CN106087106A - 人造草皮及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供人造草皮及生产方法。本发明提供人造草皮(1400)的制造方法。该方法包括步骤(100)生成聚合物混合物(400，500，600)，其中聚合物混合物包括稳定化聚合物(402)、主体聚合物(404)、阻燃聚合物组合物和增容剂(406)。稳定化聚合物和主体聚合物不混溶。稳定化聚合物包括在主体聚合物内被增容剂围绕的纤维。稳定化聚合物为芳族聚酰胺。阻燃聚合物组合物为三嗪和三聚氰胺的混合物。该方法还包括步骤(102)将聚合物混合物挤出为单丝(706)。该方法还包括步骤(104)骤冷单丝。该方法还包括步骤(106)重新加热单丝。该方法还包括步骤(108)拉伸重新加热的单丝(706’)使纤维彼此相对排列并将单丝形成为人造草皮纤维。该方法还包括步骤(110)将人造草皮纤维引入至人造草皮背衬(1406)。

Description

人造草皮及生产方法
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(synthetic turf)。本发明进一步涉及模拟草的纤维的生产，并特别是基于聚合物共混物(polymer blends)的人造草皮纤维和由这些人造草皮纤维制成的人造草皮毯(artificialturf carpet)的产品和生产方法。
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使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，与天然草坪因场上比赛和/或锻炼而被破坏相比，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灰尘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。因此如果在其使用时间内人造草皮具有长的使用寿命、耐久，并保持其比赛和表面特性以及外观，则是有益的。
美国专利申请US 2010/0173102 A1公开了一种人造草坪，其特征在于包覆材料的亲水性不同于用于芯的材料的亲水性。
发明内容
本发明提供人造草皮的制造方法和根据该方法制造的人造草皮。从属权利要求中给出实施方案。
在一方面，本发明提供人造草皮毯的制造方法。该方法包括生成聚合物混合物的步骤。用于此处的聚合物混合物包括不同类型的聚合物的混合物，还可能具有各种添加至聚合物混合物的添加剂。术语“聚合物混合物”还可用术语“母料(master batch)”或“配合料(compound batch)”代替。
在一方面，本发明提供人造草皮的制造方法。该方法包括生成聚合物混合物的步骤。聚合物混合物包括稳定化聚合物(stabilizing polymer)、主体聚合物(bulkpolymer)、阻燃聚合物组合物(flame-retardant polymer combination)和至少一种增容剂。主体聚合物可例如为一种以上的聚合物与其它添加的组分的混合物。例如着色剂或其它添加剂可添加至主体聚合物。稳定化聚合物和主体聚合物不混溶。通过阐述稳定化聚合物和主体聚合物不混溶，意指稳定化聚合物与至少大部分由主体聚合物组成的组分不混溶。例如主体聚合物可由与稳定化聚合物不混溶、并且具有小部分的由第二聚合物组成的主体聚合物的一种聚合物组成，该第二聚合物与或可能与稳定化聚合物至少部分不混溶。
稳定化聚合物包括在主体聚合物内被增容剂围绕的纤维。这使得主体聚合物的纤维能够混合至主体聚合物。稳定化聚合物为芳族聚酰胺(aramid)。阻燃聚合物为三嗪和三聚氰胺的混合物的组合。聚合物芳族聚酰胺具有非常良好的结构性和时间性温度稳定性。芳族聚酰胺为极性分子。芳族聚酰胺的一些变体还已知为商品名Kevlar。如上所述，主体聚合物可为不同聚合物的混合物。在一个实例中，主体聚合物为一种类型的纯聚合物。在另一实例中，主体聚合物为不同聚合物的共混物。在另一实例中，主体聚合物可为非极性聚合物和极性聚合物二者的混合物。在这种情况下，用于组成主体聚合物的大部分聚合物为非极性。
阻燃聚合物由三嗪和三聚氰胺的混合物组成。三嗪和三聚氰胺二者为非极性分子。因此三嗪和三聚氰胺与主体聚合物不混溶。在着火的情况下，三嗪和三聚氰胺的组合在单丝(monofilament)的表面形成熄灭火的膨胀层(intumescence layer)。阻燃聚合物和稳定化聚合物的组合增加由聚合物混合物形成的纤维的耐火性。这是因为芳族聚酰胺具有极其良好的热稳定性并且即使主体聚合物熔融或燃烧，芳族聚酰胺仍将维持其形状并防止任何纤维变形或失去它们的形状并完全熔融。膨胀层覆盖任何人造草皮纤维或单丝的表面，因此如果用于制成人造草皮的单丝或纤维熔融，则停火时膨胀层不太有效。因此稳定化聚合物在停火时增加膨胀层的有效性。
该方法进一步包括将聚合物混合物挤出为单丝的步骤。该方法进一步包括骤冷(quenching)单丝的步骤。该方法进一步包括重新加热单丝的步骤。该方法进一步包括拉伸重新加热的单丝使纤维彼此相对排列(aligned relative to each other)并将单丝形成为人造草皮纤维的步骤。芳族聚酰胺比热聚合物或用于制成聚合物混合物的聚合物更加热稳定。重新加热的单丝的拉伸使得这些纤维比挤出时排列得更好。当通过火燃烧或加热单丝时，使纤维彼此相对排列提供额外的稳定性。因此拉伸工序进一步提高阻燃聚合物组合物作为膨胀层的有效性。
另一实施方案中，稳定化聚合物包括芳族聚酰胺纤维。
