JP2022073216A - Compact having reversible thermal elasticity, and actuator - Google Patents

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JP2022073216A JP2020183059A JP2020183059A JP2022073216A JP 2022073216 A JP2022073216 A JP 2022073216A JP 2020183059 A JP2020183059 A JP 2020183059A JP 2020183059 A JP2020183059 A JP 2020183059A JP 2022073216 A JP2022073216 A JP 2022073216A
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Kazunao Hareyama
友義 山下
Tomoyoshi Yamashita
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Abstract

To provide a compact excellent in reversible thermal elasticity; and to provide an actuator.SOLUTION: A compact has reversible thermal elasticity at optional temperature and load region, in which a shrinkage ratio per unit time by heating is 0.07%/°C or more. An actuator containing the compact is also provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可逆的熱伸縮性を有する成形体およびアクチュエータに関する。 The present invention relates to a molded body and an actuator having reversible thermal elasticity.

先進国における高齢化社会の到来、ロボット工学の発達、人類の知的活動へのシフトなどから、様々な物品の動力化が求められており、種々のアクチュエータが提案されている。アクチュエータとは、例えば、モータ、油空圧シリンダ、圧電素子、人工筋肉といった、動きや力を作りだす装置の総称である。アクチュエータは、電気や熱、光、燃料などのエネルギーによって材料自体が変形する駆動体であり、その基本的な変形パターンは、伸縮、屈伸、捩り、膨張・収縮である。 With the advent of an aging society in developed countries, the development of robotics, and the shift to human intellectual activities, the motorization of various articles is required, and various actuators have been proposed. Actuator is a general term for devices that create movement and force, such as motors, pneumatic / pneumatic cylinders, piezoelectric elements, and artificial muscles. An actuator is a driving body whose material itself is deformed by energy such as electricity, heat, light, and fuel, and its basic deformation pattern is expansion / contraction, bending / stretching, twisting, expansion / contraction.

現在、最も広く利用されているモータは、硬い、重い、動作音が大きいなどの問題がある。それに対して、小型軽量、様々な駆動源、無音、極限条件下の水中や大気中で動くなどの様々な特徴を有する人工筋肉のようなソフトアクチュエータの開発が近年、進められている。 Currently, the most widely used motors have problems such as being hard, heavy, and making a loud noise. On the other hand, in recent years, the development of soft actuators such as artificial muscles having various characteristics such as small size and light weight, various drive sources, silence, and movement in water or air under extreme conditions has been promoted.

例えば、特許文献1には、ナイロン繊維が捩られ、コイル形状のアクチュエータが可逆的な熱伸縮を示すことが開示されている。
特許文献2、非特許文献1には、直鎖状低密度ポリエチレン繊維をコイル形状にすることで、単位温度あたりの熱収縮率が高く、小さい温度変化で、高変位を達成したアクチュエータが開示されている。
特許文献3では、加熱冷却によって可逆的に伸縮動作し、柔軟性に富んだアクチュエータ用繊維が開示され、ナイロン繊維をコイル形状とし、バネ指数を特定の数値以上に高くすることが記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses that nylon fibers are twisted and a coil-shaped actuator exhibits reversible thermal expansion and contraction.
Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 disclose an actuator in which a linear low-density polyethylene fiber is formed into a coil shape to have a high heat shrinkage rate per unit temperature and achieve a high displacement with a small temperature change. ing.
Patent Document 3 discloses a fiber for an actuator that expands and contracts reversibly by heating and cooling and has abundant flexibility, and describes that a nylon fiber has a coil shape and a spring index is increased to a specific value or more. ..

国際公開第2014/022667号International Publication No. 2014/022667 国際公開第2017/022146号International Publication No. 2017/022146 国際公開第2020/054633号International Publication No. 2020/054633

Power-efficient low-temperature woven coild fibre actuator for wearable applications; SCIENCTIFIC REPOTS 2016, 6:36358.Power-effective low-temperature wave coiled fiber actuator for wearable applications; SCIENTTIFIC REPOTS 2016, 6: 36358.

しかしながら、特許文献1では、ナイロンの繊維自体の単位温度当たりの熱収縮率は、0.002%/℃程度であり、低いものであった。特許文献2、非特許文献1では、直鎖状低密度ポリエチレンの繊維自体の熱収縮率がナイロンより高いものの、アクチュエータとして十分ではなかった。特許文献3では、ナイロンを使っているため、繊維自体の単位温度当たりの熱収縮率は低く、コイルのバネ指数を高くしなければ収縮率を高くすることができないという制限があった。 However, in Patent Document 1, the heat shrinkage rate per unit temperature of the nylon fiber itself is about 0.002% / ° C., which is low. In Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, although the heat shrinkage of the linear low-density polyethylene fiber itself is higher than that of nylon, it is not sufficient as an actuator. In Patent Document 3, since nylon is used, the heat shrinkage rate per unit temperature of the fiber itself is low, and there is a limitation that the shrinkage rate cannot be increased unless the spring index of the coil is increased.

本発明の目的は、可逆的熱伸縮性に優れる成形体及びアクチュエータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a molded body and an actuator having excellent reversible thermal elasticity.

1.任意の温度と荷重領域において、可逆的熱伸縮性を有し、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である成形体。
2.1~20MPaの引張荷重状態で、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である1に記載の成形体。
3.-30℃から200℃の温度領域において、単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である1又は2に記載の成形体。
4.-30℃から200℃の温度領域において加熱により50℃の温度変化を与えた時の収縮率が3.5%以上である1~3のいずれかに記載の成形体。
5.50℃の温度変化の加熱による収縮後に50℃降温したときの復元率が、90%以上である4に記載の繊維。
6.成形体内部に架橋構造を有する1~5のいずれかに記載の成形体。
7.前記架橋構造がシラン架橋を含む6に記載の成形体。
8.オレフィン系重合体からなる1~7のいずれかに記載の成形体。
9.前記オレフィン系重合体がポリエチレンである8に記載の成形体。
10.ゲル分率が50%以上である1~9のいずれかに記載の成形体。
11.結晶化度が60%以下、結晶配向度が80%以上である1~10のいずれかに記載の成形体。
12.前記成形体が、繊維状、板状、シート状もしくはフィルム状であり、又はこれらの1種以上の多層構造を有する請求項1~11のいずれか記載の成形体。
13.前記成形体が繊維状であり、該繊維状成形体の単繊維の繊度が50~10000dtexである12に記載の成形体。
14.前記成形体が繊維状であり、該繊維状成形体の単繊維の直径が80~1200μmである12または13に記載の成形体。
15.熱収縮しない部分を部分的に有する1~14のいずれかに記載の成形体。
16.コイル形状に形成された1~15のいずれかに記載の成形体。
17.1~16のいずれかに記載の成形体を含むアクチュエータ。
18.1~16のいずれかに記載の成形体の複数から構成され、前記成形体が並行配列および/または直列配列して形成されるアクチュエータ。
1. 1. A molded product having reversible thermal elasticity in an arbitrary temperature and load region, and having a shrinkage rate of 0.07% / ° C. or more per unit temperature due to heating.
2. The molded product according to 1, wherein the shrinkage rate per unit temperature due to heating is 0.07% / ° C. or higher under a tensile load of 2.1 to 20 MPa.
3. 3. The molded product according to 1 or 2, wherein the shrinkage rate per unit temperature is 0.07% / ° C. or higher in the temperature range of −30 ° C. to 200 ° C.
4. The molded product according to any one of 1 to 3, wherein the shrinkage rate when a temperature change of 50 ° C. is applied by heating in a temperature range of −30 ° C. to 200 ° C. is 3.5% or more.
5. The fiber according to 4 having a restoration rate of 90% or more when the temperature is lowered by 50 ° C. after shrinkage due to a temperature change of 50 ° C. by heating.
6. The molded product according to any one of 1 to 5, which has a crosslinked structure inside the molded product.
7. 6. The molded product according to 6, wherein the crosslinked structure includes a silane crosslink.
8. The molded product according to any one of 1 to 7, which is made of an olefin polymer.
9. 8. The molded product according to 8, wherein the olefin polymer is polyethylene.
10. The molded product according to any one of 1 to 9, wherein the gel content is 50% or more.
11. The molded product according to any one of 1 to 10, wherein the degree of crystallinity is 60% or less and the degree of crystal orientation is 80% or more.
12. The molded product according to any one of claims 1 to 11, wherein the molded product is in the form of a fiber, a plate, a sheet, or a film, or has a multilayer structure of one or more of these.
13. 12. The molded product according to 12, wherein the molded product is fibrous and the fineness of the single fiber of the fibrous molded product is 50 to 10000 dtex.
14. 12. The molded product according to 12 or 13, wherein the molded product is fibrous and the diameter of a single fiber of the fibrous molded product is 80 to 1200 μm.
15. The molded product according to any one of 1 to 14, which partially has a portion that does not shrink due to heat.
16. The molded product according to any one of 1 to 15 formed in a coil shape.
An actuator comprising the molded product according to any one of 17.1 to 16.
An actuator composed of a plurality of the molded bodies according to any one of 18.1 to 16 and formed by arranging the molded bodies in parallel and / or in series.

