JP2014530974A - 人工芝系のためのショックパッド - Google Patents

Abstract

熱可塑性エラストマーのポリマー製、特に熱可塑性エラストマーのポリエステル製又は熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマー製の押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットを備えるショックパッドであって、当該ショックパッドは、人工芝系において、衝撃吸収性とエネルギー反発率が改善されている。

Description

本発明は、人工芝系のためのショックパッドに関する。本発明はまた、前記ショックパッドを備える人工芝系に関する。

人工芝又は合成芝は、人造の草状表面として知られており、合成材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどから製造される。これらは本来、又は通常は天然芝で行われるスポーツ用のスタジアムにおいて、最も頻繁に用いられる。人工芝は、住居の芝地や、造園適用でも用いられる。

スポーツを行うための最初の人工芝系は、既に１９６０年代初頭に開発、敷設されていたが、天然芝よりもかなり表面が硬く、容赦の無いグラウンド表面としてすぐに知られるようになり、より多くの怪我を引き起こす傾向があった。

２１世紀初頭には、砂及び／又はラバー充填剤を用いた人工芝のグラウンド表面が開発された。これらの人工芝表面はしばしば、離れて見ると天然の芝と実質的に見分けがつかず、第一世代の人工グラウンドでプレーするよりも、ずっと安全であると一般的には考えられている。

多くのスポーツクラブは新しい人工芝系を敷設しているが（もっとも一般的には、全天候型トレーニング場の一部として）、天然芝のグラウンド面を維持してきたクラブでは今、人工芝の敷設を再度検討している。

サッカークラブでは、グラウンドの維持管理費を削減し、またピッチが凍ることにより中止となる冬期の試合数を減らすという２つの側面から、この問題が再度、スポーツ管理母体（例えばＵＥＦＡやＦＩＦＡ）によって調査されている。

人工芝系で最も一般的なタイプは、合成の「パイル（grass halms）」を用いるものであり、これは例えばポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリアミドから作られており、長さは約５ｃｍで滑りをよくしてあり、裏地の繊維材料（例えば織布若しくは不織布の繊維材料、又はこれらの組み合わせ）に植毛されていて、その裏面は、ポリウレタン若しくはラテックスの裏地媒体でコーティングされ、植毛された合成のパイルを固定している。植毛され、コーティングされた繊維材料はその後、顧客の仕様に応じて、植毛された合成のパイルの間が砂及び／又はゴム顆粒によって充填され、これにより合成パイルが直立状態に保たれ、これにより衝撃吸収性と、サッカーのようなスポーツをプレーするための変形性が得られる。この充填層は一般的に、厚さが約１５〜３０ｍｍである。ＦＩＦＡ認定の人工芝系のメーカーは大半が、この技術を用いている。

人工芝系の第二のタイプは、ポリマーフォーム材料の衝撃吸収性ベース層を有し、この層は、植毛され、コーティングされた繊維材料の下側に位置している。充填層におけるラバー粒子と砂の層の厚さは、発泡材料が存在することにより、減少させることができる。

人工芝系は、少なくとも１つタイプの合成パイル、裏地の繊維材料、一般的には植毛された合成パイルを固定するためのコーティングを有し、適用可能であれば、材料及び／又は衝撃吸収層を充填できる。

サッカークラブは、ＦＩＦＡ認証の自前のグラウンドコート（すなわち完全に人工芝系）を有することを望んでいる。２００１年にＦＩＦＡは、人工芝のサッカーピッチについての世界的なガイドラインを作成した。いわゆるＦＩＦＡ品質コンセプトである。２００１年にＦＩＦＡ品質コンセプトが具体化して以来、選手達のフィードバック、医学的な調査、試験結果、及びメーカー側からの情報提供をもとに、既存の水準に加えて、第二の、より厳格な品質基準が作成された。ＦＩＦＡ推奨２スター評価システムである。

人工芝系の品質は、第一のラボ検査で確立され、その組成を確定し、続いて耐久性、接合強度、耐候性、選手と表面との相互作用、及びボールと表面との相互作用について試験が行われる。さらに、人工芝と選手の肌との相互作用が、肌の摩耗の形で測定され、ＦＩＦＡ推奨の２スター品質のために摩擦が測定される。

第二段階では、敷設された人工芝が実地で試験される。特別なフィールド試験装備により、表面でボールが、回転、垂直方向のリバウンドの点でどのように作用するか、またボールがある角度で表面にぶつかった時、ボールがどのように動くかを測定する。人工芝系は、選手の動作がどのように作用するかについても試験され、この試験には、衝撃吸収性、表面の変形、滑り抵抗、及び応力が含まれる。