另一实施方案中稳定化聚合物为极性聚合物。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物为聚合物的非极性混合物或共混物或组合。
另一实施方案中主体聚合物为非极性聚合物或多种非极性聚合物的组合。
另一实施方案中主体聚合物为极性聚合物和非极性聚合物二者的组合。主体聚合物可具有增容剂以使非极性聚合物和极性聚合物能够混合。在主体聚合物由非极性聚合物和极性聚合物的混合物组成的情况下，以重量计大部分的主体聚合物为非极性。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于8重量％的稳定化聚合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于10重量％的稳定化聚合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于12重量％的稳定化聚合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于15重量％的稳定化聚合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于20重量的％阻燃聚合物组合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于22重量％的阻燃聚合物组合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于25重量％的阻燃聚合物组合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于27重量％的阻燃聚合物组合物。
另一实施方案中聚合物混合物包括小于或等于29重量％的阻燃聚合物组合物。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为1.8。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为1.9。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为2.0。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为2。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为2.1。
另一实施方案中阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为2.2。
上述实施方案中，给出的三嗪与三聚氰胺的比，数值后小数点的使用表示范围。例如，值1.8的使用表示在1.75和1.85之间的比。值1.9表示在1.85至1.95的范围。值2.0表示在1.95和2.05之间的范围。值2.1表示在2.05和2.15之间的范围。值2.2表示在2.15和2.25之间的范围。
另一实施方案中，主体聚合物包括下述任一者：非极性聚合物、聚烯烃聚合物、热塑性聚烯烃聚合物、聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚乙烯聚合物共混物，及其混合物。
另一实施方案中，主体聚合物包括第一聚合物、第二聚合物和增容剂。第一聚合物和第二聚合物不混溶。第一聚合物在第二聚合物内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。在其它实例中，聚合物珠将更大。例如它们可具有最大50微米的直径尺寸。
在一个实施方案中，以重量计主体聚合物包括比第一聚合物多的第二聚合物。
另一实施方案中，第二聚合物为非极性聚合物和第一聚合物为极性聚合物。
该实施方案是有利的，这是因为其可提供定制用于组成人造草皮的单丝的质地和感觉的手段。
另一实施方案中，拉伸重新加热的单丝将聚合物珠变形为线状区(thread-likeregions)。该实施方案中，单丝的拉伸不仅使芳族聚酰胺纤维排列，而且将聚合物珠拉伸为线状区域，其还可辅助改变单丝的结构。
该方法进一步包括拉伸重新加热的细丝(filament)将聚合物珠变形为线状区并将单丝形成为人造草皮纤维的步骤。在该步骤中单丝被拉伸。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。
另一实施方案中，聚合物珠包括结晶部分和非晶部分。将聚合物珠拉伸为线状区引起结晶部分相对于非晶部分的尺寸增加。
另一实施方案中，该方法进一步包括生成聚合物混合物的步骤。生成聚合物混合物的步骤包括通过将稳定化聚合物和增容剂混合来形成初始混合物的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括加热初始混合物的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括挤出初始混合物的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括将挤出的初始聚合物造粒的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括将造粒的初始聚合物与主体聚合物和阻燃聚合物组合物混合的步骤。生成聚合物混合物的步骤进一步包括将造粒的初始聚合物与主体聚合物和阻燃聚合物组合物加热以形成聚合物混合物的步骤。
另一实施方案中，主体聚合物包括1-30重量％的第一聚合物。
