CN105040552B - 使用成核剂的人造草皮生产 - Google Patents

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Abstract

本发明提供使用成核剂的人造草皮生产。人造草皮的制造方法(1000)包括步骤：‑(100)生成包括至少一种聚合物和使至少一种聚合物结晶化的成核剂的聚合物混合物(100，400，500)；‑(102)将聚合物混合物挤出为单丝(606)；‑(104)骤冷单丝；‑(106)重新加热单丝；‑(108)拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维(1004)，其中拉伸期间成核剂促进单丝内至少一种聚合物的结晶部分的生成；‑(110)引入人造草皮纤维至人造草皮背衬，由此将配置的人造草皮纤维的单丝机械地固定在人造草皮背衬中。

Description

使用成核剂的人造草皮生产
技术领域
本发明涉及人造草皮及人造草皮的生产，所述人造草皮还被称作合成草皮。本发明进一步涉及将人造草皮纤维引入人造草皮背衬(artificial turf backing)，以及相应的人造草皮产品和生产方法。
背景技术
人造草皮(artificial turf)或人造草坪(artificial grass)为由纤维制成的用于代替草坪的表面。人造草皮的结构被设计为人造草皮具有类似草的外观。典型地，人造草皮用作如足球、美式足球、橄榄球、网球、高尔夫球等的运动，比赛场或锻炼场的表面。此外人造草皮通常被用于景观应用。
使用人造草皮的优点是它消除了对于比赛或景观表面的草护理，如定期修剪、翻松、施肥和浇水的需要。由于例如对用水的地区性限制，浇水是困难的。在其它气候带，与因场上比赛和/或锻炼而被破坏的天然草坪表面相比，草的再生和紧密的草覆盖的再形成缓慢。尽管人造草皮场地它们不需要类似关注和努力来维护，但可需要一些维护如必须清洁污垢和碎片并且必须定期刷洗。这样做可帮助在比赛或锻炼的时候被踩倒后纤维直立。在5-15年的典型使用时间内，如果人造草皮运动场可经受高机械磨耗、可抵抗紫外线、可经受热循环或热老化、可抵抗与化学品的相互作用和各种环境条件，则是有益的。因此如果在使用时间内人造草皮具有长的使用寿命、耐久，并保持其比赛特性和表面特性以及外观，则是有益的。
欧洲专利EP 1837423中描述了股线(strand)由聚乙烯组成的合成草皮。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供人造草皮的制造方法。从属权利要求中给出实施方案。应理解的是，一个或多个下述本发明的实施方案可组合，只要组合的实施方案不互相排斥即可。
在一方面，本发明涉及人造草皮的制造方法。该方法包括以下步骤：
-生成包括至少一种聚合物和用于使至少一种聚合物结晶的成核剂的聚合物混合物，成核剂为无机物质和/或有机物质或其混合物，
其中无机成核剂由以下项或其混合物组成：
―滑石；
―高岭土(也称作“陶土”)；
―碳酸钙；
―碳酸镁；
―硅酸盐：
○硅酸铝和；例如硅酸铝钠(特别是天然来源和合成来源的沸石(zeolithes))；
○非晶形和部分非晶形二氧化硅及其混合的形态，例如气相二氧化硅；
―硅酸和硅酸酯；例如四烷基原硅酸盐(也称作原硅酸酯)
―三水合铝；
―氢氧化镁；
―偏磷酸盐和/或多磷酸盐；和
―粉煤灰(CFA)；粉煤灰为例如从发电厂的煤火中回收的细粉；
其中有机成核剂由以下项或其混合物组成：
―1,2-环己烷二碳酸盐(也称作
Figure BDA0000709449720000021
的主组分)；特别是1,2-环己烷二碳酸的钙盐；
―苯甲酸；
―苯甲酸盐；特别地，苯甲酸盐可为苯甲酸的碱金属盐(例如，苯甲酸的钠盐和钾盐)；和苯甲酸的碱土金属盐(例如，苯甲酸的镁盐和钙盐)；
―山梨酸；和
―山梨酸盐。特别地，山梨酸盐可为山梨酸的碱金属盐(例如，山梨酸的钠盐和钾盐)；和山梨酸的碱土金属盐(例如，山梨酸的镁盐和钙盐)；
-将聚合物混合物挤出为单丝；为进行该挤出可例如加热聚合物混合物；
-骤冷单丝，在该步骤中可冷却单丝；
-重新加热单丝；
-拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维；拉伸期间，成核剂促进单丝内至少一种聚合物的结晶部分的生成；所述促进增加单丝的表面粗糙度；和
-将人造草皮纤维引入人造草皮背衬。
所述引入通过以下进行：
-将多根人造草皮纤维配置在载体上，其中将配置的人造草皮纤维的单丝的第一部分暴露至载体的底侧且所述单丝的第二部分暴露至载体的顶侧；
-在载体的底侧上添加液体以使至少第一部分嵌入液体中；和
-使液体固化为膜，所述膜围绕从而机械地固定配置的人造草皮纤维的单丝的至少第一部分，固态膜充当人造草皮背衬。
由于所述方法使得人造草皮纤维强烈地固定在背衬内部，从而提供对机械应力、特别是对施加在纤维上的机械拉力更耐久的人造草皮，所以所述特征可能是有利。
特别地所述特征可使得几种用于人造草皮生产的聚烯烃，例如聚乙烯(PE)牢固地附着至人造草皮的背衬。本发明的实施方案可导致由PE和类似的聚烯烃制成的人造草皮的预期寿命延长。如果例如用于运动场，人造草皮和其中包含的纤维面临显著的机械应力。如果例如，运动员突然停止或改变方向从而在纤维上施加高拉力，则纤维可变得与背衬分离。将草皮纤维机械地固定在人造草皮的背衬中的上述方法可导致提供专门适合用于运动场的更耐久类型的人造草皮。
在更有益的方面中，已观察到固定是基于机械力而不是共价键。固化的液体紧紧地围绕并嵌入纤维表面的凹凸(protrusion and depression)。已观察到凹凸是由晶体引起。因此，通过添加成核剂，可增加至少一种聚合物的结晶部分相对于非晶部位的相对分数，导致单丝更粗糙的表面并因此还导致纤维的更粗糙表面并增加通过固化的液体施加在纤维上的机械抓力(grip)。机械地固定纤维是有利的，这是因为其使得纤维牢固地附着至可作为载体后侧上的液体而采用并在一段时间后固化的任何类型的背衬材料。因此，各种不同的化学组合物的纤维可牢固地嵌入多种化学不同的背衬材料。没必要制备能够相互共价键合的纤维或背衬。这使制造过程容易并避免不需要的副产品的产生。因此，可避免与处理化学废物相关的额外成本且可获得可组合生成人造草皮的纤维物质和背衬物质的更宽的组合范围。
将聚合物混合物挤出为单丝而不是聚合物膜可能是有利的，这是因为已观察到将膜切割成切片以用作人造草皮纤维的工艺破坏在拉伸步骤中由成核剂引起而形成的聚合物晶体。因此，由将挤出并拉伸的聚合物膜切片生成的人造草皮纤维将具有比在拉伸操作中拉伸的单丝低的表面粗糙度。
在另外的方面中，本发明涉及人造草皮的另外的制造方法以使人造草皮的人造草皮纤维在施加预定拉力时保持固定在人造草皮背衬中，所述方法包括以下步骤：
-生成包括至少一种聚合物、规定量的成核剂、和任选一种或多种染料的聚合物混合物；
●其中成核剂为无机物质和/或有机物质或其混合物；例如，成核剂可为一种或多种上述物质；
●其中成核剂的规定量是在挤出、拉伸并以人造草皮纤维的形式引入人造草皮背衬后提供能够抵抗预定拉力的单丝所需的所述成核剂的最小量；
●其中成核剂的规定量取决于包含在聚合物混合物中的染料的数量和类型(如果有的话)，并取决于各所述染料充当成核剂的能力；
-将聚合物混合物挤出为单丝；
-骤冷单丝；
-重新加热单丝；
-拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维；
-通过以下将人造草皮纤维引入人造草皮背衬：
○将多根人造草皮纤维配置在载体上，其中将配置的人造草皮纤维的单丝的第一部分暴露至载体的底侧且所述单丝的第二部分暴露至载体的顶侧；
