人造草纖維以及包括這樣的纖維的人造草坪的製作方法

2023-04-30 03:38:21

專利名稱：人造草纖維以及包括這樣的纖維的人造草坪的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於人造草坪的單絲類型的合成纖維，所述合成纖維具有的寬度大於所述合成纖維的厚度。本發明還涉及一種至少由背襯構成的人造草坪，根據本發明的一個或更多合成纖維連附至所述背襯。
背景技術：
很多運動，例如曲棍球、網球、美式橄欖球等等，目前都在如介紹部分描述的人造草坪上進行，所述人造草坪包括如介紹部分描述的合成纖維。儘管參與運動的人在天然草地運動場上跌倒、進行滑鏟等的時候，由於天然草地具有柔軟使用表面而遭受較少的傷害， 但是，正是由於運動場被頻繁地使用(特別是用於上述運動)並且由於天氣條件的變化影響，這樣的運動場遭受大量的損害。另一方面，人造草坪需要較少的維護，並且與天然草地運動場比較能夠更加頻繁地使用。部分地出於這個原因，合成纖維必須具有特定性質，以便能夠經受它們由於更加頻繁使用而承受的負載。當前已知的合成纖維的缺點在於，在使用過程中它們傾向於相對於地面呈現平坦的定向。這就導致了人造草坪中所謂的「禿斑」，從而導致受傷的風險增大，等等。例如通過在合成纖維之間提供顆粒填充材料(例如沙或塑料材料的顆粒)，這個問題能夠得到部分解決。這些填充顆粒的存在導致人造草纖維的定向更加直立。此外，填充顆粒不僅提供了更軟的、減震並從而更不傾向於受傷的表面。此外，填充顆粒導致了改進的使用方式，從而使得在人造草坪上的使用方式將會儘可能地與天然草地上的使用方式相類似。在人造草坪中使用填充物具有若干缺點。不但這樣的人造草坪的安裝比天然草坪的安裝更加消耗勞動力，而且具有填充物的人造草坪也需要隨後的維護。顆粒填充物的初始均勻分布也可能會被頻繁的使用打亂。其結果是，特別是在人造草坪被非常頻繁使用的位置(例如在球門區域中)會出現幾乎不包含任何填充物的斑塊，這對於使用質量具有不利影響，但是其首先導致受傷的風險增大。上述問題的另一個解決方案是提高單絲的剛度，這可以通過改變化學成分和/或處理方法而實現。然而，這也是不合需要的，因為其會導致磨蝕性更強的人造草坪，受傷的風險增大。上述問題的另一個解決方案是改造合成纖維的幾何形狀，例如在文件US 2001/033902中或者在文件WO 2005/005730中提出的那樣。上述兩個專利都公開了包括剛度增強劑的纖維。然而，由於纖維的幾何形狀和剛度增強劑的位置，由於可能會在纖維中出現的材料應力的作用，獲得的合成纖維展現出開裂和/或斷裂的增大風險，這種材料應力例如是由使用過程中施加在纖維上的負載或者由溫度改變引起的。就這一點而言，進一步注意到US 2001/033902公開了一種複合絲纖維(也稱為復絲)，由於其幾何形狀和剛度增強劑的定向，其在複合纖維中特意製造了弱斷裂線。該纖維的意圖是開裂以產生多根絲纖維。在文件WO 2005/005730中公開了傾向於開裂和/或斷裂的類似的弱人造纖維。所述公布文件也公開了包括剛度增強劑的纖維，但是所述纖維由於其幾何形狀的原因而具有不合需要的破裂點或破裂線，例如在使用(滑鏟，等等)過程中施加在其上的負載或溫度改變的影響下，不合需要的材料應力可能在該破裂點或破裂線處產生。文件WO 2005/005731顯示了具有不規則橫截面的合成纖維的纖維幾何形狀。由於增厚(或變窄)部分(所謂的「脊柱」或「翹曲」)的存在，當負載施加在其上時必然會出現材料應力的集中，這可能會導致斷裂或開裂。文件US 3，940，522進一步顯示了一種纖維幾何形狀，其中合成纖維在中心具有增厚部分，所述增厚部分還位於纖維的一個側面上。在扭曲時，所述纖維幾何形狀將必然導致不合需要的材料應力，導致材料應力在增厚部分的位置積聚和集中。由於這個原因，根據文件US3，040, 522的纖維非常傾向於破裂和開裂，並且其不會「翹曲」，這與根據本發明的纖維不同。文件WO 2006/085751類似地顯示了所有種類的纖維幾何形狀，其中合成纖維在承受負載時不會翹曲，而是由於材料應力的不合需要的集中而產生斷裂或開裂。因此，與根據本發明的纖維比較，上述纖維幾何形狀具有的壽命較短。除此之外， 端部處的增厚部分使得根據本發明的纖維更加具有滑動友好性，從而使得運動場中的隊員遭受更少的傷害。