另一实施方案中，主体聚合物包括1-20重量％的第一聚合物。
另一实施方案中，主体聚合物包括5-10重量％的第一聚合物。
另一实施方案中，第一聚合物为下述任一者：极性聚合物、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，及其组合。
一些实例中，人造草皮背衬为纺织物或纺织垫(textile matt)。
将人造草皮纤维引入至人造草皮背衬可例如通过将人造草皮纤维簇绒(tufting)至人造草皮背衬并将已簇绒的人造草皮纤维结合(binding)至人造草皮背衬来进行。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绒。如果形成人造草皮纤维的环(loop)，则在相同步骤期间可切割该环。该方法进一步包括将人造草皮纤维结合至人造草皮背衬的步骤。在该步骤中人造草皮被结合或附着至人造草皮背衬。这可通过各种方式如胶合(gluing)或涂布人造草皮背衬的表面以使人造草皮纤维保持在位置上来进行。这例如可通过用材料如乳胶或聚氨酯涂布人造草皮背衬的表面或一部分来完成。
人造草皮纤维引入至人造草皮背衬可例如可选地在人造草皮毯的制造期间通过将人造草皮纤维编织至人造草皮背衬(或纤维垫(fiber mat))中来进行。人造草皮的这种制造技术在美国专利申请US 20120125474 A1中是已知的。
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(cabled)、加捻(twisted)或收拢(bundled)在一起的几根拉伸的单丝纤维的一束或一组。在一些情况下，将束与所谓的反绕纱线(rewinding yarn)反绕，使纱线保持收拢在一起并使其为后续的簇绒或编织工艺准备好。
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)。
实施方案可具有第二聚合物与任何不混溶的聚合物可相互不分层的优点。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赋予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赋予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。这可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珠包括结晶部分和非晶部分。在挤出工艺期间聚合物混合物可能被加热且第一聚合物和第二聚合物的部分可在各种区域具有更多非晶结构或更多结晶结构。将聚合物珠拉伸为线状区可引起第一聚合物中结晶部分相对于非晶部分的尺寸增加。这可导致例如第一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。在一些情况下，单丝的拉伸还可使第二聚合物或其它额外的聚合物它们的结构的更大部分变得更加结晶。
在特定的实例中，该第一聚合物可为聚酰胺且第二聚合物可为聚乙烯。聚酰胺的拉伸将引起结晶区域增加使聚酰胺坚硬。这对于其它塑性聚合物也适用。
另一实施方案中聚合物混合物或母料通过将粒状或粉末形式的主体聚合物、稳定化聚合物和阻燃聚合物的内容物混合在一起，然后加热混合物以形成聚合物混合物来生成。此时还可添加额外的添加剂。
另一实施方案中主体聚合物首先制成粒状然后添加至聚合物混合物的其它内容物中。主体聚合物的生成包括通过将第一聚合物和增容剂混合来形成第一混合物的步骤。主体聚合物的生成进一步包括加热第一混合物的步骤。生成主体聚合物的步骤进一步包括挤出第一混合物的步骤。本体混合物的生成进一步包括挤出第一混合物的步骤。主体聚合物的生成进一步包括将挤出的第一混合物造粒的步骤。主体聚合物的生成进一步包括将造粒的第一混合物和第二聚合物混合的步骤。主体聚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主体聚合物的步骤。生成主体聚合物的该具体方法可为有利的，这是因为其能够非常精确地控制第一聚合物和增容剂在第二聚合物中如何分布。例如，挤出的第一混合物的尺寸或形状可确定之后在聚合物混合物中形成的聚合物珠的尺寸。
聚合物混合物和/或主体聚合物可使用可用的所谓的单螺杆挤出法来制作。作为该聚合物混合物和/或主体聚合物的替代还可通过将组成的全部组分一次放在一起来生成。例如可将第一聚合物、第二聚合物和增容剂同时全部添加在一起以组成主体聚合物。对于聚合物混合物，增容剂、稳定化聚合物、主体聚合物、阻燃聚合物可一次添加在一起。还可将其它成分如额外的聚合物或其它添加剂放在一起。可例如然后增加聚合物混合物和/或主体聚合物的混合量并通过使用双螺杆供给来挤出。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。
另一实施方案中主体聚合物包括至少第三聚合物。第三聚合物与第二聚合物不混溶。第三聚合物进一步在第二聚合物内形成被增容剂围绕的聚合物珠。
另一实施方案中主体聚合物的生成包括通过将第一聚合物和第三聚合物与增容剂混合以形成第一混合物的步骤。主体聚合物的生成进一步包括加热第一混合物的步骤。主体聚合物的生成首先包括挤出第一混合物的步骤。主体聚合物的生成进一步包括将挤出的第一混合物造粒的步骤。主体聚合物的生成进一步包括第一混合物和第二聚合物混合的步骤。主体聚合物的生成进一步包括加热第一混合物和第二聚合物以形成主体聚合物的步骤。该方法可提供使用两种不同的聚合物来制成主体聚合物并控制聚合物珠的尺寸和分布的精确手段。作为选择，可使用第一聚合物与增容剂来制成与用相同或不同的增容剂制成第三聚合物分离的颗粒(granulate)。然后该颗粒可与第二聚合物混合以制成主体聚合物。