人工芝系が全てのラボ試験と実地試験に合格すれば、２種類のＦＩＦＡ推奨マークのいずれかについての品質を満たすことになる。ＦＩＦＡ推奨の１スター認証を受けると、地方自治体レベル及び国レベルでトレーニングと試合ができる。ＦＩＦＡ推奨の２スター認証を受けると、国際レベルで試合ができる。

ＦＩＦＡ推奨のマークについての品質基準に合致する人工芝系は、天然芝のプレー特性に関する利点と、高レベルの快適性、及び選手に対する安全性を併せ有している。

グラウンドがＦＩＦＡ推奨の２スター品質の認定を受けていれば、長く使用され、また環境にさらされた後であっても、グラウンドがその高品質を保っていることを保証するため、毎年認証を更新しなければならない。長期間にわたってＦＩＦＡ推奨の２スターを保つことは、例えば人工芝系の衝撃吸収性劣化が原因で、非常に困難であると判明している。

発泡ベース層と、ラバー粒子充填層とを有する人工芝系は、ＦＩＦＡ推奨２スター認証についての条件を満たしている。しかしながら、フォーム層の衝撃吸収性は、広範にわたる使用により時間と共に減少し、これによりＦＩＦＡ推奨の２スター認証が、毎年の更新のための試験に際して取り消されるというリスクが生じる。

植毛され、コーティングされた繊維材料のもとで、衝撃吸収性ベース層として用いられるフォーム層を有する人工芝系は、エネルギー反発率が、天然芝に比べて相対的に高い。エネルギー反発率水準の高さは、選手の筋肉に対して疲労作用をもたらし、これにより怪我の危険性が高まる。

植毛され、コーティングされた繊維材料のもとで衝撃吸収層として使用されるフォーム層は、水のような液体をグラウンドから排出する能力が限られている。

天然芝表面に対して既に利点を有する一方で、グラウンドの衝撃吸収性とエネルギー反発特性は全般的になお、改善すべき対象である。

本発明の課題は、人工芝系に対する衝撃吸収性及び／又はエネルギー反発特性が改善されたショックパッドを提供することである。本発明の別の課題は、特に長期間にわたって、衝撃吸収性及び／又はエネルギー反発特性が改善された人工芝系を提供することである。

本発明の課題は、熱可塑性エラストマーのポリマー製の押出成形されたフィラメントが、三次元的に絡み合ったマットを備えるショックパッドによって解決される。

意外なことに、ショックパッドの衝撃吸収力により、ＦＩＦＡ推奨の１スターの認証の合格、又はＦＩＦＡ推奨２スターの認証の合格が可能になる。さらに意外なことに、ショックパッドの衝撃吸収特性は、ＦＩＦＡ推奨の人工芝システムの推奨品質が取り消されるほどの、１０，０００回の負荷サイクルに供した後でも劣化しない。このように画期的なショックパッドにより長期間にわたって、人工芝系のＦＩＦＡ推奨品質を保つことが保証される。

押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットのフィラメントは、好ましくは熱によって架橋点で結合されている。

熱可塑性エラストマーのポリマーは、熱可塑性とエラストマー性という２つの特性を有する材料から成る、コポリマーの部類又はポリマーブレンドの部類である。このようなコポリマーは、硬質ブロックと軟質ブロックとから成るセグメントブロックコポリマー、又はＡＢＡ型のトリブロックコポリマー、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）コポリマーであり得る。熱可塑性エラストマーのポリマーはまた、エラストマーのポリマーとブレンドした熱可塑性ポリマー（例えばポリプロピレンと、ＥＰＤＭゴムとのブレンド）から成っていてよい。

熱可塑性エラストマーのポリマー（ＴＰＥ）は、どのような種類の熱可塑性エラストマーのポリマーであってよく、例えば熱可塑性のポリオレフィンエラストマーのポリマー（ＴＰＯ）、例えば熱可塑性のポリプロピレンエラストマーポリマー、熱可塑性のポリエステルエラストマーのポリマー（ＴＰＣ）、例えばArnitelやPibiflexという名称で売られているもの、熱可塑性のスチレンエラストマーのポリマー（ＴＰＳ）、又は熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマー（ＴＰＵ）、例えばElastollanやDesmopanという名称で売られているものである。

ショックパッドが、熱可塑性エラストマーのポリエステルポリマーから製造されている場合、ＦＩＦＡ推奨の１スターに認証された人工芝系を得るため、このショックパッドは特に有利である。好ましくは、熱可塑性エラストマーのポリエステルポリマーは、加水分解に対して安定剤を含有する。

ショックパッドが熱可塑性のポリウレタンポリマーから製造されている場合、ＦＩＦＡ推奨の１スター又は２スターに認証された人工芝系を得るため、このショックバッドは特に有利であり、こうした人工芝系は、特に長期間にわたってこの認証を保持できる。

ショックパッドの熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマーは、ポリステルベースの熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマー、又はポリエーテルベースの熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマーであり得る。

