具有填充物捕获结构的人造草皮系统.pdf

本发明的目的在于一种包括支撑部件的人造草皮系统，该支撑部件具有从其伸出的多个软和硬单丝带。颗粒状材料层位于支撑部件上方并且在单丝带内，其中软单丝带便于颗粒状材料的稳定或捕获。

1.  一种人造草皮系统，包括：
支撑部件；
散布在支撑部件上方的颗粒状材料层；及
多个人造带，其可操作地连接到支撑部件上，人造带包括软单丝带和硬单丝带，软和硬单丝带中的每一种包括延伸到颗粒状材料层外并在其上方延伸的自由端，其中硬单丝带在颗粒状材料层上方比软单丝带大体上更加直立。

2.  根据权利要求1所述的人造草皮系统，其特征在于，还包括多个人造带的束，其中所述束包括至少一个硬单丝带。

3.  根据权利要求1所述的人造草皮系统，其特征在于，还包括多个人造带的束，其中所述束包括至少一个软单丝带。

4.  根据权利要求3所述的人造草皮系统，其特征在于，所述束包括至少一个硬单丝带。

5.  根据权利要求1所述的人造草皮系统，其特征在于，软单丝带包括用来捕获颗粒状材料的装置。

6.  根据权利要求5所述的人造草皮系统，其中，用来捕获颗粒状材料的装置包括多-单丝带，该多-单丝带在其之间包括挤压网状结构。

7.  根据权利要求5所述的人造草皮系统，其特征在于，用来捕获颗粒状材料的装置包括对外部元素的应用物理敏感的特性。

8.  根据权利要求7所述的人造草皮系统，其特征在于，所述特性包括对热敏感的整体聚合物或树脂。

9.  根据权利要求7所述的人造草皮系统，其特征在于，所述特性包括对热敏感的聚合物或树脂的涂层。

10.  根据权利要求5所述的人造草皮系统，其特征在于，用来捕获颗粒状材料的装置包括软单丝带，该软单丝带包括几何结构，使得软单丝带在颗粒状材料层上方比硬单丝带大体上较不竖直地站立。

11.  根据权利要求10所述的人造草皮系统，其特征在于，所述几何结构是软单丝带的横截面。

12.  根据权利要求10所述的人造草皮系统，其特征在于，所述几何结构是软单丝带的织构。

13.  根据权利要求10所述的人造草皮系统，其特征在于，所述几何结构包括在软单丝带内的断层线。

14.  根据权利要求1所述的人造草皮系统，还包括：
嵌在颗粒状材料层内的多个微型纤维股。

15.  一种人造草皮系统，包括：
支撑部件；
散布在支撑部件上方的颗粒状材料层；
硬单丝带，其具有自由端并且可操作地连接到支撑部件上，其中硬单丝带的自由端穿过颗粒状材料层和在其上方延伸；及
软单丝带，其具有自由端并且可操作地连接到支撑部件上，其中软单丝带的自由端穿过颗粒状材料层和在其上方延伸，软单丝带还包括用来捕获所述层的颗粒状材料的装置，使得软单丝带在颗粒状材料层上方大体上不如硬单丝带直立。

16.  根据权利要求15所述的人造草皮系统，还包括束，该束包括多个单丝带。

17.  根据权利要求16所述的人造草皮系统，其特征在于，束包括软单丝带。

18.  根据权利要求16所述的人造草皮系统，其特征在于，束包括硬单丝带。

19.  根据权利要求18所述的人造草皮系统，其特征在于，束包括软单丝带。

20.  根据权利要求19所述的人造草皮系统，其特征在于，束包括至少六个硬或软的单丝带的组合。

21.  根据权利要求15所述的人造草皮系统，其特征在于，用来捕获所述层的颗粒状材料的装置包括多单丝带，该多单丝带包括在其之间的挤压网状结构。

22.  根据权利要求15所述的人造草皮系统，其特征在于，用来捕获所述层的颗粒状材料的装置包括对外部元素的应用物理敏感的特性。

23.  根据权利要求22所述的人造草皮系统，其特征在于，软单丝带包括对热敏感的整体聚合物或树脂。

24.  根据权利要求22所述的人造草皮系统，其特征在于，软单丝带包括对热敏感的聚合物或树脂的涂层。

25.  根据权利要求15所述的人造草皮系统，其特征在于，用来捕获所述层的颗粒状材料的装置包括软单丝带，该软单丝带包括一几何结构，使得软单丝带在颗粒状材料层上方大体上不如硬单丝带直立。

