(57)【要約】  スポーツラケット（４００）及び楽器における使用に設定されるストリングは、プラスチックの１つまたはそれ以上のフィラメント（１０１）で包まれるプラスチックコアとして組み立てられる。このストリングは、硬質ナノ粒子及び潤滑ナイロンを含む複合材料で被覆される。この硬質ナノ粒子は、粘度またはカーボンナノチューブを含み得る。このストリングは、１から２００μｍの被覆厚さをもたらす様々な工程を用いて複合材料で被覆される。この複合材料は、衝撃改質剤をさらに含み得る。このストリングは、低下した摩擦磨耗及び改善した機械的特性のために延長した寿命を経験する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質ナノ粒子及び潤滑化されたナイロンを含む複合材料。
【請求項２】
前記硬質ナノ粒子が、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記潤滑化されたナイロンが、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含み得る、請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項５】
形成工程が、押出成形、溶融混合、及び、インサイチュ重合を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項６】
前記硬質ナノ粒子の含有量が０．１から３０重量％の範囲であり、前記潤滑剤の含有量が０．０１から２０重量％の範囲であり、前記ナイロンの含有量が７０から９９．９重量％の範囲である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項８】
前記ナイロンが、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６／６、または、その組み合わせであり得る、請求項１に記載の複合材料。
【請求項９】
スポーツ用品または楽器における使用に設定されるストリングであって、
プラスチック材料の円筒状の芯；
前記芯を包むプラスチック材料の１またはそれ以上の外部フィラメント；
前記ストリングに付けられる複合材料被覆であって、前記複合材料が硬質ナノ粒子及び潤滑化されたナイロンを含む複合材料被覆；
を含むストリング。
【請求項１０】
前記被覆の厚さが０．１から２００μｍの範囲である、請求項９に記載のストリング。
【請求項１１】
前記ストリングが、溶融混合（押出）工程または溶液被覆工程を用いて前記複合材料で被覆される、請求項９に記載のストリング。
【請求項１２】
前記硬質ナノ粒子が、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含む、請求項９に記載のストリング。
【請求項１３】
前記潤滑ナイロンが、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含み得る、請求項９に記載のストリング。
【請求項１４】
前記複合材料が、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含む、請求項９に記載のストリング。
【請求項１５】
前記硬質ナノ粒子の含有量が０．１から３０重量％の範囲であり、前記潤滑剤の含有量が０．０１から２０重量％の範囲であり、前記ナイロンの含有量が７０から９９．９重量％の範囲である、請求項９に記載のストリング。
【請求項１６】
前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含む、請求項１２に記載のストリング。
【請求項１７】
ストリングのネットを有するラケットであって、前記ストリングのそれぞれが、プラスチック材料の円筒状の芯、前記芯を包むプラスチック材料の１またはそれ以上の外部フィラメント、及び、前記ストリングに付けられる複合材料被覆であって、前記複合材料が硬質ナノ粒子及び潤滑化されたナイロンを含む複合材料被覆を有するラケット。
【請求項１８】
前記被覆の厚さが０．１から２００μｍの範囲である、請求項１７に記載のラケット。
【請求項１９】
前記硬質ナノ粒子が、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含む、請求項１７に記載のラケット。
【請求項２０】
前記潤滑ナイロンが、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含み得る、請求項１７に記載のラケット。
【請求項２１】
前記複合材料が、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含む、請求項１７に記載のラケット。
【請求項２２】
前記複合材料を形成する工程が、押出成形、溶融混合、及び、インサイチュ重合を含む、請求項１７に記載のラケット。
【請求項２３】
前記硬質ナノ粒子の含有量が０．１から３０重量％の範囲であり、前記潤滑剤の含有量が０．０１から２０重量％の範囲であり、前記ナイロンの含有量が７０から９９．９重量％の範囲である、請求項１７に記載のラケット。
