CN103492639B - 石纤维的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种骑乘地面，所述骑乘地面由沙子和石纤维的混合物形成。

Description

石纤维的应用

技术领域

本发明涉及一种骑马用地面及其应用和制造方法，所述骑马用

地面包含石纤维和沙子的混合物。

背景技术

众所周知，可将未铺草皮的地面用于马术运动的训练和竞技。各种各样的这种地面已经被建议和使用了许多年，其中，未铺草皮的地面已被用于马术运动。

一种已知的地面形式是基于细碎的PVC（finelychoppedPVC）（来自已用过的电缆绝缘材料（electricalcableinsulationmaterial））。然而，这种地面还存在相当松散且造价相当高的缺点。

另一种已知的地面是基于来自发电站的灰分。在潮湿天气中，新铺设的地面可提供良好的排水性，但在干燥条件下，尤其长时间使用后，地面会积满灰尘并变得紧实和十分坚硬。

另一种通常被称为硬质多孔的已知地面包括水结砂砾（waterboundgrit）/沙子/粘土的混合物，其通常铺设在较粗糙的材料的排水层上。这种地面存在缓冲不足和摩擦过度的缺点。所述地面材料还存在随着时间的流逝逐渐失去其结构和渗透性的趋势。在干燥的天气中，尘土也成为问题。

其他骑马用地面包括旨在模仿真实草皮的合成材料。这种合成草皮可用沙子敷料（topdressingofsand）填充。安置这样的地面是昂贵的，并且这种地面价格昂贵且难以进行维护和修复。

众所周知的是，可将基于沙子或其他颗粒材料的地面用于骑马。用沙子作为地面的主要问题在于其往往过松或过深。相反，如果环境干燥，那么地面会变得过硬，导致产生马匹腿部受伤的风险。然而，如果沙子完全干燥，那么骑马用地面将变得极其松散，导致产生马匹腿部受伤的风险。

US4819933公开了一种用于马术活动的地面，其由沙子和纤维的混合物形成，其中，所述纤维是聚合物纤维（polymericfibres）。

US4433813描述了其他用于制造人造骑马用地面的方法，该专利提供了源自木屑的地面。

NL1004801描述了一种包含塑料纤维（plasticfibres）的地面。

NL9300602描述了纤维粘合网，其通常是有机的。

EP-A-136747描述了一种人造草地，其地基是基于沙子的。因此，这样的结构不同于标准的沙子型骑马地面，所述沙子型骑马地面的沙子形成暴露在外且在其上骑马的地面。根据此公开，所述人造场地的地基为沙子与至少1重量%纤维性材料的混合物，所述纤维性材料可以是有机纤维或人造纤维，如聚丙烯纤维或尼龙纤维。还提及了无机纤维，如玻璃纤维等。这些地面被描述为可用于足球运动、曲棍球运动、网球运动以及马术学校（ridingschools）。

另一件涉及用于人造运动地面的地基（substructure）的文献是WO97/21876，在该文献中，沙子或其他粒状材料与纤维混合。这些纤维可以是矿物纤维，如玻璃纤维。

GB217471A涉及一种用于建设网球场等的材料，其由砂砾类材料（如地面砖（groundbrick））和石棉（一种天然结晶性硅酸盐纤维）组成。相对于石纤维（一种人造玻璃质纤维）而言，使用石棉可能引起健康问题。

发明内容

根据本发明，我们提供了一种适用于骑马应用、由沙子和石纤维的混合物形成的地面。

我们发现将石纤维混入沙子中具有许多优点。使用相对小重量百分比的石纤维就可以显著提高沙子地面的一致性。与单独使用沙子相比，可提供具有更大粘聚性（cohesive）且较不“深”或较不“疏松”的地面。石纤维具有可耐受生产的优点，因此相对于（例如）聚合物纤维而言具有环境优势。同时，尤其相对于（例如）纤维素材料（如可可纤维），随者老化它们表现出最小程度的劣化，因此更换成本极低。相对于（例如）纤维素纤维和其他亲水性纤维而言，石纤维还具有以下优点：其不吸收水分，这就消除了滋生真菌的风险。还发现其他合成纤维也往往会随着时间的流逝而丧失效能，使地面变得相当疏松。而石纤维不存在这种缺点。