ポリエーテルベースの熱可塑性エラストマーのポリウレタンポリマーから製造された押出成形フィラメントが三次元的に絡み合ったマットを備えるショックパッドの利点は、ショックパッドが加水分解に対して高い耐性を有し、このため加水分解耐性を改善させるための安定剤を必要としないことである。

このショックバッドはもちろんまた、別種のグラウンドでもショックバッドとして有利に使用でき、その例は例えばテニスコート、ホッケーコート、ラグビーコート、屋内コート、例えばバスケットボール、又は屋内サッカーコート、又は陸上用トラックである。

この画期的なショックパッドによってさらに、エネルギー反発レベルが高い人工芝系の製造を天然芝グラウンドのエネルギー反発レベルに近づけることができる。

好ましくは、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットは、空隙体積が多く、このため衝撃吸収性、エネルギー反発性、及び／又は排出性について、必要な水準が得られる。押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットの空隙体積は、少なくとも５０体積％、好ましくは少なくとも７５体積％、より好ましくは少なくとも８５体積％、さらに好ましくは少なくとも９０体積％、最も好ましくは少なくとも９５体積％である。押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合った構造は公知であるが（例えばEnkamat（登録商標）という名称で市販）、これらの三次元構造はポリマー材料（例えばポリプロピレン（ＰＰ）、又はポリアミド−６（ＰＡ６））から製造されており、本発明によるショックバッドとして適用するのには適していない。ポリプロピレン製の押出成形されたフィラメントが絡み合った三次元構造は硬すぎ、またＦＩＦＡ推奨の品質を満たす人工芝系のためにショックパッドとして用いるための復元力が不充分である。ポリアミド−６製の押出成形されたフィラメントが絡み合った三次元構造の機械的特性は、環境の湿度によって変化するため、本発明によるショックパッドとして用いるのには不適切である。

押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットの厚さは、２〜３０ｍｍの範囲であってよい。好ましくは、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットの厚さは、衝撃吸収性、及び／又はエネルギー反発性について必要な水準を得るため、５〜２０ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍである。

押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットにおけるフィラメントの厚さは、０．１〜２．５ｍｍの範囲、好ましくは０．２〜２．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．３〜１．５ｍｍの範囲、さらにより好ましくは０．４〜１．２ｍｍの範囲、最も好ましくは、０．５〜０．８ｍｍの範囲であり得る。

この画期的なショックパッドはさらに、その開放的な三次元構造に基づき、人工芝グラウンドから液体（例えば水や雨水）を排出する能力が高い。

このショックバッドは、１種以上のさらなる層を備えることができる。このさらなる層はそれぞれフィルム（液体に対して透過性若しくは不透性）、繊維材料層（例えば織布若しくは不織布）、二次元のグリッド若しくはスクリム、又は押出成形されたフィラメントが三次元に絡み合ったマットであり得る。

さらなる層はそれぞれ、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマット及び／又はショックパッドのさらなる付加的な層に対して、公知の方法（例えば熱による結合、機械的な結合、及び／又は接着結合）で物理的に付着していてよい。代替的には、さらなる層のそれぞれが、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットに対して物理的に付着することなく、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットと同一平面上に位置していてよい。

さらなる層は例えば、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットから、フィラメントが人工芝系の裏地の繊維材料を損傷することを防止するため、及び／又は充填層からの砂が、裏地の繊維材料にある孔を通じてショックパッドへと流入することを防止するための保護層をもたらすことができる。

さらなる層は例えば、人工芝系が位置している基材を通じて液体を排出する代わりに、液体（例えば水、雨水）を集積及び保持するための、液体に対して不透性の層をもたらすことができる。

さらなる層は例えば、ショックパッドについて強度及び／又は三次元安定性を高めることができ、これによって人工芝系を敷設する間、ショックパッドの位置決めがより容易になる。

任意でショックパッドは、例えば人工芝の衝撃吸収性、エネルギー反発性、及び／又は変形性に影響を与えるために、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットの内部に、充填粒子を含有することができる。好ましくは、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットの内部に、ショックパッドは充填粒子を含有しない。

衝撃吸収性は、Standard Draft Triple A（力減少率、垂直方向の変形性、及びエネルギー反発性のための試験法、２０１０年９月）に従って測定した。このトリプルＡ試験（Advanced Artificial Athleteとして知られる）は、ＦＩＦＡ試験法04/05-1（Artificial Athleteとして知られる）の改良法である。このトリプルＡ試験によって、力の減少率、垂直方向の変形性、及びエネルギー反発率を同時に測定する機会が得られるのだが、これはＦＩＦＡ試験法04/05-1によっては不可能だった。トリプルＡ試験の衝撃吸収性の結果は、ＦＩＦＡ試験法04/05-1の吸収結果に適合すると予測される。

