the underside of the cover, a hot-melt adhesive, such as an ethylene/vinyl acetate copolymer-based or polyamide-based adhesive, is provided to secure the cover to the girder and prevent water ingress along the harness. good. Depending on the use of the cover, it may be desirable to cover the entire surface of the cover with adhesive or to cover the excess along the edges with adhesive. For many applications, the resilient composite structures of the present invention are preferably made in an open shape, such as a tube. The sheet is easy to manufacture in this way and is also easy to install since there is no need to access the free edge of the substrate to be surrounded. However, one of the problems that arises here is how to secure the sheet in a wrapped shape around the substrate. What is needed is some means of securing the recoverable fibers at opposite ends of the sleeve together. Solutions can be broadly divided into four categories. The first is to provide a wrap or other bond between opposite ends of the sheet, in which case a patch may optionally be used to prevent separation of the overlapping ends during recovery.
In this case, the bond is generally formed between the matrices at opposite ends, so care must be taken to ensure that the restoring forces of the fiber are properly transferred from the peel to the matrix at its ends. Second
, some means of penetrating the sheet is used;
In this case, the fabric is used directly. Generally, this technique is not possible with continuous sheet materials because of tearing problems. However, the resistance to tearing of fabric-based materials is very high. Examples of this type of fastening include the use of pre-inserted fasteners such as stitches, staples, rivets, press-studs, or multiple fasteners placed adjacent to the lap joint of the sheet and penetrating both thicknesses of the sheet. The use of means with protrusions is included. This second form is described later in more general terms.
A third broad type of fastening involves connecting the opposing ends together by some type of fastening means, such as a C-shaped channel or a reusable device. It is to form a part. This is accomplished by bonding material to the edges or by folding the edges themselves (possibly around rods extending along the length of the sheet). The resulting end of the sleeve will therefore have a similar shape to the rail of a rail-channel fastening as disclosed in GB 1155470. A fourth technique to be described involves forming the fabric in a double fold without terminating in opposite ends where the recoverable fibers are connected. An example is the use of a recoverable weft on a shuttle loom and the insertion of a surrounding member between the weaves at each end or the use of special selvedges. Other possibilities are to weave a closed pocket at each end, or to weave into a tube structure, flatten the tube and then insert a sealing rod or other member into the flattened tube. It is used as a sheet that can be applied. Although these techniques are described using the term woven, they can be applied mutatis mutandis to other fabrics, such as braids and knits. Some of the encapsulation techniques described above are described in UK Patent Application No.
Described in No. 8300223. When the recoverable sheet of the present invention is used in a wraparound configuration, it is desirable to use flaps under the opposing ends that are brought together. Such a flap may be integral with the seat;
Improves environmental sealing and pressure retention if necessary. The second technique for holding a sheet in a wrap-around configuration as described above will now be described more generally. Since the resilient composite structure can be penetrated, it is thereby possible to form hollow articles of various shapes, not only tube shapes, but also hollow articles of various shapes, such as bends and T-joints, or simply It is also possible to form separate branches as cylindrical articles. Therefore, generally speaking, two or more parts of a composite structure can be connected together using a mechanical connection device that penetrates the fabric. Preferably, the connecting device is one or more staples. The connected portions may be discontinuous or separate portions of a single piece of composite material. When using stitches, each row of stitches preferably
With 200 to 800 stitches, the row of stitches closest to the edge of the fabric is preferably at least four fibers away from that edge. For high float fabrics such as cotton sateen, where the high float is perpendicular to the connecting line, a spacing of at least 6 fibers is preferred. This means that for preferred types of fabric the edge overlap is at least 8 to
10 mm, preferably at least 16 or 20 mm. Of course, edges may be provided, but this increases the thickness of the fabric and is generally undesirable. To reduce the possibility of cutting the heat-recoverable fibers by the stitching (or stapling) operation, the needle (or staple) must be very sharp at its tip and cut between the heat-recoverable fibers of the fabric. It has a maximum diameter comparable to the distance. The advantages of stitching or stapling are: When a fiber contracts axially and recovers, its diameter or volume increases. As a result, the pores in the fabric through which the steps or staples are passing contract and the fabric grips the stitches or staples, thereby increasing the strength of the connection. Reducing the size of the pores helps any adhesive layer or matrix material to completely fill the pores, thus reducing the possibility of fluid leaking through the recovered article, which can e.g. It is particularly useful in articles used for environmental sealing in connection cases or corrosion protection of pipes or pipe insulation. Typically, composite structures are required to include a single piece of fabric embedded or bonded to a matrix polymer. However, in some cases, the composite structure may have multiple fabrics, e.g. two fabrics, with layers of polymer matrix between them, optionally with the matrix polymer facing outward. It may also be present on the surface. 1
Articles using fabrics exceeding 100% are particularly useful when surrounding substrates with high internal pressures, or when used in articles that are exposed to particularly severe mechanical attack. The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a wraparound article of the present invention (the thickness of the composite structure is exaggerated for clarity); FIG. 2 is a cross-sectional view of the article of FIG. , FIG. 3 shows the first layer after being wrapped around the base material.
