人造草皮以及制造其的相关装置和方法与流程

本申请要求对2014年5月14日提交的标题为“Artificial Turf and Associated Devices and Methods for Making the Same”的临时美国专利申请No.61/996,815的优先权，该临时美国专利申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及人造草皮，且更具体来说，涉及具有由至少三根不同的纱线构成的簇束(tuft，草簇)的人造草皮，以及制造其的装置和方法。

背景技术：

人造草皮表面被广泛用作诸如网球、美式足球、英式足球、棒球和高尔夫球之类的运动的比赛场地表面。常规人造草皮表面最经常由意在模拟天然草的人造草皮或合成草状地毯制成。然而，这些常规人造草皮表面遭到诸多限制。在一个方面，一些人造草皮可能由于相邻簇束排中的变化而表现出线性条纹化，而且在其他方面，可能对安装者切割和匹配诸多部分以确保均匀外观具有挑战性。在其他方面，许多草皮公司使用加捻纱线，这就产生了额外的制造费用。

因此，需要一种具有更像草的美感并且费用更低且更容易安装的人造草皮表面。

技术实现要素：

应该理解，本发明概要并非本公开的全面概述。本发明概要为示例性的且不具限制性，而且其既不意在标识本公开的关键或重要要素，也不意在勾画其范围。本发明概要的唯一目的在于解释和例示本公开的某些原理，以作为以下完整而且全面的详细描述的引言。

在一个方面，本公开描述了一种人造草皮，所述人造草皮具有背衬层和簇绒至所述背衬层中的多排个别簇束。在其他方面，各簇束包括每个簇束至少三根纱线，其中所述至少三根纱线中的每一根在材料、颜色、织构、簇束旦数、每根长丝的旦数、横截面等中的至少一项上有所不同。在其他方面，所述至少三根纱线中的一根包括包覆纱线。在又其他方面，所述多个簇绒排中的指定簇绒排基本上与每一个相邻簇绒排类似。

在另一个方面，本公开提供了一种簇绒组件，所述簇绒组件具有多根针、纱架组件和多个张紧器。在一个方面，所述多根针中的每一根针适于接收至少第一纱线、第二纱线和第三纱线。在另一个方面，所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的每一根可以被选择为彼此不同。在一个方面，所述纱架组件具有至少三个与每一根针相关联的柱状位置，且每一个柱状位置可操作以接收纱线束，所述纱线束具有至少所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的一个。在另一个方面，多个张紧器中的每一个与所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的每一个相关联。在另一个方面，可以选择性地调节与每一个张紧器相关的张力，使得可以向每一根针传递在所述第一纱线、第二纱线和第三纱线之间基本上相等的张力。在另一个方面，所述多根针中的每一根适于同时使至少所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线穿过至少一个主背衬层进行簇绒。

本发明的示例性实现方式的额外特征和优点将在以下描述中加以阐述，并且在某种程度上将从描述中显而易见，或者可以通过实践这些示例性实现方式而获悉。这些实现方式的特征和优点可以借助于所附权利要求书中特别指出的仪器和组合来实现和获得。这些和其他特征将从以下描述和所附权利要求书中变得更充分显而易见，或者可以通过实践如下文所阐述的这些示例性实现方式而获悉。

附图说明

附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分，示出了诸多方面，而且与发明描述一起用于解释所述方法和系统的原理。

图1描绘了根据本公开的簇绒机器的一个方面，其中通过一根针馈送三根纱线，以形成圈绒。

图2描绘了根据本公开的簇绒机器的一个方面，其中通过一根针馈送三根纱线，以形成割绒。

图3描绘了本文中所描述的采用从纱束(beam)进行簇绒来制造人造草皮的替代方法。

图4描绘了本公开的簇束的一个方面。

具体实施方式

可以通过参考以下详细描述、实施例、附图和权利要求书以及先前和以下描述而更容易地理解本发明。然而，在公开和描述本发明的装置、系统和/或方法之前，应当理解，除非另外说明，否则本发明不限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因此，当然可以变化。还应当理解，本文中所使用的术语仅出于描述具体方面的目的，而不意在具有限制性。

