JP2001020139A - 人工芝糸および人工芝生 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新たに設備を導入することなく、従来の糸製
造設備をそのまま使用して、耐摩耗性および耐へたり性
の良好な人工芝糸を低コストで得る。 【解決手段】 人工芝生１０を構成する人工芝糸１２の
素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部に対して１
〜３００重量部のゴムが配合された樹脂材を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人工芝生の基本的構
成要素としての人工芝糸に関し、さらに詳しく言えば、
芝面に対して良好な耐摩耗性や耐へたり性などを持たせ
ることができる人工芝糸に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人工芝生は、天然芝生に比べて殆どメン
テナンスフリーで連続使用に耐えられることから、近年
急速に普及してきている。その間、数多くの改良がなさ
れ、様々な形態の人工芝生が数多く提案されている。

【０００３】その一つとして、天然芝に近い自然な接地
感が得られるように、芝目内に砂などの充填材を充填し
たいわゆる砂入り人工芝がある。また、人体に対する衝
撃を緩和して安全性を高めるため、下地と人工芝生との
間に弾性マットや弾性チップを配置したり、人工芝糸に
弾性繊維などを用いたりして、芝面に弾力性を付与する
ようにしたものもある。

【０００４】さらには、経時的変化を抑制して耐久性を
高めるため、３次元立体構造のパイルを採用したり、素
材をポリプロピレン主体のものからナイロンやポリエチ
レンにしたり、その他の各種共重合系のパイル糸に変更
することも行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の改良はまだ十分でなく、未だ解決すべき課題が残され
ている。その一つとして、いかにしたら人工芝生に良好
な弾力性を付与し得るかという課題がある。

【０００６】この課題解決のため、本出願人は特開平１
１−９３１１２号公報において、人工芝糸に例えばスパ
ンデックス（弾性繊維）などを用いて、人工芝糸自体に
弾力性を持たせることを提案したが、その後さらに検討
を進めていく過程で、本発明者らは人工芝糸にゴム的な
弾力性を付与することにより、人工芝の摩耗やへたりを
効果的に抑制できるとの知見を得た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、ゴム的な弾力性を有しながらも、従来と同じ工程
で、かつ、同程度のコストで製造することができる耐久
性および耐へたり性の優れた人工芝糸および同人工芝糸
によって構成された人工芝生を提供することにある。

【０００８】本発明によれば、この目的は、シート状基
材に植設されて人工芝生を構成する人工芝糸において、
その素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部に対し
て１〜３００重量部のゴムが配合された樹脂材を用いる
ことにより達成される。この樹脂材において、配合され
たゴム材はその大部分が架橋されている。また、百分比
で言えば、熱可塑性ポリマー：ゴム＝約９９／１〜２５
／７５程度である。

【０００９】本発明において、熱可塑性ポリマーがオレ
フィン系樹脂であり、ゴムがジエン系のゴムであること
が好ましい。これによれば、化学的安定性がきわめて良
好であるとともに、物理的特性として弾力性、耐座屈疲
労性および回復性にも優れたものが得られる。また、樹
脂およびゴムともに汎用されているため低コストでもあ
る。

【００１０】熱可塑性ポリマーの一部もしくは全部がナ
イロンであってもよい。これによれば、ナイロンが有す
る優れた弾力性（耐座屈性）および耐熱性が活かされ
る。

【００１１】また、ゴムが動的加硫により熱可塑性ポリ
マー内に微分散されていることも、本発明の特徴の一つ
である。すなわち、熱可塑性ポリマーと未加硫ゴムを高
せん断下で混練りしながらゴムを加硫することにより、
熱可塑性ポリマー内にゴムを微分散することができる。
この動的加硫は、従来と同様の２軸押出機もしくは混練
機にて行なえる。