FIGS. 4 and 5 are exploded cross-sectional views showing the end regions of the articles shown in FIGS. 4 and 5; FIGS. FIG. FIG. 1 shows a perspective view of an article of the invention, which is in the form of a wraparound device and is suitable for wrapping long substrates such as communications cable connections. Are suitable. The article is formed from a composite sheet 1 having heat-shrinkable filaments 3 in the warp direction and multifilament glass threads 4 in the weft direction. The fabric is completely embedded within the matrix polymer material 5, as shown more clearly in FIG. The matrix material 5 comprises two laminae 6 and 7 formed from a thermoplastic polymer, the laminae being laminated to opposite sides of the fabric, for example by a melt lamination process, and then cross-linked to each lamination 6. and 7 are glued to cloth and other flakes.
The flakes exhibit desired flow properties under selected recovery conditions. After the composite sheet is formed, a rail is formed along each of the ends extending along the weft direction and provides a means for holding the ends together after the article is wrapped around the substrate. supply Before or after forming the rails on the article, the composite sheet 1 is provided with a layer 10 of a sealant or adhesive, for example mastic or hot melt adhesive. This article has been found to have significant advantages over prior art articles. It has a very high ability to withstand hoop stresses caused e.g. by internal pressure, can be heat-shrinked by a torch with significantly lower chances of damage, is resistant to abrasion, and also has a very high tear resistance. . FIG. 3 is an enlarged exploded cross-sectional view showing the sealing rail of the article in position after the article has been wrapped around the substrate. Each rail is constructed by wrapping the excess portion of the composite sheet around a rod 12 formed from a high melting point material, such as nylon, and pressing surfaces 13, 14 or the excess portion together to form the rod 12 and the sheet. by forming a wall between other parts of the wall and then heating the remaining parts to fix them in the shape shown and cause partial recovery of the fibers in the wall. As shown, in one of the end portions:
The composite sheet is folded back on itself, while at the other end the sheet extends beyond the rail to form an underlying sealing flap. After the device has been wrapped around the substrate, the two end portions are brought together until they are engaged and a metal channel is fitted onto the rail, as shown for example in British Patent No. 1155470. to hold the end portions together and then the article is recovered. FIG. 4 shows a modification of the article shown in FIGS. 1-3 in which the composite sheet is folded along each end portion and provided with a separate polymeric sealing member 15 having a sealant layer 16. has been done. The sealing member may be formed from rubber or other elastomer, polyethylene, or the like. FIG. 5 shows still another improved example of the article, in which the sealing member 1
5 is joined to one of the end sections during manufacture. Next, examples will be shown to specifically explain the present invention. Example 1 Heat recoverable fabrics suitable for use in heat recoverable articles of the present invention were prepared by weaving high density polyethylene monofilament into fabrics in various weaves and then subjecting the fabrics to irradiation. . The fabric was irradiated with a 6 MeV electron beam in air at a dose rate of 0.24 Mrad/min. The properties of the fibers and fabrics are shown in Tables 1 and 2.
【表】【table】
【表】
* キシレン中で還流して測定。
[Table] * Measured by refluxing in xylene.
【表】【table】
【表】
実施例 2
上記実施例において繊維1と表示されたポリエ
チレンモノフイラメントから織つた綾織布(60/1
0、23.6/3.9cm)を厚さ0.5mmのシートに押出し成
形され、照射されたとしてもほとんど照射されて
いないポリマーマトリツクス材料に積層して、熱
回復性複合シートを製造した。積層は、用いたポ
リマーマトリツクス材料に適した条件下において
シリコンラバーシート間でプレスすることによつ
て行なつた。積層条件を第3表に示す。[Table] Example 2 Twill fabric (60/1
0.23.6/3.9 cm) was extruded into a 0.5 mm thick sheet and laminated to a barely, if any, irradiated polymer matrix material to produce a heat recoverable composite sheet. Lamination was carried out by pressing between silicone rubber sheets under conditions appropriate to the polymer matrix material used. Lamination conditions are shown in Table 3.
【表】
エチレン
得られた複合構造物を、6MeV電子線を用い、
空気中、室温において、0.24Mラド/分の線量率
において、各サンプルについて2.4または6Mラド
の線量となるのに十分な時間照射に附した。ポリ
マーマトリツクス材料の性質を第4表に示す。ま
た、複合構造物の回復率(%)を第5表に示す。
第5表において、複合構造物は、布N0.11から、
第4表に示されたポリマーマトリツクスと積層
し、複合体を4Mラドの吸収照射量で照射して製
造した。複合構造物の回復率は、自由な布に対し
て、少なくとも40%、より好ましくは少なくとも
65%、特に少なくとも70%である。[Table] Ethylene
The obtained composite structure was treated with a 6MeV electron beam,
Irradiation was allowed for a time sufficient to give a dose of 2.4 or 6 M rads for each sample at a dose rate of 0.24 M rads/min in air at room temperature. The properties of the polymer matrix materials are shown in Table 4. Table 5 also shows the recovery rate (%) of the composite structure.
