EA004454B1 - Искусственная трава с упругим гранулированным верхним поверхностным слоем - Google Patents

Abstract

Искусственная травяная структура для установки на поддерживающем субстрате, содержащая ворсовую ткань с гибкой листовой подложкой (1) и множество вертикальных искусственных лент (2) выбранной длины, причем ленты (2) продолжаются вверх от верхней поверхности подложки (1), слой (3) наполнителя из материала в виде частиц, промежуточно расположенный между вертикальными лентами (2) на верхней поверхности подложки (1) и на глубине менее длины лент, при этом материал в виде частиц выбран из группы, состоящей из твердых и упругих гранул. Слой (3) наполнителя содержит нижний слой (5) перемешанных твердых и упругих гранул, по существу, с одинаковым распределением размеров, расположенный на верхней поверхности подложки (1), и верхний слой (6), по существу, исключительно из упругих гранул, расположенный на нижнем слое (5), причем верхний участок искусственных лент (2) продолжается вверх от верхней поверхности верхнего слоя (6).

Description

Изобретение относится к искусственной траве с лентами, напоминающими траву, образующими сетчатую структуру, включающую наполнитель в виде частиц, имеющий нижний слой гранул песка и резины одинакового размера и верхний слой только из резиновых гранул.

Сохранение природного травяного дерна на спортивных площадках или в ландшафтных областях является дорогим, натуральная трава плохо растет на затененных закрытых стадионах, и при непрерывном интенсивном движении участки поверхности натурального дерна изнашиваются. Поверхность натурального дерна ухудшается при интенсивном использовании, и в открытом грунте происходит нежелательное скопление воды и грязи. Поэтому была создана искусственная трава для снижения затрат на поддержание интенсивно используемых площадок для спортивных состязаний, а также чтобы сделать игровые поверхности более ровными и повысить срок службы травяной поверхности, особенно когда это касается профессионального спорта.

Искусственную траву размещают посредством ворсового материала типа коврового, имеющего гибкую подложку, расположенную на хорошо дренируемом плотном субстрате, таком как щебенка (дробленый камень) или другой стабилизированный материал основы. Ворсовая ткань имеет ряды отходящих искусственных лент, образующих травинки, продолжающихся вверх от верхней поверхности подложки.

Особый интерес для настоящего изобретения представляют различные композиции для гранулированного упругого наполнителя, который размещают между отходящими лентами на верхней поверхности подложки для имитации присутствия грунта. Большинство систем уровня техники предусматривают некоторое использование твердых частиц, таких как частицы песка или дробленого шлака, вместе с упругими частицами, такими как частицы измельченной резины или вспененной подложки для обеспечения упругости. Оптимальный выбор размеров частиц, формы частиц, композиции частиц и расположения в несколько слоев является признаком настоящего изобретения.

В патенте США № 4337283 (Наак, 1т) описана однородная заполняющая смесь для имитации дерна, которая выполнена из мелких твердых частиц песка, смешанных с от 25 до 95 об.% упругих частиц для обеспечения более упругого и менее абразивного наполнителя. Такой упругий гранулированный материал может включать смеси частиц гранулированной резины, крошки полимерной пробки, частицы пенорезины, вермикулит и т. п.

В патенте США № 4396653 (Тотали) описан неоднородный наполнитель с частицами резины, образующими базовый слой, и частицами песка, образующими верхний слой. Части цы резины обеспечивают внутреннюю упругость поверхности. Слой песка является открытым и образует стабилизирующий покрывающий слой для нижележащего слоя частиц резины.

Некоторые недостатки являются следствием использования равномерно смешанного гранулированного наполнителя, как в системе Наак, где твердые частицы песка и упругие частицы резины смешивают в одинаковом соотношении по всей глубине наполнителя. Искусственный травяной наполнитель, например, может содержать смесь из 60 вес.% песка и 40 вес.% частиц гранулированной резины, равномерно смешанную и размещенную между отходящими искусственными травяными лентами на глубину от 1 до 3 дюймов.

Высокое процентное содержание песка предпочтительно для снижения стоимости таких систем, поскольку частицы резины являются относительно дорогими по сравнению с песком. Частицы песка также обеспечивают улучшенную степень дренирования, которая необходима, когда искусственная травяная поверхность расположена, например, не на закрытом стадионе. Частицы резины стремятся задержать свободный поток воды, при этом капиллярное воздействие частиц песка вытягивает поверхностную влагу вниз, вследствие разницы в свойствах поверхностного натяжения между резиной и кварцевым песком.

Однако как в системе Наак, так и в системе Тотали присутствие абразивных твердых частиц песка в верхнем поверхностном слое наполнителя вызывает проблемы, поскольку в таких играх, как американский футбол, регби, футбол, хоккей на траве, бейсбол, игроки часто падают или их сбивают на игровой поверхности. В таких случаях требуется защитить игроков от повреждения кожи, вызываемого твердым песком в гранулированном наполнителе, и от попадания песка в глаза, уши и рот игроков.

Традиционный наполнитель представляет собой смесь частиц песка и резины. Частицы резины сжимаются и высвобождаются при ударе мячом о поверхность или при шагах спортсмена по поверхности. В случае использования традиционного грунта частицы земли и почвы обеспечивают некоторую природную упругость, но упругий отскок является более слабым из-за влажности, небольшого размера частиц и относительно низкой природной упругости. В случае использования искусственных наполнителей частицы являются относительно сухими и не связываются вместе. Частицы резины имеют быстрый пружинистый отскок, который стремится отбросить смежные частицы песка и резины вверх под действием этих сил.

