CN102272383B - 人造草纤维以及包括这样的纤维的人造草坪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于人造草坪的单丝类型的合成纤维，所述合成纤维具有的宽度大于所述合成纤维的厚度。本发明还涉及一种至少由背衬构成的人造草坪，根据本发明的一个或更多合成纤维连附至所述背衬。本发明的目的是，防止产生仍然倾向于开裂和断裂的上述弱合成纤维，并且提供一种用于人造草坪的改进的合成纤维，该纤维具有充分的刚性还具有挠性，并且具有再次挺直的能力从而能够承受使用期间的变化负载，并且该纤维还具有充分的抗磨性和滑动友好性，从而使得该纤维不易呈现平坦定向或者出现开裂或断裂，此外，该纤维不会增大受伤的风险也不会对于使用特性产生不利影响。根据本发明，该合成纤维的特征在于，该合成纤维具有一种曲线截面以及一定的厚度/宽度比，从而使得该合成纤维在承受外部负载时在局部产生翘曲。通过这种方式，防止了如同前述现有技术纤维那样的纤维的不必要扭曲，从而使得纤维具有更长的寿命，并且防止了纤维的断裂或开裂。

Description

人造草纤维以及包括这样的纤维的人造草坪
技术领域
本发明涉及一种用于人造草坪的单丝类型的合成纤维，所述合成纤维具有的宽度大于所述合成纤维的厚度。
本发明还涉及一种至少由背衬构成的人造草坪，根据本发明的一个或更多合成纤维连附至所述背衬。
背景技术
很多运动，例如曲棍球、网球、美式橄榄球等等，目前都在如介绍部分描述的人造草坪上进行，所述人造草坪包括如介绍部分描述的合成纤维。尽管参与运动的人在天然草地运动场上跌倒、进行滑铲等的时候，由于天然草地具有柔软使用表面而遭受较少的伤害，但是，正是由于运动场被频繁地使用(特别是用于上述运动)并且由于天气条件的变化影响，这样的运动场遭受大量的损害。
另一方面，人造草坪需要较少的维护，并且与天然草地运动场比较能够更加频繁地使用。部分地出于这个原因，合成纤维必须具有特定性质，以便能够经受它们由于更加频繁使用而承受的负载。
当前已知的合成纤维的缺点在于，在使用过程中它们倾向于相对于地面呈现平坦的定向。这就导致了人造草坪中所谓的“秃斑”，从而导致受伤的风险增大，等等。
例如通过在合成纤维之间提供颗粒填充材料(例如沙或塑料材料的颗粒)，这个问题能够得到部分解决。这些填充颗粒的存在导致人造草纤维的定向更加直立。此外，填充颗粒不仅提供了更软的、减震并从而更不倾向于受伤的表面。此外，填充颗粒导致了改进的使用方式，从而使得在人造草坪上的使用方式将会尽可能地与天然草地上的使用方式相类似。
在人造草坪中使用填充物具有若干缺点。不但这样的人造草坪的安装比天然草坪的安装更加消耗劳动力，而且具有填充物的人造草坪也需要随后的维护。颗粒填充物的初始均匀分布也可能会被频繁的使用打乱。其结果是，特别是在人造草坪被非常频繁使用的位置(例如在球门区域中)会出现几乎不包含任何填充物的斑块，这对于使用质量具有不利影响，但是其首先导致受伤的风险增大。
上述问题的另一个解决方案是提高单丝的刚度，这可以通过改变化学成分和/或处理方法而实现。然而，这也是不合需要的，因为其会导致磨蚀性更强的人造草坪，受伤的风险增大。
上述问题的另一个解决方案是改造合成纤维的几何形状，例如在文件US 2001/033902中或者在文件WO 2005/005730中提出的那样。上述两个专利都公开了包括刚度增强剂的纤维。然而，由于纤维的几何形状和刚度增强剂的位置，由于可能会在纤维中出现的材料应力的作用，获得的合成纤维展现出开裂和/或断裂的增大风险，这种材料应力例如是由使用过程中施加在纤维上的负载或者由温度改变引起的。
就这一点而言，进一步注意到US 2001/033902公开了一种复合丝纤维(也称为复丝)，由于其几何形状和刚度增强剂的定向，其在复合纤维中特意制造了弱断裂线。该纤维的意图是开裂以产生多根丝纤维。
在文件WO 2005/005730中公开了倾向于开裂和/或断裂的类似的弱人造纤维。所述公布文件也公开了包括刚度增强剂的纤维，但是所述纤维由于其几何形状的原因而具有不合需要的破裂点或破裂线，例如在使用(滑铲，等等)过程中施加在其上的负载或温度改变的影响下，不合需要的材料应力可能在该破裂点或破裂线处产生。
