专利名称：人工草皮填充物及包含所述填充物的人工草皮的制作方法
技术领域：
所公开的技术涉及ー种人工草皮填充物和包含所述填充物的人工草皮。
背景技术：
人工草皮首先开发于美国，并自1965年起开始使用。人工草皮具有由塑料丝制成的纤维从底层衬垫向上伸出的结构。但是由干与天然草皮相比其硬度较高，并且其较滑的表面引起使用者滑动，对人工草皮的使用在逐渐減少。在二十世纪90年代后期，通过在底层衬垫上竖立软塑料丝制成的长纤维，然后使用诸如橡胶小碎片和/或砂子等填充物填充长纤维之间的空间，使人工草皮因弾性和低阻滑性而得到了增强，结果使其近来在足球场、 棒球场包括运动场等上得到广泛使用。人工草皮填充物可以以各种类型使用仅使用砂子的类型、仅使用由废轮胎制成的橡胶碎片的类型、使用砂子铺展在下层且橡胶碎片铺展在上层的双层结构的类型、使用橡胶碎片和砂子的混合物的类型和使用橡胶碎片和包裹有橡胶的砂子的混合物的类型，等等。
发明内容
技术方案在一个实施方式中，人工草皮包含具有衬垫和从所述衬垫向上伸出的绒毛组件的绒毛织物，和填充物层，所述填充物层填充在衬垫上使得绒毛组件至少部分地埋入该填充物层中。填充物层包含硬度为40肖氏A 90肖氏A的弾性填充物和硬度为50肖氏D 120洛氏R的高硬度树脂填充物。高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散在合成树脂基质中的无机填料。在另ー个实施方式中，制造人工草皮的方法包括提供具有衬垫和从衬垫向上伸出的绒毛组件的绒毛织物，提供硬度为50肖氏D 120洛氏R的高硬度树脂填充物，该高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散于该合成树脂基质中的无机填料，将该高硬度树脂填充物与硬度为40肖氏A 90肖氏A的弾性填充物混合以形成填充物混合物，并将该填充物混合物填充至该衬垫上以形成填充物层以使得绒毛组件至少部分地理入该填充物层中。在另ー个实施方式中，人工草皮包含高硬度树脂填充物与弾性填充物的混合物。 高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散于该合成树脂基质中的无机填料，并且具有50 肖氏D 120洛氏R的硬度。弾性填充物具有40肖氏A 90肖氏A的硬度。高硬度树脂填充物和弾性填充物以1 9 9 1的重量混合比混合。
图1是说明填充有人工草皮填充物的人工草皮的一个实施方式的横截面图；图2说明了用于人工草皮填充物的高硬度树脂填充物的一个实施方式；
图3和4是说明填充有人工草皮填充物的人工草皮的另ー个实施方式的横截面图。
具体实施例方式如“背景技木”中所述，人工草皮填充物可以以5种类型使用，其中每ー种都有缺点。在仅使用砂子的第一种类型的填充物(美国专利第4，044，179号)中，填充物会使整个人工草皮变硬。因此，当滑倒吋，运动员的头部可能会受到严重伤害。此外，人工草皮的滑溜的表面可能会在运动员碰撞草皮时引起摩擦擦伤，并可能引起运动场的功效变差。另外，砂子随着时间的推移而破碎为细粒，使得这些细粒填充在其他颗粒之间。結果，填充物逐渐变硬。在仅使用橡胶碎片的第二种类型(美国专利第5，976，64 中，填充物具有极高的弾性，其可引起运动员踝、膝、腰等处受伤和运动员小腿肌肉拉伤。在使用橡胶碎片和砂子的双层结构的第三种类型的填充物中(美国专利第4，337，283号)，填充物减少了第一和第二种类型填充物的缺点。但是，砂子也随着时间的推移而破碎成细粒，使得这些细粒填充在其他颗粒之间。結果，填充物难以避免变硬。此外，其不可能克服铺展在上层的橡胶碎片的全部缺点(即，仅使用橡胶碎片的第二种类型的缺点)。