○在载体的底侧添加液体以使至少第一部分嵌入至液体中；和
○使液体固化为膜，膜围绕从而机械地固定配置的人造草皮纤维的单丝的至少第一部分，固态膜充当人造草皮背衬。
由于使得表面粗糙度和抵抗草皮脱离力(turf withdrawal force)的相应能力得到控制的人造草皮的生成以及对于各种不同的聚合物混合物、特别是包括不同颜料和其它染料的各种各样的聚合物混合物可设定期望的值，因而所述特征可能是有利的。根据出人意料的观察，观察到特定颜色的人造草皮纤维显示出比具有不同颜色的纤维高的对草皮脱离力的抵抗力。根据进一步出人意料的观察，一些颜色的纤维对草皮脱离力的抵抗力的增加是由相应染料的成核能力引起的，染料对结晶部分的数量和尺寸及人造草皮的韧性(flexibility)具有影响。确定成核剂的量依赖于聚合物混合物的染料的种类和量使得在同一块人造草皮中混合包含不同种类的染料的草皮纤维，从而使制造的全部草皮纤维在人造草皮的整个使用期内示出对草皮脱离力相同的抵抗力并因此对磨耗和撕裂的抵抗力相同。因此，不再通过包括具有充当成核剂的最低性能的颜料的草皮纤维来限制一块草皮的使用期：根据实施方案，在聚合物混合物中的一种或多种染料不能够触发充分度的结晶的情况下，可添加适当量的成核剂。而且，在聚合物混合物已包括具有充分的成核性能的染料的情况下，添加至聚合物混合物的成核剂的量可减少或甚至可为零，从而避免聚合物晶体的量超过实现对草皮脱离力的期望抵抗力(此处也称作“拉力”)所必需的量。这可减少成本且可减少纤维中无机材料的总量(高分数的无机材料可减少纤维的韧性)。
根据实施方案，通过进行一系列试验来测定成核剂的量：生成聚合物混合物，此处称作“期望的聚合物混合物”。“期望的聚合物混合物”包括用于生成人造草皮纤维的聚合物混合物的全部组分但尚不包括其量应当测定的成核剂。因此，所述“期望的聚合物混合物”包括至少一种聚合物、零、一种或多种染料和零、一种或多种额外添加剂。如上所述将“期望的聚合物混合物”挤出、拉伸并引入草皮背衬。优选地，仅生成小量“期望的聚合物混合物”并仅制造小块人造草皮并用作试验样品。然后例如根据ISO/DES 4919:2011对人造草皮纤维施加预定拉力(“草皮脱离力”)。如果人造草皮纤维保持固定在草皮背衬中，可省略如例如滑石或高岭土等的额外成核剂的添加且成核剂的规定量为零。在人造草皮纤维通过预定拉力脱离的情况下，生成包括与“期望的聚合物混合物”相同的聚合物、染料和任选的另外的添加剂的组成的几种额外的聚合物混合物。将增长量的成核剂添加至各所述额外的聚合物混合物。例如，添加0.5重量％的聚合物混合物至额外的聚合物混合物APM1。添加1重量％的聚合物混合物至额外的聚合物混合物APM2。添加1.5重量％的聚合物混合物至额外的聚合物混合物APM3。以此类推，例如，直至无机成核剂达聚合物混合物3重量％的量，或直至有机成核剂达更高的量，例如，8％。如上所述将各所述额外的聚合物混合物挤出、拉伸并引入各块人造草皮的背衬。将额外的聚合物混合物之一用作规定量的成核剂，额外的聚合物混合物包含足以提供当施加规定拉力时不从人造草皮背衬脱离的人造草皮纤维的最小量的成核剂。然后将规定量的成核剂添加至期望的聚合物混合物以制造对更大范围内的预定拉力具有期望抵抗力的人造草皮。
如果特征不相互排斥，以下实施方案的特征可与制造人造草皮的上述方法的任一个和此处公开的任何类型的人造草皮组合。
根据优选的实施方案，拉伸期间，成核剂促进单丝内至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加了单丝的表面粗糙度。因此，单丝的表面还将包括挤出工艺后生成的聚合物晶体，因此在挤出工艺中不能被作用在聚合物混合物上的机械力破坏。
根据优选的实施方案，使用滑石和/或陶土。优选使用滑石。
根据实施方案，如果使用无机成核剂，成核剂的粒径在0.1纳米-50微米之间，优选在0.1纳米-10微米之间，且仍优选10纳米-5微米之间。
根据一些实施方案，其中无机成核剂如滑石用作成核剂，0.01-3重量％的聚合物混合物由添加至聚合物混合物中充当成核剂的无机物质组成；优选地，0.05-1重量％的聚合物混合物由该无机成核剂组成。甚至更优选0.2-0.4重量％的聚合物混合物由所述成核剂组成。添加的无机物质的一部分(part)或部分(fraction)的每一种可充当成核剂。可选地，至少其部分充当成核剂。
根据实施方案，添加的物质总量的至少部分作为实际上充当成核剂的物质，其具有小于50微米、优选小于10微米且仍优选小于5微米的粒径。
添加至聚合物混合物充当成核剂的物质可为例如，滑石。
根据优选的实施方案，实际上充当成核剂的无机成核剂的部分包括至少20重量％的滑石，更优选所述部分包括至少70重量％的滑石且更优选所述部分包括至少90重量％的滑石。因此，例如，至少20％的添加至聚合物混合物的滑石必须小于50微米，优选小于10微米并仍优选小于5微米。
根据实施方案，至少一种聚合物包含结晶部分和非晶部分，其中拉伸期间聚合物混合物中成核剂的存在引起结晶部分相对于非晶部分的尺寸增加。这将导致例如至少一种聚合物变得比具有非晶结构时更刚性。这可导致具有更刚性和当压倒时的回弹能力的人造草皮。单丝的拉伸可引起至少一种聚合物的结构的更大部分变得更加结晶。在成核剂的存在下拉伸至少一种聚合物将引起结晶区域甚至更进一步的增加。
根据实施方案，聚合物混合物包含总计少于20重量％的无机材料，其中无机材料可包含化学惰性填充材料的无机部分和/无机染料(例如，TiO2)和/或无机成核剂。优选地，聚合物混合物包含总计少于15重量％的所述无机材料。甚至更优选，聚合物混合物包含总计少于10.5重量％的无机材料。
这可能是有利的，因为其确保由聚合物混合物生成的草皮细丝(filament)的抗张强度不会由细丝中结晶部分的增长部分而显著降低。
根据实施方案，添加在载体的底侧的液体为包含至少20重量％的苯乙烯-丁二烯、至少40％的化学惰性填充材料和至少15％的分散液的悬浮液。液体固化为膜包括，例如通过施加热和/或气流干燥悬浮液。由固化的苯乙烯-丁二烯悬浮液组成的所述膜也称作乳胶膜。
根据实施方案，悬浮液包含22-28重量％的苯乙烯-丁二烯、50-55重量％的填充材料和至少20％的充当分散液的水。优选地，悬浮液包含24-26重量％的苯乙烯-丁二烯。
根据其它实施方案，液体为多元醇和多异氰酸酯的混合物。用于此处的多元醇为具有多个可参与有机反应的羟基官能团的化合物。液体固化为膜包括进行多元醇与多异氰酸酯以生成聚氨酯的加聚反应。固态膜为聚氨酯膜。
根据实施方案，液体包含以下化合物的一种或多种：抗菌添加剂、杀真菌剂、散发气味物质(odor-emitting substances)、紫外线稳定剂、阻燃剂、抗氧化剂、颜料。
一些实例中拉伸的单丝可直接用作人造草皮纤维。例如单丝可挤出为带状或其它形状。其它实例中人造草皮纤维可为通常拧缆、加捻(twisted)或收拢(bundled)在一起的一束或一组几根拉伸的单丝纤维。该方法可进一步包括将多根单丝编织、收拢或纺纱(spinning)在一起以生成人造草皮纤维。多根例如4至8根单丝可形成或加工为纱线(yarn)。在一些情况下，将束与所谓的反绕纱线(rewinding yarn)反绕，这使纱线保持收拢在一起并使其为后续的簇丝(tufting)或编织工艺准备好。单丝可例如具有50-600微米尺寸的直径。纱线重量可典型地达到50-3000分特(dtex)。
另一实施方案中，生成人造草皮纤维包括将单丝编织为人造草皮纤维。也就是说在一些实例中，人造草皮纤维不是单根单丝而是大量纤维的组合。另一实施方案中，人造草皮纤维为纱线。另一实施方案中，该方法进一步包括将拉伸的单丝收拢在一起以生成人造草皮纤维。
