ВОЛОКНО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОЙ ТРАВЫ И ИСКУССТВЕННЫЙ ГАЗОН, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ ВОЛОКНО
FIBRE FOR ARTIFICIAL GRASS AND ARTIFICIAL LAWN WITH SUCH FIBRE

Настоящее изобретение относится к синтетическому волокну однонитевого типа, предназначенному для использования в искусственном газоне, причем синтетическое волокно имеет ширину, превышающую толщину.
Настоящее изобретение также относится к искусственному газону, содержащему, по меньшей мере, основу, к которой прикреплены одно или несколько синтетических волокон, соответствующих настоящему изобретению.
В настоящее время во многих видах спорта, например хоккее на траве, теннисе, американском футболе и т.д., при проведении игр используется упомянутый выше искусственный газон, содержащий упомянутые выше синтетические волокна. Хотя спортсмены получают менее серьезные травмы при падении, выполняя подкаты и т.п. на спортивных полях с натуральной травой, с учетом мягкой игровой поверхности из натуральной травы, такие спортивные поля в значительной степени подвержены повреждениям именно из-за их интенсивного использования, в частности, для указанных видов спорта, а также из-за меняющегося влияния погодных условий.
С другой стороны, искусственные газоны требуют меньшего обслуживания, и при игре их можно использовать более интенсивно, чем спортивные поля с натуральной травой. Отчасти по этой причине необходимо, чтобы синтетическое волокно обладало определенными свойствами, позволяющими ему противостоять нагрузкам, которые воздействуют на него при более интенсивном использовании во время игры.
Недостатком известных синтетических волокон является тенденция к прилеганию к поверхности земли, т.е. принятию горизонтального положения, во время эксплуатации. Это приводит к появлению так называемых "залысин" в искусственном газоне и, таким образом, к увеличению риска получения травм и т.п.
Эту проблему можно частично устранить, например, путем размещения между синтетических волокон гранулированного заполняющего материала, такого как песок или гранулы пластика. Наличие таких гранул заполнителя способствует принятию волокнами искусственного волокна положения ближе к вертикальному. Кроме того, гранулы заполнителя не только способствуют получению более мягкой, ударопоглощающей и, таким образом, менее травмоопасной поверхности. Они также обеспечивают улучшение стиля игры, в результате чего стиль игры на искусственном газоне в максимально возможной степени будет походить на стиль игры на натуральной траве.
Использование заполнителя в искусственных газонах имеет ряд недостатков. Установка такого искусственного газона не только является более трудоемкой, чем установка натурального газона, но искусственный газон, снабженный заполнителем, также требует последующего обслуживания. Первоначально равномерное распределение гранулированного заполнителя может быть нарушено при интенсивной эксплуатации. Как результат, могут появиться области, практически не содержащие заполнителя, в частности, в местах, где искусственный газон во время игры используется очень интенсивно, например, в зоне у ворот, что оказывает неблагоприятное влияние на качество игры и, кроме всего прочего, приводит к увеличению риска получения травм.
Другим решением указанной выше проблемы является увеличение жесткости мононити, что может быть сделано путем изменения химического состава и/или способа обработки. Однако это является нежелательным, так как приведет к повышению абразивных свойств искусственного газона с увеличением риска получения травм.
Еще одним решением указанной выше проблемы является применение геометрии синтетического волокна, например, предложенной в документах US 2001/033902 или WO 2005/005730. В обоих патентах описаны волокна, содержащие вещества, повышающие жесткость. Однако с точки зрения геометрии волокна и расположения веществ, повышающих жесткость, получают синтетическое волокно, у которого увеличена вероятность расщепления и/или образования трещин из-за механических напряжений, которые могут возникнуть в волокне, например, при нагрузках, воздействующих на него во время игры, или при изменении температуры.
В этой связи также необходимо отметить, что в документе US 2001/033902 описано волокно из нескольких нитей (также называемое многонитевым), в котором, что касается его геометрии и расположения веществ, повышающих жесткость, намеренно создаются линии пониженной прочности, вызывающей образование трещин. Это волокно имеет тенденцию к расщеплению с возникновением множества нитевых волокон.
Аналогичные низкопрочные искусственные волокна, подверженные расщеплению и/или образованию трещин, описаны в документе WO 2005/005730. В этом документе тоже описано волокно, содержащее вещества, повышающие жесткость, но это волокно, с точки зрения его геометрии, имеет нежелательные точки или линии образования трещин, в которых могут возникнуть нежелательные механические напряжения, например, под влиянием нагрузок, воздействующих на него во время игры (подкаты и т.д.), или изменения температуры.