本発明によれば、可逆的熱伸縮性に優れる成形体及びアクチュエータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a molded body and an actuator having excellent reversible thermal elasticity.

本発明の可逆的熱伸縮性を有する繊維状成形体を部分的に有する繊維の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fiber which partially has a fibrous molded body which has a reversible thermal elasticity of this invention. 本発明の繊維状成形体がコイル形状に形成された成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded body which formed the fibrous molded body of this invention into a coil shape. コイル直径Dを大きくしたコイル形状に形成された繊維状成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fibrous molded body formed in the coil shape which increased the coil diameter D. 芯となる本発明の繊維状成形体がコイル形状に形成された成形体に、本発明の繊維状成形体を巻き付けてカバリングしたコイル形状に形成された成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded body formed into the coil shape which covered the fibrous molded body of this invention by winding the fibrous molded body of this invention around the molded body which formed the fibrous molded body of this invention as a core into a coil shape. 本発明のコイル形状に形成された成形体2本を合撚した成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded body which twisted two molded bodies formed in the coil shape of this invention.

本発明の実施形態の成形体は、任意の温度と荷重領域において、可逆的熱伸縮性を有し、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である。
可逆的熱伸縮性とは、加熱による収縮、冷却による伸長をおおよそ一定の変位で繰り返えすことを示すが、本発明の範囲は特に、加熱する温度範囲や繰り返し動作に伴う劣化現象による特性変化において制約を受けるものではない。
可逆的熱伸縮性を有する好ましい態様は、復元率90%の伸縮を1回以上できることが好ましく、10回以上できることがより好ましく、100回以上できることがさらに好ましく、1000回以上できることが最も好ましい。可逆的熱伸縮性を有するより好ましい態様は、復元率95%の伸縮を1回以上できることが好ましく、10回以上できることがより好ましく、100回以上できることがさらに好ましく、1000回以上できることが最も好ましい。可逆的熱伸縮性を有するさらに好ましい態様は、復元率97%の伸縮を1回以上できることが好ましく、10回以上できることがより好ましく、100回以上できることがさらに好ましく、1000回以上できることがさらに好ましい。
The molded product of the embodiment of the present invention has reversible thermal elasticity in an arbitrary temperature and load region, and has a shrinkage rate of 0.07% / ° C. or more per unit temperature due to heating.
Reversible thermal elasticity means that shrinkage due to heating and expansion due to cooling are repeated with approximately constant displacement, but the scope of the present invention is particularly the temperature range for heating and the characteristic change due to deterioration phenomenon due to repeated operation. Is not restricted in.
In a preferred embodiment having reversible thermal elasticity, expansion and contraction with a restoration rate of 90% can be performed once or more, more preferably 10 times or more, further preferably 100 times or more, and most preferably 1000 times or more. A more preferable embodiment having reversible thermal elasticity is that the expansion and contraction with a restoration rate of 95% can be performed once or more, more preferably 10 times or more, further preferably 100 times or more, and most preferably 1000 times or more. A more preferable embodiment having reversible thermal elasticity is that the expansion and contraction with a restoration rate of 97% can be performed once or more, more preferably 10 times or more, further preferably 100 times or more, and further preferably 1000 times or more.

本発明の実施形態の成形体は、任意の荷重下で、加熱した場合の単位温度当たりの熱収縮率が0.07%/℃以上であれば、アクチュエータとして十分な変位をとることが可能である。前記観点から、単位温度当たりの熱収縮率は0.08%/℃以上がより好ましく、0.10%/℃以上がさらに好ましい。
単位温度当たりの熱収縮率が高いほどアクチュエータとして産業上の応用性が高く、上限は特に制限は無いが、0.20%/℃であれば、アクチュエータとしての性能が非常に高く、0.18%/℃であれば十分有効である。したがって、単位温度当たりの熱収縮率は0.07%/℃以上0.20%/℃以下の範囲、もしくは0.07%/℃以上0.18%/℃以下の範囲に設定することができる。
本発明におけるアクチュエータは、ソフトアクチュエータと呼ばれることもあり、素材自体が伸縮性を有するものである。
The molded product according to the embodiment of the present invention can be sufficiently displaced as an actuator as long as the heat shrinkage rate per unit temperature when heated under an arbitrary load is 0.07% / ° C. or higher. be. From the above viewpoint, the heat shrinkage rate per unit temperature is more preferably 0.08% / ° C. or higher, further preferably 0.10% / ° C. or higher.
The higher the heat shrinkage rate per unit temperature, the higher the industrial applicability as an actuator, and the upper limit is not particularly limited, but if it is 0.20% / ° C, the performance as an actuator is very high, 0.18. % / ° C is sufficiently effective. Therefore, the heat shrinkage rate per unit temperature can be set in the range of 0.07% / ° C. or higher and 0.20% / ° C. or lower, or 0.07% / ° C. or higher and 0.18% / ° C. or lower. ..
The actuator in the present invention is sometimes called a soft actuator, and the material itself has elasticity.

可逆的熱伸縮性における復元率は、最初の測定長に対し、アクチュエータとして機能するためには90%以上を維持することが好ましく、95%以上がより好ましく、97%以上がさらに好ましい。
また、前記復元率を維持する回数は、10回以上が好ましく、100回以上がより好ましく、1000回以上がさらに好ましい。
The restoration rate in the reversible thermal elasticity is preferably maintained at 90% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more in order to function as an actuator with respect to the initial measurement length.
The number of times to maintain the restoration rate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more, still more preferably 1000 times or more.

成形体中、アクチュエータとしての機能を低下させない範囲で、可逆的熱伸縮性を有さない部分があっても良い。この場合、成形体中の可逆的熱伸縮性を有する部分は、成形体の熱伸縮する方向において、50%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、100%であることが最も好ましい。一方、成形体をコイル形状にすることで、熱による伸縮性を高めることができるが、必ずしも、コイル形状にしなくても、熱伸縮率が高い成形体とすることで、軽量で、かつ省スペース化を図ることができる。 There may be a portion of the molded body that does not have reversible thermal elasticity as long as the function as an actuator is not deteriorated. In this case, the portion of the molded product having reversible thermal expansion and contraction is preferably 50% or more, more preferably 80% or more, and most preferably 100% in the direction of thermal expansion and contraction of the molded product. On the other hand, by making the molded body into a coil shape, it is possible to increase the elasticity due to heat, but by making the molded body into a molded body with a high thermal expansion / contraction rate, it is lightweight and space-saving. Can be achieved.

本発明の実施形態の成形体は、1~20MPaの引張荷重状態で、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上であることが好ましい。
成形体の熱伸縮方向の1MPa以上の引張荷重状態で、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上であると、少ない成形体の数や、より細い成形体でも収縮応力を発現することができ、アクチュエータとして有効である。前記観点から、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上を満たす際の引張荷重状態は、3MPa以上の引張荷重状態であることがより好ましく、4MPa以上の引張荷重状態であることがさらに好ましい。
前記観点から、引張荷重状態の上限は特に制限がないが、10MPaの引張荷重状態で加熱した場合の単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上を満たすのであれば、アクチュエータとしてアプリケーションの応用性が高く、優れたアクチュエータといえる。したがって、収縮率が0.07%/℃以上を満たす際の引張荷重状態は、1~20MPaもしくは1~10MPaの範囲に設定できる。
The molded product according to the embodiment of the present invention preferably has a shrinkage rate of 0.07% / ° C. or more per unit temperature due to heating under a tensile load of 1 to 20 MPa.
When the shrinkage rate per unit temperature due to heating is 0.07% / ° C or higher under a tensile load of 1 MPa or more in the thermal expansion and contraction direction of the molded body, shrinkage stress is applied even with a small number of molded bodies or a thinner molded body. It can be expressed and is effective as an actuator. From the above viewpoint, the tensile load state when the shrinkage rate per unit temperature due to heating satisfies 0.07% / ° C. or higher is more preferably a tensile load state of 3 MPa or more, and a tensile load state of 4 MPa or more. Is even more preferable.
From the above viewpoint, the upper limit of the tensile load state is not particularly limited, but if the shrinkage rate per unit temperature when heated under the tensile load state of 10 MPa satisfies 0.07% / ° C. or higher, the application can be used as an actuator. It is highly applicable and can be said to be an excellent actuator. Therefore, the tensile load state when the shrinkage rate satisfies 0.07% / ° C. or higher can be set in the range of 1 to 20 MPa or 1 to 10 MPa.

