用於景觀和體育的簇狀結構的製作方法

2024-02-24 06:46:15 1

本發明涉及模擬自然生草的表面，更具體而言，涉及簇狀結構，例如模仿自然生草的體積效果和密度的人工草皮，還涉及這種草皮的製造。

背景技術：

人工草皮，也稱作合成草，它是一種合成纖維的表面，製造該表面使其看起來像自然生草。該人工草皮最常用於體育應用。但是，現在也將其用於住宅草坪和景觀設計。人工草皮能夠經受重度使用並且不需要灌溉或修剪。圓頂體育場、室內體育場和半室內體育場可能需要人工草皮，原因在於草難以獲得足夠的陽光以維持健康。但是，現有的人工草皮仍然無法提供自然生草表面的出色的衝擊吸收性質，並且不足以模仿自然生草的體積效果。

新一代的人工草皮通常由UV強化的聚丙烯纖維或聚乙烯纖維製成，所述纖維形成簇狀的編織合成第一襯墊，該第一襯墊在與表面纖維相對的一側接收覆層或疊層形式的第二襯墊，以使草皮具有尺寸穩定性並幫助纖維結合。

當安裝後，通常在草皮的表面(即草的「葉片」)施加一層砂以加強排水，以及/或施加一層低溫橡膠顆粒以幫助草皮保持更為垂直的取向並提供衝擊吸收性。

填充物通常使人工草皮具有壓重物和結構，幫助纖維直立並在踏上草皮時提供「緩衝」效果。這保護簇狀纖維的根部。

目前，無填充物人工草皮是指那些草絲高度低、橫向簇密度(列之間的距離)窄且縱向簇密度高的人工草皮型號。在不含這種填充物的情況下使用的人工草皮通常由更短、更緻密的聚乙烯纖維製成，所述纖維甚至包括更短的捲曲纖維以使草簇保持模仿草葉片的直立狀態。一些無填充物體系在草皮下提供墊體，以提供緩衝。

由於人工草皮持續增長的家用和商用應用數量，尋求具有改善的性質而越來越像自然生草的人工草皮，如以下示例所述。

GB 1,154,842公開了隆起、成簇並連接的纖維狀結構。將具有所需重量和結構的纖維狀網置於另一個這種網的頂部，然後在傳統單床針織機中對組裝纖維狀結構進行針刺。在針織機的一個通道上，一個纖維狀網中的纖維被針攜帶穿過其他作為基底層的纖維狀網，並控制針的穿透，從而確保對齊的纖維穿過基底層並伸出表面，成為纖維簇。

WO 2001/37657 A1公開了垂直排水、橡膠填充的合成草皮。該垂直排水合成草皮包含多孔性土工織物(geotextile)膜，所述膜固定在開放的分層聚集層和砂層之間。該合成草皮還包括絨線織物，所述絨線織物包含多個絨線元件，所述絨線元件在開放分層聚集層上形成簇狀的編織或非編織襯墊。由彈性顆粒(優選高密度和低密度橡膠的混合物)構成的填充層散布在絨線織物的絨線元件中。襯墊層可以只是非編織織物，可以是單層或多層的。合適的非編織、尺寸穩定的材料是聚酯/尼龍混紡的、紡紗連接的非編織材料。

WO 2012/125513 A1公開了一種用於控制腐蝕的合成地面覆蓋系統，其放置在地面上方，所述系統包括合成草，該合成草含有一種或多種土工織物與合成紗線成簇而形成的複合材料。該合成地面覆蓋物還包括一種施用在合成草上的砂/土壤填充壓重物，以及施用在砂/土壤填充物上的粘合劑，以在高速度的水剪切力下穩定砂/土壤填充物。該系統包括一種合成草皮，所述草皮包括襯墊和固定在襯墊上的合成草皮葉片。合成草的葉片成簇而形成基板或襯墊，其包含合成的編織或非編織織物。襯墊根據需要可以是單層襯墊或多層襯墊。可在基板上固定濾材以強化基板並更好地固定合成草的葉片。優選地，所述至少一片過濾織物還可包含非編織合成織物。