В документе WO 2005/005731 рассмотрена геометрия синтетических волокон, в сечении имеющих неправильную форму. Из-за наличия утолщенных (или зауженных) участков (так называемых "остей" или "вздутий"), при воздействии нагрузок неизбежно будет возникать концентрация механических напряжений, что может привести к образованию трещин или расщеплению.
Далее, в документе US 3940522 описана геометрия волокна, при которой в центре синтетического волокна создана утолщенная часть, которая, кроме того, расположена на одной стороне волокна. При искривлении эта геометрия волокна будет неизбежно приводить к нежелательным механическим напряжениям, которые будут возникать и концентрироваться в области утолщенной части. Поэтому волокно, соответствующее документу US 3940522, в значительной степени подвержено образованию трещин и расщеплению и, в отличие от волокна, соответствующего настоящему изобретению, не будет "коробиться".
При всех типах геометрий, описанных в документе WO 2006/085751, в синтетическом волокне также будет происходить не коробление под действием нагрузок, а образование трещин или расщепление из-за нежелательной концентрации механических напряжений.
Указанные выше геометрии волокна, таким образом, приводят к сокращению срока службы по сравнению с волокном, соответствующим настоящему изобретению. В дополнение к этому, утолщенная часть на краях позволяет волокну, соответствующему настоящему изобретению, обеспечить лучшее скольжение, в результате чего для игроков на поле снизится травмоопасность.
Задачей настоящего изобретения является устранить низкую прочность волокна, делающую его склонным к расщеплению и образованию трещин, и предложить усовершенствованное синтетическое волокно для использования в искусственном газоне, которое является достаточно устойчивым, но при этом гибким, и которое обладает способностью снова выпрямляться, что позволяет ему воспринимать меняющиеся нагрузки во время игры, и которое также является достаточно износостойким и улучшающим скольжение, в результате чего будет уменьшаться вероятность принятия им горизонтального положения, либо его расщепления или образования в нем трещин, и которое, кроме того, не повышает риск получения травм или не оказывает неблагоприятное влияние на игровые характеристики.
Синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, отличается тем, что оно имеет криволинейную форму в сечении и такое отношение толщины к ширине, чтобы в нем возникало локальное коробление при воздействии внешней нагрузки. Таким образом, предотвращается ненужная деформация волокна, как у волокон, соответствующих известному уровню техники, что позволяет увеличить срок службы волокна и предотвратить его расщепление или образование в нем трещин.
Согласно настоящему изобретению, синтетическое волокно снабжено утолщенной частью на свободных краях (если смотреть в поперечном направлении), чтобы повысить его жесткость и способность к выпрямлению. В частности, эта утолщенная часть выполнена округлой, чтобы сделать волокно улучшающим скольжение, при этом переход от синтетического волокна к утолщенной части также выполнен криволинейным, чтобы предотвратить нежелательное расщепление волокна.
По сути, синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, обладает высокой жесткостью при изгибе, которая исчезает, когда волокно подвергается определенной нагрузке, что позволяет волокну коробиться (и пружинить).
Если говорить более конкретно, волокно, соответствующее настоящему изобретению, имеет криволинейную форму в сечении, при этом радиус кривизны волокна в сечении составляет от 0,3 до 0,7 мм, более предпочтительно - от 0,45 до 0,65 мм.
Согласно настоящему изобретению, чтобы волокно обладало требуемой жесткостью при изгибе, а также определенной степенью гибкости, для восприятия нагрузок во время игры, толщина синтетического волокна составляет от 0,05 до 0,15 мм.
Кроме того, ширина синтетического волокна в предпочтительном случае составляет от 0,5 до 1,5 мм.
В частности, синтетическое волокно имеет форму буквы "омега", в результате чего появляется возможность удержания влаги, что позволяет повысить удобство использования искусственного газона и снизить риск получения травм, например, при выполнении подкатов.
В предпочтительном случае волокно изготовлено из полиолефина или полиамида, более предпочтительно - из полипропилена, полиэтилена или сополимера, либо комбинации из двух или более указанных полимеров.
Далее настоящее изобретение будет рассмотрено более подробно со ссылкой на чертежи, из которых:
на Фиг.1 и 2 показаны различные варианты волокна для искусственной травы спортивных полей, соответствующего настоящему изобретению;
на Фиг.3 приведен график; и
на Фиг.4 и 5 схематично показаны несколько вариантов искусственного газона, содержащего синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению.
Для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения, на чертежах аналогичные элементы будут обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
На Фиг.1 ссылочным номером 10 обозначен первый вариант синтетического волокна, соответствующего настоящему изобретению.
