人工草皮系統的製作方法
2023-04-26 07:25:31 1
專利名稱：人工草皮系統的製作方法
背景發明領域本發明涉及人工草皮，更特別地涉及一種編織人工草皮系統。
相關技術的描述已經開發了多種人工草皮系統，為各種運動和娛樂活動提供合成草皮比賽場地。人工草皮的一個例子包括一系統，其中纖維被叢生到一初級襯墊中。在叢生實施例中使用了多種紗線/纖維的組合。
公知的一種比賽場地包括一下層土面，一類似於草的絨毛纖維，及包含25到75體積百分比彈性顆粒和5到75體積百分比細沙的混合物的緊密頂部外皮。比賽場地包括一多細絲紗，該多細絲紗叢生到一紡織纖維襯墊中，形成具有類似於草的絨毛元件的絨毛纖維。適當的下層土面可包括混凝土或瀝青鋪道，緊密的粘土，或滾入普通鬆土中的石子。
至少由於叢生，現有技術中的草皮系統尤其會結構鬆散，且對於某些應用是不理想的。在將這些現有技術與下面描述的本發明進行比較後，本領域技術人員將明白現有技術中的許多問題和缺點。
發明概述本發明提供了一種非叢生的人工草皮。該人工草皮具有兩個面紗，其中一個是非織構化的，其中另一個是織構化的。該人工草皮最好是編織的，該非織構化面紗或絨毛高度超過約0.6英寸，最好是具有至少約1.0英寸的高度。使用中，織構化絨毛的高度大大低於非織構化絨毛的高度，最好至少比非織構化絨毛的高度低25％。用縫入紗將織構化和非織構化絨毛紗針織在一起，在這樣製成的人工草皮的加工方向形成多列紐結，將置入紗與該多列紐結互鎖而形成用於絨毛紗的底座。最好將一密封件粘貼到襯墊上，以增加尺寸穩定性。
已知根據本發明原理建造的草皮使用針織機，該針織機可容納超過1000個針，以生產出寬度約15英尺的人工草皮。裝配工藝比叢生更複雜。將絨毛紗和縫入紗插入針織針中。通過用於機器的一單獨進給機構將置入紗與絨毛和縫入紗互鎖。形成絨毛纖維的套並用一縱切機切斷。對針織後的草皮進行精整操作，其中粘貼一適當的密封材料，以滲透接觸點從而穩定結構。該工藝通常是通過穩定纖維並調節絨毛的熱處理來完成的。
根據本發明原理的草皮是用針織工藝製造的。這樣製成的人工草皮最好安裝在一下層土面上，該下層土面最好包括混凝土或瀝青鋪道，緊密粘土，石子，混合有土的石子，然後將更多的土或泡沫產品放置於下層土面上。最好在織構化和非織構化絨毛之中或周圍填充約為織構化絨毛高度的如沙和/或橡膠顆粒這樣的填充材料。
本發明的各方面可通過一種人工草皮實現，該人工草皮包括一第一面紗，一第二面紗，一置入紗和一縫入紗。至少由於形成織構化區域的原因，該第二面紗被織構化。通過將該第一面紗、第二面紗、置入紗和縫入紗針織在一起而形成一紐結。通過這種方式還形成一列紐結。當置入紗在至少兩列紐結之間延伸並被針織成將該至少兩列紐結固定在一起時，形成一襯墊。還將填充材料放置在襯墊頂部。
針對用於形成第一面紗、第二面紗、置入紗和縫入紗的材料類型有多種變化。所特別關心的是根據一些因素，如用於生產第一面紗的紡絲頭和生產用於由該紡絲頭擠壓的顆粒，而可能賦予第一面紗的不同類型的物理形狀和感覺。
本發明的各方面還可從生產人工草皮的方法中找到。該方法包括，但不必以這個順序，下列步驟通過一紡絲頭擠壓顆粒而形成延長的絲帶；將該延長絲帶織入已織構化的其它絲帶的混合物中，並針織縫入紗而形成紐結；切斷該延長絲帶而形成長度約為1英寸的平面紗；由該延長絲帶、其它絲帶和縫入紗形成多列紐結；將一置入紗織入該多列紐結中以結合該多列紐結，並產生用於人工草皮的襯墊，同時該結合還在襯墊頂部形成一織構化區域，該平面紗從該織構化區域向上延伸。
進一步參照下面的附圖和說明，本發明的其它方面將變得更加明白。
附圖簡介當結合下面的附圖考慮以下對附圖的詳細描述時，可獲得對本發明的更好的理解。
