CN1432089A - 具有弹性粒状顶面层的人工草皮 - Google Patents

Abstract

一种用于铺设在支撑基底上的人工草皮组件，该组件包括：绒头织物，它具有柔性板衬底(1)和多个选定长度的竖立人工条带(2)，这些条带从衬底的上表面中向上延伸；颗粒材料填充层(3)，该填充层设置位于衬底上表面上的竖立条带之间的间隙中，并且其深度小于条带的长度，所述颗粒材料选自以下材料：硬质和弹性颗粒。所述填充层(3)包括：底层(5)，它具有相互混合在一起的尺寸分布基本上相同的硬质和弹性颗粒，并且设置在衬底(1)的顶面上；以及顶层(6)，它基本上只具有设置在底层(5)上的弹性颗粒，人工条带(2)的上面部分从该顶层(6)的顶面中向上延伸。

Description

具有弹性粒状顶面层的人工草皮

技术领域

本发明涉及一种人工草皮(synthetic grass)，该草皮具有形成陷入(enmesh)网格的颗粒状填充物的草状条带，所述填充物具有等尺寸沙子和橡胶颗粒底层和只有橡胶颗粒的顶层。

背景技术

对运动比赛或风景区上的天然草皮的维护工作是昂贵的，天然草皮在阴暗封闭的体育场内不会良好地生长，并且连续繁忙的来往会磨坏天然草皮表面中的区域。天然草皮表面在频繁使用下会变坏，并且暴露的土壤造成所不需要的水和泥浆的聚集。因此已经研制出人工草皮以降低维护频繁使用的运动比赛场地的费用，从而使比赛表面更加均匀，并且提高草皮表面尤其是涉及专业比赛的草皮表面的耐久性。

人工草皮与地毯状绒头织物安装在一起，该织物具有铺设在排水良好的压实基底例如碎石或其它稳定的基底材料上的柔性衬底。所述绒头织物具有多排直立的人造条带来代表草叶，该条带从衬底的顶表面向上延伸。

本发明特别关心的是用于颗粒状填充物的各种组分，该填充物设置在位于衬底上表面上的竖立条带之间以模拟土壤的存在。大多数现有技术系统涉及与用来提供弹性的弹性颗粒例如弄碎的橡胶颗粒或泡沫衬底一起使用的一些硬质颗粒例如沙子或碎炉渣颗粒。颗粒尺寸、颗粒形状、颗粒成分和以多层或行列安装的最优选择是本发明的特征。

Haas，Jr.的US4337283披露了一种用来模仿土壤的均质填充物混合物，该混合物由细小硬质沙子颗粒与体积百分比为25至95％的弹性颗粒混合而制成的，从而提供了一种弹性改进的并且摩擦性更小的填充物。这种弹性颗粒状材料可以包括粒状橡胶颗粒、软木聚合物碎粒、泡沫橡胶颗粒、蛭石等的混合物。

Tomarin的US4396653披露了一种非均质填充物，它具有形成基底层的橡胶颗粒和形成项层的沙子颗粒。橡胶颗粒为表面提供内在的弹性。沙子表面是暴露的并且形成用于下面的橡胶颗粒层的稳定覆盖层。

如在其中硬质沙子颗粒和弹性橡胶颗粒在整个填充物深度上以均匀的比例混合并掺杂在一起的Haas系统中一样，使用均匀混合的粒状填充物存在许多缺点。例如人工草皮填充物可以包括一种具有60％重量的沙子和40％的粒状橡胶颗粒的混合物，该混合物混合均匀并且在竖立人工草皮条带之间铺设1至3英寸的深度。

优选采用高百分比的沙子以减小这种系统的成本，因为橡胶颗粒与沙子相比相对昂贵。这些沙子颗粒还改进了排水程度，这在例如在封闭的体育场中没有人工草皮表面的情况下是必须的。橡胶颗粒容易妨碍水的自由流动，而沙子的毛细作用通过橡胶和硅砂之间的表面张力特性中的差异将表面水分向下抽。

但是，在Haas和Tomarin系统中，位于填充物顶面层中的摩擦硬质沙子颗粒在进行足球、橄榄球、英式足球、曲棍球、垒球比赛的场地上由于运动员经常摔倒或撞击在比赛表面上所以会产生问题。在这些用途中，必须防止运动员受到由粒状填充物中的硬质沙子引起的皮肤擦伤，并且防止沙子溅射到运动员的眼睛、耳朵和嘴巴里。

传统填充物是沙子和橡胶颗粒的混合物。橡胶颗粒在球撞击该表面或运动员在该表面上走动时受到压缩和松弛。在传统的土壤中，土壤和腐殖土颗粒提供一些自然的弹性，但是由于水分、颗粒尺寸小并且自然弹性相对较低，所以反弹更平缓。在合成填充物的情况中，这些颗粒相对干燥并且不会粘结在一起。橡胶颗粒具有象弹簧一样的迅速弹性反弹，这容易在力的作用下向上投掷出相邻的沙子颗粒和橡胶。