本発明の実施形態の成形体は、-30℃から200℃の温度領域において、単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上であることが好ましい。
-30℃から200℃の温度領域において、単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上であれば、アクチュエータとしてアプリケーションの応用性が高く、優れたアクチュエータといえる。
収縮率が0.07%/℃以上である動作温度領域の下限は、低いほど低温環境下でも動作が可能であり、アクチュエータとして使用することができるため、特に制限されないが、20℃以上であれば室温付近で実現可能なアクチュエータとして好ましい。動作温度領域の下限が、0℃以上であれば、寒冷地でも実現可能なアクチュエータとして好ましく、-30℃以上であれば、極寒地でも実用性のあるアクチュエータとして好ましい。
動作温度領域の上限は特に制限されないが、90℃以下であれば、比較的加熱が容易で一般環境において実現可能なアクチュエータとして好ましく、150℃以下であれば、高温雰囲気で実現可能なアクチュエータとして好ましく、200℃以下であれば、エンジン付近のような高温雰囲気で実現可能なアクチュエータとして好ましい。ただし、動作可能な温度範囲は高分子のガラス転移温度により任意調整可能であり、本発明は使用環境によって制限されるものではなく、所望の使用環境に応じて材料設計できる。
The molded product according to the embodiment of the present invention preferably has a shrinkage rate of 0.07% / ° C. or more per unit temperature in a temperature range of −30 ° C. to 200 ° C.
If the shrinkage rate per unit temperature is 0.07% / ° C. or higher in the temperature range of -30 ° C to 200 ° C, the application is highly applicable as an actuator, and it can be said that the actuator is excellent.
The lower limit of the operating temperature range in which the shrinkage rate is 0.07% / ° C or higher is not particularly limited as it can be operated even in a low temperature environment and can be used as an actuator, but it may be 20 ° C or higher. For example, it is preferable as an actuator that can be realized near room temperature. When the lower limit of the operating temperature region is 0 ° C. or higher, it is preferable as an actuator that can be realized even in a cold region, and when it is −30 ° C. or higher, it is preferable as an actuator that is practical even in an extremely cold region.
The upper limit of the operating temperature range is not particularly limited, but if it is 90 ° C. or lower, it is preferable as an actuator that can be relatively easily heated and can be realized in a general environment, and if it is 150 ° C. or lower, it is preferable as an actuator that can be realized in a high temperature atmosphere. , 200 ° C. or lower is preferable as an actuator that can be realized in a high temperature atmosphere such as near an engine. However, the operable temperature range can be arbitrarily adjusted by the glass transition temperature of the polymer, and the present invention is not limited by the usage environment, and the material can be designed according to the desired usage environment.

本発明の実施形態の成形体は、-30℃から200℃の温度領域において、50℃の温度変化を与えたときの収縮率が3.5%以上であることが好ましい。
-30℃から200℃の温度領域において50℃の温度変化を与えたときの、収縮率が3.5%以上であれば、実現可能な変化でアクチュエータとして高い変位をとることができるため、アプリケーションの応用範囲の広い優れたアクチュエータとして有効である。前記観点から、前記収縮率は4.0%以上が好ましく、5.0%/℃以上がより好ましい。この収縮率の上限は特に制限は無いが、10.0%であれば、アクチュエータとしては十分有効である。したがって、この収縮率は3.5~10.0%の範囲に設定できる。
The molded product according to the embodiment of the present invention preferably has a shrinkage rate of 3.5% or more when a temperature change of 50 ° C. is applied in a temperature range of −30 ° C. to 200 ° C.
If the shrinkage rate is 3.5% or more when a temperature change of 50 ° C is applied in the temperature range of -30 ° C to 200 ° C, it is possible to take a high displacement as an actuator with a feasible change, so this is an application. It is effective as an excellent actuator with a wide range of applications. From the above viewpoint, the shrinkage rate is preferably 4.0% or more, more preferably 5.0% / ° C. or higher. The upper limit of this shrinkage rate is not particularly limited, but if it is 10.0%, it is sufficiently effective as an actuator. Therefore, this shrinkage rate can be set in the range of 3.5 to 10.0%.

本発明の実施形態の成形体は、50℃の温度変化の加熱による収縮後に50℃降温したときの復元率が、90%以上であることが好ましい。
本発明の成形体はアクチュエータとして使用する場合、収縮と伸縮が繰り返しできることが重要である。加熱して収縮させた後に収縮前の温度に降温したときの本発明の成形体の熱収縮方向の長さの復元率が90%以上であれば、アクチュエータとして十分に使用できる。この観点から、前記復元率は、95%以上がより好ましく、97%以上がさらに好ましい。
The molded product according to the embodiment of the present invention preferably has a restoration rate of 90% or more when the temperature is lowered by 50 ° C. after shrinking by heating at a temperature change of 50 ° C.
When the molded product of the present invention is used as an actuator, it is important that it can repeatedly contract and contract. If the restoration rate of the length in the heat shrinkage direction of the molded product of the present invention when the temperature is lowered to the temperature before shrinkage after being heated and shrunk is 90% or more, it can be sufficiently used as an actuator. From this point of view, the restoration rate is more preferably 95% or more, further preferably 97% or more.

本発明の実施形態の成形体は、成形体内部に架橋構造を有することが好ましい。前記架橋構造とは、成形体を構成する高分子間が架橋している構造を意味する。
架橋構造を有することで、エントロピー弾性により、単位温度当たりの高い熱収縮率が得られやすい。
架橋の種類としては、特に限定されないが、フェノールと塩基触媒と過剰のホルムアミドとの反応による架橋、エポキシ基の開環反応を利用したアミン、カルボン酸無水物、ジシアンジアミド、ケチミンとの反応や酸触媒での反応による架橋、ウレアやメラミンやベンゾグアナミンとホルムアルデヒドを弱アルカリ触媒の存在下で縮合させる反応による架橋、二つ以上のイソシアナート基を有する化合物と、二官能以上の水酸基またはアミン化合物との反応によるウレタン結合または尿素結合による架橋、シラノールの縮合反応による架橋、側鎖や主鎖に二重結合を持つ化合物の過酸化物下での反応による架橋、Al、Ti、Zrのアルコキシドやキレート化合物を架橋剤として用いた配位結合による架橋、光ラジカル重合開始剤を用いた反応による架橋などが挙げられる。
The molded body of the embodiment of the present invention preferably has a crosslinked structure inside the molded body. The crosslinked structure means a structure in which the polymers constituting the molded product are crosslinked.
By having a crosslinked structure, it is easy to obtain a high heat shrinkage rate per unit temperature due to the entropy elasticity.
The type of cross-linking is not particularly limited, but is cross-linked by the reaction of phenol with a base catalyst and excess formamide, the reaction with amine, carboxylic acid anhydride, dicyandiamide, ketimine or acid catalyst using the ring-opening reaction of the epoxy group. Cross-linking by the reaction in, cross-linking by the reaction of condensing urea, melamine, benzoguanamine and formaldehyde in the presence of a weak alkaline catalyst, reaction of a compound having two or more isosianate groups with a bifunctional or higher hydroxyl group or amine compound. Cross-linking by urethane bond or urea bond, cross-linking by condensation reaction of silanol, cross-linking by reaction under peroxide of compound having double bond in side chain or main chain, alkoxide or chelate compound of Al, Ti, Zr Examples thereof include cross-linking by a coordination bond used as a cross-linking agent and cross-linking by a reaction using a photoradical polymerization initiator.

本発明の実施形態の成形体は、シラン架橋を有することが好ましい。
本発明の実施形態の成形体は、シラン架橋を有することで、単位温度当たりの高い熱収縮率が得られやすい。
シラン架橋は、事前にシラン変性した重合体を、水含有雰囲気中に曝露し、シラノール基間の反応(いわゆるシラン結合)を進行させることで形成することができる。
詳述すると、シラン変性高分子においては、グラフト導入されたアルコキシシラン(例えば不飽和シラン化合物)由来の加水分解可能なアルコキシ基が、シラノール縮合触媒の存在下、水と反応して加水分解することによりシラノール基が生成し、さらにシラノール基同士が脱水縮合することにより、シラン変性高分子間で架橋反応が進行し、結果、シラン変性高分子同士が結合して、シラン架橋を形成する。
The molded product of the embodiment of the present invention preferably has a silane crosslink.
Since the molded product of the embodiment of the present invention has a silane crosslink, it is easy to obtain a high heat shrinkage rate per unit temperature.
Silane cross-linking can be formed by exposing a pre-silane-modified polymer to a water-containing atmosphere and allowing the reaction between silanol groups (so-called silane bond) to proceed.
More specifically, in a silane-modified polymer, a hydrolyzable alkoxy group derived from a graft-introduced alkoxysilane (for example, an unsaturated silane compound) reacts with water and hydrolyzes in the presence of a silanol condensation catalyst. As a result, silanol groups are generated, and the silanol groups are dehydrated and condensed to promote a cross-linking reaction between the silane-modified polymers. As a result, the silane-modified polymers are bonded to each other to form a silane bridge.

