人造草皮系统的制作方法

本发明涉及人造草皮系统，且更具体地涉及提供有给予改善的比赛特性的填充物的草皮系统。本发明还涉及改善的填充材料及这种填充材料在实现改善的侧向脚部释放性能中的用途。
背景技术：
：人造草皮系统众所周知地用于各种运动和美观目的，且经过许多代发展到它们目前的形式。一般而言，虽然在某些方面可能已经超越，这种系统设法实现与它们的天然对应物相同的特性，至少在行为的可预测性方面。典型的第三代草皮系统包括具有上表面的衬底层和设置在纤维之间的柔软细粒的填充层。衬底层可以由编织织物组成，其中丛毛装饰人造草纤维以提供以向上位置取向并通过乳胶或聚氨酯的衬底层固定至编织织物的绒毛纤维。可替换地，可以通过编织地毯同时生产衬底层和绒毛纤维。此处，对于堆积纤维和垫层结构的位置相当灵活。安装草皮系统通常涉及提供散布在直立的草皮纤维之间的散沙层，其通过其重量将衬底层固定就位并支撑处于向上位置的绒毛纤维。在该沙层上以及在人造草皮纤维之间，散布柔软的弹性细粒，形成提供必要的运动性能的松散的性能填充层。这些性能特性将取决于预期用途，但是对于大部分运动将包括：旋转和线性抓地力；力降低；竖直球反弹；和旋转摩擦力。可以通过直接在衬底层下应用减震垫或e层(e-layer)进一步支持该性能。在英国专利申请gb2429171中描述了这种类型的一种系统。尽管这种系统在大部分情况下提供了优异的性能，但是它们在最高水平的运动中的应用仍受限，且在某些标准下，其没有成功实现质量最佳的天然草球场的性能。本发明尝试进一步改善人造草皮系统的性能。技术实现要素：根据本发明，提供了人造草皮系统，包括：弹性层；人造草层，包括基板和由基板直立的绒毛纤维；以及填充层，填充层包括具有1.8mm至10mm的平均尺寸的设置在基底上并分散在绒毛纤维之间的平滑的硬的细粒。在使用橡胶类填充材料的现有的系统中，观察到由于负重脚的冲击，可能出现过大的侧向力。橡胶填充材料提供了良好的牵引力，允许运动员在不会滑到的情况下加速和转向。不过，对于侧向冲击，钉鞋可能不能如天然草皮的情况一样容易地从表面脱离。作为新的测试可能性的开发的结果确定了脱离问题，具体是由kent等人研发并在文章“developmentandassessmentofadeviceandmethodforstudyingthemechanicalinteractionsbetweenshoesandplayingsurfacesinsituatloadsandratesgeneratedbyeliteathletes”,kentetal.2012sportsbiomechanics,doi:10.1080/14763141.2011.650188(通过引证将其全部内容合并到本文中)中描述的b.e.a.s.t.(biocore精英运动员鞋-表面测试机(biocoreeliteathleteshoe-surface-tester))测试机。研发了beast测试方案来研究人造草皮结构的安全性，且基于许多主要的关注问题被nfl采用。如在kent文章中写到的，一个主要的问题是运动员的脚、鞋和球场表面之间的相互相用。运动员需要抓地力使得他/她可以加速、停止和转向。但是该相互相用也可能是下肢受伤的风险。kent文章描述了用于模拟和测量运动期间在由优秀运动员原位生成的负载和速率下的鞋-草皮相互相用的设备和方法。使用beast测试方案，可以量化脱离力。此处提出的使用相对大的、平滑的、硬的细粒填充的草皮系统根据beast测试方案具有显著改善的结果。在不希望受到理论限制的情况下，认为颗粒的相对平滑度结合它们的尺寸使得它们更有效地释放负重脚，同时仍保证正常使用期间必要的牵引力特性。尤其是旋转运动的情况，借此峰值旋转力相对于天然草皮显著降低。技术人员将理解为了实现上述效果，不是所有填充物都需要包含具有所指出的特性的细粒。在下面，细粒用于指具有规定尺寸的平滑的、硬的细粒。将其他颗粒称为填充颗粒。根据本发明的一个方面，细粒可以主要存在于填充层中。在本上下文中，主要存在要求层的按体积计至少50％包含这种细粒。可替换地，填充层可以包含至少80vol％的细粒或甚至大于90vol％。剩余的体积可以由落在指出的范围外的填充细粒组成。在本上下文中，按体积计50％旨在表示混合之前一份细粒比一份其他细粒。填充细粒可以是相同的材料但是具有不同尺寸。