Искусственный наполнитель непрерывно подвергается воздействию потока воды и ударному воздействию, которые стремятся сместить или разделить частицы при сильных осадках, затоплении, ударе прыгающих мячей, вибрации и ударе от ног и тел игроков, контактирующих с верхней поверхностью наполнителя. Верхний слой с высоким процентным содержанием песка приводит к распылению частиц песка, когда мяч или игрок ударяются о верхнюю поверхность наполнителя. Когда футбольные мячи катятся по поверхности наполнителя, если на верхней поверхности присутствуют какие-либо частицы песка, то они поднимаются катящимся мячом посредством всасывающего усилия воздуха, протекающего вокруг вращающегося мяча, и посредством электростатического притяжения. В результате, частицы песка меньшего размера на верхней поверхности наполнителя поднимаются и распыляются в виде «шлейфа» за катящимся мячом. Через определенное время области непрерывного распыления песка или удара мяча приведут к появлению видимого песка на игровой поверхности. Считается, что нежелательно иметь хорошо видимый песок на поверхности искусственной травы, и особенно когда клубы песка видны при таких ударах. Кроме того, свободные гранулы песка сильно царапают кожу, когда игроки падают или скользят на верхней поверхности, и могут повредить глаза, уши, нос и рот при распылении, вдыхании или проглатывании.

Еще один недостаток традиционных наполнителей состоит в том, что абразивные частицы песка остаются на верхней поверхности искусственной травы, и игроки на поверхности, контактирующие с частицами песка, получают царапины на коже. В течение определенного времени, вследствие динамики воды, вибрации и удара, частицы песка меньшего размера будут стремиться к осаждению по направлению к нижней поверхности слоя наполнителя, а более абразивные частицы песка большего размера будут подниматься к верхней поверхности. Небольшие частицы песка будут падать вниз в промежутки между большими частицами под действием вибрации, воды и силы тяжести. Меньшие частицы собираются в нижней части гранулированного слоя наполнителя и стремятся к уплотнению. Частицы песка большего размера остаются наверху гранулированного слоя, причем большие частицы сильнее царапают кожу человека, чем частицы меньшего размера.

В результате, со временем, абразивные свойства искусственной системы увеличиваются и могут привести к образованию конкретных областей поверхности игровой площадки, которые испытывают большую нагрузку и являются более абразивными, чем другие области. Традиционно используемые твердые частицы и упругие частицы имеют угловатые поверхности. Однако было обнаружено, что угловатые частицы больше стремятся к уплотнению вместе, чем сферические или закругленные частицы, поскольку повышается трение между острыми угловыми поверхностями. Кроме того, при ис пользовании частиц с большим диапазоном размеров частицы меньшего размера заполняют промежутки между частицами больших размеров и повышают коэффициент сжимаемости.

При использовании дробленой резины или традиционной измельченной резины частицы резины имеют неправильные поверхности, часто с выступами волокон, которые задерживают воздух и удерживают воду с помощью поверхностного натяжения. Когда наполнитель подвергается воздействию дождя или затапливается, воздух, задерживаемый частицами резины небольшого веса, вызывает всплывание частиц резины. Это нежелательно, поскольку резина может вымывать дренаж с поверхностным потоком воды, и при этом всплывающая резина отделяется от более тяжелого песка в смеси наполнителя, приводя к сегрегации частиц, уплотнению песка и потере упругости наполнителя.

При использовании песка в строительных целях, таких как при строительстве дорог или в бетонных смесях, весьма желательно обеспечить широкий диапазон размеров частиц, особенно поскольку смешивание частиц маленьких и больших размеров приведет к заполнению маленькими частицами промежутков между большими частицами, повышенному межчастичному контакту, превосходному уплотнению и поэтому более высокой несущей способности. При использовании песочных или гранулированных заполнителей в строительных целях используют виброуплотнители и управляют влагосодержанием для обеспечения максимального уплотнения грунта и плотности.

Однако при использовании песка в качестве компонента упругого наполнителя между промежутками искусственной травы весьма нежелательно чрезмерное уплотнение. Высокий коэффициент уплотнения песка и загрязнение наполнителя переносимой по воздуху грязью и пылью приводят к нежелательным изменениям упругости наполнителя с течением времени, в результате использования, которое может значительно изменяться по поверхности искусственной травы от областей интенсивного использования до малоиспользуемых областей. Задачей является достижение равномерной постоянной упругости, исключение ухода и предсказуемое поведение наполнителя, а не его высокая несущая способность.

Традиционное техническое решение для уплотнения и отделения частиц наполнителя состоит в периодической обработке искусственной травы щеткой. Обработка щеткой служит для разрушения сжатого материала и перемешивания верхней поверхности, возможно, восстанавливая начальную композицию смеси наполнителя. Обработка щеткой повышает стоимость обслуживания, подвергает искусственные ленты значительному износу и, в лучшем случае, является временным решением, поскольку в итоге традиционный наполнитель снова уплот няется и должен регулярно обрабатываться щеткой.

Также доказано, что правильный выбор промежутка между рядами травяных лент является проблематичным. Очень часто основные жалобы профессиональных спортсменов состоят в том, что шипы не всегда легко высвобождаются из плотно упакованной, в виде мата, туго сплетенной или связанной искусственной травяной поверхности для спортивных состязаний, вызывая повреждения коленей и лодыжек. Были выполнены более старые искусственные травяные поверхности, больше похожие на поверхности домашних ковров с очень близко расположенными вертикальными волокнами, продолжающимися от тканной основы с упругой подложкой. Эти волокнистые поверхности были выполнены так, чтобы волокна оставались вертикальными и исключалось матирование при хождении по ним. Поэтому для достижения этого результата волокна были расположены возможно близко друг к другу. Однако шипы на спортивной обуви часто не высвобождаются правильным образом, когда нога поворачивается на поверхности, при этом приводя к повреждениям коленей и лодыжек.

С другой стороны, при использовании чистого песка в качестве поверхности в поверхностях для конного спорта поверхность является относительно нестабильной и частицы песка легко перемещаются. Для стабилизации таких поверхностей в патенте США № 4819933, Атшопб (ИЬгекапб Ышйеб) предложена смесь песка с относительно небольшим процентным весовым содержанием прямых искусственных волокон, случайно распределенных и поперечно соединяющихся в свободной перемещаемой сетке. Волокна служат для распределения сосредоточенных нагрузок, удерживания песка вместе под весом копыт лошадей, ног спортсменов, колесных транспортных средств или орудий. В патенте США № 5326192, Егееб (8уп1йейс 1пби81пе8, 1пс.) также описан способ улучшения внешнего вида и рабочих характеристик поверхности дерна посредством использования прерывистых пучков искусственных волокон в поверхности грунта.