提供以下发明描述作为本发明的最佳目前已知方面的可行示教。为此，相关领域的那些技术人员将会认识到并且了解到可对本文中所描述的本发明的各个方面作出许多改变，同时仍获得本文中所描述的有益结果。还将显而易见的是，本文所描述的所期望的效益有一些可以通过选择本文中所描述的一些特征而不利用其他特征来获得。因此，在本领域工作的人员将会认识到对本发明的许多修改和调整是可能的，而且在某些情形下可能甚至是令人期望的，并且是本文中所描述的一部分。因此，提供以下描述作为本文中所描述的原理的说明而不是其限制。

将参考附图来描述本发明的一种或多种实现方式的各个方面。应当理解，附图是一种或多种实现方式的图解和示意性表示，且对本公开不具限制性。此外，尽管针对一种或多种实现方式以认为实用的比例提供了各个附图，但附图未必针对所有设想的实现方式按比例绘制。因此，附图示出了示例性比例，但不应该从附图推断出任何所需要的比例。

在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供本文中所描述的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，没有特别详细地描述地毯制造和人造草皮的众所周知的方面，以避免不必要地模糊所公开的实现方式的诸多方面。

如说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数个指示物。范围在本文中可以表达为从“约”一个具体值和/或至“约”另一个具体值。当表达这种范围时，另一个方面包括从一个具体值和/或至另一个具体值。类似地，当值被表达为近似值时，通过使用先行词“约”，应当理解所述具体值形成另一个方面。还应当理解，每一个范围的端点在与另一个端点有关和与另一个端点无关时都是重要的。

“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述事件或情形发生的情况和其不发生的情况。

贯穿本说明书的发明描述和权利要求书，词语“包括”和该词语的变化形式，诸如“包括”和“包含”，意指“包括但不限于”，并且不意在排除例如其他添加剂、组分、整体或步骤。“示例性”意指“一个例子”，而不意在传达优选或理想方面的指示。“诸如”不是以限制性意义使用，而是出于解释的目的。

公开了可用于执行所公开的方法和系统的组件。本文中公开了这些和其他组件，并且应当理解，对于所有方法和系统来说，当公开这些组件的组合、子集、相互作用、群组等时，尽管可能并未明确公开具体参考这些组件的每一种不同的个体和集体组合和排列，但本文中明确涵盖并描述了每一种。这适用于本申请的所有方面，包括但不限于所公开的方法中的步骤。因此，如果存在多个可以预定义的额外步骤，则应该理解，可以用所公开的方法的任何具体方面或诸多方面的组合来预定义这些额外步骤中的每一个。

本文中所描述和图1至图4中所描绘的实现方式提供了一种人造草皮100，所述人造草皮具有背衬层102和簇绒至所述背衬层中的多排个别簇束104。在其他方面，各簇束104包括每个簇束至少三根纱线106、108、110，其中所述至少三根纱线中的每一根在材料、颜色、织构、簇束旦数、每根长丝的旦数、横截面等中的至少一项上与其他纱线有所不同。任选地，所述至少三根纱线中的每一根可以在材料、颜色、织构、簇束旦数、每根长丝的旦数、横截面等中的至少两项上与其他纱线有所不同。在另一个方面，所述至少三根纱线中的每一根在材料、颜色、织构、簇束旦数、每根长丝的旦数、横截面等中的三项或更多项上与其他纱线有所不同。

可以设想使用通过单根针112对至少三根不同的纱线进行簇绒与常规人造草皮相比提供了许多优点。在一个方面，使用通过一根针对三根不同的纱线进行簇绒可以提供具有均匀表面外观的人造草皮，而在其他方面，基于所述至少三根纱线的差异，外观在本质上是随机的。在一个方面，使用每个簇束至少三根不同的纱线可以产生更自然的外观，并且可以有助于伪装接缝。另外，本公开的未填充或未安装的人造草皮由于簇束包括至少三种纤维而可以提供更好的购买展示点。根据本公开，本领域技术人员将会了解到，每个缝编簇束具有少于三根纱线可能导致成品存在不合需要的内衬条带化。

按照惯例，基于最终用途和美感的组合来选择草皮面纱线。在运动中，在选择最佳簇绒用纱线之前研究使用率或流量负载。原纤化带子纱通常用于超重流量使用率，但当与其他可用单丝纱线相比时看起来不像天然草叶。可用于纺纱厂的纱线种类非常广泛，而且使得能够基于适当地选择树脂和横截面来制造看起来和感觉起来像天然草的草皮产品。在其他方面，可以利用消光剂来赋予草皮更自然的外观。在其他方面，可以使用高度织构化的纱线来模仿枯萎的草或新发出的草叶。这种织构纱线还可以提供额外的效益，诸如在草皮垂直或水平剖面的选定区中提供结构化区域。因此，可以削弱填充物飞溅，而且可以增加草皮的总体硬挺度。还可以选择不同的体积水平以赋予草皮结构所期望的外观。因此，使用每根簇绒针至少三根纱线使得能够对特征进行高度定制，从而实现与常规人造草皮相比具有改善的性能和美感的人造草皮。