【００１２】本発明によれば、上記のようなゴム的な弾
力性を有する人工芝糸をシート状基材に多数植設するこ
とにより、耐久性および耐へたり性の優れた人工芝生が
得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、図１の模式図に示されてい
るように、人工芝生１０はシート状基材１１に多数の人
工芝糸１２をタフティング装置にて植設することにより
基本的に構成される。

【００１４】シート状基材１１には各種繊維やフィルム
状織物、ネット状など様々なものが使用可能であるが、
ポリプロピレンなどの平織り基布が好ましく採用され
る。また、シート状基材１１の裏面には人工芝糸１２を
シート状基材１１に固定するためのバッキング材１３が
塗布される。シート状基材１１およびバッキング材１３
に特に制限はない。また、必要に応じて、芝目内に砂や
弾性粒体などの充填材１４が入れられてもよい。

【００１５】本発明によると、人工芝糸１２は、熱可塑
性ポリマー内にゴムを微分散させた樹脂により形成され
る。その配合比は、熱可塑性ポリマー１００重量部に対
してゴム１〜３００重量部である。

【００１６】熱可塑性ポリマーには、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリ塩
化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）、エチレン−エチルアクリレート（ＥＥＡ）、エ
チレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリブチレンテレフタレ
ート（ＰＢＴ）、ポリエステル、ナイロン６およびナイ
ロン６６などの各種ナイロン系樹脂などの熱可塑性樹脂
の他に、熱可塑性エラストマーが含まれるが、本発明で
は、ポリマーとして単独で熱可塑性を示すものを熱可塑
性ポリマーとして扱う。

【００１７】熱可塑性樹脂の内、汎用樹脂であり化学的
安定性が良好である点から、オレフィン系樹脂が好まし
く採用されるが、これには次の２相構造物、すなわち
（硬質相：ＰＥ（結晶）、軟質相：ＥＶＡ，ＥＥＡ，Ｃ
ＰＥ）、（硬質相：ＰＥ（結晶）、イオンクラスター…
イオノマー、軟質相：非晶ＰＥ）、（硬質相：ｓｙｎｄ
ｌ，２−ＰＢ（結晶）、軟質相：非晶ＰＢ）が含まれ
る。

【００１８】本発明で使用可能な熱可塑性エラストマー
は動的架橋タイプ以外のものであって、例えばスチレン
系（硬質相：ＰＳ（ガラス）、軟質相：ＢＲ，ＩＲ，水
素添加ＢＲ（ＳＥＢＳ），水素添加ＩＲ（ＳＥＰ
Ｓ））、エステル系（硬質相：ポリエステル（結晶）、
軟質相：ポリエーテル，ポリエステル）、ウレタン系
（硬質相：ポリウレタン（結晶、水素結合）、軟質相：
ポリエーテル，ポリエステル）、アミド系（硬質相：ポ
リアミド（結晶、水素結合）、軟質相：ポリエーテル，
ポリエステル）などが使用可能である。

【００１９】また、ＳＢＳ（スチレン−ブタジエン−ス
チレン共重合体）に代表される硬質相が軟質連続相内に
分散したミクロ相分散構造のものも熱可塑性エラストマ
ーとして使用可能である。ＳＢＳは、直径数百オングス
トロームのスチレンドメイン（硬質相）がブタジエン連
続相（軟質相）中に分散したミクロ相分散構造を有し、
常温ではスチレンドメインが物理的に架橋点として作用
するためゴム弾性が発現する。

【００２０】なお、ＳＢＳ，ＳＩＳ（スチレン−イソプ
レン−スチレン）などの二重結合をもつ熱可塑性エラス
トマーは、人工芝糸を製造する際もしくはマスターバッ
チ（糸の材料ペレット）を製造する際に架橋剤で架橋す
ることができる。したがって、本発明では、架橋された
ものはゴム成分として扱う。

【００２１】これに対して、人工芝糸を製造する際に、
あらかじめ動的加硫されたマスターバッチとＳＢＳとを
混合して押出成形することがあるが、この場合にはほと
んどＳＢＳ自体は架橋しない。このような場合には、熱
可塑性ポリマー成分として扱う。