In Table 5, the composite structures are from fabric N0.11 to
The composites were prepared by lamination with the polymer matrices shown in Table 4 and irradiation with an absorbed dose of 4M rad. The recovery rate of the composite structure is at least 40%, more preferably at least
65%, especially at least 70%.
【表】【table】
【表】
第5表
複合体 ポリマーマトリツクス 回復率(%)
1 EVA 460 70
2 EVA 250 69
3 線状低密度ポリエチレン 68
4 DYNH−3 60
実施例 3
布を、縦糸として直径0.29mmの高密度ポリエチ
レンフイラメントを用い、横糸として75ECGガ
ラス繊維糸を用いた8シヤフトサテンを用いて形
成した。布の密度(縦糸密度/横糸密度)は繊
維/インチまたは繊維/cmで計つて、90/16また
は35.4/6.3であつた。布を、1.5MeV電子線を用
い、15Mラドの線量で照射して、縦糸繊維のゲル
含量を37.3%(キシレンで還流)としかつ100%
セカントモジユラスが0.60(150℃において)とな
るようにした。
次いで、布に、冷却金属ロールおよびゴム面ロ
ールの間で260℃の溶融温度において低密度ポリ
エチレンを押出し積層した。ポリエチレンは、布
の1つの面では0.6mmの厚さを有し、他の面では
0.3mmの厚さを有していた。積層後、複合物を、
高エネルギー電子線により、さらに4Mラドの線
量になるまで照射した。用いた低密度ポリエチレ
ンは、3.0のメルトフローインデツクス、14800の
数平均分子量および114800の重量平均分子量を有
していた。第2の電子線照射の完了後マトリツク
ス材料を構成する低密度ポリエチレン薄片は次の
性質を有していた:
60℃での100%セカントモジユラス4.8MPa
150℃での100%セカントモジユラス0.03MPa
150℃での引張強度0.13MPa
150℃での破断時伸び670%
ゲル含量(キシレンで還流)39.2%
150℃および1.0RAD5-1における複合粘度2.79
×105ポイズ
20Mラドの照射量で照射された高密度ポリエチ
レン繊維は次の性質を有する:
150℃での100%セカントモジユラス0.29MPa
150℃での引張強度2.18MPa
150℃での破断時伸び780%
ゲル含量(キシレンで還流)42.25%
回復力0.62MPa
回復率87%
このようにして形成されたシートのサンプルを
縦糸方向15インチ(6cm)および横糸方向30イン
チ(12cm)の寸法に切断し、横糸方向に平行な向
合つた端部を直径3.5mmのナイロンロツドの周囲
に巻付け、封止領域を所望の形状にプレスし、布
の部分的な回復を行なうように加熱することによ
つて第5図に示したようなクロージヤー装置を供
給した。クロージヤー装置が形成される前に、
0.4mm厚のポリアミド接着剤の層(米国特許第
4018733号または第4181775号参照)を0.6mmのポ
リエチレン薄片の表面へホツトメルト被覆方法に
よつて供給した。
このようにして製造されたラツプアラウンド物
品は、巻付け方向に4:1の回復比(すなわち75
%)を有していた。
この物品を、43mmポリエチレンジヤケツト付通
信用ケーブルを2本の19mm直径ポリエチレンジヤ
ケツト付ケーブルに分割する分岐を形成すること
によつて試験した。折畳み可能な王冠状末端を有
するアルミニウムライナー(レイケム「XAGA」
(登録商標))を、中央の円筒状部分が92mmの直径
を有するように分岐状に配置した。次いで、物品
をケーブルおよびライナーの周囲に巻付け、プロ
パントーチによつて加熱することによりそれらの
上へ回復させた。物品は、物品およびケーブルジ
ヤケツト間の加圧ガスの漏れに対して既知の方法
でシールされ、米国特許第4298415号に記載され
たクリツプを用いて分岐の股状部分がシールされ
た。ケーブルは、15psi(1.05Kg/cm2)のゲージ内
圧に加圧され、分岐を、温度サイクル試験に附し
た。温度サイクル試験の各サイクルでは、温度の
室温(23℃)から60℃へ1時間かけて昇温され、
60℃において4時間保持され、60℃から−30℃へ
2時間かけて降温され、−30℃で4時間保持され、
次いで室温(23℃)へ1時間かけて昇温された。
10回のサイクル後にも漏れは記録されなかつた。
実施例 4
布が、横糸密度18本/インチ(7.1本/cm)を
有し、複合布の回復比が3.7:1(すなわち73%)
であること以外は実施例3を繰返した。
実施例 5
横糸をECG75ガラス繊維からECG150ガラス繊
維に変え、布密度を90/18(30.5/6.3cm)として
縦糸方向の回復比を4:1とする以外は実施例3
を繰返した。
実施例 6
ガラス繊維を芳香族ポリアミドフイラメント
(商品名「ケブラー(kevlar)」としてデユポン社
から市販)から形成されたマルチフイラメント糸
に置換える以外は実施例3を繰返した。この製品
は実施例3のものと実質的に同様の性質を有して
いたが、150Nという実質的により高いトラウザ
ー・テイアー・バリユー(ブリテイツシユ・スタ
ンダードに従つて測定)を有していた。
比較例 1
比較例として、標準のb−ステージエポキシ樹
脂マトリツクスポリマーを用いて熱収縮性布を製
造した。エポキシ樹脂は次の組成を有していた:成 分
重量部
エポキシ樹脂(エポキシNo.475)(商品名
EPON1001、シエルケミカル社) 70
エポキシグラフトアクリルゴム変性剤(注1)30
Anchor 1699(商品名) 9.8
アゼライン酸ジヒドラジドイミダゾール(促進
剤) 1
注1:アクリルエラストマー(酸価3000)(商
品名「Vamac」としてデユポン社から市販)に
ビスフエノールAエポキシ樹脂(商品名
「Epikote1001」として市販)を配合し、1酸基
当り11個エポキシ基を有するようにして調製。
各成分を、メチルエチルケトンに溶解して固形
分含量20%の液を調製した。縦糸として直径0.35
mmの未照射高密度ポリエチレンおよび横糸として
ECG150ガラス繊維を有する60/12(23.6/4.7cm)