圖1是根據本發明原理建造的一示例性人工草皮的剖視圖；圖2是用於圖1中人工草皮的示例性絲帶的剖視圖；圖3是用於生產圖2中製造圖1中人工草皮用的絲帶的一示例性紡絲頭的平面圖；圖4是用於圖1中人工草皮的一示例性襯墊的簡圖；圖5是圖1中示例性人工草皮的剖視圖，其中還示出了一個泡沫板和一個下層土面；圖6表示根據本發明原理建造的一人工草皮的示例性針織襯墊；圖7A是可用於生產圖1中人工草皮的示例性紡絲頭的平面圖；圖7B是圖7A中紡絲頭尺寸的一示例性變形；圖7C是一示例性紡絲頭的平面圖，該紡絲頭是圖3中紡絲頭的另一種變形，並可用於生產圖1中的人工草皮；圖7D是一示例性紡絲頭的平面圖，該紡絲頭是圖3中紡絲頭的又一變形，並可用於生產圖1中的人工草皮。
附圖詳述圖1是根據本發明的原理建造的一示例性人工草皮100的剖面圖。人工草皮100建造成具有織入襯墊106中的平面紗102和織構化面紗104。襯墊106在圖4中作了更詳細的描述，但為了對人工草皮100進行一般和示例性的描述，應當注意，襯墊106是許多纖維的組合，這些纖維用於將平面紗102和織構化面紗104織入一用作人工草皮100的單塊材料中。儘管此處描述的織構化面紗104是織構化的，但並不要求是織構化的，而是在此處稱作「織構化的」以將其自身區別於平面紗102。
當人工草皮100的針織完成後，平面紗102和織構化面紗104從襯墊106向上延伸。襯墊106有時用其它類似的術語如「底座」來稱謂，但對於本公開，它將稱作襯墊106。當平面紗102和織構化面紗104織入襯墊106後，可在襯墊106上有一向人工草皮100提供更大穩定性和強度的覆蓋層/密封層(未圖示)。覆蓋層可包括丙烯酸、聚氨酯、乳膠漿中的至少一個或其某些組合，以有助於防止平面紗102和織構化面紗104不期望地從延長使用的人工草皮100脫離。
圖1中所公開實施例的一個期望的方面在於，人工草皮100是針織的而不是叢生的。儘管針織人工草皮100對人工草皮100的批量生產增加了複雜性，所公開實施例的發明人已經確定，針織人工草皮100的價值要勝過建造人工草皮100所需增加的複雜性帶來的缺點。所公開實施例的另一期望方面在於使用兩種單獨的紗，平面紗102和織構化面紗104，這兩種紗102和104以允許其它有利特徵在人工草皮100中實現的方式針織。在針織中使用兩種針，但針的數量的變化是可以想像的，如可以使用一個或多個針。
織構化面紗104經常稱作織構化區域且一般短於平面紗(即非織構化紗)102，從而提供了一個優選區域，其中放置沙或橡膠填充材料，以改變人工草皮100的整體結構，用於人工草皮100的特殊用途。在一個實施例中，織構化面紗104是一多細絲紗，具有2到20個端頭，最好是6到12個端頭。
在一個實施例中，織構化面紗104是通過將細絲穿過一蒸汽噴口，最好是向上穿過蒸汽噴口而製成的。射出的纖維裝填在一柱中，使纖維捲曲、扭彎和起皺。將纖維裝填在柱中，沿橫向方向抽空氣穿過該柱以冷卻細絲，扭彎、捲曲和起皺狀態的分子記憶被賦予織構化面紗104。此處針對其它附圖的說明描述了織構化面紗104和人工草皮100的其它特徵。
圖2是用於產生製造人工草皮100的平面紗102的一示例性絲帶200。如圖所示，絲帶200包括三個橢圓部分202、204和206。這些橢圓部分202、204和206分別由一窄段208和210聯接。窄段208聯接橢圓部分202和橢圓部分204，而窄段210聯接橢圓部分204和橢圓部分206。所示的一窄段212表示另外的橢圓部分(未圖示)與圖示的三個橢圓部分202、204和206聯接的可能性。
值得注意的是，絲帶200不是織構化的。因此當絲帶用於生產平面紗102時的標記是「平」。平面紗102有時稱作絨毛，絨毛紗，細絲，或者其它類似標記，但為了本公開的目的，此處稱作平面紗102。平面紗102是由絲帶200建造的，而絲帶200由通過紡絲頭擠壓出的顆粒形成。