作为其替代该聚合物混合物还可通过将第一聚合物、第二聚合物、第三聚合物和增容剂同时全部添加在一起至聚合物混合物的其它内容物，并然后更强力地混合来制成。例如可使用双螺杆供给来挤出。
另一实施方案中第三聚合物为极性聚合物。
另一实施方案中第三聚合物为聚酰胺。
另一实施方案中第三聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯，其还可简称为PET。
另一实施方案中第三聚合物为聚对苯二甲酸丁二酯，其还可简称为PBT。
另一实施方案中聚合物混合物或主体聚合物包括在1重量％和30重量％之间的第一聚合物和第三聚合物的组合。该实例中重量的余量可由放入聚合物混合物或主体聚合物的第二聚合物、增容剂和任何其它另外的添加剂这样的组分构成。
另一实施方案中聚合物混合物或主体聚合物包括在1重量％和20重量％之间的第一聚合物与第三聚合物的组合。而且，该实例中聚合物混合物或主体聚合物的重量的余量可由第二聚合物、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或主体聚合物包括在5重量％和10重量％之间的第一聚合物与第三聚合物的组合。而且，该实例中聚合物混合物或主体聚合物的重量的余量可由第二聚合物、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或主体聚合物包括在1重量％和30重量％之间的第一聚合物。该实例中重量的余量可由第二聚合物、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或主体聚合物包括在1重量％和20重量％之间的第一聚合物。该实例中重量的余量可由混合至聚合物混合物或主体聚合物的第二聚合物、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或主体聚合物包括在5重量％和10重量％之间的第一聚合物。该实例中重量的余量可由混合至聚合物混合物或主体聚合物的第二聚合物、增容剂和任何其它额外添加剂构成。
另一实施方案中第一聚合物为极性聚合物。
另一实施方案中第一聚合物为聚酰胺。
另一实施方案中第一聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯，其通常简称为PET。
另一实施方案中第一聚合物为聚对苯二甲酸丁二酯，其通常简称为PBT。
另一实施方案中第二聚合物为非极性聚合物。
另一实施方案中第二聚合物为聚乙烯。
另一实施方案中第二聚合物为聚丙烯。
另一实施方案中第二聚合物为可用作第二聚合物的前述聚合物的混合物。
另一实施方案中增容剂为下述任一者：接枝在聚乙烯或聚酰胺上的马来酸；接枝在聚乙烯、SEBS、EVA、EPD、或聚丙烯与不饱和酸或其酸酐如马来酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、蓖麻醇噁唑啉马来酸酯(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。
另一实施方案中聚合物混合物或主体聚合物包括在80-90重量％的第二聚合物。该实例中重量的余量可由添加至聚合物混合物或主体聚合物的第一聚合物、如果存在于聚合物混合物或主体聚合物中的可能的第二聚合物、增容剂和任何其它化学物或添加剂构成。
另一实施方案中聚合物混合物或主体聚合物进一步包括以下任一者：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或主体聚合物以赋予人造草皮纤维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。
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若干纤维的组合。
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。
另一实施方案中，该方法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。
另一方面，本发明提供根据任一者前述方法制造的人造草皮。
另一方面，本发明提供包括人造草皮背衬和簇绒至人造草皮背衬的人造草皮纤维的人造草皮。人造草皮背衬可例如为能够将纤维簇绒于其上的纺织物或其它平坦结构。人造草皮纤维包括至少一种单丝。各至少一种单丝包括线状区形式的第一聚合物。各至少一种单丝包括第二聚合物，其中线状区嵌入第二聚合物内。各至少一种单丝包括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。该人造草皮可具有极其耐久的优点，这是因为线状区经由增容剂嵌入第二聚合物内。因此它们不具有分层的能力。具有围绕第一聚合物的第二聚合物可提供柔软并感觉类似于真草皮的坚硬的人造草皮。此处描述的人造草皮区别于共挤出的人造草皮。在共挤出中，典型地为50至60微米的芯可被具有大约200至300微米直径的外层或护套材料围绕。
主体聚合物由至少第一聚合物和第一聚合物的混合物形成的实施方案中，人造草皮具有第一聚合物和可能的第三聚合物的大量线状区。线状区不沿单丝的整个长度连续。人造草皮还可具有由任何前述方法步骤提供的性质或特征。
另一实施方案中线状区具有小于20微米的直径。
另一实施方案中线状区具有小于10微米的直径。
