Produits susceptibles de reprendre leur forme à chaud.
La présente invention concerne des produits susceptible de reprendre leur forme à chaud et, en particulier, des produits thermorétrécissables et des matières à utiliser conjointement avec des circuits électriques à haute tension, par exemple des lignes ou des câbles d'alimentation, des transformateurs, des mécanismes de commutation.
Des matières polymères susceptibles de reprendre leur forme à chaud ont déjà été utilisées pour isoler et protéger des câbles électriques, en particulier, à leurs extrémités, par exemple aux épissures joignant deux câbles ou à la <EMI ID=1.1>
polymères pouvant être utilisées dans des systèmes à haute tension ont été transformées en matières susceptibles de reprendre leur forme à chaud, comme décrit, par exemple, dans les brevets anglais n[deg.] 1.284.082 et 1.303.432. Ces matières contiennent, par exemple, un polymère élastomère, un polymère cristallin, et une charge anticheminement, par exemple de l'hydrate d'alumine. On a constaté que,pour obtenir les propriétés physiques ou mécaniques voulues pour le mélange de polymères, on. limite la quantité de charge à une valeur tendant à limiter également les conditions électriques auxquelles le produit peut être soumis tout en offrant malgré tout une longévité à l'usage intéressante.
L'invention procure un produit susceptible de reprendre sa forme à chaud, en particulier un produit thermorétrécissable pouvant être utilisé avec un composant électrique à haute tension,comprenant un stratifié fait d'une partie polymère élastomère déformée de sa configuration d'équilibre et d'une partie polymère thermoplastique non élastomère et réticulée dont la résistance est suffisante aux températures ambiantes pour maintenir la partie élastomère dans une configuration déformée tandis que la partie non élastomère, en cas d'un apport de chaleur, devient insuffisamment robuste pour maintenir la partie élastomère dans sa configuration déformée. La couche du produit qui, en usage , est exposée à l'atmosphère ou est éloignée du composant à haute tension possède de préférence
des propriétés anticheminement afin de pouvoir être utilisée aux tensions de travail du câble à couvrir.
Les produits pouvant être utilisés avec un composant électrique à haute tension sont ceux que l'on peut employer avec des composants, par exemple des câbles,soumis à des tensions dépassant 1 kilovolt. Pour convenir à de tels usages, les <EMI ID=2.1>
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des dimensions, par exemple une épaisseur de paroi, qui lui per-
1 mettent d'être exposé en toute sécurité à ces contraintes.
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d'un produit creux rétrécissable, la couche extérieure étant élastomère et contenant une charge anticheminement, tandis que la couche intérieure est, par exemple, une couche cristalline, de préférence une matière cristalline à réticuler solidement
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la couche élastomère dans un état dilaté. Cette couche intérj.eure peut être une matière isolante, conductrice ou semiconductrice ou bien il peut s'agir d'une matière qui n'obéit pas
à la loi d'Ohm, c'est-à-dire une matière non linéaire. En variante, la couche extérieure peut comprendre la partie cristalline et la partie élastomère interne, la couche extérieure possédant de préférence des propriétés d'isolation et/ou de résistance au cheminement, la couche intérieure quant à elle étant de préférence conductrice, semi-conductrice ou, en variante, isolante ou possédant des caractéristiques de résistance non linéaires. Le produit peut comprendre d'autres couches ayant des propriétés appropriées,
par exemple une résistance aux solvants qui peut être obtenue notamment au moyen d'un fluoropolymère., un polymère de nitrile
ou un polymère d'acrylate, un polymère contenant du chlore, par exemple du poly(chlorure de vinyle) ou du polyéthylène chloré,
ou des propriétés de barrière arrêtant par exemple la vapeur d'eau, qui peuvent lui être conférées en utilisant des polymères de type "Saran" ou un copolymère d'éthylène et de monochlorotrifluoro-
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d'autres additifs désirés dans des cas particuliers. La configuration du produit dépend évidemment de la configuration du système à haute tension sur lequel il doit reprendre sa forme. Des produits formés essentiellement d'un cône anti-contraintes
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est également important de réaliser des recouvrements anticheminement pour les isolateurs, par exemple des isolateurs de suspension, de traction et de support, des traversées et des traverses.
Dans un câble à haute tension blindé ou protégé de façon continue, le champ électrique est uniforme le long de l'axe du
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moindre dans la région du conducteur que partout ailleurs selon l'équation suivante
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r = rayon du conducteur du câble.
Les contraintes sont donc fonction de la géométrie du câble et, en pratique, l'épaisseur d'isolation choisie doit être suffisante pour maintenir les contraintes à des niveaux acceptables pour le diélectrique en question.
Lorsqu'on termine un tel câble, on enlève l'écran ou blindage sur une distance telle qu'une rupture électrique
le long de la surface de l'isolant entre le conducteur et le blindage, ne puisse se produire. La suppression de cet écran ou blindage introduit une discontinuité dans le champ électrique de sorte que des contraintes électriques graves s'exercent sur l'extrémité de cet écran ou blindage. Pour atténuer ces con-traintes et ainsi empêcher une mise hors d'usage du câble et de sa terminaison en service, divers procédés ont été mis au point pour assurer une maîtrise adéquate des contraintes* Parmi ces procédés, on peut mentionner l'utilisation de cônes anti-contraintes (prémoulés ou préfabriqués), de revêtements résistifs et de rubans non linéaires. Parmi ceux-ci, les cônes anti-contraintes sont les moyens les plus répandus.