26.  根据权利要求25所述的人造草皮系统，其特征在于，几何结构是软单丝带的横截面。

27.  根据权利要求25所述的人造草皮系统，其特征在于，几何结构是软单丝带的织构。

28.  根据权利要求25所述的人造草皮系统，其特征在于，几何结构包括在软单丝带内的断层线。

29.  根据权利要求15所述的人造草皮系统，还包括：
嵌入在颗粒状材料层内的多个微型纤维股。

30.  一种安装人造草皮系统的方法，包括以下步骤：
把支撑部件放置在支撑基底上方，所述支撑部件包括可操作地连接到其上的软单丝带和硬单丝带，软单丝带包括用于捕获颗粒状材料的装置；和
把颗粒状物质层放置在支撑部件的顶部，使得软单丝带的一部分和硬单丝带的一部分穿过颗粒状物质层且在颗粒状物质层上方延伸。

31.  根据权利要求30所述的方法，还包括：
使用于捕获所述层的颗粒状材料的装置暴露于外部元素，从而使软单丝带在颗粒状材料层上方大体上不如硬单丝带直立。

32.  根据权利要求30所述的方法，还包括：
将微型纤维股放入在颗粒状材料层内。

具有填充物捕获结构的人造草皮系统
相关申请
本发明要求于2005年3月24日提交的美国专利申请No.60/594,267的优先权日的权益，并且以参考包含在此。
技术领域
本发明涉及人造草皮系统，并且更具体地说，涉及人造草皮运动表面。本发明利用在支撑顶部具有填充材料并且散布在模拟草叶的向上突出单丝带之间的人造草皮系统，其中草叶具有改进的外观和性能。
背景技术
人造草皮系统已经使用了超过四十年，以在不可能、不实际、或简单地不希望有真实草皮的地方提供一种替换物。在市场上较希望的人造草皮系统包括在模仿草叶的直立合成纤维叶片之间的填充材料。填充材料使各种特征和特性能够赋予实际运动表面，而同时使合成纤维能够保持草状外观。因而，改进的排水性、弹性、运动动作的可预测性、伤害的减少、及其它优点可赋予人造草皮表面，同时保持动人的外观。
在人造草皮系统中填充物的一种特定功能是关于用于合成纤维叶片的稳定力。在填充型人造草皮系统中的合成叶片比较长(与非填充系统相比)；例如，长度在1-2英寸之间-从而提供最佳表面“感觉”和外观。因此，为了把这些类型的纤维保持在大体直立方位中，填充材料相对于纤维的高度已经施加到高达预定深度(或厚度)。同样，填充尤其提供用于合成纤维的支撑性基础。
然而，填充材料的厚度的存在并入其自身的问题。填充材料优选地包括颗粒状材料的组合，如硬颗粒、弹性和硬颗粒的混合物、或单独的弹性颗粒。同样，颗粒材料当用脚踩踏、玩球、或通过与运动员直接接触时通过移动可干扰人造表面的享用。填充物的移动一般称作“填充物溅射”。合成纤维叶片通过尤其起用于移动填充材料的障碍物作用、和通过稳定在叶片之间的填充物有助于扩散和/或消除填充物溅射。
传统上，纤维定位和填充物保持的组合部分地通过比较柔软的切膜型(slit-film-type)聚合叶片的使用完成。这样的叶片典型地纺织或簇生成人造草面的支撑层，并且然后被形成原纤网状结构，以通过叶片而使填充物支撑和填充物的保持最大。另外，这些纤维的自由端在填充的顶部上方弯曲以创建填充物捕获效果。不幸的是，这样已经导致在一定人造草皮场地中的问题，包括这些纤维变平成没有适当修饰的光滑表面的趋势。
