专利名称：：用于提供改善的人造草皮系统的系统和方法
技术领域：
：本发明总体上涉及人造草皮和草地。更具体地，本发明涉及用于提供人造草皮系统的系统和方法。
背景技术：
：常规的人造草皮或草地系统被用于造景、地毯、和田径运动场应用。一般而言，人造草皮或草地系统可包括附连在基底上的人造草皮以提供所需要的沖击和/或弹性特性，其中所述基底安装在多个人造和/或天然材料层上。例如，常规的人造草皮或草地系统可包括簇绒到一个或数个编织和/或非编织层中的人造草皮。所簇绒的人造草皮材料可安装在多个材料层上。例如，这些层可包括排水层、隔离层和减震层。在另一实例中，许多常规的人造草地系统既需要用于将绒头纱线或面纱簇绒到其中的主衬布或基底，又需要用于给人造草皮系统提供所需减震和能量恢复特性的底层。例如，美国专利6，221，445涉及一种具有多个层的人造草皮系统，这些层包括减震和排水层以及主层，所述主层具有填充有减震材料的塑料土工格室。簇绒的人造草皮材料可独立安装在土工格室的顶部上。常规的第三代人造草皮系统(诸如橡胶填充物系统)可以利用簇绒在基底中的相对较长(40-60mm)的面纱以及诸如沙子、橡胶、EPDM(乙撑丙二烯单体)、TPE(热塑性弹性体)或者其它合适塑料颗粒等填充材料，以给人造草皮系统提供所需的特性。然而，这些系统会要求使用相对较大数量的橡胶、EPDM、TPE或其它塑料，从而增加这种人造草皮系统的总成本。上述常规人造草皮系统中的一部分或全部会具有相对于基底不直立的簇绒纱线，且需要额外的努力和材料将沙子、橡胶、EPDM、TPE或其它塑料颗粒施加到簇绒纱线之间以相对于基底支持或者以其它方式支撑簇绒纱线。将这些材料施加到常规人造草皮系统中的劳动和材料费用也会增加这种人造草皮系统的总成本。可通过G-Max测试来确定人造草皮系统的冲击和/或弹性特性。这种测试可以在人造表面上进行，并且能够测量人造草皮或草地系统的沖击力或吸收，且能够测量表面的震动衰减或硬度。用于确定这些性能的另一种方法是使用FIFA质量概念"HandbookofTestmethodsforFootballTurf，(2006年3月出版)中公开的"TheArtificialAthlete"。这种测试通过能够测量冲击力、震动吸收和/或能量恢复的设备来执行。测试表明当常规的人造草皮或草地系统及相关表面在一段时间内重复受到冲击力作用时，这种系统会变紧密，从而增加相关表面的硬度。因此，需要用于提供具有改善的排水性、减震性、负载转移、能量恢复和尺寸稳定性的人造草皮系统的系统和方法。另外，需要一种人造草皮系统，其能够提供改善的排水性、减震性、负载转移、能量恢复和尺寸稳定性。此外，需要一种人造草皮系统，与诸如橡胶填充系统这样的常规人造草皮系统相比，其使用相对较少的橡胶、EPDM、TPE或塑料。
发明内容除非另外说明，否则在本文中使用的诸如"顶部"、"底部"、"上部"、"下部"、"左部"、"右部"、"前部"、"后部"等术语都只是用于方便描述，而不希望将本发明限于特定取向。此外，术语"人造草皮，，和"人造草地，，可互换使用，但是在任何情况下，使用其中任何一种术语都是指类似类型的结构和/或系统。本发明的目标通过下面这种织物来实现，所述织物包括-第一和第二织物层，其包括沿经向的不可收缩的纱线；-第三和第四织物层，其包括沿经向的可收缩的纱线；其中5-第一和第二织物层被夹在第三和第四织物层之间，其中-第一和第二织物层在第三和第四层之间成z字形，且交替地与第三和第四层连接，且其中-成z字形的第一和第二织物层相对于彼此偏移半个相位，且相互盘绕。由于夹在第一和第二织物层之间的成z字形的织物层，这种织物提供了一种开放结构。由于这种织物在加热后提供具有减震性、改善的排水和能量恢复能力、以及尺寸稳定性的管状开放结构，因此这种织物在人造草皮系统方面非常有用。虽然根据本发明的这种织物是基于对人造草皮系统的要求研制的，但是这种织物也可以用于其中需要具有类似优点的层的其他应用场合。