Гранулированный наполнитель, комбинированный с вертикальными искусственными лентами, напоминающими траву, устраняет недостатки вышеупомянутых систем в той степени, что он обеспечивает гранулированную искусственную поверхность, смешанную с вертикальными волокнами, продолжающимися от тканевой подложки, чтобы лучше имитировать натуральный грунт, помещенные в него корни и траву. При погружении шипов на обуви спортсменов в гранулированный наполнитель свободные частицы смещаются и перемещаются подобно натуральному грунту. В то же время вертикальные ленты искусственной травы спутываются со свободными частицами и шипами, чтобы снизить или предотвратить скольжение. Без искусственных лент свободные частицы значительно затрудняли бы бег, как по поверхности сухого песочного пляжа, при этом плотность мата из волокон удерживает шипы, предотвращая высвобождение и возможное повреждение людей.

Поэтому комбинированная структура вертикальных лент и наполнителя в виде свободных частиц должна быть сбалансирована или оптимизирована для обеспечения желаемой игровой поверхности, когда ленты плотно уложены вместе, шипы не могут высвобождаться правильным образом, а когда ленты разнесены слишком далеко, невозможны достаточное сцепление и стабильность. Вследствие высокой стоимости установки искусственной травы и риска повреждения для высококвалифицированных и высокооплачиваемых спортсменов, требуются предсказуемые и воспроизводимые эксплуатационные качества искусственной травы.

Искусственные травяные поверхности также были выполнены с наполнителем, по существу, только из резины. Частицы резины являются относительно легкими, и измельченные частицы имеют волокнистые поверхности, которые задерживают пузырьки воздуха. В результате, при затоплении частицы резины некоторых традиционных систем всплывали на поверхность воды, дренируемой с искусственной травяной поверхности. Частицы резины выводятся или перемещаются, приводя к образованию областей искусственной травы, которые имеют уменьшенную толщину наполнителя. Отсутствие равномерной толщины наполнителя и упругости по поверхности может привести к травмам и ответственности собственника площадки для спортивных состязаний.

Несмотря на несколько различных композиций лент, и песочного наполнителя, и волокнистых структур в уровне техники, несколько значительных недостатков остаются, как указано выше.

Задача настоящего изобретения состоит в создании наполнителя, который будет сохранять свои свойства при использовании без существенного отделения или уплотнения наполнителя и уменьшенной потребности в периодической обработке поверхности щеткой.

Еще одна задача изобретения состоит в повышении упругости и снижении абразивных свойств традиционных гранулированных наполнителей, заполняющих промежутки между лентами искусственной травы, при этом шипы спортивной обуви могут правильно высвобождаться без серьезного риска повреждения.

Еще одна задача изобретения состоит в устранении распыления частиц песка и нежелательного видимого песка на поверхности наполнителя.

Изобретение обеспечивает новую искусственную травяную структуру для установки на

Ί поддерживающем грунтовом субстрате для образования поверхности, которая объединяет внешний вид и ощущение натурального дерна с сопротивлением износу искусственной травы. Хотя в описании использованы в качестве примера игровые площадки, изобретение в равной степени можно применять для любой области, подходящей для травяного покрытия, такой как ландшафтные области с интенсивным движением, дороги и центральные полосы автострад, комнатные сады или газоны для гольфа и поверхности для конной езды.

Травяная структура включает ворсовую ткань с гибкой листовой подложкой и ряды вертикальных искусственных лент, представляющих собой травинки, продолжающихся вверх от верхней поверхности подложки. Один слой наполнителя из слоев двух видов материала в виде частиц промежуточно расположен между вертикальными лентами на верхней поверхности подложки и на глубине менее длины лент.

Ленты выступают из водопроницаемой тканевой подложки и имеют прерывистые продольные щели с заданным рисунком. В процессе установки наполнителя ленты слегка чистят щеткой, чтобы вернуть их в вертикальное положение из исходного положения в виде мата, которое получают в результате сжатия лент вследствие сворачивания ворсовой ткани при транспортировке и хранении после их производства. Ленты могут иметь ширину около одного дюйма с несколькими рядами щелей по их ширине. Легкая обработка щеткой стремится открыть нижний участок лент и открыто продолжить щели с образованием соединенных поперечно нитей, расположенных в сетчатой структуре, опутывающей окружающий наполнительный материал в виде частиц. Как только весь наполнитель установлен, верхнюю часть лент, продолжающуюся над слоем наполнителя, интенсивно обрабатывают щеткой. Ленты продольно расщепляются при обработке щеткой вдоль щелей на несколько отдельных свободно стоящих нитей меньшей ширины, подобно травинкам.

Данное изобретение обнаружило, что гранулированный наполнитель представляет собой динамическую систему непрерывно перемещающихся твердых и упругих частиц различных размеров и с различными физическими свойствами под действием удара и вибрации при игре, уходе за поверхностью и погодных условиях. Изобретение обеспечивает такую динамическую активность несколькими способами.

Верхняя поверхность поддерживается, по существу, свободной от песка при использовании верхнего слоя частиц чистой резины из относительно больших частиц, предпочтительно по существу крупнее частиц в нижнем слое. Любые более мелкие частицы песка, которые перемещаются к верхней поверхности при перемещающем действии шипов, затем будут спо собны просачиваться через промежутки между более крупными частицами верхней поверхности вниз, обратно к нижнему слою, под действием воды, вибрации и силы тяжести. Нижний слой песка и резины, смешанных вместе, расположен под верхним слоем чистой резины для придания дополнительной упругости, дренажа влаги и в качестве балласта для стабилизации тканевой подложки.

