JP3560971B2 - 熱回復性物品 - Google Patents

Description

発明の背景
産業上の利用分野
本発明は、寸法的回復性物品、特に熱回復性物品、およびそのような物品を装着する方法に関する。
従来の技術
寸法的回復性物品は、処理に付された場合に寸法的形状が実質的に変化する物品である。通常、寸法的回復性物品は、予め変形されている形状から初めの形状に向かって回復するが、しかし、本明細書において使用する「回復性」という用語は、予め変形されていなくとも新しい形状を採る物品をも包含する。
典型的な形態の寸法的回復性物品は、熱回復性物品であり、物品の寸法的形状が熱処理に付されることによって変化するものである。最も通常の形態において、そのような物品は、例えばアメリカ合衆国特許第2,027,962号（Currieによる）、第3,086,242号（Cookらによる）および第3,597,372号（Cookによる）［これら文献の開示内容を参照として本明細書に組み込む］に記載されているように、弾性記憶または塑性記憶の性質を示すポリマー材料からできている熱収縮性スリーブを含んでなってよい。ポリマー材料は、製造プロセス中に架橋されており、望ましい寸法的回復が増強されている。熱回復性物品を製造する１つの方法は、ポリマー材料を所望の熱安定性形状に成形し、次いでポリマー材料を架橋し、結晶融点（あるいは、非結晶性材料においてはポリマーの軟化点）を越える温度に物品を加熱し、物品を変形し、物品の変形状態が保持されるように変形状態を保ったまま物品を冷却することを含んでなる。使用において、物品の変形状態は熱不安定性であるので、熱の適用によって、物品は初めの熱安定性形状を採ろうとする。
例えば環境的封止保護を与えるように、チューブ状の長い形状を有する、パイプまたはケーブルなどの物体を覆うために、回復性物品が通常使用されている。パイプの直径が非常に大きく、したがって、充分に大きなチューブ状スリーブを押し出すことが困難である場合に、あるいは長い物体の自由末端が得られない場合に、ラップアラウンド物品、すなわち、典型的にはシートの形状であり、向かい合う長手方向縁が重なり合うように、覆うべき物体のまわりに巻き付けることによって装着される物品を使用することが一般的である。ラップアラウンド物品の向かい合う長手方向縁を一体に固定するために、クロージャー手段を使用する。そのような物品は、アメリカ合衆国特許第4,200,676号（Caponigroらによる）、第4,586,971号（Wallaceによる）および第4,803,104号（Peigneuerらによる）［これら文献の開示内容を本明細書において参照として組み込む］に記載されている。
一般的に、物品の回復は、熱、例えば、トーチ、抵抗ワイヤまたは他の熱源からの熱によって行うことができる。そのような回復は技量依存性が高い。なぜなら、物品自体がダメージを受けないで基材と接触させた状態に回復させるように充分に物品を加熱することが必要であるからである。加えて、基材に隣接した物品の表面のいくらかまたは全てを接着剤層で被覆する場合に、接着剤層が適切に加熱されいくらかの接着剤が流動するのを確保するのに充分な程度に物品を加熱する必要がある。これは難しいことである。なぜなら、接着剤層は通常には物品で覆われており、しがって目視的な検査が不可能であるからである。この問題の１つの通常の解決法は、熱回復性物品の外面に熱変色性塗料を使用することであった。物品および接着剤の性質に基づいて塗料を選択し、いずれにしろ、適切な熱が供給された時に塗料が変色する。そのような塗料によって、物品を回復後に検査することが可能になるが、塗料自体は非常に高価であり、溶媒を使用して適用しなければならず、かつ望ましくない「チョーキング（chalking）」を生じさせる。
他のアプローチにおいて、例えば、アメリカ合衆国特許第3,957,382号（この文献の開示内容を本明細書において参照として組み込む）に記載されているように、１つの表面に突起を有する溶融性インサートを、基材と熱回復性スリーブとの間に配置する。スリーブが装着中に滑って所定位置からずれることを防止するように突起は設計されている。突起はインサートと同様の融点を有する場合に、回復後にスリーブの表面に小さい隆起が見られ、インサートが不適切に加熱されていることを示す。このアプローチには溶融性インサートを使用することが必要であり、このアプローチは、インサートの無いシステムにおいて使用するには必ずしも好適ではない。