合成填充物连续地受到水流和撞击力，例如来自下雨、注水、反弹球的冲击以及来自运动员的脚和身体与填充物的顶面接触的震动和冲击，这些冲击容易使这些颗粒移动或分离。具有高比例沙子的顶层在球或运动员撞击该填充物表面时会导致沙子颗粒飞溅。当足球在填充物表面上滚动时，如果在顶面处存在有沙子的话，则沙子颗粒在环绕旋转球周围的空气流的吸力作用下以及在静电吸力的作用下扬起。因此，在填充物顶面上更小的沙子颗粒扬起并且在滚动的球后面以“鸡尾状浪花”图案喷射。随着时间，连续沙子喷射或球撞击的区域将导致在比赛表面上出现可见的沙子。人们认为在人工草皮表面中看到浅色沙子并且尤其当在这些冲击上可以看到沙云时是令人讨厌的。另外，暴露的沙子颗粒在运动员在该顶面上摔倒或滑倒时会对皮肤造成很大的擦伤，并且在呼气、吸气或咽入时会刺激眼睛、耳朵和嘴巴。

传统填充物的另一个缺点在于，摩擦性沙子颗粒保留在人工草皮的顶面上，从而在该表面上与沙子颗粒接触的运动员会受到皮肤擦伤。随着时间，由于水、振动和冲击的动态特性，所以更小的沙子颗粒将容易朝着填充层底部沉淀，并且摩擦沙子颗粒越大则更容易上升到顶面上。小沙子颗粒在更大颗粒之间的间隙中在振动、水和重力的作用下向下翻滚。更小的颗粒积累在粒状填充层的下面部分处并且容易密集在一起。更大的沙子颗粒保留在颗粒状层的顶部处，并且这些更大的沙子颗粒相对于更小的颗粒对人皮肤造成的擦伤更严重。

因此，随着时间，该人工系统的摩擦特性增加并且会导致受到频繁使用的运动表面的特定区域中比其它区域更加有摩擦性。通常使用的硬质颗粒和弹性颗粒具有角状表面。但是已经发现，由于尖锐的角状表面之间的摩擦更大，所以角状颗粒比球形或圆形颗粒更容易密集在一起。另外，在使用大范围的颗粒尺寸的情况中，更小的颗粒将填充在更大颗粒之间的间隙中并且增加了密实度。

当使用切碎的橡胶或普通的地面橡胶时，这些橡胶颗粒具有规则的表面并且通常具有纤维状突起，这些突起收集空气并且利用表面张力保持住水。当雨下到或将水注入到该填充物上时，由轻橡胶颗粒收集的空气使得这些橡胶颗粒漂浮。这是不需要的，因为橡胶会随着表面水流流到排水沟，并且漂浮的橡胶与填充物混合物中效沉的沙子分离，从而导致颗粒分离，沙子密实并且填充物弹性的丧失。

在使用沙子用于施工目的例如筑路或用于混凝土拌合料时，最好具有大范围的颗粒尺寸，这是因为大小颗粒的混合将导致小颗粒填充大颗粒之间的间隙，从而增加颗粒间的接触，提高密实度并且因此提高负载能力。在将沙子或粒状集合体用在施工用途中的情况中，采用振动压实机并且控制含水量以形成最大的土壤密实度和密度。

但是，在将沙子用作在人工草皮的空隙之间的弹性填充物的一个成分时，过度的压实是非常不需要的。因为在人工草皮表面上从频繁使用的区域到不频繁使用的区域有明显不同，沙子的高度压实以及填充物被空中的污物和灰尘污染会导致由于使用所以填充物的弹性随着时间而发生不需要的变化。均匀一致的弹性、不用维护以及可预知的填充物性能是目标，而不是高负载承受强度。

对填充物颗粒的压实和分离的传统解决方案是周期性地刷洗人工草皮。刷洗可以打碎密实的材料并且重新混合顶面，从而尽可能地回复填充物混合物的原始组分。刷洗增加了维护成本，使人工条带受到显著的磨损并且至多只是一种暂时的解决方案，因为最终传统的填充物会再次密实并且必须周期性地进行刷洗。

正确选择草皮条带各列之间的间距已经证实是一个难题。通常专业运动员的主要抱怨是，鞋子上的鞋钉不能一致地从密实的、缠结的、紧密编织的或针织的人工运动草皮表面脱离，从而造成膝盖和脚踝损伤。以往的人工草皮表面构造得更象室内地毯表面，它具有从具有弹性底层的编织基底中延伸出的非常紧密间隔开的竖立纤维。这些纤维表面设计成保持竖立并且避免在受到人们践踏时纠缠在一起。因此为了实现这个结果，这些纤维间隔非常紧密。但是，在运动鞋上的鞋钉尤其当脚在该表面上旋转时不能正确地脱离，从而导致膝盖和脚踝受伤。

