用于景观和体育的簇状结构的制作方法

本发明涉及模拟自然生草的表面，更具体而言，涉及簇状结构，例如模仿自然生草的体积效果和密度的人工草皮，还涉及这种草皮的制造。

背景技术：

人工草皮，也称作合成草，它是一种合成纤维的表面，制造该表面使其看起来像自然生草。该人工草皮最常用于体育应用。但是，现在也将其用于住宅草坪和景观设计。人工草皮能够经受重度使用并且不需要灌溉或修剪。圆顶体育场、室内体育场和半室内体育场可能需要人工草皮，原因在于草难以获得足够的阳光以维持健康。但是，现有的人工草皮仍然无法提供自然生草表面的出色的冲击吸收性质，并且不足以模仿自然生草的体积效果。

新一代的人工草皮通常由UV强化的聚丙烯纤维或聚乙烯纤维制成，所述纤维形成簇状的编织合成第一衬垫，该第一衬垫在与表面纤维相对的一侧接收覆层或叠层形式的第二衬垫，以使草皮具有尺寸稳定性并帮助纤维结合。

当安装后，通常在草皮的表面(即草的“叶片”)施加一层砂以加强排水，以及/或施加一层低温橡胶颗粒以帮助草皮保持更为垂直的取向并提供冲击吸收性。

填充物通常使人工草皮具有压重物和结构，帮助纤维直立并在踏上草皮时提供“缓冲”效果。这保护簇状纤维的根部。

目前，无填充物人工草皮是指那些草丝高度低、横向簇密度(列之间的距离)窄且纵向簇密度高的人工草皮型号。在不含这种填充物的情况下使用的人工草皮通常由更短、更致密的聚乙烯纤维制成，所述纤维甚至包括更短的卷曲纤维以使草簇保持模仿草叶片的直立状态。一些无填充物体系在草皮下提供垫体，以提供缓冲。

由于人工草皮持续增长的家用和商用应用数量，寻求具有改善的性质而越来越像自然生草的人工草皮，如以下示例所述。

GB 1,154,842公开了隆起、成簇并连接的纤维状结构。将具有所需重量和结构的纤维状网置于另一个这种网的顶部，然后在传统单床针织机中对组装纤维状结构进行针刺。在针织机的一个通道上，一个纤维状网中的纤维被针携带穿过其他作为基底层的纤维状网，并控制针的穿透，从而确保对齐的纤维穿过基底层并伸出表面，成为纤维簇。

WO 2001/37657 A1公开了垂直排水、橡胶填充的合成草皮。该垂直排水合成草皮包含多孔性土工织物(geotextile)膜，所述膜固定在开放的分层聚集层和砂层之间。该合成草皮还包括绒线织物，所述绒线织物包含多个绒线元件，所述绒线元件在开放分层聚集层上形成簇状的编织或非编织衬垫。由弹性颗粒(优选高密度和低密度橡胶的混合物)构成的填充层散布在绒线织物的绒线元件中。衬垫层可以只是非编织织物，可以是单层或多层的。合适的非编织、尺寸稳定的材料是聚酯/尼龙混纺的、纺纱连接的非编织材料。

WO 2012/125513 A1公开了一种用于控制腐蚀的合成地面覆盖系统，其放置在地面上方，所述系统包括合成草，该合成草含有一种或多种土工织物与合成纱线成簇而形成的复合材料。该合成地面覆盖物还包括一种施用在合成草上的砂/土壤填充压重物，以及施用在砂/土壤填充物上的粘合剂，以在高速度的水剪切力下稳定砂/土壤填充物。该系统包括一种合成草皮，所述草皮包括衬垫和固定在衬垫上的合成草皮叶片。合成草的叶片成簇而形成基板或衬垫，其包含合成的编织或非编织织物。衬垫根据需要可以是单层衬垫或多层衬垫。可在基板上固定滤材以强化基板并更好地固定合成草的叶片。优选地，所述至少一片过滤织物还可包含非编织合成织物。

