DE2921376C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Klebeset
zum Kleben von Substraten in Gegenwart von Wasser, insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, an Ein- oder Vorrichtungen,
die unter einem inneren oder äußeren Druck
stehen.
Eines der mit der Reparatur beschädigter Einrichtungen
verbundenen Probleme besteht darin, daß der verwendete
Kleber unter der Kraftwirkung des Drucks verschoben werden
kann, bevor eine ausreichend feste Verbindung entstanden
ist. Zur Erhöhung ihrer Viskosität und damit zur Verringerung
einer derartigen Verschiebungstendenz können wärmehärtbare
Kunstharzkleber vor der Verwendung mit partikelförmigen
oder faserförmigen Füllstoffen vermischt werden.
Durch das Zumischen derartiger Zusätze wird allerdings
ein gründliches Mischen des Klebers erschwert, wobei zugleich
die Klebeverbindung an der betreffenden Stelle
der Einrichtung verschlechtert wird. Reparaturen an bestimmten
Einrichtungen, wie etwa an Rohrleitungen, können
mit Hilfe von mit Kleber imprägnierten Bandagen durchgeführt
werden, jedoch ist eine derartige Verfahrensweise
nicht allgemein anwendbar.
Andererseits sind zum Kleben von Substraten ohne die
Gegenwart von Wasser bzw. zu Abdichtungszwecken folgende
Verfahren bzw. Materialien bekannt:
Die DE-OS 20 41 417 betrifft eine Klebstoffzusammensetzung,
die einen weichen Schaumstoff enthält, der mit einem
Montage-Kunstharzklebstoff, der bei 100 bis 140°C härtbar
ist, getränkt ist. Überflüssiger Klebstoff wird durch
Walzen abgequetscht, der getränkte Schaumstoff wird getrocknet,
um Lösungsmittel zu entfernen, und zwischen die
zu verbindenden Teile, wie in Spalten oder Fugen, gepreßt,
zusammengehalten und zur Härtung erwärmt.
Die DE-OS 15 69 035 betrifft Formkörper für Abdichtungszwecke
mit verbesserten Fülleigenschaften, in denen ein
Schaumstoff mit einem Gemisch von Polyvinylacetat und
einem Weichmacher oder einem Copolymerisat aus Polyvinylacetat
und Maleinsäure-Dialkylester und einem Weichmacher
imprägniert wird. Diese Formkörper sind wasserfest und
gegenüber Lösungsmitteln und Chemikalien beständig. Die
Herstellung von Klebeverbindungen ist nicht vorgesehen.
Die DE-PS 10 65 962 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von wasserfestem Dichtungsmaterial, indem
bituminöse und/oder teerhaltige Stoffe oder Wachse und
Harze vor oder während der Herstellung eines Schaumstoffs
in diesen eingebracht werden. Auch hier werden keine Klebeverbindungen
angestrebt, das Dichtungsmaterial wird als
solches mit oder ohne Kompression verwendet.
Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung von Klebeverbindungen
in Gegenwart von Wasser an, bei dem der Kleber
in einer neuartigen Weise immobilisiert wird, wodurch
die Verwendung eines leicht anmischbaren und leicht benetzenden
Klebers ermöglicht wird und insbesondere Reparaturen
an Einrichtungen möglich sind, die unter einem
inneren oder äußeren Druck stehen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Kleben
von Substraten in Gegenwart von Wasser, bei dem zunächst
ein nachgiebiges Trägermaterial aus einem synthetischen
Schaum mit offenzelliger Struktur mit einem wärmehärtbaren
Kunstharzkleber imprägniert wird, der zur Verdrängung,
Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers
vom Substrat geeignet und anschließend härtbar ist, und
bei dem anschließend das imprägnierte Trägermaterial auf
das Substrat aufgebracht und zur Immobilisierung des Klebers
in den Zwischenräumen seiner offenzelligen Struktur
zusammengepreßt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch das Zusammenpressen des offenzelligen Trägermaterials
wird die Größe der freien Zwischenräume und damit die
Beweglichkeit des darin enthaltenen Klebers verringert.
Durch geeignete Anpassung der Viskosität des Klebers und der
Härtungsgeschwindigkeit an die Porosität des Trägermaterials
sind gehärtete Klebeverbindungen ohne wesentliche Verschiebung
des Klebers unter dem angewandten Druck erhältlich.
Die unter Verwendung des aus einem Schaum bestehenden,
imprägnierten Trägermaterials hergestellten Klebeverbindungen
können zur Abdichtung undichter Stellen an Geräten, Einrichtungen
und beliebigen Substraten herangezogen werden, wobei
das imprägnierte Trägermaterial um die undichte Stelle
herum auf das Substrat aufgebracht und das imprägnierte Trägermaterial
in die undichte Stelle hineingedrückt wird.