根据实施方案，该方法进一步包括确定成核剂的量以使成核剂的所述量能够以结晶化足够缓慢确保拉伸期间(因此，不是拉伸之前)生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并充分地促进足够多结晶部分的生成以确保粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿、更优选超过40牛顿、更优选超过50牛顿的拉力施加在纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在人造草皮背衬中。成核剂的添加包括添加规定量的成核剂。
根据实施方案，是否嵌入的人造草皮纤维保持固定在人造草皮背衬中，除非将超过上述阈值之一的拉力施加在纤维上的确定是根据ISO/DES4919:2011中指定的测量草皮脱离力的试验来进行。
根据实施方案，如果添加至聚合物混合物中，能够充当成核剂的物质为根据ISO/DES 4919:2011中指定的测定草皮脱离力的试验能够使人造草皮纤维固定在人造草皮背衬中的摩擦力增加10牛顿的物质。优选地，实现该效果而不显著增加由聚合物混合物生成的人造草皮纤维的材料的脆性(brittleness)。优选地，能够充当成核剂的物质为根据ISO/DES 4919:2011中指定的测定草皮脱离力的试验，如果以少于3重量％的由添加的成核剂组成的聚合物混合物的量添加至聚合物混合物中，能够使人造草皮纤维固定在人造草皮背衬中的摩擦力增加10牛顿的物质。
根据实施方案，能够充当染料的物质为引起由聚合物混合物要生成的人造草皮纤维发射预定的可见光光谱的物质。例如分光光度计和/或色度计可用于检验是否染料引起生成的纤维发射预定的光谱模式，例如，由人眼感知为“绿色”、“白色”、“蓝色”或任何其它颜色的光谱图谱(pattern)。颜色可借助于CMYK色码、RAL色码、Pantone色码或任何其它标准来试验是否测量的发射光谱反映了所需的光谱图谱来说明。
根据实施方案，由染料引起的可见光的预定光谱不同于由不含有该染料的相同类型的人造草皮纤维发射的可见光的光谱。
根据实施方案，该方法进一步包括：
-添加第一染料的第一量至聚合物混合物，第一染料的第一量不能够促进结晶部分的生成；挤出和拉伸单丝时第一染料的第一量可完全不能够促进任何聚合物晶体的生成或者可能不能够促进预定的、期望量的结晶部分的生成；如果以高浓度但不是以给定的第一量(其不可改变或增加因为这将对纤维的颜色产生影响)添加至聚合物混合物，则第一染料可能够促进结晶部分的生成；然而，待制造的人造草皮的颜色被认为是给定的且不应当改变；
-确定成核剂的第二量，其中确定第二量以使第一染料的第一量与成核剂的第二量的组合能够以结晶化足够缓慢以确保拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并充分地促进足够多结晶部分的生成以确保粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿、更优选超过40牛顿、更优选超过50牛顿的拉力施加在纤维上，否则六根嵌入的人造草皮纤维的束保持固定在人造草皮背衬中。成核剂的添加包括添加成核剂的确定的第二量。
该特征可能是有利的，因为在所用染料已具有促进至少一种聚合物结晶化的一定能力(可测量但不充分)的情况下，它们允许减少成核剂的量。而且，在可用两种相同颜色的染料的情况下，该方法可包括在所述两种染料中选择具有充当成核剂并促进至少一种聚合物结晶化的能力更高的一种。这还可改进纤维向背衬的固定并可有助于减少成核剂必需的量。
选择成核剂的量和类型以使大多数晶体在拉伸工艺中(而不在挤出工艺中)形成，这可能是有利的，因为在挤出工艺前或期间生成的这些颗粒可被聚合物被加压通过开口时在初期单丝的表面生成的剪切力破坏。因此，可最大化通过给定量的成核剂实现的表面粗糙度。
根据实施方案，聚合物混合物中无机材料的总量低于20重量％，更优选低于15重量％且甚至更优选低于10重量％。最小化成核剂的量，特别是最小化无机成核剂的量，可允许实现表面粗糙度的期望度和对拉力的抗性，而纤维不会由于通过无机材料和/或过量的结晶部分干扰聚合物之间的范德化力而变脆。
在更有利的方面中，使用还能够充当成核剂的染料可允许确保聚合物混合物中无机材料的总量低于20重量％，更优选低于15重量％且甚至更优选低于10重量％。如果聚合物之间的范德华力因无机材料和/或过量结晶部分而变弱，这将确保纤维不会变脆。
根据实施方案，该方法进一步包括添加二氧化钛至聚合物混合物。二氧化钛可允许生成更淡的纤维颜色可具有白色调的纤维。二氧化钛充当染料。在所述添加后聚合物混合物包含1.9-2.3(优选2.1)重量％的二氧化钛。
根据实施方案，该方法进一步包括添加偶氮-镍-复合颜料至聚合物混合物。偶氮-镍-复合颜料充当染料。在所述添加后聚合物混合物包含0.01-0.5重量％的偶氮-镍-复合颜料。
根据实施方案，酞菁金属复合物例如酞菁铜复合物可用作充当染料和成核剂的物质。
根据第一组实施方案，该方法进一步包括添加酞菁绿至聚合物混合物。酞菁绿充当染料。在所述添加后聚合物混合物包含0.001-0.3(优选0.05-0.2)重量％的酞菁绿。
根据第二组实施方案，该方法进一步包括添加酞菁蓝至聚合物混合物。酞菁蓝充当染料。在所述添加后聚合物混合物包含0.001-0.25(优选0.15-0.20)重量％的酞菁蓝。
根据前述权利要求的任一项的方法，其中嵌入液体的人造草皮纤维表面的一些或全部被液体润湿。
根据实施方案，至少一种聚合物为非极性聚合物。
将上述方法施加在非极性聚合物上是特别有利的，因为非极性聚合物趋于疏水。已知通过亲水性液体如用于生成乳胶膜的上述悬浮液来阻碍润湿。已观察到成核剂的添加导致单丝的表面粗糙度由于单丝内结晶部分的分数增加而增加且还导致纤维表面被施加的用于嵌入纤维的至少第一部分的液体的润湿增强。纤维的表面粗糙度增加提供与增强的润湿效果协同的效果：纤维表面易于润湿允许液体紧且深地渗入纤维表面的凹凸(depressions and recesses)。这导致纤维在固化的液体中强烈地机械固定。
根据实施方案，至少一种聚合物为聚乙烯、聚丙烯或其混合物。优选地，至少一种聚合物为聚乙烯。
用于生成人造草皮纤维的烯烃的种类对纤维和由纤维制成的人造草皮的各种性质有显著影响。例如，聚酰胺(PA)以其良好的弯曲回复(bend recovery)著称。然而，当用作运动场的地面时，已知其表面引起皮肤烧伤，且如果过度暴露于直射阳光的紫外线照射，则PA类人造草皮的预期寿命有限。聚丙烯具有类似的缺点。聚乙烯(PE)未示出该缺点但具有因其疏水表面而无法通过机械力牢固地固定至背衬且与PA/PP相比柔性(softness)增加的缺点。因此，本发明的实施方案可允许使用PE来制造人造草皮并且可允许PE纤维牢固地和机械地附着至人造草皮背衬。
根据实施方案，聚合物混合物包含80至90重量％的至少一种聚合物。
根据实施方案，生成人造草皮纤维包括将拉伸的单丝形成为纱线。
根据实施方案，生成人造草皮纤维包括将拉伸的单丝编织、纺纱、加捻、反绕和/或收拢为人造草皮纤维。
根据实施方案，人造草皮纤维引入人造草皮背衬包括：将人造草皮纤维簇丝至人造草皮背衬并将人造草皮纤维结合至人造草皮背衬。例如，可用针将人造草皮纤维插入至背衬并以地毯的方式簇丝。如果形成人造草皮纤维环(loop)，则在相同步骤期间可切割该环。