由於在越來越多的應用中使用更多的人工草皮和更少的自然生草以覆蓋地面，提供對生態友好的人工草皮也變得越來越重要。

技術實現要素：

由以上可知，對更逼真模仿自然生草的簇狀結構存在需求。

本發明目的在於提供簇狀結構，例如用於景觀和體育應用的人工草皮，其 更逼真地模仿自然生草的根部區域、體積效果和密度，並且具有提高的耐磨性質和排水性質。

本發明的實施方式的一個優勢在於提供具有互連纖維層的人工草皮，特別是以機械方式互連的纖維層，其起自然生草的根部區域的作用，幫助簇狀物的絨頭紗線直立，並且保護簇狀物的彎曲點從而可以不使用填充物。互連纖維層使纖維能夠移動，從而可顯著減少表面的壓縮，因而減少表面的硬化。

本發明的實施方式的另一個優勢在於，簇狀結構可由能夠完全回收的材料製成，從而減少廢棄物的數量，所述廢棄物目前需要在垃圾填埋場丟棄。

本發明的實施方式的另一個優勢在於，當作為人工草皮安裝時，使得表面的水容易地從所有方向排至簇狀結構下的地面。

本發明的實施方式的另一個優勢在於，提供具有互連纖維層的人工草皮，用於使不平坦/多巖石土壤變得平整。

本發明的實施方式的另一個優勢在於提供具有互連纖維層的簇狀結構，其具有衝擊吸收性質，從而使人工草皮更具天然觸感。

根據本發明的一個方面，用於景觀和體育應用的簇狀結構包含互連纖維層，所述互連纖維層由一種或多種天然和/或合成纖維製成。絨頭紗線嵌在互連纖維層中，所述絨頭紗線固定在所述互連纖維層上。所述互連纖維層的密度自互連纖維層的底部向頂部降低。

所述簇狀結構可以是人工草皮。通過提供互連纖維層(其可形成為非編織墊)，例如以機械方式互連的纖維層，一旦安裝，則表面的水能夠容易地排至人工草皮下的土壤。作為結果，根據本發明的有利的實施方式的人工草皮通過下層土壤的排水而快速乾燥。通過使用天然吸溼纖維和合成纖維的混合物，人工草皮的保水能力與現有已知的產品相比能夠得到提高。

根據本發明的優選實施方式，密度以恆定的比率降低。作為結果，所述層提供對簇狀物的結構支撐和衝擊吸收性，以使人工草皮更具天然觸感。

根據本發明的優選實施方式，互連纖維層包括下層和上層，下層固定在互連纖維層的底部，上層固定在下層的頂部，上層的纖維粗糙度大於下層。

在草皮用於地表面的普通用途時，本文一方面使用術語「上」和「頂部」，另一方面使用術語「下」和「底部」來根據其相對位置標明人工草皮的各個面或部 分。因此，「上」和「頂部」是指位於或靠近簇狀物的自由末端伸出的那一側的部分；「下」和「底部」是指位於或靠近相反一側的部分。

該實施方式還提供對簇狀物的結構支撐和衝擊吸收性，以使人工草皮具有天然觸感，同時使製造工藝具有效率，所述製造工藝起始於具有不同纖維粗糙度的兩片均勻的非編織墊。

根據本發明的優選實施方式，下層對絨頭紗線提供結構支撐。

根據本發明的優選實施方式，上層作為衝擊吸收層起作用且使人工草皮具有天然觸感。

根據本發明的優選實施方式，下層由纖維形成，所述纖維更具柔韌性並形成比構成上層的纖維更緻密的結構，下層的纖維的線性質量密度小於構成上層的纖維。

根據本發明的優選實施方式，下層的纖維的線性質量密度範圍為約3,3dtex～約110dtex。

根據本發明的優選實施方式，上層的纖維的線性質量密度範圍為約11dtex～約600dtex。

根據本發明的優選實施方式，上層更厚且纖維粗糙度大於下層。

根據本發明的優選實施方式，通過絨線針刺法在上層的上表面製作出填充紗線，所述填充紗線使得上層的上表面具有絨狀外觀，從而模仿自然生草的根部區域、提供緩衝並協助簇狀物的絨頭紗線直立。通過對上層的上表面實施絨線針刺，使得表面具有提供緩衝的蓬鬆結構。由於填充紗線協助絨頭紗線直立，根據本發明的有利實施方式的人工草皮不需要現有技術中常用的填充物。