还发现，在地面中包含石纤维将允许地面的能量恢复到足够高，即使地面中的水分含量高时也是如此。高水分含量通常对沙子地面的能量恢复产生不利的影响。对较高的湿度水平具有耐受性能够提高地面的稳定性，而不会将其他特性削弱到不可接受的水平。

因此，通过使用根据本发明的石纤维，我们提供了一种可在相当长的一段时间内保持其粘聚性的粘聚性地面，因此提供一种在潮湿和干燥条件下都具有良好的骑乘特性（ridingproperty）的地面，而不需较多的成本或不受环境影响，也不存在地面中滋生真菌的风险。

根据本发明，我们还提供一种通过将石纤维和沙子混合来改性由沙子形成的地面的方法。本发明还提供石纤维用于提高由沙子形成的骑乘地面（ridingsurface）的粘聚性的用途。

本发明中所用的纤维是石纤维。那么，通常该纤维是碱土金属（氧化钙和氧化镁）含量为10重量%至40重量%的人造玻璃质纤维。该纤维还含有其他常见的矿物棉的氧化物组分。这些组分为通常以少量存在的氧化硅、氧化铝及碱金属（氧化钠和氧化钾）并且还可以包含氧化铁、二氧化钛及其他少量的氧化物。某些情况下，石纤维可含有至少3重量%的氧化铁（以Fe₂O₃计）。

通常，石纤维优选具有如下含量的氧化物：

SiO₂35至50，优选为38至48

Al₂O₃12至30，优选为15至28

TiO₂至多2

Fe₂O₃2至12

CaO5至30，优选为5至18

MgO至多15，优选为1至8

Na₂O0至15

K₂O0至15

P₂O₅至多3

MnO至多3

B₂O₃至多3

通常，这些值全部表示为以重量%计的氧化物。

所述纤维优选在pH4.5下具有良好的生物溶解性（bio-solubility）。该生物溶解性可以根据已知的方法测定，例如，通过体外法，在酸性pH（约pH4.5）下的溶解速率为至少25nm/天。或者该生物溶解性可以按已知的方式通过体内法测定。

出乎预料的是，我们发现尽管存在这样的事实：优选的纤维是可生物溶解的，但是在使用相当长的一段时间后，其在保持获得粘聚性骑乘地面的同时仍能保持其效能。

这些纤维尤其适用于室内用地面。

这些纤维的长度优选为至少2000微米，优选为至少2500微米，更优选为至少3000微米。长度可以由人造玻璃质纤维领域内任何已知的方法测定，并使用标准物使结果标准化（normalise）。一个例子是这样的方法：利用相机和图像分析软件，使用显微镜自动测量纤维长度。首先，在皮氏培养皿（Petridish）上准备良好分散的样品。将该样品在590℃下热清洗10分钟。通过使用超声，将0.4g经热清洗的纤维分散在36ml的分散溶液（49.5体积%乙二醇、49.5体积%水和1%非发泡性分散助剂）中。将0.7ml该分散液再次稀释到36ml分散溶液中。将0.7ml该分散液施加在皮氏培养皿上，并将其完全分配在表面上。用放大倍数为1.25×1的显微镜观察该纤维并测量其长度。由这些测量结果可以计算其数均长度（numericaveragelength）。对于结果的可重现性，测量次数应当大于500次。

我们发现长度大于这些最小值的纤维能够在地面的粘聚性方面获得最好的结果。至少3500微米的长度是尤其有效的。

优选的是，所述纤维的长度不超过5000微米，更优选地不超过4500微米。

所述纤维的直径通常在3微米至15微米的范围内，优选地在6微米至12微米的范围内。纤维直径可以由矿物纤维领域内任何已知的方法测定，并使用标准物将结果标准化。一个例子是这样的方法：利用相机和图像分析软件，使用显微镜自动测量纤维直径。将样品在590℃下热清洗10分钟。然后压制该样品从而得到约30微米的长度。通过使用超声，将0.05g压制纤维分散在36ml的分散溶液（49.5体积%乙二醇、49.5体积%水和1%非发泡性分散助剂）中。将0.05ml该分散液施加在皮氏培养皿上并将其完全分配在表面上。用放大倍数为1.25×10的显微镜观察该纤维并测量其直径。由这些测量结果可以计算其数均直径以及质量加权平均直径。对于结果的可重现性，测量次数应当介于1000次和1200次之间。