可替换地，它们可以是不同的材料。平滑的、硬的细粒与小体积的橡胶细粒(其性质具有高摩擦系数)的混合物可以允许根据期望的结果仔细调节脱离力。添加最低量的橡胶细粒也可以帮助保持填充层中的能量复原性质。根据本发明，细粒是硬的且它们具有大于肖氏d45的表面硬度。一般而言，将肖氏a硬度等级用于限定橡胶和弹性体的硬度。选择用于细粒的材料可以超出肖氏a等级或至少在肖氏a90以上。肖氏d等级更适合于确定用作细粒的热塑性材料的硬度，且可以将肖氏d值45视为最小值。更优选地，细粒可以具有大于肖氏d48或甚至大于肖氏d50的表面硬度。事实上，甚至可以使用更经常以洛氏r等级硬度测量的更硬的材料，例如具有大于20的洛氏r硬度，并且包括陶瓷、石料、二氧化硅和金属。尽管给出硬度的参照，但是应理解细粒的压碎强度同样是重要的，并且及在正常使用期间它们不应该经受粉碎或破裂。在细粒的尺寸方面，技术人员应理解尽管给出了平均尺寸的参照，但是细粒的平均尺寸为1.8mm至10mm，可以使用许多不同的流程确定该尺寸。在本文中，根据astmc136/c136m-14“用于筛分分析细和粗骨料的标准测试方法”给出该值。在一个实施方式中，细粒可以具有2mm至4mm的平均尺寸。在另一个实施方式中，细粒可以具有2mm至3mm平均尺寸。如上所指出的，不是填充层中所有的颗粒都需要符合给出的细粒的规格。在尺寸方面，可以由上限d90和下限d50、更优选地下限d70或甚至d80给出限定的尺寸范围内的颗粒数。在本发明的优选的实施方式中，细粒包含热塑性材料。应理解在建造全尺寸的体育场中使用的材料的体积要求填充物生产相对便宜。优选地，其也可以由再循环料制成且本身可以是再循环的。在这方面，某些热塑性材料已经被广泛用于例如人造草纤维制造，且它们作为细粒的进一步的用途可以是优选的。用于细粒的材料可以选自包括以下的组：聚乙烯(pe、ldpe、lldpe、mdpe、hdpe)、聚丙烯(pp)、聚酰胺(pa)、聚氨酯pu)、聚苯乙烯(ps)、泡沫聚苯乙烯(eps)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸异山梨醇乙二醇酯(peit)、聚呋喃二羧酸乙二醇酯(pef)、聚羟基脂肪酸酯(pha)、聚乳酸(pla)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚琥珀酸丁二醇酯(pbs)、聚己二酸共聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚己内酯(pcl)、苯酚甲醛(pf)、聚碳酸亚丙酯(ppc)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯醇(pvoh)、热塑性淀粉(tps)和以上的组合。混合物还可以包含热塑性弹性体(tpe)，例如tpe与pe的混合物，其中pe含量大于30％，或具有高含量的聚苯乙烯或塑性体的tpe，如exxonmobil的exacttm和dowchemical的affinitytm。细粒在结构上可以是均匀的并可以包含材料的混合物。在一个实施方式中，可以将热塑性材料与填料如白垩等结合，这可以是出于降低成本、增加比重或调节细粒的其他特性征的目的。在另一个实施方式中，细粒可以具有涂覆在非热塑性核上的热塑性外表面。核也可是中空的。在仍进一步的实施方式中，细粒可以包含其他包含物，包括空气。可以将发泡的细粒用于降低比重以及降低总材料成本。其可以通过在生产过程期间引入发泡剂来实现。根据本发明的进一步方面，细粒可以具有小于2.0或甚至小于1.5的比重。细粒可以具有大于0.4或大于0.6的比重下限，以及在一些情况下可以选择为具有大于1.0的比重。不排除它们也可以以特定范围内的密度存在。根据本发明，细粒必须是平滑的。技术人员将意识到可以以许多方式定义平滑度，但是对于本发明，将其定义为要求相对低的摩擦系数。在优选的实施方式中，细粒可以具有小于0.5的摩擦系数的表面。在这种情况下摩擦系数是根据astmg115-10(2013)对接触的相同材料的两个表面测量的静态摩擦系数。除了具有低摩擦系数之外，细粒在它们的形状上也应该是平滑的。在一个实施方式中，细粒是圆形的。在该上下文中，圆形旨在表示它们具有中到高的球度和圆度。