В предпочтительном случае синтетическое волокно 10 представляет собой мононить, полученную путем экструзии. Как хорошо видно на Фиг.1, ширина W превышает толщину D волокна 10 (в особенности, в центральной части 11).
Как хорошо видно на Фиг.1, волокно 10 имеет криволинейную форму с радиусом R кривизны от 0,3 до 0,7 мм. В частности, этот радиус R кривизны составляет от 0,45 до 0,65 мм.
Согласно настоящему изобретению, характеристики волокна таковы, что оно не только является достаточно эластичным гибким, но также обладает такой жесткостью при изгибе, что оно не будет без необходимости принимать горизонтальное положение в искусственном газоне (на спортивном поле с искусственной травой), частью которого является волокно 10 (см. Фиг.4 и 5).
Недостатком синтетического волокна, имеющего относительно высокую жесткость при изгибе, является то, что люди, играющие на искусственном газоне, содержащем такие "жесткие" синтетические волокна, не считают поле очень удобным для игры. В частности, такое "жесткое" синтетическое волокно быстрее приведет к травмам, в частности, при выполнении на нем подкатов.
С другой стороны, гибкое волокно будет стремиться принять горизонтальное положение во время игры на искусственном газоне, в результате чего функциональность волокна, с точки зрения игровых характеристик газона, будет утрачена. Из-за таких полегших волокон на поле будут образовываться сильные залысины, что также неблагоприятно для игроков и увеличивает риск получения травм. Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложить решение по этому вопросу, и, согласно настоящему изобретению, описываемое далее волокно имеет такое отношение ширины к толщине, чтобы волокно 10 больше не изгибалось, а локально коробилось при воздействии определенной внешней нагрузки во время использования искусственного газона.
Это позволяет предотвратить ненужное воздействие на синтетическое волокно напряжений изгиба. При изгибе в синтетическом волокне могут возникнуть избыточные механические напряжения, в частности, когда синтетическое волокно принимает горизонтальное положение из-за прогуливающегося или играющего на искусственном газоне человека, либо под действием таких предметов, как стулья, столы или настилы, которые на нем размещают.
Напряжения изгиба приводят к возникновению ползучести материала синтетического волокна. Эта ползучесть приводит к нежелательной деформации волокна, в результате чего горизонтальная ориентация волокна на спортивном поле с искусственной травой становится постоянной.
Это явление можно предотвратить при использовании синтетического волокна, соответствующего настоящему изобретению, так как синтетическое волокно будет не изгибаться (и, следовательно, деформироваться нежелательным образом) при воздействии внешних нагрузок, а локально коробиться.
Локальное коробление синтетического волокна под влиянием внешней нагрузки предотвращает локальные деформации материала волокна, которые будут приводить к устойчивому изменению его формы (а именно принятию горизонтального положения), или расщепление волокна в результате упомянутых нежелательных механических напряжений.
Так как синтетическое волокно 10, соответствующее настоящему изобретению, будет локально коробиться под влиянием внешней нагрузки, оно сохранит упругость или способность к выпрямлению, что в результате обеспечит существенное улучшение игровых характеристик спортивного поля с искусственной травой.
Если говорить более конкретно, синтетическое волокно отличается тем, что эффект коробления будет возникать при минимальном радиусе кривизны 2 мм и максимальном радиусе кривизны 10 мм. Другими словами, отношение ширины к толщине у волокна должно быть таким, чтобы оно сразу не коробилось при воздействии внешней нагрузки, так как это будет означать, что волокно потеряет эластичность и будет тотчас же принимать горизонтальное положение.
Существенно то, что в соответствии с изобретением в синтетическом волокне должно происходить перемещение материала в направлении средней линии L при изгибании волокна во время воздействия на него внешней нагрузки. Таким образом, предотвращается возникновение в волокне нежелательных механических напряжений, которые могут привести к деформации волокна, что окажет нежелательное влияние на функциональность как волокна, так и искусственного газона.
Ссылочным обозначением L указана средняя линия синтетического волокна, и в этой связи отметим, что с любой стороны от средней линии L находятся одинаковые количества материала.
Синтетическое волокно в предпочтительном случае должно быть изготовлено из полипропилена, полиэтилена, полиамида или сополимера, либо комбинации из двух или более указанных полимеров, и выбор материала должен быть таким, чтобы синтетическое волокно в любое время оставалось в пределах диапазона упругой деформации при воздействии внешней нагрузки. Синтетический (со)полимер характеризуется диапазонами вязкотекучести и упругости, и переход между этими двумя диапазонами указывается так называемым "пределом текучести". Кроме того, можно создать синтетическое волокно из комбинации упомянутых выше материалов.