根据实施方案，人造草皮纤维引入人造草皮背衬包括将人造草皮纤维编织至人造草皮背衬中。从美国专利申请中US 20120125474 A1已知人造草皮的这种制造技术。通过使用编织技术，可获得可给出人造草皮天然外观的载体中的半随机图案(semi-randompattern)。此外，编织是比簇丝更简单的技术，因为省略将纤维插入载体之后纤维的切割。簇丝时，首先将纤维编织至载体中，随后切割载体一侧成环的纤维。将纤维编织至载体中之后，如上所述在载体的底侧上施加液体。
根据实施方案，载体为纺织物或纺织垫(textile matt)。纺织物可为柔软的由经常称作线或纱线的天然纤维或人造纤维的网状物组成的编织材料。通过将纤维编织、针织、钩编打结或加压在一起来形成纺织物。
另一实施方案中，聚合物混合物进一步包括以下的任一种：蜡、消光剂、紫外线稳定剂、阻燃剂、抗氧化剂、颜料及其组合。这些列出的额外组分可添加至聚合物混合物以给出具有其它期望性质如可阻燃、具有绿色以使人造草皮更像草和在阳光下更加稳定的人造草皮纤维。
挤出期间所用的熔融温度取决于使用的聚合物和增容剂的类型。然而熔融温度典型地在230℃和280℃之间。
通过将混合物供给至纤维生产挤出线来生产单丝，其还可称作细丝或原纤维带(fibrillated tape)。熔融混合物通过挤出工具，即喷丝板或宽槽喷嘴，将熔融流形成为细丝或带状，在水旋浴(water spin bath)中骤冷或冷却，借助于通过具有不同旋转速度的旋转加热导丝和/或加热炉干燥并拉伸。
然后在第二步骤中通过另外的加热炉和/或一套加热导丝使单丝或类型在线退火。
根据实施方案，聚合物混合物为至少三相体系。聚合物混合物包括第一聚合物和以下称作‘第二聚合物’的至少一种聚合物。第一聚合物和第二聚合物是不混溶的。
例如，第一聚合物可由极性物质如聚酰胺组成。第一聚合物还可为常见缩写为PET的聚对苯二甲酸乙二酯。
第二聚合物可为非极性聚合物，如聚乙烯。另一实施方案中，第二聚合物为还已知常见缩写为PBT的聚对苯二甲酸丁二酯或聚丙烯(PP)。
聚合物混合物可进一步包括增容剂。增容剂可为以下的任一种：接枝在聚乙烯或聚醇胺的马来酸；接枝在聚乙烯、SEBS、EVA、EPD或聚丙烯与不饱和酸及其酸酐如马来酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、蓖麻恶唑啉醇马来酸酯(ricinoloxazoline maleinate)的自由基引发的接枝共聚物上的马来酸酐；SEBS与甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝共聚物，EVA与巯基乙酸和马来酸酐的接枝共聚物；EPDM与马来酸酐的接枝共聚物；聚丙烯与马来酸酐的接枝共聚物；聚烯烃接枝的聚酰胺聚乙烯或聚酰胺；和聚丙烯酸类增容剂。
第一聚合物在第二聚合物中形成被增容剂围绕的聚合物珠。术语‘聚合物珠’或‘珠’可指在第二聚合物中不相混的聚合物的局部区域如小滴。在一些例子中，聚合物珠可为圆形或球形或椭圆形，但它们还可为不规则形状。在一些例子中，聚合物珠将典型地具有大约0.1至3微米、优选1至2微米的直径尺寸。其它实例中，聚合物珠将更大。例如它们可具有最大50微米的尺寸。
在挤出之前进行第一染料或物质的添加。拉伸导致聚合物珠变形为线状区(threadlike regions)。这使单丝变得更长且在工艺中聚合物珠被拉伸并延长。取决于拉伸的量聚合物珠被更加延长。
线状区可具有少于20微米、例如少于10微米的直径。另一实施方案中，线状区具有在1微米和3微米之间的直径。另一实施方案中，人造草皮纤维在人造草皮背衬外延伸预定长度。线状区具有少于预定长度一半的长度，例如少于2mm的长度。
实施方案可具有第二聚合物与任何不混溶的聚合物相互不分层的优点。线状区嵌入第二聚合物内。因此它们不可能分层。第一聚合物和第二聚合物的使用能够使人造草皮纤维的性质定制。例如，可将较软塑料用作第二聚合物以给出人造草皮更天然的草状和更软的感觉。可将较硬塑料用作第一聚合物或其它不混溶的聚合物以给出人造草皮更多恢复力和稳定性以及被踩倒或压倒之后的回弹能力。进一步的优点可能为挤出工艺期间线状区集中在单丝的中央区域。这导致较硬材料在单丝中央的集中，和更大量的较软塑料在单丝的外部或外区域的集中。这将进一步导致人造草皮纤维具有更像草的性质。进一步的优点可为人造草皮纤维具有改进的长期弹性。这可使人造草皮的维护需要减少和纤维的刷洗需要较少，这是因为在使用或踩踏之后它们更自然地恢复它们的形状并直立。
另一实施方案中，聚合物混合物包含在5重量％和10重量％之间的第一聚合物。该实例的余量可由混合至聚合物混合物的第二聚合物、增容剂和任何其它额外添加剂构成。
另一实施方案中，聚合物混合物的生成包括通过将第一聚合物与增容剂混合来形成第一混合物的步骤。聚合物混合物的生成进一步包括加热第一混合物的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括挤出第一混合物的步骤。聚合物混合物的生成进一步包括将挤出的第一混合物造粒的步骤。聚合物混合物的生成进一步包括将造粒的第一混合物与第二聚合物、成核剂和任选的添加剂和/或染料混合的步骤。聚合物混合物的生成进一步包括加热造粒的第一混合物和第二聚合物以形成聚合物混合物的步骤。生成聚合物混合物的该特定方法可能是有利的，因为其能够非常精确地控制第一聚合物和增容剂如何分散在第二聚合物中。例如挤出的第一混合物的尺寸或形状可确定聚合物混合物中聚合物珠的尺寸。可使用生成聚合物混合物的前述方法例如所谓的单螺杆挤出法。
作为该聚合物混合物的替代还可通过将全部组分一次放在一起来生成。例如可将第一聚合物、第二聚合物、成核剂和增容剂同时全部添加在一起。还可将其它成分如额外的聚合物或其它添加剂和染料同时放在一起。例如然后增加聚合物混合物的混合量并通过使用双螺杆来挤出。在这种情况下，通过使用适当的混合率或混合量可实现聚合物珠的期望分布。
第一步骤中，第一聚合物可与增容剂混合。颜色颜料、紫外线和热稳定剂、加工助剂和现有技术中已知的其它物质可添加至混合物中。这将导致由其中第一聚合物被增容剂围绕的两相体系组成的粒状材料。第二步骤中，通过将第二聚合物添加至混合物来形成三相体系，因此在该实例中，第二聚合物的量为约三相体系的80-90质量％，第一聚合物的量为5质量％至10质量％且增容剂为5质量％至10质量％。使用挤出技术导致被增容剂围绕的第一聚合物的小滴或珠在第二聚合物的聚合物基质(matrix)中分散的混合物。在实际实施时，形成包括第一聚合物和增容剂的颗粒的所谓母料。此处母料还称作“聚合物混合物”。使粒状混合物熔融并通过挤出形成第一聚合物和增容剂的混合物。将所得股线压碎为粒状。然后将所得颗粒和第二聚合物的颗粒用于第二挤出中以生产然后拉伸为最终纤维的粗纤维。
如上所述进行挤出。通过该程序，将被增容剂围绕的聚合物1的珠或小滴拉伸为纵向并形成其仍然保持完全嵌入至第二聚合物的聚合物基质的小纤维类线性结构。
根据人造草皮的另外的制造方法的一些实施方案，预定拉力为30牛顿，更优选40牛顿，更优选50牛顿。
根据人造草皮的另外的制造方法的一些实施方案，确定成核剂的规定量以使成核剂的量能够以结晶化足够缓慢确保拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并充分地促进足够多结晶部分的生成以确保粗糙度足够高，以致除非施加特定拉力，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在人造草皮背衬中。
例如，这可通过进行如上所述的一系列试验来确定。