本说明书中纤维尺寸的值以数字平均值表示。

所述纤维优选地具有大约6模氏（Moh）的硬度。

所述纤维的熔点优选地大于1000℃。

所述纤维的比重通常在2g/cm³至3.5g/cm³的范围内，优选为2.5g/cm³至3.0g/cm³。

所述纤维优选为颗粒形式，其包含缠结纤维的絮状体（flocks）。所述颗粒可以通过以下方式制备：将矿物熔融体倾倒在纺车（spinningwheels）上，所述熔融体以纤维和非纤维化的丸粒（shot）形式从所述纺车上抛出。所述纤维具有足够的长度以互相缠结从而形成纤维絮状体。它们在空气流中从纺车上传送出来并被收集成包。

所述纤维可以涂覆有各种附加组分（例如润湿剂），但优选的是，与沙子混合以形成地面的石纤维主要含有玻璃质材料。

所用的纤维产品优选具有较低含量的非纤维化材料（通常称为丸粒）。因此，与沙子混合的本体纤维中丸粒（尺寸大于63微米的非纤维化颗粒）的量优选为不超过40重量%，更优选为不超过35重量%。优选的是，尺寸大于250微米的非纤维化材料的量为不超过15重量%，更优选为不超过10重量%。优选的是，尺寸为约600微米的非纤维化材料的比例为不超过3重量%，更优选为不超过1.5重量%。

根据本发明，在所用的地面中，纤维与沙子混合。石纤维即使在较低含量下在提高沙子地面的粘聚性和骑乘特性方面也是有效的。基于沙子的总重量，石纤维的比例优选为至少0.1重量%，优选为至少0.2重量%，更优选为至少0.3重量%，并且甚至更优选为至少0.5%。甚至更优选的是，基于沙子的总重量，纤维的比例为至少1重量%或至少2重量%。最优选的是，基于沙子的总重量，纤维的比例为至少3重量%。

石纤维的比例优选不大于30重量%，更优选地不大于20重量%，更加优选地不大于15重量%，特别地不大于10重量%，并且即使当石纤维的量不大于0.8重量%时本发明也是有效的。

优选的是，石纤维是掺入沙子地面中仅有的纤维。具体而言，石纤维构成与沙子混合的仅有的固体添加物。

按照常规的用于沙子型骑乘地面的方式，通常将沙子/石纤维混合物铺展在土地或准备好的排水地基上。

可以通过以下方式获得所述地面：提供预先形成的沙子与石纤维的混合物，然后将其分散在土地或准备好的排水地基上。然而，优选的是，首先将沙子分散在所述地面上，然后将石纤维与沙子混合。用以提供所述地面的混合可以按照能够获得混合地面的任何方便的方式进行，例如使用农业技术。例如可使用农具，如耙子。例如，可通过使用牵引车将石纤维分散在沙子上并混合。

在所述方法中，沙子优选为稍微潮湿的，从而提高纤维在混合中的分散性。

为了在使用地面时保持沙子和纤维的均匀混合，有利的是在加入纤维之前或其存在时将沙子压到一定程度。

或者，在使用过程中可产生施压效应。然而，如果地面在使用前没有被压实，那么有利的是，在使用一段时间之后加入额外的纤维。例如，在每日使用时间为约5小时的至少1、2、3或5个月的等效使用之后，可加入额外的纤维。在这种使用水平之后，地面通常会足够致密以防止沙子和纤维发生大量的分层。通常，基于纤维的总重量，使用一段时间以后加入的纤维的比例为10重量%至90重量%，优选为20重量%至80重量%，更优选为30重量%至70重量%。

加入额外的纤维之后，基于沙子的总重量，纤维的比例优选为至少0.5重量%，更优选为至少1重量%，但是，使用更少量的纤维（如0.8重量%）仍然可以获得改善的骑乘地面。

