CN110036146B

CN110036146B - 防裂纤维

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Publication number: CN110036146B
Application number: CN201780073415.3A
Authority: CN
Inventors: 格扬·范·伍尔斯特; 弗兰克·普法伊费尔; 尼尔斯·赫哈德斯·科尔克曼
Original assignee: Ten Cate Thiolon BV
Current assignee: Ten Cate Thiolon BV
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: KR102514267B1; KR20190086735A; ES2952768T3; EP3548655C0; NZ753896A; CN110036146A; AU2017367529A1; JP7073372B2; US20190323179A1; EP3548655A1; WO2018101827A1; JP2020501034A; EP3548655B1; US11939730B2; AU2017367529B2; NL2017901B1

Abstract

一种在人造草皮中使用的纤维(1)具有细长的截面形状，该细长截面形状限定在该纤维的侧边缘(12，14)处相交的第一面(2)和第二面(4)。该第一面和第二面分别具有相对于彼此偏移的第一脊和第二脊(6，8)，使得该截面形状呈2重旋转对称，而非镜像对称。该纤维可以是挤出的单纤丝，并且相对于相似尺寸的对称纤维显示出改进的回弹性。

Description

防裂纤维

技术领域

本发明涉及一种在人造草皮的制造中用作绒毛(pile，绒面)的纤维，并且涉及包含这种纤维的人造草皮。

背景技术

人造草皮已经越来越被接受为用于各项运动的运动场。其还越来越多地用于美化环境的目的。在这两种情况下，其接受度可能归功于稳定提高的技术，这使得人造草皮看起来并且表现得更像真正的草地，同时确保在可接受的生命周期内仍然如此。

应当理解的是，天然草地和人造草皮之间的一个主要区别是，前者生长和再生，而后者不会。人造草皮，特别是在密集使用时，必须是非常具有回弹性的，并且耐磨损和损害。另一方面，它也应该像天然草地一样令人愉悦玩耍。这些相矛盾的问题对于人造草皮系统及其组成的设计者而言一直是个问题。

提及人造草皮系统可以包括许多单独的构件，它们共同形成可运动或可用的表面。这些可包括基础层、不可渗透箔、排水层、减震垫、草桩固定在其中的衬背层、人造绒毛本身以及填充物。本发明特别涉及形成人造草地直立绒毛的纤维，尽管应该理解，这些纤维也与其它构件相互作用。

还可注意，用于形成地毯状结构的绒毛的纤维可以以多种不同的形式存在。传统的地毯使用棉或合成纱线的卷捻纤维，将各个纤丝卷捻在一起形成单根绒毛纤维，许多纤维捆扎在一起以及编织或植绒至衬背。在人造草地的情况下，已经使用原纤化扁丝产品。这些是通过箔挤出产生的，随后将箔切成扁丝，然后原纤化为具有特定图案。在作为人造草皮场地安装后，原纤化改善了各个合成草皮纤维的自然外观和感觉。另一类纤维称为单纤丝纤维。该术语通常旨在表示从模头所挤出的单独挤出的纤丝，该模头在纤维上赋予所需的截面形状。以这种方式挤出使得单纤丝被设计为用于明确的目的，由此截面形状被设计为用于预期的功能。

人造草皮单纤丝的一个实例是WO 2005/005731中所公开的Royal Ten Cate的Evolution^TM纤维。与更平面结构的类似重量的纤维相比，这种弯曲纤维提供显著改善的回弹性。遗憾的是，改善的回弹性是以耐用性为代价，并且延长的使用试验表明，这种纤维容易开裂和裂缝。

另一种单纤丝纤维在US6432505中进行了描述，其具有大体呈菱形的截面，其提供增强的抗裂性和原纤化，同时保持有用的柔韧性和磨损特性。具有这种菱形形状纤维的草皮可从Royal Ten Cate获得，商标名为Slide Max^TM。尽管已经示出这种纤维是非常耐用，但其回弹性明显低于Evolution^TM纤维，而且这可能会随着时间而进一步恶化。回弹性可以反映在球滚动性能中，例如，如根据FIFA测试方法手册V2.4所测的。在反复变形后纤维保持直立的能力也是显而易见的，这在一段时间的密集使用后会影响草皮的外观。