發明內容
準確地說，本發明的目的是，防止產生仍然傾向於開裂和斷裂的這樣的弱合成纖維，並且提供一種用於人造草坪的改進的合成纖維，該纖維具有充分的剛性還具有撓性，並且具有再次挺直的能力從而能夠承受使用期間的變化負載，並且該纖維還具有充分的抗磨性和滑動友好性，從而使得該纖維不易呈現平坦定向或者出現開裂或斷裂，此外，該纖維不會增大受傷的風險也不會對於使用特性產生不利影響。根據本發明，該合成纖維的特徵在於，該合成纖維具有一種曲線截面以及一定的厚度/寬度比，從而使得該合成纖維在承受外部負載時在局部產生翹曲。通過這種方式，防止了如同前述現有技術纖維那樣的纖維的不必要扭曲，從而使得纖維具有更長的壽命，並且防止了纖維的斷裂或開裂。根據本發明，在橫向方向上看，合成纖維在其自由端部具有增厚部分，從而增強其
剛度和挺直能力。更具體而言，所述增厚部分是圓的，從而使得該纖維的滑動友好性更好，
同時從該合成纖維到所述增厚部分的過渡是曲線的，從而防止該纖維出現不合需要的開 m農。從原理上說，根據本發明的合成纖維具有高抗撓剛度，所述抗撓剛度在纖維承受特定負載的時候會消失，使得該纖維能夠翹曲(並且彈回)。更具體而言，根據本發明的纖維具有曲線截面，該曲線截面的彎曲半徑的範圍在 0. 3mm和0. 7mm之間，更特別地在0. 45mm和0. 65mm之間。根據本發明，為了實現展現所需抗撓剛度但還具有一定程度的撓性的纖維，從而能夠承受使用期間的負載，合成纖維的厚度的範圍在0. 05mm和0. 15mm之間。此外，優選地，合成纖維的寬度的範圍在0. 5mm和1. 5mm之間。更具體而言，合成纖維具有希臘字母歐米伽(ω)的形狀，從而可以包容水分，例如在進行滑鏟時使得人造草坪更加具有使用者友好性並減少了受傷的風險。優選地，所述纖維由聚烯烴或聚醯胺製成，更特別地由聚丙烯或聚乙烯或共聚物製成，或者由上述聚合物的一種或多種的混合物製成。


現在將參考附圖對本發明進行更加具體的解釋，在附圖中圖1和圖2顯示了根據本發明的人造草運動纖維的不同實施方案；圖3顯示了一幅線圖；並且圖4和圖5示意性地顯示了包括根據本發明的合成纖維的人造草坪的幾個實施方案。為了更好地理解本發明，在以下對於附圖的描述中，同樣的元件將標有相同的附圖標記。
具體實施例方式在圖1中，附圖標記10表示根據本發明的合成纖維的第一實施方案。合成纖維10優選地是藉助於擠出工藝獲得的單絲。如圖1中清楚顯示的那樣，纖維10的寬度W大於厚度D (尤其是大於中心部分11的厚度)。如圖1中清楚顯示的那樣，纖維10具有曲線形狀，該曲線形狀具有0. 3mm和0. 7mm 之間的彎曲半徑R。特別地，所述彎曲半徑R的範圍在0. 45mm和0. 65mm之間。根據本發明，纖維的特性使其不但具有充分的柔性(reveliant)/撓性，而且其還具有抗撓剛度，從而其不會不必要地在人造草坪(人造草地運動場)中呈現平坦定向，纖維 10形成所述人造草坪的一部分(參見圖4和圖5)。具有相對較高抗撓剛度的合成纖維的缺點在於，在包括這樣的「硬」合成纖維的人造草坪上進行比賽的隊員並不認為運動場對於隊員是非常友好的。特別地，這樣的「硬」合成纖維很快就會導致受傷，特別是在其上進行滑鏟的時候。另一方面，在人造草坪上使用期間撓性纖維將會傾向於呈現平坦定向，因此，就草坪使用特性而言纖維的功能性將會失去。因為出現所述平坦纖維，在運動場上會形成堅硬的「禿」斑，其對於隊員而言也是有害的，並且其增大了受傷的風險。因此，本發明的目的是提供對於這一點的一個解決方案，根據本發明，下文中描述的纖維具有一定寬度/厚度比， 從而使得在使用人造草坪的過程中，纖維10在承受特定外部負載時將不再彎曲而是局部翹曲。這防止了合成纖維不必要地承受撓性應力。當合成纖維彎曲的時候，特別是當合成纖維由於在人工草坪上行走或比賽的人或者由於放置在其上的物體(例如椅子、桌子或平臺)而變平的時候，合成纖維中可能會出現過大的材料應力。撓性應力在合成纖維的合成材料中產生蠕變效應。所述蠕變效應導致纖維不合需要的扭曲，導致人造草地運動場中纖維的永久平坦定向。