另一方面，在使用纯沙子作为表面的情况中，例如在骑马场表面中，该表面相对不稳定并且沙子颗粒容易移位。为了使这些表面稳定，Armond(Fibresand Limited)的US美国专利4819933提供了一种具有重量百分比相对较小的以松散的可替换网状形式随机分布和交联的笔直人造纤维的沙子混合物。这些纤维用来分布集中的负载，在马蹄、运动员的脚、有轮车辆或设施的重量的作用下将沙子保持在一起。Freed(Synthetic Industries，Inc.)的US5326192还提供了一种通过将分散的人工纤维束植入土壤表面中来改善草皮表面的外观和性能特性的方法。

与象竖立草一样的人工条带结合在一起的粒状填充物通过提供与从织物衬底中延伸出的竖立纤维相互混合在一起的粒状人工表面以模拟自然土壤、嵌入的根部和草，从而在一定程度上解决了上述系统的缺点。当运动员的鞋子的鞋钉嵌入在粒状填充物中时，松散的颗粒在一定程度上象土壤一样移动和移位。同时，竖立的人工草条带与松散颗粒和鞋钉纠缠在一起以降低或防止滑动。在没有人工条带的情况下，松散颗粒将非常难以更象干沙子自然沙滩表面一样流动，而纤维的密集垫子将卡住这些鞋钉以防止脱离，从而可能对个人造成伤害。

因此，竖立条带和松散颗粒填充物的组合结构必须平衡或优化以提供理想的运动表面。当这些条带密集地装在一起时，鞋钉不能正确地脱离，但是当这些条带相距太远的话，则不能获得充分的附着力和稳定性。由于人工草皮铺设的高成本以及可能对高度熟练的和高价运动员造成伤害的危险，所以需要一种可预知的且可再现的人工草皮性能。

还曾经用由基本上只是橡胶制成的填充物来构筑人工草皮表面。橡胶颗粒相对较轻，并且切碎的颗粒具有收集气泡的纤维状表面。因此当注水时，一些普通铺设的橡胶颗粒已经漂浮在水表面上，从而排离人工草皮表面。橡胶颗粒排走或者移位，从而导致已经大大削减了填充物厚度的人工草皮的区域。在整个表面上缺乏均匀填充物厚度和弹性会导致受伤以及该运动场所有者的责任。

尽管在现有技术中的几种不同的橡胶和沙子填充物组分和纤维结构，但是仍然存在上述几个显著缺点。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种填充物，该填充物将在整个使用期间将保持其特性，并且不会出现明显的分离或填充物变密实并且减少对该表面周期性刷洗的需要。

本发明的另一个目的在于，提高弹性并且降低填充人工草皮条带的间隙的普通颗粒状填充物的摩擦特性并且使得运动员鞋子的鞋钉能够在没有严重伤害危险的情况下正确地脱离。

本发明的另一个目的在于，消除沙子颗粒的溅射以及在填充表面上的不需要的且可看见的沙子。

本发明提供一种用来铺设在支撑土壤基底上的新颖人工草皮组件，从而提供一种将天然草皮的外观和感觉与人工草皮的抗磨损性相结合的表面。虽然该说明书使用了运动活动场地作为实施例，但是本发明同样适用于任何适合覆盖草皮的区域例如交通繁忙的风景区、道路和公路中间、室内花园或高尔夫绿地和骑马场表面。

该草皮组件包括绒头(pile)织物，它具有柔性板衬底(backing)和从衬底的上表面向上延伸的代表草叶的竖立合成条带排列。颗粒材料的两种分级层中独特的填充层设置衬底上表面上面的竖立条带之间的间隙中并且位于比条带长度更小的深度处。

这些条带通过可透水的织物衬底丛生，并且具有以预定图案形式的间歇性纵向狭缝。在填充物的铺设期间，轻轻地刷理这些条带以使它们从初始的缠结姿态恢复到竖立姿态，所述缠结姿态是由于丛生织物在制造之后在运送和存储期间翻滚而导致条带受压而导致的。这些条带可以大约为1英寸宽并且在它们的宽度上具有几排狭缝。轻轻的刷理容易打开条带的下面部分，使形成在格子结构内设置的横向连接束的狭缝开口延伸，该格子结构使周围的颗粒填充物陷入其中。一旦所有的填充物安装好，则积极地刷理在填充层上方延伸的条带的上面部分。通过刷理动作沿着狭缝使这些条带纵向分开成几根单独自由站立的宽度更窄的类似草叶的束。

本发明认为，粒状填充物是尺寸不同的连续移动硬质和弹性颗粒的动态系统，并且在受到来自运动活动、表面维护和下雨天气的冲击和振动的作用下具有不同的物理特性。本发明以许多方式适应这种动态活动。

使用颗粒相对较大优选大于在底层中的那些颗粒的纯橡胶颗粒顶层而使顶面保持基本上没有沙子。在鞋钉的移动作用下向上迁移到顶面上的任何更小的沙子颗粒将能够在水、振动和重力的作用下通过更大顶面颗粒之间的孔隙向下渗漏回到底层。在纯橡胶顶层下面设有沙子和橡胶混合在一起的底层以便具有额外的弹性、排水性并且作为用于使织物衬底的稳定的压载物。

