用于人造草皮系統(tǒng)的減震墊的制作方法
【專利摘要】一種減震墊，包含由熱塑性彈性體聚合物、特別是熱塑性聚酯彈性體聚合物或熱塑性聚氨酯彈性體聚合物制成的擠出的絲的三維纏結(jié)墊，其在人造草皮系統(tǒng)中提供了改善的減震和能量恢復(fù)性。
【專利說明】用于人造草皮系統(tǒng)的減震墊
[0001]本發(fā)明涉及用于人造草皮系統(tǒng)的減震墊。本發(fā)明還涉及包含所述減震墊的人造草皮系統(tǒng)。
[0002]人造草皮或合成草皮是由合成材料如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等類似物制成的草地樣的人造表面。它們常被用于原本或者通常在自然草地上進(jìn)行的體育活動的場館。人造草皮還被用于住宅草坪和園林應(yīng)用。
[0003]20世紀(jì)60年代早期已經(jīng)被開發(fā)和安裝的用于進(jìn)行體育活動的第一代人造草皮系統(tǒng)具有比天然草地更堅(jiān)硬的表面，并很快被認(rèn)為是不友好的運(yùn)動表面，其容易造成更多的傷害。
[0004]21世紀(jì)初，使用沙和/或橡膠填充物的人造草皮運(yùn)動表面被開發(fā)出來。這些人造草地表面從遠(yuǎn)處看常常與天然草地幾乎無法區(qū)分，一般被認(rèn)為在其上運(yùn)動要比第一代人造運(yùn)動場地安全得多。
[0005]許多體育俱樂部已經(jīng)安裝了新的人造草皮系統(tǒng)(最常見的是作為全天候訓(xùn)練能力的部分)，而維持天然草地運(yùn)動表面的一些俱樂部現(xiàn)在在重新考慮安裝人造草皮系統(tǒng)。
[0006]足球俱樂部希望減少其運(yùn)動場地的養(yǎng)護(hù)費(fèi)以及減少因?yàn)楸鶅龅那驁龆蝗∠亩举愂碌臄?shù)量，所述問題也已經(jīng)被運(yùn)動管理機(jī)構(gòu)如UEFA和FIFA重新考慮。
[0007]人造草皮系統(tǒng)最常見的類型使用合成的“草莖(grass halm) ”，例如由約5厘米長的聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺制成，其被潤滑并且被植入(tuft)至例如紡織織物或無紡織物或兩者的組合的背襯織物中，背襯織物的背面涂布有聚氨酯或乳膠背襯介質(zhì)來鎖定植入的合成草莖在其位置上。植入和涂布的織物然后在植入的合成草莖之間根據(jù)客戶的說明用沙和/或橡膠顆粒填充，這使合成草莖保持直立并且為進(jìn)行體育運(yùn)動如足球運(yùn)動提供減震性和可變形性。填充層一般為15至30_厚。大多數(shù)被FIFA認(rèn)可的人造草皮系統(tǒng)的制造者使用了這種技術(shù)。
[0008]人造草皮系統(tǒng)的第二種類型具有置于植入和涂布的織物下方的聚合物泡沫材料的基部減震層。填充層中橡膠顆粒和沙的層的厚度由于泡沫材料的存在而減少。
[0009]人造草皮系統(tǒng)包含至少一種合成草莖、背襯織物、一般地包含鎖定植入的合成草莖在其位置上的涂層，以及如果適用還包含填充材料和/或減震層。
[0010]足球俱樂部尋求使其運(yùn)動場地，即完全人造草皮系統(tǒng)，獲得FIFA的認(rèn)證。2001年FIFA創(chuàng)造了人造草皮足球場的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所謂的FIFA品質(zhì)概念(FIFA Quality Concept)。自FIFA品質(zhì)概念在2001年實(shí)施后，根據(jù)運(yùn)動員的反饋、醫(yī)學(xué)研究、測試結(jié)果和來自行業(yè)的信息，又一種現(xiàn)有水平之外的更嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)被開發(fā)，即FIFA推薦二星評分系統(tǒng)。
[0011]人造草皮系統(tǒng)的質(zhì)量由首先進(jìn)行的測定其組成的實(shí)驗(yàn)室測試以及隨后的針對耐久性、接合強(qiáng)度、耐氣候性、運(yùn)動員-表面交互作用和球-表面交互作用的測試確定。此外，在表面上滑動時(shí)草皮對運(yùn)動員皮膚的反應(yīng)是以FIFA推薦二星認(rèn)證的皮膚磨損和摩擦的形式測算的。