根據本發明的合成纖維防止了這種現象出現，因為合成纖維在承受外部負載時不會彎曲(從而不會不合需要地扭曲)而只是在局部翹曲。在外部負載的影響下合成纖維的局部翹曲防止了纖維中的局部材料扭曲，這種扭曲會永久地改變纖維的形狀(也就是其平坦定向)，或者防止了由於所述不合需要的材料應力而使得纖維開裂。由於根據本發明的合成纖維10在外部負載的影響下將在局部翹曲，其保持了其彈性或挺直能力，導致人造草地運動場的限制改進的使用特性。更具體而言，合成纖維的特徵在於，翹曲效果將會出現在2mm的最小彎曲半徑和 IOmm的最大彎曲半徑。換言之，纖維的寬度/厚度比必須使其在承受外部負載時不會直接翹曲，因為這將意味著該纖維會缺乏彈性並且會立即呈現平坦定向。必要的是，根據本發明，當纖維承受外部負載時當纖維出現彎曲的時候，合成纖維必須能夠使得合成材料在中性線L的方向上移動。通過這種方式，防止了不合需要的材料應力在纖維中出現，所述應力可能會導致纖維的扭曲，這種扭曲對於纖維和人造草坪兩者的功能性會具有不合需要的效果。附圖標記L表示合成纖維的中性線，關於這一點應該注意到，合成材料的相等的量存在於中性線L的每一側。優選地，合成纖維必須由聚丙烯、聚乙烯或聚醯胺或共聚物製成，或者由上述聚合物的一種或多種的混合物製成，合成材料的選擇必須使得合成纖維在外部負載的影響下扭曲時始終保持在彈性扭曲範圍內。合成聚合物(共聚物)具有一定粘性範圍和彈性範圍， 兩個範圍之間的過渡表示為所謂的「屈服點」。也可以形成前述材料的混合物的合成纖維。在合成纖維的可能實施方案中，因此纖維可以由橡膠製成，其是永久彈性合成聚合物；或者由合成聚合物(共聚物)製成，其在承受負載時將保持在彈性範圍內並且其優選地具有高「屈服點」。在圖3中顯示了對於具有這樣的幾何形狀的合成纖維的需要，圖3是顯示了合成纖維的伸長的線圖，其繪製為水平軸線上的百分比與施加在合成纖維或合成聚合物上的力的關係。需要的是，這樣加載的合成纖維完全保持在圖中的標記X所表示的彈性範圍內。由標記D表示的合成纖維的厚度的範圍優選地在0. 05mm和0. 15mm之間，優選地在0. 08mm和0. IOmm之間。在這種情況下，這樣的纖維的寬度的範圍在0. 5mm和2. 5mm之間，優選地在1. Omm和1. 5mm之間。已經發現的是，在纖維優選地由聚乙烯製成的情況下， 這樣的寬度-厚度比展現出上述效果，纖維在外部負載的影響下不會永久扭曲，而是局部翹曲，因此這種翹曲必須出現在由圖3中的標記X表示的彈性範圍內。如圖1中清楚顯示的那樣，合成纖維10在其側面包括增厚部分在橫向方向上看)，所述增厚部分優選地是圓的。從而，根據本發明的合成纖維不僅具有不尖銳的側邊緣(這對於使用特性具有積極效果，特別是對於防止隊員在進行滑鏟或跌倒時受傷而言)，而且其還給纖維賦予了附加彈性，這種彈性對於纖維的挺直能力具有積極效果。在這裡還應該注意的是，增厚部分相對於中性線L是均勻分布的。優選地，增厚部分lh-12b的厚度的範圍在0. 15mm和0. 35mm之間，更加特別地在 0. 20mm和0. 25mm之間。還注意到，中心部分11和增厚部分之間的過渡13a_i;3b必須是曲線，以便防止該位置出現不合需要的材料應力並因此出現纖維的不合需要的開裂。