文件WO 2005/005731显示了具有不规则横截面的合成纤维的纤维几何形状。由于增厚(或变窄)部分(所谓的“脊柱”或“翘曲”)的存在，当负载施加在其上时必然会出现材料应力的集中，这可能会导致断裂或开裂。
文件US 3,940,522进一步显示了一种纤维几何形状，其中合成纤维在中心具有增厚部分，所述增厚部分还位于纤维的一个侧面上。在扭曲时，所述纤维几何形状将必然导致不合需要的材料应力，导致材料应力在增厚部分的位置积聚和集中。由于这个原因，根据文件US3,040,522的纤维非常倾向于破裂和开裂，并且其不会“翘曲”，这与根据本发明的纤维不同。
文件WO 2006/085751类似地显示了所有种类的纤维几何形状，其中合成纤维在承受负载时不会翘曲，而是由于材料应力的不合需要的集中而产生断裂或开裂。
因此，与根据本发明的纤维比较，上述纤维几何形状具有的寿命较短。除此之外，端部处的增厚部分使得根据本发明的纤维更加具有滑动友好性，从而使得运动场中的队员遭受更少的伤害。
发明内容
准确地说，本发明的目的是，防止产生仍然倾向于开裂和断裂的这样的弱合成纤维，并且提供一种用于人造草坪的改进的合成纤维，该纤维具有充分的刚性还具有挠性，并且具有再次挺直的能力从而能够承受使用期间的变化负载，并且该纤维还具有充分的抗磨性和滑动友好性，从而使得该纤维不易呈现平坦定向或者出现开裂或断裂，此外，该纤维不会增大受伤的风险也不会对于使用特性产生不利影响。
根据本发明，该合成纤维的特征在于，该合成纤维具有一种曲线截面以及一定的厚度/宽度比，从而使得该合成纤维在承受外部负载时在局部产生翘曲。通过这种方式，防止了如同前述现有技术纤维那样的纤维的不必要扭曲，从而使得纤维具有更长的寿命，并且防止了纤维的断裂或开裂。
根据本发明，在横向方向上看，合成纤维在其自由端部具有增厚部分，从而增强其刚度和挺直能力。更具体而言，所述增厚部分是圆的，从而使得该纤维的滑动友好性更好，同时从该合成纤维到所述增厚部分的过渡是曲线的，从而防止该纤维出现不合需要的开裂。
从原理上说，根据本发明的合成纤维具有高抗挠刚度，所述抗挠刚度在纤维承受特定负载的时候会消失，使得该纤维能够翘曲(并且弹回)。
更具体而言，根据本发明的纤维具有曲线截面，该曲线截面的弯曲半径的范围在0.3mm和0.7mm之间，更特别地在0.45mm和0.65mm之间。
根据本发明，为了实现展现所需抗挠刚度但还具有一定程度的挠性的纤维，从而能够承受使用期间的负载，合成纤维的厚度的范围在0.05mm和0.15mm之间。
此外，优选地，合成纤维的宽度的范围在0.5mm和1.5mm之间。
更具体而言，合成纤维具有希腊字母欧米伽(ω)的形状，从而可以包容水分，例如在进行滑铲时使得人造草坪更加具有使用者友好性并减少了受伤的风险。
优选地，所述纤维由聚烯烃或聚酰胺制成，更特别地由聚丙烯或聚乙烯或共聚物制成，或者由上述聚合物的一种或多种的混合物制成。
附图说明
现在将参考附图对本发明进行更加具体的解释，在附图中：
图1和图2显示了根据本发明的人造草运动纤维的不同实施方案；
图3显示了一幅线图；并且
图4和图5示意性地显示了包括根据本发明的合成纤维的人造草坪的几个实施方案。
为了更好地理解本发明，在以下对于附图的描述中，同样的元件将标有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中，附图标记10表示根据本发明的合成纤维的第一实施方案。
合成纤维10优选地是借助于挤出工艺获得的单丝。如图1中清楚显示的那样，纤维10的宽度W大于厚度D(尤其是大于中心部分11的厚度)。
如图1中清楚显示的那样，纤维10具有曲线形状，该曲线形状具有0.3mm和0.7mm之间的弯曲半径R。特别地，所述弯曲半径R的范围在0.45mm和0.65mm之间。
根据本发明，纤维的特性使其不但具有充分的柔性(reveliant)/挠性，而且其还具有抗挠刚度，从而其不会不必要地在人造草坪(人造草地运动场)中呈现平坦定向，纤维10形成所述人造草坪的一部分(参见图4和图5)。
