运动面层、其用途及其制造方法与流程

本发明涉及一种基于纤维的运动面层以及一种制造基于纤维的运动面层的方法。运动面层包括背衬层和绒头层，并且适合多种运动和娱乐活动，包括曲棍球、草地滚球、板球、高尔夫球、网球和板网球。运动面层在不灌溉的情况下示出优异的性能，并且因此特别适合在其干燥条件(即不添加水)下使用。

背景技术：

1、运动面层需要满足某些性能标准以使得能够实现舒适的比赛和/或符合由专业运动协会制定的规范和限制。例如，可以设置限制以确保最小或最大球滚动距离、指定球弹跳特征或使得能够实现安全的运动员滑行性能。天然草皮是许多运动的优选面层之一，但经常发现日常使用的维护成本太高。为此，人造草皮变得越来越受欢迎，并经过多代发展，实现了等同于或甚至超过天然形式的运动性能。通常，人造草皮包括背衬层和绒头层，它们通过簇绒或机织等连接在一起。绒头层形成比赛表面。

2、运动面层的绒头层决定了运动面层的性能。它还可以设置有填充材料以实现所需的回弹性和其他运动性能特征。特征如绒头高度、纱线类型、纤维密度和刚度都会影响球比赛表面上的行为。例如，如果球与比赛表面之间的摩擦非常大，那么球可能无法滚动所需的距离。通常，绒头的开发试图通过提供不同的纤维形状和材料来模仿其自然等效物。wo2006/091067a1示出了专门旨在用作运动场地、特别是足球的人造草皮系统的实例。

3、基于纤维的运动面层广泛用于进行球类运动像足球和曲棍球，但可能具有比赛表面处的摩擦过大的缺点。这可能对运动性能有负面影响，并可能导致运动员在滑行时受伤。为了减轻这些负面影响，可以湿润运动面层以便降低比赛表面处的摩擦。这尤其适用于曲棍球场地，并且这种解决方案通常被称为“基于水的场地”。

4、虽然所描述的基于水的场地提供了优异的运动性能，但是用于湿润场地所需的大量的水并不总是容易获得。此外，使用大量的水是不环保的，尤其是在干旱时期。为比赛准备基于水的场地在每个比赛时间段可能需要多达20000升水。虽然此类基于水的场地已经成为运动如曲棍球的标准，但是它们的使用已经变得站不住脚，因为它们使某些运动员群体和水资源匮乏的国家无法参与这项运动。

5、本发明试图通过提供具有相当的或改善的功能水平的场地同时减少湿润场地所要求的水量和/或完全省略使用的水来进一步改善此类运动面层。

技术实现思路

1、因此，根据本发明的第一方面，提供了一种包括背衬层和绒头层的运动面层，其中该绒头层包括绒头纤维，其连接到背衬层以形成环，并且这些环紧密地堆积在一起以形成基本上连续的比赛表面。绒头纤维可以由单丝、原纤化带、分切带等形成。优选地，绒头纤维由单丝形成，即已被挤出作为单独的长丝的纤维。

2、在此，术语“运动面层”用于指用于进行运动或其他娱乐活动，例如打曲棍球、草地滚球、板球、高尔夫球、网球、板网球或足球的专用面层。应当理解，在实施例中，可以调节运动面层以符合由专业运动协会制定的关于某些性能特征(如球滚动距离或球反弹高度)的标准。根据本发明权利要求书的运动面层标志着与常规思维的显著背离，因为它不再寻求接近天然草皮，而是提供与天然草皮和现有人造草皮本质上不同的运动性能。

3、绒头层包括多个环并且比赛表面由多个环的上部部分形成。术语“环顶部”用于指多个环的形成比赛表面的上部和外部部分。通常，每个环具有由绒头纤维从背衬层的顶表面延伸的点限定的环基部。两个环侧部从环基部开始在背衬层与比赛表面之间延伸。比赛表面由连接两个环侧部的环顶部形成。应当理解，环由连续纤维形成，并且环侧部和环顶部的定义可以取决于环的瞬时形状。环形状例如取决于当前和/或先前施加到比赛表面的压力，但是也可以取决于其他因素，如相邻环的堆积程度。

