适用于人造草坪运动场的合成纤维的制备方法及这样的合成纤维

摘要

本发明涉及一种制备用于人造草坪运动场的合成纤维的方法，其包括以下步骤：i)提供合成材料层；和ii)由该合成材料层制得合成纤维。本发明还涉及这种合成纤维和适用于运动场的人造草坪，所述人造草坪由其上附着有本发明的合成纤维的基底组成。因此，本发明的目的是提供一种更为通用的纤维，其一方面可用于特殊用途，另一方面节省了生产和材料成本。根据本发明，所述合成材料层通过共挤出法由至少两层不同的合成材料组成。该共挤出步骤提供了所用合成材料的不同性质的分离。

说明书

本发明涉及一种适用于人造草坪运动场的合成纤维的制备方法，其包括以下步骤：

i)提供合成材料层；和

ii)由该合成材料层制得合成纤维。

本发明还涉及这样的合成纤维和适用于运动场的人造草坪，该草坪由附着有本发明合成纤维的基底组成。

目前，合成材料正用于各种目的。近年来，尤其是关于运动场人造草坪的各种合成材料的应用已明显增加。

在这一点上，人们的研究尤其集中在运动场人造草坪所用合成纤维的改进上，其中，将一定长度的纤维通过诸如簇生的方式附着于基底上。人们已经进行了人造草纤维以及由此得到的人造草坪运动场的改进，从而目前能够建成不仅在外观方面，而且特别是在运动中表现出的情况都与天然草坪运动场无太大区别的人造草坪运动场。

与天然草坪运动场不同，人造草坪运动场可以更长久和更集中的使用，而不必考虑天气情况。目前，新型人造草纤维的发展主要集中在得到一种纤维，其可以进一步减少受伤，例如滑动时引起的擦伤和灼伤、或扭伤关节的发生率。

已明确改进用于人造草坪运动场的现有纤维可由合成材料层制得，例如通过剪切工序。该合成材料层可由不同合成材料的混合物组成，例如，其中一种合成材料赋予所述纤维以特定长度(抵抗断裂或撕裂)，而混合物中的另一种合成材料为所述纤维提供特定的弹性或柔韧性或更好的滑动性能。

这种现有合成纤维的一个缺点是：由于其均相结构，纤维的所有(次要)性质均匀地结合在纤维中。结果是，纤维具有的某些性质不如期望的显著，而其它性质却比期望的明显。因此，现有纤维的组成通常被标准化，而且它们的生产和材料成本通常不必要地高。

因此，本发明的目的是提供一种更为通用的纤维，其一方面可用于特定用途，另一方面节省了生产和材料成本。根据本发明，所述合成材料层由至少两层不同的合成材料组成，采用共挤出法制备。

共挤出步骤实现了所用合成材料的各种性质的分离。通过赋予合成纤维以层状结构，能够使各层具有特定功能性质(function-specific property)，该性质不需要、或仅需以明显降低的程度存在于纤维中的其它部位。这使得选择专门用于特定用途的纤维配方成为可能，除了更有效的材料消耗外，还产生一种合成纤维，其比均相组成的已知纤维具有明显改进的运动和纤维性。

根据本发明，通过在共挤出过程后拉伸纤维可以显著改进合成纤维的运动性。除了长度增加外，在拉伸过程后根据本发明正确选择材料以提供在横向上具有如此强度的纤维(例如其不易断裂)。当用于人造草坪运动场时，该纤维以及后续的人造草坪具有更长的寿命，并且人造草坪不需太多维护，因此可保持更长的运动时间。此外，也明显降低了运动者受伤的风险。

根据本发明，纤维由至少一根或几根缠绕的单丝组成。该纤维可形成带状，更具体地，所述带状纤维可以被形成为原纤维化的带状纤维。

在根据本发明方法的第一实施方案中，合成材料层由第一合成材料的芯层组成，所述芯层的两面包覆有一个或多个外层，每个外层由不同的合成材料组成。

由此可以获得不同合成材料的不同性质的功能分离，其中每个合成材料层具有特定功能性质，该性质在纤维中的其它部位是不必要的或不起作用的。

依据欲制备的合成纤维所期望的特定功能性质，所述合成材料层可以具有不同的厚度。

在第一实施方案中，第一合成材料由聚合物和塑性体的混合物组成，其中芯层中塑性体的比例尤其是30-80wt％，芯层中塑性体的比例更尤其是30-50wt％。从特定功能的观点看，这使得具有芯层的纤维显示出非常有利的不断裂性。