具有相对较高抗挠刚度的合成纤维的缺点在于，在包括这样的“硬”合成纤维的人造草坪上进行比赛的队员并不认为运动场对于队员是非常友好的。特别地，这样的“硬”合成纤维很快就会导致受伤，特别是在其上进行滑铲的时候。
另一方面，在人造草坪上使用期间挠性纤维将会倾向于呈现平坦定向，因此，就草坪使用特性而言纤维的功能性将会失去。因为出现所述平坦纤维，在运动场上会形成坚硬的“秃”斑，其对于队员而言也是有害的，并且其增大了受伤的风险。因此，本发明的目的是提供对于这一点的一个解决方案，根据本发明，下文中描述的纤维具有一定宽度/厚度比，从而使得在使用人造草坪的过程中，纤维10在承受特定外部负载时将不再弯曲而是局部翘曲。
这防止了合成纤维不必要地承受挠性应力。当合成纤维弯曲的时候，特别是当合成纤维由于在人工草坪上行走或比赛的人或者由于放置在其上的物体(例如椅子、桌子或平台)而变平的时候，合成纤维中可能会出现过大的材料应力。
挠性应力在合成纤维的合成材料中产生蠕变效应。所述蠕变效应导致纤维不合需要的扭曲，导致人造草地运动场中纤维的永久平坦定向。
根据本发明的合成纤维防止了这种现象出现，因为合成纤维在承受外部负载时不会弯曲(从而不会不合需要地扭曲)而只是在局部翘曲。
在外部负载的影响下合成纤维的局部翘曲防止了纤维中的局部材料扭曲，这种扭曲会永久地改变纤维的形状(也就是其平坦定向)，或者防止了由于所述不合需要的材料应力而使得纤维开裂。
由于根据本发明的合成纤维10在外部负载的影响下将在局部翘曲，其保持了其弹性或挺直能力，导致人造草地运动场的限制改进的使用特性。
更具体而言，合成纤维的特征在于，翘曲效果将会出现在2mm的最小弯曲半径和10mm的最大弯曲半径。换言之，纤维的宽度/厚度比必须使其在承受外部负载时不会直接翘曲，因为这将意味着该纤维会缺乏弹性并且会立即呈现平坦定向。
必要的是，根据本发明，当纤维承受外部负载时当纤维出现弯曲的时候，合成纤维必须能够使得合成材料在中性线L的方向上移动。通过这种方式，防止了不合需要的材料应力在纤维中出现，所述应力可能会导致纤维的扭曲，这种扭曲对于纤维和人造草坪两者的功能性会具有不合需要的效果。
附图标记L表示合成纤维的中性线，关于这一点应该注意到，合成材料的相等的量存在于中性线L的每一侧。
优选地，合成纤维必须由聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺或共聚物制成，或者由上述聚合物的一种或多种的混合物制成，合成材料的选择必须使得合成纤维在外部负载的影响下扭曲时始终保持在弹性扭曲范围内。合成聚合物(共聚物)具有一定粘性范围和弹性范围，两个范围之间的过渡表示为所谓的“屈服点”。也可以形成前述材料的混合物的合成纤维。
在合成纤维的可能实施方案中，因此纤维可以由橡胶制成，其是永久弹性合成聚合物；或者由合成聚合物(共聚物)制成，其在承受负载时将保持在弹性范围内并且其优选地具有高“屈服点”。在图3中显示了对于具有这样的几何形状的合成纤维的需要，图3是显示了合成纤维的伸长的线图，其绘制为水平轴线上的百分比与施加在合成纤维或合成聚合物上的力的关系。
需要的是，这样加载的合成纤维完全保持在图中的标记X所表示的弹性范围内。
由标记D表示的合成纤维的厚度的范围优选地在0.05mm和0.15mm之间，优选地在0.08mm和0.10mm之间。在这种情况下，这样的纤维的宽度的范围在0.5mm和2.5mm之间，优选地在1.0mm和1.5mm之间。已经发现的是，在纤维优选地由聚乙烯制成的情况下，这样的宽度-厚度比展现出上述效果，纤维在外部负载的影响下不会永久扭曲，而是局部翘曲，因此这种翘曲必须出现在由图3中的标记X表示的弹性范围内。
如图1中清楚显示的那样，合成纤维10在其侧面包括增厚部分12a-2b(在横向方向上看)，所述增厚部分优选地是圆的。从而，根据本发明的合成纤维不仅具有不尖锐的侧边缘(这对于使用特性具有积极效果，特别是对于防止队员在进行滑铲或跌倒时受伤而言)，而且其还给纤维赋予了附加弹性，这种弹性对于纤维的挺直能力具有积极效果。