纤维开发是一个复杂的过程。可以基于材料数据和结构式对纤维的直接工程性能(例如刚度和抗拉强度)进行建模和优化。诸如根据上述FIFA测试方法测试的那些二级特性更加难以预测，并且只能通过广泛的测试来确定。诸如织造或簇绒性能以及制造性的其它性能同样是复杂的，并且通常只能在实践中确定。纤维也可以混合在一起，以进一步调整人造草皮的整体性能。

纤维拔出是制造相关性能的一个实例，对于最终产品的验收合格意义重大。与卷捻纤维相比，原纤化聚合物带是出了名的光滑，并且在编织或簇绒时，纤维拉出值往往较低。可能需要其它措施来改善这些值，例如更牢固的编织或涂层。单纤丝通常比带编织起来更硬，但也不一定容易固定在织物或衬背中。

期望提供一种改善用于人造草皮的现有纤维性质的纤维。

发明内容

根据本发明，本发明提供了一种用于在人造草皮中使用的纤维，该纤维具有细长的截面形状，该截面形状限定在该纤维的侧边缘处相交的第一面和第二面，该第一面和第二面分别具有相对于彼此偏移的第一脊和第二脊，使得该截面形状是2重旋转对称，而非镜像对称。2重旋转对称是指，当围绕其中心旋转180°时，形状是相同的。非镜像对称是指不存在该形状可以沿其反射到自身上的线。(非菱形)平行四边形是不具有镜像对称的2重旋转对称形状的实例。本发明纤维的截面形状因此可与平行四边形相匹配。侧边缘的末端和第一脊及第二脊的末端也可限定平行四边形。

如通过扩展测试和目视检查所示，相对于类似尺寸的对称纤维而言，所得到的纤维显示出改善的回弹性。不希望受到理论的束缚，据信这是由于以下事实：本发明所要求保护的纤维与对称纤维的折叠(collapse)不同。具体地，纤维的不对称性导致纤维从一个循环到下一个循环变化弯曲的点，与其相反，对称纤维似乎具有在相同位置重复弯曲的趋势。

该纤维可以紧密地符合平行四边形的包络线。然而，更优选地，该第一面和第二面具有凹形部分。换言之，该纤维的表面可相对于相应的平行四边形的表面向内移动。所得到的纤维具有相对较少的材料和围绕连接侧边缘的中心线的较低的截面惯性矩(secondmoment of area)。尽管第一面和第二面可具有凸起部分，但优选的是，第一面和第二面的任何部分都不与中心线交叉。

应当注意的是，第一面和第二面中的每一个均具有大面(major face，主面)和小面(minor face，副面)，大面即脊和最远侧边缘之间的部分；小面即脊和较近侧边缘之间的部分。小面和大面均可以是凹形的。可替换地，只有大面可为凹形的，而小面可以是大致平坦的或者微微凸出，或者反之亦然。面的形状会影响纤维在与衬背附接时粘合在一起的方式。这也会影响纤维的拉出强度，或者称为簇绒锁定(tuft-lock)。据信，平坦的面使得纤维更容易滑过彼此，本发明所公开的凹形表面被认为是本发明纤维经历的拉出值改善的基础。

该纤维可具有第一面和第二面的平滑表面。在一个优选实施方式中，第一面和第二面可具有波纹(corrugation)。在这个背景下，术语波纹意在包括凹槽(groove)、脊、曲线(curve)、波浪(wave)和其它沿该纤维的纵向延伸的地貌(relief)。这些波纹可以通过改善反射光的漫射而有助于使纤维的外观变得不那么发亮，而更像草。应当理解，波纹的尺寸将小于相应的第一面和第二面上的第一脊和第二脊的尺寸。在一个实施方式中，每个面均具有除单个脊之外的5至10个波纹，其限定了距中心线的最大距离。这些波纹优选地是连续的，即平滑的曲线，但扇形曲线也可考虑。侧边缘优选地也是圆形的，并且其曲率半径可以是至少0.05mm。第一脊和第二脊也优选地是圆形的，其曲率半径为至少0.1mm。