2アツプ2ダウンの綾織布にこの液を数回塗布
し、得られる複合布の厚さが約0.75mmとなるよう
にした。複合布は、次いで60℃で1時間加熱し、
エポキシ樹脂のb−ステージにした。
このようにして形成された物品をトーチを用い
て加熱して回復させると、マトリツクスポリマー
の粘度はほとんど直ちに約50ポイズの値まで低下
し、次いで非常に短い時間でマトリツクスの表面
層の粘度は108ポイズ以上に上昇し、発泡しかつ
繊維の回復をある程度抑制するスキンをマトリツ
クス材料上に形成した。加えて、回復時には非常
に多くのポリエチレン繊維が切れた。
比較例 2
比較例1に記載した布を高エネルギー電子線に
より10Mラドの線量で照射した。トーチによつて
加熱すると、マトリツクス材料は火脹れを起し、
割れ、多数の泡がマトリツクス材料内に生じた。
記録された最大回復比は、硬化または部分的に硬
化されたマトリツクス材料が繊維をその回復力に
対して保持するという硬化によつて約2:1であ
つた。[Table] Table 5 Composite Polymer matrix Recovery rate (%) 1 EVA 460 70 2 EVA 250 69 3 Linear low density polyethylene 68 4 DYNH-3 60 Example 3 High density cloth with a diameter of 0.29 mm as warp It was formed using polyethylene filament and 8-shaft satin using 75ECG glass fiber yarn as the weft. The density of the fabric (warp density/weft density) measured in fibers/inch or fibers/cm was 90/16 or 35.4/6.3. The fabric was irradiated with a 1.5 MeV electron beam at a dose of 15 Mrad to reach a gel content of 37.3% (refluxed with xylene) and 100% of the warp fibers.
The secant modulus was set to 0.60 (at 150°C). The fabric was then extrusion laminated with low density polyethylene at a melt temperature of 260° C. between cooled metal rolls and rubber faced rolls. The polyethylene has a thickness of 0.6mm on one side of the fabric and on the other side
It had a thickness of 0.3mm. After lamination, the composite is
Further irradiation was performed with a high-energy electron beam to a dose of 4M rad. The low density polyethylene used had a melt flow index of 3.0, a number average molecular weight of 14,800 and a weight average molecular weight of 114,800. After completion of the second electron beam irradiation, the low density polyethylene flakes constituting the matrix material had the following properties: 100% secant modulus at 60°C 4.8 MPa 100% secant modulus at 150°C 0.03 MPa Tensile strength at 150°C 0.13 MPa Elongation at break at 150°C 670% Gel content (refluxed with xylene) 39.2% Complex viscosity at 150°C and 1.0 RAD5 -1 2.79
×10 5 poise High density polyethylene fibers irradiated with a dose of 20 Mrad have the following properties: 100% secant modulus at 150°C 0.29 MPa Tensile strength at 150°C 2.18 MPa At break at 150°C Elongation: 780% Gel content (refluxed in xylene): 42.25% Recovery force: 0.62 MPa Recovery rate: 87% Samples of the sheets thus formed were cut into dimensions of 15 inches (6 cm) in the warp direction and 30 inches (12 cm) in the weft direction. by wrapping the opposite ends parallel to the weft direction around a 3.5 mm diameter nylon rod, pressing the sealed area into the desired shape and heating to effect partial recovery of the fabric. A closure device as shown in FIG. 5 was then supplied. Before the closure device is formed,
0.4mm thick layer of polyamide adhesive (U.S. Patent No.