优选地，它们具有大于0.5或大于0.7或甚至大于0.9的球度，其中，球度定义为与细粒等体积的球体的直径与细粒的外切球体的直径的比值。细粒可以具有大于0.5、或大于0.7或甚至大于0.9的圆度值，其中，将圆度定义为细粒的角和边缘的平均曲率半径与可以内切的最大球体的半径的比值。技术人员将意识到细粒的性质将取决于圆度和球度两者，并且在达到具有低脱离特性的细粒填充物时一种可以补充另一种。其一个量度可以是休止角。细粒优选地具有小于40度、更优选地小于35度以及在某些实施方式中小于30度的休止角(在它们的干燥状态下)。休止角是当小心倾洒细粒以形成堆时产生的锥形与水平线的角度，即其是可以堆积细粒而不塌落的临界角。填充层可以以足以在其固定部分的长度上充分支撑绒毛纤维的深度存在，且将取决于这些纤维的长度和期望的自由绒毛。在优选的实施方式中，填充层具有至少10mm的深度。这可以对应于至少是用于预期的运动的典型鞋钉的深度。在其他实施方式中，可以存在至少20mm的深度或甚至大于30mm的深度的填充层。应理解如以下进一步讨论的，最终的深度将取决于填充层是否是基底上支撑绒毛纤维的唯一的层。在一个实施方式中，绒毛纤维可以是至少50mm长度或甚至至少60mm长度。根据运动的性质，它们可以在填充物水平以上延伸至少10mm或至少15mm或甚至大于20mm。根据本发明的重要方面，因为填充层包含硬的细粒，所以它们吸收能量或提供能量复原的能力不同于传统的弹性填充细粒。为此，必须在草皮系统内的不同位置提供弹性层。根据一个实施方式，弹性层包括人造草层的基底下的减震垫结构。减震垫结构可以是任何适当的常规减震垫结构，并且也可以结合水分传输的功能。一种这样的结构包括与聚氨酯粘合剂结合的再循环的塑料细粒，且是作为ecocepttm由tencate可获得的。可替换的减震垫结构包括粘结的或松散的弹性体细粒和闭孔编织泡沫结构如由tencate可获得的sinetm。系统也可以包括设置在基底上填充层下面的一个或多个额外的颗粒层。额外的细粒层可以具有各种功能，包括减震、绒毛稳定、排水、填充等，并可以选自包括以下的组：沙子、砂砾、橡胶颗粒、弹性体颗粒、热塑性颗粒和任何其他不满足填充细粒的定义的颗粒。本发明还涉及用于人造草皮系统来减少鞋陷入力的填充材料，该填充材料主要包括具有1.8mm至10mm的平均尺寸的平滑的硬的细粒。该填充材料可以用于相对于橡胶类填充材料减少侧向的鞋陷入力，也用于可以相对于橡胶填充物和天然草皮两者减少旋转陷入力。细粒可以是如以上或下文中所定义的。本发明仍进一步涉及以上定义的材料在人造草皮系统中的用途，其中，将填充材料提供至10mm至40mm的深度，且脚部释放力根据beast预负载平移测试不超过3.5kn。本发明特别涉及以上定义的填充材料在足球、橄榄球或英式橄榄球的球场的制造中的用途。附图说明在参考多个示例性实施方式的以下附图时可以了解本发明的特性和优点，其中：图1示出了根据现有技术的人造草皮系统的截面；图2示出了根据本发明的一个实施方式的人造草皮系统的截面；以及图3示出了beast测试装置的示意图。具体实施方式实施例1图1示出了常规的人造草皮系统1的截面，其包括稳定的基底2、基板4、绒毛纤维6和由弹性体橡胶颗粒形成的填充物8和沙层7。基板4和绒毛纤维6是来自greenfieldstm的slidemax60tm簇绒草系统以及dsxwrtm绒毛纤维6。沙层7为15mm，且填充物8具有60-65的肖氏a硬度和0.8mm-2.5mm细粒尺寸的未限定的形状。认为实施例1的草皮系统1代表目前可用于脚部脱离和滑动性能目的的现有人造草皮系统的最佳状态。实施例2图2示出了根据本发明的一个实施方式的人造草皮系统10的截面。草皮系统10包括稳定的基底12、弹性层13、具有绒毛纤维16的基板14、细粒层17和填充层18。根据实施例，弹性层13是ecocepttm40mm层，包含60％橡胶和40％再循环的塑料细粒与14wt.％的pu粘合剂。人造草层是来自greenfields的编织地毯mx，具有菱形截面的纤维的50mmtrimension纤维。细粒层17是10mm沙子填充物，等级0.2-1.0mm，具有15kg/m2覆盖度。填充层由25mm深度的pe细粒组成，具有40的肖氏d硬度，圆度良好，具有中等球度，3.8mm平均直径和12.5kg/m2覆盖度。