如上所述，该纤维的截面是细长的，这意味着它在侧边缘之间的方向上比在横向于该方向的任何点处测量时是较长的。该纤维的实际尺寸可根据其预期用途而变化。用于运动场时，在该侧边缘之间延伸的中心线的长度可以在0.5mm至2mm之间，优选地在1.0mm至1.5mm之间，最优选地为约1.25mm。这里提及了中心线，但应该注意，其不一定是被限定为各个侧面之间中点的轨迹的中线。为实现此目的，中心线是直线，由于纤维的不对称形状，该直线可能偏离中线。出于美化环境的目的，可以采用不同的纤维尺寸。

由于细长的截面形状，横向于在侧边缘之间延伸的中心线测量的该纤维的最大厚度与该中心线的长度之间的比可以在0.25至0.6之间，优选地在0.3至0.4之间。最大厚度点通常对应于第一脊和第二脊处或之间的位置。最大厚度可以在0.2mm至0.6mm之间变化，并且优选地在0.3mm至0.5mm之间。厚度根据FIFA要求而确定，该要求基于可匹配该截面的最大直径圆。在一个实际的实施方式中，厚度为约0.38mm以及中心线长度为约1.2mm。

对于这些纤维而言，可以计算出截面惯性矩，其可以在0.0010mm4至0.0080mm4的范围内，通常低于0.0040mm4，更通常地低于0.0020mm4。在一个优选实施方式中，截面惯性矩为约0.0015mm4。

按照纤维技术的惯例，纤维的重量可以由dtex值定义，dtex值表示10000米纤维的重量克数。在本发明的情况下，对于运动用途，该纤维的dtex值可以在1500至3000之间，优选地在1800至2500之间，以及特别是为约2000。为了用于美化环境，可以优选较轻的纤维，其dtex值为800至1500。

第一脊和第二脊可以偏移任何适当的量，以实现期望的弯曲性能和不对称性。应当理解，在最小偏移的情况下，纤维将以与上述Slide Max^TM菱形纤维非常类似的方式进行。当脊接近纤维的侧边缘时，该性能可能接近具有球形端部的扁平纤维的性能。可以在脊彼此偏移大约中心线长度的一半的距离处实现最大的不对称性。在这种情况下，偏移旨在表示沿中心线测量的脊之间的距离。这意味着每个脊从中心线的中点偏移中心线长度四分之一。最优选地，较低的不对称性是想要的，并且脊优选地彼此偏移的距离大于中心线长度的0.05倍，但小于中心线长度的0.4倍，优选地在中心线长度的0.1倍至0.2倍之间的范围内。

本领域技术人员应当理解，这种纤维通常在共挤出工艺的常规挤出中作为单独的单纤丝挤出。然而，不排除可以应用任何其它合适的程序或程序组合，包括模塑、涂覆、多纤维挤出等。优选地，在挤出之后拉伸纤维，拉伸比为2至5，优选地为3至4。拉伸用于实现聚合物取向，并改善最终纤维的机械性能，因此诸如模量和抗拉强度的性质与所提供的初始聚合物材料的性质不同。

该纤维可以由任何合适的聚合物材料制成，特别是适于纤维挤出的聚合物材料。合适的聚合物包括但不限于：聚酰胺(PA-6、PA-6,6)；聚酯(PET、PTT、PBT、PLA、PHB)；聚丙烯(均聚物、共聚物；常规和茂金属等级)；聚乙烯(HDPE、LDPE、LLDPE、常规[LLDPE]和茂金属[mLLDPE]等级)；聚烯烃嵌段共聚物(OBC)及它们的共混物和共挤出物。