另一实施方案中线状区具有在1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。线状区具有小于预定长度一半的长度。
另一实施方案中线状区具有小于2mm的长度。
另一实施方案中，芳族聚酰胺为对位-芳族聚酰胺。对位-芳族聚酰胺纤维的使用可具有提供更大的热稳定性的益处。
对位-芳族聚酰胺的使用还具有额外的益处。例如对位-芳族聚酰胺可增加主体聚合物的耐温性。对位-芳族聚酰胺的高耐热性使得对位-芳族聚酰胺能够吸收更多能量。然后如果不使用对位-芳族聚酰胺，其可引起主体聚合物在较高温度下变形。
当人造草皮燃烧时，膨胀层可覆盖任何人造草皮或单丝的表面，因此如果用于制成人造草皮的单丝或纤维熔融时，则在灭火时膨胀层不太有效。因此对位-芳族聚酰胺可增加膨胀层对灭火的有效性，这是因为其提供更好的在较高温度下由火引起的稳定性。这可保持膨胀层完整，其可导致在火的情况下的自动灭火效果(self extinguishing effect)。
芳族聚酰胺和对位-芳族聚酰胺二者具有高的机械强度和耐机械磨耗性(resistmechanical wear)。与常规人造草皮相比，由对位-芳族聚酰胺制成的人造草皮在其磨坏之前可使用更长时间。
另一实施方案中，对位-芳族聚酰胺具有小于下述任一者的纤维长度：135μm、125μm和115μm。
另一实施方案中，对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的平均纤维长度：在65μm和35um之间，和55μm。
另一实施方案中，对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的密度：1.44g/cm3和1.45g/cm3之间，及1.43g/cm3和1.46g/cm3。
另一实施方案中，对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的开尔文分解温度：高于720度、高于725度和723度。
应理解的是，本发明的前述一个或多个实施方案可组合，只要组合的实施方案不互相排斥即可。
附图说明
通过参考附图仅示例性地更详细解释本发明的下述实施方案，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2示出说明聚合物混合物的一种生成方法的流程图；
图3示出说明如何生成聚合物混合物的另外实例的流程图；
图4示出说明聚合物混合物的横截面的图；
图5示出说明聚合物混合物的另外实例的横截面的图；
图6示出说明聚合物混合物的另外实例的横截面的图；
图7说明将图4的聚合物混合物挤出为单丝；
图8示出小段图7的单丝的截面图；
图9说明拉伸图8的单丝的效果；
图10说明将图5或图6的聚合物混合物挤出为单丝；
图11示出小段图10的单丝的截面图；
图12说明拉伸图11的单丝的效果；
图13示出拉伸的单丝的截面的电子显微镜照片；和
图14示出人造草皮的实例的截面的实例。
具体实施方式
这些图中附图标记相同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100中生成聚合物混合物。聚合物混合物包括主体聚合物、稳定化聚合物、阻燃聚合物组合物和增容剂。在一些例子中主体聚合物可由多种组分组成。稳定化聚合物在主体聚合物中不混溶，因此稳定化聚合物被增容剂围绕。稳定化聚合物由芳族聚酰胺的纤维形成。
在一些实例中，主体聚合物包括第一聚合物。主体聚合物进一步包括第二聚合物和增容剂。第一聚合物和第二聚合物不混溶。其它实例中，存在额外的聚合物如也与第二聚合物不混溶的第三聚合物、第四聚合物或甚至第五聚合物。还可存在用于与第一聚合物或额外的第三、第四或第五聚合物组合的额外的增容剂。第一聚合物形成被增容剂围绕的聚合物珠。聚合物珠还可由在第二聚合物中不混溶的额外的聚合物形成。聚合物珠还被增容剂围绕并在第二聚合物内或混合至第二聚合物中。
接下来的步骤102中，将主体聚合物挤出为单丝。接下来在步骤104中，将单丝骤冷或快速冷却。接下来在步骤106中，重新加热单丝。在步骤108中，拉伸重新加热的单丝，这使稳定化聚合物的纤维变得沿拉伸纤维的方向彼此相对排列。如果主体聚合物包括聚合物珠，拉伸使聚合物珠变形为线状区并使单丝形成为人造草皮纤维。
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110中将人造草皮纤维引入至人造草皮背衬。步骤110可例如但不限于将人造草皮纤维簇绒或编织至人造草皮背衬。然后在步骤112中，将人造草皮纤维结合至人造草皮背衬。例如通过涂料或其它材料将人造草皮纤维胶合或保持在位置上。步骤112为任选步骤。例如如果将人造草皮纤维编织至人造草皮背衬，可不需要进行步骤112。
图2示出说明主体聚合物的一种生成方法的流程图。该实例中主体聚合物包括第一聚合物、第二聚合物和增容剂。主体聚合物还可包括其它物质如着色或提供阻燃或耐紫外线或改进主体聚合物的流动性质的添加剂。首先，在步骤200中，通过将第一聚合物与增容剂混合来形成第一混合物。该步骤期间还可添加额外的添加剂。接下来在步骤202中，加热第一混合物。接下来，在步骤204中，挤出第一混合物。然后在步骤206中，将挤出的第一混合物造粒或削成小片。接下来在步骤208中，将造粒的第一混合物与第二聚合物混合。此时还可将额外的添加剂添加至主体聚合物中。最后在步骤210中，加热造粒的第一混合物和第二聚合物以形成主体聚合物。加热和混合可同时发生。主体聚合物可单独制成然后一起添加至稳定化聚合物和进一步的增容剂，或者作为聚合物混合物同时制成主体聚合物。