由于在越来越多的应用中使用更多的人工草皮和更少的自然生草以覆盖地面，提供对生态友好的人工草皮也变得越来越重要。

技术实现要素：

由以上可知，对更逼真模仿自然生草的簇状结构存在需求。

本发明目的在于提供簇状结构，例如用于景观和体育应用的人工草皮，其 更逼真地模仿自然生草的根部区域、体积效果和密度，并且具有提高的耐磨性质和排水性质。

本发明的实施方式的一个优势在于提供具有互连纤维层的人工草皮，特别是以机械方式互连的纤维层，其起自然生草的根部区域的作用，帮助簇状物的绒头纱线直立，并且保护簇状物的弯曲点从而可以不使用填充物。互连纤维层使纤维能够移动，从而可显著减少表面的压缩，因而减少表面的硬化。

本发明的实施方式的另一个优势在于，簇状结构可由能够完全回收的材料制成，从而减少废弃物的数量，所述废弃物目前需要在垃圾填埋场丢弃。

本发明的实施方式的另一个优势在于，当作为人工草皮安装时，使得表面的水容易地从所有方向排至簇状结构下的地面。

本发明的实施方式的另一个优势在于，提供具有互连纤维层的人工草皮，用于使不平坦/多岩石土壤变得平整。

本发明的实施方式的另一个优势在于提供具有互连纤维层的簇状结构，其具有冲击吸收性质，从而使人工草皮更具天然触感。

根据本发明的一个方面，用于景观和体育应用的簇状结构包含互连纤维层，所述互连纤维层由一种或多种天然和/或合成纤维制成。绒头纱线嵌在互连纤维层中，所述绒头纱线固定在所述互连纤维层上。所述互连纤维层的密度自互连纤维层的底部向顶部降低。

所述簇状结构可以是人工草皮。通过提供互连纤维层(其可形成为非编织垫)，例如以机械方式互连的纤维层，一旦安装，则表面的水能够容易地排至人工草皮下的土壤。作为结果，根据本发明的有利的实施方式的人工草皮通过下层土壤的排水而快速干燥。通过使用天然吸湿纤维和合成纤维的混合物，人工草皮的保水能力与现有已知的产品相比能够得到提高。

根据本发明的优选实施方式，密度以恒定的比率降低。作为结果，所述层提供对簇状物的结构支撑和冲击吸收性，以使人工草皮更具天然触感。

根据本发明的优选实施方式，互连纤维层包括下层和上层，下层固定在互连纤维层的底部，上层固定在下层的顶部，上层的纤维粗糙度大于下层。

在草皮用于地表面的普通用途时，本文一方面使用术语“上”和“顶部”，另一方面使用术语“下”和“底部”来根据其相对位置标明人工草皮的各个面或部 分。因此，“上”和“顶部”是指位于或靠近簇状物的自由末端伸出的那一侧的部分；“下”和“底部”是指位于或靠近相反一侧的部分。

该实施方式还提供对簇状物的结构支撑和冲击吸收性，以使人工草皮具有天然触感，同时使制造工艺具有效率，所述制造工艺起始于具有不同纤维粗糙度的两片均匀的非编织垫。

根据本发明的优选实施方式，下层对绒头纱线提供结构支撑。

根据本发明的优选实施方式，上层作为冲击吸收层起作用且使人工草皮具有天然触感。

根据本发明的优选实施方式，下层由纤维形成，所述纤维更具柔韧性并形成比构成上层的纤维更致密的结构，下层的纤维的线性质量密度小于构成上层的纤维。

根据本发明的优选实施方式，下层的纤维的线性质量密度范围为约3,3dtex～约110dtex。

根据本发明的优选实施方式，上层的纤维的线性质量密度范围为约11dtex～约600dtex。

根据本发明的优选实施方式，上层更厚且纤维粗糙度大于下层。

根据本发明的优选实施方式，通过绒线针刺法在上层的上表面制作出填充纱线，所述填充纱线使得上层的上表面具有绒状外观，从而模仿自然生草的根部区域、提供缓冲并协助簇状物的绒头纱线直立。通过对上层的上表面实施绒线针刺，使得表面具有提供缓冲的蓬松结构。由于填充纱线协助绒头纱线直立，根据本发明的有利实施方式的人工草皮不需要现有技术中常用的填充物。