【請求項２４】
前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含む、請求項２０に記載のラケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年２月２６日付けで出願された米国仮出願番号６０／８９１，６８２に関連し、その優先権の利益を請求する。その開示は、参照することによってここに含まれる。
【０００２】
本発明は、磨耗及び機械的特性を改善するためにストリングに付けられる被覆に関連する。
【背景技術】
【０００３】
テニス及びバドミントンラケットなどのスポーツ用品を組み立てるために使用されるストリングは、耐久性及び他の機械的特性を改善するために被覆される。バイオリンなどの楽器も、ストリング寿命を増加させるためにそれらのストリングに被覆を使用する。スポーツラケットのストリングは、使用中に磨耗及び摩擦を増加する高い衝撃下での移動を経験する。ラケットストリングの摩擦を低下することによって、ストリングが容易に移動することができるようになり、従って磨耗抵抗及びストリング寿命を改善することができるようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、磨耗抵抗及び寿命が改善されたストリングを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このストリングは、硬質ナノ粒子、潤滑剤及びナイロン含む複合材料を含む。一実施形態では、前記硬質ナノ粒子は、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含む。前記潤滑剤は、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含み得る。前記複合材料は、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含み得る。ある実施形態では、前記複合材料は、押出成形、溶融混合、及び、インサイチュ重合を含む工程で形成される。
【０００６】
一実施形態では、前記硬質ナノ粒子の含有量は０．１から３０重量％の範囲であり、前記潤滑剤の含有量は０．０１から２０重量％の範囲であり、前記ナイロンの含有量は７０から９９．９重量％の範囲である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含み得る。
【０００７】
他の実施形態では、スポーツ用品または楽器における使用に設定されるストリングは、プラスチック材料の円筒状の芯、前記芯を包むプラスチック材料の１またはそれ以上の外部フィラメント、前記ストリングに付けられる複合材料被覆であって、前記複合材料が硬質ナノ粒子、潤滑剤及びナイロンを含む。
【０００８】
一実施形態では、前記被覆の厚さは、０．１から２００μｍの範囲である。前記硬質ナノ粒子は、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含み、前記潤滑剤は、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含む。前記複合材料は、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含む。
【０００９】
前記硬質ナノ粒子の含有量は、０．１から３０重量％の範囲でありえ、前記潤滑剤の含有量は、０．０１から２０重量％の範囲でありえ、前記ナイロンの含有量は、７０から９９．９重量％の範囲であり得る。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含む。
【００１０】
他の実施形態では、ストリングのネットを有するラケットであって、前記ストリングが、プラスチック材料の円筒状の芯、前記芯を包むプラスチック材料の１またはそれ以上の外部フィラメント、及び、前記ストリングに付けられる複合材料被覆であって、前記複合材料が硬質ナノ粒子、潤滑剤及びナイロンを含む。前記被覆の厚さは、０．１から２００μｍの範囲である。前記硬質ナノ粒子は、カーボンナノチューブまたは粘度粒子を含みえ、前記潤滑ナイロンは、グラファイト、二硫化モリブデン、シリコーン、テフロン（登録商標）、及び、二酸化チタンを含み得る。
【００１１】