Частицы имеют, по существу, сферические формы, чтобы снизить контактное трение между частицами, улучшить дренирование и предотвратить сжатие. Сферическая форма снижает сопротивление перемещению частиц и поэтому снижает степень сжатия по сравнению с традиционными угловатыми частицами. В смысле стандарта сферичности по шкале Крумбайна, известного специалистам в данной области, формы частиц находятся в широких пределах от 0,5 до 0,99, но предпочтительно в пределах между 0,6 и 0,9, являясь хорошо закругленными или, по существу, сферическими.

Распределение размера частиц для твердых частиц песка и упругих частиц резины в нижнем слое выбирают так, что они, по существу, идентичны друг другу, и предпочтительно размеры частиц ограничены для поверхностей спортивных площадок в переделах 14-30 меш стандартных единиц сита. Чтобы соответствовать другим применениям поверхностей искусственной травы, размер частиц может находиться в диапазоне от 0,5 дюйма до 50 меш стандартных единиц сита. Более крупные частицы, до около 0,25 дюйма, можно использовать для применений на площадках для конной езды, но эти крупные частицы являются также слишком абразивными для контакта с кожей человека. Частицы, меньшие чем 50 меш стандартных единиц сита, приводят к образованию пыли, а также к нежелательному сжатию, пониженной скорости протекания воды и отделению частиц. Частицы грунта в таком диапазоне размеров, получающиеся естественным путем, классифицируют как частицы песка среднего размера, крупного размера и мелкий гравий.

Под выражением «по существу, идентичное» распределение размеров подразумевается, что, когда нижний слой наполнителя анализируют посредством традиционного лабораторного ситового анализа грунта и графически представляют на стандартном полулогарифмическом графике ситового анализа (ось Υ показывает 0100 вес.%, проходящих по размеру через сито, или более мелких, а ось Х логарифмически показывает размер сита/частиц), линия для твердых частиц и линия для упругих частиц идеально накладываются друг на друга в значительной степени. Поэтому твердые и упругие частицы имеют, по существу, равные размеры частиц и распределение размеров частиц является, по существу, одинаковым.

Графики, полученные при стандартном ситовом анализе, по характеру представляют собой неточные «грубые» измерения, поскольку природные грунты значительно отличаются по всей поверхности, например, строительной площадки. Графики ситового анализа, в общем, не показывают наибольший 10% и наименьший 10% размеры частиц, поскольку эти экстремумы считают статистически незначительными вследствие естественных изменений размеров частиц грунта.

Поэтому традиционно рассматривают только средние 80% частиц при тестировании размеров частиц грунта в ситовом анализе.

Применяя эту практику к изобретению научным или численным способом, когда размеры 80 вес.% твердых и упругих частиц в нижнем слое распределяются в диапазоне, охватывающем численную разницу 40 меш единиц стандартного сита, распределение размера частиц считают, по существу, идентичным или очень хорошо отсортированным. Поскольку песок и резину можно сортировать согласно желаемым требованиям, предпочтительно численная разница составляет даже менее 20 меш единиц стандартного сита для производства более равномерного наполнителя. Например, полностью сферические стеклянные шарики имели бы численную разницу, стремящуюся к нулю. Однако, поскольку песок является веществом, получаемым естественным путем, образованным при разрушении камней, распределение размера частиц и сферичность значительно меняются. Численная разница 20 меш стандартных единиц сита может привести, например, к распределению частиц между 10 и 30 для поверхностей для конной езды или между 20 и 40 для поверхностей площадок для спортивных состязаний.

На практике самым недорогим материалом в виде твердых частиц обычно является песок, который находят в природных сегрегационных месторождениях и/или механически сортируют для соответствия различным общим строительным применениям, таким как использование в бетонных смесях и при строительстве дорог. Требование к песку, используемому для установки искусственной травы, является относительно простым, и поэтому, если дизайн требует распределения размера частиц специально отделенного или сортированного песка, стоимость такого материала несколько возрастет.

При выборе особых материалов, используемых в любом месте, предпочтительно использовать любой приемлемый песок, легко доступный вблизи места использования. Это довольно простой прием, когда при покупке упругих фракций определяют желаемое распределение размеров упругих частиц, так чтобы оно находилось в вышеописанном диапазоне и соответствовало измеренному распределению размеров частиц песка. Упругие частицы должны быть обработаны, измельчены и удалены от места производства независимо от того, где расположено место их использования. Предельная стоимость производства упругих частиц с распределением размеров частиц, соответствующим распределению размеров частиц песка, является относительно невысокой по сравнению с альтернативной стоимостью сортировки распределения размеров частиц песка для соответствия упругим частицам.

При производстве упругих частиц для соответствия распределению размеров легко доступного песка в месте использования нижний слой наполнителя со смешанными частицами песка и резины равнораспределенных размеров обеспечит преимущество значительно уменьшенного оседания и отделения смеси частиц при эксплуатации.

Напротив, традиционные смеси упругих частиц, по существу, имеют значительно более крупные частицы, чем имеющийся отсортированный песок. В результате, более легкие и крупные упругие частицы перемещаются вверх, а более тяжелые и мелкие частицы песка перемещаются вниз под совместным действием силы тяжести, вибрации, дождя и протекающей вниз воды. Отделение частиц разных размеров приведет к потере оптимального уплотнения и неравномерному сцеплению в традиционных смешанных слоях наполнителя.

Было обнаружено, что отделение твердых и упругих частиц в смешанном нижнем слое можно предотвратить или существенно снизить посредством (1) выбора твердых и упругих частиц с равным или, по существу, идентичным распределением размеров, (2) выбора относительно узкого диапазона размеров частиц, и (3) выбора частиц, по существу, сферической формы как для твердых, так и для упругих частиц. Минимальное изменение размера частиц препятствует уплотнению, поскольку не имеется относительно мелких частиц для заполнения промежутков между более крупными частицами, когда все частицы имеют, по существу, равный размер. Сферические формы снижают сопротивление перемещению между частицами и снижают стремление смежных частиц к сцеплению вместе.