根據本發明的優選實施方式，將互連纖維層製造成單片織物或兩片結合在一起的獨立織物。

根據本發明的優選實施方式，互連纖維層通過針刺法形成。

根據本發明的優選實施方式，互連纖維層由不多於八種不同類型的纖維構成。

根據本發明的優選實施方式，互連纖維層、絨頭紗線和將絨頭紗線固定在互連纖維層上的襯墊由對生態友好的材料製成，所述對生態友好的材料能夠被 機械拆解，從而能夠100％地回收。更有利的是選擇均勻的聚合物組分用於本發明的人工草皮的所有元件，以支持可回收性。

與上述考慮獨立的是，可通過用於景觀和體育應用的簇狀結構獲得類似的技術效果，所述簇狀結構包含由一種或多種天然和/或合成纖維製成的互連纖維層，且絨頭紗線嵌在互連纖維層中，並且絨頭紗線固定在互連纖維層上，其中，互連纖維層的厚度至少為3mm。此處所稱的厚度可根據歐洲標準EN1765進行測量。

根據本發明的一個方面，用於製造簇狀結構(例如用於景觀和體育應用的人工草皮)的方法包括以下步驟：

通過針刺法形成互連纖維層，所述互連纖維層的密度自互連纖維層的底部向頂部降低；通過絨線針刺法製作使互連纖維層的上表面延伸的填充紗線，從而使得互連纖維層的上表面具有絨狀外觀；在互連纖維層中嵌入絨頭紗線；和將絨頭紗線固定在互連纖維層的背面。

根據本發明的一個方面，用於製造簇狀結構(例如用於景觀和體育應用的人工草皮)的方法包括以下步驟：通過針刺法用多個天然和/或合成纖維形成下層；通過針刺法用多個天然和/或合成纖維形成上層，該上層的天然和/或合成纖維的線性質量密度高於下層的纖維，下層的結構比上層緻密；將上層置於下層的頂部以形成互連纖維層；通過絨線針刺法在上層的上表面製作填充紗線，從而使得上層的上表面具有絨狀外觀；在互連纖維層中嵌入絨頭紗線；和將絨頭紗線固定在互連纖維層的背面。

附圖說明

本發明的上述和其它特性、特徵和優勢會在下文詳細說明中結合附圖變得顯而易見，其通過示例說明本發明的原理。本說明書僅為了舉例，而不是限制本發明的範圍。下述引用的參考圖是指附圖。

圖1是根據本發明第一個優選實施方式的人工草皮的橫截面示意圖；和

圖2是根據本發明第二個優選實施方式的人工草皮的橫截面示意圖。

發明詳述

將就具體實施方式並參照某些附圖對本發明進行描述，但本發明並不受此限制，僅由權利要求書限定。權利要求書中的任何引用符號不應理解為限制本發明的範圍。描述的附圖僅是示意性的且是非限制性的。在附圖中，一些元素的尺寸可能被誇大且未按比例尺繪畫以用於說明目的。

本說明書和權利要求書中所用的術語「包含(包括，含有)」並不排除其他要素或步驟。當使用不定冠詞或定冠詞以指代單數名詞時，例如「一個」或「一種」，其包括該名詞的複數形式，除非另有具體說明。

說明書中提及的「一個實施方式」或「一種實施方式」表示連同實施方式描述的具體特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施方式中。因此，在說明書中各處出現的短語「在一個實施方式中」或「在一種實施方式中」不一定但可能全部都指代同一個實施方式。此外，具體特徵、結構或特性可以任何合適方式組合於一個或多個實施方式中，基於本公開內容，這對於本領域技術人員而言是顯而易見的。