优选的材料是聚丙烯(均聚物、共聚物；常规和茂金属等级)；聚乙烯(HDPE、LDPE、LLDPE、常规和茂金属等级)，聚烯烃嵌段共聚物(OBC)及其混合物，其中，聚乙烯(HDPE、LDPE、LLDPE、常规和茂金属等级)以及聚烯烃嵌段共聚物(OBC)及其共混物是最优选的。

还可使用共挤出纤维，优选地在芯/包层或内/外共挤出中。在一个实施方式中，该纤维可包括内mLLDPE或mLLDPE+OBC和外LLDPE。然而，本领域技术人员应该意识到，可以使用许多替代材料组合进一步调整纤维性质。

本发明还涉及一种人造草皮，其包括如上文或下文所述的保留在衬背中的直立绒毛纤维。该纤维可以簇绒到衬背上或与衬背编织在一起。此外，绒毛可以是均匀的，因为所有纤维都是相同的，纤维可以与具有不同截面形状的其它绒毛纤维混合。这可以包括根据本发明的其它非对称纤维，或其本身不是根据本发明的其它纤维。

此外，绒毛纤维可包括填充纤维，这些填充纤维比绒毛纤维短，并且用于支撑直立位置的绒毛纤维。在本文中，这意味着填充纤维在使用位置的高度较短。当然，它们也可以卷曲或弯曲，并且具有更大的初始长度。

人造草皮还可包括纤维之间的一定量的填充物。这可以是任何合适的填充物，包括但不限于橡胶、软木、沙子和珠填充物。

尽管诸如足球、橄榄球和曲棍球的运动是最合适的，但本发明可适用于各种用途的草皮。这将在很大程度上决定所需的绒毛高度。该绒毛纤维的绒毛高度可大于4cm，优选地大于5cm，并且任选地在6cm至7cm之间。绒毛也可以在大于10mm或甚至大于15mm或大于20mm的距离处固定到衬背中。可以通过多次W形编织来固定绒毛，其中绒毛纤维穿过多根纬纱。在簇绒中可以实现类似的效果。草皮可以以面对面的结构编织，其中绒头纤维元件的两端直立以及中间部分结合到衬背中。

附图说明

下文将参考所附附图对本发明进行更详细的讨论，其中：

图1示出了根据本发明的纤维的透视图；

图2示出了图1的纤维的剖视图；

图3示出了结合有图1的纤维的人造草皮；以及

图4示出了根据本发明的第二实施方式的纤维的剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的纤维1的放大透视图。纤维1是细长的，并且可附接至衬背(本图中未示出)，以保持其直立位置。纤维1具有第一面2和第二面4，第一脊6在第一面2向下延伸，第二脊8在第二面4向下延伸。面2、4还设有波纹10，在该视图中可以看到沿第二面4向下延伸的波纹10。

纤维1是茂金属乙烯-己烷共聚物的挤出物，具有根据ASTM D882的111MPa的正割模量MD(1％正割)和经历的拉伸比为4。

图2以剖视图示出了图1的纤维1。应当理解，由于通过挤出制造的方式，纤维在沿纤维长度的每个截面上都基本相同。

根据图2，第一面和第二面2，4在左侧边缘和右侧边缘12，14之间延伸。示出了连接左侧边缘和右侧边缘12，14的中心线CL。中心线CL具有中点M。根据本发明，第一脊6沿中心线CL远离中点M从第二脊8偏移。换言之，第一脊6更靠近左侧边缘12，并且第二脊8更靠近右侧边缘14。第一面2在第一脊6和右侧边缘14之间的部分称为大面20，以及第一面2在第一脊6和左侧边缘12之间的部分称为小面22。大面20和小面22通常都是凹面，而第一脊6是凸形的。

纤维1的截面使得其具有2重旋转对称。这意味着，第一面2在绕中点M旋转180°时将直接与第二面4重合。由于第一脊6和第二脊8之间有偏移，因此围绕中心线CL或甚至任何其它线都不存在镜像对称。

在所示实施方式中，中心线CL的长度L为1.2mm，以及第一脊和第二脊6，8之间的偏移OS为0.1mm。在最宽点处横向于中心线测量的纤维1的厚度T为约0.38mm。