Les cônes anti-contraintes prolongent le blindage ou écran du câble en utilisant une matière conductrice telle que
du fil métallique, du clinquant ou des rubans sur une partie de la surface d'un cône isolant. Le cône peut être fait de rubans
en matière plastique ou en papier, de résines époxydes, de caoutchoucs, etc. Les cônes anti-contraintes augmentent le diamètre du câble à la solution de continuité et réduisant les contraintes. Ils exigent donc un espace considérable au-dessus du diamètre
du câble et exigent habituellement de la dextérité et du travail pendant la fabrication du câble.
Des cônes anti-contraintes préalablement moulés du type à glisser en place peuvent également être utilisés mais leur ajustage serré signifie que le câble et le cône doivent être fabriqués avec des tolérances étroites pour assurer un rendement optimum. On a également proposé de préparer des cônes anticontraintes en accumulant des couches de longueurs différentes
de tubes thermorétrécissables, mais ces cônes ne sont pas très pratiques car ce procédé prend beaucoup de temps et introduit
des risques de vides intercouches.
On a également suggéré (voir par exemple le brevet américain de C.J. Oatess et collaborateurs n[deg.] 3.317.655) d'uti-
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une difficulté fondamentale contrarie l'utilisation des cônes anti-contraintes rétrécissables connus, à savoir le fait qu'ils ont une section très épaisse, souvent de plusieurs centimètres suivant le type de câble en cours de terminaison, et le temps de ré-
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mauvaise conductibilité thermique des matières polymères et au fait qu'il devient difficile de garantir que des ouvriers se trouvant sur chantier fassent rétrécir ces cônes à fond.
La plus mauvaise position pour le rétrécissement est habituellement la position médiane car il s'agit de la section la plus épaisse et, comme les deux extrémités se.contractent plus rapidement, un vide subsiste souvent dans la partie médiane et rend la terminaison de câble défectueuse. Un cône anti-contraintes suivant l'invention est cependant très facile à utiliser.
En tant qu'élastomère, on peut mentionner à titre d'exemple les caoutchoucs d'éthylène et de propylène, par exemple 70% d'éthylène, 30% d'un copolymère de propylène, les caoutchoucs de silicone fluorosiliconés, les caoutchoucs de polyéthylène chlorosulfonés, par exemple les caoutchoucs Hypalon
(marque de fabrique), les caoutchoucs de polyacrylate, les caoutchoucs de polyester-polyéther, le caoutchouc naturel et les copolymères greffés du caoutchouc naturel et du méthacrylate de méthyle, ainsi que les copolymères à blocs du type ABA, par exemple du Kraton (marque de fabrique) et des polyuréthannes thermoplastiques. On peut également mentionner les terpolymères dilués à l'huile éthylène-propylène-monomère diénique, en
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butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène, les polyéthylènes chlorés, les caoutchoucs nitrile, en particulier ceux contenant 20 à
40% en poids de chlore et les élastomères de silicone monométhyli-
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fluorés. L'élastomère peut contenir des charges ou d'autres additifs... par exemple des élastomères contenant de l'hydrate d'alumine ou un oxyde métallique de trapsition avec de l'hydrate d'alumine décrits dans le brevet allemand n[deg.] 2.050.581 ou du carbure de silicium, des argiles traitées ou non traitées ou du noir de carbone.
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rétrécissables des matières contenant des quantités de charges éle-
vées,par exemple du carbure de silicium tout en leur conservant de
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bonnes propriétés,physiques, par exemple un bon allongement jusqu'à rupture et une bonne résistance au déchirement.
En tant que matière non élastomère , on peut mentionner des polyoléfines) par exemple le polyéthylène, le poly (chlorure de vinyle) le poly(chlorure de vinylidène), lestrans-
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aliphatique).
Les deux parties peuvent être jointes l'une à l'autre par un adhésif approprié, par exemple un adhésif qui comprend
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ple un peroctoate de butyle tertiaire ou un peroxyde de dicumyle, conjointement avec un monomère poly-.non-saturé polymérisable,
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jonction intime directe. Par exemple, en façonnant la partie poly-
<EMI ID=21.1> à chaud à l'élastomère et, si on le désire, réticulée par des
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Dans le cas du moulage, en particulier si les constituants sont réticulés au moyen de peroxydes organiques,
aucun adhésif n'est habituellement requis quoiqu'on arrive à améliorer la résistance au décollement de la jonction si on utilise des couches de fond sur les surfaces avant de mouler la couche suivante. Des couches de fond appropriées comprennent les peroxysilanes Thixon AP 1559 et les silanes à radicaux vinyle et
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sion mécanique, la décharge en couronne ou la gravure chimique.
Le procédé le plus adéquat dépend évidemment de la nature des deux matières à joindre.
On peut rendre le produit susceptible de reprendre
sa forme à chaud en le chauffant dans sa configuration d'équilibre jusqu'à la température de ramollissement ou de fusion cristalline de la matière non élastomère, dilatant, par exemple cette matière sur un mandrin et la maintenant dans un état dilaté tout en la refroidissant en dessous de cette température.
On peut, en variante, fabriquer un produit dont la partie éla:3tomère soit la partie interne en façonnant un tube ou un autre produit creux de la partie élastomère, que l'on dilate sur un mandrin à température ambiante. On exécute alors n'importe quel traitement de surface nécessaire ou n'importe quelle application d'adhésif et on amène un tube thermorétrécissable en matière non élastomère à reprendre partiellement sa forme sur la partie élastomère dilatée. On laisse ensuite refroidir le tout et on l'enlève du mandrin. Lors d'un réchauffage sur un substrat à couvrir, la partie susceptible de reprendre sa forme
à chaud ramollit, ce qui permet à la partie élastomère de se contracter, et reprend elle-même une forme plus proche <EMI ID=24.1>
Des produits conformes à l'invention conviennent spécialement pour dos épissuros de câbles isolants et à haute tension et certaines matières conviennent particulièrement pour la construction suivant l'invention.