[0012]在第二階段，安裝的人造草皮系統(tǒng)被現(xiàn)場測試。專門的場地測試設(shè)備根據(jù)球以一個(gè)角度撞擊在表面上時(shí)的滾動、垂直回彈和如何行進(jìn)來測算球在表面上如何反應(yīng)。人造草皮系統(tǒng)還被測試其對運(yùn)動員的行動如何反應(yīng)，包括減震性、表面變形性、防滑性和阻力。
[0013]如果人造草皮系統(tǒng)通過了所有的實(shí)驗(yàn)室測試和現(xiàn)場測試，其將獲得兩個(gè)FIFA推薦標(biāo)志之一。FIFA推薦一星認(rèn)證允許市級和國家級的訓(xùn)練和比賽。FIFA推薦二星認(rèn)證允許國際級的賽事。符合FIFA推薦標(biāo)志的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的人造草皮系統(tǒng)將天然草地運(yùn)動特性的優(yōu)勢與對于運(yùn)動員高水平的舒適性和安全性的優(yōu)勢進(jìn)行了結(jié)合。
[0014]當(dāng)一塊運(yùn)動場地獲得了 FIFA推薦二星認(rèn)證，認(rèn)證必須按年續(xù)展來確保運(yùn)動場地在延長使用和暴露于環(huán)境后保持其高品質(zhì)。已經(jīng)證明在延長的時(shí)間段期間，例如由于人造草皮系統(tǒng)減震性性能的劣化，很難保持FIFA推薦二星認(rèn)證。
[0015]具有基部泡沫層和具有橡膠顆粒填充層的人造草皮系統(tǒng)已經(jīng)滿足了 FIFA推薦二星認(rèn)證的條件。然而，泡沫層的減震性性能隨著時(shí)間與大量使用而降低從而有FIFA推薦二星認(rèn)證在每年的續(xù)展測試時(shí)被撤銷的風(fēng)險(xiǎn)。
[0016]具有在植入和涂布的織物下方的用作基部減震層的泡沫層的人造草皮系統(tǒng)相比天然草皮具有相對高水平的能量恢復(fù)性(energy restitution)。高水平的能量恢復(fù)性對運(yùn)動員的肌肉有勞累效應(yīng)，這會增加受傷的風(fēng)險(xiǎn)。
[0017]用作在植入和涂布的織物下方的基部減震層的泡沫層具有將液體如水從運(yùn)動場地排出的有限的能力。
[0018]盡管相比天然草地表面已經(jīng)有優(yōu)勢，運(yùn)動場地的整體減震性和能量恢復(fù)性的性能仍有待改進(jìn)。
[0019]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種為人造草皮系統(tǒng)提供了改進(jìn)的減震性和/或能量恢復(fù)性性能的減震墊。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供(尤其在延長的時(shí)間段期間)具有改進(jìn)的減震性和/或能量恢復(fù)性性能的人造草皮系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明的目的通過包含由熱塑性彈性體聚合物制成的擠出的絲(filament)的三維纏結(jié)墊的減震墊來實(shí)現(xiàn)的。
[0021]令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述減震墊的減震性能使人造草皮系統(tǒng)獲得FIFA推薦一星認(rèn)證甚至FIFA推薦二星認(rèn)證。更令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在經(jīng)受10000加載循環(huán)至人造草皮系統(tǒng)的FIFA推薦認(rèn)證將被撤銷的程度的大量使用之后，所述減震墊的減震性能不會惡化。本發(fā)明的減震墊因此保證了人造草皮系統(tǒng)在延長的時(shí)間段期間保持FIFA推薦認(rèn)證。
[0022]擠出的絲的三維纏結(jié)墊的絲優(yōu)選地在它們的交叉點(diǎn)熱結(jié)合。