発明の要旨
本発明者は、適切な熱が適用された時に「消える」パターンでエンボス加工されている場合に、熱回復性であるかまたは非熱回復性である物品が、簡単でかつ効果的な検査可能特徴を有する状態で製造できることを見いだした。そのような特徴によって、作業者は、物品のどの部分が充分には加熱されていないおよび／または回復していないことを迅速に決めることができる。第１の要旨において、本発明は、ポリマー要素を有してなる物品であって、
該要素が、
（１）第１表面の少なくとも一部分にエンボスパターンを有する第１表面；および
（２）第２表面
を有する物品を提供する。
第２の要旨において、本発明は、第１の要旨の物品が熱回復性である場合に、熱回復性物品の適切な回復を示す方法であって、該方法は、
（１）第１要旨の熱回復性物品を準備し；
（２）基材に隣接して第２表面を配置し；
（３）物品に充分な熱を適用して、物品を回復させ、かつエンボスパターンを有する第１表面を実質的に滑らかにする
ことを特徴とする方法を提供する。
第３の要旨において、本発明は、本発明の第１の要旨の物品を有して成るアッセンブリを提供する。
【図面の簡単な説明】
本発明は添付図面に具体的に説明されている。
図１は、回復前において、基材上に配置されている本発明の熱回復性物品の斜視図である。
図２は、図１の線２−２に沿った本発明の物品の断面図である。
図３は、回復後において、基材上に配置されている本発明の熱回復性物品の斜視図である。
図４は、図３の線４−４に沿った本発明の物品の断面図である。
図５および図６は、それぞれ回復前および回復後において、本発明のパッチを有する本発明の物品の斜視図である。
発明の詳細な説明
一般的に、本発明の物品は、熱回復性である、すなわち、物品が熱処理に付された場合に物品の寸法的形状が実質的に変化する。加熱された場合に、これら物品は、予め変形された形状から初めの形状へ向かって回復する。しかし、本明細書において使用する「熱回復性」という用語は、予め変形されていなくとも、加熱時に、新しい形状を採る物品をも包含する。
物品は、いずれの好都合な形状であってよく、例えば、中空チューブまたはスリーブまたはシートであってよい。形状は、基材の形状に依存しており、基材上に容易に装着できるように選択される。多くの用途において、基材は、パイプまたはケーブルにおいて見られるように、長いチューブ状の形状を有する。熱回復性スリーブおよびラップアラウンドシートのいずれもが、そのような基材を覆うのに好適である。パイプがかなり大きい直径、例えば0.2m（８インチ）またはそれ以上の直径を有する場合に、ラップアラウンドシートを使用することが好ましい。直径がかなり小さくても、例えば、0.05〜0.15m（２〜６インチ）であっても、パイプ末端に接近できない場合には、ラップアラウンドシートが好ましい。熱回復性ラップアラウンドシートの重なり縁を接合するために物品がパッチまたはクロージャーとして使用するように設計されている場合に、物品は、層状ストリップの形態であってよい。そのようなパッチは熱回復性であっても非熱回復性であってもよい。
物品は、第１表面および第２表面を有するポリマー要素を有して成ってよい。ポリマー要素は、いずれかの好適なポリマー、例示すれば、ポリオレフィン、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー、具体的にはエチレン／エチルアクリレートコポリマー、エチレン／アクリル酸コポリマーまたはエチレン／ビニル酸コポリマー；フルオロポリマー、例えば、ポリビニリデンフルオライドまたはエチレン／テトラフルオロエチレンコポリマー；ナイロン；あるいはエラストマーから成っていてよい。ポリマー要素は、通常に押し出されているかあるいは他の方法で溶融成形されている。要素の厚さは、回復状態で物品が必要な強度および基材の寸法に依存する。一般的に、ポリマー要素は、0.5〜2mm（0.020〜0.080インチ）の非膨張厚さを有するが、より厚い要素またはより薄い要素を、異なって用途において使用してもよい。