Разволокненные искусственные ленты, напоминающие траву, на верхней поверхности стремятся удерживать относительно большие верхние частицы резины в свободно сетчатой гибкой структуре. Свободная перекрестная сетка разволокненных волокон также позволяет смещенным частицам резины возвращаться обратно в нижележащий верхний резиновый слой, когда по частицам и искусственным лентам проходят ногами. Комбинация чистого верхнего резинового слоя и сети разволокненных лент обеспечивает хороший внешний вид и придает ощущение поверхности натурального дерна.

Искусственные ленты между тканевой подложкой и верхним слоем обеспечивают сте пень сопротивления смещению частиц в смешанном нижнем слое посредством формирования открытой сетки или сетчатой структуры вертикально ориентированных нитей, соединенных по бокам. Смешанный нижний слой из песка и резины обеспечивает жесткую упругую опору для относительно тонкого верхнего резинового слоя. Содержание песка в смешанном слое, в частности, обеспечивает необходимый вес для балласта и улучшенный дренаж благодаря капиллярному воздействию песка.

Относительно тонкий верхний слой, который непосредственно контактирует с телом спортсмена, имеет высокую упругость при возникновении физического контакта и приводит к легкому царапанию кожи благодаря исключительному использованию резины. Содержание песка в смешанном нижнем слое обеспечивает балластный вес для удерживания травы на месте и для быстрого дренирования поверхности. Дренирование особенно необходимо там, где существует риск замораживания, и при холодном климате может требоваться выбор более грубой смеси для улучшенного дренажа. Упругие частицы в смешанном слое также обеспечивают упругость для нижней поверхности, в дополнение к упругости верхней поверхности, обеспеченной верхним слоем.

Выбор твердых и упругих частиц с, по существу, равным распределением размеров, по существу, снижает сжатие и снижает требования к уходу. Верхний слой чистой резины также будет оставаться, по существу, свободным от песка благодаря выбору размеров частиц. Песок может перемещаться из смешанного нижнего слоя к поверхности верхнего слоя посредством перемешивания, вызванного контактированием с шипами обуви игроков в процессе игры или тренировки, таким же образом, как традиционный грунт распределяется при этом воздействии. Однако размер частиц песка выбирают так, чтобы он был меньше размера резиновых частиц в верхнем слое. Смывание вниз смещенных частиц песка посредством дождевой воды, стекающей через верхнюю упругую поверхность, или при вибрации и перемешивании при хождении возвращает мелкие частицы песка в нижний слой, откуда они переместились.

Двухслойное размещение только с резиной в верхнем слое и смешанным песком и резиной в нижнем слое обеспечивает упругую поверхность с более низкой стоимостью и уменьшенной толщиной, чем традиционные способы, такие как описаные в патенте США 4337283, Наа8, и патенте США 4396653, Тотали. Слои наполнителя уровня техники с крупными и мелкими частицами стремятся к сжатию или уплотнению в более жесткую плотную поверхность. Данное изобретение сохраняет их упругость даже при использовании в тонких слоях, поскольку верхний слой состоит из чистых резиновых гранул, а смешанный нижний слой не стремится к отде лению или уплотнению. Таким образом, создается более предсказуемая длительная упругость.

Искусственные ленты могут производиться и устанавливаться на тканевую подложку. Предпочтительно расщеплять ленты с относительно короткими продольными щелями, разнесенными по ширине лент. Тогда после установки наполнителя верхняя часть искусственных лент разволокняется, расщепляется или растрепывается вертикально на месте посредством обработки установленной поверхности щеткой. Ленты при производстве имеют ориентированную структуру, и поэтому интенсивная обработка щеткой верхней поверхности стремится разорвать или расщепить ленты на более тонкие нити, напоминающие травинки, посредством продольного продолжения щелей с образованием плотно уложенных отдельных нитей, напоминающих травинки.

При обработке лент щеткой и расщеплении на месте посредством щетки верхние части лент растрепываются или расщепляются в тонкие нити, напоминающие травинки, при этом нижние части остаются неповрежденными и только открыто растягиваются в растянутое полотно, сетку или сетчатую структуру в большей степени, чем при исходной установке волокон в подложку. Непосредственное преимущество этой сетчатой структуры состоит в стабилизации наполнителя в виде частиц посредством перемешивания частиц между разволокненными нитями, напоминающими травинки, и в растянутой волокнистой структуре типа полотна. Нижняя часть типа полотна стабилизирует наполнитель, а верхняя часть, напоминающая траву, способствует прониканию и высвобождению шипов, прониканию и просачиванию осадков, добавляет легкую поверхностную упругость благодаря изогнутым нитям, напоминающим травинки, и удерживает крупные упругие частицы верхнего слоя в травяной сетчатой структуре.

Разволокнение волокон на месте также позволяет создать более плотное покрытие верхней поверхности нитей, напоминающих траву. Относительно широкие ленты с короткими щелевыми отверстиями, как исходно установлено, могут быть разнесены на достаточное расстояние для размещения гранулированного наполнителя между лентами. Когда наполнитель полностью установлен, обработка щеткой широко разнесенных лент расщепляет их на более тонкие нити, напоминающие травинки, которые заполняют промежуток между лентами и лучше покрывают верхнюю поверхность гранулированного наполнителя. Плотная сетка перекрестных разволокненных нитей содержит большой верхний слой резиновых гранул, при этом допуская проникание шипов и дренирование воды. Расщепленные нити улучшают травяное нитяное покрытие видимой поверхности при более низкой стоимости. При применениях, не ориен тированных на спортивные использования, таких как ландшафтные или декоративные применения, можно использовать менее плотное распределение волокон, обеспечивающее более низкую стоимость для покрытия, выглядящего как традиционный близко разнесенный искусственный газон.

Детали и преимущества изобретения поясняются ниже в описании со ссылками на чертежи.