在使用橡胶碎片和砂子的混合物的第四种类型的填充物中，填充物可以消除所有上述缺点。但是，在橡胶碎片的比重 (1. 15 1. 20)与砂子的比重(1. 90 2. 25)之间存在巨大差异，因此在使用过程中填充物会上下分开。因此，填充物将转变为使用橡胶碎片和砂子的双层结构的第三种类型。即使使用比重接近砂子的比重的橡胶碎片来代替由废轮胎制成的橡胶碎片，砂子也将变得致密而且填充物将变得非常硬。在使用橡胶碎片与包裹有橡胶的砂子的混合物的第五种类型的填充物(美国专利申请20080145574)中，填充物可以克服第四种类型中所述的砂子致密化和硬化的缺点。但是，砂子的包裹成本昂贵，使得使用该填充物在经济上是不利的。另外，如果包裹层的粘合力不足，则包裹层容易随时间的推移而磨破。在用于足球场的天然草皮与人工草皮的品质中，表面硬度对于运动适用性和运动员受伤风险具有非常大的影响。因此，国际足球联合会(FIFA)已经基于表面硬度測量 (FIFA RECOMMENDED 2 STAR/1 STAR (2004. 7· 1)和 IRB regulations (2004. 4))制定了人工草皮的品质标准。表面硬度测量采用ASTM F355测试方法来測量碰撞的峰值冲击Gmax，其中ASTM F355测试方法测试运动表面系统(如人工草皮)的冲击吸收性。Gmax值表达了在与被测表面碰撞的过程中所经历的最大加速(减速)与重力所引起的正常加速度之比。因此，Gmax值越高，则运动表面系统的冲击吸收性越低。如果Gmax值在80 200范围内，则草皮是可用的。如果Gmax值超出该范围，则应更换草皮。具体而言，当Gmax小于80吋，草皮硬度过低并且弹性过高。相反，当Gmax大于200吋，草皮硬度过高并且弹性过低。特別是，在后一种情形中，运动员在摔倒时有可能受到严重的头部伤害。当人工草皮的填充物仅由砂子构成吋，Gmax值可以超过400。当人工草皮的填充物仅由获自废轮胎的橡胶碎片构成吋，Gmax值可以在40 70范围内。当人工草皮的填充物包含厚橡胶脆片层和薄砂子层时，Gmax值可以小于80。当人工草皮的填充物包含薄橡胶碎片层和厚砂子层时，Gmax值可以超过200。尽管通过调整橡胶碎片层和砂子层的厚度可以将Gmax调整至80 200范围内，但球的持续反弹和运动员的踢踏、骤风和大雨等会使这些层的厚度比发生轻微变化。因此，人工草皮可能会分化成部分满足Gmax要求的区域和不满足Gmax要求的其他区域，从而使得人工草皮能够发生不均勻的变化。在将砂子用作填充物的情形中，ー些砂子随时间推移而破碎成细粒，从而使这些细粒能够填充其他颗粒之间的空间。由此，砂子团聚为坚硬的状态，Gmax值会因此超过 200。此外，由于已知砂子被用作砂纸的原料，砂子会磨损草皮，因而砂子能够缩短人工草皮的可用时间。此外，具有多孔结构的砂子会吸收运动员的汗或血液、真菌、动物排泄物等，由此会含有如細菌等各种微生物。因此，砂子具有许多有害于运动员健康的因素。另外，人工草皮表面的砂子会在运动员摔倒或滑动时对运动员造成严重的擦伤。因此，发明性概念的实施方式涉及提供包含新型填充物材料的改进的人工草皮。下面将对ー些实施方式进行详细论述，这些实施方式的实例在附图中有所说明。 但应当理解，附图及对其的详细描述并不意在将所要求保护的主题限制在所公开的特定形式上。相反，目的是涵盖落在所要求保护的主题的主旨和范围内的所有修改、等同物和替代物。容易理解的是，可以以大量不同的构造来设置、取代、組合和设计本文附图中所一般描述的和说明的組成部分。因此，所有組成部分都可以被本领域技术人员明确指定并形成本发明的一部分。图1是说明填充有人工草皮填充物的人工草皮的一个实施方式的横截面图。