No. 4018733 or No. 4181775) was applied to the surface of a 0.6 mm polyethylene flake by a hot melt coating method. Wraparound articles produced in this manner have a recovery ratio of 4:1 (i.e. 75
%). This article was tested by creating a branch that split a 43 mm polyethylene jacketed communications cable into two 19 mm diameter polyethylene jacketed cables. Aluminum liner with foldable crown-like end (Raychem “XAGA”)
(registered trademark)) were arranged in a branched manner such that the central cylindrical part had a diameter of 92 mm. The article was then wrapped around the cable and liner and recovered onto them by heating with a propane torch. The article was sealed against leakage of pressurized gas between the article and the cable jacket in a known manner, and the crotches of the branches were sealed using clips as described in US Pat. No. 4,298,415. The cable was pressurized to an internal gauge pressure of 15 psi (1.05 Kg/cm 2 ) and the branches were subjected to temperature cycling tests. In each cycle of the temperature cycle test, the temperature was raised from room temperature (23℃) to 60℃ over 1 hour.
The temperature was kept at 60°C for 4 hours, the temperature was lowered from 60°C to -30°C over 2 hours, and the temperature was kept at -30°C for 4 hours.
The temperature was then raised to room temperature (23°C) over 1 hour.
No leakage was recorded even after 10 cycles. Example 4 The fabric has a weft density of 18 threads/inch (7.1 threads/cm) and the recovery ratio of the composite fabric is 3.7:1 (or 73%)
Example 3 was repeated except that. Example 5 Example 3 except that the weft was changed from ECG75 glass fiber to ECG150 glass fiber, the fabric density was 90/18 (30.5/6.3 cm), and the recovery ratio in the warp direction was 4:1.
repeated. Example 6 Example 3 was repeated except that the glass fibers were replaced with multifilament yarns formed from aromatic polyamide filaments (commercially available from DuPont under the tradename "Kevlar"). This product had properties substantially similar to those of Example 3, but had a substantially higher trousers tear value (measured according to the British Standard) of 150N. Comparative Example 1 As a comparative example, a heat shrinkable fabric was made using a standard b-stage epoxy resin matrix polymer. The epoxy resin had the following composition: parts by weight of components Epoxy resin (Epoxy No. 475) (trade name
EPON1001, Ciel Chemical Co.) 70 Epoxy graft acrylic rubber modifier (Note 1) 30 Anchor 1699 (Product name) 9.8 Azelaic acid dihydrazidoimidazole (Accelerator) 1 Note 1: Acrylic elastomer (acid value 3000) (Product name "Vamac") (commercially available from DuPont) with bisphenol A epoxy resin (commercially available under the trade name "Epikote 1001") to have 11 epoxy groups per acid group. Each component was dissolved in methyl ethyl ketone to prepare a liquid with a solid content of 20%. Diameter 0.35 as warp
mm as unirradiated high density polyethylene and weft
60/12 (23.6/4.7cm) with ECG150 glass fiber
This solution was applied several times to a 2-up, 2-down twill fabric so that the resulting composite fabric had a thickness of about 0.75 mm. The composite fabric was then heated at 60°C for 1 hour,
B-staged epoxy resin. When the article thus formed is heated with a torch to recover, the viscosity of the matrix polymer decreases almost immediately to a value of about 50 poise, and then in a very short time the viscosity of the surface layer of the matrix decreases. A skin was formed on the matrix material that rose above 10 8 poise, foamed, and inhibited fiber recovery to some extent. In addition, a large number of polyethylene fibers were cut during the recovery. Comparative Example 2 The fabric described in Comparative Example 1 was irradiated with a high-energy electron beam at a dose of 10 Mrad. When heated with a torch, the matrix material swells and
Cracks and numerous bubbles formed within the matrix material.
The maximum recovery ratio recorded was approximately 2:1 due to curing where the cured or partially cured matrix material holds the fibers against their recovery forces.
第1図は、本発明のラツプアラウンド物品の斜
視図、第2図は、第1図の物品の断面図、第3図
は基材の周囲に巻付けられた後の第1図に示す物
品の端部領域を示す分解断面図、および第4図お
よび第5図は、第1〜3図に示した物品に改造例
の基材周囲に巻付けられた後の端部領域を示す分
解断面図である。
1……複合シート、3……熱収縮性フイラメン
ト、4……ガラス糸、5……マトリツクスポリマ
ー材料、6,7……薄片、10……接着剤層、1
2……ロツド、15……封止部材、16……シー
ラント層。
1 is a perspective view of a wraparound article of the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of the article of FIG. 1; and FIG. 3 is a view of the article shown in FIG. 1 after it has been wrapped around a substrate. An exploded cross-sectional view showing the end region of the article, and FIGS. 4 and 5 are exploded cross-sectional views showing the end region after the article shown in FIGS. 1-3 has been wrapped around a modified substrate. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Composite sheet, 3... Heat-shrinkable filament, 4... Glass thread, 5... Matrix polymer material, 6, 7... Thin piece, 10... Adhesive layer, 1
2...Rod, 15...Sealing member, 16...Sealant layer.