L'invention procure, par conséquent, un produit destiné
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comprenant un stratifié fait d'une couche électroconductrice thermoplastique extérieure et d'une couche élastomère isolante intérieure, et éventuellement un élément rapporté électroconducteur élastomère à l'intérieur de la couche interne, la couche élastomère ayant été déformée à partir de sa configuration d'équilibre afin d'agrandir la section de son passage et étant retenue dans sa configuration déformée par la couche thermoplas- tique, la couche thermoplastique pouvant être chauffée dans un
état dans lequel elle devient insuffisamment robuste pour retenir la couche élastomère dans sa configuration déformée, le
produit se contractant ensuite autour d'une épissure à couvrir.
La configuration du produit est de préférence en sub- stance tubulaire mais elle est telle que, lorsqu'il reprend
sa forme, ses extrémités s'amincissent pour former un cône anticontraintes à chaque extrémité.
Une matière préférée pour la couche intérieure est un caoutchouc d'éthylène-propylène dilué à l'huile comportant une charge d'argile traitée au silane.
L'invention procure un procédé servant à isoler un câble à haute tension à une extrémité,suivant lequel on applique un produit suivant l'invention sur l'extrémité du câble, on élève la température d'au moins la partie non élastomère à la température critique, de sorte que le produit reprend sa
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. Les exemples suivants illustrent l'invention. EXEMPLE 1.-
On prépare la composition suivante :
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On moule la composition jusqu'à une épaisseur de paroi
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tion suivante sur la surface externe jusqu'à une épaisseur de paroi totale de 18 mm.
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ration déformée jusqu'à ce que, après chauffage, il se contracte à nouveau jusqu'à sa section originale. Il est à noter que la
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section interne épaisse Or, 7 irai), les deux dimensions étant telles que obtenues, de revenir à ses dimensions originales.
EXEMPLE 2.-
Une première couche comportant des caractéristiques
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suivanto :
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On prépare cette couche dans un broyeur de laboratoire
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2 mm,par cuisson dans un moule chauffé à 200[deg.]C pendant 10 minutes.
On prépare un tube à non-cheminement de la manière suivante :
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On moule cette couche en un tube des mêmes dimensions que celles mentionnées plus haut.
On dilate la première couche à température ambiante en introduisant dans le tube un mandrin en polytétrafluoréthylène <EMI ID=38.1>
drin en les plaçant dans de l'eau froide pendant 5 minutes après quoi on retire le tube du mandrin.
On fixe le tube à non cheminement sur la première couche par rétrécissement sur celle-ci, après avoir enveloppé la couche interne d'une épaisseur de ruban adhésif. Ce ruban est préparé suivant la formule
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pendant 5 minutes après quoi on le retire du mandrin sous la
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mesuré sur l'isolant de 26 mm).
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On prépare une première couche comme la première couche de l'exemple 2. On transfère ensuite le tube moulé et le noyau central (qui est plus long que le tube) sur un moule différent et on moule une couche sur le tout. Les dimensions généra-
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1> <EMI ID=46.1>
On prépare cette couche extérieure de la manière suivante :
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Le traitement de cette préparation est effectué dans un broyeur à deux cylindres comme décrit dans l'exemple 2 et est suivi d'une cuisson à 190[deg.]C pendant 12 minutes. Le tube composite est alors dilaté sur un mandrin en polytétrafluoréthylène
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stable qui peut être rétréci à chaud.
EXEMPLE 4.-
On confectionne une épissure de câble à haute tension en substance semblable quant à ses dimensions générales à celles des Fig. 7 et 8 de la manière suivante.
On moule un tube en silicone élastomère conducteur
de la composition suivante :
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16 mm de diamètre intérieur et il n'est pas enlevé à ce stade du noyau de moulage.
Les propriétés physiques du silicone conducteur sont. mesurées sur une plaque d'essai obtenue à partir de la même pré-
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On use légèrement cette couche intérieure par abras-
sion et on la dégraisse après moulage puis on applique à la bros-
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Raw Materials Ltd). On introduit la couche dans un second moule
<EMI ID=54.1>
cissable est préparée comme décrit avec référence aux Fig. 7 et 8 et est ensuite dilatée' L'intérieur de cette couche, en même
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On laisse sécher celte couche à 60[deg.]C pendant 12 nervis pour évaporer le xylène. On fait ensuite rétrécir la couche extérieure conductrice thermorétrécissable sur les deux couches internes
au moyen d'une flamme de gaz propane. On place ensuite la triple épaisseur dans un moule et on cuit le tout à 200[deg.]C rendant 30 mi-
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à ce moment un stratifié expansé et stable. Ce stratifié est alors installé sur le câble à haute tension de 20 kilovolts décrit dans l'exemple 2,par chauffage au moyen d'une flamme de gaz pendant 90 secondes.
Divers produits conformes à l'invention seront décrits
<EMI ID=58.1>
dans lesquels :
les Fig. 1, 2 et 3 sont des vues en coupe de trois constructions différentes d'un cône de contraintes;
<EMI ID=59.1>
tages isolants terminant des câbles à haute tension;
les Fig. 7 et 8 sont des vues en coupe d'épissures de câbles, et
les Fig. 9 et 10 sont des vues en coupe de terminaisons de câbles.
Les dessins et, en particulier les Fig. 1 à 3,montrent un
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sur la Fig. 1, une couche conductrice 1 est appliquée sur une partie du composant ramollissable 2.
Normalement, le composant élastomère 3 est isolant mais il peut être semi-conducteur ou accuser une permittivité
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tière thermoplastique (auquel cas elle peut reprendre sa forme à chaud. En variante, la couche 1 peut être une mince feuille
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est intercalée entre une partie du composant élastomère 3 et la couche ramollissable 4.