在这里还应该注意的是，增厚部分相对于中性线L是均匀分布的。
优选地，增厚部分12a-12b的厚度的范围在0.15mm和0.35mm之间，更加特别地在0.20mm和0.25mm之间。还注意到，中心部分11和增厚部分12a-12b之间的过渡13a-13b必须是曲线，以便防止该位置出现不合需要的材料应力并因此出现纤维的不合需要的开裂。
图2显示了另一个可选择的实施方案，其中在剖视图中看，合成纤维具有欧米伽形状，该欧米伽的“腹部”由附图标记14a表示。
如图2中清楚显示的那样，这样的欧米伽形状的纤维10在承受外部负载时展现出功能性弹性。由于如上文所述的合适的宽度-厚度比，再加上特殊的欧米伽几何形状，欧米伽纤维10具有功能性弹性，这使得纤维能够在负载的影响下弹回，另一方面，欧米伽几何形状提供了特定抗挠刚度，这种抗挠刚度抵抗合成材料的机械扭曲，然而相反地导致合成纤维在局部翘曲。
在静止时，图2中显示的合成纤维具有欧米伽形状的纤维几何形状，以及具有弯曲半径R的总体曲线或弯曲配置。
在图4中显示了这样的情形，其显示了根据图1的合成纤维10，更加特别地显示了由于施加在纤维上的外部负载而出现的材料中的机械应力。附图清楚地显示了出现翘曲的中心区域20。
图5和图6显示了能够使用根据本发明的合成纤维的人造草坪的几个实施方案。在这两个附图中，人造草坪包括背衬1，几根合成纤维2(对应于图1、图2和图3中显示的纤维10)在附图标记3表示的位置例如通过簇绒法而连附至背衬1。挤出的合成纤维2可以单独连附至背衬1，或者以一束(例如搓捻的)纤维2a-2c的形式连附至背衬1。
在另一个实施方案中，如图6中所示，根据本发明的合成纤维可以是单丝。还是在该实施方案中，几根单丝可以进行搓捻以形成一束，然后每一束都连附至背衬1。在图6中，背衬具有开放结构并且由支撑纱1a-1b的网格构成，合成纤维2连附至该支撑纱1a-1b的网格。

Claims (11)

1.一种合成纤维，为单丝类型，用于人造草坪中，其中所述合成纤维具有的宽度大于所述合成纤维的厚度，在横向方向上看，所述合成纤维在其自由端部具有增厚部分，并在所述增厚部分之间具有基本上均匀的厚度，并且所述合成纤维具有一种曲线截面以及一定的厚度/宽度比，从而使得所述合成纤维在承受外部负载时在局部产生翘曲，且其中所述合成纤维为实心且均质的，其特征在于在横向方向上看所述合成纤维具有欧米伽形状。
2.根据权利要求1所述的合成纤维，其特征在于，所述增厚部分是圆的。
3.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，从所述合成纤维到所述增厚部分的过渡是曲线的。
4.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述曲线截面的弯曲半径的范围在0.3mm和0.7mm之间。
5.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维的厚度的范围在0.05mm和0.15mm之间。
6.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维的宽度的范围在0.5mm和1.5mm之间。
7.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维由聚烯烃制成。
8.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维由聚酰胺制成。
9.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维由聚丙烯制成。
10.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维由聚乙烯制成。
11.一种由基底构成的人造草坪，根据前述权利要求的任意一项所述的合成纤维连附至所述基底。
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