押し出しの後（または化学的架橋の場合に押し出し中に）、ポリマー要素を照射（特に放射線照射）または化学的手段によって架橋する。次いで、要素を初めの押し出し形状から膨張させるかあるいは他の形態で変形させる。多くの用途において、膨張は、ポリマーの融点を越える温度で行われる。最終製品に応じて、膨張は単方向的であっても多方向的であってもよい。ポリマーシートの膨張は、シートを加熱し、加熱ローラーに通過させ、シートを延伸することによってしばしば行う。次いで、冷ローラーのまわりに通過させることによって延伸シートを冷却する。一般的に、膨張シートは、未膨張シートの厚さの50〜85％の厚さを有する。かくして、0.5mm（0.020インチ）の未膨張厚さを有するシートは0.43mm（0.017インチ）の膨張厚さを有してよい。また、2mm（0.080インチ）の未膨張厚さを有するシートは1mm（0.040インチ）の膨張厚さを有してもよい。
ポリマー要素の第１表面の少なくとも一部分は、物品の装着中に作業者が目視できるエンボスパターンを有する。かくして、一般的に、第１表面は、装着されたときに、物品の外表面になる。あるいは、それは、透明環境的保護層によって被覆されていてよく、装着中に透明環境的保護層を通過してパターンを観測できる。エンボスパターンは、いずれかの手段によって、例えば、スタンピングによってまたはホットプレスによって適用することができる。幾つかの用途において、エンボスパターンは、膨張プロセス中に適用される。例えば、ポリマー要素がシートの形態である場合に、加熱シートは膨張中に熱ローラーから冷ローラーを通過し、ここでエンボスパターンが形成される。ポリマー要素はまだ温かいので、パターンがポリマー要素上に押し込まれ、要素が冷却されるとともに、パターンが所定位置において固まる。ポリマー要素の膨張形態は熱不安定であるので、ポリマー要素を変形温度以上の温度に戻すのに充分な熱を適用することによって、ポリマー要素は初めの熱安定な形状を採るようになる。こうしてエンボスパターンは消失し、第１表面は実質的に滑らかになる。本明細書において、加熱および物品の回復の後にエンボスパターンが、第１表面から測定して、パターンの初めの深さの多くとも0.25倍の深さを有する場合に、第１表面は滑らかになったと考える。多くの用途において、物品の回復後のエンボスパターンの深さは、好ましくは初めの深さの多くとも0.20倍、特に初めの深さの多くとも0.10倍である。
エンボスパターンは、抽象的デザインまたはランダムパターンから成っていてよい。あるいは、パターンは規則的アレンジメントであってよい。例えば、「加熱保持」のような指示が表面にエンボス加工されていてよい。適切な熱が適用された場合に、指示はもはや見えなくなる。用途に応じて、エンボスパターンはポリマー要素の第１表面の少なくとも一部分を覆ってよく、あるいは第１表面を全体的に覆ってよい。一般的に、エンボスパターンは第１表面の面積の少なくとも10％、好ましくは少なくとも20％、特に少なくとも30％を覆ってよい。物品の調製の結果として生じる単離またはランダム化粧傷は、本発明のようなエンボスパターンであるとは考えない。
エンボスパターンの深さは、ポリマーの種類、要素の厚さ、必要な膨張、物品に必要とされる回復の程度、および他の要因、例えば、存在することがある接着剤の種類および融点の関数である。一般的に、エンボスパターンの深さは、少なくとも0.050mm（0.002インチ）、好ましくは少なくとも0.075mm（0.003インチ）、特に少なくとも0.100mm（0.004インチ）、例えば0.125〜0.200mm（0.005〜0.008インチ）である。膨張状態において0.75〜1.0mm（0.030〜0.040インチ）の厚さを有するポリマー要素において、エンボスパターンの深さは0.2mm（0.008インチ）であってよい。かなり硬い表面を有するニップまたはローラーを使用することによって、温かいポリマーの第１表面にパターンを容易に形成することができる。幾つかの用途において、エンボス形成材料として硬質シリコーンゴムを使用する。ローラーまたはニップの圧力は、空気圧シリンダーによって容易に調節できる。ポリマー要素へのダメージを避けるために、エンボス工程中の温度は、ポリマーの融点よりも５〜25℃高い、好ましくはポリマーの融点よりも５〜15℃高い、特にポリマーの融点よりも５〜10℃高いことことが好ましい。融点は、示差走査熱量計による曲線のピークとして定義される。エンボス工程中におけるローラーの温度、工程の速度および圧力はすべて容易に調節でき、異なったポリマーまたはパターンを受容できる。