Чтобы изобретение было более понятно, один предпочтительный вариант выполнения будет описан путем примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, где фиг. 1 - вид в сечении искусственной травяной структуры с установленным наполнителем, показывающий гибкую листовую подложку с вертикальными лентами и слой наполнителя, расположенный на верхнем слое резиновых гранул относительно высокой упругости и нижнем слое из смешанных твердых гранул песка и упругих гранул резины с идентичным меньшим распределением размеров частиц;

фиг. 2 - аналогичный вид в сечении, показывающий конечную конфигурацию нитей, напоминающих травинки, слегка изогнутых в результате интенсивной обработки щеткой для дальнейшего разволокнения концов лент;

фиг. 3 - вид сбоку искусственной ленты при производстве со множеством коротких продольных щелевых отверстий;

фиг. 4 - вид сбоку искусственной ленты, скрученной на нижнем конце для установки в тканевую подложку, и на верхнем конце поперечно растянутой для открывания структуры типа полотна, напоминающей травинки, которая является результатом поперечного растягивания и продольного удлинения щелей;

фиг. 5 - таблица, показывающая графическое изображение распределения размеров частиц при стандартных ситовых анализах слоев наполнителя; и фиг. 6 - таблица, показывающая визуальное изображение частиц, сортированных по шкале сферичности Крумбайна.

На фиг. 1 изображена искусственная травяная структура, состоящая из ворсовой ткани со слоем наполнителя в виде частиц, который установлен на поддерживающий грунтовый субстрат для создания поверхности игровой площадки.

Ворсовая ткань включает гибкую листовую подложку 1, которая может включать два или более слоев открытого тканого материала, один из которых может быть размерно стабильной сетчатой структурой, для предотвращения растягивания в процессе установки и использования. От верхней поверхности подложки 1 продолжается вверх множество вертикальных искусственных лент 2. Как изображено на фиг. 1, ленты 2 устанавливают посредством подложки 1, разнесенными рядами на расстоянии и длиной Ь. Длину Ь волокон выбирают в зависимости от общей глубины (5 плюс 6) наполнителя и желаемой упругости конечной искусственной травяной структуры.

Слой 3 наполнителя в виде частиц расположен промежуточно между вертикальными лентами 2 на поверхности подложки 1. Твердые частицы могут быть выбраны из любого количества общедоступных жестких гранул, таких как песок, жесткий заполнитель, кварцевый песок, гравий, шлак, гранулированный пластик и полимерные гранулы. Упругие гранулы могут быть выбраны из криогенно измельченной резины, резины, пробки, полимерных гранул, искусственного пенопласта, стирола, перлита, неопрена, измельченных покрышек и ΕΡΌΜ резины.

Слой наполнителя 3 состоит из верхнего слоя 6 и нижнего смешанного слоя 5. Смешанный нижний слой 5 состоит из смешанных твердых гранул песка и упругих гранул резины. Смесь выбирают на основе объемного распределения различных размеров твердых гранул и упругих гранул, которые являются, по существу, идентичными и находятся в пределах между 0,5 дюйма и 50 меш стандартных единиц сита. Предпочтительно диапазон размеров частиц ограничен, чтобы избежать небольших или мелких частиц, которые заполняют промежутки между более крупными частицами и обеспечивают уплотнение. Предпочтительный диапазон составляет между 14 и 30 меш стандартных единиц сита. В зависимости от применения диапазон размеров частиц в смешанном слое может быть ограничен до между 10-30, 15-30 или 20-40 меш стандартных единиц сита, как выбрано для соответствия параметрам структуры. Форма твердых и упругих гранул является, по существу, сферической, а не угловатой, как в уровне техники, чтобы дополнительно препятствовать уплотнению и осаждению.

Как показано на графике на фиг. 5, стандартный ситовый анализ показан в линейном масштабе по вертикальной оси «процент частиц, проходящих через ячейку сита» или альтернативно «% частиц меньшего размера» и по горизонтальной оси в логарифмическом масштабе, показывающей размер частиц и/или сита. Примерная линия, показанная на фиг. 5, указывает относительно равномерные смеси частиц с узким диапазоном размеров частиц. В идеальном случае, линия на фиг. 5 для распределения размеров частиц песка и линия для распределения размеров частиц резины являются идентичными и могли бы накладываться друг на друга. Однако в качестве примера вышеупомянутый диапазон 10-30 графически показан как заштрихованная область, в которой любая линия удовлетворяет требованиям ограничения этого размера частиц.

Верхний слой 6, по существу, состоит исключительно из упругих резиновых гранул.

Верхняя часть 7 искусственных лент 2 продолжается вверх от верхней поверхности 8 верхнего слоя 6. Полученная искусственная травяная поверхность может быть приспособлена для некоторых комнатных и наружных применений, таких как площадки для спортивных состязаний, площадки для скачек, игровые площадки, ландшафтные области и зоны отдыха.

Для укладки двойных слоев щетки проходят по подложке со смешанным песочным и резиновым материалом несколько раз, чтобы гарантировать вертикальное расположение лент при размещении в наполнителе и предотвратить их погружение под наполнитель, а также дополнительно немного растянуть ленты для открывания щелей и образования сетчатой структуры, которая стабилизирует наполнитель, предотвращая чрезмерное смещение частиц наполнителя после укладки. После укладки смешанного нижнего слоя наполнителя в качестве упругого верхнего слоя размещают материал в виде, по существу, чистых резиновых частиц.

Для укладки нижнего слоя можно использовать разбрасыватель, после чего поверхность обрабатывают щеткой для поднятия ворса ворсовой ткани и приведения лент 2, по существу, в вертикальное положение перед укладкой верхнего слоя 6. После размещения каждого слоя необходимо обработать поверхность щеткой и поднять ленты в вертикальное положение, как показано на чертежах.