圖3是用於生產絲帶200的一部分示例性紡絲頭300的平面視圖。如前所述，絲帶200被切割而產生用於生產人工草皮100的平面紗102。所示部分的紡絲頭300是用於生產絲帶200的紡絲頭的三分之一。生產絲帶200的紡絲頭具有三個孔，顆粒穿過該三個孔，使絲帶200成為具有三個橢圓部分202、204和206的一個連續纖維。當然，為了生產三個橢圓部分202、204和206，必須使用三部分所示部分的紡絲頭300。
所示部分的紡絲頭300包括一外殼302，該外殼302形成一用於顆粒穿過的孔304。所示孔302具有一鋸齒狀表面308，但可以具有此處針對說明書中的其它附圖討論的其它類型的表面。不考慮所使用的紡絲頭，絲帶200不是織構化的，並最終用於產生平面紗102。當該部分紡絲頭300被兩次複製時，用小孔305和306將複製部分的紡絲頭300聯接在一起，並形成共享小孔305和306的三個孔304。以這種方式，絲帶200被製成具有三個橢圓部分202、204和206的一個連續纖維。
顆粒(未圖示)最好是聚合或聚烯烴材料。例如，顆粒可以是聚乙烯，聚丙烯，聚對苯二甲酸丙二酯，各種共聚物等。顆粒還可以是尼龍材料，如尼龍6.6。顆粒可用各種化學製品製造，以產生不同的結構、顏色、物理性質等。當通過孔304及由小孔305和306聯接的類似孔時，形成了絲帶200，絲帶200有時稱作分段鋸齒橢圓(SSO)型的絲帶。紡絲頭中的小孔305和306產生了在這些點相應較細的絲帶200，這使絲帶適應斷裂、破損或分離，從而用單根絲帶200產生多頭。
當穿過一三孔紡絲頭擠出顆粒時產生的單根連續絲帶200與人工草皮100的其它紗一起針織，產生襯墊106(如針對圖4更詳細說明的)。當絲帶200被切割後稱作平面紗102。根據所需人工草皮100的草尺寸來切割絲帶200。例如，一般將平面紗102切割成顯得長於織構化面紗104。
如上所述，絲帶200的窄段208和210最好在平面紗104受到應力時，如當在人工草皮100上進行比賽時斷裂。當發生斷裂時，橢圓部分202、204和206變成單獨的細絲。以這種方式，雖然絲帶200作為單根細絲織入人工草皮100中，但在使用過程中變成多絲紗，即窄段208和210斷裂、破損或分離。
更一般地，當由窄段212引開後，絲帶可包含由窄段並排聯接的三個之外的橢圓部分。例如，橢圓部分的數量範圍可以是2到12個，最好是2到6個。橢圓部分提供剛性，使得平面紗102在安裝在下層土面上之後填加填充材料之前(如針對圖5描述的)幾乎垂直地站立。
圖4是用於人工草皮100的示例性襯墊400(如襯墊106)的簡圖。襯墊400包括由針織形成人工草皮100的不同的紗產生的多列紐結402。例如提供了置入紗404作為襯墊400的建造塊。將平面紗102和織構化紗104與縫入紗406打結在一起而形成成列的紐結402。縫入紗406圖示為白套，平面紗102和織構化紗104(絨毛紗)圖示為黑套。與平面紗102和織構化紗104相似，置入紗404和縫入紗406由多種不同材料構成並根據人工草皮100的期望用途而染色，例如可選擇聚酯、尼龍和聚烯烴。如本領域技術人員在閱讀了本公開後將理解的，上述纖維被針織而形成襯墊400。
圖5是示例性人工草皮100的剖視圖，其中還示出了一泡沫板502和一下層土面504。在所示實施例中，用本領域技術人員熟悉的標準聯接工序將泡沫板502安裝在下層土面504上。下層土面504可包括石子，土壤，石子和土壤的混合物，瀝青，混凝土或提供穩定地基的其它適當材料。泡沫板502和下層土面504通常根據人工草皮100的期望用途來選擇，有時單獨或整體稱作底基。底基可包括任意數量的不同材料，但一般從包含瀝青、石子和泡沫板的組中選擇。雖然沒有圖示，但可在襯墊頂部以接近織構化面紗104或區域深度的深度填加填充材料。填充材料一般是沙子和/或橡膠顆粒，但也可以是任何對在人工草皮100上進行的賽事適合的材料。在任何賽事中，材料都應具有彈性，並提供摩擦力減小的鞋附著力，從而當運動員在上面倒下或滑行時避免受傷。