Unter Verwendung des imprägnierten Trägermaterials aus
Schaum hergestellte Klebeverbindungen können ferner zur Befestigung
von darübergelegtem Material wie beispielsweise
Flicken oder zur Konstruktion gehörigen, am Substrat zu befestigenden
Teilen verwendet werden, wobei das mit dem
Kunstharz imprägnierte Trägermaterial aus dem Schaum entweder
auf das Substrat oder das über die betreffende Stelle
darüberzulegende Material aufgebracht und beide dann zum
Zusammenpressen des Trägermaterials dazwischen zusammengedrückt
werden. Dieses Verfahren eignet sich zur Reparatur
beschädigter Boots- und Schiffsrümpfe an Ort und Stelle, von
Unterwasserbauten oder -anlagen oder etwa von Druckgefäßen,
da durch das Zusammendrücken des mit dem Kunstharz imprägnierten
Schaums durch den hydrostatischen Druck oder den herrschenden
Innendruck das Kunstharz im Schaum eingeschlossen wird und
so die Tendenz zur Verschiebung des Klebers unter der Einwirkung
dieses Drucks verringert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ferner deshalb
in sehr weitem Umfang anwenden, weil sich damit große Mengen
an Kunstharz zur Erzeugung von Klebeverbindungen über
große Oberflächenbereiche leicht aufbringen und handhaben
lassen, oder wenn dicke Kunstharzschichten erforderlich sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
besteht darin, daß damit Klebeverbindungen herstellbar
sind, bei denen vergleichsweise wenig Luft eingeschlossen
ist, da derartige Lufteinschlüsse, insbesondere an der
Harz-Grenzfläche, zu einer erheblichen Verringerung der
Festigkeit der Klebeverbindung führen können.
Die Erfindung findet in der Hauptsache Anwendung bei
der Herstellung von Unterwasser-Klebeverbindungen an Schiffs-
oder Bootsrümpfen, Pipelines, Rohrleitungen, Bohrtürmen, Bohrplattformen
u. dgl. Für diese Anwendungen wird das offenzellige
Trägermaterial mit einem Kleber imprägniert, der zur Verdrängung,
Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des
Wassers vom Substrat, an dem die Klebeverbindung vorgesehen
werden soll, geeignet und anschließend unter Erzielung einer
festen Verbindung mit dem Substrat härtbar ist. Der Kleber
enthält dabei vorzugsweise ein Zweikomponentengemisch, dessen
erste Komponente einen Diglycidyläther von Bisphenol A
und dessen zweite Komponente einen Härter auf der Basis eines
cycloaliphatischen Polyamins oder von 4,4′-Diaminodiphenylmethyn
(DDM) enthält.
Es wurde festgestellt, daß diese Kleber die Oberfläche,
auf die sie mechanisch aufgebracht werden, unabhängig von
der Gegenwart von Wasser rasch benetzen, jedoch kann auch
ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel in den Kleber
eingebracht werden, um seine Eigenschaften so zu modifizieren,
daß er das Substrat vorzugsweise benetzt. Zur chemischen
Stabilisierung der Verbindung an der Grenzfläche von
Kleber und Substrat kann ferner auch ein funktionelles Epoxysilan
eingebracht werden.
Das offenzellige Trägermaterial stellt vorzugsweise einen
vernetzten Polyester auf der Basis eines Polyurethanschaums
mit einer Porosität von 12 bis 18 Poren/cm dar.
Dieses Material ist in zahlreichen Porositäten leicht
erhältlich und besitzt die erforderliche Nachgiebigkeit
und Inertheit gegenüber der Kleberformulierung.
Obgleich das Substrat vor der Herstellung der Klebeverbindung
zur Erzielung einer maximalen Verbindungsfestigkeit
vorzugsweise gereinigt und aufgerauht sein sollte,
erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung
brauchbarer Klebeverbindungen auch bei unebenen oder beschlagenen
oder verkrusteten Oberflächen. Aufgrund der
durch das Trägermaterial hervorgerufenen Trägerwirkung
lassen sich erfindungsgemäß ferner vergleichsweise große
Schichtdicken an Kleber in einer Schicht anwenden.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Klebeset zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem
wärmehärtbaren Kunstharzkleber sowie einem nachgiebigen
Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger
Struktur, wobei diese Bestandteile in voneinander
getrennten Abschnitten eines Kunststoffbeutels enthalten
sind, dessen Trennwände zum Vermischen der Komponenten
zerrissen oder anderweitig entfernt werden können.