颗粒形状基本上为球形的，从而降低颗粒间接触摩擦，改善排水性并且防止密实。球形形状降低了对颗粒移位的阻力，因此与普通角状颗粒相比降低了密实程度。在Krumbein球形准则方面，对于本领域普通技术人员所公知的是，颗粒形状在广义上在0.5至0.99的范围内并且优选在0.6与0.9的范围内，从而为很好的圆形或基本上为球形。

在底层中的硬质砂和弹性橡胶颗粒的颗粒尺寸分布选择为彼此基本上相等，并且对于比赛或运动活动表面而言颗粒尺寸优选限制在14至30筛号标准的范围内。为了适合人工草皮的表面的其它用途，颗粒尺寸可在0.5英寸至50筛号标准的范围。高达约0.25英寸的更大颗粒可以用于骑马用途，但是这些大颗粒对于与人皮肤接触而言摩擦性太大。小于50筛号标准的颗粒容易产生灰尘，并且会导致不需要的压实，降低了水渗透率和颗粒分离。这种尺寸范围的自然出现的土壤颗粒被分为中沙、粗沙和细砾尺寸的颗粒。

“基本上相同的”尺寸分布意味着，当通过普通的土壤实验室筛分分析来对该底部填充层进行分析并且在标准筛分析半对数图(y轴显示出通过筛号孔径或重量更小的0-100百分比，而x轴用对数显示出筛号/颗粒尺寸)上图示出时，用于硬质颗粒的直线和用于弹性颗粒的直线在相当大的程度上理想地相互重叠。因此硬质和弹性颗粒具有基本上相等的颗粒尺寸并且尺寸的分布基本上相同。

标准筛分析图本身是一种不精确的“粗略和现成的”方法，因为天然土壤例如随建筑物场地的表面的不同而变化很大。该筛分析图通常没有显示出颗粒尺寸的最大10％和最小10％，因为由于土壤颗粒尺寸上的自然变化，所以这些极限值在统计学上被认为是不重要的。因此一般来说，当在筛分析中检验土壤颗粒尺寸时，只考虑中间80％的颗粒。

将这个实践应用在本发明上，在数字上或科学上进行限定，其中底层中硬质和弹性颗粒重量的80％的颗粒尺寸分布在一个跨过40筛号标准的数字差异的范围中，该颗粒尺寸分布被认为基本上相同或者非常好地分类。由于沙子和橡胶可以分成任意所要求的具体规格，所以优选的是该数字差异甚至可以更小例如20筛号标准以形成更加均匀的填充物。例如，完全球形制造的玻璃珠具有的数字差异接近零。但是，由于沙子是由岩石冲刷而产生的天然形成的物质，所以颗粒尺寸分布和球形度变化很大。20筛号标准的数字差异会导致对于骑马(equestrian)表面而言在10至30之间的颗粒尺寸分布或者对于运动比赛的表面而言在20至40之间的颗粒尺寸分布。

实际上，最廉价的硬质颗粒通常是沙子，人们发现沙子是一种天然分离沉积物和/或已经机械地分成等级以适合各种通常的施工用途，例如用在混凝土搅拌料和路床施工中。对于用于人工草皮设备的沙子的要求相对较低，因此如果一种方案需要专门分离或分级的沙子颗粒尺寸分布，则这种材料的成本多少会增加。

当在任意地方中决定所要使用的具体材料时，优选使用任何在铺设场所附近容易得到的任何可接受的沙子。当购买弹性颗粒以确定颗粒尺寸分布处于上述讨论的范围内并且在所测量的沙子颗粒尺寸分布上重叠时，这是相对简单的事情。不论铺设场所位于何处，都必须从制造设施中加工、磨碎和输送出弹性颗粒。制造其颗粒尺寸分布与沙子颗粒的颗粒尺寸分布匹配的弹性颗粒的边际成本与将沙子颗粒的尺寸分布分级以与弹性颗粒相匹配而相比相对较低。

通过制造出与在铺设场所容易得到的沙子的尺寸分布相匹配的弹性颗粒，从而具有尺寸分布相等的混合的沙子和橡胶颗粒的填充物的地层将导致有利于在使用中显著降低颗粒混合物的沉淀和分离。

相反，传统弹性颗粒混合物通常具有比可得到的分级沙子明显更大的颗粒。结果，较轻较大的弹性颗粒向上迁移而较重较小的硬质沙子颗粒在重力、震动、下雨和向下渗漏的水的组合作用下向下迁移。不同尺寸的颗粒的分离导致丧失最佳密实度并且导致在传统混合的填充物层中不均匀的附着力。