類似地，應理解，在本發明的示例性實施方式的描述中，本發明的不同特徵有時組合於一個單一實施方式、附圖或其描述，這是為了簡化公開內容並幫助理解本發明的一個或多個不同方面。然而，本公開內容中的方法不應被理解為反映這樣一個意圖，即請求保護的本發明需要比各權利要求中明確引用的具有更多的特徵。並且，如同所附權利要求所反映的那樣，發明方面包括的特徵可能會少於前述公開的一個單一實施方式的全部特徵。因此，具體說明之後的權利要求將被明確地納入該具體說明，各權利要求本身基於本發明獨立的實施方式。

此外，當本文所述的一些實施方式包括一些但不包括其它實施方式中所包括的其它特徵時，不同實施方式的特徵的組合應意在包括在本發明範圍內，並且形成不同的實施方式，這應被本領域技術人員所理解。例如，在之後的權利要求中，所請求保護的任何實施方式可以任何組合形式使用。

本文的描述中闡述了眾多的具體細節。然而應理解，本發明的實施方式在實施時可不具有這些具體細節。在其它情況中，為了不混淆對該說明書的理解，沒有詳細描述眾所周知的方法、步驟和技術。

提供下述術語或定義僅用於幫助理解本發明。

本文所用術語「背面」是指互連纖維層中，與簇狀物的自由邊緣伸出的面相反的面。

如本文所用，術語「纖維粗糙度」定義為單位纖維長度的重量，且通常以單位mg/m或g/m表示。纖維粗糙度取決於纖維直徑、孔壁厚度、孔壁密度和纖維截面。高粗糙度值表示厚的纖維壁，使纖維堅硬而不可瓦解。具有低粗糙度值的薄壁纖維使纖維具有柔韌性並得到更為緻密的結構。纖維越粗糙則強度越大。

如本文所用，術語「tex(特克斯)」是指纖維的線性質量密度的衡量單位，定義為質量(g)/1000米。最常用的單位是分特(decitex)，縮寫為dtex，其表示質量(g)/10000米。當測量由多個纖維構成的物體時，有時使用術語「纖絲特克斯(filament tex)」，其指單個纖絲的質量(g)/1000米。

如本文所用，術語「成簇」是指一類紡織工藝，其中將細線嵌入承載基材。通過在襯墊織物中嵌入簇狀物(結合在基材上的多股細長紗線的短簇)來製造簇狀毯狀物，製作出具有切割邊緣和/或圈狀邊緣的絨狀表面。

如本文所用，術語「纖絲」是指天然纖維或合成纖維的單支連續的線絲。

如本文所用，術語「紗線」是指天然材料或合成材料的加捻或未加捻細線的連續的線絲。

如本文所用，術語「絨(絨線、絨狀)」是指毯狀物的可見表面(耐磨表面)，所述毯狀物由紗線或紗線簇狀物的直立末端以圈狀和/或切割狀配置構成。有時稱之為「面(face)」或「毛絨(nap)」。

如本文所用，術語「襯墊」是指施加在毯狀物背面的基板，用於增加尺寸穩定性並增強絨頭紗線的固定。

如本文所用，術語「非編織」是指以機械、熱或化學方式纏繞纖維而結合在一起的工程織物(片狀結構或網狀結構)。

如本文所用，術語「針刺法(針刺)」是指一種機械工藝，其中涉及數千根針，所述針使纖維取向和交叉以製作非編織織物。

參照圖1，根據本發明的優選實施方式說明了人工草皮10的橫截面示意圖。人工草皮10包括互連纖維層20(優選是以機械方式連接的)，襯墊30和多個簇狀物40。

互連纖維層20可形成為非編織墊的形式，所述非編織墊由一種或多種天然和/或合成纖維或紗線製成。互連纖維層20作為簇狀物40的載體。

如圖1所示，互連纖維層20可以是含有纖維混合物的單層。根據本發明的優選實施方式，形成互連纖維層20的纖維的粗糙度可從層20的底部向頂部增加。例如，粗糙度可以恆定的速率逐漸增加。