除了第一脊和第二脊6，8之外，在该视图中还可以看到纤维1的第一面2和第二面4上的波纹10。在大面20上总共有四个波纹10，在小面22上有三个波纹10。此外，左侧边缘12和右侧边缘14都是圆形的。为了避免开裂困难，波纹10以连续的曲线平滑地变圆，而轮廓没有突然变化。

图3示出了簇绒到衬背24中以形成人造草皮26的多根纤维1。该草皮用于如下所述的比较测试中。

实施例

实施例1

使用具有12000的dtex值的六根纤维的束制备根据图3的尺寸为1米x3.70米的人造草皮的样品。绒毛高度为60mm，以及衬背为来自Royal Ten Cate的黑色、紫外线稳定、重量为222gr/m²的双倍100％PP Thiobac。簇绒为5/8规格(15mm)，在长度方向上间隔13.5个簇/10cm。将样品安装在混凝土基底上，并填充有5mm砂填充物的第一稳定层，然后是35mm的性能填充物层，该层包含颗粒尺寸为0.7-2.0mm的Genan细SBR，自由绒头高度为20mm。

实施例2

使用相同的填充物，以与实施例1类似的方式安装来自Royal Ten Cate的尺寸为1米×3.70米的Slide MAX XQ 60的草皮样品。该草皮的dtex值、簇绒间距和绒毛高度与实施例1相同。

实施例3

使用来自Royal Ten Cate的Evolution^TM纤维制备草皮样品，其dtex值、簇绒间距和绒毛高度与实施例1相同，尺寸为1米×3.70米。使用相同的填充物以与实施例1类似的方式安装样品。

使用Lisport XL测试机对实施例1至3的人造草皮样品进行重复测试。Lisport^TMXL是新一代的磨损模拟器，多年的使用后逼真地模拟运动场的磨损。磨损模式的特征在于足球鞋鞋钉(鞋底钉柱)的压缩应力和由平底运动鞋引起的磨损。它已被业界广泛采用作为产生逼真模拟模式的手段。

测试样品通过总共12000个循环进行测试，每3000个循环进行间歇检查。在每次检查时测量并记录纤维的裂缝(cracking)、开裂(splitting)和回弹性。检查的方案如下。

裂缝

-裂缝定义为纤维中的开口，位于纤维顶部或其长度内。

-从测试区随机选择10根纤维。

-对于没有出现裂缝的每根纤维都作出标记。

开裂

-开裂定义为从纤维顶部延伸到填充层的裂缝。

-从测试区随机选择10根纤维。

-对于没有出现开裂的每根纤维都作出标记。

回弹性

-测量90％的纤维顶部的位置作为初始绒毛高度的百分比。

-对于初始绒毛高度的100％确定为10分。

-90％确定为9分等。

结果

基于如上所述的测试样品的定量评价，并且在12000次循环后，实施例纤维的得分如下：

-根据实施例1的纤维裂缝的分数值为8，开裂的分数值为10，以及回弹性的分数值为7。

-实施例2的纤维裂缝的分数值为10，开裂的分数值为10，以及回弹性的分数值为4。

-实施例3的纤维裂缝的分数值为4，开裂的分数值为1，以及回弹性的分数为1。

还对样品进行目视检查，显然，实施例1的草皮比其它样品保持更直立。实施例3的草皮尤为扁平。

图4示出了根据本发明的纤维101的第二实施方式，其中与第一实施方式相同的组件采用之前100中类似的附图标记。

第二实施方式的纤维101基本上与第一实施方式的纤维相同，但是大面120和小面122的曲率不同。根据该实施方式，大面120基本上是凹形的，而小面122或多或少是直的。所得到的纤维101具有比第一实施方式的纤维1更大的不对称性。