Claims (1)
からなる複合構造物を有する寸法的熱回復性物品
であつて、 (a) 熱回復性布は、加熱されたときに回復する繊
維を有し、繊維はその回復温度以上の温度にお
いて少なくとも5×10-2MPaの回復応力(Y)を
有しており、 (b) ポリマーマトリツクス材料は、繊維の回復温
度あるいはそれ以上の温度において、ポリマー
マトリツクス材料が20%より大きい破断時伸び
および少なくとも10-2MPaの20%セカントモ
ジユラス(X)(300%/分の引張り速度で測定)
を有し、 X/Y (1−R)/R (1) [Rは、複合構造物の全体積に対する、所定方向
に沿つた複合構造物中の熱回復性繊維の平均有効
体積割合またはそれに関連した部分である。] が1未満となる温度(T)が、繊維の回復温度または
それ以上の温度に存在しているような伸び/温度
プロフイルを有していることを特徴とする熱回復
性物品。 2 熱回復性繊維が、その回復温度以上の温度に
おいて少なくとも10-1MPaの回復応力を有する
特許請求の範囲第1項記載の物品。 3 熱回復性繊維が、その回復温度以上の温度に
おいて少なくとも5×10-1MPaの回復応力を有
する特許請求の範囲第2項記載の物品。 4 熱回復性繊維が、その回復温度以上の温度に
おいて少なくとも1MPaの回復応力を有する特許
請求の範囲第3項記載の物品。 5 熱回復性繊維が、架橋されたポリマー材料か
ら形成されたものである特許請求の範囲第1項記
載の物品。 6 熱回復性繊維が、少なくとも20%のゲル含量
となるように架橋されたものであう特許請求の範
囲第5項記載の物品。 7 繊維が少なくとも40%のゲル含量を有する特
許請求の範囲第6項記載の物品。 8 布が、寸法的に熱安定性の繊維を含む特許請
求の範囲第1項記載の物品。 9 熱回復性繊維は一方向に並び、かつ熱安定性
繊維は、熱回復性繊維に対してある角度をもつて
並ぶ特許請求の範囲第8項記載の物品。 10 寸法的熱安定性繊維は、ガラス繊維からな
る特許請求の範囲第8項または第9項記載の物
品。 11 ポリマーマトリツクス材料は、繊維の回復
温度またはそれ以上の温度において50%より大き
い破断時伸びを有する特許請求の範囲第1項記載
の物品。 12 ポリマーマトリツクス材料は、繊維の回復
温度またはそれ以上の温度において100%以上の
破断時伸びを有する特許請求の範囲第11項記載
の物品。 13 ポリマーマトリツクス材料は架橋されてい
る特許請求の範囲第1項記載の物品。 14 ポリマーマトリツクス材料は、 103から108cm2の範囲の複素動的弾性率を有する
特許請求の範囲第1項記載の物品。 15 マトリツクス材料は、布を構成している繊
維の表面領域の少なくとも主要部分を包んでいる
特許請求の範囲第1項記載の物品。 16 布を構成している繊維は、マトリツクスポ
リマー材料により完全に包まれている特許請求の
範囲第15項記載の物品。 17 熱回復性繊維により占められる体積の複合
構造物全体積に対する比が少なくとも0.01:1で
ある特許請求の範囲第1項記載の物品。 18 該比が、0.01:1〜0.8:1の範囲にある
特許請求の範囲第17項記載の物品。 19 X/Y (1−R)/R [式中X、YおよびRは特許請求の範囲第1項に
定義した通りである] が0.5未満となる特許請求の範囲第1項記載の物
品。 20 X/Y (1−R)/R が0.05未満となる特許請求の範囲第19項記載の
物品。 21 物品の表面の少なくとも一部分上に接着剤
またはシーラントの層を有する特許請求の範囲第
1項記載の物品。 22 物品の表面の少なくとも一部分上にホツト
メルト接着剤の層を有する特許請求の範囲第21
項記載の物品。 23 物品の表面の少なくとも一部分上にマスチ
ツクの層を有する特許請求の範囲第21項記載の
物品。 24 構造物が、少なくとも2枚の熱回復性布お
よびその間に挿入されたポリマーマトリツクス材
料の層を有してなる特許請求の範囲第1項記載の
物品。 25 構造物がチユーブ形状を有する特許請求の
範囲第1項記載の物品。 26 構造物は、開放形状であり、かつ一対の対
向端部領域を有しており、物品はさらに、物品の
回復中に該端部領域が係合した状態に保持される
ようにするためのラツプアラウンドロージヤー装
置を有している特許請求の範囲第1項記載の物
品。 27 回復性繊維は、実質的に相互に平行に並ん
でおり、該対向端部領域は、回復性繊維に対して
実質的に垂直に伸びている特許請求の範囲第26
項記載の物品。 28 複合構造の2またはそれ以上の部分が、布
を貫通する機械的接続装置を用いて一体に接続さ
れている特許請求の範囲第1〜27項のいずれか
に記載の物品。 29 複合構造物の部分が、1またはそれ以上の
ステイツチにより一体に接続されている特許請求
の範囲第28項記載の物品。 30 複合構造物の部分が、1またはそれ以上の
ステープルで一体に接続されている特許請求の範
囲第28項記載の物品。 31 該複合構造物は中空形状をしており、かつ
該機械的接続装置によつて少なくとも一部分にお
いて該中空形状に保持されている特許請求の範囲
第28〜30項のいずれかに記載の物品。 32 該中空形状は、ほぼチユーブ形状である特
許請求の範囲第31項記載の物品。 33 該中空形状は、相互に連通した少なくとも
2つの中空領域を含んでなる特許請求の範囲第3
1項記載の物品。 34 該中空形状は、少なくとも2つのほぼチユ
ーブ状の領域からなる特許請求の範囲第33項記
載の物品。 35 該中空形状は、ほぼチユーブ状の領域の端
部において分岐形状である特許請求の範囲第31
項記載の物品。 36 回復性繊維成分によつて回復性となつてい
る複合構造物を有する寸法的に熱回復性の物品を
製造する方法であつて、 (a) 加熱されたときに回復する繊維を含んでなる
熱回復性布であつて、繊維はその回復温度以上
の温度において少なくとも5×10-2MPaの回
復応力(Y)を有している布を供給し、 (b) 繊維の回復温度あるいはそれ以上の温度にお
いて、20%より大きい破断時伸びおよび少なく
とも10-2MPaより大きい20%セカントモジユ
ラス(X)(300%/分の引張り速度で測定)を有
し、 X/Y (1−R)/R [Rは、複合構造物の全体積に対する、所定方向
に沿つた複合構造物中の熱回復性繊維の平均有効
体積割合またはそれに関連した部分である。] が1未満となる温度(T)が、繊維の回復温度または
それ以上の温度に存在しているような伸び/温度
プロフイルを有していることポリマー材料を該布
にマトリツクスとして適用することを特徴とする
方法。 37 ポリマー材料は、熱間積層、噴霧塗装また
は粉末塗装によつて適用される特許請求の範囲第
36項記載の方法。 38 該ポリマー材料を適用する前に布の繊維を
架橋することをさらに含んでなる特許請求の範囲
第36項または第37項記載の方法。 39 繊維は照射に付される特許請求の範囲第3
8項記載の方法。 40 該照射は、酸素の存在下に行なわれる特許
請求の範囲第39項記載の方法。 41 複合構造物の架橋をさらに含んでなる特許
請求の範囲第36〜39項のいずれかに記載の方
法。 42、複合構造物は、照射に付される特許請求の
範囲第41項記載の方法。Claims: 1. A dimensional heat recoverable article having a composite structure comprising a heat recoverable fabric and a polymer matrix material, wherein: (a) the heat recovery fabric comprises fibers that recover when heated; (b) the polymer matrix material has a recovery stress (Y) of at least 5 x 10 -2 MPa at a temperature at or above the recovery temperature of the fiber; , the polymer matrix material has an elongation at break of greater than 20% and a 20% secant modulus (X) of at least 10 -2 MPa (measured at a tensile rate of 300%/min)