本发明的实施例能够提供用于提供具有改善的排水性、减震性、负载转移、能量恢复和尺寸稳定性的人造草皮系统的方法和系统。本发明的一个实施例能够提供具有编织的管状织物和簇绒的人造草纱线的人造草皮系统。本发明的织物在这种情况下具有编织织物层。该织物T以用作主底布或基底，并且用作人造草皮系统的基层。例如，根据^发明的织物可以由至少两种具有不同收缩特性的纱线制成。一种纱线可以具有相对较高的收缩特性，诸如聚乙烯纱线；而另一种纱线则可以具有相对较低的收缩特性或者不具有收缩特性，诸如聚丙烯或聚酯纱线。这些纱线可以编织或以其他方式固定在一起以形成基本平坦的结构，然后用面纱进行簇绒。面纱可以是人造草纱线或者其他类似类型的纱线。这些面纱可以包括聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯、嵌段共聚物或它们的混合物和其他聚合物。编织纱线和面纱一同受到加热以使相对较高收缩的纱线发生收缩并使一部分或全部纱线的密度增大和形成管状织物。在一些情况下，可以用能够刺穿管状织物的簇绒针将额外的面纱簇绒到管状编织织物内。在任何情况下，管状编织织物可以向面纱提供一个或多个不连续的接触点以将面纱稳定在所需要的位置上，诸如用于稳定的直立位置。管状织物和簇绒的人造草纱线的这种组合能够提供耐压力以允许分散负载，从而减小作用在人造草皮系统上的负载沖击。此外，这种组合能够在人造草皮系统内提供多个空间、空隙、通道，并因此改善湿度和排水特性。本发明还涉及一种用于制造管状织物的方法，其包括以下步骤-提供根据本发明的织物，其中可收缩的纱线是可热收缩的；-将织物加热至一定温度以使第三和第四层的纱线收缩，同时第一和第二层实际上不受影响，从而使得成z字形的相互盘绕的第一和第二层被迫釆取具有绵向纵轴线的管状结构。通过加热可收缩的纱线，第一和第二织物层的长度将变小。第三和第四层的长度将保持不变，因为该层由不可收缩的纱线制成。因此，多余的长度必须得到补偿。由于第三和第四层已成Z字形，因此不可收缩的纱线将开始弯曲，并且由于成Z字形的第一和第二层已经偏移半个相位，因此将形成管状结构。这些管状结构因其形状而固有地坚固，并且能够提供所需的减震性。该管状结构还在织物内部提供改善排水的通道。在根据本发明的方法的进一步实施例中，在织物受到加热而使纱线发生收缩之前，用面纱对织物进行簇绒。当织物受到加热和管状结构成形时，面纱将在织物的整个厚度上延伸，因此面纱保持与织物垂直且只能弯曲而不能倾斜。也可以首先使纱线收缩，然后用面纱簇绒织物。优选地，面纱是草皮状的以便能够提供人造草皮系统。本发明还涉及一种人造草皮或草地系统，其包括-根据本发明制造的作为底层的管状织物；-设置在底层顶部上的衬层，其中衬层上簇绒有面纱。在根据本发明的该人造草皮系统中，管状织物被用作具有改善的排水性的减震层，可在其顶部上设置常规的人造草皮系统。图1示出了根据本发明的一个实施例的人造草皮系统的示意性横截面图；图2是根据本发明实施例的人造草皮系统的透视图；图3是图2所示的人造草皮系统的另一透视图；图4是图2和3所示的人造草皮系统的侧视图；图5是图2-4所示的人造草皮系统的另一侧视图。具体实施例方式首先参考图1，示出了根据本发明的一个实施例的人造草皮系统10的示意图。人造草皮系统10可以至少包括由沿经向设置的两种不同纱线12、14构成的两层。第一纱线12可以是不收缩或者收缩相对较小的纱线。第一纱线的实例可以是(但不限于)聚乙烯纱线、聚酯纱线或其它任何合适的无收缩或不收缩的纱线。第一纱线12可被用来形成用作人造草皮系统10的第一层16和第二层18的机织织物。第一层16和第二层18彼此相邻设置，并且夹在上层或第三层20与下层或第四层22之间。本发明的其它实施例可采用这些层的其它配置或组合。第二纱线14可以是收缩相对较大的纱线。第二纱线的实例可以是(但不限于)聚乙烯纱线或其它任何合适的具有较大收缩性的纱线。第二纱线可被用来形成用作人造草皮系统10的第三层20和第四层22的才几织织物。第一层16和第二层18可以用一根或多根绵纱或原纱24编织在一起。