[0023]熱塑性彈性體聚合物是共聚物，或由同時(shí)具備熱塑性和彈性體性能的材料組成的聚合物共混物。所述共聚物可以是由硬的和軟的鏈段組成的分段型嵌段共聚物或者可以是ABA型的三嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物。熱塑性彈性體聚合物也可以由與彈性體聚合物共混的熱塑性聚合物組成，如聚丙烯和EPDM橡膠的共混物。
[0024]所述熱塑性彈性體聚合物(TPE)可以是任何類型的熱塑性彈性體聚合物，例如:如熱塑性聚丙烯彈性體聚合物的熱塑性聚烯烴彈性體聚合物(TPO)、如在Arn i t e I和Pibiflex名稱下出售的熱塑性聚酯彈性體聚合物(TPC)、熱塑性苯乙烯彈性體聚合物(TPS),或者如在Elastollan和Desmopan名稱下出售的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物(TPU)。
[0025]當(dāng)減震墊由熱塑性聚酯彈性體聚合物制成時(shí)，該減震墊對獲得FIFA推薦一星認(rèn)證的人造草皮系統(tǒng)是尤其有利的。優(yōu)選地，所述熱塑性聚酯彈性體聚合物包含抗水解的穩(wěn)定劑。
[0026]當(dāng)減震墊由熱塑性聚氨酯彈性體聚合物制成時(shí)，該減震墊對于獲得FIFA推薦一星認(rèn)證的人造草皮系統(tǒng)和FIFA推薦二星認(rèn)證的人造草皮系統(tǒng)是尤其有利的，其能在延長的時(shí)間段期間保持所述認(rèn)證。
[0027]所述減震墊的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物可以是以聚酯為基礎(chǔ)的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物或以聚醚為基礎(chǔ)的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物。
[0028]包含以聚醚為基礎(chǔ)的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物制成的擠出的絲的三維纏結(jié)墊的減震墊的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減震墊具有高的抗水解性，因此不需要用于改進(jìn)抗水解性的穩(wěn)定劑。
[0029]所述減震墊當(dāng)然也有利地被用作其他類型運(yùn)動場地下的減震墊，例如網(wǎng)球場、曲棍球、橄欖球場、室內(nèi)運(yùn)動場例如籃球場或室內(nèi)足球場或跑道。
[0030]本發(fā)明的減震墊進(jìn)一步使得制造能量恢復(fù)性水平接近天然草地運(yùn)動表面能量恢復(fù)性水平的人造草皮系統(tǒng)變得可能。
[0031]優(yōu)選地，擠出的絲的三維纏結(jié)墊具備高的孔隙體積來提供所需水準(zhǔn)的減震性、能量恢復(fù)性和/或排水能力。擠出的絲的三維纏結(jié)墊的孔隙體積可以是至少50體積％，優(yōu)選地至少75體積％ ,更優(yōu)選地至少85體積％,甚至更優(yōu)選地至少90體積％,最優(yōu)選地至少95
體積％。纏結(jié)的擠出的絲的三維結(jié)構(gòu)是已知的，例如由Enkamat?名稱下出售的產(chǎn)品已
知，但是這些三維結(jié)構(gòu)是由聚合物材料如聚丙烯(PP)或聚酰胺_6(PA6)制成的，不適合被應(yīng)用于本發(fā)明的減震墊。由聚丙烯制成的纏結(jié)的擠出的絲的三維結(jié)構(gòu)太僵硬并且回彈不夠而不能用作獲得FIFA推薦認(rèn)證的人造草皮系統(tǒng)的減震墊。由聚酰胺-6制成的纏結(jié)的擠出的絲的三維結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能依賴于環(huán)境濕度因而不適合被用作本發(fā)明的減震墊。
[0032]擠出的絲的三維纏結(jié)墊的厚度在2至30mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，擠出的絲的三維纏結(jié)墊的厚度在5至20mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在10至20mm的范圍內(nèi)，來提供所需水準(zhǔn)的減震性和/或能量恢復(fù)性。