シラン変性高分子は、ポリオレフィン等の高分子にアルコキシシランをグラフト導入してシラン変性することにより製造することができる。シラン変性の方法は、公知の手法に従って行うことができ、特に限定されない。例えば、溶液変性、溶融変性、電子線や電離放射線の照射による固相変性、超臨界流体中での変性等が好適に用いられる。これらの中でも、設備やコスト競争力に優れた溶融変性が好ましく、連続生産性に優れた押出機を用いた溶融混練変性がさらに好ましい。溶融混練変性に用いられる装置としては、例えば単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー等が挙げられる。これらの中でも連続生産性に優れた単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機が好ましい。 The silane-modified polymer can be produced by graft-introducing alkoxysilane into a polymer such as polyolefin and silane-modifying. The method of silane modification can be carried out according to a known method and is not particularly limited. For example, solution denaturation, melt denaturation, solid phase denaturation by irradiation with electron beam or ionizing radiation, denaturation in a supercritical fluid, and the like are preferably used. Among these, melt modification with excellent equipment and cost competitiveness is preferable, and melt kneading modification using an extruder with excellent continuous productivity is more preferable. Examples of the apparatus used for melt-kneading modification include a single-screw screw extruder, a twin-screw screw extruder, a Banbury mixer, a roll mixer, and the like. Among these, a single-screw extruder and a twin-screw screw extruder having excellent continuous productivity are preferable.

シラン架橋の形成条件は水含有雰囲気中に曝す条件によって決まり、特に限定されないが、通常20~130℃の温度範囲、且つ1分~1週間の時間範囲が好ましく、より好ましくは20~130℃の温度範囲、且つ1時間~160時間の時間範囲である。水分を含む空気を使用する場合、相対湿度は1~100%の範囲内で適宜調整すればよい。 The conditions for forming the silane bridge are determined by the conditions of exposure to the water-containing atmosphere, and are not particularly limited, but are usually preferably in a temperature range of 20 to 130 ° C. and a time range of 1 minute to 1 week, more preferably 20 to 130 ° C. It is in a temperature range and a time range of 1 hour to 160 hours. When air containing moisture is used, the relative humidity may be appropriately adjusted within the range of 1 to 100%.

本発明の実施形態の成形体は、オレフィン系重合体からなることが好ましい。
屈曲性高分子であるポリオレフィン等のオレフィン系重合体は、絡み合い数および架橋数を増やすことが容易なため、単位温度当たりの熱収縮率が高い成形体を得ることができる。
オレフィン系重合体は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体等のポリオレフィンをはじめ、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレン-エチルアクリレート共重合体等のエチレン系共重合体などのオレフィン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン等の塩素系ポリマーが挙げられる。
要求する可逆的熱伸縮性が得られれば、オレフィン系重合体以外の重合体及び添加剤を含むこともできる。
The molded product of the embodiment of the present invention is preferably made of an olefin polymer.
Since it is easy to increase the number of entanglements and the number of crosslinks of the olefin polymer such as polyolefin which is a flexible polymer, it is possible to obtain a molded product having a high heat shrinkage rate per unit temperature.
The olefin-based polymer includes polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer, as well as ethylene-based polymers such as ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and ethylene-ethyl acrylate copolymer. Examples thereof include olefin polymers such as polymers, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, and chlorine-based polymers such as polyvinylidene chloride.
Polymers and additives other than olefin-based polymers can be contained as long as the required reversible thermal stretchability can be obtained.

本発明の実施形態の成形体は、ポリエチレンからなることが好ましい。
本発明の実施形態の成形体がポリエチレンからなることで、材料のポリエチレンが比較的安価で、紡糸性に優れ、架橋の導入も容易であるため、熱収縮率の高い成形体を低コストで得ることができる。
The molded product of the embodiment of the present invention is preferably made of polyethylene.
Since the molded product of the embodiment of the present invention is made of polyethylene, the polyethylene material is relatively inexpensive, has excellent spinnability, and is easy to introduce crosslinks, so that a molded product having a high heat shrinkage rate can be obtained at low cost. be able to.

本発明の実施形態の成形体は、ゲル分率が50%以上であることが好ましい。
ゲル分率は架橋度を表すものであり、数値が高いほど架橋度が高いことを示す。ゲル分率は、後述のゲル分率の測定方法により測定することができる。
本発明の実施形態の成形体は、架橋度が高くなるほど熱収縮の効果が得られやすいため、ゲル分率が50%以上であると、加熱による単位温度当たりの熱収縮率を十分に高くできる。この観点から、前記ゲル分率は60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましい。ゲル分率は、ポリマーの架橋度を高くし、分子量を増大させることで高くすることができる。ゲル分率の上限は、特に制限されないが、100%以下に設定でき、又は95%以下もしくは90%以下に設定することができる。
The molded product of the embodiment of the present invention preferably has a gel fraction of 50% or more.
The gel fraction indicates the degree of cross-linking, and the higher the value, the higher the degree of cross-linking. The gel fraction can be measured by the method for measuring the gel fraction described later.
In the molded product of the embodiment of the present invention, the effect of heat shrinkage is more likely to be obtained as the degree of cross-linking increases. Therefore, when the gel fraction is 50% or more, the heat shrinkage rate per unit temperature due to heating can be sufficiently increased. .. From this point of view, the gel fraction is more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more. The gel fraction can be increased by increasing the degree of cross-linking of the polymer and increasing the molecular weight. The upper limit of the gel fraction is not particularly limited, but can be set to 100% or less, or can be set to 95% or less or 90% or less.

架橋の種類としては、特に限定されないが、前記架橋構造の説明において例示した以下の架橋が挙げられる。フェノールと塩基触媒と過剰のホルムアミドとの反応による架橋、エポキシ基の開環反応を利用したアミン、カルボン酸無水物、ジシアンジアミド、ケチミンとの反応や酸触媒での反応による架橋、ウレアやメラミンやベンゾグアナミンとホルムアルデヒドを弱アルカリ触媒の存在下で縮合させる反応による架橋、二つ以上のイソシアナート基を有する化合物と、二官能以上の水酸基またはアミン化合物とのによるウレタンまたは尿素結合による架橋、シラノールの縮合反応による架橋、側鎖や主鎖に二重結合を持つ化合物の過酸化物下での反応による架橋、Al、Ti、Zrのアルコキシドやキレート化合物を架橋剤として用いた配位結合による架橋、光ラジカル重合開始剤を用いた反応による架橋などが挙げられる。 The type of cross-linking is not particularly limited, and examples thereof include the following cross-linking exemplified in the description of the cross-linking structure. Cross-linking by reaction of phenol with base catalyst and excess formamide, cross-linking by reaction with amine, carboxylic acid anhydride, dicyandiamide, ketimine or reaction with acid catalyst using ring opening reaction of epoxy group, urea, melamine and benzoguanamine Cross-linking by a reaction that condenses formyl and formaldehyde in the presence of a weak alkaline catalyst, cross-linking by a urethane or urea bond between a compound having two or more isocyanato groups and a bifunctional or higher hydroxyl group or amine compound, and a condensation reaction of silanol. Cross-linking by, cross-linking by reaction under peroxide of compound having double bond in side chain or main chain, cross-linking by coordination bond using alkoxide of Al, Ti, Zr or chelate compound as cross-linking agent, photoradical Examples thereof include cross-linking by a reaction using a polymerization initiator.

前記の架橋の中でも、シラノール基間の縮合反応による結合(シラン結合)で形成されたシラン架橋が好ましい。
一例として、シラン変性ポリオレフィンにおけるアルコキシシラン(不飽和シラン化合物)のグラフト率(変性量)を増やし、シラノール縮合触媒の種類と配合量、架橋させる際の条件(温度、時間)等を変えることにより、シラン架橋ポリオレフィン成形体のゲル分率を調整することができる。
Among the above-mentioned crosslinks, a silane crosslink formed by a bond (silane bond) by a condensation reaction between silanol groups is preferable.
As an example, by increasing the graft ratio (modification amount) of alkoxysilane (unsaturated silane compound) in the silane-modified polyolefin, the type and blending amount of the silanol condensation catalyst, the conditions (temperature, time) for crosslinking, etc. are changed. The gel fraction of the silane crosslinked polyolefin molded product can be adjusted.

架橋処理を行うには、まず、未延伸物を延伸配向し、結晶配向した延伸成形体を得た後に、架橋処理を行うことで、生産性を損なうことなく、成形体の力学物性と結晶配向を維持したまま架橋構造を形成することができる。 In order to carry out the cross-linking treatment, first, the unstretched product is stretch-oriented to obtain a crystal-oriented stretched molded product, and then the cross-linking treatment is performed, so that the mechanical properties and crystal orientation of the molded product are not impaired. The crosslinked structure can be formed while maintaining the above.

本発明の実施形態の成形体は、結晶化度が60%以下、結晶配向度が80%以上であることが好ましい。
結晶化度が低いほど、加熱時の熱収縮に寄与できる非晶が多く、良好な熱収縮効果を発現できるため、結晶化度は60%以下が好ましく、50%以下がより好ましく、40%以下がさらに好ましい。結晶化度の下限は特に制限されないが、0%以上に設定でき、又は5%以上もしくは10%以上に設定することができる。
The molded product of the embodiment of the present invention preferably has a crystallinity of 60% or less and a crystal orientation of 80% or more.
The lower the crystallinity, the more amorphous that can contribute to heat shrinkage during heating, and a better heat shrinkage effect can be exhibited. Therefore, the crystallinity is preferably 60% or less, more preferably 50% or less, and more preferably 40% or less. Is even more preferable. The lower limit of the crystallinity is not particularly limited, but can be set to 0% or more, or can be set to 5% or more or 10% or more.