作为对于切膜型叶片的替换物，可利用单丝叶片。用于人造草的单丝叶片通过从例如喷丝头的装置把生成单聚合(或类似)叶片挤压成长的聚合股、修整该股及然后由股切出单一单丝片而制造。典型地，多个单丝元件在其基部处扎在一起以形成单束叶片，这些叶片然后簇生成人造草面的支撑层，并且向外被形成原纤。
然而，关于以这种方式使用单丝纤维的一个显著问题是在对于表面的适当安装需要的纤维特性、与保证用于比赛进行和/或表面使用的最好表面条件的纤维特性之间的平衡。典型地，为了适当地把填充物安装在人造草面上，必须利用比较刚性/刚硬的单丝纤维，从而当正在施加填充物时单丝束不埋在填充物下面。
在填充物已经施加到希望深度之后，单丝纤维的自由端(延伸到填充物顶部上方的那些端部)大体竖直地站立。尽管这种类型的纤维定位的确提供某些益处-如球滚动得较接近它们在天然草皮表面上滚动或跳动的方式-但它不幸地也导致某些不希望的副效应。明确地说，不像较软纤维的自由端-这些自由端当球在它们上方滚动时折叠或弯曲，这样一种效果当使用较刚硬的纤维时不如此普遍。相应地，当球在使用这样的较刚硬纤维的人造比赛表面的顶部表面上滚动时，填充材料变得更容易移动，在游戏进行期间导致显著量的填充物溅射。
另一方面，柔软纤维的使用也产生问题。尽管纤维可能有助于在游戏进行期间减小填充物溅射，但它们在安装期间可使填充物施加更困难，并且在使用期间可导致对于球滚动和球跳动比希望的阻力小。类似于传统地毯型表面，滚动或跳动的球在软纤维表面上经受“滑动”问题。滑动问题包括意外的经常跳跃、缺乏草状滚动响应、及当它们接触人造草表面时自旋转球上的滑移。
因此本发明的目的是克服与传统人造草皮系统有关的这些和其它问题。这些和其它目的在本说明书、权利要求书、及对其附加的附图的启发下对于本领域的技术人员成为显然的。
发明内容
本发明的目的在于一种人造草皮系统，该人造草皮系统包括支撑部件、和在支撑部件上方散布的颗粒状材料层。多个单丝带，优选地成束的，可操作地连接到支撑部件上。每束可以只包括多个软或硬的丝带，或者可以包括软和硬丝带的组合。单丝带的束可以以各种几何图案构造在人造草皮系统内；包括但不限于平行和/或交叉直的或弯曲的排、圆圈、矩形等等。软丝带和硬丝带每种包括延伸到颗粒状材料层外和其上方的自由端，其中硬丝带在颗粒状材料层上方大体上不如软丝带直立。
本发明的另一个方面的目的在于一种人造草皮系统，该人造草皮系统包括支撑部件、和在支撑部件上方放置的颗粒状材料层。具有自由端的比较硬的单丝带可操作地连接到支撑部件上，其中硬单丝带的自由端穿过颗粒状材料层和在其上方延伸。比较软的单丝带-与硬单丝带相比较-包括自由端，并且可操作地连接到支撑部件上，其中软单丝带的自由端穿过颗粒状材料层和在其上方延伸。软单丝带还包括用来捕获颗粒状材料的装置，从而软单丝带在颗粒状材料层上方大体上不如硬丝带直立。
本发明的又一个方面的目的在于一种安装人造草皮系统的方法。其中包括比较软的单丝带和比较硬的单丝带的支撑部件位于支撑基础上方。颗粒状物质层散布在支撑部件上方，从而软单丝带和硬单丝带穿过颗粒状物质层和在其上方延伸。软单丝带包括用来捕获颗粒状材料的装置，其中外部元素对于它的施加导致软单丝带在颗粒状材料层上方大体上不如硬丝带直立。
用来捕获颗粒状材料的装置可以包括与软单丝带整体的或涂敷到其上的材料，从而其对于外部元素的感应导致收缩、卷曲、盘绕、弯曲等等。可选择地，用来捕获颗粒状材料的装置也可包括具有几何结构的单丝带，例如横截面(三叶形的、星形的等)和织构；从而软单丝带可形成捕获形式。