圖2顯示了另一個可選擇的實施方案，其中在剖視圖中看，合成纖維具有歐米伽形狀，該歐米伽的「腹部」由附圖標記Ha表示。如圖2中清楚顯示的那樣，這樣的歐米伽形狀的纖維10在承受外部負載時展現出功能性彈性。由於如上文所述的合適的寬度-厚度比，再加上特殊的歐米伽幾何形狀，歐米伽纖維10具有功能性彈性，這使得纖維能夠在負載的影響下彈回，另一方面，歐米伽幾何形狀提供了特定抗撓剛度，這種抗撓剛度抵抗合成材料的機械扭曲，然而相反地導致合成纖維在局部翹曲。在靜止時，圖2中顯示的合成纖維具有歐米伽形狀的纖維幾何形狀，以及具有彎曲半徑R的總體曲線或彎曲配置。在圖4中顯示了這樣的情形，其顯示了根據圖1的合成纖維10，更加特別地顯示了由於施加在纖維上的外部負載而出現的材料中的機械應力。附圖清楚地顯示了出現翹曲的中心區域20。圖5和圖6顯示了能夠使用根據本發明的合成纖維的人造草坪的幾個實施方案。 在這兩個附圖中，人造草坪包括背襯1，幾根合成纖維2 (對應於圖1、圖2和圖3中顯示的纖維10)在附圖標記3表示的位置例如通過簇絨法而連附至背襯1。擠出的合成纖維2可以單獨連附至背襯1，或者以一束(例如搓捻的)纖維的形式連附至背襯1。在另一個實施方案中，如圖6中所示，根據本發明的合成纖維可以是單絲。還是在該實施方案中，幾根單絲可以進行搓捻以形成一束，然後每一束都連附至背襯1。在圖6中， 背襯具有開放結構並且由支撐紗Ia-Ib的網格構成，合成纖維2連附至該支撐紗Ia-Ib的網格。
權利要求
1.一種合成纖維，為單絲類型，用於人造草坪中，其中所述合成纖維具有的寬度大於所述合成纖維的厚度，在橫向方向上看，所述合成纖維在其自由端部具有增厚部分，並且所述合成纖維具有一種曲線截面以及一定的厚度/寬度比，從而使得所述合成纖維在承受外部負載時在局部產生翹曲。
2.根據權利要求1所述的合成纖維，其特徵在於，所述增厚部分是圓的。
3.根據權利要求1或2所述的合成纖維，其特徵在於，從所述合成纖維到所述增厚部分的過渡是曲線的。
4.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，所述合成纖維具有歐米伽形狀。
5.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，所述曲線截面的彎曲半徑的範圍在0. 3mm和0. 7mm之間，特別是在0. 45mm和0. 65mm之間。
6.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，所述合成纖維的厚度的範圍在0. 05mm和0. 15mm之間。
7.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，所述合成纖維的寬度的範圍在0. 5mm和1. 5mm之間。
8.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，在橫向方向上看，所述合成纖維在其自由端部具有增厚部分。
9.根據前述權利要求的一項或多項所述的合成纖維，其特徵在於，所述合成纖維由聚烯烴或聚醯胺製成，或者由聚丙烯或聚乙烯製成。
10.一種由基底構成的人造草坪，根據本發明的一個或更多合成纖維連附至所述基底。
全文摘要
本發明涉及一種用於人造草坪的單絲類型的合成纖維，所述合成纖維具有的寬度大於所述合成纖維的厚度。本發明還涉及一種至少由背襯構成的人造草坪，根據本發明的一個或更多合成纖維連附至所述背襯。本發明的目的是，防止產生仍然傾向於開裂和斷裂的上述弱合成纖維，並且提供一種用於人造草坪的改進的合成纖維，該纖維具有充分的剛性還具有撓性，並且具有再次挺直的能力從而能夠承受使用期間的變化負載，並且該纖維還具有充分的抗磨性和滑動友好性，從而使得該纖維不易呈現平坦定向或者出現開裂或斷裂，此外，該纖維不會增大受傷的風險也不會對於使用特性產生不利影響。根據本發明，該合成纖維的特徵在於，該合成纖維具有一種曲線截面以及一定的厚度/寬度比，從而使得該合成纖維在承受外部負載時在局部產生翹曲。通過這種方式，防止了如同前述現有技術纖維那樣的纖維的不必要扭曲，從而使得纖維具有更長的壽命，並且防止了纖維的斷裂或開裂。
文檔編號D01D5/253GK102272383SQ201080004415
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者F·J·范德哈赫, M·H·奧爾德韋黑斯 申請人:騰凱特塞奧隆公司