图3示出说明如何生成主体聚合物100的实例的流程图。该实例中主体聚合物额外地包括至少第三聚合物。第三聚合物不混溶，第三混合物在第二聚合物内进一步形成被增容剂围绕的聚合物珠。首先在步骤300中，通过将第一聚合物和第三聚合物与增容剂混合来形成第一混合物。此时可将额外的添加剂添加至第一混合物中。接下来在步骤302中，加热第一混合物。第一混合物的加热和混合可同时完成。接下来在步骤304中，挤出第一混合物。接下来在步骤306中，将挤出的第一混合物造粒或削成薄片。接下来在步骤308中，将第一混合物与第二聚合物混合。此时可将额外的添加剂添加至主体聚合物中。然后最后在步骤310中，将加热的第一混合物和第二聚合物加热以形成主体聚合物。加热和混合可同时完成。主体聚合物可单独制成然后与增容剂一起添加至稳定化聚合物和进一步的增容剂，或者作为聚合物混合物同时制成主体聚合物。
图4示出说明聚合物混合物400的横截面的图。聚合物混合物包括大量的稳定化聚合物402。它们显示为芳族聚酰胺纤维的形式。聚合物混合物400的本体显示为主体聚合物404。各稳定化聚合物的纤维402被增容剂406围绕。这使稳定化聚合物402能够与主体聚合物404混合。未示出阻燃聚合物但是可以认为被混合至主体聚合物404中。
图5示出聚合物混合物500的截面的另外实例。该实例中主体聚合物由两种不同的聚合物组成。其由非极性第二聚合物504和极性第一聚合物502组成。第一聚合物502比第二聚合物504少。还示出第一聚合物502被增容剂406围绕以使其能够混合至第二聚合物504中。被增容剂406围绕的第一聚合物502形成大量聚合物珠508。聚合物珠508可为球形或椭圆形，或者它们还可为不规则形状，这取决于聚合物混合物混合的良好程度以及温度。增容剂406将第一聚合物402和第二聚合物406分离。
图6示出额外的聚合物混合物的另外的截面。图6中的聚合物混合物600具有下述的主体聚合物：其如图5所示的由第二聚合物504和第一聚合物502组成，但是另外存在与第二聚合物504也不混溶的第三聚合物602。第三聚合物602还显示为被增容剂406围绕以使其可与第二聚合物504混合。一些聚合物珠508现由第三聚合物602构成。
该实例中将相同的增容剂506用于第一聚合物502和第三聚合物602二者。其它实例中不同的增容剂506可用于第一聚合物502和第三聚合物602。
图7说明将聚合物混合物400挤出为单丝。示出主体聚合物404的量。在聚合物混合物400内，存在大量的稳定化聚合物的纤维402。螺杆、活塞或其它装置用于迫使聚合物混合物400通过平板702中的孔704。这使聚合物混合物400被挤出为单丝706。单丝706显示为还包含纤维402。纤维402可趋于集中在单丝706的中央。这可导致最终的人造草皮纤维的可期望性质因为这将导致线状区在单丝706的芯区的集中。
图8示出一段单丝706的截面。单丝又显示为包括具有混合于其中的纤维402的主体聚合物404。纤维402通过未示出的增容剂而与主体聚合物404分离。为了形成线状结构，将单丝706的部分加热然后沿单丝706的长度拉伸。这由示出拉伸方向的箭头800所示。
图9说明拉伸单丝706的效果。图8中示出拉伸的单丝706的截面的实例。图8中的纤维402已相互排列或沿拉伸方向800排列。
除了图10中使用图5的聚合物混合物500或图6的聚合物混合物600来代替聚合物混合物400以外，图10示出类似于图7的图。聚合物混合物可显示为包含聚合物珠508和混合至第二聚合物504的稳定化聚合物纤维402。以相同方式将聚合物混合物500或600挤出为单丝706。示出500或600的量。在主体聚合物500或600中，存在大量的聚合物珠508。聚合物珠508可由一种以上的下述聚合物制成：该聚合物与第二聚合物504不混溶并且还通过未示出的增容剂而与第二聚合物504分离。螺杆、活塞或其它装置用于迫使主体聚合物500或600通过平板702中的孔704。这使500或600被挤出为单丝706。单丝706显示为包含聚合物珠508以及纤维402。将第二聚合物504、纤维402和聚合物珠508一同挤出。一些实例中第二聚合物504的粘性比聚合物珠508的粘性小，且聚合物珠508趋于集中在单丝706的中央。这可导致最终的人造草皮纤维的可期望性质因为这将导致线状区在单丝706的芯区的集中。
除了使用图10的单丝706来代替以外图11类似于图8。示出沿方向800拉伸之前的单丝706。稳定化聚合物的纤维402显示为或多或少的无规方向并且聚合物珠508为奇特形状(oddly-shaped)并且尚未形成为线状结构。为了形成线状结构，加热单丝706的部分然后沿单丝706的长度拉伸。这由示出拉伸方向的箭头800所示。
图12示出沿图11所示的方向800拉伸之后的单丝706’。拉伸运动引起稳定化聚合物的纤维402大致与拉伸方向800对齐，并且图11的聚合物珠508已拉伸为线状结构1200。图12说明拉伸单丝606的效果。图8中示出拉伸的单丝606的截面的实例。图7中聚合物珠408已拉伸为线状结构1200。聚合物珠408的变形量将取决于单丝706’被拉伸的程度。
实例可涉及人造草皮的生产，所述人造草皮还称作合成草皮。特别地，本发明涉及模拟草的纤维的生产。所述纤维由第一聚合物和第二聚合物以及增容剂构成，第一聚合物和第二聚合物不相混溶且材料特性例如刚度、密度、极性不同。
在制造主体聚合物的第一步骤中，将第一聚合物与增容剂混合。着色颜料、紫外线稳定剂和热稳定剂，加工助剂和技术领域中已知的其它物质可添加至混合物中。