圖6示出根據本發明原理建造的人工草皮的一示例性針織襯墊600。針織的人工草皮包括在圖1中詳細描述過的兩種類型紗，即平面紗和織構化面紗。人工草皮的襯墊600包括形成襯墊600一部分的數列紐結602。每個紐結通過將一縫入紗604和平面紗與織構化面紗中的至少一個縫在一起而形成。將一置入紗606與相鄰列的紐結602互鎖而提供了尺寸穩定性。因而將四根紗織在一起形成人工草皮的襯墊600平面紗(一般是尼龍)；織構化面紗(一般是聚乙烯)；縫入紗(一般是聚酯)604；以及置入紗(一般是聚酯)606。當然，如本領域技術人員在閱讀了本公開後可以理解的，縫入紗604和置入紗606可分別由相同或不同的材料建造。
圖7A是可用於生產人工草皮100的示例性紡絲頭700的平面圖。紡絲頭700被分成三個部分702、704和706，其中每個都是鋸齒形的。部分702和704由一延伸部708聯接，而部分704和706由一延伸部710聯接。紡絲頭700的圖中圖示了顆粒穿過而被擠出的多個孔。通過如紡絲頭700這樣的紡絲頭擠出顆粒而生產的絲帶基本上具有與紡絲頭700相同的截面特徵。延伸部708和710向絲帶提供了窄部分，當使用由用紡絲頭700生產的絲帶建造的人工草皮時，這些窄部分將斷裂。所生產的平面紗根據選擇用於擠壓的紡絲頭的類型而在結構上有所不同，但仍認為是「非織構化」紗。紡絲頭700生產的絲帶有時稱作「蝙蝠翼」。
圖7B是紡絲頭700尺寸的示例性變化的平面圖。示出了一個紡絲頭720，其中包括三個孔722、724和726。孔722、724和726基本上是相同的，並排定位並由延伸部728和730聯接。該實施例中，孔722和724由延伸部728聯接。延伸部728遠小於延伸部708，當延伸部728斷裂時在孔722和724的孔邊緣上留下數量少於延伸部708的絲帶。以相似的方式，孔724和726由延伸部730聯接。紡絲頭720的尺寸為人工草皮的結構提供了另一種變化。
圖7C是一示例性紡絲頭730的平面圖，該紡絲頭730是由部分紡絲頭300建造的紡絲頭的一個變形，並可用於生產人工草皮100。紡絲頭730有時稱作未分割的金剛石，類似於沒有尖角的加長金剛石。端部732和734被修改成打開，以允許紡絲頭730與另一紡絲頭如另一紡絲頭730聯接。另外，紡絲頭730可與其它類型的紡絲頭組合，如與紡絲頭720或700或其一部分組合。本領域技術人員在閱讀了本公開後可以設想並清楚不同類型紡絲頭的多種變形。
圖7D是一示例性紡絲頭740的平面圖，該紡絲頭740是部分紡絲頭300的又一個變形，並可用於生產人工草皮100。紡絲頭740經常被稱作帶肋的矩形，並生產粗度比紡絲頭730略大些的人工草皮。但根據所需要的紡絲頭組合，所生產的平面紗在人工草皮中不是感覺軟，就是感覺硬。例如，當紡絲頭之間角度很小或沒有角度地組合時，則人工草皮比紡絲頭之間有很大角度組合時硬；當用具有相當大鋸齒的紡絲頭生產用於平面紗的絲帶時，人工草皮並不是優選的滑行表面。紡絲頭的其它組合是可以設想的，並應根據人工草皮所期望的用途來選擇。
示例針織的尼龍人工草皮是用如用於平面紗的絲帶型分段鋸齒橢圓來製造的。平面紗為650但尼爾，有9個端頭。織構化面紗由尼龍材料製成，具有金剛石形狀的截面。織構化面紗420的重量是420但尼爾，有6個端頭。
將平面紗(分段鋸齒橢圓)、織構化面紗和由聚酯材料製造的縫入紗針織在一起，形成一紐結，因而形成多列紐結。用由聚酯材料製造的置入紗將多列紐結互鎖在一起。在接觸點將丙烯酸材料放置在該多列紐結上，從而增加尺寸穩定性。丙烯酸材料已經通過一爐在350°F溫度下以3英尺/分鐘的速度進行了熟化。