因此，已经参考上述某些实施方式对本发明进行了描述。应当认识到，这些实施方式易于进行本领域技术人员所公知的各种修改和可替代形式。特别地，图1和4的纤维可以没有波纹，并且脊的位置和尺寸可以相应地进行调整。此外，虽然已经对直立纤维进行了描述，但是通过相应地调节后挤出加工程序，纤维可以形成为卷捻或螺旋纤维。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所描述的结构和技术进行除上述那些之外的许多修改。因此，尽管已经对特定实施方式进行了描述，但这些仅仅是实例，而并不限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于在人造草皮中使用的纤维，所述纤维具有细长的截面形状，所述细长的截面形状限定在所述纤维的侧边缘处相交的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面分别具有相对于彼此偏移的第一脊和第二脊，使得所述截面形状是2重旋转对称的，而非镜像对称的，其中，所述纤维具有基于能够匹配所述截面的最大直径圆的最大厚度点并且横向于在所述侧边缘之间延伸的中心线测量的所述纤维的最大厚度与所述中心线的长度之间的比在0.25至0.6之间，并且其中所述第一面和所述第二面的任何部分都不与所述中心线交叉。

2.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述第一面和所述第二面具有凹形部分。

3.根据权利要求1或2所述的纤维，其中，所述第一面和所述第二面具有波纹。

4.根据权利要求1或2所述的纤维，其中，在所述侧边缘之间延伸的中心线具有在0.5mm至2mm之间的长度。

5.根据权利要求1或2所述的纤维，其中，在所述侧边缘之间延伸的中心线具有在1.0mm至1.5mm之间的长度。

6.一种用于在人造草皮中使用的纤维，所述纤维具有细长的截面形状，所述细长的截面形状限定在所述纤维的侧边缘处相交的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面分别具有限定基于能够匹配所述截面的最大直径圆的最大厚度点的第一脊和第二脊，所述第一脊和第二脊相对于彼此偏移，使得所述截面形状是2重旋转对称的，而非镜像对称的，并且进一步其中所述第一面和所述第二面具有平滑的连续曲线形式的波纹。

7.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维具有在1500至3000之间的dtex值。

8.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维具有在2000至2500之间的dtex值。

9.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述侧边缘是圆形的，并且具有至少0.05mm的曲率半径。

10.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述第一脊和所述第二脊是圆形的，并且具有至少0.1mm的曲率半径。

11.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述第一脊和所述第二脊沿在所述侧边缘之间延伸的中心线彼此偏移一定距离，所述距离大于所述中心线长度的0.05倍，但小于所述中心线长度的0.4倍。

12.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维是挤出的单纤丝。

13.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维由选自由以下组成的组的聚合物组成：聚酰胺，包括PA-6和PA-6,6；聚酯，包括PET、PTT、PBT、PLA和PHB；聚丙烯，包括均聚物、共聚物；常规和茂金属等级；聚乙烯，包括HDPE、LDPE、LLDPE、常规LLDPE和茂金属mLLDPE等级；聚烯烃嵌段共聚物，包括OBC，及它们的共混物和共挤出物。

14.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维的最大厚度在0.2mm至0.6mm之间。

15.根据权利要求1或5所述的纤维，其中，所述纤维的最大厚度在0.3mm至0.5mm之间。

16.人造草皮，包括保留在衬背中的根据权利要求1或5所述的纤维。

17.根据权利要求16所述的人造草皮，其中，所述纤维簇绒到所述衬背中。

18.根据权利要求16所述的人造草皮，其中，所述纤维与所述衬背编织在一起。

19.根据权利要求16所述的人造草皮，其中，所述纤维与具有不同截面形状的其它绒毛纤维混合。

20.根据权利要求19所述的人造草皮，其中，所述其它绒毛纤维包括比所述纤维短且用于支撑处于直立位置的所述纤维的填充纤维。

21.根据权利要求16所述的人造草皮，还包括在所述纤维之间的一定量的填充物。

22.根据权利要求16所述的人造草皮，其中，所述纤维具有大于4cm的绒毛高度。

23.根据权利要求16所述的人造草皮，其中，所述纤维以大于10mm的纤维长度固定在所述衬背中。

24.一种运动场，包括根据权利要求16所述的人造草皮。