4、传统的运动面层通常在绒头层中使用切割纤维。与此类传统的切割纤维运动场地相比，比赛表面处的阻力降低。对于相同的绒头纤维体积，环提供了更好的支撑，并且因此球不会太多地下沉到场地中。这可以使得在绒头纤维与球之间的接触面积较小，这可以减少一方面球或运动员的皮肤与另一方面比赛表面之间的摩擦。摩擦越小导致球减速越小，以及当运动员做出滑铲时皮肤擦伤的风险也越小。当运动员在具有高摩擦阻力的比赛表面上滑倒或滑行时，则可能产生局部高温，从而可能导致摩擦灼伤和皮肤擦伤。

5、除了较小的接触面积之外，根据本发明的比赛表面中的接触面积还具有较低的粗糙度。切割纤维比赛表面可能在绒头纤维的切割截面周围具有锋利的边缘，而环顶部的形成比赛场地的侧部典型地光滑得多。这种额外的光滑度有助于进一步减少一方面球或运动员的皮肤与另一方面比赛表面之间的摩擦。

6、由于较小的摩擦，通常不需要在运动面层上提供额外的水以进一步减少摩擦。从环境角度来说，这是显著的优点。例如，用于曲棍球的传统的基于水的场地，对于单个曲棍球场地每小时比赛需要大约20,000升水。

7、环提供大量的支撑并且由于环可以变形，因此层的回弹性得到改善。与割绒纤维相比，这提高了运动员舒适性，并且由于绒头层吸收了较多能量，因此球的弹跳较低。

8、环进一步增加了比赛表面的旋转阻力，从而改善了球和运动员脚的抓地力。这防止运动员意外滑倒和跌倒或受伤。

9、根据本发明的运动面层进一步有利的是增加的面层寿命。由于环的相对良好的柔性，因此绒头纤维磨损减少。此外，由于拉出环比拉出单根割绒纤维需要更大的力，因此减少了绒头纤维拉出。此外，由于没有可能被损坏的绒头纤维端部延伸到表面，因此闭环使得更难以通过将绒头纤维分裂而将其损坏。这进而允许调整纤维材料，因为耐裂性不再是首要的。因此，更容易定制纤维材料以改善舒适性或降低摩擦，例如通过使用较软的材料或涂层。

10、最后，在大多数职业运动中，表面上的一致性对于比赛项目至关重要。环紧密地堆积在一起以形成基本上连续的比赛表面。密集的堆积改善了场地的一致性。由于场地的良好寿命，因此确保在较长时间段内保持一致性。

11、环的紧密堆积可以帮助实现所需的运动面层的支撑和回弹性。在实施例中，绒头层具有至少100g/m2/mm、优选至少150g/m2/mm的绒头密度比。在此，绒头密度比被定义为绒头层每单位高度[mm]的绒头层质量[g/m2]。绒头层的质量可以根据iso 8543确定，并且绒头高度可以根据iso 2549测量。因此，绒头密度比的单位是克/平方米/毫米。

12、可替代地，环的紧密堆积可以通过每平方米的环的数量或每平方米的环或长丝的数量来定义。在实施例中，设置至少40,000个环束/平方米，优选至少60,000个环束/平方米。环束的数量可以根据标准iso 1763测量。

13、在实施例中，设置至少400,000个单独的环/平方米，优选至少600,000个环/平方米。在此，每个环由单独的长丝或纤维形成。因此，600,000个环的计数与切割纤维绒头层中的1,200,000根长丝相当。长丝的数量可以根据标准iso 1763测量。

14、在实施例中，绒头层具有在5mm与20mm之间、优选在8mm与10mm之间的绒头高度。绒头高度可以根据iso 2549测量。对于更高的绒头高度，运动面层更容易损坏，因为运动员的鞋的一部分被卷入环中的可能性增加。因此，更大的环具有更高的被拉出的风险。