表1中的數據反映了從兩個原型樣本收集的數據。不同樣本的期望值範圍是不同的，例如，期望總重量在45-80盎司/平方碼，聚酯重量範圍是7.0-9.0盎司/平方碼，總紗線(絨毛)重量範圍是42.0-77.0盎司/平方碼，非織構化或平面紗的紗(絨毛)高度範圍是0.6-1.5英寸，每英寸的紐結(縱行)範圍是6.0-6.5，每英寸縫合線範圍是6.0-9.0，丙烯酸範圍是3.0-4.0盎司/平方碼。表1反映了兩種樣本的實際值。
表1
上面列出的各項以及所包括的信息並不是窮盡的，只是用於對本發明的人工草皮進行示例。特定的項目及特定實施例中所包括的信息取決於特定的實施及所包括的裝置和資源。儘管結合優選實施例對本發明的系統和方法進行了描述，但這並不是要限定於此處列出的具體形式，相反，期望覆蓋能夠合理地包括在由如下發明範圍所限定的本發明精神和範圍中的這些替換、修改和等同物。
權利要求
1.一種人工草皮，包括一第一面紗和一第二面紗，該第二面紗被織構化；一襯墊，該襯墊通過針織該第一面紗，第二面紗，一縫入紗和一置入紗而製成，使第一面紗呈現出長於第二面紗；一覆蓋層，該覆蓋層與該襯墊聯接，其中包括防止在人工草皮延長使用後紗線脫離；及一底基，該底基定位在襯墊下面，從而為人工草皮提供一穩定的底座。
2.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗在襯墊上方至少延伸1英寸。
3.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗從包含下列各項的組中選擇尼龍6.6，尼龍6，聚丙烯，聚乙烯，聚烯烴，共聚物，擠壓橡膠，及這些材料的混合物。
4.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗是一包含至少兩個由一窄段連接的元件的絲帶。
5.如權利要求4所述的人工草皮，其特徵在於，該窄段在人工草皮使用過程中斷裂，產生用於每個第一面紗的至少兩個單獨細絲。
6.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗具有類似於三個橢圓的截面，該三個橢圓首尾相連設置，以提供一個中央橢圓和兩個外部橢圓，其中該中央橢圓通過一窄段與每個外部橢圓相連，該窄段在使用過程中斷裂，產生用於第一面紗的三個單獨細絲。
7.如權利要求6所述的人工草皮，其特徵在於，每個橢圓具有一外表面，每個外表面為鋸齒形。
8.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，第二面紗中的織構化包括紗線在自身上捲曲、扭彎和起皺，使第二面紗不伸出其全部可能高度。
9.如權利要求8所述的人工草皮，其特徵在於，第二面紗具有其捲曲、扭彎和起皺狀態的分子記憶。
10.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，襯墊還包括與第一和第二面紗一起針織而形成多列紐結的縫入紗。
11.如權利要求10所述的人工草皮，其特徵在於，襯墊還包括用於將多列紐結織在一起而形成襯墊的置入紗。
12.如權利要求11所述的人工草皮，其特徵在於，襯墊還包括一覆蓋層，該覆蓋層具有形成於其中用於促進排水的孔。
13.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，填充材料的深度大約是第二面紗的深度。
14.如權利要求1所述的人工草皮，其特徵在於，還包括置於襯墊頂部的填充材料。
15.一種人工草皮，包括一第一面紗，一第二面紗，和一縫入紗，該第二面紗被織構化；一紐結，該紐結通過將第一面紗、第二面紗和縫入紗織在一起而形成，其中形成一列紐結；一襯墊，當一置入紗在至少兩列紐結之間延伸並被織成將該至少兩列紐結固定在一起時形成該襯墊；一覆蓋層，該覆蓋層粘結到該襯墊上以增強紐結的耐久性；及一底基，該底基定位在該襯墊下方，從而為人工草皮提供一穩定的底座。