前記複合材料は、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、無水マレイン酸グラフトエチレン及びプロピレン共重合体、可塑剤、相溶化剤、及び、その組み合わせから選択される一組の衝撃改質剤から選択される衝撃改質剤をその中にさらに含み得る。前記複合材料を形成する工程は、押出成形、溶融混合、及び、インサイチュ重合を含む。前記硬質ナノ粒子の含有量は、０．１から３０重量％の範囲でありえ、前記潤滑剤の含有量は、０．０１から２０重量％の範囲であり、前記ナイロンの含有量は、７０から９９．９重量％の範囲である得る。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、精製または非精製カーボンナノチューブ、金属または半導体カーボンナノチューブ、または、その組み合わせを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、中実のコアフィラメントと、１つ又はそれ以上の外部の包まれるマルチフィラメントとを有するストリングの断面である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、中実のコアフィラメントと、１つ又はそれ以上の外部の包まれるマルチフィラメントと、ストリング上に付けられる被覆と、を有するストリングの断面である。
【図２】図２は、ニートナイロン６と比較した潤滑剤で改質されたナイロン６の機械的特性の表である。
【図３】図３は、潤滑剤で改質されたＮ６ナノ複合材の機械的特性の表である。
【図４】図４は、ここに実施形態に従うストリングを採用するために適切に用いられる例示的なラケットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
潤滑剤で改善された高分子樹脂は、これまでは摩擦係数を低下させるためにストリングの被覆として使用されている。例えば、テフロン（登録商標）で改善された樹脂は、米国特許第４，３７７６２０号に記載のようにテニスまたはバドミントンラケットに使用されるストリング上に被覆されている。米国特許第６，８３５，４５４号は、極性官能基を含有する反復性のユニットを有するフッ素重合体でストリングを被覆することを開示している。ナイロン６は、様々な用途において幅広く使用されている優れたエンジニアリング高分子材料である。如何なる添加剤も有しないその純粋な形態において、この材料は、“ニート”ナイロン６（ｎｅａｔ  Ｎ６）と称される。潤滑化されたナイロンは、変性されていないポリアミド６よりも大幅に低い摩擦係数と良好な磨耗特性を有するが、変性されていないニートポリアミド６よりも若干低下した引張強度、破断点伸び、及び、切り欠アイゾット衝撃力を有する。これらのナイロン樹脂は、シリコーン、二硫化モリブデン、テフロン（登録商標）、カーボングラファイト、及び、二酸化チタンなどを含む内部潤滑剤で変性され得る。潤滑剤を用いることなく、潤滑ナイロンには、ニートナイロンの結晶構造を変えることによって生成することができるものもある。しかしながら、ニートＮ６と比較して、Ｎ６−潤滑剤は、その基礎材料の所定の機械的特性を悪くする。図２は、ニートＮ６と比較したＮ６−潤滑剤の機械的特性を示す。このデータは、製品名：ザイテル７３３５ＮＣ０１０（Ｚｙｔｅｌ  ７３３５  ＮＣ０１０）の下でデュポン社から入手することができる。
【００１４】
図２から、潤滑剤で改善されたナイロン６の引張強度及び曲げ弾性率がニートナイロン６よりも高いということが明らかである。しかしながら、Ｎ６−潤滑剤は、より低い衝撃強度、伸び及び摩擦係数を有する。Ｎ６−潤滑剤材料の磨耗抵抗及び機械的特性は、カーボンナノチューブまたは粘度などの硬質ナノ材料の追加によってさらに高め得る。しかしながら、スポーツ用品または楽器用に使用されるストリング上の被覆として潤滑剤で改善されたナイロン６材料を適用した文献はない。
【００１５】
粘度及びＮ６（Ｎ６−粘度）などの硬質ナノ粒子の組み合わせは、高分子ナノ複合材料の機械的特性を大幅に改善するために使用され得る。このような高分子ナノ複合材は、衝撃改質剤と混合された場合、さらなり改善された特性を有し得る。被覆として適用された高分子ナノ複合材は、スポーツ用途で使用されるストリングの磨耗抵抗を大幅に改善し得る。一実施形態による例示的な方法が以下に示される。
【００１６】
インサイチュで重合されたＮ６−粘度は、シカゴのナノコー社（Ｎａｎｏｃｏｒ  Ｉｎｃ．，  Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）から入手した。この粘度の含有量は、４重量％であった。Ｎ６−潤滑剤は、製品名：ザイテル７３３５ＮＣ０１０（Ｚｙｔｅｌ  ７３３５  ＮＣ０１０）の下でデュポン社から入手した。衝撃改質剤ＥＰ共重合体は、製品名エクセラＶＡ１８４０（Ｅｘｘｅｌｏｒ  ＶＡ  １８４０）の下でエクセラ化学社（Ｅｘｘｅｌｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｃ．）から入手した。
【００１７】
Ｎ６−潤滑剤ナノ複合材は、溶融混合（押出）工程によって合成した。Ｎ６−粘度、Ｎ６−潤滑剤及びＥＰ共重合体樹脂は、真空下において７０℃で１２時間にわたって別個に乾燥した。押出を用いて処理する前に、Ｎ６−粘度、Ｎ６−潤滑剤、及びＥＰ共重合体ペレットは、タンブラーを用いてバッグまたはジャーの中で十分に混合した。ハークレメックス（Ｈａａｋｅ  Ｐｈｅｏｍｅｘ）ＣＴＷ１００二軸押出機は、構成要素の様々な比を用いて溶融混合潤滑剤で改善されたナノ複合材に対して使用した。この押出機は、新規なナノ複合材料を製造するためにバレル内で全ての高分子構成要素を溶融するための加熱ダイスと３つの加熱領域とを有する。このナノ複合材は、長繊維の形態でダイスから押し出される。以下の実験パラメータが１つの例示的な工程で使用された。
