JP5914435B2 - ナイロン／グラフェン複合材料を採用した結束バンド、及びその作製方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年３月６日に出願された米国特許出願第１３／７８６６９７号及び２０１２年８月３０日に出願された米国仮出願第６１／６９４９６６号の優先権を主張し、それぞれの出願は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、改善された機械強度を有する結束バンドに関する。より具体的には、本発明は、ナイロン／グラフェン複合材料を採用した結束バンドを対象とする。

結束バンドはよく知られており、電線又はケーブル等の品の群を束ねる又は固定するために用いられ得る。典型的に、結束バンドは、ヘッドと、細長いテールと、それらの間の長手方向のストラップを含む。結束バンドのヘッドは、ストラップと係合可能で、ストラップをヘッドに固定するための固定要素を含む。

一般的に２種類の結束バンドがある。１つ目は、ワンピースの結束バンドである。ワンピースのバンドは、プラスチック材料、好ましくはナイロンから一体的に形成されており、ヘッド内部の成形歯止め、及びストラップ本体に形成された歯列を用いて、ストラップをテールに固定する。２つ目は、ツーピースの結束バンドである。ツーピースのバンドは、ナイロンヘッド及びストラップ本体を有する。ステンレススチールの返しが、ストラップに食い込むヘッドに埋め込まれ、ストラップを本体に固定する。

結束バンドの性能は、挿入力、すなわち、どれぐらいの力がストラップをヘッド内に挿入するのに必要とされるか、によって測定される。また、結束バンド性能は、その張力によって測定される。一般的に、結束バンドは、それらの保持張力（例えば、１８ポンド、５０ポンド、及び１２０ポンド）によって分類される。結束バンドの最大の破壊限界は、評価された保持張力の最大値の約１５０％である。

所望の張力を有することに加えて、望ましくは、結束バンドは、対象物を効率的に束ねるだけでなく、環境条件（例えば、氷）によって与えられる追加の力に耐えるための十分な伸びを有する。運悪く、ナイロン６，６マトリックスで作製される結束バンドは、より高い性能を達成するためには障害となるナイロン６，６材料の材料限界に由来する限定された機械強度を有する。

そのため、向上した保持張力及び／又は伸びを有する結束バンドが必要とされている。

本発明は、ナイロンとグラフェンとの複合材料を含む結束バンド、及びこのような結束バンドの作製方法を提供する。有利には、このような結束バンドは、ナイロン６，６マトリックスで形成された結束バンドと比較して、向上した保持張力を有するだけでなく、向上した伸びを有する。このように、改善された結束バンドは、より良く束を保持することが可能であり、且つ環境条件に由来して生じる追加の力に耐えることが可能である。

ヘッド内に挿入されたストラップを備え、結束バンドヘッドと延長されたストラップとを有する、本発明の結束バンドを断面で示す。

図１を参照すると、本発明の結束バンド１０が示される。結束バンド１０は、典型的には、当該技術分野で周知の方法で、電線又は電気ケーブル（図示しない）等の品の束を包み巻くために用いられる細長い成形プラスチック部である。ポリマーとグラフェンとの複合材料を含む結束バンド１０は、インドア及びアウトドアの両方の使用に適する。結束バンド１０は、その一端にヘッド１２を有し、ヘッド１２と一般的に平坦なストラップ１４との間の他端にテール１６を有する。提供された例示的な実施形態では、ヘッド１２は、結束バンド１０の一体部分として形成される。しかしながら、特定の用途では、結束バンド１０は、ヘッド１２がストラップ１４から独立して形成されるように構成され得る。

結束バンド１０のヘッド１２は、それを通してテール１６を挿入可能に適合し、第一方向“Ａ”にストラップ１４が移動する（その中でストラップ１４と共に示される）開口部１５を含む。結束バンド１０のヘッド１２は、ヘッド１２によって支持され、且つ開口部内へ伸びる固定装置１８を含む。固定装置は、ストラップ１４が第一方向“Ａ”に移動することを可能にし、第一方向と反対の、開口部からストラップ１４を引き抜こうとする第二方向“Ｂ”の実質的な移動を防ぐ。固定装置は、米国特許第５５１３４２１号明細書で示されるような金属性の返し、又は米国特許第７０１７２３７号明細書で示されるような一体に形成されたプラスチックの歯止めを含み得る。

ポリマー（例えば、ナイロン６，６）単独から形成された従来の結束バンドとは対照的に、本発明は、ポリマーとグラフェンとの複合材料を追加で含む結束バンドを提供する。複合材料の一実施形態では、ポリマーはナイロンである。より具体的には、ポリマーはナイロン６であり、且つグラフェンは化学的に官能基化されている。好ましくは、複合材料は、１質量％から２０質量％の量でグラフェンを含む。

一実施形態では、本発明の結束バンドは、ナイロン６，６樹脂、及び追加でポリマーとグラフェンとの複合材料を含む。好ましくは、ナイロン６，６樹脂は、工業用のナイロン６，６のグレードである。好ましい実施形態では、結束バンド中に存在するグラフェンの総量は、０．０１質量％から５質量％である。好ましい一実施形態では、グラフェンは、結束バンド中に１質量％以下の量で存在する。

一実施形態では、結束バンドは、２０％以上の伸びを示す。一実施形態では、結束バンドは、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引張強度で２０％以上の増加を示す。一実施形態では、結束バンドは、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引っ張り強度で３０％以上の増加を示す。特定の実施形態では、結束バンドは、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、（ｉ）２０％以上の伸び、及び（ｉｉ）引っ張り強度で２０％以上の増加、の両方を示す。特定の実施形態では、結束バンドは、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して（ｉ）２０％以上の伸び、及び（ｉｉ）引っ張り強度で３０％以上の増加、の両方を示す。