ポリマー要素の第２表面は基材に隣接して配置される。一般的に、第２表面の一部分または全部分は接着剤またはマスチックの層によって被覆されている。物品の装着中に接着剤が溶融して流動し、基材と物品との間の間隙を充填し、基材と物品との間の良好な封止が確実になる。接着剤は、基材および物品の性質に応じて選択される。基材がポリマーパイプである場合に、ホットメルト接着剤が好ましい。例えばアメリカ合衆国特許第4,181,775号（Corkeによる）および第4,586,971号（Wallace）に記載されているそのような接着剤は、軽く架橋されており（例えば、約５％を越えるゲル含量を有しており）、粘着温度は物品の回復温度よりも低い。
ポリマー要素に加えて、熱回復性物品は、補強層、例えば、不織布または他の層を有していてよい。
熱回復性物品に加えて、本発明においては、熱回復性でない（すなわち、寸法的に安定である）物品であるが、第１表面の少なくとも一部分にエンボスパターンを有するポリマー要素を有する物品を使用してもよい。そのような熱安定性物品は、ラップアラウンドスリーブのような本発明の熱回復性物品の重なり縁を接合するためのパッチまたはクロージャーとして特に有用である。しかし、パッチは、完全に回復した物品を修復するために、あるいは非熱回復性基材へ直接に接続を行うために使用してもよい。例えばパイプまたは他の基材を覆うために、エンボス表面を有する熱回復性物品とともにアッセンブリの部品としてパッチを使用した場合に、アッセンブリの全ての部品を検査することが容易であり、適切な熱が適用されたかを決めることができる。従来のパッチクロージャーは、アメリカ合衆国特許第4,200,676号（Caponigroらによる）、第4,586,971号（Wallaceによる）および第4,803,104号（Peigneurらによる）（これら文献の開示内容を参照として本明細書に組み込む）に記載されている。幾つかの用途において、例えば、装着中にパッチにおける応力を最小にすることが望ましい状況において、パッチそれ自体が熱回復性であることが好ましい。
パッチは、用途に応じて、１つまたはそれ以上のポリマー層を有するポリマー要素を有して成ってよい。ポリマー要素の第１ポリマー表面は、表面の少なくとも一部分においてエンボスパターンを有する。付着接着剤層を充分に加熱するようにおよび／またはパッチが取り付けられる熱回復性物品または他の基材への良好な接触を形成するように、パッチが充分に加熱されたという指示を与えるのに役立つのは、この表面である。パッチは、パッチのポリマー要素の第２表面に物理的に取り付けられていてよい接着剤またはマスチックの接着剤層を有してよく、または基材と第２表面との間に挿入される自立性フイルムまたはシートの形態であってよい。ポリマー要素が２つまたはそれ以上のポリマー層を有する場合に、基材に隣接して配置される層は一般的に接着剤層である。強度を与えるために、パッチのポリマー要素は、放射線照射または化学的手段などによって架橋されていてよい。架橋のレベルは、ASTM D−638に準じて、150℃で100％伸びでのモジュラス（M₁₀₀）を測定することによって求めることができる。パッチは、ポリマー要素に加えてまたはポリマー要素の一部分として、補強層を有していてよい。パッチを形成するために、いずれかの好適なポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロンを使用してよい。ポリマーは、添加剤、例えば、酸化防止剤、顔料、紫外線安定剤、架橋剤および加工助剤などを含有していてよい。カーボンブラックのような添加剤は、装着中に熱にさらされる場合の熱安定性、紫外線照射に対する安定性および耐環境性を改良するのに役立つ。