根据实施方案，聚合物混合物包含1.9-2.3重量％的二氧化钛，二氧化钛充当染料。可选地，聚合物混合物包含0.01-0.5重量％的偶氮-镍-复合颜料，偶氮-镍-复合颜料充当染料。在两个例子的每一个中，聚合物混合物的成核剂的规定量等于不包括任何染料的聚合物混合物确定的成核剂的量。成核剂的量需要取决于规定的拉力和所用成核剂的类型。例如，成核剂为无机物质，和成核剂的规定量为0.01-3重量％的聚合物混合物。例如，规定的拉力可为30牛顿，更优选40牛顿，更优选50牛顿，且由聚合物混合物生成的纤维将能够抵抗任何所述拉力。
根据其它实施方案，聚合物混合物包含0.001-0.3重量％的酞菁绿，酞菁绿充当染料。可选地，聚合物混合物包含0.001-0.25重量％的酞菁蓝，酞菁蓝充当染料。在两个例子的每一个中，聚合物混合物的成核剂的规定量为零。例如，规定的拉力可为30牛顿，更优选40牛顿，更优选50牛顿，且由聚合物混合物生成的纤维将能够抵抗任何所述拉力。额外的成核剂可能不是必要的，因为酞菁绿和酞菁蓝能够充当成核剂。
根据人造草皮另外的制造方法的一些实施方案，该方法包括由包含二氧化钛或偶氮-镍-复合颜料的上述聚合物混合物生成第一人造草皮纤维。该方法包括由包含酞菁绿或酞菁蓝染料的上述聚合物混合物生成第二人造草皮纤维。将第一人造草皮纤维和第二人造草皮纤维二者引入相同的人造草皮块。这将是有益的，因为例如包含二氧化钛的白色纤维显示与绿色纤维(包括酞菁蓝染料)相同的对规定拉力的抵抗力。
在另外的方面中，本发明涉及根据上述实施方案的任一项的方法制造的人造草皮。
在另外的方面中，本发明涉及包括人造草皮背衬和引入人造草皮背衬的人造草皮纤维的人造草皮。人造草皮纤维包括至少一种单丝。各至少一种单丝包含至少一种聚合物和使至少一种聚合物结晶化的成核剂。成核剂为上述有机物质或无机物质之一。
将人造草皮纤维和多根另外的人造草皮纤维一起配置在载体上。载体位于人造草皮背衬的表面或内部。以将配置的人造草皮纤维的单丝的第一部分暴露至载体的底侧和单丝的第二部分暴露至载体的顶侧的方式配置纤维。至少第一部分嵌入固态膜并被机械固定。固态膜为固化的液体。固态膜充当人造草皮背衬。
在另外的方面中，本发明涉及包括人造草皮背衬和引入人造草皮背衬的人造草皮纤维的人造草皮。人造草皮纤维包括至少一种单丝。
各至少一种单丝包含：至少一种聚合物；不能够充当染料且能够充当使至少一种聚合物结晶化的成核剂的第一物质；和能够充当染料且不能够充当使至少一种聚合物结晶化的成核剂的第二物质。
以将配置的人造草皮纤维的单丝的第一部分暴露至载体的底侧和单丝的第二部分暴露至载体的顶侧的方式配置多根人造草皮纤维。至少第一部分嵌入固态膜并被机械固定。固态膜为固化的液体。固态膜充当人造草皮背衬。
根据实施方案，将另外的人造草皮纤维进一步引入人造草皮背衬。另外的人造草皮纤维包括至少一种另外的单丝。另外的单丝包含至少一种另外的聚合物和第三物质。至少一种另外的聚合物与上述至少一种聚合物化学上完全相同，或与上述至少一种聚合物化学上不同(例如，PP代替PE，或具有不同种类的侧基或侧基团的PE变型体)。第三物质能够充当使至少一种另外的聚合物结晶的成核剂，并额外能够充当染料。以将配置的另外的人造草皮纤维的另外的单丝的第一部分暴露至载体的底侧和另外的单丝的第二部分暴露至载体的顶侧的方式配置多根另外的人造草皮纤维。另外的单丝的至少第一部分还嵌入固态膜并被机械固定。
根据实施方案，另外的单丝不含有第一物质并不含有任何另外的成核剂。因此，第三物质可为仅包含于另外的单丝的成核剂。这可能是有利的，因为在通过单独使用染料的成核性能实现期望的草皮脱离力的情况下，添加额外的成核剂可通过使结晶聚合物部分的量增加来降低纤维的韧性。
根据实施方案，选择第二物质的类型和量以使至少一种单丝对预定的草皮脱离力的抵抗力等于另外的单丝对预定的草皮脱离力的抵抗力。例如，可通过ISO/DES 4919:2011中指定的测量草皮脱离力的上述试验来测定单丝对施加的草皮脱离力的抵抗力。这将允许制造包含全部具有相同的表面粗糙度并显示对给定的草皮脱离力相同的抵抗力的不同颜色(尽管各染料的成核能力不同)的纤维的混合物的人造草皮。
根据实施方案，通过如上所述的挤出和拉伸工艺生成至少一种单丝和另外的单丝。
根据实施方案，第三物质为酞菁绿或酞菁蓝或其混合物。
根据实施方案，第一物质为二氧化钛或偶氮-镍-复合颜料或其混合物。
根据实施方案，第二物质为上述有机成核剂和/或无机成核剂之一如山梨酸或滑石。
根据实施方案，第一物质为可用作提供白色染料的二氧化钛。将包含第一物质的多根人造草皮纤维定位在人造草皮背衬内部以便形成单独包括含有第一物质的人造草皮纤维的一根或多根连续线(continuous lines)。各所述线具有至少1厘米的宽度和至少1米的长度。各所述线被选择性包含其它人造草皮纤维的人造草皮的区域围绕。其它人造草皮纤维包含不同的染料或无染料。该特征可能是有利的，因为提供包含白线的人造草皮可用作运动场的地面。将白色纤维与绿色草皮纤维一样强烈地机械固定至草皮背衬，因为白色纤维包含除染料以外的单独的成核剂。之前观察到白色纤维比绿色纤维更早与背衬分离。通过将绿色纤维与在成核剂的存在下已拉伸的白色纤维组合，提供白色纤维与绿色纤维一样强烈地固定至背衬的人造草皮。
根据实施方案，生成引入人造草皮背衬的各人造草皮纤维的工艺包括：将聚合物混合物挤出为单丝；骤冷单丝；重新加热单丝；拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维。在聚合物混合物包含成核剂和/或充当成核剂的染料的情况下，拉伸期间成核剂促进单丝内至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加单丝的表面粗糙度。
根据实施方案，各至少一种单丝包含线状区形式的第一聚合物和此处称作“第二聚合物”的至少一种聚合物。线状区嵌入第二聚合物。第一聚合物在第二聚合物中不混溶。聚合物混合物进一步包含围绕各线状区并将至少一种第一聚合物与第二聚合物分离的增容剂。
附图说明
下面仅通过参考附图更详细地解释本发明的实施方案，其中：
图1示出说明人造草皮的制造方法的实例的流程图；
图2a示出说明聚合物混合物的横截面的图；
图2b示出聚合物混合物的另外的实例；
图2c为图2a和2b的图注；
图3a示出聚合物混合物的另外的实例；
图3b为图3a的图注；
图4示出聚合物混合物的另外的实例；
图5说明将聚合物混合物挤出为单丝；
图6示出人造草皮纤维的簇丝；
图7说明纤维的第一部分和第二部分；和
图8示出嵌入草皮背衬的纤维的第一部分和第二部分的部分。
具体实施方式
这些图中相同标记的元素为等同的元素或执行相同功能。如果功能等同，则在后续图中将不再讨论之前已讨论的元素。
图1示出说明人造草皮的制造方法的实例的流程图。首先在步骤102中生成聚合物混合物例如图2a中描述的混合物200。聚合物混合物200包含至少一种聚合物204(典型地为聚乙烯)，和使至少一种聚合物204结晶化的成核剂202，例如上述范围的滑石(“纳米范围滑石”)。
可通过将全部组分一次放在一起生成聚合物混合物。例如，可将至少一种聚合物204、成核剂202、任选的添加剂206和染料208同时全部添加在一起。例如通过使用混合装置可将聚合物混合物充分混合。通过使用适当的混合率或混合量可实现组分的期望分布。可将生成的混合物转送至用于挤出的单螺杆供给或双螺杆供给。
其它实例中，可有额外的物质，例如，图2b中描述的额外的染料或额外的聚合物如图4中描述的聚合物混合物400。可选地，可使用物质302代替充当染料和成核剂的滑石(参见图3)。