【００２２】本発明で使用されるゴム材としては、天然
ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンラバー（ＳＢ
Ｒ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤ
Ｍ）など各種のものが挙げられる。特に、架橋性の面で
はジエン系ゴムが好ましい。また、ゴムにオイルを含ま
せることも可能であり、これによれば、加工性がよくな
るとともに、芝面にすべり性を付与することができる。

【００２３】架橋剤には、硫黄、フェノール樹脂など種
々のものが使用可能である。樹脂架橋が加工安定性、耐
候性の点で有利である。

【００２４】この人工芝糸１２は、以下に説明する３通
りの方法によって製造される。第１の製造方法は動的加
硫法による。この製造方法においては、２軸押出機によ
る場合と、混練機による場合とがあるが、まず、図２に
より２軸押出機による場合について説明する。

【００２５】熱可塑性ポリマー（例えばポリプロピレン
（ＰＰ））と未加硫ゴム（例えばエチレン・プロピレン
・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ））、それに酸化亜鉛など
の活性剤および加硫剤を所定の配合比でドライブレンド
し、ホッパー２１から２軸押出機２２に連続的に投入す
る。

【００２６】２軸押出機２２内は電気ヒータ２３により
高温に加熱されているため、ＰＰとＥＰＤＭとが高せん
断下で溶融混練されながらＥＰＤＭが加硫されつつ、Ｐ
Ｐ内にＥＰＤＭが微分散され、ダイ２４から人工芝糸１
２が糸状に押し出され、延伸された状態で巻き取りロー
ル２５に巻き取られる。

【００２７】図示されていないが、混練機による場合に
は、ＰＰとＥＰＤＭとを一定の割合で混練機に投入し
て、１８０〜２５０℃で溶融混練しながら、加硫剤（硫
黄、加硫促進剤、パーオキサイドなど）を添加して混練
を続け、混練トルクが最大になった後、さらに２〜３分
間混練を続けることにより、結晶性のＰＰマトリックス
内に、ほぼ完全に加硫された直径数μｍのゴム粒子が分
散する。これを押し出して人工芝糸１２を得る。

【００２８】２軸押出機によるにしても、混練機による
にしても、軟質相（ＥＰＤＭ）が硬質相（ＰＰ）内に分
散しているため、高温では熱可塑性プラスチックと同じ
く可塑化されて容易に成形可能であるが、その成形物す
なわち人工芝糸１２は常温でゴム弾性を示す。

【００２９】第２の製造方法は、上記第１の製造方法に
よって得られた樹脂／ゴム成形物をペレット化したマス
ターバッチを用いる方法である。すなわち、この第２の
製造方法においては、ピュアな熱可塑性ポリマーとマス
ターバッチとを所定の割合で混合し、必要に応じて、こ
れに顔料や耐老化剤などを加えて図示しない押出機に投
入して人工芝糸１２を成形する。この場合、押出機中に
高せん断部は特に必要としない。

【００３０】第３の製造方法は、ピュアな熱可塑性ポリ
マーと加硫ゴム粉とを所定の割合でブレンドし、必要に
応じてこれに顔料や耐老化剤などを加えて、図示しない
押出機に投入して人工芝糸１２を成形する方法である。

【００３１】人工芝糸１２の形状は、ストレート、カー
ルなどが適宜選択可能である。繊維種としては長繊維、
短繊維のいずれでもよく、さらに製法別で言えば、モノ
フィラメント、マルチフィラメント、テープ状糸などが
例示される。また、スプリット加工、もしくは捲縮加工
などの後加工を施したものなど、任意の選択することが
できる。

【００３２】この人工芝糸１２は、人工芝生１０の全面
に使用されることがもっとも好ましいが、例えばテニス
コートのベースライン付近やサッカー場のゴールマウス
付近など使用が激しい部分にのみ使用することも可能で
ある。また、通常人工芝糸はその数本を一束としてシー
ト状基材１１に植設されるが、その一束の一部に用いら
れてもよい。これらの事項は、すべて本発明に含まれ
る。