, and This is a related part. ] A heat-recoverable article characterized in that it has an elongation/temperature profile such that the temperature (T) at which T is less than 1 is at or above the recovery temperature of the fiber. 2. The article according to claim 1, wherein the heat-recoverable fiber has a recovery stress of at least 10 -1 MPa at a temperature equal to or higher than its recovery temperature. 3. The article according to claim 2, wherein the heat-recoverable fiber has a recovery stress of at least 5 x 10 -1 MPa at a temperature equal to or higher than its recovery temperature. 4. The article according to claim 3, wherein the heat-recoverable fiber has a recovery stress of at least 1 MPa at a temperature equal to or higher than its recovery temperature. 5. The article of claim 1, wherein the heat recoverable fibers are formed from a crosslinked polymeric material. 6. The article of claim 5, wherein the heat recoverable fibers are crosslinked to a gel content of at least 20%. 7. The article of claim 6, wherein the fibers have a gel content of at least 40%. 8. The article of claim 1, wherein the fabric comprises dimensionally thermostable fibers. 9. The article according to claim 8, wherein the heat-recoverable fibers are arranged in one direction, and the heat-stable fibers are arranged at an angle to the heat-recoverable fibers. 10. The article of claim 8 or 9, wherein the dimensionally thermostable fibers are glass fibers. 11. The article of claim 1, wherein the polymer matrix material has an elongation at break greater than 50% at or above the fiber recovery temperature. 12. The article of claim 11, wherein the polymer matrix material has an elongation at break of 100% or more at or above the fiber recovery temperature. 13. The article of claim 1, wherein the polymer matrix material is crosslinked. 14. The article of claim 1, wherein the polymeric matrix material has a complex dynamic modulus in the range of 10 3 to 10 8 cm 2 . 15. The article of claim 1, wherein the matrix material surrounds at least a major portion of the surface area of the fibers making up the fabric. 16. The article of claim 15, wherein the fibers making up the fabric are completely enveloped by a matrix polymer material. 17. The article of claim 1, wherein the ratio of the volume occupied by the heat recoverable fibers to the total volume of the composite structure is at least 0.01:1. 18. The article of claim 17, wherein the ratio is in the range of 0.01:1 to 0.8:1. 19. The article according to claim 1, wherein X/Y (1-R)/R [wherein X, Y and R are as defined in claim 1] is less than 0.5. The article according to claim 19, wherein 20 X/Y (1-R)/R is less than 0.05. 21. The article of claim 1 having a layer of adhesive or sealant on at least a portion of the surface of the article. 22 Claim 21 having a layer of hot melt adhesive on at least a portion of the surface of the article
Items listed in section. 23. The article of claim 21 having a layer of mastic on at least a portion of the surface of the article. 24. The article of claim 1, wherein the structure comprises at least two heat recovery fabrics and a layer of polymeric matrix material interposed therebetween. 25. The article according to claim 1, wherein the structure has a tube shape. 26. The structure is open-shaped and has a pair of opposing end regions, and the article further includes a structure for retaining the end regions engaged during recovery of the article. An article according to claim 1, comprising a wrap-around rosier device. 27. The recoverable fibers are arranged substantially parallel to each other and the opposing end regions extend substantially perpendicular to the recoverable fibers.