一种特定类型的软单丝带可以包括多股单丝带，包括两个或更多个单丝带，这些单丝带在其之间具有挤压蜘蛛网或网状结构。在软单丝带中利用的另一种类型的几何形状可以在其中包括断层线。另外，软单丝带可以构造成，至少自由端(位于填充材料上方的区域)的结构完整性有利于折叠、或弯曲-从而覆盖填充材料的部分。
在本发明的再一个方面中，六至八根单丝纤维或带(要理解，术语“带”和“纤维”是可互换的)扎在一起，并且在所述束内包括至少三个硬单丝带和至少三个软单丝带。
本发明的另外一个方面的目的在于一种人造草皮系统，该人造草皮系统利用连接到支撑部件上和/或放入在颗粒状材料层内的微型纤维材料，以有助于填充材料的稳定或捕获。
附图说明
图1是包括本发明的单丝束的人造草表面的侧剖视图；
图2a-2c是根据本发明几个方面之一的单丝束的立体图；
图3是根据本发明的人造草皮系统的可选择实施例的侧剖视图；
图4a是挤出根据本发明的多股单丝的喷丝头的立体图；
图4b是根据本发明的多股单丝的侧视图；
图5a是根据本发明的断层线单丝的立体图；
图5b是包括至少一根断层线单丝的束的侧视图；
图6是根据本发明的人造草皮系统的可选择实施例的侧剖视图；及
图7a-7c是描绘纤维束的几种布局的人造草皮系统的部分的俯视图的示意图。
具体实施方式
尽管本发明容许多种不同形式的实施例，但在理解本公开认为是本发明原理的举例说明并且不打算把本发明限于表明的实施例的情况下，在附图中表示有并且这里将详细地描述一个或多个实施例。
参照图1，表示本发明的人造草皮系统10，它包括柔性支撑部件12、和穿过底部侧16向上伸出并且从支撑部件12的一顶部侧18向上伸出的多个单丝束14。在单丝束14之间、和在支撑部件12所述的顶部侧18上，是在相对于支撑部件12比较直立的位置上有助于支撑至少一些单丝束14的填充材料20。这些元件配合以形成具有最佳美学和功能特性的改进人造草皮系统。
人造草皮系统10的支撑部件12可以包括一层或多层柔性材料，这些层能够起用于人造草皮系统10的支撑结构的作用。就传统支撑材料而论，支撑部件可以是挤压的、编织的、非编织的或是其组合。
单丝束14通过对于本领域的普通技术人员已知的任何数量的手段可操作地通过支撑部件12连接并且连接到支撑部件上。例如，单丝束14可以编织、纺织、或簇生成支撑部件12，把束14的顶部部分22留在支撑部件12的顶部侧18的上方，并且把束的底部部分24留在支撑12的底部侧16的下方。此后，底部部分24使用已知机构。如但不限于粘合剂或缝合而进一步固定就位。
一般地，单丝束14以通常直的平行排固定到支撑部件12上；并且然后可以被形成原纤维以填充在排之间的空隙。另一方面，支撑移动装置或移动针杆可用来从直线簇生、编织、或纺织来移动束，从而在排内偏移一个或多个束。
填充材料20放置在支撑部件12的顶部侧18上，并且在单丝束14之间。填充材料20可包括传统颗粒材料的任何数量的组合，该传统颗粒材料包括硬颗粒、弹性颗粒、及其组合。某些典型的硬颗粒材料包括沙子、岩石、及硬和重塑料；并且典型的弹性颗粒材料可包括：橡胶(包括低温的)、软木、苯乙烯、epdm橡胶、废旧轮胎、及氯丁橡胶。