根据本发明，所述地面通常为暴露的地面，使得在沙子和石纤维的混合物之上没有额外的层。所以，可以直接在沙子/石纤维地面上骑马，从而使马蹄与沙子和石纤维的混合物接触。

形成骑乘地面的沙子与石纤维的混合物的深度优选为在10cm至20cm的范围内。

沙子基材优选具有在1400kg/cm³至1800kg/cm³范围内的体密度，所述体密度通常在1500kg/cm³至1700kg/cm³的范围内。

所述纤维可以由制造石纤维的任何已知的方法制造。即，它们可以通过以下方法制造：提供固体矿物原料，将所述原料熔融以形成熔融体和使该熔融体成形为纤维，以及收集该纤维。

具体实施方式

实施例

在本实施例中，使用了以下两种类型的石纤维，A和B：

纤维A是以名称Lapinus702K2Roxul1000销售的市售纤维。纤维B是以名称Lapinus706K2Roxul1000销售的市售纤维。纤维A具有大约4000微米的长度。纤维A的絮状体尺寸较大。纤维B具有大约3000微米的长度和中等大小的絮状体尺寸。对于纤维A和B两者而言，产品中63微米以上的丸粒的比例为33.1重量%；约250微米的丸粒的比例为7.7重量%；600微米以上的丸粒的比例为0.7重量%。在这两种纤维中，纤维直径均为约9微米。这两种纤维均具有6Moh的硬度，熔点均为约1000℃，并且比重均为2.75g/cm³。

将15cm厚的沙层分布在20m×40m的骑行区域，即800m²的地面面积。沙子的密度为1600kg/m³且所用沙子的总体积为120m³，沙子总质量为192000kg。

用水将沙子润湿从而以均匀的方式提高纤维和纤维絮的分散性。用长柄叉将960kg纤维A散布在地面上。然后用Zetor5213牵引机和农具进一步将该纤维分布在沙子中，该农具包括开放式辊和两个多刀转架(turninghead)，其处于杆状旋转轮中。该多刀转架进入到沙层中的深度可以在大约3cm至15cm的范围内。顶层一直进行作业，直到纤维和纤维絮在视觉上都均匀分散。

每日（每天使用约5小时）都进行使用的五个月后，向地面上进一步分布额外的960kg纤维A，并通过在所述地面上骑马将所述纤维A分散到所述地面中。

同样的方法可用于纤维B。

将所述地面用于骑马数月。据记载，与沙子相比，该地面获得了深度较小和疏松度较低的地面并在数月的使用中保持了粘聚性。

Claims (23)

1.一种适于骑马用的骑乘地面，其由沙子与石纤维的混合物形成，其中，基于沙子的重量，所述石纤维的比例为至少0.2重量％，且所述石纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

并且所石述纤维的长度为至少2000微米且至多5000微米。

2.根据权利要求1所述的骑乘地面，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为至少1重量％。

3.根据权利要求1或2所述的骑乘地面，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为不大于20重量％。

4.根据权利要求1所述的骑乘地面，其中，所述石纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

5.根据权利要求1所述的骑乘地面，其中，所述纤维的长度为至少2500微米。

6.根据权利要求1所述的骑乘地面，其中，所述纤维的直径在3微米至15微米的范围内。

7.根据权利要求1所述的骑乘地面，其中，所述纤维为颗粒状的形式，其包含缠结纤维的絮状体。

8.根据权利要求1所述的骑乘地面，其为暴露的地面，从而使在沙子和石纤维的混合物之上没有额外的层。

9.一种制作适用于骑马用地面的方法，其包括：提供沙子层；以及将至少0.2重量％的石纤维混入所述沙子，其中所述纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

并且所述纤维以缠结纤维的絮状体的形式施用于所述地面。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为至少1重量％。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为不大于20重量％。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述石纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述纤维的长度为至少2500微米。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述纤维的直径在3微米至15微米的范围内。

15.一种使用根据权利要求1至8中任一项所述的骑乘地面的方法，将其用于骑马。

16.石纤维的用途，其用于提高由沙子形成的骑乘地面的粘聚性，其中由沙子与石纤维形成混合物，基于沙子的重量，所述石纤维的比例为至少0.2重量％，所述石纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

并且所述石纤维的长度为至少2000微米且至多5000微米。

17.一种用于制备适合骑马用的地面的组合物，其包含沙子和石纤维，其中，基于沙子重量，所述石纤维的比例为至少0.2重量％且不大于20重量％，其中所述纤维具有以下氧化物含量，以重量％计：

18.根据权利要求17所述的组合物，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为至少1重量％。

19.根据权利要求17或18所述的组合物，其中，基于沙子的重量，所述纤维的比例为不大于10重量％。

20.根据权利要求17所述的组合物，其中，所述石纤维具有如下氧化物含量，以重量％计：

21.根据权利要求17所述的组合物，其中，所述纤维的长度为至少2500微米。

22.根据权利要求17所述的组合物，其中，所述纤维的直径在3微米至15微米的范围内。

23.根据权利要求17所述的组合物，其中，所述纤维为颗粒状的形式，其包含缠结纤维的絮状体。