一般的に、結束バンドの作製方法は、（ａ）ポリマー／グラフェン複合材料を合成する複合技術、及び（ｂ）ナイロン６，６樹脂と（ａ）で複合されたポリマーグラフェン複合材料を採用する結束バンド製品を生成する成形プロセス技術を含んで提供される。

より具体的には、本発明は、以下の工程を含む結束バンドの作製方法を提供する。化学的に官能基化されたグラフェンを形成するために精製されたグラフェンを化学的に官能基化すること；複合材料が形成されるようにポリマー（例えば、ナイロン６分子鎖）と化学結合を形成するための、溶液組成、融体組成、及びｉｎ−ｓｉｔｕ合成技術の内から選択されたプロセスを介して、ポリマーマトリックス中に、化学的に官能基化されたグラフェンを、分散させること、ここで複合材料は１質量％から２０質量％の量のグラフェンを含む；粒子を形成するために複合材料を押し出し又は成形すること；ナイロン６，６樹脂と共に粒子を溶かすこと、且つ結束バンドを成形すること、ここで結束バンドは０．０１質量％から５質量％の量のグラフェンを含む。一実施形態では、結束バンドは、１質量％以下の量のグラフェンを含む。好ましくは、化学的に官能基化されたグラフェンは、ポリマーマトリックス中に均一に分散される。特定の実施形態では、複合材料の粒子は、ペレット、ビーズ、ディスク、不規則な形状、又はそれらの２つ以上の組み合わせである。特定の実施形態では、複合材料の粒子は、約０．１インチ（約０．２５４ｃｍ）のサイズである。特定の実施形態では、複合材料の粒子は、溶かす前にナイロン６，６樹脂と混合される。好ましくは、結束バンドは、当業者によく知られる標準的な射出成形機を用いた射出成形を介して形成される。

精製されたグラフェンは、当業者によく知られた方法を用いて化学的に官能基化される。同様に、ポリマーと化学的に官能基化されたグラフェンとの複合材料は、溶液組成、融体組成、又はｉｎ−ｓｉｔｕ合成技術等の、当業者によく知られたプロセスを用いて形成される。同様に、粒子を形成するための押出及び成形技術は、射出成形等の、結束バンドを形成するための成形技術のように、当業者によく知られている。

本発明は如何なる理論によっても限定されるものではないが、ポリマー／グラフェン複合材料中のグラフェンは、それとともに形成された結束バンドの性能を改善する補強材としての役割を果たすと考えられる。ポリマー結束バンド、特にナイロン６，６で作製された結束バンドは、意図された目的に関して十分な機械的強度を示すが、ナイロン６，６と、グラフェン及びナイロン６の複合材料とから形成される結束バンドは、強化された引っ張り強度及び伸びを示す。

当業者は、その広い発明概念から逸脱することなく、上述の実施形態の変形がなされ得ることを理解するであろう。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の精神及び範囲内にある変更を網羅することを意図している。

１０ 結束バンド
１２ ヘッド
１４ ストラップ
１５ 開口部
１６ テール
１８ 固定装置

Claims (14)

1. ナイロン、又はナイロン６からなる群から選択されたポリマーとグラフェンとの複合材料を含む結束バンドであって、
   前記グラフェンが、０．０１質量％から５質量％の量で前記結束バンド内に存在する、結束バンド。
2. ナイロン６，６樹脂をさらに含む、請求項１に記載の結束バンド。
3. 前記ポリマーがナイロンである、請求項１又は２に記載の結束バンド。
4. 前記ポリマーがナイロン６である、請求項１又は２に記載の結束バンド。
5. 前記グラフェンが化学的に官能基化されている、請求項１から４の何れか一項に記載の結束バンド。
6. 前記複合材料が、１質量％から２０質量％の量でグラフェンを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の結束バンド。
7. グラフェンが、１質量％以下の量で前記結束バンド内に存在する、請求項１から６の何れか一項に記載の結束バンド。
8. 前記結束バンドが、２０％以上の伸びを示す、請求項１から７の何れか一項に記載の結束バンド。
9. 前記結束バンドが、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引っ張り強度で２０％以上の増加を示す、請求項１から８の何れか一項に記載の結束バンド。
10. 前記結束バンドが、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引っ張り強度で３０％以上の増加を示す、請求項１から８の何れか一項に記載の結束バンド。
11. 前記結束バンドが、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引っ張り強度で２０％以上の増加を示す、請求項８に記載の結束バンド。
12. 前記結束バンドが、ナイロン６，６マトリックスから形成された結束バンドと比較して、引っ張り強度で３０％以上の増加を示す、請求項８に記載の結束バンド。
13. 化学的に官能基化されたグラフェンを形成するために、精製されたグラフェンを化学的に官能基化する段階と、
    複合材料が形成されるように、溶液組成、融体組成、及びｉｎ−ｓｉｔｕ合成技術の内から選択されたプロセスを介して、ナイロン又はナイロン６を含むポリマーマトリックス内に前記化学的に官能基化されたグラフェンを分散させる段階であって、前記複合材料が１質量％から２０質量％の量でグラフェンを含む段階と、
    粒子を形成するために前記複合材料を押し出し又は成形する段階と、
    ナイロン６，６樹脂と共に粒子を溶かす段階と、
    結束バンドを成形する段階であって、前記結束バンドが０．０１質量％から５質量％の量でグラフェンを含む段階と、を含む結束バンドの作製方法。
14. 前記結束バンドが、１質量％以下の量でグラフェンを含む、請求項１３に記載の方法。