根据本发明的优选实施方式，将互连纤维层制造成单片织物或两片结合在一起的独立织物。

根据本发明的优选实施方式，互连纤维层通过针刺法形成。

根据本发明的优选实施方式，互连纤维层由不多于八种不同类型的纤维构成。

根据本发明的优选实施方式，互连纤维层、绒头纱线和将绒头纱线固定在互连纤维层上的衬垫由对生态友好的材料制成，所述对生态友好的材料能够被 机械拆解，从而能够100％地回收。更有利的是选择均匀的聚合物组分用于本发明的人工草皮的所有元件，以支持可回收性。

与上述考虑独立的是，可通过用于景观和体育应用的簇状结构获得类似的技术效果，所述簇状结构包含由一种或多种天然和/或合成纤维制成的互连纤维层，且绒头纱线嵌在互连纤维层中，并且绒头纱线固定在互连纤维层上，其中，互连纤维层的厚度至少为3mm。此处所称的厚度可根据欧洲标准EN1765进行测量。

根据本发明的一个方面，用于制造簇状结构(例如用于景观和体育应用的人工草皮)的方法包括以下步骤：

通过针刺法形成互连纤维层，所述互连纤维层的密度自互连纤维层的底部向顶部降低；通过绒线针刺法制作使互连纤维层的上表面延伸的填充纱线，从而使得互连纤维层的上表面具有绒状外观；在互连纤维层中嵌入绒头纱线；和将绒头纱线固定在互连纤维层的背面。

根据本发明的一个方面，用于制造簇状结构(例如用于景观和体育应用的人工草皮)的方法包括以下步骤：通过针刺法用多个天然和/或合成纤维形成下层；通过针刺法用多个天然和/或合成纤维形成上层，该上层的天然和/或合成纤维的线性质量密度高于下层的纤维，下层的结构比上层致密；将上层置于下层的顶部以形成互连纤维层；通过绒线针刺法在上层的上表面制作填充纱线，从而使得上层的上表面具有绒状外观；在互连纤维层中嵌入绒头纱线；和将绒头纱线固定在互连纤维层的背面。

附图说明

本发明的上述和其它特性、特征和优势会在下文详细说明中结合附图变得显而易见，其通过示例说明本发明的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本发明的范围。下述引用的参考图是指附图。

图1是根据本发明第一个优选实施方式的人工草皮的横截面示意图；和

图2是根据本发明第二个优选实施方式的人工草皮的横截面示意图。

发明详述

将就具体实施方式并参照某些附图对本发明进行描述，但本发明并不受此限制，仅由权利要求书限定。权利要求书中的任何引用符号不应理解为限制本发明的范围。描述的附图仅是示意性的且是非限制性的。在附图中，一些元素的尺寸可能被夸大且未按比例尺绘画以用于说明目的。

本说明书和权利要求书中所用的术语“包含(包括，含有)”并不排除其他要素或步骤。当使用不定冠词或定冠词以指代单数名词时，例如“一个”或“一种”，其包括该名词的复数形式，除非另有具体说明。

说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”表示连同实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定但可能全部都指代同一个实施方式。此外，具体特征、结构或特性可以任何合适方式组合于一个或多个实施方式中，基于本公开内容，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