接下来在步骤104中，将聚合物混合物挤出为如图5中更详细描述的单丝506。接下来在步骤106中，将单丝骤冷并快速冷却。接下来在步骤108中，重新加热单丝。在步骤110中，拉伸重新加热的单丝以形成能直接用作人造草皮纤维或能与额外的单丝收拢为人造草皮纤维的单丝。还可在单丝上进行额外的步骤以形成人造草皮纤维。例如可将单丝纺成(spun)或编织为具有期望性质的纱线。接下来在步骤112中将人造草皮纤维引入人造草皮背衬。该引入包括将多根人造草皮纤维配置在载体704上的步骤114(参见图7和图8)。载体可为例如纺织物平面。配置人造草皮纤维以使单丝的第一部分706暴露至载体的底侧且单丝的第二部分702暴露至载体的顶侧。通过将人造草皮纤维簇丝或编织至载体可完成配置，但将纤维配置在载体内的其它方法也是可以的。然后在步骤116中，在载体的底测添加液体以使至少第一部分嵌入液体中。最后，在步骤118中，使液体固化为膜。膜围绕并由此将单丝的至少第一部分706(并且还任选地第二部分702的一部分804)机械地固定在膜中。该膜，即固态膜构成背衬802。
图2a示出包含至少第一聚合物204(优选非极性聚合物如聚乙烯)和成核剂202如纳米范围滑石的聚合物混合物200的横截面。聚合物混合物可包含另外的添加剂如杀菌剂等。成核剂202促进聚乙烯的结晶部分的生成，特别是在拉伸步骤110中。结晶部分的百分数增加导致单丝的表面粗糙度增加并通过用于将单丝的至少第一部分嵌入116的液体使单丝易于润湿。该效果组合导致人造草皮纤维在背衬802的强机械固定因此导致对所得人造草皮800的磨耗和撕裂的抵抗力增强。
图2b示出包含图2a的混合物200的全部组分和另外的染料208(例如用于白色的二氧化钛或用于黄色的偶氮-镍-复合颜料)的聚合物混合物250。该染料不能充当成核剂且不能够将聚合物204的结晶部分的生成促进至充分程度。然而，因为成核剂202存在于聚合物250中，染料自身没必要具有任何成核能力，且可自由选择任何种类的染料并相互结合。
图2c为图2a和2b的图注。
图3a示出包含至少第一聚合物204如聚乙烯和成核剂302如额外充当染料以生成绿色的人造草皮纤维的酞菁绿的聚合物混合物300的横截面。可选地，或另外地，物质302可由酞菁蓝组成，酞菁蓝充当成核剂和充当生成蓝色的人造草皮纤维的染料。使用能够充当成核剂的染料可能是有利的，因为可减少成核剂的量而不减少纤维在草皮背衬802上的机械固定强度。
在期望颜色由两种或更多种不同颜色的染料的混合物组成的情况下，为了提供期望的颜色例如绿色，可将不能够充当成核剂的染料208(例如，提供黄色的偶氮-镍-复合颜料)与能够充当成核剂的另一染料302(例如，酞菁蓝)组合，而不添加额外的成核剂如滑石或山梨酸。这简化人造草皮的制造过程。
图3b为图3a的图注。
图4示出说明聚合物混合物400的横截面的图。聚合物混合物400包含第一聚合物402和上述至少一种聚合物204(在本章节中称作“第二聚合物”)。第二聚合物可为例如乙烯。混合物400进一步包括增容剂404和成核剂202。第一聚合物402与第二聚合物204不混溶。第一聚合物402的量比第二聚合物204少。第一聚合物402显示为被增容剂404围绕并分散在第二聚合物204内部。被增容剂404围绕的第一聚合物402形成一些聚合物珠408。聚合物珠408在形状上可为球形或椭圆形并且取决于聚合物混合物混合的良好程度和温度它们还可为不规则形状。聚合物混合物400为三相体系的实例。第一相为第一聚合物402的区域。第二相域为增容剂404且第三相域为第二聚合物204。增容剂404将第一聚合物402与第二聚合物204分离。
混合物400可额外包含聚合物如同样不与第二聚合物相混的第三、第四或甚至第五聚合物。还可存在或可用于与第一聚合物组合的额外的增容剂，或额外的第三、第四或第五聚合物。第一聚合物形成被增容剂围绕的聚合物珠408。还可通过与第二聚合物不相混的额外的聚合物形成聚合物珠。聚合物珠被增容剂围绕并在第二聚合物内部或混合至第二聚合物。
通过混合第一聚合物和增容剂来形成第一混合物。该步骤中还可添加额外的添加剂。然后加热第一混合物并挤出加热的第一混合物。然后将挤出的第一混合物造粒或细切成小块。将造粒的第一混合物与第二聚合物混合。同时还可将额外的添加剂添加至聚合物混合物。最后加热造粒的第一混合物与第二聚合物和成核剂以形成聚合物混合物。加热和混合可同时发生。
图5说明将聚合物混合物挤出为单丝506。所显示的是聚合物混合物200的量。聚合物混合物200内部有大量的成核剂202和任选地额外的物质206如紫外线稳定剂等。螺杆、活塞或其它装置用于将聚合物混合物200推过平板504中的洞502。这使聚合物混合物200被挤出为单丝506。单丝506显示为包含成核剂202还有添加剂206。
在挤出聚合物混合物400(未示出)的情况下，第二聚合物204和聚合物珠408可一起挤出。一些实例中，第二聚合物204比聚合物珠408的粘性小，且聚合物珠408将趋于集中在单丝506的中央。由于这可导致线状区在单丝506的核区域的集中，这可导致最终的人造草皮纤维的期望性质。
图6和图7示出多根人造草皮纤维可通过簇丝配置在载体704上，例如纺织物平面。簇丝为一类纺织物编织，其中将人造草皮纤维701(可为单丝506或一束多根单丝)插入载体704上。完成插入之后，如图6所示，纤维的短U形环指向载体表面的外面。然后，一个或多个刀片穿过环切割602。作为切割步骤的结果，每个环的两根人造草皮纤维端和单丝从载体伸出并生成草状的人造草皮表面。由此，已插入载体704的人造草皮纤维的单丝的第一部分706暴露至载体的底侧且单丝的第二部分703暴露至载体的顶侧。
图8示出插入的单丝已嵌入(图8a)或紧挨(图8b)人造草皮背衬802的表面的载体704。这通过将步骤116(参见图1)中的液体添加到载体704上来进行，以使单丝的第一部分706嵌入液体中(图8a)，或单丝的第一部分和第二部分702的一部分804嵌入液体中(图8b)。载体可为纺织物网或可包括使得载体底侧的液体802.2流动至载体的上面且反之亦然的孔眼(perforation)，由此在载体上生成背衬的部分802.1。因此，载体和部分插入载体的纤维可嵌入背衬802。人造草皮纤维701显示为在载体704上拉伸的距离806。距离806本质上为人造草皮纤维701的绒头(pile)的高度。
液体可为固化为乳胶背衬的苯乙烯-丁二烯悬浮液，或可为固化为聚氨酯背衬的多元醇与多异氰酸酯的混合物，或能够在特定时间后固化为固态膜的任何其它种类的液体。例如通过干燥过程或通过导致液体的固化的化学反应将液体固化为膜802。这种化学反应可为例如聚合。膜围绕从而机械地固定配置的人造草皮纤维的单丝的至少第一部分。固态膜充当人造草皮背衬。一些实例中，可将额外的涂布层添加至人造草皮背衬的底部。
附图标记说明
102-118 步骤
200 放入混合物中
202 成核剂
204 聚乙烯
206 另外的添加物质
208 染料
300 聚合物混合物
302 充当成核剂的物质
400 聚合物混合物
402 第一聚合物，聚酰胺
404 增容剂
408 聚合物珠
502 板中的洞
504 平板
506 人造草皮纤维的单丝
602 簇丝期间切割人造草皮纤维
701 单根人造草皮纤维
702 纤维的第二部分
704 载体
706 纤维的第一部分
800 人造草皮(横截面)
802 由固化的液体制成的背衬
804 嵌入液体的纤维的第二部分的部分
806 距离<载体-表面-纤维的上端>

Claims (31)

1.一种人造草皮(800)的制造方法，所述方法包括以下步骤：
- (102)生成包含至少一种聚合物(204)和使所述至少一种聚合物结晶化的成核剂(202，302)的聚合物混合物(200，250，300，400)，所述成核剂为无机物质或有机物质、或其混合物，
其中充当所述成核剂的所述无机物质由以下的一种或多种组成：
― 滑石；
― 高岭土；
― 碳酸钙；
― 碳酸镁；
― 硅酸盐；
― 硅酸；
― 硅酸酯；
― 三水合铝；
― 氢氧化镁；