在另一实施方案中，至少一种其它合成材料可包括亲水性添加剂。由此获得的人造草纤维具有能够吸湿(水)的特定功能特性。这使得人造草坪运动场能更长时间地保持湿润，从而对运动性能(滑动等)具有积极影响。当在运动场上运动时，吸收的水分如在天然草坪上一样被释放。

可用作共挤出纤维的上层或外层的亲水性添加剂的例子是乙烯-乙烯醇共聚物。依据共聚物中乙烯醇的含量，该聚合物能够吸收更多的水分。

另一亲水性添加剂的实施方案是聚甲基丙烯酸羟乙酯的使用。

在又一实施方案中，至少一种其它合成材料包括抗静电添加剂。结果是，在运动场上运动时产生的任何静电都能够被释放。通常，用于许多人造草坪运动场的纤维间的分散材料在运动中产生静电，并结果在运动场中向上迁移。因此，所述粒状分散材料能够扩散在整个空气中，这在运动中是令人不愉快的。

另外，抗静电添加剂确保不会通过运动者发生静电释放。

更特别地，抗静电添加剂(尤其是永久抗静电剂)，可以是聚合物，如聚酰胺或聚醚嵌段酰胺。在另一实施方案中，所述添加剂是聚酯嵌段共聚物。

下面将参照附图对本发明进行更加详细的解释，其中：

图1A-1D显示了根据本发明的合成纤维的不同实施方案；

图2A和2B示例地显示了具有使用本发明方法制得的合成纤维的人造草坪运动场的一些实施方案。

纤维(10，20，30，40)由合成材料的薄片制得，所述薄片通过共挤出法获得，由至少两层不同的合成材料(11，12)组成，如图1A所示。与由均相合成材料混合物组成的现有的已知合成纤维相反，根据本发明的合成纤维(10，20，30，40)的层状结构能够使各层(该实施方案中的分层11和12)具有特定功能性质。结果是，在合成纤维的特定部位使用具有特定性能的合成材料避免或显著降低了该合成材料及其相关的特定功能性质在纤维中的其它部位存在的必要。

例如，分层11可以使用合成材料，所述分层原则上赋予合成纤维以需要的机械强度(和硬度)，尤其是不撕裂性，使得在所述人造草坪运动场上运动不会使用作人造草坪运动场的合成纤维撕裂。

在另一实施方案中，如图1B所示，合成纤维20由三层三种不同的以标号21、22、23表示的合成材料组成。中间层21由赋予纤维20以机械强度的廉价合成材料组成，而外层22和23可由不同的合成材料组成，各层都表现出不同的特定功能性质，该性质在合成纤维的外层表现最为突出，而不是在中间。

因此，外层21和22可具有弹性，例如与内层21相反，这为纤维提供了特定的硬度(抵抗断裂和撕裂)，所述外层21或22的弹性对人造草坪运动场的运动性具有积极影响。

在图1B所示的实施方案中，外层22和23可以由不同的合成材料组成，而图1C显示了外层32A和32B为由相同的合成材料组成的实施方案。

图1D进一步显示了一种更为复杂的根据本发明的合成纤维的层状结构。通过不同合成材料的共挤出，制得了一种由中间芯层41组成并分别由不同类型的外层42A-42B或43A-43B包覆的层状合成纤维。

根据本发明的方法以及根据本发明制得的合成纤维的实质在于：与已知合成纤维相反，所述合成纤维不具有其中所有不同的合成材料及相关性质均匀结合在纤维中的均相结构。现有人造草坪运动场的均相结构或组成使得纤维的某些性质不如期望的显著，而其他性质却比期望的明显。