15、在实施例中，环具有小于3的纵横比(h/w)。环基部通常由形成环的方式决定。对于经簇绒的绒头层，环基部很大程度上由针尺寸和经簇绒的束直径确定。如果不受约束，那么环将倾向于具有由纤维的结构特性(即面积二次矩)决定的曲率。如果环紧密地堆积在一起，那么相邻的环可以彼此抵靠支撑，从而导致较窄的环。通常，最大环宽度是在绒头层内与背衬层的顶表面间隔开的位置处获得的。然而，不排除其他结构可以在绒头离开背衬层的位置处在环基部处形成具有更大宽度的环。

16、在实施例中，纵横比可以是至少2.2，优选至少2.4。对于经簇绒的绒头层，环基部通过背衬层中的单个开口设置。在实施例中，环基部可以是较宽的。

17、在实施例中，绒头层具有至少800g/m2的质量。质量可以根据标准iso 8543确定。

18、在实施例中，背衬层具有上表面和下表面，绒头纤维穿过背衬层并沿着背衬层的下表面延伸，其中在背衬层的下表面处的绒头纤维已被加热以将材料弱化或破坏。应当理解，绒头纤维通常在挤出期间被向下拉以便使聚合物材料取向。将材料加热至软化温度可能导致取向丧失和纤维强度降低。当对绒头层中的环中的一个施加大的拉力时，环可能被拉出，同时使背衬的弱化下侧处的纱线断裂。因此，可以减少或完全防止抽丝(即，如果一个环被拉出，那么来自同一列或行的连续环的损失)和磨损(即，绒头纤维从切割边缘的损失和损坏)的影响。

19、据信，过去曾尝试将环绒头结构用于运动面层，但由于环容易被钩住并导致不可接受的抽丝，这些尝试都失败了。将环切割以提供割绒运动面层被视为解决此问题的唯一解决方案。在实施例中，本披露内容教导了一种通过在绒头纤维中提供避免抽丝的弱化点来克服抽丝问题的方式。

20、在实施例中，在背衬层的下表面处的绒头纤维至少部分地熔融。绒头纤维可以部分地熔融或完全熔合。术语“熔合”用于指两个部件或两种纤维完全熔融在一起，即形成整体最贱的情况。熔融可能仅仅导致一个组件围绕另一个组件模制，而没有发生实际的粘合或熔合。在这种情况下，一旦冷却，两个组件例如绒头纤维和机织背衬层可能仅存在机械结合。将绒头纤维熔融在一起可以形成在背衬层的下表面处的具有较高拉出强度的纤维束。熔融的长丝束比单根长丝更难以拉出，但仍然不容易抽丝。

21、在实施例中，运动面层进一步包括设置在背衬层的下表面处的锁定层，用于将绒头纤维锁定到背衬层和/或减轻抽丝。锁定层防止绒头纤维从背衬层拉出，并且由于增强的拉出强度可以进一步减少抽丝的影响。

22、在实施例中，锁定层包括以下中的一项：热熔粘合剂、粉末熔体粘合剂、涂层或层压膜。涂层可以例如是胶乳或聚氨酯涂层。在实施例中，可以施加组合；例如施加粉末熔体粘合剂和层压膜两者。

23、额外的层可以设置在背衬层下方，用于锁定和其他目的。可以设置机织层或针刺毡层以增加强度和耐久性或增强减震。因此，运动面层可以用一体式减震垫生产。

24、在实施例中，绒头层进一步包括多个切割环。此类切割环优选地具有与环类似的绒头高度或比其更低的绒头高度，使得比赛表面至少部分地由环形绒头纤维形成。在实施例中，所有环都是未切割的。切割环和未切割环的组合可以用于优化运动场地的运动性能特征。此外，可以设置切割环以减轻“磨损”和“抽丝”的影响，因为将环切割减少了连续环的长度，使得较少的环被拉出。可替代地，可以通过将背衬层的下表面处的绒头纤维切割来减轻抽丝和磨损的影响。