本发明人已经发现，可以通过以下方法来防止或基本上降低硬质和弹性颗粒在混合的底层中的分离：(1)选择尺寸分布相等或基本上相同的硬质和弹性颗粒；(2)选择范围相对较窄的颗粒尺寸并且(3)对于硬质和弹性颗粒而言选择大体上为球形的颗粒形状。颗粒尺寸的最小改变抑制了压实，因为在所有颗粒都具有基本上相等的尺寸时没有任何相对较小的颗粒填充在较大颗粒之间的孔隙中。球形形状降低了对颗粒间移位的阻力，并且降低了相邻颗粒锁紧在一起的趋势。在顶面处的有纤丝的草状人工条带容易将相对较大的顶部橡胶颗粒保持在松散的网状柔性结构中。当人们在这些颗粒和人工条带上走过时，有纤丝的纤维的松散十字形网还使得移动的橡胶颗粒能够回到下面的顶部橡胶层。纯顶部橡胶层和有纤丝的条带的网络的组合赋予了天然草皮表面的外观和感觉。

织物衬底和顶层之间的人工条带通过形成在横向上交联在一起的垂直取向束的开口网或格栅结构从而对在混合底层中的颗粒移位提供一定程度的阻力。混合的沙子和橡胶底层为相对较薄的橡胶顶层提供牢固的弹性支撑。混合层的沙子含量尤其提供了必要的压载重量，并且由于沙子的毛细作用所以提供更好的排水作用。

与运动员身体直接接触的相对较薄的顶层在出现身体接触的地方具有高弹性，并且由于只使用了橡胶所以导致对皮肤摩擦较小。在混合底层的沙子含量提供压载重量以使草皮保持不动并且迅速地排干表面。排水在存在结冰危险的地方是尤为必要的，并且在寒冷气候中需要选择更粗的混合物以便提高排水性。除了由顶层提供的顶表面弹性之外，在混合层中的弹性颗粒还提供了表面下弹性。

选择尺寸分布基本上相等的硬质和弹性颗粒基本上降低了压实并且降低了维护要求。由于颗粒尺寸的选择，所以顶部纯橡胶顶层总是基本上保持没有沙子。由于在比赛期间通过与运动员的鞋钉接触所引起的搅拌，所以沙子会从混合的底层移动到顶层表面，或者通过这个作用以与普通土壤相同的方式干扰了实际比赛。但是，要将沙子颗粒的尺寸选择成比在顶层的弹性颗粒的尺寸更小。通过排出经过顶部弹性表面的雨水向下冲刷移位的沙子颗粒或者由于走动的震动和搅拌使得更小的沙子颗粒回到它们原来处于的底层。

与例如在Haas的US4337283和Tomarin的US4396653中所述的传统方法相比，在顶层中只有橡胶并且在下层中具有混合的沙子和橡胶的这种双层铺设方法以更低的成本和更低的厚度形成弹性表面。具有较大和较小颗粒的现有技术填充层容易压实或固结成一种更牢固的压实表面。由于顶层是纯橡胶颗粒并且混合的下层不容易分离或压实，所以即使在以薄层使用时本发明也能保持其弹性。因此产生出一种更可预知的长时间弹性。

可以制造出人工条带，并且使它们丛生在织物衬底上。优选的是，利用在这些条带的宽度上间隔开的相对较短的纵向裂缝纵切这些条带。然后在铺设填充物之后，通过用刷子刷铺设好的表面，从而现场使人工条带的上面部分原纤维化、分开或磨损。这些条带在制造出时具有纵向取向的结构，因此在顶面上的积极刷理动作容易通过使这些裂缝纵向延伸以形成密集包装的单个草状束而将这些条带撕开或分裂成更薄的草状束。

在通过刷理对这些条带进行刷理并且使之现场裂开的情况中，这些条带的上面部分磨损或分裂成薄草状束，而下面部分保持完整无缺并且在比当最初使纤维丛生成衬底时更大的程度上仅仅被拉伸通向一种扩展的网格、网或格栅结构。这种格栅的直接好处是，通过使颗粒相互结合(intermeshing)在原纤维化草状束之间并且在扩展的网状纤维结构内以使颗粒填充物稳定。下网状部分使填充物稳定，并且上草状部分使得鞋钉能够穿透并且松开、下雨穿透和排水；由于弯曲的草状束增加了轻微的表面弹性并且将项层的大弹性颗粒俘获在草状网结构中。

纤维的现场原纤维化还允许草状束的更加密集的顶面覆盖。在最初铺设时具有短狭缝穿孔的相对较宽的条带可以间隔足够的距离以使得颗粒状填充物能够安装在条带之间。当填充物已经完全安装好时，宽间隔条带的刷理使它们分裂成更薄的草状束，它们填充在条带之间的间隙中并且更好地覆盖颗粒状填充物的顶面。十字形原纤维化的束的密集网包含较大的顶层橡胶颗粒同时使得鞋钉能够穿透并且使得水能够排出。裂开的条带以更低的成本使草状束更好地覆盖可见表面。在不是针对运动用途的应用例如风景或装饰用途中，可以采用更不密集的纤维分布，从而对于与普通紧密间隔的人工草皮一样的视觉外观覆盖而言导致成本降低。