結晶配向度は高いほど、成形体の延伸方向にそって高分子鎖が配列し、成形体の延伸方向に対して異方的な熱収縮効果を十分に発現できるため、結晶配向度は80%以上が好ましく、84%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。結晶配向度の上限は、特に制限されないが、100%以下に設定でき、又は98%以下もしくは95%以下に設定できる。 The higher the crystal orientation, the more the polymer chains are arranged along the stretching direction of the molded body, and the anisotropic heat shrinkage effect can be sufficiently exhibited with respect to the stretching direction of the molded body. Therefore, the crystal orientation is 80%. The above is preferable, 84% or more is more preferable, and 90% or more is further preferable. The upper limit of the degree of crystal orientation is not particularly limited, but can be set to 100% or less, or 98% or less or 95% or less.

結晶配向度は、延伸操作を行うことによって上げることができる。延伸操作は一段あるいは二段以上の多段で行うことができる。延伸倍率は、結晶配向度を上げる観点から、延伸倍率は2倍以上、好ましくは3倍以上であれば十分に結晶配向度を上げることができる。延伸操作を二段以上の多段で行う場合は、一段目の延伸倍率を2倍以上、好ましくは3倍以上に設定し、二段目の延伸倍率は、一段目より小さい延伸倍率であって、例えば1.05~2.0倍未満、あるいは1.05~1.5倍の範囲に設定できる。延伸倍率の上限は特に制限されないが、過剰な延伸による不具合の発生を防ぐ点から、20倍以下が好ましく、10倍以下がより好ましく、6倍以下がさらに好ましい。 The degree of crystal orientation can be increased by performing a stretching operation. The stretching operation can be performed in one stage or in multiple stages of two or more stages. From the viewpoint of increasing the degree of crystal orientation, the draw ratio can be sufficiently increased if the draw ratio is 2 times or more, preferably 3 times or more. When the stretching operation is performed in multiple stages of two or more stages, the stretching ratio of the first stage is set to 2 times or more, preferably 3 times or more, and the stretching ratio of the second stage is smaller than that of the first stage. For example, it can be set in the range of 1.05 to less than 2.0 times, or 1.05 to 1.5 times. The upper limit of the draw ratio is not particularly limited, but 20 times or less is preferable, 10 times or less is more preferable, and 6 times or less is further preferable, from the viewpoint of preventing the occurrence of defects due to excessive stretching.

本発明の実施形態の成形体は、繊維状、板状、シート状もしくはフィルム状であることが好ましく、又はこれらから選ばれる1種以上の多層構造を有することが好ましい。
一方向に熱伸縮するものであれば、成形体の形状はどのようなものであっても良い。
繊維状であれば、コイル形状に形成しやすく、収縮応力が高くでき、屈曲性を持たせることが可能である。板状であれば、応力がかかるところで使用でき、収縮応力も高いものが得られる、シート状、フィルム状であれば、その形状を丸めることで収縮応力を高くすることができやすくなる。
さらに、アクチュエータとして使用する用途に応じて、同じ形状の成形体を複数使用して多層構造にしたり、異なる形状の成形体を組み合わせて多層構造にしたりすることもできる。
The molded product of the embodiment of the present invention is preferably in the form of fibers, plates, sheets or films, or preferably has one or more multilayer structures selected from these.
The shape of the molded body may be any shape as long as it is thermally expanded and contracted in one direction.
If it is fibrous, it can be easily formed into a coil shape, the shrinkage stress can be increased, and the flexibility can be imparted. If it is a plate shape, it can be used in a place where stress is applied, and a product having a high shrinkage stress can be obtained. If it is a sheet shape or a film shape, the shrinkage stress can be easily increased by rounding the shape.
Further, depending on the intended use as an actuator, a plurality of molded bodies having the same shape may be used to form a multi-layer structure, or molded bodies having different shapes may be combined to form a multi-layer structure.

本発明の実施形態の成形体は、繊維状である場合、繊維状成形体の単繊維繊度が50~10000dtexであることが好ましい。
単繊維繊度(dtex)は繊維1本の10000m当りの重さ(g)を意味する。
単繊維繊度の下限は、材料の強度や弾性率によるため、特に制限されないが、後加工の強度の点、およびコイル化した際のバネ指数を高める点から、単繊維繊度は50dtex以上が好ましく、100dtex以上がより好ましく、200dtex以上がさらに好ましい。
単繊維繊度の上限は、材料の柔軟性によるため、特に制限されないが、柔軟性、後加工のしやすさの点から、単繊維繊度は10000dtex以下が好ましく、5000dtex以下がより好ましく、1000dtex以下がさらに好ましい。
When the molded product of the embodiment of the present invention is fibrous, it is preferable that the single fiber fineness of the fibrous molded product is 50 to 10000 dtex.
The single fiber fineness (dtex) means the weight (g) per 10,000 m of one fiber.
The lower limit of the single fiber fineness is not particularly limited because it depends on the strength and elastic modulus of the material, but the single fiber fineness is preferably 50 dtex or more from the viewpoint of the strength of post-processing and the increase of the spring index when coiled. 100 dtex or more is more preferable, and 200 dtex or more is further preferable.
The upper limit of the single fiber fineness is not particularly limited because it depends on the flexibility of the material, but the single fiber fineness is preferably 10,000 dtex or less, more preferably 5000 dtex or less, and 1000 dtex or less from the viewpoint of flexibility and ease of post-processing. More preferred.

本発明の実施形態の成形体は、繊維状である場合、繊維状成形体の単繊維の直径が80~1200μmであることが好ましい。
単繊維の直径の下限は、材料の強度や弾性率等によるため、特に制限されないが、コイル形状とするための加撚や、製織などの後加工の強度の点、およびコイル化した際のバネ指数を高める点から、単繊維の直径は80μm以上が好ましく、120μm以上がより好ましく、170μm以上がさらに好ましい。
単繊維の直径の上限は、材料の柔軟性等によるため、特に制限されないが、単繊維の直径が小さいと、柔軟性があり、後加工しやすくなるため、単繊維の直径は1200μm以下が好ましく、840μm以下がより好ましく、380μm以下がさらに好ましい。
When the molded product of the embodiment of the present invention is fibrous, it is preferable that the diameter of the single fiber of the fibrous molded product is 80 to 1200 μm.
The lower limit of the diameter of the single fiber is not particularly limited because it depends on the strength of the material, the elastic modulus, etc. From the viewpoint of increasing the index, the diameter of the single fiber is preferably 80 μm or more, more preferably 120 μm or more, still more preferably 170 μm or more.
The upper limit of the diameter of the single fiber is not particularly limited because it depends on the flexibility of the material, but if the diameter of the single fiber is small, it is flexible and easy to post-process, so the diameter of the single fiber is preferably 1200 μm or less. , 840 μm or less is more preferable, and 380 μm or less is further preferable.

本発明の実施形態の成形体は、前記実施形態の成形体を部分的に有することができ、すなわち熱収縮しない部分を部分的に有することができる。例えば、図1に示すように、繊維中央部を含む主繊維部分a(前記実施形態の繊維の部分)と、その両側に、繊維端を含む端部bを有する形態をとることができる。aは、加熱による単位温度当たりの熱収縮率が例えば0.07%/℃以上の高い熱収縮性を有する部分、Laは主繊維部分aの長さ、bは、単位温度当たりの熱収縮率が例えば0.07%/℃未満の熱収縮性が低い(もしくは伸縮性が無い)部分、Lbは端部bの長さを示す。
アクチュエータに使用する場合、両端部を固定するため、固定部は伸縮性が低いもしくは伸縮しないことが好ましい。
繊維軸方向(繊維長方向)に沿った全体の長さ(図1では主繊維部分aの長さLaと一方の端部bの長さLbと他方の端部bの長さLbとの合計)に対する、高い熱収縮性を有する部分の長さ(図1ではLa)の割合は、良好な熱収縮性を得るために50%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、両端部の固定が緩むことなく固定する点から98%以下であることが好ましい。
The molded product of the embodiment of the present invention can partially have the molded product of the above-described embodiment, that is, can partially have a portion that does not shrink heat. For example, as shown in FIG. 1, it can take a form having a main fiber portion a including the central portion of the fiber (the portion of the fiber of the above embodiment) and end portions b including the fiber ends on both sides thereof. a is a portion having a high heat shrinkage rate per unit temperature due to heating, for example, 0.07% / ° C. or higher, La is the length of the main fiber portion a, and b is a heat shrinkage rate per unit temperature. For example, a portion having low heat shrinkage (or no elasticity) of less than 0.07% / ° C., Lb indicates the length of the end portion b.
When used for an actuator, since both ends are fixed, it is preferable that the fixed portion has low elasticity or does not expand or contract.
The total length along the fiber axis direction (fiber length direction) (in FIG. 1, the sum of the length La of the main fiber portion a, the length Lb of one end b, and the length Lb of the other end b). ), The ratio of the length of the portion having high heat shrinkage (La in FIG. 1) is preferably 50% or more, more preferably 80% or more in order to obtain good heat shrinkage, and fixing of both ends is performed. It is preferably 98% or less from the point of fixing without loosening.