【００３３】なお、熱可塑性ポリマーとして、少なくと
もその一部にナイロン（例えばナイロン６）を用いるこ
とにより、耐摩耗性および耐へたり性がよくなることが
認められた。しかしながら、ナイロン６とＥＰＤＭは相
溶性が余りよくないため、酸変性ポリプロピレンを少量
混ぜることが好ましい。

【００３４】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその比
較例について説明する。実施例では、概ね次の手順で人
工芝糸および人工芝生を作製し、比較例もこれに準じ
た。

【００３５】あらかじめドライブレンドした熱可塑性
ポリマーとＥＰＤＭ、活性剤としての酸化亜鉛、加硫剤
（フェノール樹脂）を２軸押出機に連続投入し、１８０
℃で溶融混練りした。 連続棒状にして押し出し、冷却後ペレット状に切断し
てマスターバッチとした。 マスターバッチと、ピュアな熱可塑性ポリマーペレッ
ト、顔料ペレット、劣化防止剤（耐熱材、酸化防止剤、
耐候性剤など）を糸製造用押出機に投入して、Ｔダイに
て押し出した後、延伸しながら人工芝糸を巻取りした。
すなわち、上記第２の製造方法により人工芝糸を得た。 この人工芝糸に「より」加工を施した。そして、パイ
ル長を２０ｍｍとしてポリプロピレンからなる平織り基
布に、５／１６Ｇｅ（ゲージ）、４．５Ｓｔ（ステッ
チ）の条件でタフトした後、基布の裏面にバッキング材
を塗布し、乾燥させて人工芝生を形成した。 実験室において、この人工芝生をアスファルト基盤状
に敷設し、目砂をその芝目内に厚さ１８ｍｍまで充填し
て砂入り人工芝生とした。そして、図３に示されている
ような落重／スライド型の摩耗試験機３０にて耐久性テ
ストを行ない、耐摩耗性および耐へたり性を評価した。

【００３６】なお、摩耗試験機３０の構成およびそのテ
スト手順は概略次のとおり。この摩耗試験機３０は、人
工芝生１０上の所定高さ位置において、その芝面とほぼ
平行に配置されたガイドレール３１を有し、同ガイドレ
ール３１にはスライダ３２が左右方向（図３矢印Ｘ方
向）に摺動可能に取り付けられている。スライダ３２に
は、支軸３３が上下方向（図３矢印Ｙ方向）に摺動可能
に取り付けられ、支軸３３の下端に摩耗板３４が支持さ
れている。摩耗板３４は幅５０ｍｍ，長さ２００ｍｍ
で、重さが約１ｋｇの金属ブロックからなり、その下面
にはタイヤゴムのすべり片が取り付けられている。

【００３７】テスト手順としては、まず、スライダ３２
を人工芝生１０の右端側に寄せて、摩耗板３４を芝面の
１００ｍｍ高さ位置（上部原点位置）から落下させた。
そして、摩耗板３４を落下させたままの状態で一旦左端
側まで移動させた後、再び右端側にまで戻し、摩耗板３
４を上部原点位置にまで引き上げる。これを１サイクル
として１０００回繰り返した。

【００３８】耐摩耗性については、摩耗がほとんどない
ものを◎、摩耗が少ないものを○、摩耗が中くらいで現
行品（ＰＰ製）なみのものを△、摩耗が大きなものを×
とした。耐へたり性については、へたりがほとんどない
ものを◎、へたりが少ないものを○、へたりが中くらい
で現行品なみのものを△、へたりが大きなものを×とし
た。

【００３９】また、耐候性（化学的安定性）を調べるた
め、キセノンタイプの耐候性試験機に１０００時間投入
した後の人工芝生の外観を調べた。全く変化がないもの
を◎、ほとんど変化がないものを○、変化があるものを
△、甚だしく変化があるものを×とした。