第三层20和第四层22可以将第一层16和第二层18夹在中间，并且所有的层可以用一根或多根綷纱或原纱24编织在一起，或者以另外的方式粘附到一起，从而形成相对平坦的结构。纬纱或原纱24可以沿绊向设置，并且能够为构成第一、第二、第三和第四层16、18、20、22的纱线12、14提供支撑膜。面纱26可以通过任何合适的簇绒方法或装置而簇绒到编织结构中。綷纱或原纱24可以为面纱26提供支撑。炜纱或原纱24可以是任何合适类型的纱线，其优选(但不必要)具有较低的收缩特性。綷纱或原纱的实例可以是(但不限于)聚丙烯、聚乙烯、尼龙和聚酯。原纱可以是单丝、扁丝、细纱或者连续的长丝纱线。面纱的实例可以是(但不限于)聚丙烯、聚乙烯、尼龙和聚酯。经纱12、14和蟀纱24也可以是双组分、单丝、扁丝、细纱、加掄的、复丝纱线或它们的任何一种组合以提供所需要的最终用途的性能特性。编织簇绒结构可以被加热至合适温度，使第三层20和第四层22的第二纱线14收缩。第三层20和第四层22的第二纱线14的收缩使第一层16和第二层18在第三层20和第四层22之间偏转，从而提高整个结构的密度并且使第一层16和第二层18形成多管结构28。面纱26可以由编织簇绒结构、具体由与管状结构28接触的多个接触点30来支撑。通过这种方式，面纱26可以稳定和定位在相对于管状结构28和编织簇绒结构的直立位置上。所得到的具有管状结构28和相关面纱26的编织簇绒结构可以被用作能够提供所需的减震、负载转移、土壤加固和排水特性的人造草皮系统IO或其组成部分。管状结构28提供用于将水排出人造草皮系统IO和允许挤压人造草皮系统的通道，从而提供所需的减震特性。虽然面纱26已被描述成在加热之前被簇绒到编织结构中，但是本领域技术人员将可以理解的是可以在簇绒之前对编织结构进行加热以形成管状结构28。在本发明的其它实施例中，可以根据需要通过操纵纱线(诸如12、14)的类型和/或变化引起各种纱线收缩的加热温度和保持时间来改变人造草皮系统10的一种或多种特性，诸如减震性、负载转移、土壤加固、能量恢复、排水以及尺寸等。例如，第一和第二纱线(诸如12、14)可以由其它类型的合适聚合物制成，所述聚合物提供在加热之后可以形成厚约20mm的人造草皮系统的不同收缩特性。在另一实施例中，人造草地系统可以由在加热之后提供可以形成厚约100mm的人造草皮系统的不同收缩特性的合适聚合物制成。人造草地系统的其它实施例可以由在加热之后提供可以形成厚度在20至100mm之间的人造草皮系统的不同收缩特性的合适聚合物制成。另外，本发明的其它实施例可以采用不同的加热温度、保持时间9和替代性的加热方法以操纵和获得所需要的人造草皮系统(诸如10)特性。例如，可以利用热风炉或红外加热方法在环境压力下、在150华氏至400华氏之间对人造草皮系统(诸如IO)的编织簇绒结构加热十秒至约5分钟。必要时，图1中的上述实施例可以采用其它层、材料和织物以提供合适的具有人造草地或草皮的场地。现在参见图2-5，根据本发明实施例的人造草地系统100被示出具有簇绒穿过编织结构104的人造草纱线102。所示编织结构可以由沿经向设置的至少两种纱线106、108和沿綷向设置的蟀纱或原纱110制成。示出的两种纱线106、108可以具有不同收缩特性，以便在编织结构受到加热时至少一种纱线会收缩。人造草纱线102可在加热之前簇绒到编织结构中。如图2-5所示，在加热之后，编织的纱线形成管状结构112，其将簇绒的人造草纱线102支撑在相对于管状结构112成约90度角的相对直立的位置上。所形成的人造草皮系统100可为人造草皮或草地系统提供改善的减震性、负载转移、土壤加固、能量恢复和排水特性。上述系统、结构和方法说明了包含在本发明中的新构思的示意性实施例。其它系统、结构和方法也是可能的。虽然已具体参考这些具体实施例对本发明进行了详细描述，但是也可以在该文献所描述的本发明的精神和范围内进行改变和改进。例如，本发明的技术也可以和其它类型的合适纤维、材料或织物一同使用。