Das erfindungsgemäße Klebeverfahren sowie das erfindungsgemäße
Klebe- oder Reparaturset lassen sich an zahlreichen
Substraten einschließlich glasfaserverstärkter Kunststoffe
(GFK), Stählen und Beton anwenden. Für besondere Anwendungen
kann dabei eine entsprechende Änderung der Kleberformulierung
erforderlich sein.
Das erfindunsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand
von Beispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert;
es zeigen
Fig. 1A, 1B und 1C eine Reparatur durch Verstopfen
an einem glasfaserverstärkten
Kunststoffsubstrat;
Fig. 2 eine Reparatur mit einem Flicken und
Fig. 3 eine Reparatur an einer Rohrflanschschweißung.
Bei der in den Fig. 1A, 1B und 1C dargestellten Reparatur
durch Verstopfen besteht das Substrat aus einer Platte
aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) mit einem länglichen
Riß 2. Der Riß 2 hat dabei die typische Form von Schäden, wie
sie bei Behältern aus glasfaserverstärkten Kunststoffen aufzutreten
pflegen. Zur Erzeugung praxisnaher Bedingungen im
Laborversuch wurde die beschädigte Platte 1 als eine Wand
eines aus Platten aufgebauten Stahlbehälters verwendet, der
in Wasser eingetaucht wurde. Mit dem Behälter wurde ein aus
Gummi bestehendes Belüftungsrohr verbunden, das zur Außenluft
führte; der Behälter wurde in einem Wassertank untergetaucht.
Die Reparatur wurde lediglich mit Hand unter Wasser
durchgeführt, wobei ein Zweikomponenten-Kunstharzsystem
verwendet wurde, dessen Einzelbestandteile unten angegeben
sind und das mit Typ I, Formulierung UW43, bezeichnet ist.
Gleiche Gewichtsmengen beider Komponenten der Kunstharzformulierung
UW43 wurden zusammengemischt. Ein Stück
offenzelliger, flexibler Polyurethanschaum niederer Dichte
und geeigneter Größe wurde anschließend mit dem frisch angemischten
Kunstharz gesättigt, unter Wasser gebracht und
über den Riß 2 gelegt, durch den zuvor das Wasser hindurchgetreten
war. Der imprägnierte Schaumstreifen wurde anschließend
mit der Hand in den Riß 2 hineingestopft, wobei
der Riß vollständig ausgefüllt wurde. Nach vollständigem
Einbringen des Schaumstreifens besaßen die Außen- bzw. Innenseite
der Platte 1 das in den Fig. 1B bzw. 1C dargestellte
Aussehen. Daraus geht hervor, daß der Streifen 3 die Außenfläche
der Platte 1 im Bereich des Risses vollständig bedeckte
und bis zur Innenseite der Platte weit in den Riß 2
eingedrungen war. Der Stahlbehälter mit dem noch ungehärteten
Kunstharz wurde auf den Boden eines 3 m tiefen Wassertanks
hinuntergedrückt, so daß er dem höchsten hydrostatischen
Druck unterlag, der für übliche GFK-Körper zu erwarten
ist. Nach der Entnahme des Behälters nach 24 h Eintauchzeit
bei der obigen Tiefe wurde festgestellt, daß das Behälterinnere
im wesentlichen frei von Wasser war, was eine erfolgreiche
Reparatur anzeigte.
Zum Nachweis der Festigkeit der Klebeverbindung zwischen
dem glasfaserverstärkten Kunststoff und dem Kunstharz
wurden mit der oben angegebenen Kleberformulierung imprägnierte
Schaumstücke herangezogen, die überlappend mit wassergesättigten
GFK-Platten verbunden wurden. Anschließende Tests
an GFK-Platten, die unter Wasser in dieser Weise miteinander
verbunden worden waren, ergaben eine Zugfestigkeit der Reparaturstelle
von etwa 7,0 MN/m², wobei Fehler dann innerhalb
des glasfaserverstärkten Kunststoffs auftraten. Für Verbindungszwecke
unter Wasser sind Kleber auf Epoxybasis bevorzugt,
da sie leicht kalt gehärtet werden können, gutes Adhäsionsvermögen
besitzen und allgemein bequem handzuhaben
sind. Ein alternativer Kleber auf Epoxyharzbasis zur Verwendung
unter Wasser ist mit Typ I, Formulierung UW31, bezeichnet.