25、在实施例中，至少70wt.％的绒头层由未切割的环组成，优选其中至少90wt.％的绒头层由未切割的环组成。在此上下文中的术语“未切割的”环应理解为是指它们在绒头层内，即在背衬层的顶表面上方未被切割。

26、在实施例中，绒头纤维包含聚合物材料，优选聚乙烯材料。聚合物材料可以通过拉伸被挤出和取向。聚乙烯、特别是低密度聚乙烯，由于其良好的回弹性而成为优选的材料，并且因此最适合实现所需的运动性能。可替代地，例如聚丙烯或聚酰胺材料可以用于形成绒头层。如上所述，由于环的使用以及不存在可能易于磨损和分裂的切割端部，因此可以使用在人造草皮中常规使用的较软的材料。

27、在实施例中，将形成环的绒头纤维布置成束。优选地，每个束包括3至30根、优选6至12根单丝、原纤化带或分切带束。从生产的角度来看，以束的形式施加绒头是有效的，并且技术人员将理解束尺寸与可加工性之间的权衡。在实施例中，绒头纤维束具有在2000分特与20000分特之间、优选在6000分特与10000分特之间的线密度。

28、根据本发明的一个方面，束内的纤维具有在500分特与2000分特之间、优选在800分特与1200分特之间的线密度。应当理解，这与地毯材料(例如用于室内使用)是不可比较的，这些地毯材料也可以用环绒头形成，但是具有远低于100分特的分特值。

29、在实施例中，绒头层进一步包括变形纱线。变形纱线可以形成为环形绒头纤维或可以是割绒纤维。变形纱线可以具有相同的绒头高度或更短的绒头高度，并被设置以形成回弹性茅草层。

30、在实施例中，将绒头纤维簇绒到背衬层中。本领域技术人员将熟悉用于簇绒此类环的程序。簇可以是直的或者可以按之字形方式布置。已经发现，轻微的之字形可用于避免环的图案过度线性，这可能导致比赛表面中的方向性。可替代地，绒头纤维可以按不同的方式整合到背衬层中，如通过针织、机织或针刺。

31、在实施例中，环具有至少35n、优选至少50n的拉出强度。拉出强度可以由如根据环的iso规范4919定义的最小拔出力来确定。在环包括呈束的多根纤维时，这是该束的拉出强度。此种强度通常是运动协会所要求的最低限度。根据本发明的运动场地可以被配置为符合由运动协会制定的规范。

32、在实施例中，绒头纤维具有纵横比(w/t)不大于5、优选不大于4的截面。本领域技术人员将理解，这对于常规人造草叶片是相对厚的。然而，在本发明情况下，纤维不再起到竖起叶片的作用，而是旨在模仿草。相反，该形状以拱形的形式为绒头纤维提供结构强度。

33、在一个实施例中，绒头纤维可以具有基本上圆形、椭圆形、卵形、透镜状、菱形或矩形的截面形状。

34、在另一个实施例中，绒头纤维可以具有多个沿着绒头纤维的伸长方向延伸的长形肋部。当光线明亮时可能的眩光对于绒头纤维的光滑圆周表面是不利的。通过沿着绒头纤维设置长形肋部使绒头纤维的表面粗糙化可以减轻眩光并提供更自然的外观。

35、在实施例中，运动面层适合球类运动，特别是曲棍球、草地滚球、板球、高尔夫球、网球或板网球。应当理解，可以调整绒头层以符合特定运动应用的规范和要求。应当进一步理解的是，运动面层还可以用于没有球的其他娱乐活动。

36、在实施例中，运动面层适合在不灌溉表面的情况下使用。如上所述，常规场地经常与水结合使用以提高运动性能。水减少了比赛表面的阻力，由此改善了运动性能。对于根据本发明的运动面层，出人意料地发现，由于阻力自然较低，因此不需要水即可获得良好的运动性能。