― 偏磷酸盐和/或多磷酸盐；和
― 粉煤灰；
其中充当所述成核剂的所述有机物质由以下的一种或多种组成：
― 1,2-环己烷二碳酸盐；
― 苯甲酸；
― 苯甲酸盐；
― 山梨酸；和
― 山梨酸盐；
所述方法进一步包括：
- (104)将所述聚合物混合物挤出为单丝(506)；
- (106)骤冷所述单丝；
- (108)重新加热所述单丝；
- (110)拉伸所述重新加热的单丝以将所述单丝形成为人造草皮纤维(701)，其中所述拉伸期间所述成核剂促进所述单丝内所述至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加了所述单丝的表面粗糙度，
其中，确定所述成核剂的量以使所述成核剂的量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在所述人造草皮背衬中；
- (112)通过以下的工艺将所述人造草皮纤维引入至人造草皮背衬(802)：
○ (114)将多根所述人造草皮纤维配置在载体(704)上，其中将配置的所述人造草皮纤维的所述单丝的第一部分(706)暴露至所述载体的底侧且所述单丝的第二部分(702)暴露至所述载体的顶侧；
○ (116)在所述载体的底侧上添加液体以使至少所述第一部分嵌入所述液体中；和
○ (118)使所述液体固化为膜，所述膜围绕并由此机械地固定配置的所述人造草皮纤维的所述单丝的至少所述第一部分，固态膜充当所述人造草皮背衬。
2.一种人造草皮(800)的制造方法，其使得当施加预定拉力时所述人造草皮的人造草皮纤维保持固定在人造草皮背衬中，所述方法包括以下步骤：
- (102)生成包含至少一种聚合物(204)、任选的一种或多种染料和规定量的成核剂的聚合物混合物(200，250，300，400)，
● 其中所述成核剂为无机物质或有机物质、或其混合物，
● 其中所述成核剂的规定量为在将单丝挤出、拉伸并以人造草皮纤维的形式引入所述人造草皮背衬后，提供能够抵抗预定拉力的单丝所需的所述成核剂(202，302)的最小量，
●其中成核剂的所述规定量取决于包含在所述聚合物混合物中的染料的数量和类型，并取决于各所述染料充当成核剂的能力；
- (104)将所述聚合物混合物挤出为单丝(506)；
- (106)骤冷所述单丝；
- (108)重新加热所述单丝；
- (110)拉伸所述重新加热的单丝以将所述单丝形成为人造草皮纤维(701)，其中所述拉伸期间所述成核剂促进所述单丝内所述至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加了所述单丝的表面粗糙度，其中，确定所述成核剂的量以使所述成核剂的量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在所述人造草皮背衬中；
- (112)通过以下的工艺将所述人造草皮纤维引入所述人造草皮背衬(802)：
○ (114)将多根所述人造草皮纤维配置在载体(704)上，其中将配置的人造草皮纤维的所述单丝的第一部分(706)暴露至所述载体的底侧并将所述单丝的第二部分(702)暴露至所述载体的顶侧；
○ (116)在所述载体的底侧上添加液体以使至少所述第一部分嵌入所述液体中；和
○ (118)使所述液体固化为膜，所述膜围绕并由此机械地固定所述配置的人造草皮纤维的所述单丝的至少所述第一部分，固态膜充当所述人造草皮背衬。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种聚合物包括结晶部分和非晶部分，其中在所述拉伸期间，所述聚合物混合物中所述成核剂的存在引起所述结晶部分相对于所述非晶部分的尺寸增加。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中嵌入所述液体中的所述人造草皮纤维的表面的一部分或全部被所述液体润湿。
5.根据权利要求1或2所述的方法，
- 其中所述液体为包含至少20重量%的苯乙烯-丁二烯、至少40%的化学惰性填充材料和至少15%的分散液的悬浮液；
- 其中所述液体固化为所述膜包括干燥所述悬浮液。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述悬浮液包括22-28重量%的苯乙烯-丁二烯、50-55重量%的所述填充材料和至少20%的充当所述分散液的水。
7.根据权利要求1或2所述的方法，
- 其中所述液体为多元醇和多异氰酸酯的混合物，所述多元醇为具有多个可参与有机反应的羟基官能团的化合物；
- 其中所述液体固化为所述膜包括进行所述多元醇与所述多异氰酸酯生成聚氨酯的加聚反应，所述固态膜为聚氨酯膜。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少20%的所述无机成核剂具有小于1微米的晶粒尺寸。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述聚合物混合物包含0.01-3重量%的充当所述成核剂的无机物质。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 确定所述成核剂的量以使所述成核剂的量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过40牛顿、更优选超过50牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在所述人造草皮背衬中；
- 其中所述成核剂的添加包括添加规定量的所述成核剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 添加第一染料的第一量至所述聚合物混合物，所述第一染料的第一量不能够促进所述结晶部分的生成；
- 确定所述成核剂的第二量，其中确定所述成核剂的第二量以使与所述成核剂的第二量组合的所述第一染料的第一量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿、更优选超过40牛顿、更优选超过50牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则六根嵌入的人造草皮纤维的束保持固定在所述人造草皮背衬中；
- 其中所述成核剂的添加包括添加所述成核剂的确定的第二量。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 添加二氧化钛至所述聚合物混合物，所述二氧化钛充当染料，在所述添加后，所述聚合物混合物包含1.9-2.3重量%的所述二氧化钛。
13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 添加偶氮-镍-复合颜料至所述聚合物混合物，所述偶氮-镍-复合颜料充当染料，所述添加后，所述聚合物混合物包含0.01-0.5重量%的所述偶氮-镍-复合颜料。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 添加酞菁绿至所述聚合物混合物，所述酞菁绿充当染料，所述添加后，所述聚合物混合物包含0.001-0.3重量%的所述酞菁绿。
15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
- 添加酞菁蓝至所述聚合物混合物，所述酞菁蓝充当染料，所述添加后，所述聚合物混合物包含0.001-0.25重量%的所述酞菁蓝。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种聚合物(204)为以下的任一种：聚乙烯、聚丙烯和其混合物。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中生成所述人造草皮纤维包括：