类似地，应理解，在本发明的示例性实施方式的描述中，本发明的不同特征有时组合于一个单一实施方式、附图或其描述，这是为了简化公开内容并帮助理解本发明的一个或多个不同方面。然而，本公开内容中的方法不应被理解为反映这样一个意图，即请求保护的本发明需要比各权利要求中明确引用的具有更多的特征。并且，如同所附权利要求所反映的那样，发明方面包括的特征可能会少于前述公开的一个单一实施方式的全部特征。因此，具体说明之后的权利要求将被明确地纳入该具体说明，各权利要求本身基于本发明独立的实施方式。

此外，当本文所述的一些实施方式包括一些但不包括其它实施方式中所包括的其它特征时，不同实施方式的特征的组合应意在包括在本发明范围内，并且形成不同的实施方式，这应被本领域技术人员所理解。例如，在之后的权利要求中，所请求保护的任何实施方式可以任何组合形式使用。

本文的描述中阐述了众多的具体细节。然而应理解，本发明的实施方式在实施时可不具有这些具体细节。在其它情况中，为了不混淆对该说明书的理解，没有详细描述众所周知的方法、步骤和技术。

提供下述术语或定义仅用于帮助理解本发明。

本文所用术语“背面”是指互连纤维层中，与簇状物的自由边缘伸出的面相反的面。

如本文所用，术语“纤维粗糙度”定义为单位纤维长度的重量，且通常以单位mg/m或g/m表示。纤维粗糙度取决于纤维直径、孔壁厚度、孔壁密度和纤维截面。高粗糙度值表示厚的纤维壁，使纤维坚硬而不可瓦解。具有低粗糙度值的薄壁纤维使纤维具有柔韧性并得到更为致密的结构。纤维越粗糙则强度越大。

如本文所用，术语“tex(特克斯)”是指纤维的线性质量密度的衡量单位，定义为质量(g)/1000米。最常用的单位是分特(decitex)，缩写为dtex，其表示质量(g)/10000米。当测量由多个纤维构成的物体时，有时使用术语“纤丝特克斯(filament tex)”，其指单个纤丝的质量(g)/1000米。

如本文所用，术语“成簇”是指一类纺织工艺，其中将细线嵌入承载基材。通过在衬垫织物中嵌入簇状物(结合在基材上的多股细长纱线的短簇)来制造簇状毯状物，制作出具有切割边缘和/或圈状边缘的绒状表面。

如本文所用，术语“纤丝”是指天然纤维或合成纤维的单支连续的线丝。

如本文所用，术语“纱线”是指天然材料或合成材料的加捻或未加捻细线的连续的线丝。

如本文所用，术语“绒(绒线、绒状)”是指毯状物的可见表面(耐磨表面)，所述毯状物由纱线或纱线簇状物的直立末端以圈状和/或切割状配置构成。有时称之为“面(face)”或“毛绒(nap)”。

如本文所用，术语“衬垫”是指施加在毯状物背面的基板，用于增加尺寸稳定性并增强绒头纱线的固定。

如本文所用，术语“非编织”是指以机械、热或化学方式缠绕纤维而结合在一起的工程织物(片状结构或网状结构)。

如本文所用，术语“针刺法(针刺)”是指一种机械工艺，其中涉及数千根针，所述针使纤维取向和交叉以制作非编织织物。

参照图1，根据本发明的优选实施方式说明了人工草皮10的横截面示意图。人工草皮10包括互连纤维层20(优选是以机械方式连接的)，衬垫30和多个簇状物40。

互连纤维层20可形成为非编织垫的形式，所述非编织垫由一种或多种天然和/或合成纤维或纱线制成。互连纤维层20作为簇状物40的载体。

如图1所示，互连纤维层20可以是含有纤维混合物的单层。根据本发明的优选实施方式，形成互连纤维层20的纤维的粗糙度可从层20的底部向顶部增加。例如，粗糙度可以恒定的速率逐渐增加。

另外，如图2所示，互连纤维层20可包括可见的两层或多层，例如，结构层21和体积模拟层22。结构层21固定在互连纤维层20的底部，朝向与绒头纱线41相反的方向。体积模拟层22固定在结构层21的顶部，朝向绒头纱线41。在多个纤维层的情况下，互连纤维层被划分为多种功能，例如，结构强化(层21)和体积模拟(层22)。