參照图1，人工草皮包含具有衬垫IOa和从衬垫向上伸出的绒毛组件IOb的绒毛织物11，和填充物层12，所述填充物层12填充在衬垫IOa上使得绒毛组件IOb至少部分地理入填充物层 12中。此处，填充物层12包含弾性填充物13和高硬度树脂填充物14。此外，高硬度树脂填充物14可以包含合成树脂基质和分散在该合成树脂基质中的无机填料。填充物层12可以包含其中弾性填充物13与高硬度树脂填充物14均勻混合的混合物。例如，填充物层12可以包含弾性填充物13和高硬度树脂填充物14的重量比为 1 9 9 1的混合物。重量比可以根据人工草皮所需的物理性质来适当调整。人工草皮可以按如下方法制造。首先，提供绒毛织物11。绒毛织物11具有衬垫 IOa和从衬垫IOa的上表面向上伸出的绒毛组件10b。然后，提供高硬度树脂填充物14，其包含合成树脂基质和分散在该合成树脂基质中的无机填料。之后，将高硬度树脂填充物14 与弾性填充物13混合以形成填充物混合物。接下来，使用该填充物混合物形成填充在衬垫 IOa上的填充物层12，使得绒毛组件IOb至少部分地理入填充物层12中。由此，可以制成人工草皮。高硬度树脂填充物14可以通过将合成树脂基质与无机填料混合然后将混合物挤出并造粒而制备。衬垫IOa起到固定绒毛组件IOb的作用并可以具有松散的质地或穿孔结构以进行良好的排水。衬垫IOa可以与地面(未示出)接触。绒毛组件IOb附着于衬垫IOa上以充当人工草皮的表面。各绒毛组件IOb可以由诸如聚乙烯、聚丙烯、聚偏ニ氯乙烯或尼龙等塑料丝制成，并且可以含有绿色颜料以给予与天然草皮相似的感觉。填充物层12可以通过使用填充物填充绒毛组件IOb之间的空间而形成，以产生具有弾性和低阻滑性的人工草皮。由于填充物层12对于人工草皮的性能具有很大的影响，因此填充物层12需要具有适当且一致的弾性、硬度和排水性能。将弹性填充物13与高硬度树脂填充物14的混合物用作填充物层12，以使人工草皮填充物所需的所有特性都得以发挥。
弾性填充物13可以由回收的废轮胎的碎片、热塑性弾性体Ο )的碎片、特种橡胶碎片或其组合构成，从而赋予人工草皮弾性。回收的废轮胎的碎片可以通过粉碎废轮胎而获得。特种橡胶碎片可以通过以下方式获得量取诸如乙烯丙烯ニ烃单体(EPDM)橡胶、 异丁烯异戊ニ烯橡胶(称作丁基橡胶)、海帕伦橡胶或氯丁ニ烯橡胶等橡胶，同时量取诸如如硫化剂、硫化加速剂、硫化活性剤、无机填料、软化剂、加工助剂和抗老化剂等配合性化学物质，混合所量取的材料，将该混合物硫化为平板橡胶，并利用磨机将该平板橡胶造粒。此外，TPE碎片可以通过使用挤出机将TPE与无机填料、软化剂等混合然后将该混合物造粒而获得，所述TPE例如为苯乙烯-丁ニ烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊ニ烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIQ、苯乙烯-乙烯-丁ニ烯-苯乙烯共聚物(SEBQ、热塑性聚烯烃(TPO) 或热塑性聚氨酯(TPU)等。弾性填充物13的直径可以是0. 3mm 3. Omm且优选为0. 5mm 2. 0mm。弾性填充物13的硬度可以是40肖氏A 90肖氏A、优选为50肖氏A 80肖氏A 且更优选为55肖氏A 75肖氏A，且不对其他物理性质施加限制。如果弹性填充物13的硬度小于40肖氏A，则弹性填充物13获得过高的弾性，使得运动员具有踝、膝和腰部受伤的可能性。如果弹性填充物13的硬度大于90肖氏A，则当将弾性填充物与高硬度树脂填充物混合时Gmax值会大于200，使得运动员可能在摔倒时其头部受到致命伤。混合的无机填料的量可以得到适当调整，以使弹性填充物13具有适当的硬度和比重。与弾性填充物13 —起包含在填充物层12中的高硬度树脂填充物14可以是合成树脂与无机填料的复合物。