[0033]擠出的絲的三維纏結(jié)墊中絲的厚度在0.1至2.5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在0.2至
2.0mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0.3至1.5mm的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在0.4至1.2mm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地在0.5至0.8mm的范圍內(nèi)。
[0034]本發(fā)明減震墊由于其開放的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提供了將液體例如(雨)水從人造草坪運(yùn)動場排出的高的能力。
[0035]所述減震墊可以包括一個(gè)或多個(gè)附加層。每個(gè)附加層可以是對液體滲透或不滲透的膜、如紡織物或無紡織物的纖維材料的層、二維網(wǎng)格或稀松織物(scrim)或擠出的絲的
三維纏結(jié)墊。
[0036]每個(gè)附加層可以通過任何已知的方式如通過熱結(jié)合、機(jī)械結(jié)合和/或粘合劑結(jié)合被物理地連接到減震墊的擠出的絲的三維纏結(jié)墊和/或另一個(gè)附加層上。或者，每個(gè)附加層可以以與擠出的絲的三維纏結(jié)墊共面(co-planar)的方式定位,而不被物理地連接到擠出的絲的三維纏結(jié)墊。
[0037]附加層可以例如提供保護(hù)層來防止來自擠出的絲的三維纏結(jié)墊的絲損壞人造草皮系統(tǒng)的背襯織物和/或防止來自填充層的沙經(jīng)背襯織物中的孔洞流入減震墊。
[0038]附加層可以例如提供不滲透液體的層來收集和保留液體，例如(雨)水，而不是通過上面放置人造草皮系統(tǒng)的子表面(sub-surface)排出液體。
[0039]附加層可以例如為減震墊提供增強(qiáng)的強(qiáng)度和/或尺寸穩(wěn)定性，這有助于減震墊在人造草皮系統(tǒng)的安裝期間更容易的放置。
[0040]所述減震墊可以在擠出的絲的三維纏結(jié)墊中任選地包含填充顆粒來影響例如人造草皮系統(tǒng)的減震性、能量恢復(fù)性和/或可變形性。優(yōu)選地，所述減震墊在擠出的絲的三維纏結(jié)墊中不包括填充顆粒。
[0041]減震性已經(jīng)按照三A標(biāo)準(zhǔn)草案(Standard Draft Triple A)來測定，即用于測定力減小(force reduction)、垂直變形和能量恢復(fù)性的測試方法,2010年9月。該三A測試，也被稱為高級人造運(yùn)動員(Advanced Artificial Athlete)測試,是被稱為人造運(yùn)動員(Artificial Athlete)測試的FIFA測試方法04/05-01的改進(jìn)方法。所述三A測試方法提供了同時(shí)測量力減小、垂直變形和能量恢復(fù)性的機(jī)會，這用FIFA測試方法04/05-01是不可能的。三A測試的減震性結(jié)果預(yù)期與FIFA測試方法04/05-01的減震性結(jié)果應(yīng)相匹配。
[0042]為評價(jià)減震性，重量20kg、下部附著有直徑70mm彈簧的砝碼從55mm的高度墜落到放置在混凝土基礎(chǔ)層的人造草皮系統(tǒng)上。記錄整個(gè)碰撞事件期間砝碼的減速度。測定人造草皮系統(tǒng)的最大砝碼減速度并與直接墜落在混凝土基礎(chǔ)層上的最大砝碼減速度比較。該砝碼減速度需要的最大的力的減少被稱為力減小，并以百分?jǐn)?shù)表示。力減小的百分?jǐn)?shù)越高，表面越軟，即，表面更具有減震性。
[0043]理想條件下的天然草皮產(chǎn)生在60%和70%之間的力減小值。對于人造草皮系統(tǒng)，對于FIFA推薦一星認(rèn)證，減震性試驗(yàn)測試中的力減小必須在55%至70%的范圍內(nèi)，而為獲得FIFA推薦二星認(rèn)證，應(yīng)當(dāng)在60%至70%的范圍內(nèi)。