Diese Formulierung gleicht der oben für UW43 angegebenen
mit dem Unterschied, daß in der Komponente A das
Aerosil 200*) durch 4,0 Gew.-Teile Sylodex 24*) als Füllstoff
ersetzt ist, als nichtionisches grenzflächenaktives Mittel
2,0 Gew.-Teile Colorol Aquasorb*) verwendet sind und in
der Komponente B anstelle von Aerosil 200*) 5,0 Gew.-Teile
Sylodex 24*) als Füllstoff vorliegen.
Ein weiteres, zur Anwendung unter Wasser geeignetes
Kunstharzsystem ist unten erläutert und mit Typ II, Formulierung
UW27, bezeichnet.
*) Handelsbezeichnung
Die Formulierung UW43 wurde zur Erzeugung zufriedenstellender
Unterwasser-Klebeverbindungen an GFK unter Verwendung
des oben erläuterten offenzelligen Schaums herangezogen.
Obgleich hierbei nicht die Absicht zugrunde lag, mit
dieser Verfahrensweise dauerhafte Reparaturen auszuführen,
ergab sich, daß die so hergestellten Klebeverbindungen ein
Jahr lang bei Raumtemperatur vollständig eingetaucht bleiben
konnten, ohne daß sich Abbauerscheinungen zeigten.
In Fig. 2 ist eine neue, leicht ölige Weichstahlplatte
10 mit einem Riß 11 dargestellt, die als eine Seitenwand
eines Wasserdrucktanks eingesetzt wurde. Auf der Innenseite
des Tanks wurde ein Wasserdruck von 131 kN/m² erzeugt,
was zu einem starken Herausspritzen von Wasser aus dem
Riß 11 führte. Ein Streifen 12 aus flexiblem, offenzelligem
Polyurethanschaum mit den Abmessungen 250×160×25 mm
wurde anschließend mit einem frisch hergestellten Gemisch
des als Typ I - Formulierung UW43 bezeichneten Kunstharzes
imprägniert. Der imprägnierte Streifen wurde danach mit
einer Weichstahlplatte 13 gleicher Größe wie der Streifen
12 verstärkt, worauf das Ganze über den Riß 11 gelegt wurde.
Der imprägnierte Schaumstreifen 12 wurde anschließend zwischen
der Platte 13 und der beschädigten Platte 10 mit (nicht
dargestellten) Zwingen und einem hölzernen Querriegel
14 auf eine Dicke von etwa 3 mm zusammengepreßt. Nach dem
Verschließen des Lecks wurde der Druck auf den Querriegel 14
weggenommen und der auf den Riß 11 wirkende Innendruck auf
200 kN/m² erhöht, ohne daß Anzeichen für ein Leckwerden der
reparierten Stelle auftraten, obgleich sich die als Flicken
dienende Platte 13 unter dem angewandten Druck wölbte.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Reparatur wurde ein Stahlrohr
20 mit 50 mm Innendurchmesser und einem daran angeschweißten
Flansch 21 verwendet, wobei durch die Schweißnaht 22 ein
Loch von 1 mm Durchmesser gebohrt wurde. Das Rohr 20 wurde vor
der Vornahme der im folgenden beschriebenen Reparatur mit Wasser
gefüllt. Ein Streifen 23 aus offenzelligem, flexiblem Polyurethanschaum
mit den Abmessungen 75×25×25 mm wurde mit
einer kleinen Menge von frisch angemischtem Kunstharz der Formulierung
UW43 imprägniert. Der imprägnierte Streifen wurde anschließend
um die Schweißnaht 22 herumgelegt und mit einem
Ringwerkzeug 24, das mit einer (nicht dargestellten) Schraubzwinge
festgehalten wurde, zusammengepreßt.
Nach Entfernung des Ringwerkzeugs 24 wurde der Innendruck
auf 267 kN/m² erhöht, ohne daß ein Leckwerden erkennbar
wurde. Nach 4 h wurde der Druck auf 534 kN/m² erhöht
und über ein Wochenende aufrechterhalten. Anschließend wurde
der Druck ohne Anzeichen eines Leckwerdens auf 4,14 MN/m²
erhöht.
Obgleich für die meisten Anwendungsfälle ein Reparaturset
mit den Kunstharzkomponenten sowie dem offenzelligen
Schaum als separate Bestandteile ausreichend ist, kann es
in manchen Fällen vorteilhaft sein, die drei Bestandteile
in einer einzigen Dreifachpackung vorzusehen. So kann das
Reparaturset beispielsweise in einer einzigen Kunststoffumhüllung
eingeschlossen sein, die Unterteilungen oder Klammern
zur Erzeugung von drei separaten Abteilungen innerhalb der Umhüllung
aufweist. Die Kunstharzbestandteile können anschließend
nach Entfernen der zur Unterteilung dienenden Klammern oder Aufreißen
der Unterteilungen und Verformen der Umhüllung vermischt
werden. Anschließend kann der offenzellige Schaum durch Entfernung
der restlichen Klammer oder durch Aufreißen der letzten
Unterteilung imprägniert werden. Dieser Packungstyp eignet sich
insbesondere zur Verwendung unter Wasser.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Variationen des
Verfahrens wie auch des erfindungsgemäßen Klebesets möglich.
So kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch
mit zahlreichen anderen Substraten einschließlich Beton angewandt
werden, wobei auch die Kleberformulierung variiert werden
kann.
Bei den oben erläuterten Versuchen wurde ein vernetzter
Polyurethanschaum mit einer Porosität von 12 bis
18 Poren/cm verwendet. Obgleich
der Schaum nachgiebig, offenzellig und gegenüber dem Kleber
nicht reaktiv sein sollte, sind seine Zusammensetzung
und Porosität nicht von entscheidender Bedeutung. So kann
beispielsweise insbesondere die Porosität so ausgewählt
werden, daß sie der Viskosität und der Härtungsgeschwindigkeit
des für den jeweiligen Anwendungfall ausgewählten
Klebers angepaßt ist.
Wie oben erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren
für zahlreiche Anwendungsfälle, in denen dicke Kunstharzschichten
oder große zu bedeckende Flächen gefordert
sind, da sich der mit dem Kunstharz imprägnierte Träger aus
dem Schaummaterial leicht aufbringen läßt. Zugleich besteht
der Vorteil eines minimalen Lufteinschlusses.
Typische Beispiele für die Anwendung der Erfindung in
Reparaturfällen an ablandigen Einrichtungen sind in den
GB-Patentanmeldungen 50 596/77, 53 626/77, 21 703/78 und
24 367/78 beschrieben.
Claims (5)
1. Verfahren zum Kleben von Substraten in Gegenwart von
Wasser, bei dem zunächst
ein nachgiebiges Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur mit einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber imprägniert wird, der zur Verdrängung, Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers vom Substrat geeignet und anschließend härtbar ist,
und bei dem anschließend das imprägnierte Trägermaterial auf das Substrat aufgebracht und zur Immobilisierung des Klebers in den Zwischenräumen seiner offenzelligen Struktur zusammengepreßt wird.
ein nachgiebiges Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur mit einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber imprägniert wird, der zur Verdrängung, Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers vom Substrat geeignet und anschließend härtbar ist,
und bei dem anschließend das imprägnierte Trägermaterial auf das Substrat aufgebracht und zur Immobilisierung des Klebers in den Zwischenräumen seiner offenzelligen Struktur zusammengepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der verwendete Kunstharzkleber ein Zweikomponentengemisch
ist, dessen erste Komponente einen Diglycidyläther
von Bisphenol A und dessen zweite Komponente ein cycloaliphatisches
Polyamin oder ein 4,4′-Diaminodiphenylmethan
enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der verwendete Kunstharzkleber ein funktionelles
Epoxysilan enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Trägermaterial ein vernetzter Polyurethanschaum
auf Polyesterbasis mit einer Porosität von 12 bis 18
Poren/cm verwendet wird.
5. Klebeset zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4 aus einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber
sowie einem nachgiebigen Trägermaterial
aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger
Struktur, wobei diese Bestandteile in voneinander
getrennten Abschnitten eines Kunststoffbeutels enthalten
sind, dessen Trennwände zum Vermischen der
Komponenten zerrissen oder anderweitig entfernt werden
können.
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Publications (2)
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DE2921376C2 true DE2921376C2 (de) | 1990-10-11 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (5)
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DE (1) | DE2921376A1 (de) |
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NL (1) | NL7904170A (de) |
SE (1) | SE431098B (de) |
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FR1248624A (fr) * | 1959-09-22 | 1960-12-23 | Cie De Prod Chim Boston | Produit manufacturé et procédé pour la fixation par collage de surfaces irrégulières rigides l'une à l'autre |
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DE2041417A1 (de) * | 1969-08-25 | 1971-04-29 | Hawker Siddeley Aviation Ltd | Klebstoffzusammensetzung und Verfahren zu deren Herstellung |
US3847722A (en) * | 1972-01-27 | 1974-11-12 | Minnesota Mining & Mfg | Impregnated materials for leak prevention |
GB1348862A (en) * | 1972-04-24 | 1974-03-27 | Shell Int Research | Method of producingan article impregnated with thermosetting resin |
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NL7904170A (nl) | 1980-12-02 |
FR2457758A1 (fr) | 1980-12-26 |
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