前記の伸縮性が低いもしくは伸縮しない部分を形成する方法としては、例えば、架橋する時に繊維の両端部を架橋反応が起きにくい或いは起きない状態(シラン架橋の場合、例えば水含有雰囲気中に曝さない状態)にすることで伸縮性が低いもしくは伸縮しない部分を形成することができる。 As a method for forming the portion having low elasticity or non-expansion, for example, a state in which both ends of the fiber are unlikely or do not undergo a crosslinking reaction during crosslinking (in the case of silane crosslinking, for example, they are not exposed to a water-containing atmosphere). By setting it to the state), it is possible to form a portion having low elasticity or non-expansion.

本発明の実施形態の成形体は、コイル形状に形成することができる。
コイル形状の成形体は、構成される成形体の熱収縮性を大幅に増幅することができる。
図2に、コイル形状の成形体の一例を示す。図中のdはコイルを構成する繊維の繊維径、Dはコイル直径(コイル平均径)を示す。
コイル形状の成形体の作製方法は、特に限定されないが、例えば、一定荷重下で1本から複数本の繊維を捩じり続けて、コイル形状とした後、アニール処理をすることで安定なコイル形状を得ることができる。また、コイル化する直前に芯棒を入れて、コイル化することにより、芯棒の直径に応じて、図3に示すようにコイル直径Dを大きくすることができ、得られたコイル形状の成形体は良好な収縮変位を得ることができる。
The molded body of the embodiment of the present invention can be formed into a coil shape.
The coil-shaped molded body can significantly amplify the heat shrinkage of the formed molded body.
FIG. 2 shows an example of a coil-shaped molded body. In the figure, d indicates the fiber diameter of the fibers constituting the coil, and D indicates the coil diameter (coil average diameter).
The method for producing the coil-shaped molded body is not particularly limited, but for example, a stable coil is formed by continuously twisting one to a plurality of fibers under a constant load to form a coil shape and then annealing. The shape can be obtained. Further, by inserting the core rod immediately before coiling and coiling, the coil diameter D can be increased as shown in FIG. 3 according to the diameter of the core rod, and the obtained coil shape can be formed. The body can obtain good contraction displacement.

また、コイル形状の成形体は、複数本の繊維状成形体又はコイル形状の成形体から構成されてもよい。複数本の繊維状成形体から形成されるコイル形状は特に限定されないが、芯となる繊維状成形体又はコイル形状の成形体に、繊維状成形体又はコイル形状の成形体を巻き付けるカバリングしたコイル形状(例えば図4に示す形態)や、互いに合撚されたコイル形状(例えば図5に示す形態)にすることで、安定した収縮変位を得ることができる。図4は、芯となる本発明のコイル形状の成形体に、本発明の繊維状成形体を巻き付けてカバリングしたコイル形状の成形体の一例を示している。図5は、本発明のコイル形状の成形体を合撚したコイル形状の成形体の一例を示している。 Further, the coil-shaped molded body may be composed of a plurality of fibrous molded bodies or coil-shaped molded bodies. The coil shape formed from a plurality of fibrous molded bodies is not particularly limited, but is a covered coil shape in which a fibrous molded body or a coil-shaped molded body is wound around a fibrous molded body or a coil-shaped molded body as a core. A stable contraction displacement can be obtained by forming the coil shape (for example, the form shown in FIG. 4) or the coil shape twisted together (for example, the form shown in FIG. 5). FIG. 4 shows an example of a coil-shaped molded body in which the fibrous molded body of the present invention is wound and covered around a coil-shaped molded body of the present invention as a core. FIG. 5 shows an example of a coil-shaped molded body obtained by twisting and twisting the coil-shaped molded body of the present invention.

(可逆的伸縮性を有する成形体及びコイル形状の成形体の用途)
本発明の実施形態のアクチュエータは、前記実施形態の成形体を含むアクチュエータ、あるいは、前記実施形態の成形体を並行及び/又は直列に配列して形成されるアクチュエータである。
本実施形態のアクチュエータは、少なくとも、前記成形体と、加熱器を含む構成を有することができる。さらに、冷却器を有することもできる。
前記成形体を並行に配列することによって、収縮力を大きくすることができる。また、直列に配列することによって、収縮変位を大きくすることができる。
本発明の実施形態のアクチュエータを加熱する方法は特に限定されないが、例えば、温風による直接加熱の他、金属被覆や電熱線の複合により、電場によって加熱することもできる。また、冷却は必ずしも必須ではないが、ファンによる空冷やペルチェ素子を組み合わせることで、効率的に冷却することができる。
本実施形態のアクチュエータの用途として、好ましくは、高い収縮の発生力、高い伸縮変位が要求されるパワーアシストスーツや、軽量性や静音性が要求されるセンサーの駆動や空調吹き出し口のコントロールなどの車載用デバイス、温度変化で駆動するサーモスタットとして利用することができる。
(Applications for molded bodies with reversible elasticity and coil-shaped molded bodies)
The actuator of the embodiment of the present invention is an actuator including the molded body of the embodiment, or an actuator formed by arranging the molded bodies of the embodiment in parallel and / or in series.
The actuator of the present embodiment can have at least a configuration including the molded body and a heater. In addition, it can also have a cooler.
By arranging the molded bodies in parallel, the contraction force can be increased. Further, by arranging them in series, the contraction displacement can be increased.
The method for heating the actuator according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, but for example, in addition to direct heating with warm air, heating by an electric field can also be performed by combining a metal coating or a heating wire. Further, although cooling is not always essential, efficient cooling can be achieved by combining air cooling with a fan or a Pelche element.
The actuator of the present embodiment is preferably used for a power assist suit that requires a high contractile force and a high telescopic displacement, a sensor drive that requires light weight and quietness, and an air conditioning outlet control. It can be used as an in-vehicle device or a thermostat driven by temperature changes.

(熱収縮率、復元率の測定方法)
実施例および比較例の繊維は、熱機械分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、型式:TMA6100)を使用し、次のようにして熱収縮率および復元率を測定した。
まず、繊維試料に5MPaの引張荷重をかけ、約5mmの間隔で2か所に印をつける。
次に、前記引張荷重をかけた状態で、35℃から85℃まで昇温し、35℃まで降温する。35℃に降温した状態で、先に繊維に付けた2か所の印の間の距離(L1)を測定する。次いで、35℃から85℃まで再度昇温し、繊維に付けた2か所の印の間の距離(L2)を測定する。
距離L1及びL2から、以下の式により熱収縮率を求める。
熱収縮率(%)=(L1-L2)×100/L1
単位温度当たりの熱収縮率(%/℃)=(L1-L2)×100/L1/50
続いて、35℃まで降温し、繊維に付けた2か所の印の間の距離(L3)を測定し、さらに同様にして昇温と降温を9回繰り返した後、繊維に付けた2か所の印の間の距離(L3)を測定する。
距離L1及びL3から、以下の式により復元率を求める。
復元率(%)=100-|初期試長変化率|
初期試長変化率=(L3-L1)×100/L1
表1では、昇温と降温の繰り返しが1回のものを「復元率1」、繰り返しが10回のものを「復元率10」とした。
(Measurement method of heat shrinkage rate and restoration rate)
For the fibers of Examples and Comparative Examples, a thermomechanical analyzer (manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation, model: TMA6100) was used, and the heat shrinkage rate and the restoration rate were measured as follows.
First, a tensile load of 5 MPa is applied to the fiber sample, and two marks are made at intervals of about 5 mm.
Next, with the tensile load applied, the temperature is raised from 35 ° C to 85 ° C and then lowered to 35 ° C. With the temperature lowered to 35 ° C., the distance (L1) between the two marks previously attached to the fiber is measured. Then, the temperature is raised again from 35 ° C. to 85 ° C., and the distance (L2) between the two marks on the fiber is measured.
From the distances L1 and L2, the heat shrinkage rate is obtained by the following formula.
Heat shrinkage rate (%) = (L1-L2) x 100 / L1
Heat shrinkage rate per unit temperature (% / ° C) = (L1-L2) x 100 / L1 / 50
Subsequently, the temperature was lowered to 35 ° C., the distance (L3) between the two marks attached to the fiber was measured, and in the same manner, the temperature was raised and lowered 9 times, and then the fiber was attached to the fiber. Measure the distance (L3) between the marks of the place.
From the distances L1 and L3, the restoration rate is calculated by the following formula.
Restoration rate (%) = 100- | Initial test length change rate |
Initial trial length change rate = (L3-L1) x 100 / L1
In Table 1, the one in which the temperature rise and fall are repeated once is referred to as “restoration rate 1”, and the one in which the temperature is repeatedly raised and lowered 10 times is referred to as “restoration rate 10”.

(単繊維繊度の測定方法)
1mあたりの繊維の質量W(g)を測定して、10000倍することで、単繊維繊度(dtex)算出した。
単繊維繊度(dtex)=W×10000
(Measuring method of single fiber fineness)
The mass W (g) of the fiber per 1 m was measured and multiplied by 10,000 to calculate the single fiber fineness (dtex).
Single fiber fineness (dtex) = W × 10000

(単繊維の直径の測定方法)
単繊維の直径を超高速・高精度寸法測定器(キーエンス社製、型式:LS-9006)で測定した。
(Measuring method of single fiber diameter)
The diameter of the single fiber was measured with an ultra-high speed and high precision dimensional measuring instrument (manufactured by KEYENCE, model: LS-9006).