在制造主体聚合物的第二步骤中，通过将第二聚合物添加至混合物中，由此在该实例中第二聚合物的量为主体聚合物或聚合物混合物的约80-90质量％，第一聚合物的量为5质量％至10质量％，且增容剂的量为5质量％至10质量％。使用挤出技术产生被增容剂围绕的、分散在第二聚合物的聚合物基质中的第一聚合物的小滴或珠的混合物。
实际实施时，形成包括主体聚合物、稳定化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”。使颗粒混合物熔融并通过挤出形成第一聚合物与增容剂的混合物。将所得股线(strands)压碎为颗粒。然后将所得颗粒与第二聚合物的颗粒用于二次挤出以生产厚纤维，然后将其拉伸为最终纤维。
挤出期间使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，其还可称为细丝或原纤维带(fibrillated tape)。熔融混合物通过挤出工具，即喷丝板或宽槽喷嘴(wide slotnozzle)，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，通过具有不同旋转速度的旋转的加热导丝和/或加热炉干燥并拉伸。
然后在通过另外的加热炉和/或一套加热导丝的第二步骤中使单丝或带在线退火。
通过该程序将被增容剂围绕的聚合物1的珠或小滴沿纵向方向拉伸并形成小纤维状线性结构，然而其保持完整地嵌入第二聚合物的聚合物基质中。
图13示出拉伸的单丝的截面1300的显微镜照片以说明线状结构。未示出稳定化聚合物的纤维。拉伸的单丝706中的水平白色条纹为线状结构1200。若干这些线状结构标记为1200。线状结构1200可显示为在第二聚合物内形成第一聚合物的小线性结构。
包含线状结构的所得纤维可具有许多优点，即柔软以及耐久性和长期弹性。在聚合物的不同刚度和弯曲性的情况下，纤维可显示较好的恢复力(这意味着一旦纤维被踩倒将会回弹)。在刚性第一聚合物的情况下，在聚合物基质中建成的小线性纤维结构使聚合物得到纤维的补强。
由于第二聚合物的短纤维嵌入由第一聚合物给出的基质中的事实而防止由于由第一聚合物和第二聚合物形成的复合物引起的分层。对于稳定化聚合物的纤维同样如此。而且，不需要要求几个挤出头来供给一个复杂的喷丝工具的复杂的共挤出。
第一聚合物可为极性物质如聚酰胺，然而第二聚合物可为非极性聚合物如聚乙烯。作为第一聚合物的替代为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。作为第二聚合物的替代为聚丙烯。最后由3种聚合物组成的材料可能为例如PET、PA和PP，PP生成基质且其它生成相互独立的纤维状线性结构。增容剂可为接枝在聚乙烯或聚酰胺的马来酸酐。
图14示出人造草皮1400的实例的截面的实例。人造草皮1400包括人造草皮背衬1402。人造草皮纤维1404已簇绒至人造草皮背衬1402中。人造草皮背衬1402的底部显示为敷层1406。敷层可用来将人造草皮纤维1404结合或固定至人造草皮背衬1402。敷层1406可为任选的。例如，人造草皮纤维1404可为可选地编织至人造草皮背衬1402中。各种类型的胶水、涂料或粘合剂可用于敷层1406。人造草皮纤维1404显示为在人造草皮背衬1402上延伸的距离1408。距离1408实质上为人造草皮纤维1404的绒头(pile)的高度。一些实例中，线状区在人造草皮纤维1404内的长度为所述距离1408的一半以下。
附图标记说明
100 生成主体聚合物
102 将主体聚合物挤出为单丝
104 骤冷单丝
106 重新加热单丝
108 拉伸重新加热的单丝
110 将人造草皮纤维引入至人造草皮毯
112 任选地将人造草皮纤维结合至人造草皮毯
200 通过将第一聚合物与增容剂混合来形成第一混合物
202 加热第一混合物
204 挤出第一混合物
206 将挤出的第一混合物造粒
208 将造粒的第一混合物与第二聚合物混合
210 加热造粒的第一混合物和第二聚合物以形成主体聚合物
300 通过将第一聚合物和第三聚合物与增容剂混合来形成第一混合物
302 加热第一混合物
304 挤出第一混合物
306 将挤出的第一混合物造粒
308 将第一混合物与第二聚合物混合
310 加热混合的第一混合物和第二聚合物以形成主体聚合物
400 聚合物混合物
402 稳定化聚合物
404 主体聚合物
406 增容剂
500 聚合物混合物
502 第一聚合物
504 第二聚合物
406 增容剂
508 聚合物珠
600 聚合物混合物
602 第三聚合物
700 主体聚合物
702 平板
704 孔
706 单丝
706’ 拉伸的单丝
800 拉伸方向
1200 线状结构
1400 人造草皮
1402 人造草皮毯
1404 人造草皮纤维(绒头)
1406 敷层
1408 绒头的高度

Claims (20)

1.一种人造草皮(1400)的制造方法，所述方法包括下述步骤：
-(100)生成聚合物混合物(400，500，600)，其中所述聚合物混合物包括稳定化聚合物(402)、主体聚合物(404)、阻燃聚合物组合物、和增容剂(406)，其中所述稳定化聚合物和所述主体聚合物不混溶，其中所述稳定化聚合物包括在所述主体聚合物内被所述增容剂围绕的纤维，其中所述稳定化聚合物为芳族聚酰胺，其中所述阻燃聚合物组合物为三嗪和三聚氰胺的混合物；
-(102)将所述聚合物混合物挤出为单丝(706)；
-(104)骤冷所述单丝；
-(106)重新加热所述单丝；
-(108)拉伸重新加热的单丝(706’)使所述纤维彼此相对排列并将所述单丝形成为人造草皮纤维；