Может быть предпочтительно, что после укладки верхнего слоя 6 верхняя часть 7 искусственных лент 2 дополнительно разволокняется посредством интенсивной обработки поверхности щеткой. В этой операции происходит расщепление верхних частей 7 и распространение нитей равномерно по верхней поверхности 8. Ширина лент 2, полученная при производстве, является относительно широкой, такой как 1 дюйм, и операция обработки щеткой на месте дополнительно расщепляет ленты, продольно открывая щели и образуя более тонкие нити, напоминающие траву с меньшей шириной, как показано. Верхние концы лент 2 обрабатывают щеткой более интенсивно для достижения следующих преимуществ по сравнению со способами уровня техники. Покрытие разволокненных верхних частей 7 сцепляет концы лент в свободную сетку, которая обеспечивает более реалистичную имитацию внешнего вида натуральной травы. Разволокненные концы придают небольшую упругость, поскольку слегка поднимаются, или торчат, или более точно имитируют упругость натуральной травы при отскакивании мячей в процессе игры от законченной поверхности. Наклоненные концы также маскируют резиновые крошки верхнего слоя, удерживают мелкие частицы на месте и допускают перемещение смещенных частиц туда и обратно между верхним слоем 6 и верхней стороной разволокненных лент 2. Посредством расщепления или разволокнения концов лент 2 образуется меньшее поверхностное натяжение, и вода легче проникает через верхнюю поверхность 8 и дренируется через нижний слой 5.

Ленты 2 включают верхнюю структуру из множества нитей, напоминающих траву, разволокненных на месте, и растянутую нижнюю структуру типа полотна, остающуюся, по существу, в своем исходном состоянии, но механически растянутую в сетчатую структуру вследствие взаимодействия с наполнителем при его укладке. Ленты могут быть выбраны из волокон, таких как полипропилен, полиэтилен, нейлон и пластик. Смесь толстых и тонких разволокненных нитей имитирует более естественный внешний вид и заставляет мяч катиться более предсказуемым образом в зависимости от сопротивления волокон мячу в процессе игры. Модификация ширины и плотности лент в траве также изменяет характеристики качения мяча.

Ленты при исходной установке в тканевой подложке могут иметь ширину в пределах от 1 до 3 дюймов и при разволокнении отдельных нитей, напоминающих траву, могут иметь ширину в пределах от 1 до 15 мм (приблизительно от 1/8 до 1/2 дюйма). В единицах измерения, используемых в данной области, нити находятся в пределах от 800 до 5000 Денье, а толщина лент и нитей находится в пределах предпочтительно от 45 до 200 мкм (μ).

При проведении эксперимента было обнаружено, что размер и форма твердых гранул и упругих гранул оказывают значительное влияние на эксплуатационные характеристики дерна. Также было обнаружено, что разнесение лент и изменение глубины наполнителя может оказывать сильное воздействие на эксплуатационные качества искусственной травяной структуры.

Размеры твердых и упругих частиц должны находиться в пределах между 0,5 дюйма и 50 меш стандартных единиц сита США, однако, предпочтительны более узкие пределы 14-30, которые предотвращают риск уплотнения. Твердые гранулы, превышающие 14 меш стандартных единиц сита, при непосредственном контакте могут восприниматься пользователями площадок для спортивных состязаний как чтото царапающее. Однако, поскольку волокна над верхней поверхностью стремятся изогнуться и защищают пользователя от непосредственного контакта с изогнутым упругим волокнистым матом из искусственных волокон, можно использовать некоторое количество более крупных частиц, не воспринимая эти частицы как царапающие. Частицы менее 50 меш стандартных единиц сита будут препятствовать протеканию воды и оказывать негативное воздействие на дренажные характеристики слоя 3 наполнителя в относительно влажном климате. В сухом климате использование более мелких частиц может быть желательно для поддержания оптимального содержания влаги для оптимального уровня уплотнения и упругости. Более крупные упругие частицы (такие как 14 меш стандартных единиц сита) можно использовать там, где предполагается контактирование кожи с поверхностью и возможное царапание вследствие природы спортивной деятельности. Предпочтительно песок промывают и сортируют для удаления, по существу, всех мелких частиц, размером менее 50 меш.

Естественная тенденция крупных, относительно легких резиновых частиц к перемещению вверх и, дополнительно, стремление более мелких и тяжелых частиц песка к перемещению вниз слоя 3 наполнителя снижаются при использовании частиц равных размеров. Перемещение частиц также уменьшается посредством взаимодействия с искусственной ленточной структурой типа полотна и при использовании частиц сферической формы. Нижний слой наполнителя сохраняет свою исходную смесь частиц песка и резины равного размера благодаря выбору, по существу, идентичных размеров частиц и препятствию к перемещению частиц, возникающему вследствие контакта структуры лент типа полотна с нижним слоем наполнителя. Эти характеристики наполнителя мешают уплотнению и поддерживают равномерную предсказуемую упругость наполнителя.

С помощью упругого верхнего слоя 6 из чистой резины упругость обеспечивается на поверхности контакта, где достижение упругости действительно необходимо. Предпочтительно размер частиц резины в верхнем слое 6 наполнителя превышает размеры частиц песка и упругих частиц в нижнем слое 5. Более крупные частицы верхнего слоя позволяют мелким частицам нижнего слоя падать вниз через промежутки между крупными частицами, и, в результате, композиции размеров частиц слоев остаются разными. Упругость конечного слоя наполнителя можно точно регулировать посредством проверки упругости на поверхности, и постепенного разбрасывания частиц резины для минимального увеличения толщины верхнего слоя 6, и достижения желаемой упругости конечного верхнего слоя.

Искусственные ленты предпочтительно расположены рядами, разнесенными на выбранное минимальное расстояние В зависимости от желаемой жесткости и степени свободы, требуемой для шипов (обуви), для поворота при различных спортивных состязаниях, расстояние может изменяться между 2,25 дюйма и 0,625 дюйма или ниже. Более близкое расстояние обеспечивает более жесткую опору для наполнителя 3, при этом более широкое расстояние допускает более легкое поворачивание углубленных шипов.

Глубина слоя 3 наполнителя относительно длины Ь искусственных лент может меняться от 90 до 40%, однако, предпочтительный диапазон для большинства применений составит от 85 или 80 до 70%. Например, когда длина лент Ь составляет 2 дюйма, глубина наполнителя равна 75%, то есть 1,5 дюйма (2,0х0,75=1,5), при этом оставшиеся 0,5 дюйма ленты продолжаются над верхней поверхностью наполнителя.