<EMI ID=63.1> est recouverte d'uno couche ramollissable conductrice 6 tandis que lo reste est recouvert d'une couche ramollissable isolante
<EMI ID=64.1>
Les matières préférées pour les couches sont les sui.vantes :
couche (2) : polyoléfines thernorétrécissables, en particulier
polyéthylène à basse densité ou copolymère d'éthy-
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éthylène-propylène-diène chargé d'argile,traité au silane et dilué à l'huile,
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l'huile, caoutchouc nitrile, polyéthylène chloresulfoné, polyéthylène chloré, tous ces produits .étant rendus conducteurs par addition d'une charge .particulaire conductrice , comme du noir de carbone, des poudres métalliques, etc., <EMI ID=67.1>
ticulier polyoléfines telles que polyéthylène, copolymères d'éthylène et d'acrylate d'éthyle, couche (7) : comme pour la couche (2).
La jonction entre les couches peut être obtenue pen-
<EMI ID=68.1>
sation au peroxyde) ou au moyen d'adhésifs. La technique de moulage est préférable.
<EMI ID=69.1>
temps de contraction d'environ 60 secondes peuvent être obtenus <EMI ID=70.1>
La Fig. 4. montre schématiquement un ensemble à utiliser pour isoler une terminaison de câble à haute tension comprenant un tube cylindrique 9 et plusieurs coiffes 8 dont deux
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élément ramollissable 10 et un second élément élastomère 11 qui
est avantageusement un élément anticheminement. Comme indiqué en détail à la Fig. 5, le tube cylindrique 9 peut comprendre une couche
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de préférence semi-conductrice ou non-linéaire, ci,il sert à échelonner les contraintes pour l'extrémité du câble sur laquelle il doit être installé. En variante, comme or*, peut le voir à la Fig. 6, la couche extérieure 13 peut être une couche ramollissable et anticheminement et la couche intérieure 14 peut être élastomère, de préférence semi-conductrice ou non linéaire.
11 est à noter également que les coiffes modulaires 8
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verre-résine époxyde en vue de former un isolateur de structure. Des nombres appropriés de coiffes 8 avec des jupes de rayons différents sont simplement rétrécies sur le tube, de préférence au moyen d'une couche adhésive ou d'une couche de mastic entre le tube et la coiffe. Dans la construction de l'isolateur, la coiffe inférieure est rétrécie sur un stratifié cylindrique semblable à celui de la Fig. 5. comme dans la terminaison,, sauf que <EMI ID=74.1>
isolante 54 qui, lorsqu'elle a repri� sa forme
est en substance un tube comportant des parois extérieures allant en s'amincissant à chaque extrémité pour donner des parties
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plastique réticulé extérieur conducteur 56 d'une épaisseur de paroi en substance constante.
<EMI ID=76.1>
Les dimensions approximatives appropriées du manchon sont, à titre d'exemple uniquement, les suivantes:
longueur totale 38 cm longueur de l'élément inséré 13 cm longueur intérieure totale
<EMI ID=77.1>
épaisseur de l'élément inséré 2 mm épaisseur de la couche inté
rieure 16 mm épaisseur de la couche extérieure 3 mm
<EMI ID=78.1> <EMI ID=79.1>
3. diamètre intérieur maximum après reprise à chaud :
20 mm
<EMI ID=80.1>
6. essai do longévité à courant alternatif de 45 kilovolts : résistance 80 heures sans détérioration des propriétés de décharge.
Comme matières préférées pour les composants on peut mentionner :
Elément inséré Parties en noies
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<EMI ID=82.1>
peroxyhexyne-3
Les propriétés physiques principales sont :
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Couche interne Parties en poids
<EMI ID=84.1>
Couche extérieure Parties en poids
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<EMI ID=86.1>
un peroxyde ou un adhésif .
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<EMI ID=88.1>
exemple, lorsque l'on désire attacher un câble.spécialement un câble à haute tension,à un appareil tel qu'un transformateur ou
<EMI ID=89.1> 111 est relié à un connecteur 110 qui part d'un transformateur
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ont été omis. Une douille en résine époxyde 105 part également du bloc 104 et est traversée par le connectez:,@ 110. Un manchon désigné dans son ensemble par la référence 106, conforme &. l'invention,comprend un élément élastomère isolant 107 et une couche conductrice ramollis sable 108 qui, lorsque le manchon est dilata, maintient le composant élastomère 107 à l'état déformé.
A l'intérieur de la partie centrale de l'élément élastomère 107; se trouve un élément inséré conducteur 109. Cet élément est positionné sur la jonction formée entre le conducteur ICI et
le connecteur 110. Apr�s rétrécissement du manchon 100$ on peut faire rétrécir une douille isolante, non représentée, pour cou-
<EMI ID=91.1>
et les éléments correspondants portent les mêmes références. Le manchon représenté comprend un élément inséré 112 en matière
<EMI ID=92.1>
linéaire ou non linéaire, -et un élément thermoplastique extérieur réticulé 113 possédant avantageusement des propriétés d'anticheminement. Le manchon est rétréci sur la terminaison et l'élément inséré élastonère 112 est placé sur l'extrémité du blindage 103 et sur une partie de l'isolant 102.
Lorsque le câble pénètre suivant une ligne parallèle à
<EMI ID=93.1>
des Fig. 9 et 10 peuvent être utilisés, le produit comportant
un coude à angle droit à un endroit approprié de sa longueur.
On peut voir que, par le rrocédé et le produit suivant l'invention,, on obtient un moyen souple pour isoler ot encapsuler des terminaisons à haute tension de.tout type et de toute configuration au moyen d'un reconvi-ement très flexible et adaptable
<EMI ID=94.1>
Glossaire
Les produits dont les noms commerciaux ont été mentionnés. ci-dessus ont probablement la constitution ci-après.