【００４０】さらに、加工性として糸加工機での加工の
し易さについて評価した。非常に加工が容易なものを
◎、加工が容易なものを○、加工がしにくいものを△、
加工不可能なものを×とした。

【００４１】《実施例１》上記第２の製造方法にしたが
って、ピュア（１００％）なポリプロピレンと、ポリプ
ロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１００（重量比、以下同
様）のマスターバッチとを混合して糸の押出機に投入し
て、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１で
ある人工芝糸を得た。 〔評価〕 耐摩耗性：ゴムを１重量部添加したことにより摩耗が少
なくなり、評価は○とした。 耐へたり性：若干のへたりが観察されたため現行品なみ
として、評価は△とした。 糸加工性：延伸性がよく、評価は◎とした。 耐候性：ほとんど変化が見られなかったので、評価は○
とした。 総合評価：○

【００４２】《実施例２》上記第２の製造方法にしたが
って、ピュアなポリプロピレンと、ポリプロピレン：Ｅ
ＰＤＭ＝１００：１００のマスターバッチとを混合して
糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰ
ＤＭ＝１００：１１である人工芝糸を得た。 〔評価〕 耐摩耗性：ゴムを１１重量部添加したことにより、実施
例１より耐摩耗性がさらに改善されたため、評価は◎と
した。 耐へたり性：人工芝糸にゴムの弾性が発現され、へたり
が実施例１より改善されたため、評価は１ランク上げて
○とした。 糸加工性：実施例１と同様延伸性がよく、評価は◎とし
た。 耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかった
ので、評価は○とした。 総合評価：◎〜○

【００４３】《実施例３》上記第１の製造方法、すなわ
ち動的加硫法にしたがって製造したポリプロピレン：Ｅ
ＰＤＭ＝１００：１９８のマスターバッチのみを糸の押
出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝
１００：１９８である人工芝糸を得た。 〔評価〕 耐摩耗性：上記のテストにおいて、摩耗板により擦られ
ても糸が倒れて（逃げて）横方向の力をまともに受けな
いため、摩耗はほとんど生じなかった。評価は最上ラン
クの◎とした。 耐へたり性：倒れてもゴムの弾力によって自立するた
め、へたりがほとんどなく、評価は最上ランクの◎とし
た。 糸加工性：ＥＰＤＭの配合比が大きいため延伸性がやや
悪く、評価は１ランク下げて○とした。 耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかった
ので、評価は○とした。 総合評価：◎〜○

【００４４】《実施例４》上記実施例３と同じく、上記
第１の製造方法（動的加硫法）にしたがって製造したポ
リプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：２９５のマスターバ
ッチのみを糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピ
レン：ＥＰＤＭ＝１００：２９５である人工芝糸を得
た。 〔評価〕 耐摩耗性：実施例３と同じく、きわめて良好であり、評
価は◎とした。 耐へたり性：実施例３と同じく、きわめて良好であり、
評価は◎とした。 糸加工性：ＥＰＤＭの配合比が大きく糸状に加工しづら
くなったため、実施例３よりもしにくくなり、１ランク
下げて評価は△とした。 耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかった
ので、評価は○とした。 総合評価：◎〜○

【００４５】〈比較例１〉人工芝糸を最も汎用的なポリ
プロピレン製とした（テニスコート標準品）。 〔評価〕 耐摩耗性：摩耗が見られたため、評価は△とした。 耐へたり性：耐摩耗テスト後に起立しない人工芝糸が見
られたため、評価は△とした。 糸加工性：延伸性良好であり、評価は◎とした。 耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかった
ので、評価は○とした。 総合評価：△

【００４６】〈比較例２〉上記第１の製造方法（動的加
硫法）にしたがって製造したポリプロピレン：ＥＰＤＭ
＝１００：３２０のマスターバッチのみを糸の押出機に
投入しが、ゴム量が多すぎるため、熱可塑化が不十分で
糸加工できなかった。総合評価：×