单丝束14的一个实施例隔离地表示在图2a中。如可看到的那样，单丝束14包括单丝聚合纤维的束30，该单丝聚合纤维束30包括至少一个硬纤维32、和至少一个软纤维34。换句话说，每个束30如图2b和2c中所示可只包括软纤维34或硬纤维32。单丝纤维30绕一端使用扎线36被扎在一起。
术语“硬”和“软”用来描述单丝纤维类型的每一种的相对柔性。硬带包括具有定位在填充物的顶部上方的自由端的带，该自由端大体保持直立而不用附加支撑性填充物。另一方面，软带包括容易弯曲的带，从而它们在没有支撑性填充物的情况下不像硬带那样保持直立。与软带相比，硬带可由具有较高刚度、拉伸强度、韧性、耐久性、或结构完整性的聚合物制造，或者该聚合物导致具有较高耐磨性的人造草皮场地。例如，硬带可由具有高分子重量的聚合物制造，或者该聚合物包括由具有特定横截面，如圆形、星形、三叶形或其它同类的东西等的喷丝头挤压出的特定几何形状。类似地，硬带可以包括扎合或否则粘合在一起以形成更硬的单丝元件的多个个别单丝。
软带的成分可以包括与硬带相同或类似的聚合物，但例如以较低分子重量。类似地，软带可以由完全不同的几何形状形成，或者包括在一起的完全不同聚合物，如聚乙烯、聚丙烯或尼龙。事实上，“软”和“硬”带的相对柔性可通过任何数量的传统手段而改变，这些手段包括增大或减小材料的聚合作用、对于配合元件的反应能力、添加柔性或刚性添加剂、共聚作用或其它同类的东西等。
通过在束14内使用软和硬带的组合，有可能按需要改变场地的比赛和美学特性。因而，球在比赛表面上的滑移或滚动可通过把更多的“硬”带(至少相对于它们的“自由”端)添加到场地而减小，而不需要的溅射效应可通过把更多的“软”带添加到场地而减小。而且，通过增加或减小在每个单丝束中的单丝纤维的数量、通过增加或减小在人造草面中的单丝束的数量、或通过增加或减小每一个单丝纤维束之间的间距，也可以改变场地特性。
可能希望的是，在表面内具有多于两级的叶片刚性，从而至少一个极硬的单丝带或至少一个极柔软的单丝带可包括在人造表面中。通过把多级坚固性添加到在表面内的单丝带中，可赋予各种比赛特性。事实上，由于本发明的适应性构造，如果希望，则特定比赛特性可赋予人造表面的特定区域。就是说，如希望的那样，专用软带束、专用硬带、及软和硬带的组合可在人造草皮系统内以各种图案和几何形状构造；其一些例子表示在图7a-7c中。
为了在人造草皮系统的实际使用期间使填充物溅射最小，目的在于在实际使用期间使填充物溅射最小的本发明的一个可选择实施例表明在图3中，并且描述包括至少一个硬(竖直)带42、和至少一个软(捕获)带44的单丝束40；这两种带都包括扎合到支撑部件12上的端部、和在填充物48的上部表面46上方延伸的相应相对自由端。在这个实施例中，竖直硬带42在填充物48上方延伸以创建用于人造表面的草状外观，而软带44起用于填充物的捕获或稳定器的作用以大体把填充物保持在人造草面内。
竖直带42可包括标准人造草叶片、或以上描述的硬叶片，该叶片穿过填充物48并且在其上方延伸以创建草状外观。捕获带44另一方面包括具有促进“捕获”或稳定周围填充物48的结构的人造草带。例如，捕获带44可以包括人造草带，该人造草带包括固有或非固有的结构或特性，其中带在安装后或作为外部元素，例如热、冷、光、流体的作用的结果而具有斜靠、卷曲、盘绕、缠绕或弯曲的趋势；这可以通过一定温度、化学、或光敏材料，例如聚合物或树脂，如尼龙的选择，或通过用于聚合带的一定涂层或添加剂的选择而实现。