从下面的详细说明和附图中可以了解本发明的其它细节及其优点。

附图说明

为了便于理解本发明，下面将参照附图以实施例的方式对本发明的一个优选实施方案进行说明，其中：

图1为安装有填充物的天然草皮组件的剖视图，显示出具有竖直条带的柔性板衬底和由具有相对较大的弹性橡胶颗粒的顶层和具有相同的较小颗粒尺寸分布的混合的硬质沙子和弹性橡胶颗粒的底层构成的填充层；

图2为类似的剖视图，它显示出由于进行积极的表面刷理以使条带的端部进一步原纤维化而稍微弯曲的草状束的最终结构；

图3为在制造出时具有一系列短纵向狭缝穿孔的人工条带的侧视图；

图4为人工条带的侧视图，该条带的下端在丛生进织物衬底之前扭转并且其上端横向扩展以展示网状草叶结构，这是由狭缝的横向扩展和纵向延伸而导致的；

图5的图表显示出由对填充层进行标准的筛分析所得到的颗粒尺寸分布的图示说明；并且

图6的图表显示出在Krumbein球形尺度(sphericity scale)上分级的颗粒的视觉表示。

具体实施方式

参照图1，本发明涉及一种合成草皮组件，该组件由具有颗粒物质填充层的绒头织物构成，该组件安装在支撑土壤基底上以提供运动比赛表面。

绒头织物包括柔性板衬底1，该衬底可以包括两层或多层稀松组织织物，其中一层可以是尺寸稳定的网织品以防止在铺设和使用期间伸展。从衬底1的上表面向上延伸有大量竖立的合成条带2。如图1中所示一样，条带2以宽度W成排间隔开地丛生穿过衬底1并且具有长度L。根据填充物的总深度(5加上6)和所完成的合成草皮组件的所要求弹性来选择纤维的长度‘L’。

在衬底1的上表面上设置在竖立条带2之间的间隙中的是颗粒材料的填充层3。颗粒材料可以选自任意数量的通常可得到的硬质颗粒，例如：沙子；硬质集料；硅沙；砾石；炉渣；颗粒塑料；以及聚合物颗粒。弹性颗粒选自：低温磨碎的橡胶；橡胶；软木；聚合物颗粒；合成聚合物泡沫；苯乙烯；珍珠岩；聚氯丁橡胶；磨碎的轮胎和EPDM橡胶。

填充层3有顶层6和底部混合层5制成。混合的底层5由相互混合的硬质沙子颗粒和弹性橡胶颗粒制成。根据不同尺寸的硬质颗粒和弹性颗粒的体积分布来选择该混合物，这些颗粒尺寸基本上相同并且在0.5英寸和50筛号标准之间。优选的是，限制颗粒尺寸的范围以避免较小的或细小的颗粒填充更大颗粒之间的孔隙并且促进压实。优选的范围在14至30筛号标准之间。根据用途，在混合层中的颗粒尺寸范围在选择时可以限制在10至30、15至30或20至40筛号标准之间以符合设计参数。硬质和弹性颗粒的形状基本上为球形，而不是如在现有技术中一样的角形以进一步阻碍压实和沉降。

如在图5的图表中所示一样，利用“穿过筛号孔径的重量百分比”或者“更小的百分比”的垂直轴线线性刻度和显示出颗粒和/或筛号孔径的对数刻度的水平轴线来描述标准的筛目(screen sieve)分析。在图5中所示的示例直线表示相对均匀的颗粒混合物，它具有较窄范围的颗粒尺寸。理想的是，在图5上用于沙子颗粒尺寸分布的直线和用于橡胶颗粒尺寸分布的直线是相同的，并且显示出是相互重叠的。但是，作为实施例，上述10至30的范围在图中显示为一个阴影区域，在该区域内任何直线将满足这种颗粒尺寸限制的要求。

顶层6基本上只有弹性橡胶颗粒。合成条带2的上面部分7从顶层6的顶面8向上延伸。所得到的人工草皮表面可以用于几种室内和室外用途，例如：运动比赛场地；赛马场地；运动场；风景区以及休养区。

为了设置双层，使刷子在具有混合的沙子和橡胶材料的衬底上通过许多次以确保这些条带在嵌入在填充物中时是竖立的并且不会埋入在填充物中，并且进一步使这些条带稍稍扩展以打开狭缝并且形成一种格栅结构，该结构使得填充物稳定，从而防止填充物颗粒在铺设之后过分移位。在铺设好混合的下填充层之后，将一种基本上为纯橡胶的颗粒材料设置作为弹性顶层。

为了铺设底层，可以使用散布器，并且之后刷理该表面以提高绒头织物的细毛并且在铺设顶面6之前将条带2定位在大体上竖直的位置中。在扩展每层之后，必须刷理表面并且使条带上升到如在这些图中所示的竖立位置。