好ましい態様において、パッチのポリマー要素は２つのポリマー層を有していてよい。２つの層は、同様のまたは異なったポリマーからできていてよい。第１層はパッチの外層または裏打ち層になり、良好な耐環境性および安定性を有するように選択される。第１層の第１表面の少なくとも一部分は、エンボスパターンを有する。第２層は接着剤層として働き、基材に結合する。パッチは他の層を有していてもよいが、一般的に第１層の第２表面が第２層の第１表面と接触しこれに結合する。両方の層が架橋されていてよい。それぞれの層における架橋のレベルは、ポリマー種類、パッチの厚さおよびそれぞれの層の所望の性質に依存する。両方の層は同様のポリマーからできていてよいが、第１層の架橋レベルは第２層の架橋レベルよりも高いことが好ましい。第２層の架橋レベルは、基材であってよいラップアラウンドスリーブの高回復力に第２層が抵抗することが可能になるように充分に高い必要があるが、基材に対する良好な付着性を保つように充分に低い必要がある。第２層の架橋レベルがあまりに高い場合に、ポリマーが基材に結合する能力が減少する。異なったポリマーが所定放射線線量に対して異なった応答を行うので、第１層および第２層が異なったポリマーからできている場合に、第１層および第２層において得られる架橋レベルは、両方に同様の放射線線量に付したとしても、異なっている。
本発明を添付図面を参照して説明する。図１は、パイプである基材４の上に配置されているチューブの形態である本発明の熱回復性物品２を示す。物品におけるポリマー要素の第１表面８に位置するエンボスパターン６が、物品の回復前に見えている。ポリマー要素の第２表面に適用されている接着剤層10も示されている。回復前の熱回復性物品の図１の線２−２に沿った断面図が図２に示されている。
図３、および線４−４に沿った断面図である図４は、基材４の上に配置されている回復した物品２を示す。物品２は接着剤層10によって基材４に緊密に取り付けられており、エンボスパターン６はもはや見えない。
図５は、パイプ基材４の上に配置されているラップアラウンドシートの形態である本発明の熱回復性物品２を示す。エンボスパターン６が、回復前に、ポリマー要素の第１表面に見える。接着剤層10がポリマー要素の第２表面12に適用されている。物品２の向かい合う長手方向縁が、第１表面上のエンボスパターン18を有する第１ポリマー層16、および第１層の第２表面に取り付けられており接着剤層である第２ポリマー層20を有して成るパッチクロージャー部材14によって覆われている。図６は、物品２を回復させ、第２層20の接着剤を溶融し、物品２に結合するのに充分な程度にパッチを加熱した後のアッセンブリを示す。物品２およびパッチ14の両方のエンボスパターンは、加熱および回復の後にもはや見えない。
以下に実施例を示し、本願発明を具体的に説明する。
実施例
高密度ポリエチレン、エチレン／メチルアクリレートコポリマー、エチレン／プロピレン／ジエンゴム（EPDM）、カーボンブラックおよび酸化防止剤から成る混合物を配合し、次いで配合物を押し出し、厚さ約1.0mm（0.040インチ）のシートを製造して、ポリマー要素とした。ポリマー要素に放射線照射して、150℃で40psiのモジュラス（M₁₀₀）を与える架橋レベルにし、次いで、28％膨張させて、冷却した。膨張および冷却工程中、エンボスパターンをポリマー要素の第１表面に形成した。次いで、ポリマー要素の第２表面の上にポリエチレン系ホットメルト接着剤層を被覆し、ラップアラウンドシートの形態の熱回復性物品を調製を完了した。
前記混合物を押し出して、厚さ0.64mm（0.025インチ）のシートを製造し、パッチとした。シートに放射線照射して、150℃で60psiのモジュール（M₁₀₀）を与える架橋レベルにし、次いで、第１表面をエンボス加工した。次いで、シートの第２表面を約0.38mm（0.015インチ）の厚さでポリエチレン系ホットメルト接着剤層で被覆した。被覆シートを5Mラドで放射線照射して、接着剤層の高温強度を改良した。次いで、放射線照射シートを層状ストリップにスリットし、ストリップのそれぞれがパッチを形成した。
パイプ基材上に熱回復性物品を装着するために、パイプを予備加熱した。パイプの周囲にラップアラウンドシートを巻き付け、物品の重なり縁にパッチを配置した。トーチを使用して、エンボスパターンが消えるまで、すなわち、滑らかになるまで、パッチを加熱した。ホットメルト接着剤が溶融したことが示された。エンボスパターンが消えるまでラップアラウンドシートを加熱したが、シートが充分に回復したことおよびホットメルト接着剤が溶融してパイプ基材に結合したことが示された。