图2说明了用于人工草皮填充物中的高硬度树脂填充物的一个实施方式。如图2 中所示，高硬度树脂填充物14可以包含合成树脂基质15和分散在合成树脂基质15中的无机填料16。高硬度树脂填料14的硬度至少比图1中的弾性填充物13的硬度高，以使高硬度树脂填充物14可以赋予人工草皮坚硬性。高硬度树脂填充物14的硬度可以是50肖氏D 120洛氏R且优选为60肖氏D 110洛氏R。如果高硬度树脂填充物14的硬度小于50肖氏D，则高硬度树脂填充物14因与弾性填充物13的协同作用而获得高弾性，使得运动员具有其踝、膝和腰部受伤的可能性。 在夏季，人工草皮运动场的温度可能会升至70°C以上。在此情形中，塑料碎片会聚集或粘到运动员的鞋钉上，从而干扰其运动。此外，人工草皮的可用时间会縮短。如果高硬度树脂填充物14的硬度大于120洛氏R，则塑料过硬，即使高硬度树脂填充物14与弾性填充物13 混合，也会使运动员在摔倒的过程中头部受伤。此外，高硬度树脂填充物14可以引起人工草皮迅速磨损，由此缩短了人工草皮的可用时间。用作合成树脂基质15的材料不受特別限制，只要高硬度树脂填充物14经选择可以覆盖上述硬度范围即可。作为实例，当将人工草皮用于运动场时，考虑到人工草皮必然长时间暴露在外部环境下，可以使用耐候性良好的聚合物材料作为合成树脂基质15。例如，用作合成树脂基质15的聚合物材料可以包括聚乙烯、聚丙烯和乙烯共聚物，它们可以单独使用或者以其中两种以上的組合使用。乙烯共聚物可以具有乙烯类单体単元和具有3 20个碳原子的α-烯烃类的另ー种单体单元。α-烯烃可以包括丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、 1-己烯、1-辛烯或1-癸烯等。乙烯共聚物的另ー实例可以具有乙烯类单体単元和乙酸乙烯酯或丙烯酸乙烯酯类的单体单元。更具体而言，乙烯共聚物可以包括乙烯-ι-丁烯共聚物、 乙烯-4-甲基-1-戊烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物、乙烯-1-辛烯共聚物、乙烯-1-癸烯共聚物、乙烯-1- 丁烯-4-甲基-1-戊烯共聚物、乙烯-1- 丁烯-1-己烯共聚物、乙烯-1- 丁烯-ι-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酷、乙烯-丙烯酸丁酷、乙烯-甲基丙烯酸酯或乙烯-甲基丙烯酸甲酯等。在将乙烯共聚物的全部单体单元的含量定为100重量％吋，乙烯共聚物可以含有50重量％以上的乙烯类单体単元。当将无机填料16分散在合成树脂基质15中吋，高硬度树脂填充物14的硬度和比重可以得到增强。无机填料16可以包括滑石、云母、碳酸钙(CaCO3)、ニ氧化硅(SiO2)、硅灰石(CaSiO3)、粘土、硅藻土、ニ氧化钛(TiO2)和沸石等，它们可以单独使用或作为其中两种以上的組合使用，并且就成本方面考虑优选碳酸钙。无机填料16可以是粉末形式，并且其平均直径可以为0. Ιμ 5μπι。相对于高硬度树脂填充物14的总重，无机填料16的含量可以为20重量％ 80 重量％、优选为30重量％ 75重量％且更优选为40重量％ 70重量％。当无机填料16 的含量在上述范围内吋，可以获得具有适当硬度和比重的高硬度树脂填充物14。此外，弾性填充物13与高硬度树脂填充物14之间的比重差可以是弹性填充物13 的比重与高硬度树脂填充物14的比重中较低的ー个的30%以下、优选25%以下且更优选 20%以下。如果比重差超过该值，则碎片会分离为上下两部分。通过适当调整合成树脂基质15和无机填料16的含量，制得的高硬度树脂填充物 14可以具有所期望的硬度和比重。