【００４７】参考までに、上記実施例１〜４、比較例
１，２の人工芝糸仕様および評価を次表に示す。

【表１】

【００４８】なお、実験室で用いた上記実施例１〜４と
同じ仕様の人工芝生上で実際にテニスプレーをして、そ
の実用性を評価したところ、各実施例１〜４と同様の傾
向が見られた。また、上記実施例１〜４とは異なる各種
の熱可塑性ポリマーと各種ゴムの組み合わせにおいて
も、上記実施例１〜４と同様に耐摩耗性、耐ヘタリ性が
良好となることが確認できた。

【００４９】オレフィン樹脂とジエン系ゴム（特に、Ｅ
ＰＤＭ）が耐久性や加工性に優れていることも分かっ
た。ゴムを架橋する際にフェノール樹脂などによる樹脂
架橋の方が安定した人工芝糸が製造でき、また、耐候性
も良好であった。

【００５０】ゴムにオイルを含ませた場合には、人工芝
糸に滑り性を付与でき、耐摩耗性がさらに良好となるこ
とも確認できた。また、熱可塑性ポリマー成分の少なく
とも一部にナイロン（例えば、ナイロン６）を使用する
ことにより、摩耗性および耐へたり性がきわめてよくな
った。なお、ナイロンは他の熱可塑性ポリマーと相溶性
が良くないため、酸変性ポリマー、例えば酸変性ポリプ
ロピレンを少量混ぜるとよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人工芝糸の素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部
に対して１〜３００重量部のゴムが配合された樹脂材を
用いたことにより、ゴム独特の弾力性を有する人工芝糸
が得られる。

【００５２】したがって、この人工芝糸によれば、例え
ばスライディングなどにより横方向の力を受けても、人
工芝糸が容易に倒れて（逃げて）その力をまともに受け
ないため摩耗が小さい。また、荷重が除かれれば容易に
回復して自立するため、耐へたり性も良好である。

【００５３】また、従来広く用いられてきた樹脂、例え
ばポリプロピレン、ポリエチレンもしくはナイロンなど
と同じ製造設備で人工芝糸の作製が可能であるため、特
に新たに製造設備を導入する必要がないため、低コスト
で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】人工芝生の基本的な構成を模式的に示した断面
図。

【図２】本発明の人工芝糸の製造に供される押出機の模
式図。

【図３】耐摩耗性および耐へたり性テストに用いられる
落重／スライド型摩耗試験機を示した模式図。

【符号の説明】

１０ 人工芝生 １１ 基材 １２ 人工芝糸 １３ バッキング材 １４ 充填材 ２１ ホッパー ２２ ２軸押出機 ２４ ダイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D051 AB04 AG03 AG11 AG15 AG19 HA05 4L035 BB31 EE08 FF01 FF04 LA02 MA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状基材に植設されて人工芝生を構
   成する人工芝糸において、その素材として、熱可塑性ポ
   リマー１００重量部に対して１〜３００重量部のゴムが
   配合された樹脂材を用いたことを特徴とする人工芝糸。
2. 【請求項２】 上記熱可塑性ポリマーがオレフィン系樹
   脂であり、上記ゴムがジエン系のゴムであることを特徴
   とする請求項１に記載の人工芝糸。
3. 【請求項３】 上記熱可塑性ポリマーの一部もしくは全
   部がナイロンであり、上記ゴムがジエン系のゴムである
   ことを特徴とする請求項１に記載の人工芝糸。
4. 【請求項４】 上記ゴムが動的加硫により加硫され、上
   記熱可塑性ポリマー内に微分散されていることを特徴と
   する請求項１，２または３に記載の人工芝糸。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
   の人工芝糸をシート状基材に多数植設してなることを特
   徴とする人工芝生。