另外，如圖2所示，互連纖維層20可包括可見的兩層或多層，例如，結構層21和體積模擬層22。結構層21固定在互連纖維層20的底部，朝向與絨頭紗線41相反的方向。體積模擬層22固定在結構層21的頂部，朝向絨頭紗線41。在多個纖維層的情況下，互連纖維層被劃分為多種功能，例如，結構強化(層21)和體積模擬(層22)。

互連纖維層20可製造成單片織物的形式，或製造成結合在一起的兩片獨立織物的形式。根據本發明的優選實施方式，互連纖維層20通過針刺法形成。在該機械結合方法中，纖維通過氈針移動並在非編織結構中交叉。該工序增加纖維之間的摩擦力，從而強化非編織纖維。為區分非編織織物的結構，所述網可進一步使用安裝有結構叉(structuring fork)和冠形針的特殊機器來形成結構。表面的結構可形成為絨狀或稜線狀，或具有幾何或線性圖案。針刺法是對生態友好的技術，因為其能夠使用回收的材料，所述回收的材料包括來自聚對苯二甲酸乙二酯瓶的材料和由服裝再生的纖維，以及天然纖維。可使用其他技術來形成非編織織物，以得到互連纖維層20。

互連纖維層20可由多達八種不同類型的纖維構成。如果需要，各纖維均可具有不同的顏色。纖維的類型可包括吸溼纖維，例如椰殼纖維(coco)、棉、黃麻纖維、羊毛、人造絲或其他天然或合成纖維。纖維的類型可進一步包括合成纖維，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚醯胺(PA)和聚酯(PES)，或它們的組合。可對纖維進行處理，例如，使用抗藻劑(anti-algae)處理、使用除草劑處理、使用紫外穩定劑處理或使之抗靜電。所述纖維可以是熔融纖維。所述纖維還可包括礦物基纖維、動物基纖維或植物基纖維等。

如圖1所示，如果互連纖維層20形成為單層，則組合使用以下纖維的混合物：具有柔韌性且形成相對緻密結構的相對薄壁的纖維，因此具有相對較低的粗糙度值；堅硬且形成相對稀疏的結構的相對厚壁的纖維，因此具有相對較 低的粗糙度值。在本發明的示例性實施方式中，互連纖維層20的密度可從層20的底部向頂部逐漸增加。由此，纖維的粗糙度會逐漸從層20的底部向頂部增加。通過以所述方式設計互連纖維層20，提供對簇狀物40的結構支撐、對簇狀物40的彎曲點42的保護以及衝擊吸收性，以使人工草皮10更具天然觸感。

根據本發明的優選實施方式，如果互連纖維層20形成為單層，如圖2所示，則結構層21由相對薄壁的纖維形成，所述纖維具有柔韌性並形成相對緻密的結構。因此，選擇具有相對較低的線性質量密度(dtex值)的纖維用於結構層21。結構層21用於固定簇狀物40。結構層21提供人工草皮10的尺寸穩定性並保護簇狀物40的彎曲點42。結構層21的纖維的線性質量密度的範圍優選約3,3dtex～約110dtex，更優選約11dtex。

體積模擬層22由線性質量密度大於結構層21的纖維線性質量密度的纖維形成。體積模擬層22的纖維的線性質量密度的範圍優選約11dtex～約600dtex，更優選約110dtex。結果，體積模擬層22也具有高於結構層21的纖維粗糙度(單位纖維長度的重量)。高粗糙度值表示厚的纖維壁，使纖維堅硬而不可瓦解。因此，互連纖維層20的體積模擬層22比結構層21更厚且更為粗糙。選擇具有更高dtex值的纖維用於體積模擬層22，從而互連纖維層20能夠作為衝擊吸收層起作用，並使得人工草皮10具有天然觸感。

另外，通過針刺可使互連纖維層20的纖維具有絨狀效果，以模仿自然生草的根部區域的體積效果。由於機械針刺工藝，纖維被推出層20的上表面。可通過將非編織材料置於刷狀縫製基底(stitch base)上並在該縫製基底上對該非編織材料進行針刺來製備絨線針刺的非編織材料。採用該方法，則被針抓取的纖維被刺入所述針刺縫製基底的刷毛或薄層之間，因此採用該方法針刺的非編織材料具有絨狀外觀，其中纖維直立在表面上。