高硬度树脂填充物14可以含有本领域常用的添加剤，例如抗氧化剂、光稳定剂、 热稳定剂和着色剂。高硬度树脂填充物14可以通过使用混合器将合成树脂和无机填料与添加剂混合而制造。例如，合成树脂、无机填料和添加剂可以使用班伯里捏合机、Buss捏合机、单螺杆挤出机或双螺杆挤出机来混合和挤出。如图2所示，高硬度树脂填充物14可以具有椭圆形小球的形状。小球可以具有 0. 5mm 2. 5mm的直径(D)。高硬度树脂填充物14可以具有棒、球或椭球的形状。小球可以具有如多边形横截面(例如四边形或六边形横截面)和圆形横截面。适合的人工草皮填充物不限于各自为单ー种类的弾性填充物13与高硬度树脂填充物14的混合物。因此，适合的填充物可以包含下述弹性填充物13与高硬度树脂填充物 14的混合物，所述弹性填充物13和高硬度树脂填充物14各自为具有不同颜色和形状的至少两个种类。对于弾性填充物13与高硬度树脂填充物14的混合比，可以根据用途来进行不同的选择。通常，混合比可以为9 1 1 9、优选为8 2 2 8、更优选为7 3 3 7且最优选为6 4 4 6。如果混合比大于9 1，则Gmax值会小于80，使得运动员具有很高的踝、膝和腰部受伤可能性。相反，如果混合比小于1 9，则Gmax值会超过 200，使得运动员在比赛中摔倒时很可能会受到头部受致命伤。此处，Gmax值是指冲击测试中的测得值，并可以根据ASTM F355-A进行测量。图3和图4是说明具有人工草皮填充物的人工草皮的其他实施方式的横截面图。 图3显示了其中具有衬垫30a和绒毛组件30b的绒毛织物31填充有填充物层32的人工草皮。此处，填充物层32分为具有弾性填充物33的下层和具有高硬度树脂填充物34的上层。 与图3不同，图4显示了其中填充物层32分为具有高硬度树脂填充物34的下层和具有弹性填充物33的上层的人工草皮。考虑到冲击吸收性和运动场的功效，填充物层32可以以下述方式使用所述方式使具有弾性填充物33的层和具有高硬度树脂填充物34的层分别
8作为其上层和下层(或者反过来)堆叠。此外，根据用途，上层和下层可以各自具有不同的厚度。具体而言，人工草皮填充物可以采用双层结构，其中上层和下层根据上述人工草皮的种类和用途彼此分开，或者处在ー个多层结构中，而不是以混合有弾性填充物和高硬度树脂填充物的单层结构来使用。根据上述内容，本文所公开的人工草皮填充物使用新型填充物代替用作传统填充物的砂子，使得其可以克服因砂子致密化所引起的人工草皮变硬问题和因多孔的砂子结构造成的被各种细菌和微生物污染的问题。适当选择弹性填充物和高硬度树脂填充物的种类和混合比以减小比重差，以使多种物理性质在持续使用中能够稳定保持。具有上述人工草皮填充物的人工草皮具有均勻的弹性、硬度和阻滑性，使得可以防止运动员受伤并提高运动适用性。下面将參照一些实施例更加详细地描述本说明书中所公开的技木。实施例样品制备如表1中所示，以各种混合比制造填充物碎片，并对其进行硬度和比重的測量。表1弾性填充物和高硬度树脂填充物的硬度和比重
弾性填充物高硬度树脂填充物TR-IEP-IEP-2EP-3TP-IPE-IPE-2PE-3PP-I轮胎100EPDM100100100SEBS100HDPE100100100PP100硫2.002.002.00M1.501.501.50TS0.500.500.50硬脂酸1.001.001.00氧化锌5.005.005.00碳酸钙5025050020050200400300石蜡油20202020
权利要求