优选的是，在铺设顶层6之后，通过用刷子积极地刷理该表面，从而使人工条带2的上面部分7进一步原纤维化。该操作使上面部分7分开，并且使这些股均匀地分布在顶面8上。条带2的制造宽度相对较宽例如为1英寸，而现场刷理操作使这些条带进一步裂开，从而使狭缝纵向打开并且形成如所示一样的宽度更窄的薄草状束。条带2的上端受到更剧烈的刷理以实现以下优于现有技术方法的优点。原纤维化上面部分7在上面铺设使条带端部连接成松散的网络，该网络更真实地模拟了天然草皮的外观。这些原纤维化端部具有轻微的弹性，因为它们稍微上升或者起毛并且在球在玩耍期间在所完成的表面上反弹时更加准确地模拟了天然草皮的弹性。弯曲的端部同样从视觉上隐藏了顶层6的橡胶粉末，保持这些粉末颗粒固定不动并且使得移位的粉末能够在顶层6和原纤维化条带2的上侧之间来回运动。通过使条带2的端部裂开或者原纤维化，从而产生更小的表面张力，并且水更容易渗透穿过顶面8并且通过底层5排走。

条带2包括现场原纤维化的多股草状束的顶部结构和基本上保留在它们的原始状态但是在铺设时由于与填充物相互作用而机械地扩展成网状格栅的扩展网状下部结构。条带可以选自纤维例如聚丙烯、聚乙烯、尼龙和塑料。原纤维化束的厚的和薄的宽度的混合形成更自然的外观，并且使得球能够在玩耍期间依靠纤维和球之间的阻力以更加可预知的方式滚动。在该草皮中的条带宽度和密度的改进也将改变球滚动特性。

这些条带在最初丛生在织物衬底上时其宽度可以为1至3英寸，并且当被纤维化时，单个草状束的宽度可以为1mm至15mm(大约为1/8英寸至1/2英寸)。用本领域的术语来表示，这些束在800至5000登尼尔的范围内，并且条带和束的厚度优选为45至200微米(μ)。

通过试验和经验已经发现，硬质颗粒和弹性颗粒的尺寸和形状显著影响了草皮性能特性。还已经发现，条带的间距和填充物深度的差异可以对人工草皮组件的性能产生很大的影响。

硬质和弹性颗粒尺寸应该在0.5英寸和50美国筛号规格的范围内，但是优选在14至30的更窄范围内以避免压实的危险。大于14筛号规格的硬质颗粒对于运动表面的使用者而言在直接接触情况下会感到有些磨蚀。但是，由于位于顶面上方的纤维容易在其上弯曲并且防止使用者与合成纤维的弓形弹性纤维垫子直接接触，所以可以使用在一定程度上较大的颗粒而不会感到这些颗粒会造成摩擦。小于50筛号规格的颗粒容易妨碍水的渗透，并且在相对湿润的气候中对于填充层3的排水特性产生不利影响。在干燥的气候中，最好使用较小的颗粒以保持最优的含水量，从而形成最佳的压实和弹性程度。在皮肤与表面直接接触并且期望来自运动本身的潜在摩擦的情况下，可以使用更大的弹性颗粒(例如14筛号规格)。优选的是，对沙子进行冲洗和筛选以基本上除去所有尺寸低于50筛号的细小颗粒。

通过使用尺寸相等的颗粒，从而可以降低较大的相对较轻的橡胶颗粒迁移到顶部的天然趋势以及较小且较重的沙子颗粒迁移到填充层3的底部的辅助(complementary)趋势。通过与人工网状条带结构的相互作用并且通过使用球形颗粒形状还降低了颗粒迁移。由于基本上相同的颗粒尺寸的选择以及通过与底部填充层接触的条带的网状结构而导致的对颗粒运动的干扰(interference)，所以填充物的底层将保持其最初的尺寸相同的沙子和弹性颗粒的混合物。填充物的这些特性容易抑制压实并且保持填充物的均匀可预知的弹性。

通过纯橡胶弹性的顶层6，在实际需要弹性感觉的接触表面处提供弹性。优选的是，在填充物顶层6中的橡胶颗粒的颗粒尺寸大于在底层5中的沙子和弹性颗粒的尺寸。顶层的较大颗粒使得底层的较小颗粒能够通过较大颗粒之间的间隙向下回落，因此，这些层的颗粒尺寸组分保持不同。通过在表面处测试弹性并且逐渐分散橡胶颗粒以或多或少地增加顶层6的厚度并且实现该最终顶层的所要求的弹性，从而可以细微地调节填充物的最终层的弹性。

人工条带优选以间隔开的所选最小间距“W”的排设置。根据所要求的牢固性和对于各种运动而言鞋钉转动所需要的自由度，从而该间距“W”可以在2.25英寸和0.625英寸或更少之间变化。更紧密的间距为填充层3提供更牢固的支撑，而更宽的间距使得嵌入的鞋钉更容易转动。

填充层3的深度相对于人工条带的长度“L”的比例可以为90％至40％，但是对于大多数用途而言的优选范围是85％至55％或者80％至70％。例如，在条带L的长度为2英寸的情况中，等于75％的填充物的深度为1.5英寸的深度(2.0×0.75＝1.5)，并且剩下的0.5英寸的条带在填充物的顶表面上方延伸。

虽然上述说明和附图涉及本发明人目前设想出的特定的优选实施方案，但是要理解的是，本发明在其广义方面还包括与所述和所示的要素等效的机械上和功能上的同等方案。

Claims (21)