互连纤维层20可制造成单片织物的形式，或制造成结合在一起的两片独立织物的形式。根据本发明的优选实施方式，互连纤维层20通过针刺法形成。在该机械结合方法中，纤维通过毡针移动并在非编织结构中交叉。该工序增加纤维之间的摩擦力，从而强化非编织纤维。为区分非编织织物的结构，所述网可进一步使用安装有结构叉(structuring fork)和冠形针的特殊机器来形成结构。表面的结构可形成为绒状或棱线状，或具有几何或线性图案。针刺法是对生态友好的技术，因为其能够使用回收的材料，所述回收的材料包括来自聚对苯二甲酸乙二酯瓶的材料和由服装再生的纤维，以及天然纤维。可使用其他技术来形成非编织织物，以得到互连纤维层20。

互连纤维层20可由多达八种不同类型的纤维构成。如果需要，各纤维均可具有不同的颜色。纤维的类型可包括吸湿纤维，例如椰壳纤维(coco)、棉、黄麻纤维、羊毛、人造丝或其他天然或合成纤维。纤维的类型可进一步包括合成纤维，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)和聚酯(PES)，或它们的组合。可对纤维进行处理，例如，使用抗藻剂(anti-algae)处理、使用除草剂处理、使用紫外稳定剂处理或使之抗静电。所述纤维可以是熔融纤维。所述纤维还可包括矿物基纤维、动物基纤维或植物基纤维等。

如图1所示，如果互连纤维层20形成为单层，则组合使用以下纤维的混合物：具有柔韧性且形成相对致密结构的相对薄壁的纤维，因此具有相对较低的粗糙度值；坚硬且形成相对稀疏的结构的相对厚壁的纤维，因此具有相对较 低的粗糙度值。在本发明的示例性实施方式中，互连纤维层20的密度可从层20的底部向顶部逐渐增加。由此，纤维的粗糙度会逐渐从层20的底部向顶部增加。通过以所述方式设计互连纤维层20，提供对簇状物40的结构支撑、对簇状物40的弯曲点42的保护以及冲击吸收性，以使人工草皮10更具天然触感。

根据本发明的优选实施方式，如果互连纤维层20形成为单层，如图2所示，则结构层21由相对薄壁的纤维形成，所述纤维具有柔韧性并形成相对致密的结构。因此，选择具有相对较低的线性质量密度(dtex值)的纤维用于结构层21。结构层21用于固定簇状物40。结构层21提供人工草皮10的尺寸稳定性并保护簇状物40的弯曲点42。结构层21的纤维的线性质量密度的范围优选约3,3dtex～约110dtex，更优选约11dtex。

体积模拟层22由线性质量密度大于结构层21的纤维线性质量密度的纤维形成。体积模拟层22的纤维的线性质量密度的范围优选约11dtex～约600dtex，更优选约110dtex。结果，体积模拟层22也具有高于结构层21的纤维粗糙度(单位纤维长度的重量)。高粗糙度值表示厚的纤维壁，使纤维坚硬而不可瓦解。因此，互连纤维层20的体积模拟层22比结构层21更厚且更为粗糙。选择具有更高dtex值的纤维用于体积模拟层22，从而互连纤维层20能够作为冲击吸收层起作用，并使得人工草皮10具有天然触感。

另外，通过针刺可使互连纤维层20的纤维具有绒状效果，以模仿自然生草的根部区域的体积效果。由于机械针刺工艺，纤维被推出层20的上表面。可通过将非编织材料置于刷状缝制基底(stitch base)上并在该缝制基底上对该非编织材料进行针刺来制备绒线针刺的非编织材料。采用该方法，则被针抓取的纤维被刺入所述针刺缝制基底的刷毛或薄层之间，因此采用该方法针刺的非编织材料具有绒状外观，其中纤维直立在表面上。