<EMI ID=95.1>
de polymère et est vendu par la Société Uniroyal Limited.
2. Le carbure de silicium (qualité F1200/3) est vendu
<EMI ID=96.1>
boxylique non saturé qui pourrait être l'acide méthacrylique). Les diverses qualités en cause sont les suivantes :
<EMI ID=97.1> indice de fluidité à l'état fondu de 150 et un indice d'acide de 6.
<EMI ID=98.1>
d'un indice de fluidité à l'état fondu de 3 vendu par la Société Union Carbide.
<EMI ID=99.1> silicone d'une dureté Shore de 60, exempt de catalyseur et contenant à peu près 2% de méthylvinylsiloxane. b) le produit EP 5567U est un élastomère de silicone conducteur contenant, croit-on, du noir de carbone. Sa résisti- <EMI ID=100.1>
Angleterre depuis janvier 1968.
c) le produit EP 6024 est une pâte de silicone pour l'enduction d'étoffes à haute résistance. <EMI ID=101.1>
peroxyde de dicumyle sur une charge de carbonate de calcium précipitée que fabrique la Société Hercules Powder Co.
9) le produit Chemlok 607 est un adhésif qui est, croit-on, une résine de silicone modifiée vendue en Angleterre
<EMI ID=102.1>
Hughson Chemical Corp. des Etats-Unis d'Amérique.
10. le produit Thixon AP 1559 est un agent d'adhérence
<EMI ID=103.1>
butyle, etc. Sa composition n'est pas connue. Le produit est fabriqué par la Société Dayton Chemical Product Division or Whittaker Corp. et vendu cn Angleterre par la Société Compounding Ingrédients Ltd. Ces informations sont reprises de l'article <EMI ID=104.1>
en janvier 1973.
REVENDICATIONS
<EMI ID=105.1>
destiné à être utilisé avec un composant électrique
à haute tension , comprenant un stratifié formé d'une partie polymère élastomère qui est déformée de sa configuration d'équilibre et une partie polymère thermoplastique non élastomère réticulée possédant une résistance suffisante à température ambiante pour maintenir la partie élastomère dans une configuration déformée, la partie non élastomère, lorsqu'on la chauffe, devenant cependant insuffisamment résistante pour maintenir la partie élastomère dans sa configuration déformée*
Products likely to regain their shape when hot.
The present invention relates to products capable of recovering their shape when hot and, in particular, to heat-shrinkable products and materials for use in conjunction with high voltage electrical circuits, for example power lines or cables, transformers, devices. switching mechanisms.
Polymeric materials capable of returning to their shape when hot have already been used to insulate and protect electric cables, in particular at their ends, for example at splices joining two cables or at <EMI ID = 1.1>
Polymers suitable for use in high voltage systems have been made into materials capable of returning to their shape when hot, as described, for example, in UK Patents Nos. [deg.] 1,284,082 and 1,303,432. These materials contain, for example, an elastomeric polymer, a crystalline polymer, and an anti-shedding filler, for example alumina hydrate. It has been found that, in order to obtain the desired physical or mechanical properties for the mixture of polymers, one. limits the amount of charge to a value that tends also to limit the electrical conditions to which the product may be subjected while still offering an advantageous longevity in use.
The invention provides a product capable of recovering its shape on heat, in particular a heat-shrinkable product suitable for use with a high voltage electrical component, comprising a laminate made of an elastomeric polymer part deformed from its equilibrium configuration and of its shape. a non-elastomeric and crosslinked thermoplastic polymer part whose strength is sufficient at ambient temperatures to maintain the elastomeric part in a deformed configuration while the non-elastomeric part, in the event of heat input, becomes insufficiently strong to keep the elastomeric part in its distorted configuration. The layer of the product which, in use, is exposed to the atmosphere or is remote from the high voltage component preferably has
anti-routing properties so that it can be used at the working voltages of the cable to be covered.
The products that can be used with a high voltage electrical component are those that can be used with components, for example cables, subjected to voltages exceeding 1 kilovolt. To be suitable for such uses, <EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
dimensions, for example a wall thickness, which allow it
1 put to be exposed safely to these constraints.
<EMI ID = 5.1>
of a hollow shrinkable product, the outer layer being elastomeric and containing an anti-shedding filler, while the inner layer is, for example, a crystalline layer, preferably a crystalline material to be securely crosslinked
<EMI ID = 6.1>
the elastomeric layer in an expanded state. This inner layer can be an insulating, conductive or semiconductor material or it can be a material which does not obey
to Ohm's law, that is, a nonlinear matter. As a variant, the outer layer may comprise the crystalline part and the inner elastomer part, the outer layer preferably having properties of insulation and / or resistance to tracking, the inner layer for its part preferably being conductive, semi-conductive. or, alternatively, insulating or having non-linear resistance characteristics. The product may include other layers having suitable properties,
for example a resistance to solvents which can be obtained in particular by means of a fluoropolymer., a nitrile polymer
or an acrylate polymer, a chlorine-containing polymer, for example poly (vinyl chloride) or chlorinated polyethylene,
or barrier properties, for example stopping water vapor, which can be conferred on it by using polymers of the "Saran" type or a copolymer of ethylene and of monochlorotrifluoro.
<EMI ID = 7.1>
other additives desired in particular cases. The configuration of the product obviously depends on the configuration of the high voltage system on which it is to resume its form. Products essentially formed of an anti-stress cone
<EMI ID = 8.1>
It is also important to make anti-spillover covers for insulators, for example suspension, tension and support insulators, bushings and sleepers.
In a shielded or continuously protected high voltage cable, the electric field is uniform along the axis of the cable.
<EMI ID = 9.1>
less in the driver's region than anywhere else according to the following equation
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
r = radius of the cable conductor.