(ゲル分率の測定方法)
ゲル分率は、以下の方法で測定した。このゲル分率は架橋度を表すものであり、数値が高いほど架橋度が高いことを示す。
まず、測定を行う繊維試料の質量(M1)を測定する。次に、前記繊維試料に対して、キシレンを使用して、キシレン沸点にて10時間ソックスレー抽出を行い、その後残った繊維試料を乾燥し、繊維試料の質量(M2)を測定する。M1及びM2から、以下の式によりゲル分率を求める。
ゲル分率(%)=M2/M1×100
上記の測定方法は、繊維試料を溶剤(キシレン)で溶かした時に、溶かされずに残存する部分をゲル(架橋部分はゲルとして残る)とし、このゲル部分の質量と溶剤で溶かす前の繊維試料の質量との比(百分率)を「ゲル分率」として、架橋の進行の程度を評価する。
(Measuring method of gel fraction)
The gel fraction was measured by the following method. This gel fraction represents the degree of cross-linking, and the higher the value, the higher the degree of cross-linking.
First, the mass (M1) of the fiber sample to be measured is measured. Next, the fiber sample is subjected to Soxhlet extraction at the boiling point of xylene for 10 hours using xylene, and then the remaining fiber sample is dried and the mass (M2) of the fiber sample is measured. From M1 and M2, the gel fraction is calculated by the following formula.
Gel fraction (%) = M2 / M1 × 100
In the above measurement method, when the fiber sample is melted with a solvent (xylene), the part that remains undissolved is made into a gel (the crosslinked part remains as a gel), and the mass of this gel part and the fiber sample before being melted with the solvent. The degree of progress of cross-linking is evaluated by using the ratio (percentage) with the mass as the "gel fraction".

(結晶化度の測定方法)
繊維の結晶化度の測定は、X線発生装置(リガク社製、ultraX 18、波長λ=1.54Å)を用いて行った。
延伸糸を約5cmになるように切断して、繊維が重ならないように1軸方向に整列させてサンプルホルダーにとりつけた。
管電圧は40kV、管電流は200mA、照射時間は120分で、イメージングプレートに露光した。
得られた2次元回折像について、β=0゜~360゜までを積分した後、バックグランドを差し引いて、最終的な1次元プロファイルとした。
1次元プロファイルから結晶ピークと非晶ピークに分離するにあたり、結晶ピークは文献で公知の回折角にピークを設置して、非晶ピークはプロファイルとの差分を補完するようにピークを設置して、波形分離解析ソフトFityk(オープンソースソフトウェア)をもちいてフィッティングを行った。結晶ピーク積分強度の和をすべてのピーク積分強度で除すことで、結晶化度を算出した。なお、フィッティングしたピーク関数は、ガウス関数とローレンツ関数の重ね合わせである疑似フォークト関数を用い、ガウス関数とローレンツ関数の比を1:1に固定した。
(Measuring method of crystallinity)
The crystallinity of the fiber was measured using an X-ray generator (Rigaku, ultraX 18, wavelength λ = 1.54 Å).
The drawn yarn was cut to a length of about 5 cm, aligned in the uniaxial direction so that the fibers did not overlap, and attached to the sample holder.
The tube voltage was 40 kV, the tube current was 200 mA, the irradiation time was 120 minutes, and the imaging plate was exposed.
The obtained two-dimensional diffraction image was integrated from β = 0 ° to 360 °, and then the background was subtracted to obtain the final one-dimensional profile.
In separating the one-dimensional profile into a crystal peak and an amorphous peak, the crystal peak is set at a diffraction angle known in the literature, and the amorphous peak is set so as to complement the difference from the profile. Fitting was performed using the waveform separation analysis software Fitik (open source software). The crystallinity was calculated by dividing the sum of the crystal peak integrated intensities by all the peak integrated intensities. As the fitted peak function, a pseudo Voigt function, which is a superposition of the Gaussian function and the Lorentz function, was used, and the ratio of the Gaussian function and the Lorentz function was fixed at 1: 1.

(配向度の測定方法)
繊維の配向度測定は、試料水平型強力X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII、波長λ=1.54Å)を用いて行った。
繊維を約5cmになるように切断して、繊維が重ならないように1軸方向に整列させて、サンプルホルダーに取り付けた。
管電圧は50kV、管電流は300mA、走査間範囲5~40゜、スキャンスピード10゜/分で測定を実施して、結晶ピークを見つけた後、最大強度の結晶ピークの角度に検出器を固定して、入射X線と反射X線のなす角を2等分する面上で、サンプルホルダーを回転させながら回折強度を測定した。
その時のサンプルホルダーの回転角をβとする。結晶ピークを見つけた時のサンプルホルダーの回転角をβ=180゜として、サンプルホルダーを回転させて得られた回折強度プロファイルのβ=90゜、270゜の強度を0として、ベースラインを設定する。ベースラインを差し引いて得られたプロファイルから、β=180°のピークの半値幅αを読み取り、下記式により結晶配向度を算出した。
結晶配向度=(180-α)×100/180
(Measuring method of orientation)
The fiber orientation was measured using a sample horizontal strong X-ray diffractometer (Rigaku, RINT-TTRIII, wavelength λ = 1.54 Å).
The fibers were cut to about 5 cm, aligned in the uniaxial direction so that the fibers did not overlap, and attached to the sample holder.
The tube voltage is 50 kV, the tube current is 300 mA, the scanning range is 5 to 40 °, and the scan speed is 10 ° / min. After finding the crystal peak, the detector is fixed at the angle of the maximum intensity crystal peak. Then, the diffraction intensity was measured while rotating the sample holder on the surface that divides the angle formed by the incident X-ray and the reflected X-ray into two equal parts.
Let β be the rotation angle of the sample holder at that time. Set the baseline by setting the rotation angle of the sample holder when the crystal peak is found to β = 180 ° and setting the intensity of β = 90 ° and 270 ° of the diffraction intensity profile obtained by rotating the sample holder to 0. .. From the profile obtained by subtracting the baseline, the half width α of the peak at β = 180 ° was read, and the degree of crystal orientation was calculated by the following formula.
Crystal orientation = (180-α) × 100/180

(実施例1)
シラン架橋性ポリエチレン(三菱ケミカル社製、製品名「リンクロン」MF900N、密度ρ=0.90g/cm、MFR=1g/10分(190℃、荷重2.16kg、10分))と、シラノール縮合触媒マスターバッチ(三菱ケミカル社製、LZ082)を、シラン架橋性ポリエチレン100質量部に対して前記触媒マスターバッチ5質量部の比率で、溶融紡糸装置の押出機に投入し、220℃で溶融混練し、220℃の樹脂を吐出孔径が1.25mmφ、吐出孔数が1ホールの紡糸ノズルから0.67g/分の吐出量で吐出し、6m/分の引取り速度でボビンに巻き取って未延伸糸を得た。
(Example 1)
Silan crosslinkable polyethylene (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., product name "Linkron" MF900N, density ρ = 0.90 g / cm 3 , MFR = 1 g / 10 minutes (190 ° C, load 2.16 kg, 10 minutes)) and silanol. A condensation catalyst master batch (LZ082 manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) was charged into an extruder of a melt spinning apparatus at a ratio of 5 parts by mass of the catalyst master batch to 100 parts by mass of silane crosslinkable polyethylene, and melt-kneaded at 220 ° C. Then, the resin at 220 ° C. is discharged from a spinning nozzle having a discharge hole diameter of 1.25 mmφ and a discharge hole of 1 hole at a discharge rate of 0.67 g / min, and is not wound up on a bobbin at a take-up speed of 6 m / min. A drawn yarn was obtained.

得られた未延伸糸を、1段目の延伸を糸温度が50℃、延伸倍率が3.5倍で熱板延伸を行った。連続して2段目の延伸を糸温度が55℃、延伸倍率が1.2倍で熱板延伸を行った。続いて、糸温度が70℃、延伸倍率1.0倍で熱アニール処理を行った。 The obtained undrawn yarn was drawn on a hot plate at a yarn temperature of 50 ° C. and a draw ratio of 3.5 times for the first-stage drawing. The second-stage drawing was continuously performed by hot plate drawing at a yarn temperature of 55 ° C. and a drawing ratio of 1.2 times. Subsequently, the heat annealing treatment was performed at a yarn temperature of 70 ° C. and a draw ratio of 1.0 times.

次いで、アニール処理された繊維を、定長緊張下にて、90℃の温水に24時間浸して架橋処理を行った。 Then, the annealed fiber was immersed in warm water at 90 ° C. for 24 hours under constant length tension to carry out a crosslinking treatment.

得られた架橋繊維の直径、繊度、結晶化度、結晶配向度、ゲル分率、熱収縮率、復元率を求めるための測定を行った。これらの結果を表1に示す。 Measurements were performed to determine the diameter, fineness, crystallinity, crystal orientation, gel fraction, heat shrinkage, and restoration rate of the obtained crosslinked fibers. These results are shown in Table 1.