1.一种人工草皮，所述人工草皮包含绒毛织物，所述绒毛织物具有衬垫和从所述衬垫向上伸出的绒毛组件；和填充物层，所述填充物层填充在所述衬垫上使得所述绒毛组件至少部分地埋入所述填充物层中，其中，所述填充物层包含硬度为40肖氏A 90肖氏A的弹性填充物和硬度为50 肖氏D 120洛氏R的高硬度树脂填充物，所述高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散在所述合成树脂基质中的无机填料。
2.如权利要求1所述的人工草皮，其中，所述合成树脂基质包含选自由聚乙烯、聚丙烯和乙烯共聚物组成的组的至少一种。
3.如权利要求1所述的人工草皮，其中，相对于所述高硬度树脂填充物的重量，所述无机填料的含量为约20重量％ 约80重量％。
4.如权利要求1所述的人工草皮，其中，所述填充物层包含所述弹性填充物与所述高硬度树脂填充物的混合物。
5.如权利要求4所述的人工草皮，其中，所述弹性填充物与所述高硬度树脂填充物的混合物具有约1 9 约9 1的重量混合比。
6.如权利要求1所述的人工草皮，其中，所述填充物层被构造为具有分别作为其上层和下层或者分别作为其下层和上层而堆叠的具有所述弹性填充物的层和具有所述高硬度树脂填充物的层。
7.如权利要求1所述的人工草皮，其中，所述弹性填充物和所述高硬度树脂填充物被构造为二者之间的比重差小于二者比重中较低的一个的30%。
8.—种制造人工草皮的方法，所述方法包括提供具有衬垫和从所述衬垫向上伸出的绒毛组件的绒毛织物；提供高硬度树脂填充物，所述高硬度树脂填充物的硬度为50肖氏D 120洛氏R，所述高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散在所述合成树脂基质中的无机填料；将所述高硬度树脂填充物与硬度为40肖氏A 90肖氏A的弹性填充物混合以形成填充物混合物；和将所述填充物混合物填充在所述衬垫上以形成填充物层，以使所述绒毛组件至少部分地埋入所述填充物层中。
9.如权利要求8所述的方法，其中，提供高硬度树脂填充物是通过将所述合成树脂基质和所述无机填料混合、挤出并造粒来进行的。
10.一种人工草皮填充物，所述人工草皮填充物包含高硬度树脂填充物与弹性填充物的混合物，其中，所述高硬度树脂填充物包含合成树脂基质和分散在所述合成树脂基质中的无机填料，且具有50肖氏D 120洛氏R的硬度， 并且所述弹性填充物具有40肖氏A 90肖氏A的硬度，其中，所述高硬度树脂填充物和所述弹性填充物以约19 约91的重量混合比混合。
11.如权利要求10所述的人工草皮填充物，其中，所述合成树脂基质包含选自由聚乙烯、聚丙烯和乙烯共聚物组成的组的至少一种。
12.如权利要求10所述的人工草皮填充物，其中，所述弹性填充物包含选自由废轮胎回收碎片、热塑性弹性体碎片和特种橡胶碎片组成的组的至少一种。
13.如权利要求10所述的人工草皮填充物，其中，所述无机填料包含选自由滑石、云母、碳酸钙(CaCO3)、二氧化硅(SiO2)、硅灰石(CaSiO3)、粘土、硅藻土、二氧化钛(TiO2)和沸石组成的组的至少一种。
14.如权利要求10所述的人工草皮填充物，其中，相对于所述高硬度树脂填充物的重量，所述无机填料的含量为约20重量％ 约80重量％。
15.如权利要求10所述的人工草皮填充物，其中，所述弹性填充物和所述高硬度树脂填充物被构造为二者之间的比重差小于二者比重中较低的一个的约30%。
全文摘要
本发明提供一种人工草皮。该人工草皮包含具有衬垫和从该衬垫向上伸出的绒毛组件的绒毛织物，和填充物层，所述填充物层填充在该衬垫上使得绒毛组件至少部分地埋入该填充物层中。所述填充物层包含弹性填充物和高硬度树脂填充物。
文档编号E01C13/08GK102549217SQ201080045177
公开日2012年7月4日 申请日期2010年5月11日 优先权日2009年10月7日
发明者李成栗 申请人:李成栗