[0044]然而，具備人造草皮系統(tǒng)FIFA推薦二星認(rèn)證的人造草皮系統(tǒng)必須進(jìn)行每年的復(fù)檢來保持FIFA推薦二星認(rèn)證。
[0045]所述減震墊的減震性能的耐久性是通過將用來測定人造草皮系統(tǒng)的初始減震性的減震墊放置在拉伸測試機(jī)器中，以0.7MPa的壓力擠壓減震墊并釋放壓力10000連續(xù)加載循環(huán)。0.7MPa的擠壓壓力在I秒內(nèi)施加。達(dá)到0.7MPa的擠壓壓力之后，壓力被立即釋放。2秒鐘后，開始下一個(gè)加載循環(huán)。隨后，按照三A法再次測定人造草皮系統(tǒng)減震墊的減震性。
[0046]垂直回彈或能量恢復(fù)性表示由(人工)草皮系統(tǒng)返回的能量，并由三A測試的減速度曲線來計(jì)算。天然草皮一般具有約20%至25%的能量恢復(fù)性。
實(shí)施例
[0047]熱塑性聚氨酯材料(BASF ElastolIanl 174D11)通過具有100個(gè)直徑為0.35mm的孔洞的噴絲頭擠出。擠出的熔融的絲在旋轉(zhuǎn)輥上用具有15mm高的金字塔形突起的異型表面收集。旋轉(zhuǎn)輥在垂直于輥的旋轉(zhuǎn)方向、即沿所述旋轉(zhuǎn)輥的軸震蕩。單個(gè)的熔融的絲熔合在一起成為重量為900g/m2且寬為25cm的三維的絲結(jié)構(gòu)。在三維的絲結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，ColbackS90無紡物被熱結(jié)合到結(jié)構(gòu)。
[0048]由此得到的減震墊在具有由直徑為0.2至1.0mm的22.5kg/m2沙粒和7.5kg/m2TPE顆粒(Forgrin HT Verde)組成的填充物的位于草地毯之下的系統(tǒng)中被測試。所使用的測試被描述在歐洲工作組WG11(TC217)準(zhǔn)備的三A標(biāo)準(zhǔn)草案(2010年9月)中。
[0049]所述系統(tǒng)與原始的減震墊和承受在0.7MPa的10000加載循環(huán)的減震墊被測定。給出結(jié)果如表1所示。
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種由熱塑性彈性體聚合物制成的擠出的絲的三維纏結(jié)墊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的擠出的絲的三維纏結(jié)墊，其特征在于所述熱塑性彈性體聚合物是熱塑性聚氨酯彈性體聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的擠出的絲的三維纏結(jié)墊，其特征在于所述熱塑性聚氨酯彈性體聚合物是以聚醚為基礎(chǔ)的熱塑性聚氨酯彈性體聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的擠出的絲的三維纏結(jié)墊，其特征在于所述熱塑性彈性體聚合物是熱塑性聚酯彈性體聚合物。
5.用于人造草皮系統(tǒng)的減震墊，其包含根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的擠出的絲的三維纏結(jié)墊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的減震墊，其特征在于所述減震墊包括一個(gè)或多個(gè)附加層，每個(gè)附加層是膜、如紡織物或無紡織物的纖維材料的層、二維網(wǎng)格或稀松織物或擠出的絲的三維纏結(jié)墊。
7.—種人造草皮系統(tǒng)，包括背襯織物以及減震層，所述背襯織物用至少一種類型的合成草莖植入并且被涂布來鎖定植入的合成草莖在其位置上，其特征在于所述減震層是根據(jù)權(quán)利要求5至6中任意一項(xiàng)的減震墊。
【文檔編號】E01C13/02GK103946452SQ201280053128
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】A·H·F·范弗里埃特 申請人:博納有限公司