通過對互連纖維層20進行絨線針刺，製作了填充紗線23。填充紗線23被刺出互連纖維層20的非編織纖維狀墊，製作出類似自然生草的根部區域。填充紗線23使得互連纖維層20(朝向絨頭紗線41)的上表面具有蓬鬆的外觀並提供緩衝。填充紗線23還協助簇狀物40的絨頭紗線41直立。因此，根據本發明的優選實施方式的人工草皮10不需要現有的人工草皮中所常用的填充 物。

多股絨頭紗線41形成各個簇狀物40。簇狀物40是結合在基材和彎曲點42上的多股細長絨頭紗線41的短簇。簇狀物40嵌在互連纖維層20中。成簇一般通過以下步驟完成：在互連纖維層20中嵌入穿有絨頭紗線41的往復針以形成紗線的簇狀物40。彎針或針鉤(通常以時間關係和針一同運轉)的位置如下：當針在其穿過互連纖維層20的行程的極限點時彎針剛好位於針孔之上。當針到達該點時，彎針將絨頭紗線41從針上抓起並短暫保留。紗線圈或紗線的簇狀物40在針從互連纖維層20抽回的通道中產生。通常在線圈由於襯墊前進穿過穿針裝置而離開彎針時重複該過程。然後，可將線圈切割以形成切割絨線，例如，通過使用彎針和刀具的組合在成簇過程中切割線圈。

絨頭紗線41可由多達四種不同類型的紗線構成。如果需要，各紗線均可具有不同的顏色。絨頭紗線41可以是單纖絲、帶或它們的組合。絨頭紗線41的線性質量密度的範圍優選約400dtex～約3000dtex，更優選約1600dtex。簇狀物40中的絨頭紗線41的纖絲數量為2～10，優選為6。簇狀物的隔距(列之間的距離)為1/16」～1/2」，通常為3/8」、3/16」或1/8」。簇狀物的縱向簇密度為8/10cm～30/10cm，且優選12/10cm。

根據本發明的優選實施方式，如圖2所示，互連纖維層20的高度H3可以是約3mm～約15mm，更優選約8mm。填充紗線23可從互連纖維層20的上表面延伸，延伸高度H2可以是約1mm～約20mm，更優選約10mm。絨頭紗線41可從填充紗線23延伸約1mm～約20mm，更優選為10mm(高度H1)。人工草皮10的總高度H4可以是約10mm～約60mm，更優選約28mm。

襯墊30施加在互連纖維層20上，作為最後的完成步驟以將簇狀物強化固定在互連纖維層20上。根據本發明優選實施方式，襯墊30可以是被覆蓋的襯墊，例如，以粉末或熱熔塗層方式塗覆的聚乙烯(PE)襯墊。襯墊30可進一步是壓延襯墊或乳膠襯墊。

在最終操作中，互連纖維層20的背面或縫製表面被粘合劑塗覆，例如天然或合成的橡膠或樹脂乳膠或乳液或粉末或熱熔粘合劑，以強化簇狀物40在互連纖維層20上的鎖固或固定。使用這種方式進一步提高簇狀草皮10的尺寸穩定性，導致草皮的耐久性更好。可通過在最終操作中於簇狀互連纖維層20 上實施層壓來提供進一步的穩定性，例如，層壓由聚丙烯、聚乙烯或乙烯-丙烯共聚物或天然纖維(例如黃麻纖維)製成的熱塑性薄膜或編織或非編織織物。所述粘合劑將互連纖維層20結合在襯墊30上。

為了提供根據本發明的優選實施方式的對生態友好的人工草皮10，互連纖維層20、簇狀物40、襯墊30均可由可回收的材料製成，例如100％聚烯烴。

為完成本發明的實施方式的目的的其他設置對本領域技術人員而言將是顯而易見的。應理解，雖然針對本發明的裝置已討論了優選的實施方式、具體的構造和配置以及材料，但可以各種形式和細節做出各種改變或改進而不偏離本發明的範圍和精神。