(実施例2)
シラン架橋性ポリエチレンを、密度が異なるシラン架橋性ポリエチレン(三菱ケミカル社製、SL800N、密度ρ=0.88g/cm、MFR=1g/10分(190℃、荷重2.16kg、10分))へ代えた以外は、実施例1と同様にして架橋繊維を得た。
得られた架橋繊維の直径、繊度、結晶化度、結晶配向度、ゲル分率、熱収縮率、復元率を求めるための測定を行った。これらの結果を表1に示す。
(Example 2)
Silane crosslinkable polyethylene with different densities of silane crosslinkable polyethylene (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., SL800N, density ρ = 0.88 g / cm 3 , MFR = 1 g / 10 minutes (190 ° C, load 2.16 kg, 10 minutes)) Crosslinked fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the fibers were replaced with.
Measurements were performed to determine the diameter, fineness, crystallinity, crystal orientation, gel fraction, heat shrinkage, and restoration rate of the obtained crosslinked fibers. These results are shown in Table 1.

(比較例1)
直鎖状低密度ポリエチレン(SIGMA-ALDRICH社製、品番:428078、MFR=1.0g/10分(190℃、荷重2.16kg、10分))を溶融紡糸装置の押出機に投入し、220℃で溶融混練し、220℃の樹脂を吐出孔径が1.0mmφ、吐出孔数が1ホールの紡糸ノズルから0.63g/分の吐出量で吐出し、2.0m/分の引取り速度でボビンに巻き取って未延伸糸を得た。
(Comparative Example 1)
Linear low-density polyethylene (manufactured by SIGMA-ALDRICH, product number: 428878, MFR = 1.0 g / 10 minutes (190 ° C., load 2.16 kg, 10 minutes)) was put into an extruder of a melt spinning apparatus, and 220. Melted and kneaded at ℃, and the resin at 220 ℃ is discharged from a spinning nozzle with a discharge hole diameter of 1.0 mmφ and a number of discharge holes of 1 hole at a discharge rate of 0.63 g / min and a take-up speed of 2.0 m / min. It was wound on a bobbin to obtain an undrawn yarn.

得られた未延伸糸を、1段目の延伸を糸温度が80℃、延伸倍率が9.4倍で熱板延伸を行った。連続して2段目の延伸を糸温度が100℃、延伸倍率が1.1倍で熱板延伸を行った。続いて、糸温度が110℃、延伸倍率1.0倍で熱アニール処理を行った。 The obtained undrawn yarn was drawn on a hot plate at a yarn temperature of 80 ° C. and a draw ratio of 9.4 times in the first step. The second-stage drawing was continuously performed by hot plate drawing at a yarn temperature of 100 ° C. and a drawing ratio of 1.1 times. Subsequently, the heat annealing treatment was performed at a yarn temperature of 110 ° C. and a draw ratio of 1.0 times.

得られた繊維の直径、繊度、結晶化度、結晶配向度、ゲル分率、熱収縮率、復元率を求めるための測定を行った。これらの結果を表1に示す。 Measurements were performed to determine the diameter, fineness, crystallization degree, crystal orientation, gel fraction, heat shrinkage rate, and restoration rate of the obtained fibers. These results are shown in Table 1.

(比較例2)
低密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製、製品名:ノバテックLC522、MFR=4.0g/10分(190℃、荷重2.16kg、10分))を溶融紡糸装置の押出機に投入し、190℃で溶融混練し、190℃の樹脂を吐出孔径が1.0mmφ、吐出孔数が1ホールの紡糸ノズルから0.63g/分の吐出量で吐出し、1.6m/分の引取り速度でボビンに巻き取って未延伸糸を得た。
(Comparative Example 2)
Low-density polyethylene (manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd., product name: Novatec LC522, MFR = 4.0 g / 10 minutes (190 ° C, load 2.16 kg, 10 minutes)) was put into the extruder of the melt spinning machine and at 190 ° C. After melt-kneading, the resin at 190 ° C. is discharged from a spinning nozzle with a discharge hole diameter of 1.0 mmφ and a discharge hole number of 1 hole at a discharge rate of 0.63 g / min, and into a bobbin at a take-up speed of 1.6 m / min. The undrawn yarn was obtained by winding.

得られた未延伸糸を、1段目の延伸を糸温度が90℃、延伸倍率が3.5倍で熱板延伸を行った。連続して2段目の延伸を糸温度が85℃、延伸倍率が1.1倍で熱板延伸を行った。続いて、糸温度が100℃、延伸倍率1.0倍で熱アニール処理を行った。 The obtained undrawn yarn was drawn on a hot plate at a yarn temperature of 90 ° C. and a draw ratio of 3.5 times in the first step. The second-stage drawing was continuously performed by hot plate drawing at a yarn temperature of 85 ° C. and a drawing ratio of 1.1 times. Subsequently, the heat annealing treatment was performed at a yarn temperature of 100 ° C. and a draw ratio of 1.0 times.

得られた繊維の直径、繊度、結晶化度、結晶配向度、ゲル分率、熱収縮率、復元率を求めるための測定を行った。これらの結果を表1に示す。 Measurements were performed to determine the diameter, fineness, crystallization degree, crystal orientation, gel fraction, heat shrinkage rate, and restoration rate of the obtained fibers. These results are shown in Table 1.

Figure 2022073216000002
Figure 2022073216000002

Claims (18)

任意の温度と荷重領域において、可逆的熱伸縮性を有し、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である成形体。 A molded product having reversible thermal elasticity in an arbitrary temperature and load region, and having a shrinkage rate of 0.07% / ° C. or more per unit temperature due to heating. 1~20MPaの引張荷重状態で、加熱による単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である請求項1に記載の成形体。 The molded product according to claim 1, wherein the shrinkage rate per unit temperature due to heating is 0.07% / ° C. or higher under a tensile load of 1 to 20 MPa. -30℃から200℃の温度領域において、単位温度当たりの収縮率が0.07%/℃以上である請求項1又は2に記載の成形体。 The molded product according to claim 1 or 2, wherein the shrinkage rate per unit temperature is 0.07% / ° C. or higher in the temperature range of -30 ° C to 200 ° C. -30℃から200℃の温度領域において加熱により50℃の温度変化を与えた時の収縮率が3.5%以上である請求項1~3のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 3, wherein the shrinkage rate when a temperature change of 50 ° C. is applied by heating in a temperature range of -30 ° C to 200 ° C is 3.5% or more. 50℃の温度変化の加熱による収縮後に50℃降温したときの復元率が、90%以上である請求項4に記載の成形体。 The molded product according to claim 4, wherein the restoration rate when the temperature is lowered by 50 ° C. after shrinking by heating at a temperature change of 50 ° C. is 90% or more. 成形体内部に架橋構造を有する請求項1~5のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 5, which has a crosslinked structure inside the molded product. 前記架橋構造がシラン架橋を含む請求項6に記載の成形体。 The molded product according to claim 6, wherein the crosslinked structure includes a silane crosslink. オレフィン系重合体からなる請求項1~7のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 7, which is made of an olefin polymer. 前記オレフィン系重合体がポリエチレンである請求項8に記載の成形体。 The molded product according to claim 8, wherein the olefin polymer is polyethylene. ゲル分率が50%以上である請求項1~9のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 9, wherein the gel fraction is 50% or more. 結晶化度が60%以下、結晶配向度が80%以上である請求項1~10のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 10, wherein the degree of crystallinity is 60% or less and the degree of crystal orientation is 80% or more. 前記成形体が、繊維状、板状、シート状もしくはフィルム状であり、又はこれらの1種以上の多層構造を有する請求項1~11のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 11, wherein the molded product is in the form of a fiber, a plate, a sheet, or a film, or has a multilayer structure of one or more of these. 前記成形体が繊維状であり、該繊維状成形体の単繊維の繊度が50~10000dtexである請求項12に記載の成形体。 The molded product according to claim 12, wherein the molded product is fibrous and the fineness of the single fiber of the fibrous molded product is 50 to 10000 dtex. 前記成形体が繊維状であり、該繊維状成形体の単繊維の直径が80~1200μmである請求項12又は13に記載の成形体。 The molded product according to claim 12 or 13, wherein the molded product is fibrous and the diameter of a single fiber of the fibrous molded product is 80 to 1200 μm. 熱収縮しない部分を部分的に有する請求項1~14のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 14, which partially has a portion that does not shrink due to heat. コイル状に形成された請求項1~15のいずれか一項に記載の成形体。 The molded product according to any one of claims 1 to 15, which is formed in a coil shape. 請求項1~16のいずれか一項に記載の成形体を含むアクチュエータ。 An actuator comprising the molded product according to any one of claims 1 to 16. 請求項1~16のいずれか一項に記載の成形体の複数から構成され、前記成形体が並行配列および/または直列配列して形成されるアクチュエータ。 An actuator composed of a plurality of the molded bodies according to any one of claims 1 to 16 and formed by arranging the molded bodies in parallel and / or in series.
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