Хотя приведенное выше описание и сопровождающие чертежи относятся к конкретному предпочтительному варианту выполнения, очевидно, что изобретение в его широком смысле включает механические и функциональные эквиваленты описанных и показанных элементов.

Claims (21)

1. Искусственная травяная структура для установки на поддерживающем субстрате, содержащая ворсовую ткань с гибкой листовой подложкой и множество вертикальных искусственных лент выбранной длины, причем ленты продолжаются вверх от верхней поверхности подложки;

слой наполнителя из материала в виде частиц, промежуточно расположенный между вертикальными лентами на верхней поверхности подложки и на глубине менее длины лент, при этом материал в виде частиц выбран из группы, состоящей из твердых и упругих гранул, при этом слой наполнителя содержит нижний слой перемешанных твердых и упругих гранул, по существу, с одинаковым распределением размеров, расположенный на верхней поверхности подложки; и верхний слой, по существу, исключительно из упругих гранул, расположенный на нижнем слое, причем верхний участок искусственных лент продолжается вверх от верхней поверхности верхнего слоя.

2. Искусственная травяная структура по п.1, в которой упругие гранулы в верхнем слое крупнее упругих гранул в нижнем слое.

3. Искусственная травяная структура по п.1 или 2, в которой твердые гранулы и упругие гранулы в нижнем слое имеют форму со сферичностью в пределах от 0,5 до 0,99 по шкале Крумбайна.

4. Искусственная травяная структура по п.3, в которой твердые гранулы и упругие гранулы в нижнем слое находятся в диапазоне от 0,6 до 0,9 по шкале Крумбайна.

5. Искусственная травяная структура по любому из пп.1-4, в которой упругие гранулы выбраны из группы, состоящей из криогенно измельченной резины, резины, пробки, полимерных гранул, искусственного пенопласта, стирола, перлита, неопрена и ΕΡΌΜ резины.

6. Искусственная травяная структура по любому из пп.1-5, в которой твердые гранулы выбраны из группы, состоящей из песка, твердого заполнителя, кварцевого песка, гравия, шлака, гранулированного пластика и полимерных гранул.

7. Искусственная травяная структура по любому из пп.1-6, в которой материал в виде частиц наполнителя содержит гранулы с размером в диапазоне между 0,5 дюйма максимального номинального диаметра и 50 меш стандартных единиц сита.

8. Искусственная травяная структура по п.7, в которой размер 80 вес.% твердых гранул и упругих гранул в нижнем слое распределен в пределах, охватывающих числовую разницу в 40 меш стандартных единиц сита.

9. Искусственная травяная структура по п.8, в которой размер 80 вес.% твердых гранул и упругих гранул в нижнем слое распределен в пределах, охватывающих числовую разницу в 20 меш стандартных единиц сита.

10. Искусственная травяная структура для установки на поддерживающем субстрате, содержащая ворсовую ткань с гибкой листовой подложкой и множество вертикальных искусственных лент выбранной длины, причем ленты продолжаются вверх от верхней поверхности подложки;

слой наполнителя из материала в виде частиц, промежуточно расположенный между вертикальными лентами на верхней поверхности подложки и на глубине менее длины лент, при этом материал в виде частиц выбран из группы, состоящей из твердых и упругих гранул, при этом искусственные ленты продольно периодически расщеплены с заданным рисунком щелей;

причем верхняя часть лент продолжается над слоем наполнителя и продольно расщеплена на отдельные, свободно расположенные нити выбранной ширины для имитации травинок; а в нижней части лент щели открыто продолжаются с образованием соединенных поперечно нитей, расположенных в сетчатой структуре, опутывающей окружающий наполнительный материал в виде частиц.

11. Искусственная травяная структура по п.1, в которой искусственные ленты расположены рядами, разнесенными на выбранное минимальное расстояние.

12. Искусственная травяная структура по п.11, в которой максимальное расстояние между рядами искусственных лент, выступающих из тканевой подложки, составляет 2,25 дюйма.

13. Искусственная травяная структура по п.12, в которой максимальное расстояние между рядами искусственных лент, выступающих из тканевой подложки, составляет 1,0 дюйм.

14. Искусственная травяная структура по п.13, в которой максимальное расстояние между рядами искусственных лент, выступающих из тканевой подложки, составляет 0,65 дюйма.

15. Искусственная травяная структура по п.1, в которой глубина слоя наполнителя находится в пределах от 90 до 40% длины искусственных лент.

16. Искусственная травяная структура по п.15, в которой глубина слоя наполнителя находится в пределах от 85 до 55% длины искусственных лент.

17. Искусственная травяная структура по п.16, в которой глубина слоя наполнителя находится в пределах от 80 до 70% длины искусственных лент.

18. Искусственная травяная структура по п.1, в которой искусственные ленты являются волокнами, выбранными из группы, состоящей из полипропилена, полиэтилена, нейлона и пластика.

19. Искусственная травяная структура по п.1, в которой верхняя часть искусственных лент разветвлена на отдельные нити шириной в пределах от 1,0 до 15,0 мм.

20. Искусственная травяная структура по п.1, в которой искусственные ленты имеют толщину в пределах от 45 до 200 мкм.

21. Искусственная травяная структура для установки на поддерживающем субстрате, содержащая ворсовую ткань с гибкой листовой подложкой и множество вертикальных искусственных лент выбранной длины, причем ленты продолжаются вверх от верхней поверхности подложки; причем подложка и эта ворсовая ткань выполнены с возможностью приема наполнителя из материала в виде частиц, заполняющего промежутки на участке лент выбранной длины;

при этом искусственные ленты продольно периодически расщеплены с заданным рисунком щелей;

причем верхняя часть лент продолжается над слоем наполнителя и продольно расщеплена на отдельные свободно расположенные нити выбранной ширины для имитации травинок; а в нижней части лент щели открыто продолжаются с образованием соединенных поперечно нитей, расположенных в сетчатой структуре, опутывающей окружающий наполнительный материал в виде частиц.