衝撃吸収性を評価するため、直径７０ｍｍのバネ下側に取り付けた２０ｋｇの重りを、コンクリート基礎層に置いた人工芝系の上に５５ｍｍの高さから落下させる。この重りの減速度を、この衝撃事象全体にわたって記録する。人工芝系による重量の最大減速が特定され、基礎コンクリート層に直接落下させた場合の最大減速度と比較する。重量の減速に必要な最大の力における減少性は、力減少率と呼ばれ、パーセンテージで表現される。力減少率が高ければ高いほど、表面が柔らかい、すなわちより多くの衝撃を吸収する表面である。

天然芝は理想的な条件において、力減少率の値が、６０〜７０％の間である。衝撃吸収性試験における力減少率は、人工芝系について、ＦＩＦＡ推奨の１スターのためには５５〜７０％の間になければならず、ＦＩＦＡ推奨の２スターのためには６０〜７０％の間になければならない。

しかしながら、人工芝系のためのＦＩＦＡ推奨の２スター品質を有する人工芝系は、ＦＩＦＡ推奨の２スター認定を保持するために、１年ごとに再試験を受ける必要がある。

ショックパッドの衝撃吸収性の持続力は、人工芝系における初期衝撃吸収性を特定するために用いられるショックパッドを引張試験機にセットし、ショックパッドを０．７ＭＰａの圧力で圧縮・放圧という負荷サイクルに１０，０００回、連続的にかけることによって特定される。０．７ＭＰａという圧縮圧力は、１秒以内に印加される。０．７ＭＰａという圧縮圧力に達した後、圧力を直ちに開放する。２秒後に、次の負荷サイクルが始まる。続いて、人工芝系におけるショックパッドの衝撃吸収性が、トリプルＡ試験に従って再度特定される。

垂直方向の跳ね返り、又はエネルギー反発率は、（人工）芝系によって戻ってくるエネルギーであり、トリプルＡ試験のカーブの減速から計算される。天然芝は一般的にエネルギー反発率が、約２０〜２５％である。

実施例
熱可塑性ポリウレタン材料（ＢＡＳＦ社のElastollan 1174 D11）を、直径が０．３５ｍｍの孔を１００個有する紡糸口金を通じて押出成形した。押出成形された溶融フィラメントを、高さ１５ｍｍのピラミッド型突出部を有する表面を備えた回転ローラに集める。回転ローラはローラの回転方向に対して垂直方向、すなわち回転ローラの軸方向に沿って振動する。各溶融フィラメントは融合して、重さ９００ｇ／ｍ²、幅２５ｃｍの三次元フィラメント構造になる。三次元フィラメント構造の両側に、不織布のColback S90が熱によって前記構造に接合されている。

こうして得られたショックパッドは、芝生の下にショックパッドを置いた系で試験したのだが、この系は、直径が０．２〜１．０ｍｍの砂粒子２２．５ｋｇ／ｍ²と、ＴＰＥ顆粒（Forgrin HT Verde）７．５ｋｇ／ｍ²とから成る充填剤を有していた。ここで用いた試験は、欧州作業部会ＷＧ１１（ＴＣ２１７）により作成されたdraft standard Triple A文書に記載されている（２０１０年９月）。

この系を未使用のショックパッドで試験し、また０．７ＭＰａで１０，０００回の負荷サイクルにかけたショックパッドで試験した。この結果が、表１に示してある。

Claims (7)

1. 熱可塑性エラストマーのポリマー製の押出成形されたフィラメントが、三次元的に絡み合ったマット。
2. 請求項１に記載の、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットにおいて、前記熱可塑性エラストマーのポリマーが、熱可塑性ポリウレタンエラストマーのポリマーであることを特徴とする、前記マット。
3. 請求項２に記載の、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットにおいて、前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーのポリマーが、ポリエーテルをベースとする熱可塑性ポリウレタンエラストマーのポリマーであることを特徴とする、前記マット。
4. 請求項１に記載の、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットにおいて、前記熱可塑性エラストマーのポリマーが、熱可塑性ポリエステルエラストマーのポリマーであることを特徴とする、前記マット。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の、押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットを備える、人工芝系のためのショックパッド。
6. １つ以上のさらなる層を有し、前記さらなる層はそれぞれ、フィルム、繊維材料層、例えば織布若しくは不織布、二次元のグリッド若しくはスクリム、又は押出成形されたフィラメントが三次元的に絡み合ったマットである、請求項５に記載のショックパッド。
7. 裏地の繊維材料と、衝撃吸収層とを備える人工芝系において、
   前記裏地の繊維材料には、少なくとも１種の合成のパイルが植毛され、かつ前記植毛された合成のパイルを固定するため、前記裏地の繊維材料はコーティングされており、
   前記衝撃吸収層が、請求項５又は６のいずれかに記載のショックパッドであることを特徴とする、前記人工芝系。