1.一种用于铺设在支撑基底上的人工草皮组件，该组件包括：

绒头织物，它具有柔性板衬底和多个选定长度的竖立人工条带，这些条带从所述衬底的上表面向上延伸；

颗粒材料填充层，该填充层设置在所述衬底的所述上表面上的竖立条带之间的间隙中，并且深度小于条带的长度，所述颗粒材料选自以下材料：硬质和弹性颗粒；所述填充层包括：

底层，它具有相互混合在一起的尺寸分布基本上相同的硬质和弹性颗粒，并且设置在所述衬底的顶表面上；以及

顶层，它基本上只具有设置在底层上的弹性颗粒，人工条带的上面部分从该顶层的顶表面向上延伸。

2.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，在所述顶层中的所述弹性颗粒大于在所述底层中的所述弹性颗粒。

3.如权利要求1或2所述的人工草皮组件，其特征在于，在所述底层中的所述硬质颗粒和弹性颗粒具有的形状限定在以球形度的Krumbein尺度的0.5至0.99的范围中。

4.如权利要求3所述的人工草皮组件，其特征在于，在所述底层中的所述硬质颗粒和弹性颗粒在0.6至0.9Krumbein尺度范围内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的人工草皮组件，其特征在于，所述弹性颗粒选自以下材料：低温磨碎的橡胶；橡胶；软木；聚合物颗粒；合成聚合物泡沫；苯乙烯；珍珠岩；聚氯丁橡胶和EPDM橡胶。

6.如权利要求1至5中任一项所述的人工草皮组件，其特征在于，所述硬质颗粒选自以下材料：沙子；硬质料；硅沙；砾石；炉渣；粒状塑料；以及聚合物颗粒。

7.如权利要求1至6中任一项所述的人工草皮组件，其特征在于，所述填充物的颗粒材料包括尺寸在0.5英寸的最大标称直径和50筛号规格之间的颗粒。

8.如权利要求7所述的人工草皮组件，其特征在于，在所述底层中硬质颗粒和弹性颗粒的重量的80％的颗粒尺寸分布在跨度在40筛号规格的数字差异的范围中。

9.如权利要求7所述的人工草皮组件，其特征在于，在所述底层中硬质颗粒和弹性颗粒的重量的80％的颗粒尺寸分布在跨度在20筛号规格的数字差异的范围中。

10.一种用于铺设在支撑基底上的人工草皮组件，该组件包括：

绒头织物，它具有柔性板衬底和多个选定长度的竖立人工条带，这些条带从衬底的上表面向上延伸；

颗粒材料填充层，该填充层设置在衬底上表面上的竖立条带之间的间隙中，并且深度小于条带的长度，所述颗粒材料选自以下材料：硬质和弹性颗粒；

其中所述人工条带：

以切缝的预定图案被纵向间歇地切割；

这些条带的上面部分在填充物层的上方延伸并且纵向分裂成选定宽度的各个自由竖立的束以代表草叶；并且

这些条带的下面部分具有设置在将周围颗粒填充材料陷入网中的网格结构中的所述切缝延伸打开形成的横向交联束。

11.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，所述人工条带以选定最小间距间隔开排列设置。

12.如权利要求11所述的人工草皮组件，其特征在于，丛生在织物衬底中的人工条带排之间的最大间距为2.25英寸。

13.如权利要求12所述的人工草皮组件，其特征在于，丛生在织物衬底中的人工条带排之间的最大间距为1.0英寸。

14.如权利要求13所述的人工草皮组件，其特征在于，丛生在织物衬底中的人工条带排之间的最大间距为0.625英寸。

15.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，所述填充层的深度为人工条带长度的90％至40％之间的范围内。

16.如权利要求15所述的人工草皮组件，其特征在于，所述填充层的深度为人工条带长度的85％至55％之间的范围内。

17.如权利要求16所述的人工草皮组件，其特征在于，所述填充层的深度为人工条带长度的80％至70％之间的范围内。

18.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，所述人工条带是选自以下材料的纤维：聚丙烯；聚乙烯；尼龙；和塑料。

19.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，所述人工条带的上面部分被原纤维化成其宽度为1.0至15.0mm之间范围的单独束。

20.如权利要求1所述的人工草皮组件，其特征在于，所述人工条带厚度为45至200微米之间的范围。

21.一种用于铺设在支撑基底上的人工草皮组件，该组件包括：

绒头织物，它具有柔性板衬底和多个选定长度的竖立人工条带，这些条带从所述衬底的上表面向上延伸；所述衬底和绒头织物适合于容纳填充到所述条带的所述选定长度的一部分中的颗粒材料填充物；

其中所述人工条带：

以切缝的预定图案被纵向间歇地切割；

这些条带的上面部分纵向分裂成选定宽度的各个自由竖立的束以代表草叶；并且

这些条带的下面部分具有设置在适合于将周围填充颗粒材料陷入网中的网格结构中的所述切缝延伸打开形成的横向交联束。

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