The stresses are therefore a function of the geometry of the cable and, in practice, the thickness of insulation chosen must be sufficient to maintain the stresses at acceptable levels for the dielectric in question.
When terminating such a cable, the screen or shielding is removed over a distance such as an electrical break.
along the surface of the insulation between the conductor and the shield, cannot occur. The removal of this screen or shield introduces a discontinuity in the electric field so that severe electrical stresses are exerted on the end of this screen or shield. To mitigate these constraints and thus prevent the cable from being put out of use and its termination in service, various methods have been developed to ensure adequate control of the constraints * Among these methods, we can mention the use of anti-stress cones (pre-molded or prefabricated), resistive coatings and non-linear tapes. Among these, stress relief cones are the most common means.
The strain relief cones extend the shield or screen of the cable by using a conductive material such as
wire, foil or tapes on part of the surface of an insulating cone. The cone can be made of ribbons
of plastics or of paper, epoxy resins, rubbers, etc. The stress relief cones increase the diameter of the cable at the continuity solution and reduce the stress. They therefore require a considerable space above the diameter
cable and usually require dexterity and labor during cable manufacture.
Pre-molded slip-in-place type strain-relief cones can also be used, but their tight fit means that the cable and cone must be fabricated to close tolerances for optimum performance. It has also been proposed to prepare anti-stress cones by accumulating layers of different lengths.
of heat-shrinkable tubes, but these cones are not very practical because this process takes a long time and introduces
risks of interlayer voids.
It has also been suggested (see, for example, U.S. Patent to C.J. Oatess et al. No. 3,317,655) to use
<EMI ID = 12.1>
a fundamental difficulty hinders the use of known shrinkable anti-stress cones, namely the fact that they have a very thick section, often of several centimeters depending on the type of cable being terminated, and the re-installation time.
<EMI ID = 13.1>
poor thermal conductivity of polymeric materials and the fact that it becomes difficult to ensure that workers on site shrink these cones fully.
The worst position for the constriction is usually the middle position as this is the thickest section and since the two ends contract faster, a vacuum often remains in the middle part and causes the cable termination to be faulty. . An anti-stress cone according to the invention is however very easy to use.
As an elastomer, mention may be made, by way of example, of ethylene and propylene rubbers, for example 70% ethylene, 30% of a propylene copolymer, fluorosilicone silicone rubbers, polyethylene rubbers. chlorosulfonated e.g. Hypalon rubbers
(trademark), polyacrylate rubbers, polyester-polyether rubbers, natural rubber and graft copolymers of natural rubber and methyl methacrylate, as well as block copolymers of the ABA type, for example Kraton (trademark factory) and thermoplastic polyurethanes. Mention may also be made of terpolymers diluted with ethylene-propylene-diene monomer oil, in
<EMI ID = 14.1>
butadiene, styrene-butadiene rubber, chlorinated polyethylenes, nitrile rubbers, especially those containing 20 to
40% by weight of chlorine and the monomethyl silicone elastomers
<EMI ID = 15.1>
fluorinated. The elastomer may contain fillers or other additives ... for example elastomers containing alumina hydrate or a metal oxide trapsition with alumina hydrate described in German patent no. ] 2,050,581 or silicon carbide, treated or untreated clays or carbon black.
<EMI ID = 16.1>
shrinkage of materials containing high amounts of fillers
vées, for example silicon carbide while retaining their
�
good physical properties, eg good elongation to break and good tear resistance.
As the non-elastomeric material, there may be mentioned polyolefins) for example polyethylene, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene chloride), trans-
<EMI ID = 17.1>
aliphatic).
The two parts may be joined to each other by a suitable adhesive, for example an adhesive which comprises
<EMI ID = 18.1>
ple a tertiary butyl peroctoate or a dicumyl peroxide, together with a polymerizable poly-unsaturated monomer,
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
direct intimate junction. For example, by shaping the poly- part
<EMI ID = 21.1> hot with the elastomer and, if desired, crosslinked by
<EMI ID = 22.1>
In the case of molding, in particular if the constituents are crosslinked by means of organic peroxides,
no adhesive is usually required although the peel strength of the seam can be improved if basecoats are used on the surfaces prior to molding the next coat. Suitable basecoats include Thixon AP 1559 peroxysilanes and vinyl radical silanes and
<EMI ID = 23.1>
mechanical ion, corona discharge or chemical etching.
The most suitable process obviously depends on the nature of the two materials to be joined.
We can make the product susceptible to take back
hot shape by heating it in its equilibrium configuration to the softening or crystalline melting temperature of the non-elastomeric material, expanding, for example, that material on a mandrel and keeping it in an expanded state while cooling it below this temperature.
As a variant, it is possible to manufacture a product in which the elastomer part is the internal part by shaping a tube or other hollow product of the elastomer part, which is expanded on a mandrel at room temperature. Any necessary surface treatment or application of adhesive is then performed and a heat-shrinkable tube of non-elastomeric material is caused to partially regain its shape on the expanded elastomeric portion. The whole thing is then allowed to cool and it is removed from the mandrel. When reheating on a substrate to be covered, the part likely to resume its shape
when hot softens, which allows the elastomeric part to contract, and itself takes on a more similar shape <EMI ID = 24.1>
Products according to the invention are especially suitable for splicing insulating and high voltage cables and certain materials are particularly suitable for construction according to the invention.
The invention therefore provides a product for
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
comprising a laminate made of an outer thermoplastic electrically conductive layer and an inner insulating elastomeric layer, and optionally an elastomeric electrically conductive insert within the inner layer, the elastomeric layer having been deformed from its equilibrium configuration in order to enlarge the section of its passage and being retained in its deformed configuration by the thermoplastic layer, the thermoplastic layer being able to be heated in a
state in which it becomes insufficiently robust to retain the elastomeric layer in its deformed configuration, the
product then contracting around a splice to be covered.