37、在实施例中，背衬层包含聚合物材料。例如，背衬层可以由聚丙烯制成，其对室外条件展现出优异的稳定性，示出高抗蠕变性并且具有优异的寿命。背衬层的稳定性是重要的，因为如果在没有适当的冷却措施的情况下暴露于阳光直射，那么球场上的温度可以在低于冰点与最高达85摄氏度之间变化。足够的抗蠕变性对于施加在甚至具有微小排水坡度的运动场地上的运动面层尤其重要，否则静力可能导致运动面层随时间变形。可替代地，背衬层可以由另一种聚合物材料制成，如聚乙烯并且优选高密度聚乙烯。高密度聚乙烯材料还可以用于制造对室外条件展现出优异的稳定性，示出高抗蠕变性并且具有优异的寿命的背衬。此外，提供都为聚乙烯材料的背衬层和绒头纤维增强了在产品使用寿命结束时将其再循环的能力。

38、优选地，背衬层由具有比绒头纤维更高的熔融温度的聚合物材料制成。在实施例中，背衬层包含具有第一熔融温度的聚合物材料，并且绒头纤维包含具有第二熔融温度的聚合物材料，其中第一熔融温度与第二熔融温度之间的差值是至少2摄氏度，优选至少3摄氏度并且可以超过5摄氏度。不同的熔融温度使得绒头纤维能够通过绒头纤维的熔融而固定在背衬层中，而不影响背衬层的长丝。

39、在实施例中，运动面层经受热稳定处理。为了热稳定，将运动面层加热到高于比赛期间可预期的最高温度。热稳定可以改善运动面层的尺寸稳定性。背衬层可以是机织织物，并且热稳定缓解了在机织工艺期间在背衬层的长丝中产生的应变。应当理解，机织通常在长丝具有给定模量的环境温度下进行。机织动作在长丝中产生弯曲和扭曲，一旦工艺完成，这些弯曲和扭曲就保留下来。如果背衬层的温度升高，引起的应变可以通过长丝弯曲的弛豫和拉直来恢复。作为热稳定的副作用，绒头层的高度可能减少大约20％。

40、热稳定可以使用多种不同的方法来进行。在一个实施例中，通过将基底沿着具有加热表面的本体送入来进行热稳定，背衬层的第一表面被布置为与加热表面接触。加热表面可以是本领域通常已知的辊或压延机。在另一个实施例中，通过引导背衬层通过一个或多个烘箱而不与加热表面直接接触来进行热稳定。例如，拉幅机可以用于引导背衬层通过烘箱。

41、根据本发明的第二方面并且根据上文描述的优点和效果，披露了根据本发明的运动面层用于球类运动的用途，优选用于曲棍球、草地滚球、板球、高尔夫球、网球或板网球。

42、在实施例中，运动面层在不特意提前对表面浇水以改善比赛的情况下使用。在此的“特意提前对表面浇水以改善比赛”是指对曲棍球场地浇水以增强其性能的常见做法。应当理解，当下雨时，或者可能当清洁场地或出于冷却目的时，水可以自然地添加到室外场地。根据本发明的运动面层可以在不浇水的情况下使用并且仍然满足期望的性能标准。

43、根据本发明的另外的方面并且根据上文描述的优点和效果，提供了一种制造运动面层的方法，该方法包括提供背衬层，该背衬层具有上表面和下表面；将多个绒头纤维整合到该背衬层中使其从上表面作为环竖起，环在背衬层的下表面处彼此连接；以及通过提供紧密堆积的环来形成基本上连续的比赛表面。

44、在实施例中，该方法进一步包括将背衬层的下表面处的绒头纤维弱化以防止抽丝。

45、在实施例中，该方法进一步包括使背衬层的下表面处的绒头纤维至少部分地熔融以破坏或减少纤维材料的分子取向，以便防止抽丝和/或防止纤维拉出。

46、在实施例中，该方法进一步包括使运动面层热稳定。