根据kent文章中定义的beast测试流程使实施例1和实施例2的草皮系统两者经受测试。图3示出了beast设备50的示意图，其设置用于在根据本发明的草皮系统10上进行平移测试。beast设备50包括自由直立在草皮系统10上的外框架52。提供轮54用于运输。内框架56安装为在外框架52内可滑动地垂直移动并传送具有与草皮系统10接触的钉鞋底60的轴58。通过滑动轴承62将轴58安装在内框架内用于在气压传动器64的控制下侧向移动。可以将重物66应用于内框架以向钉鞋底60施加压力。负载单元68测量轴58和钉鞋底60之间的力和转矩。beast设备50用于进行反应以下一般类型的任务的三个测试：1)使用285kg重物和11.4巴气动压力的全功率平移测试；2)使用285kg重物和5.5巴气动压力的半功率平移测试；以及3)应用285kg重物和4.0气动压力使轴58旋转的半功率旋转测试。将模制的橄榄球鞋用作钉鞋底60进行所有三个测试。测试说明和流程如kent文章中所定义。测试1-全功率平移测试对实施例1和实施例2的草皮系统测量随时间的水平位移和水平力，并参考天然草皮的标准值比较。在使用11.4巴气动压力的侧向力的全功率平移下，实施例2的系统示出了约0.1秒之后>200mm的轴的位移。遇到的最大力是3kn，且钉鞋底60自由移动通过填充物。认为这是完全的自由释放，至少相当于天然的草皮性能。具有弹性体填充细粒的实施例1的人造草皮系统实现了40mm的最大位移并表现出5kn的峰值力。钉鞋底60在此值下仍保持不动，且认为其是不期望的结果。在实施例1的情况下，运动员的脚将经受太大的力，这可能导致严重的伤害。测试2-半功率平移测试对实施例1和实施例2的草皮系统再次测量随时间的水平位移和水平力，并参考天然草皮的标准值比较。在使用5.5巴气动压力的侧向力的半功率平移下，实施例2的系统在0.1秒之后示出了>28mm的轴的最大位移。遇到的最大力是约2.5kn。具有弹性体填充细粒的实施例1的人造草皮系统1在相同的时段内实现了约17mm的最大位移并表现出2.5至3.0kn的峰值力。在半功率下，可以看出实施例1和实施例2的草皮系统两者都保持类似水平的水平力。测试脚保持其位置(在该上下文中，保持位置是指水平位移小于40mm)。这是期望的特征，称为抓地。如果在半功率平移下，脚部释放，则抓地力太低。测试3-半功率旋转测试对实施例1和2的草皮系统测量随时间的转动位移和转矩，并参考天然草皮的参考值相比。在半功率旋转下，其中经由滑轮施加4.0巴气动压力的力使轴58旋转，约0.15秒之后实施例2的系统示出了130度的最大旋转。遇到的最大转矩小于80n.m。具有弹性体填充细粒的实施例1的人造草皮系统1实现了刚好10度的最大位移并表现出超过100n.m的峰值力。在半功率旋转下实施例1的这些值密切对应于天然草皮的那些。在半功率旋转下，根据本发明的实施例2的人造草皮系统10远远超过天然草皮或现有的实施例1的草皮系统1所达到的最佳值。测试脚容易释放其位置并可以自由旋转。这对于减少运动伤害是期望的特征。由于在半功率下测量的旋转值已经显示适当的脱离和位移，所以没有对根据本发明的草皮系统进行全功率下的进一步旋转测试。其他测试除上述beast流程测试之外，对实施例2的草皮系统10进行另外的研究，根据fifa**性能流程(参见fifaqualityconceptjanuary2012)测试。结果显示以下值：减震：68％垂直变形：9mm垂直球反弹：75cm旋转摩擦力：30nm球滚动：6m除了关联图2所描述的公开的实施例，技术人员将理解可以考虑许多其他构造，其将同样落在目前的权利要求的范围内。具体地，根据一种人造草皮系统，可以由以上定义的平滑的硬的填充细粒仅部分代替弹性体填充层。具体地，可以由平滑的硬的细粒替代填充层的顶部10mm。一些典型的人造草皮系统可以包括：实施例3实施例4减震垫或e层否是草皮系统栽绒60-70mm栽绒40-60mm沙填充层5-20mm5-20mm弹性体填充物5-20mm5-20mm平滑的硬填充物10-20mm10-20mm可以在不背离本发明的精神和范围的情况下，对本文所描述的结构和技术做出除以上描述的那些之外的许多进一步的修改。因此，尽管已经描述了具体的实施方式，但是这些仅是实例且不限制本发明的范围。当前第1页12