使用本发明的方法可以获得基于特定配方的合成纤维，与标准化的纤维相反，该纤维在其某些部位表现出被认为是在其它部位不必要或不希望存在的特定功能性。

这使得能够更有效地使用各种(合成)材料，其不仅降低了成本，而且获得了一种更为通用的合成纤维，根据本发明，其比均相构造的已知纤维具有明显改进的运动和纤维性能。在该特定实施方案中，内层11、21、31和41由更为廉价的合成材料组成，其原则上赋予纤维以抵抗断裂或撕裂的特定强度。外层12、22、23、32A-32B、42A-42B和43A-43B由不必存在于纤维芯层的合成材料组成。

在本文中，一个特定实施方案是外层可由抗静电添加剂组成。抗静电添加剂抑制纤维通过由在人造草坪运动场上运动产生的静电而带电。反之，抗静电添加剂能够确保产生的静电由人造草坪运动场释放，并且，例如，不通过运动者释放(这将导致不愉快的经历)。

另外，在大多数人造草坪运动场中，由于产生静电的原因，所用粒状分散材料(通常由橡胶类材料组成)在人造草坪运动场中向上迁移，而且在运动场上运动的结果是使所述分散材料扩散在整个空气中。空气传播的粒状分散材料产生令运动者不安的影响。

抗静电剂尤其是永久抗静电剂可以是聚合物，例如聚酰胺或聚醚嵌段酰胺。在另一个实施方案中，该添加剂是聚酯嵌段共聚物。

在另一个实施方案中，外层中的一层(或全部两个外层)(12、22-23、32a-32b、43a-43b)可包括亲水性添加剂。由此获得的人造草纤维具有能够从空气中吸湿(水)，例如雨水的特定功能特性。这使得人造草坪运动场如天然草坪运动场一样更长时间地保湿，其对运动性能(尤其是当滑动等时)具有积极影响，同时在运动场上运动时，吸收的水分如在天然草坪上一样被释放。

可以用作共挤出纤维的上层或外层(12、22-23、32a-32b、43a-43b)的亲水性添加剂的一个例子是乙烯-乙烯醇共聚物。依据共聚物中乙烯醇的含量，该共聚物可以吸收更多的水分。

在这种情况下，中间层(11、21、31、41)赋予纤维强度，而相对薄的上层(12、22-23、32a-32b、43a-43b)吸收水分。可以从空气(以雨水、雾等形式)中吸收水分或由有效的洒水装置提供水分。(通常，在人造草坪运动场上运动之前洒水。)

在运动中，吸收的水分再次释放，这降低了例如滑动时受伤的风险。而且，吸收的水分使运动场的温度降低，由于人造草坪运动场能够被阳光加热，在不利条件下可高至70℃。

用作外层(12、22-23、32a-32b、43a-43b)的亲水性添加剂的另一个实施方案是使用聚甲基丙烯酸羟乙酯。为了防止与中间层(11、21、31、41)的结合问题，需要五层共挤出结构，如图1D所示。在该情况下，层32a-42b是亲水层43a-43b与中间层41的结合层。

为了说明的目的，所示人造草纤维的各层(如图1A-1D所示)具有不同的厚度。然而，所示厚度与所得人造草纤维的实际厚度不一致。

在图1D所示的实施方案中，结合层42a-42b比显示的薄很多，通常是总纤维厚度的1-5％，而其它层41-43a-43b相对较厚。如果将聚乙烯用作中间层11-21-31-41，则作为亲水性添加剂的乙烯-乙烯醇共聚物无须使用任何填充的结合层即可与中间层结合。

图2A和2B显示了几个人造草坪运动场的实施方案，其中使用了根据本发明的合成纤维。在这两个附图中，人造草坪运动场包括基底1，通过使用本发明方法获得的几种合成纤维2由例如簇生的方法附着在其上以标号3所示的位置。合成纤维2由合成材料层制得，所述合成材料由至少两种不同的合成材料通过共挤出的方法获得。合成纤维可单独、或作为例如缠在一起的纤维束2a-2c附着在基底上。更特别地，该通过共挤出制得的纤维可以是原纤维化的带状纤维。

在另一个实施方案中，如图2B所示，根据本发明的合成纤维可以是单丝。在这种情况下，几根单丝可以缠绕成一束，之后，将每束附着于基底1上。在图2B中，基底具有开放结构并由支承纱线1a-1b的格栅组成，合成纤维2附着在该结构上。