Items listed in section. 28. An article according to any of claims 1 to 27, wherein the two or more parts of the composite structure are connected together using a mechanical connection device that passes through the fabric. 29. The article of claim 28, wherein the parts of the composite structure are connected together by one or more stitches. 30. The article of claim 28, wherein the parts of the composite structure are connected together with one or more staples. 31. An article according to any one of claims 28 to 30, wherein the composite structure has a hollow shape and is held in the hollow shape at least in part by the mechanical connection device. 32. The article of claim 31, wherein the hollow shape is generally tube-shaped. 33. Claim 3, wherein the hollow shape comprises at least two hollow regions communicating with each other.
Articles described in item 1. 34. The article of claim 33, wherein the hollow shape comprises at least two generally tubular regions. 35. Claim 31, wherein the hollow shape is a branched shape at the end of the generally tube-like region.
Items listed in section. 36. A method of making a dimensionally heat recoverable article having a composite structure rendered recoverable by a recoverable fiber component, the method comprising: (a) fibers that recover when heated; providing a heat-recoverable fabric, the fibers having a recovery stress (Y) of at least 5 x 10 -2 MPa at a temperature at or above the recovery temperature; (b) at or above the recovery temperature of the fibers; has an elongation at break of greater than 20% and a secant modulus (X) of at least 20% greater than 10 -2 MPa (measured at a tensile rate of 300%/min) at a temperature of )/R [R is the average effective volume fraction or related fraction of heat recoverable fibers in the composite structure along a given direction relative to the total volume of the composite structure. ] has an elongation/temperature profile such that the temperature (T) at which T is less than 1 is at or above the recovery temperature of the fiber. How to characterize it. 37. The method of claim 36, wherein the polymeric material is applied by hot lamination, spray coating or powder coating. 38. The method of claim 36 or 37, further comprising crosslinking the fibers of the fabric before applying the polymeric material. 39 Claim 3 in which the fibers are subjected to irradiation
The method described in Section 8. 40. The method of claim 39, wherein the irradiation is performed in the presence of oxygen. 41. The method according to any of claims 36 to 39, further comprising crosslinking the composite structure. 42. The method of claim 41, wherein the composite structure is subjected to irradiation.
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| GB838300218A GB8300218D0 (en) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | Dimensionally recoverable article |
| GB8322004 | 1983-08-16 | ||
| GB8319855 | 1983-08-16 | ||
| GB8300218 | 1983-08-16 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| JPS59136244A JPS59136244A (en) | 1984-08-04 |
| JPH0514615B2 true JPH0514615B2 (en) | 1993-02-25 |
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|---|---|---|---|
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-
1984
- 1984-01-06 ZA ZA84134A patent/ZA84134B/en unknown
- 1984-01-06 JP JP123384A patent/JPS59136244A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA84134B (en) | 1985-08-28 |
| GB8300218D0 (en) | 1983-02-09 |
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