在另一个方面，使用每个簇束至少三根纱线可以直接降低簇绒成本，其中每一个簇束所包括的簇束旦数是所述至少三根纱线中的每一根的相应旦数的总和。在相同纱线重量、隔距和绒高的情况下，本文中使用较大纱线束可以允许较低缝编速率(stitch rates，织距)，从而获得更大的每小时机器产量。如本领域技术人员将会了解，缝编速率与正在缝编的纱线直接相关，从而当绒高、纱线重量和隔距保持恒定时，较高旦数与较低缝编速率相关；设想使用本文中所描述的较大的纱线束可以使得缝编速率降低，且更优选地，使缝编速率降低约30％至约40％。在一个方面，簇束的簇束旦数可以介于约3,000至约60,000且更优先地约10,800至约16,600的范围内，且所述至少三根纱线中的每一根的旦数可以介于约70至约20,000且更优先地约100至约7500的范围内。举例来说，使用1/2"隔距，在2.0"绒高下，10,800旦纱线可能每6"需要19.5针来产生每平方码40盎司纱线重量，而16,600旦纱线允许缝编速率降低35％或每6"减少约6.8针。

许多常规人造草皮产品采用加捻工艺将两根纱线组合在一起以馈送至单根针或所得簇束中。如本文所提供，利用每簇束至少三根纱线可以允许绕开加捻工艺。由于省略加捻步骤而实现的节约可以是每磅0.25美元或平均每平方码草皮0.75美元。在约9,000平方码的典型美式足球场上，这按比例增至节省6,750美元。

在其他方面，所述至少三根纱线中的一根可以包括包覆纱线或膨体连续纤维(BCF)纱线。如本文中所设想，使用BCF纤维可以避免通过利用包覆纱线将多个长丝保持在一起来进行加捻的费用。(然而，本领域技术人员将会了解到，本公开的范围内也设想了加捻的使用。)在一个方面，包覆纱线可以包括小体积低温可收缩纤维、中体积低温可收缩纤维和大体积低温可收缩纤维中的一种，其经构造以在簇绒和涂覆过程或后续热处理期间收缩降至选定起绒水平。如本领域技术人员将会了解，让额外BCF纱线并入每一个簇束中可以使得能够通过涂布来实现更大程度的束包覆。在一个实例中，已经观察到由于使用如以上所描述的BCF纱线而使簇束联结从约10％增至约20％。在一个示例性方面，可以选择具有相同横截面的三根纱线在其收缩率方面有所不同，使得所得成品草皮包括具有小、中和大叶片的簇束。本领域技术人员将会了解本文中可以实现的不同纱线特征的可能组合的范围。

在其他方面，簇束中可以利用至少一根织构化纱线。设想织构化纱线可以俘获填充物，并且可以令人期望地减少运动或其他活动期间的填充物迁移。另外，还设想均匀分布的织构化纱线可以将减少迁移的效益最大化。

在其他方面，簇束中可以使用至少一根裂缝带式纱线，且在另一个方面，该裂缝带式纱线可以经构造以折叠在表面上。如本文中所使用，术语裂缝带式纱线包括例如但不限于常规裂缝带式纱线、单丝裂缝带式纱线等。设想该裂缝带式纱线可以减少橡胶填充物在人造草皮表面受到例如球、运动员等撞击时发生飞溅的倾向。如同织构化纱线，可以设想裂缝带式纱线的均匀分布将使飞溅减少效益最大化。

在其他方面，簇束中可以采用至少一根单丝纱线。还设想调节或控制纤维的刚度可以选择性地控制球在所得人造草皮表面上的滚动。随着单丝纱线的硬挺度或刚度增加，所述纤维对球表现出增加的阻力，反之亦然。因此，设想根据最终用途要求来选择适于控制球的滚动的单丝纱线。在另一个方面，设想单丝纱线的更均匀分布可以确保球将在所有方向上均匀地滚动，而且具有选定的刚度或硬挺度的单丝纱线的均匀分布可以提供均匀的球滚动控制。