另外，软捕获带44通过带的特定几何构造或形状可促进捕获或稳定填充物48。例如，所述带可以具有限制围绕单丝带的填充物48的运动的横截面形状(如以上描述的三叶形的实施例)。所述带通过诸如蒸烘或齿轮弯皱等之类的过程成形或形成织构。而且，捕获带44可以包括纠缠型纤维，如松散连续丝型带，该缠结型纤维包括多个微型纤维或较小挤压聚合物纤维的缠结挤压。
另一方面，硬带42可以包括固有或非固有的结构或特性，该结构或特性与软带44相比促进其刚性，其中硬带在安装后或许作为外部元素，例如热、冷、光、流体的应用的结果具有加强、硬化、强化等趋势；这可以通过一定温度、化学制品、或光敏部件的选择实现。
本发明的另一个可选择实施例表示在图4a和b中。在图4a中，多股单丝50表示成从喷丝头52挤压出。多股单丝50包括至少两个单丝股54(并且表示成具有三股)、和连接单丝股54的超薄切膜挤压物56。切膜挤压物在单丝股54之间产生薄聚合连接，它在延展和松弛的传统后挤压过程之后，分离成在单丝股之间的蜘蛛网状或网状结构(如图4b中所示)。这些单丝股54当捆扎在一起时，可以满足刚性、竖直纤维及捕获纤维的两种功能性。
本发明另外的实施例表示在图5a和5b中。在图5a中，表示断层线(fault-line)单丝60，它包括挤压的单丝纤维62，在其上具有至少一个断层线64。断层线64给单丝纤维62提供破裂或绽裂点(fraying point)，从而单丝纤维62在安装到人造草皮场地之后破裂和/或绽裂。断层线单丝60可组合成束(如在图5b中那样)，并且然后绽裂或破裂，以形成用于周围填充物48的稳定网或网状结构。一般地，只有断层线单丝60纤维的一部分将在实践中裂开或绽裂，从而断层线单丝60可与标准、刚硬、或竖直单丝纤维相组合，或者可简单地对其自己的操作起捆扎的作用。
优选地，每个单丝束包括在六至八根的单丝纤维之间，包括不能弯曲，即刚硬或竖直的一个或多个、和促进填充物的捕获的一个或多个带，即软或捕获带。在这两种类型的带的特性之间的希望组合可被确定而不用过分实验，但优选地，一束包括至少三个软带和三个或多个较硬带。当然，多根单丝纤维的其它组合、以及在所述束内的软和硬带的相对破裂可如所希望的那样构造。
尽管以上描述着重于实现在场地比赛性和填充物控制之间的所希望平衡的单丝纤维的结构和织构，但本发明通过填充材料的直接控制还可以实现填充物控制。因而，在图6中表示的本发明的一个实施例中，人造草表面70包括：任何传统型的竖直带72，它包括单丝型带；以及散布在带之间的填充物74。填充物74另外包括散布在填充物之间的微型纤维股76。微型纤维股76可包括任何数量的微型纤维结构，如聚合物等同类的小片，这可有助于在比赛期间把填充物稳定和/或保持就位。优选地，微型纤维股76由具有比较低熔点的材料，如低密度尼龙制造，其中在使用和比赛期间，微型纤维股76可部分地熔化或变形；因而使其本身与填充物材料缠结。
应该强调的是，本发明的上述实施例，具体地说，任何“优选”实施例，是仅为了本发明原理的清楚理解而叙述的可能实施例子。对于本发明的上述实施例可以进行多种变更和修改，而基本上不脱离本发明的精神和原理。所有这样的修改是用来包括在本公开和本发明的范围内，并且由如下权利要求书保护。