Таким образом, в возможных вариантах его воплощения синтетическое волокно может состоять из каучука, который представляет собой перманентно упругий синтетический полимер, либо из синтетического (со)полимера, который будет оставаться в пределах диапазона упругости при воздействии нагрузки и который в предпочтительном случае имеет высокий предел текучести. Необходимость в подобном синтетическом волокне с такой геометрией продемонстрирована Фиг.3, представляющей собой график зависимости удлинения синтетического волокна, отложенного по горизонтальной оси в процентах, от силы, действующей на синтетическое волокно или синтетический полимер.
Желательно, чтобы нагруженное таким образом синтетическое волокно полностью оставалось в пределах диапазона упругости, указанного на графике ссылочным обозначением Х.
Толщина синтетического волокна, указанная ссылочным обозначением D, составляет от 0,05 до 0,15 мм, предпочтительно - от 0,08 до 0,10 мм. Ширина такого волокна в этом случае составляет от 0,5 до 2,5 мм, предпочтительно - от 1,0 до 1,5 мм. Обнаружено, что такое отношение ширины к толщине, при том что волокно предпочтительно изготовлено из полиэтилена, обеспечивает получение описанного выше эффекта, при котором волокно не приобретает постоянной деформации под влиянием внешней нагрузки, а коробится локально, причем, как следствие, такое коробление должно происходить в пределах диапазона упругости, на Фиг.3 указанного ссылочным обозначением Х.
Как хорошо видно на Фиг.1, синтетическое волокно 10 содержит утолщенные части 12а, 12b по бокам (если смотреть в поперечном направлении), которые в предпочтительном случае являются округлыми. Таким образом, синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, имеет не только неострые кромки, что положительно влияет на игровые характеристики, в частности, с точки зрения предотвращения травм у игроков при выполнении подкатов или падении, но также обладает дополнительной эластичностью, что положительно влияет на его способность к выпрямлению.
Также здесь необходимо отметить, что утолщенные части имеют симметричную геометрию относительно средней линии L.
Толщина утолщенных частей 12а, 12b предпочтительно составляет от 0,15 до 0,35 мм, более предпочтительно - от 0,20 до 0,25 мм. Также отметим, что переход 13а, 13b между центральной частью 11 и утолщенными частями 12а, 12b должен быть криволинейным, чтобы предотвратить нежелательные механические напряжения в этом месте и, следовательно, нежелательное расщепление волокна.
На Фиг.2 показан другой, альтернативный вариант реализации настоящего изобретения, в котором синтетическое волокно в сечении имеет форму буквы "омега", "брюшко" которой обозначено ссылочным номером 14а.
Как хорошо видно на Фиг.2, такое волокно 10 в форме буквы "омега" обладает эластичностью при приложении внешней нагрузки. В результате выбора подходящего отношения ширины к толщине, как описано выше, в комбинации со специфической геометрией в форме буквы "омега", волокно 10 обладает упругостью, которая позволяет ему пружинить под влиянием нагрузок, однако, с другой стороны, геометрия в форме буквы "омега" обеспечивает определенную жесткость при изгибе, которая противостоит механической деформации материала и, наоборот, вызывает локальное коробление волокна.
В состоянии покоя синтетическое волокно, показанное на Фиг.2, имеет геометрию в форме буквы "омега" и в целом криволинейную или изогнутую конфигурацию с радиусом R кривизны.
Указанная ситуация показана на Фиг.4, где изображено синтетическое волокно 10, соответствующее Фиг.1, и, в частности, механические напряжения в материале, которые возникают вследствие воздействия на волокно внешней нагрузки. На чертеже хорошо видна центральная область 20, в которой происходит коробление.
На Фиг.5 и 6 показаны несколько вариантов искусственного газона, в котором может использоваться синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению. На обоих чертежах искусственный газон содержит основу 1, к которой в местах, указанных ссылочным номером 3, прикреплено несколько синтетических волокон 2 (соответствующих волокнам 10, показанным на Фиг.1, 2 и 3), например, путем тафтинга. Экструдированное синтетическое волокно 2 можно прикреплять к основе 1 по отдельности или в виде пучка, например, из скрученных волокон 2а-2с.
В другом варианте, как показано на Фиг.6, синтетическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, может представлять собой мононить. В этом варианте также несколько мононитей может быть скручено с получением пучка, после чего каждый пучок прикрепляют к основе 1. На Фиг.6 основа не является сплошной и состоит из решетки в виде волокнистых опорных лент 1а, 1b, к которым прикреплены синтетические волокна 2.