スクリュー領域１の温度−２４０℃；
スクリュー領域１の温度−２３０℃；
スクリュー領域１の温度−２３０℃；
ダイス温度−２４０℃；
スクリュー速度−５０〜１００ｒｐｍ。
【００１８】
ナノ複合材繊維は、水中で急冷し、押出工程後にハーク（Ｈａａｋｅ）ＰＰ１ペレタイザーを用いて小球状にした。このナノ複合材ペレットは、引張試験用の“犬の骨”の試料及びモジュラス及び衝撃試験用のアイゾット棒の試料を形成するための射出成形の前に真空オーブンにおいて７０℃で少なくとも１２時間にわたって乾燥した。
【００１９】
特定の寸法を有する、成形された試料は、ＡＳＴＭ標準：引張強度試験用のＡＳＴＭ  Ｄ６２８、衝撃強度試験用のＡＳＴＭ  Ｄ２５６、及び、曲げ弾性率試験用のＡＳＴＭ  Ｄ７９０に従う。以下の実験パラメータは、射出成形機による試験用の試料を形成するために使用された。
射出圧力−７０バール；
保持圧力−３５バール；
保持時間−２０秒；
加熱領域１の温度−２４５℃；
加熱領域２の温度−２５０℃；
加熱領域３の温度−２５５℃；
ノズル温度−２６０℃；
金型温度；６０〜８０℃。
【００２０】
図３は、＃１から＃３のラベルが貼られた様々な潤滑剤で改善されたＮ６ナノ複合材の機械的特性を示す。
【００２１】
ニートＮ６、Ｎ６−粘度、及び、Ｎ６−潤滑剤のデータは、比較のためにその中に記載された。複合材＃１は、５０重量％のＮ６−粘度及び５０重量％のＮ６−潤滑材の複合材混合物であった。複合材＃１は、個々のＮ６−粘度及びＮ６−潤滑材よりも高い伸び、曲げ弾性率及び衝撃強度を有する。その引張強度は、Ｎ６−粘度に非常に近い。複合材＃２及び＃３の３つのＮ６−粘度、Ｎ６−潤滑材及びＥＰの重量比を変えることは、ニートＮ６と同様の２つの試料の伸びをもたらす。複合材＃２及び＃３は、ニートＮ６及びＮ６−潤滑剤よりも非常に大きい曲げ弾性率及び衝撃強度を有する。
【００２２】
図１Ａは、中実のコアフィラメント１０２と、１つ又はそれ以上の外部の包まれるマルチフィラメント１０１とを有するストリング１００の断面である。図１Ｂは、中実のコアフィラメント１０２と、１つ又はそれ以上の外部の包まれるマルチフィラメント１０１と、被覆１０３と、を有するストリング１５０の一実施形態の断面である。
【００２３】
被覆にさらされるストリングは、１つ又はそれ以上の外部の包まれるマルチフィラメントを有する１つの中実のコアフィラメントを有する。潤滑化されたナノ複合材被覆は、２４０℃から２８０℃の範囲の温度で押出処理によって製造される。一実施形態では、磨耗抵抗複合材被覆の厚さは、５０から１００マイクロメートルである得る。図３に記載された複合材＃１を用いて被覆されたストリングは、ラケット、例えばテニスのラケットなどのネットを製造するために使用され得る。被覆されたストリングは、ラケットに張られ、ボールを打つことによってそれらの磨耗抵抗用に試験された。比較試験は、市販のニートＮ６が張られたラケットを用いて行われた。耐久性、従って潤滑ナノ複合材＃１が被覆されたストリングの寿命は、ニートＮ６が被覆されたストリングより１２％以上良好であることが示された。
【００２４】
図４は、ここに実施形態に従って製造されたストリングを用いるのに適切な例示的なスポーツラケット４００を示す。ラケットヘッド４０２は、ラケットのネットを形成するパターンを覆ってストリングが張られた。ラケットハンドル４０３は、ラケットグリップ４０４をラケットヘッド４０２に結合する。
【００２５】
本発明の多くの実施形態が記載されている。それにもかかわらず、様々な修正が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることは理解されるだろう。例えば、潤滑層が被覆される前にバッファ層が使用され得る。バッファ層は、ストリングの潤滑化されたナノ複合材被覆の付着を促進するために使用され得る。バッファ層として使用される材料は、他のタイプのＮ６、または、潤滑化されたナノ複合材とストリング材料の両方と適合性のある図３に記載された潤滑化された複合材の１つを含み得る。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ストリング
１０１  外部の包まれるマルチフィラメント
１０２  コアフィラメント
１０３  潤滑化されたナノ複合材被覆
１５０  ストリング
４００  スポーツラケット
４０１  ネット
４０２  ラケットヘッド
４０３  ラケットハンドル
４０４  ラケットグリップ
【図１Ａ】
2010519402.tif 000003
【図１Ｂ】
2010519402.tif 000004
【図２】
2010519402.tif 000005
【図３】
2010519402.tif 000006
【図４】
2010519402.tif 000007
【国際調査報告】
2010519402.tif 000008
2010519402.tif 000009
2010519402.tif 000010