在其他方面，所述人造草皮可以包括被设置在所述背衬层的顶表面上以及设置在所述簇束之间的填充材料。所述填充材料包括任何已知的填充材料，诸如，例如但不限于橡胶颗粒、沙子、天然材料等。

在其他方面，所述至少三根纱线中的每一根纱线可以包括本领域中已知的任何横截面，而且在某些方面，所述至少三根纱线可以包括菱形、矩形、锯齿边菱形、椭圆形或者圆形横截面、脊骨形、芹菜形、锯齿芹菜形、三叶形、翼状三叶形等中的至少一种横截面。在另一个方面，所述至少三根纱线中的至少一根纱线可以包括标题为“Yarn Filament for Artificial Turf and Method for Making the Same”且在2013年7月25日提交的美国专利申请No.13/951,133和标题为“Yarn Filament and Method for Making the Same”且在2013年6月20日提交的美国专利申请No.13/922,967中所公开的横截面，二者分别以全文引用的方式在此并入。

在其他方面，所述至少三根纱线中的每一根纱线可以包括从包括LDPE、MDPE、尼龙、PP、PET、PLA和其共挤出生物材料的群组中选出的材料。

在其他方面，所述多个簇绒排中的指定簇绒排基本上与每一个相邻簇绒排类似，且在另一个方面，指定排上的相邻簇束相隔预定隔距。有多个簇绒排基本上与每一个相邻排类似的人造草皮可以允许草皮安装者在不考虑匹配簇绒排的情况下切割和安装草皮。本领域技术人员将会了解到，消除对匹配簇绒排的需要可以使草皮安装成本减少多达约40％。

根据本公开，本领域技术人员将会了解到，除了以上所描述的簇绒方法，可以设想机织、针织和熔融粘合也是可用于生产本公开的人造草皮的方法。另外，根据本公开，本领域技术人员将会了解到，用于将三根或更多根纱线传递至草皮产品的各种方法都可以使用，诸如有三根馈送纱线同时馈送或用纱束进行簇绒的单针控制。

本文中所描述的额外实现方式提供了一种簇绒组件，所述簇绒组件具有多根针、纱架组件和多个张紧器。在一个方面，所述多根针中的每一根针适于接收至少第一纱线106、第二纱线108和第三纱线110。在另一个方面，所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的每一根被选择为彼此不同。在一个方面，所述纱架组件具有至少三个与每一根针相关联的柱状位置，且每一个柱状位置可操作以接收纱线束，所述纱线束具有至少所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的一个。在另一个方面，多个张紧器中的每一个与所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线中的每一个相关联。在另一个方面，可以选择性地调节与每一个张紧器相关的张力，使得可以向每一根针传递在所述第一纱线、第二纱线和第三纱线之间基本上相等的张力。任选地，可以选择性地调节与每一个张紧器相关的张力，使得相应第一纱线、第二纱线和第三纱线中传递到每一根针的张力中有至少两者可以基本上相等。

在另一个方面，所述多根针112中的每一根适于同时使至少所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线穿过至少一个主背衬层102进行簇绒。在又另一个方面，可以提供多个馈送辊，其中每一根纱线都具有相应的馈送辊，以便适应不同的纱线树脂和相应的摩擦系数。在其他方面且如图2中所示，至少所述第一纱线、所述第二纱线和所述第三纱线包括圈114，且在另一个方面，可以通过钩刀组件116至少部分地切割所述至少一个圈。在图3中所示出的一个替代方面，可以采用从多个纱束进行簇绒作为生产本文中所描述的人造草皮的替代方法。

因此，图1至图4和相应的正文提供了许多不同的人造草皮构造，以及用于形成所述不同的人造草皮构造的装置、方法。除上述内容以外，还可以在用于实现具体结果的方法中在行为和步骤方面描述本文中所描述的实现方式。举例来说，参考图1至图4的组件和图，上文同时描述了一种方法，所述方法包括通过提供第一纱线、第二纱线和第三纱线，使所述纱线穿过单根针，以及将所述针施加至背衬以形成簇束来形成人造草皮。

本发明因此可以在不脱离其精神或基本特征的情况下被实施为其他具体形式。所描述的方面应当被视为在所有方面都仅仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附权利要求书而不是由先前描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化都应当涵盖在其范围内。