16.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗呈現出長於第二面紗。
17.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第二面紗在第一面紗的底部產生一織構化區域。
18.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，還包括置於襯墊上的填充材料，該填充材料以對應於第二面紗的深度放置在襯墊上。
19.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗在襯墊上方至少延伸1英寸。
20.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第二面紗產生一大約二分之一英寸的織構化區域。
21.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，置入紗和縫入紗分別由從包含聚酯和玻璃纖維的組中選擇出的材料製造。
22.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第二面紗包括尼龍材料。
23.如權利要求15所述的人工草皮，其特徵在於，第一面紗包括尼龍材料。
24.一種用於形成人工草皮的方法，包括使顆粒擠壓通過一紡絲頭，形成一延長的絲帶；將該延長絲帶織入已織構化的其它絲帶的混合物中，並針織縫入紗而形成紐結；切斷該延長絲帶而形成長度約為1英寸的平面紗；由該延長絲帶、其它絲帶和縫入紗形成多列紐結；將一置入紗織入該多列紐結中以結合該多列紐結，並產生用於人工草皮的襯墊，同時該結合還在襯墊項部形成一織構化區域，該平面紗從該織構化區域向上延伸。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，由尼龍、染料和聚合材料的混合物製成顆粒。
26.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，該延長絲帶被分成至少兩個由至少一個窄部分聯接的較大部分，在人工草皮使用過程中當平面紗受到應力時該至少一個窄部分適當地斷裂。
27.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，還包括將襯墊安裝到一底基上。
28.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，還包括用適於人工草皮所期望用途的適當填充材料填充在第二面紗之中和周圍。
29.一種人工草皮，包括一第一面紗和一第二面紗；一襯墊，該襯墊通過針織該第一面紗，第二面紗，一縫入紗和一置入紗而製成，使第一面紗呈現出長於第二面紗；一覆蓋層，該覆蓋層與該襯墊聯接，其中包括防止在人工草皮延長使用後紗線脫離；及一底基，該底基定位在襯墊下面，從而為人工草皮提供一穩定的底座。
全文摘要
人工草皮包括一第一面紗，一第二面紗和一縫入紗。至少由於形成一如織構化區域的原因，該第二面紗在某些實施例中被織構化。通過將該第一面紗、第二面紗和縫入紗針織在一起而形成一紐結。通過這種方式還形成一列紐結。當置入紗在至少兩列紐結之間延伸並被針織成將該至少兩列紐結固定在一起時，形成一襯墊。一覆蓋層與該襯墊聯接，其中包括防止在人工草皮延長使用後紗線脫離。一底基定位在襯墊下面，從而為人工草皮提供一穩定的底座。
文檔編號E01C13/08GK1401036SQ01805015
公開日2003年3月5日 申請日期2001年2月13日 優先權日2000年2月14日
發明者裡德·J·西頓 申請人:西南娛樂工業公司