通过对互连纤维层20进行绒线针刺，制作了填充纱线23。填充纱线23被刺出互连纤维层20的非编织纤维状垫，制作出类似自然生草的根部区域。填充纱线23使得互连纤维层20(朝向绒头纱线41)的上表面具有蓬松的外观并提供缓冲。填充纱线23还协助簇状物40的绒头纱线41直立。因此，根据本发明的优选实施方式的人工草皮10不需要现有的人工草皮中所常用的填充 物。

多股绒头纱线41形成各个簇状物40。簇状物40是结合在基材和弯曲点42上的多股细长绒头纱线41的短簇。簇状物40嵌在互连纤维层20中。成簇一般通过以下步骤完成：在互连纤维层20中嵌入穿有绒头纱线41的往复针以形成纱线的簇状物40。弯针或针钩(通常以时间关系和针一同运转)的位置如下：当针在其穿过互连纤维层20的行程的极限点时弯针刚好位于针孔之上。当针到达该点时，弯针将绒头纱线41从针上抓起并短暂保留。纱线圈或纱线的簇状物40在针从互连纤维层20抽回的通道中产生。通常在线圈由于衬垫前进穿过穿针装置而离开弯针时重复该过程。然后，可将线圈切割以形成切割绒线，例如，通过使用弯针和刀具的组合在成簇过程中切割线圈。

绒头纱线41可由多达四种不同类型的纱线构成。如果需要，各纱线均可具有不同的颜色。绒头纱线41可以是单纤丝、带或它们的组合。绒头纱线41的线性质量密度的范围优选约400dtex～约3000dtex，更优选约1600dtex。簇状物40中的绒头纱线41的纤丝数量为2～10，优选为6。簇状物的隔距(列之间的距离)为1/16”～1/2”，通常为3/8”、3/16”或1/8”。簇状物的纵向簇密度为8/10cm～30/10cm，且优选12/10cm。

根据本发明的优选实施方式，如图2所示，互连纤维层20的高度H3可以是约3mm～约15mm，更优选约8mm。填充纱线23可从互连纤维层20的上表面延伸，延伸高度H2可以是约1mm～约20mm，更优选约10mm。绒头纱线41可从填充纱线23延伸约1mm～约20mm，更优选为10mm(高度H1)。人工草皮10的总高度H4可以是约10mm～约60mm，更优选约28mm。

衬垫30施加在互连纤维层20上，作为最后的完成步骤以将簇状物强化固定在互连纤维层20上。根据本发明优选实施方式，衬垫30可以是被覆盖的衬垫，例如，以粉末或热熔涂层方式涂覆的聚乙烯(PE)衬垫。衬垫30可进一步是压延衬垫或乳胶衬垫。

在最终操作中，互连纤维层20的背面或缝制表面被粘合剂涂覆，例如天然或合成的橡胶或树脂乳胶或乳液或粉末或热熔粘合剂，以强化簇状物40在互连纤维层20上的锁固或固定。使用这种方式进一步提高簇状草皮10的尺寸稳定性，导致草皮的耐久性更好。可通过在最终操作中于簇状互连纤维层20 上实施层压来提供进一步的稳定性，例如，层压由聚丙烯、聚乙烯或乙烯-丙烯共聚物或天然纤维(例如黄麻纤维)制成的热塑性薄膜或编织或非编织织物。所述粘合剂将互连纤维层20结合在衬垫30上。

为了提供根据本发明的优选实施方式的对生态友好的人工草皮10，互连纤维层20、簇状物40、衬垫30均可由可回收的材料制成，例如100％聚烯烃。

为完成本发明的实施方式的目的的其他设置对本领域技术人员而言将是显而易见的。应理解，虽然针对本发明的装置已讨论了优选的实施方式、具体的构造和配置以及材料，但可以各种形式和细节做出各种改变或改进而不偏离本发明的范围和精神。