依照FIFA的质量概念"HandbookofTestmethodsforFootballTurP(2006年3月出版)的"ArtificialAthlete"法对根据本发明的人造草皮系统进行测试。根据本发明的人造草皮系统的构造如下地趁细节织距(stichrate)17针/10cm针距3/4英寸针数8924针/m210草高62mm在这个长度中，有12mm进入根据本发明的织物面纱11000dtex，6股线单丝12面纱重量1300g/m2(在根据本发明的织物中)根据本发明的织物细节热处理前的织物重量390g/m2热处理后的织物重量550g/m2近似收缩系数45%织物厚度12mm第一层16和第二层18是聚丙烯单丝纱线，其在115。C下收缩系数较小或者近似为零；第三层20和第四层22是聚乙烯纱线，其在115。C下收缩水平较高。关于参考材料，釆用具有下列细节的常规人造草皮系统地趙细节织多巨174t/10cm针距3/4英寸针数8924针/m2草高50mm(在平织物中)面纱11000dtex,6股线面纱重量1060g/m2(在平织物中)平织物由针织在一起的2编织织物构成的多层织物重量265g/m2织物由聚丙烯扁丝纱线编织而成。测试利用根据FIFA测试方法04(减震性的测定)的"ArtificialAthlete"来执行。测试结果如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从测试结果中可明显看出根据本发明的人造草皮系统的减震性要好于常规的人造草皮系统。显然，使用少量橡胶填充物能够获得所需的减震水平。权利要求1.一种织物，其包括-第一和第二织物层，其包括沿经向的不可收缩的纱线；-第三和第四织物层，其包括沿经向的可收缩的纱线；其中-第一和第二织物层被夹在第三和第四织物层之间，其中-第一和第二织物层在第三和第四层之间成Z字形，并且交替地与第三和第四层连接，且其中-成Z字形的第一和第二织物层相对彼此偏移半个相位，并且相互盘绕。2.如权利要求l所述的织物，其中所述织物层是编织层。3.如权利要求1或2所述的织物，其中所述不可收缩的纱线包括聚丙烯或者聚酯。4.如前述权利要求中任一项所述的织物，其中所述可收缩的纱线包括聚乙烯。5.如前述权利要求中任一项所述的织物，其中面纱被设置到织物层的至少之一中。6.如权利要求5所述的织物，其中通过簇绒设置所述面纱。7.如权利要求6所述的织物，其中所述面纱贯穿所有织物层。8.如权利要求5或6所述的织物，其中所述面纱包括聚丙烯、聚乙烯、尼龙或者聚酯、嵌段共聚物或它们的混合物和其他聚合物。9.如前述权利要求中任一项所述的织物，其中所述织物层通过一根或多根绰纱或原纱相互附连。10.—种用于制造管状织物的方法，其包括以下步骤-提供根据前述权利要求中任一项所述的织物，其中可收缩的纱线是可热收缩的；-将所述织物加热至一定温度以使第三和第四层的纱线收缩，同时第一和第二层基本上不受影响，从而使得成Z字形的相互盘绕的第一和第二层被迫采取沿蟀向具有纵轴线的管状结构。11.如权利要求9所述的方法，其中在将所述织物加热至使所述纱线收缩之前由面纱簇绒所述织物。12.—种人造草皮或草地系统，其包括根据权利要求10制造的管状织物，其具有草皮状的面纱。13.—种人造草皮或草地系统，其包括-根据权利要求9制造的作为底层的管状织物；-设置在所述底层顶部上的衬层；其中，所述衬层簇绒有面纱。全文摘要本发明的实施例能够提供用于提供人造草皮系统的系统和方法。本发明的一个实施例能够提供具有编织管状织物(104)和簇绒人造草纱线(102)的人造草皮系统(100)。例如，编织管状织物可由至少两种具有不同收缩特性的纱线(106，108)制成。本发明的各种实施例可以向人造草皮或草地系统提供改善的排水性、减震性、负载转移和尺寸稳定性特性。文档编号E01C13/08GK101484641SQ200780024708公开日2009年7月15日申请日期2007年6月1日优先权日2006年6月2日发明者D·M·琼斯,K·N·金,R·P·罗辛申请人:昙卡赛尔巴克有限公司