-(110)将所述人造草皮纤维引入至人造草皮背衬(1406)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物混合物包括下述任一者：小于或等于8重量％的所述稳定化聚合物，小于或等于10重量％的所述稳定化聚合物，小于或等于12重量％的所述稳定化聚合物，和小于或等于15重量％的所述稳定化聚合物。
3.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括下述任一者：小于或等于20重量％的所述阻燃聚合物组合物，小于或等于22重量％的所述阻燃聚合物组合物，小于或等于25重量％的所述阻燃聚合物组合物，小于或等于27重量％的所述阻燃聚合物组合物，和小于或等于29重量％的所述阻燃聚合物组合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中在所述阻燃聚合物组合物中三嗪与三聚氰胺的重量比为下述任一者：1.8、1.9、2.0、2、2.1和2.2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述主体聚合物包括下述任一者：聚烯烃聚合物、热塑性聚烯烃聚合物、聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚乙烯聚合物共混物及它们的混合物。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述主体聚合物包括第一聚合物、第二聚合物和所述增容剂，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中形成被所述增容剂围绕的聚合物珠。
7.根据权利要求6所述的方法，其中拉伸重新加热的单丝使所述聚合物珠变成为线状区。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述主体聚合物的生成包括下述步骤：
-(200)通过将所述第一聚合物和所述增容剂混合来形成第一混合物；
-(202)加热所述第一混合物；
-(204)挤出所述第一混合物；
-(206)将挤出的第一混合物造粒；
-(208)将造粒的第一混合物与所述第二聚合物混合；和
-(210)加热所述造粒的第一混合物和所述第二聚合物以形成所述聚合物混合物。
9.根据权利要求6、7或8任一项所述的方法，其中所述主体聚合物包括下述任一者：1至30重量％的所述第一聚合物，1至20重量％的所述第一聚合物，和5至10重量％的所述第一聚合物。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其中所述第一聚合物为下述任一者：极性聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚合物、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)聚合物、聚烯烃聚合物、热塑性聚烯烃聚合物、聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚乙烯聚合物共混物及它们的混合物。
11.根据权利要求6-10任一项所述的方法，其中所述第二聚合物为下述任一者：非极性聚合物、聚乙烯、聚丙烯及它们的混合物。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其中所述增容剂为下述任一者：接枝在聚乙烯或聚酰胺上的马来酸；接枝在聚乙烯、SEBS、EVA、EPD、或聚丙烯与不饱和酸或其酸酐如马来酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、蓖麻醇噁唑啉马来酸酯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。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其中所述主体聚合物包括80至90重量％的所述第二聚合物。
14.根据权利要求1-13任一项所述的方法，其中所述聚合物混合物进一步包括下述任一者：蜡、消光剂、紫外线稳定剂、阻燃剂、抗氧化剂、颜料及它们的组合。
15.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中所述芳族聚酰胺为对位-芳族聚酰胺。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述对位-芳族聚酰胺具有小于下述任一者的纤维长度：135μm、125μm和115μm。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的平均纤维长度：在65μm和35um之间，和55μm。
18.根据权利要求15、16或17所述的方法，其中所述对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的浓度：1.44g/cm3和1.45g/cm3之间，及1.43g/cm3和1.46g/cm3之间。
19.根据权利要求15-18任一项所述的方法，其中所述对位-芳族聚酰胺具有下述任一者的开尔文分解温度：高于720度、高于725度、和723度。
20.一种人造草皮，其根据权利要求1-19任一项所述的方法制造。
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