The configuration of the product is preferably of a tubular substance, but is such that when it resumes
its shape, its ends thin out to form an anti-stress cone at each end.
A preferred material for the inner layer is an oil diluted ethylene propylene rubber having a silane treated clay filler.
The invention provides a method for insulating a high voltage cable at one end, wherein a product according to the invention is applied to the end of the cable, the temperature of at least the non-elastomeric part is raised to the temperature. critical, so that the product resumes its
<EMI ID = 27.1>
. The following examples illustrate the invention. EXAMPLE 1.-
The following composition is prepared:
<EMI ID = 28.1>
The composition is molded to a wall thickness
<EMI ID = 29.1>
tion on the outer surface up to a total wall thickness of 18 mm.
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
ration distorted until, after heating, it contracts again to its original section. It should be noted that the
<EMI ID = 32.1>
internal section thick Or, 7 irai), the two dimensions being as obtained, to return to its original dimensions.
EXAMPLE 2.-
A first layer with characteristics
<EMI ID = 33.1>
next:
<EMI ID = 34.1>
This layer is prepared in a laboratory mill
<EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
2 mm, by baking in a mold heated to 200 [deg.] C for 10 minutes.
We prepare a non-tracking tube as follows:
<EMI ID = 37.1>
This layer is molded into a tube of the same dimensions as those mentioned above.
The first layer is dilated at room temperature by introducing into the tube a polytetrafluoroethylene mandrel <EMI ID = 38.1>
drin by placing them in cold water for 5 minutes after which the tube is removed from the mandrel.
The non-tracking tube is fixed on the first layer by shrinking thereon, after having wrapped the inner layer with a thickness of adhesive tape. This tape is prepared according to the formula
<EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1>
<EMI ID = 41.1>
for 5 minutes after which it is withdrawn from the chuck under the
<EMI ID = 42.1>
measured on 26mm insulation).
<EMI ID = 43.1>
A first layer is prepared like the first layer of Example 2. The molded tube and the central core (which is longer than the tube) are then transferred to a different mold and one layer molded over the whole. The general dimensions
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1> <EMI ID = 46.1>
This outer layer is prepared as follows:
<EMI ID = 47.1>
The treatment of this preparation is carried out in a two-roll mill as described in Example 2 and is followed by baking at 190 [deg.] C for 12 minutes. The composite tube is then expanded on a polytetrafluoroethylene mandrel
<EMI ID = 48.1>
stable which can be hot shrunk.
EXAMPLE 4.-
A high voltage cable splice is made substantially similar in general dimensions to those of Figs. 7 and 8 as follows.
A conductive elastomeric silicone tube is molded
of the following composition:
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
16mm inside diameter and it is not removed from the mold core at this point.
The physical properties of conductive silicone are. measured on a test plate obtained from the same pre-
<EMI ID = 51.1>
<EMI ID = 52.1>
This inner layer is lightly worn by abras-
zion and degreased after molding and then applied with a brush.
<EMI ID = 53.1>
Raw Materials Ltd). We introduce the layer in a second mold
<EMI ID = 54.1>
Wearable is prepared as described with reference to Figs. 7 and 8 and is then dilated 'The interior of this layer, at the same
<EMI ID = 55.1>
<EMI ID = 56.1>
This layer is left to dry at 60 ° C. for 12 ribs to evaporate the xylene. The heat-shrinkable conductive outer layer is then shrunk over the two inner layers.
using a propane gas flame. The triple layer is then placed in a mold and the whole is baked at 200 [deg.] C making 30 mi-
<EMI ID = 57.1>
at this time an expanded and stable laminate. This laminate is then installed on the high voltage 20 kilovolt cable described in Example 2, by heating with a gas flame for 90 seconds.
Various products in accordance with the invention will be described.
<EMI ID = 58.1>
wherein :
Figs. 1, 2 and 3 are sectional views of three different constructions of a stress cone;
<EMI ID = 59.1>
insulating floors terminating high voltage cables;
Figs. 7 and 8 are sectional views of cable splices, and
Figs. 9 and 10 are sectional views of cable terminations.
The drawings and, in particular Figs. 1 to 3, show a
<EMI ID = 60.1>
in Fig. 1, a conductive layer 1 is applied to a part of the softenable component 2.
Normally, the elastomer component 3 is insulating but it can be semiconductor or have a permittivity.
<EMI ID = 61.1>
thermoplastic material (in which case it can resume its shape when hot. Alternatively, layer 1 can be a thin sheet
<EMI ID = 62.1>
is interposed between a part of the elastomer component 3 and the softenable layer 4.
<EMI ID = 63.1> is covered with a conductive softening layer 6 while the rest is covered with an insulating softening layer
<EMI ID = 64.1>
The preferred materials for diapers are the following:
layer (2): heat-shrinkable polyolefins, in particular
low density polyethylene or ethyl copolymer
<EMI ID = 65.1>
ethylene-propylene-diene loaded with clay, treated with silane and diluted with oil,
<EMI ID = 66.1>
oil, nitrile rubber, chlorinated polyethylene, chlorinated polyethylene, all of these products being made conductive by the addition of a conductive particle filler, such as carbon black, metal powders, etc., <EMI ID = 67.1>
particular polyolefins such as polyethylene, copolymers of ethylene and of ethyl acrylate, layer (7): as for layer (2).
The junction between the layers can be obtained during
<EMI ID = 68.1>
peroxide) or by means of adhesives. The molding technique is preferable.