- 将所述拉伸的单丝(506)形成为纱线；和/或
- 将所述拉伸的单丝(506)编织、纺纱、加捻、反绕和/或收拢为所述人造草皮纤维(701)。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述人造草皮纤维引入所述人造草皮背衬包括：
- 将所述人造草皮纤维编织到所述人造草皮背衬中；和/或
- (602)将所述人造草皮纤维簇丝到所述人造草皮背衬(802)中并将所述人造草皮纤维结合到所述人造草皮背衬。
19.根据权利要求1或2所述的方法，
- 其中所述聚合物混合物(250)为至少三相体系，其中所述聚合物混合物包括第一聚合物(402)、作为第二聚合物的所述至少一种聚合物(204)和增容剂(404)，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物不混溶，其中所述第一聚合物在所述第二聚合物内形成被所述增容剂围绕的聚合物珠；
- 其中在所述挤出之前，进行第一染料或所述无机物质或有机物质或其混合物的所述添加；和
- 其中所述拉伸导致所述聚合物珠变形为线状区。
20.根据权利要求2所述的方法，
-其中所述预定拉力为40牛顿。
21.根据权利要求2所述的方法，
- 其中所述聚合物混合物包含1.9-2.3重量%的二氧化钛，所述二氧化钛充当染料，或包含0.01-0.5重量%的偶氮-镍-复合颜料，所述偶氮-镍-复合颜料充当染料；和
- 其中所述聚合物混合物的所述成核剂的规定量等于不包含任何染料的聚合物混合物确定的所述成核剂的量。
22.根据权利要求21所述的方法，
- 其中所述成核剂为无机物质，和
-其中所述成核剂的规定量为所述聚合物混合物的0.01-3重量%。
23.根据权利要求2所述的方法，
- 其中所述聚合物混合物包含0.001-0.3重量%的酞菁绿，所述酞菁绿充当染料，或包含0.001-0.25重量%的酞菁蓝，所述酞菁蓝充当染料；和
- 其中成核剂的规定量为零。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其进一步包括：
- 由根据权利要求22所述的聚合物混合物生成第一人造草皮纤维；和
- 由根据权利要求23所述的聚合物混合物生成第二人造草皮纤维；
- 其中将所述第一人造草皮纤维和所述第二人造草皮纤维二者引入相同的人造草皮块。
25.一种人造草皮(800)，其由根据前述权利要求任一项所述的方法制造。
26.一种包括人造草皮背衬(802)和引入所述人造草皮背衬的人造草皮纤维(701)的人造草皮(800)，其中所述人造草皮纤维包括至少一种单丝，其中各所述至少一种单丝包含：
- 至少一种聚合物(204)；和
- 使所述至少一种聚合物结晶化的成核剂(202，302)，所述成核剂为无机物质或有机物质、或其混合物，
其中所述无机成核剂由以下的一种或多种组成：
― 滑石；
― 高岭土；
― 碳酸钙；
― 碳酸镁；
― 硅酸盐；
― 硅酸；
― 硅酸酯；
― 三水合铝；
― 氢氧化镁；
― 偏磷酸盐和/或多磷酸盐；和
― 粉煤灰；
其中所述有机成核剂由以下的一种或多种组成：
― 1,2-环己烷二碳酸盐；
― 苯甲酸；
― 苯甲酸盐；
― 山梨酸；和
― 山梨酸盐；
- 其中将所述人造草皮纤维和多根另外的人造草皮纤维一起配置于在所述人造草皮背衬之上或内部的载体(704)中，配置方式为使配置的人造草皮纤维的所述单丝的第一部分(706)暴露至所述载体的底侧和所述单丝的第二部分(702)暴露至所述载体的顶侧，并且其中至少所述第一部分嵌入固态膜并被机械固定，所述固态膜为固化的液体，所述固态膜充当所述人造草皮背衬，
其中引入所述人造草皮背衬的人造草皮纤维通过包括以下的工艺生成：
- (104)将所述聚合物混合物挤出为单丝(506)；
- (106)骤冷所述单丝；
- (108)重新加热所述单丝；
-(110)拉伸所述重新加热的单丝以将所述单丝形成为人造草皮纤维(701)，
其中所述拉伸期间所述成核剂促进所述单丝内所述至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加了所述单丝的表面粗糙度，其中，确定所述成核剂的量以使所述成核剂的量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在所述人造草皮背衬中。
27.一种包括人造草皮背衬(802)和引入所述人造草皮背衬的人造草皮纤维(701)的人造草皮(800)，其中所述人造草皮纤维包含至少一种单丝，其中各所述至少一种单丝包含：
- 至少一种聚合物(204)；
- 不能够充当染料且能够充当使所述至少一种聚合物结晶化的成核剂的第一物质；
- 能够充当染料且不能够充当使所述至少一种聚合物结晶化的成核剂的第二物质(208)；和
其中将多根所述人造草皮纤维(701)配置在载体(704)中，配置方式为使配置的人造草皮纤维的所述单丝的第一部分(706)暴露至所述载体的底侧和所述单丝的第二部分(702)暴露至所述载体的顶侧，并且其中至少所述第一部分嵌入固态膜并被机械固定，所述固态膜为固化的液体，所述固态膜充当所述人造草皮背衬，
其中引入所述人造草皮背衬的人造草皮纤维通过包括以下的工艺生成：
- (104)将所述聚合物混合物挤出为单丝(506)；
- (106)骤冷所述单丝；
- (108)重新加热所述单丝；
-(110)拉伸所述重新加热的单丝以将所述单丝形成为人造草皮纤维(701)，
其中所述拉伸期间所述成核剂促进所述单丝内所述至少一种聚合物的结晶部分的生成，其中促进结晶部分的生成增加了所述单丝的表面粗糙度，其中，确定所述成核剂的量以使所述成核剂的量能够以结晶化足够缓慢从而确保在所述拉伸期间生成大多数结晶部分的方式促进结晶部分的生成，并且充分地促进足够多的结晶部分的生成以确保表面粗糙度足够高，以致除非将超过30牛顿的拉力施加到所述纤维上，否则嵌入的人造草皮纤维保持固定在所述人造草皮背衬中。
28.根据权利要求27所述的人造草皮(800)，将所述人造草皮背衬(1002)进一步引入另外的人造草皮纤维(1004)，其中所述另外的人造草皮纤维包括至少另外的单丝，
其中所述另外的单丝包含：
- 至少一种另外的聚合物，所述至少一种另外的聚合物与所述至少一种聚合物化学上相同或不同；
- 能够充当使所述至少一种另外的聚合物结晶化的成核剂且能够充当染料的第三物质(302)；
其中还将多根所述另外的人造草皮纤维配置在所述载体上，配置方式为使配置的所述另外的人造草皮纤维的所述另外的单丝的第一部分(706)暴露至所述载体的底侧且所述另外的单丝的第二部分(702)暴露至所述载体的顶侧，并且其中所述另外的单丝的至少所述第一部分还嵌入所述固态膜并被机械固定。
29.根据权利要求28所述的人造草皮(800)，所述另外的单丝不含有所述第一物质并且不含有能够充当成核剂的任何其它种类的物质。
30.根据权利要求28或29所述的人造草皮(800)，其中所述第三物质为酞菁绿和/或酞菁蓝。
31.根据权利要求25所述的人造草皮(800)，其中引入所述人造草皮背衬的各人造草皮纤维通过包括以下的工艺生成：
- (104)将所述聚合物混合物挤出为单丝(506)；
- (106)骤冷所述单丝；
- (108)重新加热所述单丝；
- (110)拉伸所述重新加热的单丝以将所述单丝形成为人造草皮纤维(701)。
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