Claims (19)

1. 連続押出ポリマーシートであるポリマー要素を有してなる物品であって、
   該要素が、
   （１）（ａ）表面の少なくとも一部分上にあり、（ｂ）要素が加熱された場合にエンボス表面が実質的に滑らかになって回復を示すように可視変化を行う
   エンボスパターンを有する第１表面；および
   （２）エンボス加工されていない第２表面
   を有する物品。
2. 物品が熱回復性である請求項１に記載の物品。
3. 物品が熱回復性ではない請求項１に記載の物品。
4. 物品が、さらに、第２表面に隣接して配置される接着剤層をも有する請求項１に記載の物品。
5. エンボスパターンが、第１表面の少なくとも20％を覆う請求項１に記載の物品。
6. エンボスパターンの深さが、少なくとも0.05mmである請求項１に記載の物品。
7. 中空チューブ、シートまたは層状ストリップの形態である請求項１に記載の物品。
8. 物品がパッチクロージャーの形態である請求項１に記載の物品。
9. エンボスパターンが実質的に全ての第１表面を覆う請求項５に記載の物品。
10. エンボスパターンの深さが、少なくとも0.075mmである請求項６に記載の物品。
11. （１）基材；および
    （２）（ａ）ポリマー要素であって、（ｉ）表面の少なくとも一部分上にエンボスパターンを有する第１表面、および（ii）エンボス加工されていない第２表面を有してなる連続押出ポリマーシートであるポリマー要素を有して成り、および
    （ｂ）基材に隣接している熱回復性物品
    を有して成るアッセンブリであって、
    熱が熱回復性物品にかけられた場合に、物品が回復し、エンボスパターンを有する第１表面が実質的に滑らかになるアッセンブリ。
12. 熱回復性物品が、重なって配置される向かい合う長手方向縁を有するラップアラウンドシートの形態にあり；および
    アッセンブリが、連続押出ポリマーシートであるポリマー要素を有して成るパッチクロージャーをさらに有し、パッチの該要素が、
    （ｉ）表面の少なくとも一部分上にあるエンボスパターンを有する第１表面、および
    （ii）（ａ）エンボス加工されておらず、（ｂ）接着剤層に隣接して配置され、（ｃ）熱回復性物品の向かい合う長手方向縁の重なりを覆う第２表面
    を有してなり、
    パッチクロージャーのエンボス表面が、要素が加熱された場合に可視変化を行い、実質的に滑らかになり接着剤の充分な加熱を示す請求項11に記載のアッセンブリ。
13. パッチクロージャーが熱回復性物品である請求項12に記載のアッセンブリ。
14. パッチが、熱回復性ではない物品である請求項12に記載のアッセンブリ。
15. 基材がパイプを有してなる請求項11の記載のアッセンブリ。
16. 熱回復性物品の適切な回復を示す方法であって、該方法は、
    （１）ポリマー要素を有してなる熱回復性物品を準備し、ここでポリマー要素は、
    （ｉ）連続シート、スリーブまたはチューブの形態でポリマー要素を押出し、
    （ii）押出要素を膨張させ、および
    （iii）要素を膨張させながら、要素の第１ポリマー表面をエンボス加工することによって製造されており、ポリマー要素は、
    （ａ）第１表面の少なくとも一部分上にエンボスパターンを有する第１ポリマー表面、および
    （ｂ）エンボス加工されていない第２ポリマー表面
    を有してなり；
    （２）基材に隣接して要素の第２表面を配置し；
    （３）物品に充分な熱を適用して、基材に接触するように物品を回復させ、かつエンボスパターンを有する要素の第１表面を実質的に滑らかにする
    ことを特徴とする方法。
17. （ｉ）物品が第２表面に隣接して配置された接着剤層をも有し、および（ii）適用熱が接着剤を流動させるのに充分である請求項16に記載の方法。
18. 基材がパイプを有してなる請求項16に記載の方法。
19. （ａ）ポリマー要素の第１表面が、第１表面から測定した初めの深さを有し、
    （ｂ）熱を適用した後、エンボスパターンは、初めの深さの多くとも0.25倍である深さを有する請求項16に記載の方法。

Images