<EMI ID = 69.1>
contraction time of about 60 seconds can be obtained <EMI ID = 70.1>
Fig. 4.shows schematically an assembly to be used to insulate a high voltage cable termination comprising a cylindrical tube 9 and several caps 8 including two
<EMI ID = 71.1>
softenable element 10 and a second elastomeric element 11 which
is advantageously an anti-routing element. As shown in detail in FIG. 5, the cylindrical tube 9 may include a layer
<EMI ID = 72.1>
preferably semi-conductive or non-linear, this is used to scale the stresses for the end of the cable on which it is to be installed. Alternatively, as or *, can be seen in FIG. 6, the outer layer 13 may be a softenable and anti-spreading layer and the inner layer 14 may be elastomeric, preferably semiconducting or non-linear.
It should also be noted that the modular caps 8
<EMI ID = 73.1>
glass-epoxy resin to form a structural insulator. Appropriate numbers of caps 8 with skirts of different radii are simply narrowed on the tube, preferably by means of an adhesive layer or a layer of putty between the tube and the cap. In the construction of the insulator, the lower cap is tapered onto a cylindrical laminate similar to that of FIG. 5.as in the termination ,, except that <EMI ID = 74.1>
insulator 54 which, when it took off � its shape
is essentially a tube with outer walls tapering off at each end to form parts
<EMI ID = 75.1>
conductive exterior crosslinked plastic 56 of substantially constant wall thickness.
<EMI ID = 76.1>
Appropriate approximate sleeve dimensions are, by way of example only, as follows:
total length 38 cm length of the inserted element 13 cm total internal length
<EMI ID = 77.1>
thickness of the inserted element 2 mm thickness of the internal layer
greater than 16 mm thickness of the outer layer 3 mm
<EMI ID = 78.1> <EMI ID = 79.1>
3.maximum internal diameter after hot rework:
20 mm
<EMI ID = 80.1>
6. 45 kilovolt alternating current durability test: 80 hour resistance without deterioration of discharge properties.
As preferred materials for the components there may be mentioned:
Inserted element Drowned parts
<EMI ID = 81.1>
<EMI ID = 82.1>
peroxyhexyne-3
The main physical properties are:
<EMI ID = 83.1>
Inner layer Parts by weight
<EMI ID = 84.1>
Outer layer Parts by weight
<EMI ID = 85.1>
<EMI ID = 86.1>
a peroxide or an adhesive.
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
example, when you want to attach a cable, especially a high voltage cable, to a device such as a transformer or
<EMI ID = 89.1> 111 is connected to a connector 110 which goes from a transformer
<EMI ID = 90.1>
have been omitted. An epoxy resin bushing 105 also starts from the block 104 and is crossed by the connect:, @ 110. A sleeve designated as a whole by the reference 106, conforms &. the invention includes an elastomeric insulating element 107 and a sand-softened conductive layer 108 which, when the sleeve is expanded, maintains the elastomeric component 107 in a deformed state.
Inside the central part of the elastomer element 107; is a conductive insert 109. This element is positioned on the junction formed between the conductor HERE and
connector 110. After shrinking the sleeve $ 100 one can shrink an insulating sleeve, not shown, to cut
<EMI ID = 91.1>
and the corresponding elements bear the same references. The sleeve shown comprises an inserted element 112 of
<EMI ID = 92.1>
linear or non-linear, and a reticulated external thermoplastic element 113 advantageously having anti-transport properties. The sleeve is tapered over the termination and the elastonic insert 112 is placed over the end of the shield 103 and over a portion of the insulation 102.
When the cable enters along a line parallel to
<EMI ID = 93.1>
of Figs. 9 and 10 can be used, the product comprising
a right angle elbow at an appropriate point along its length.
It can be seen that, by the rrocédé and the product according to the invention, a flexible means is obtained for isolating and encapsulating high voltage terminations of any type and of any configuration by means of a very flexible reconvi-ement and adaptable
<EMI ID = 94.1>
Glossary
Products whose trade names have been mentioned. above probably have the following constitution.
<EMI ID = 95.1>
polymer and is sold by Uniroyal Limited.
2. Silicon carbide (grade F1200 / 3) is sold
<EMI ID = 96.1>
unsaturated boxylic acid which could be methacrylic acid). The various qualities involved are as follows:
<EMI ID = 97.1> melt flow rate of 150 and an acid number of 6.
<EMI ID = 98.1>
a melt flow index of 3 sold by Union Carbide.
<EMI ID = 99.1> silicone with a Shore hardness of 60, free of catalyst and containing approximately 2% methylvinylsiloxane. b) EP 5567U is a conductive silicone elastomer believed to contain carbon black. Its resisti- <EMI ID = 100.1>
England since January 1968.
c) the product EP 6024 is a silicone paste for coating high resistance fabrics. <EMI ID = 101.1>
dicumyl peroxide on precipitated calcium carbonate filler manufactured by Hercules Powder Co.
9) Chemlok 607 is an adhesive which is believed to be a modified silicone resin sold in England
<EMI ID = 102.1>
Hughson Chemical Corp. from the United States of America.
10. Thixon AP 1559 is an adhesion agent
<EMI ID = 103.1>
butyl, etc. Its composition is not known. The product is manufactured by the Dayton Chemical Product Division or Whittaker Corp. Company. and sold in England by Compounding Ingredients Ltd. This information is taken from the article <EMI ID = 104.1>
in January 1973.
CLAIMS
<EMI ID = 105.1>
intended for use with an electrical component
high voltage, comprising a laminate formed of an elastomeric polymer portion which is deformed from its equilibrium configuration and a crosslinked non-elastomeric thermoplastic polymer portion having sufficient strength at room temperature to maintain the elastomeric portion in a deformed configuration, the portion non-elastomeric, when heated, however becoming insufficiently strong to maintain the elastomeric part in its deformed configuration *