人造草坪的生產控制要點和發(fā)展分析

唐海文

(上海建科檢驗有限公司，上海 201108)

人造草(英文：Artificial Grass)是一種塑料仿真草，在外觀上、回復性、透氣、透水性、吸音降噪性可做到與天然草有極高的相似度。人造草坪還具有超強的韌性、耐磨性和極佳的運動員保護功能，可不受季節(jié)影響、也可在大雨后立即使用。人造草坪在保證球類正常的滾動和運動轉速等功能方面與自然草坪并無明顯區(qū)別。人造草坪的顏色多樣、草絲細密、環(huán)保安全、外形美觀和適應性強等優(yōu)勢，是大部分自然草坪最佳替代品。也常使用在房頂、墻壁和露臺景觀等地方，可以給建筑物降溫、保護建筑層、延長建筑物使用壽命和美化城市景觀。人造草坪種類繁多、顏色豐富、防霉防腐、對使用環(huán)境要求低，安裝施工方便，使用壽命可達10～15年，廢棄的人造草坪可通過回收、高溫熔融、塑料造粒工藝再重復利用，所以人造草坪是一種無毒、無害、綠色環(huán)保、可循環(huán)利用高新產品，值得大量推廣使用。

1 人造草坪按生產工藝分類

1.1 注塑草坪

生產工藝主要靠注塑機一次成型，采用無基布生產，也就是將塑料聚合物在模具中一次擠壓成型，草葉等距，等量規(guī)律排布，草絲高度完全統(tǒng)一。其特點是草絲拔出力強，但產量低，主要用于高爾夫球場、幼兒園場地等。

1.2 編織草坪

其生產工藝與生產編織地毯基本一致，主要由草絲、基布和背膠組成，其特點是生產效率高，適合大批量生產，也是目前人造草坪最主要的生產工藝，用途廣泛，其原料主要為聚烯烴聚合物。

2 人造草絲的生產控制要點

人造草絲的好壞決定著人造草坪的關鍵因素，也是生產工藝最復雜的工序，是工廠生產水平能力的體現(xiàn)。人造草絲物理表現(xiàn)為柔軟適度、耐磨和耐候性好等。人造草絲的柔軟度要適中，如果人造草絲太硬，則人員在上面高速運動跌倒時容易被草絲割傷，不符合要求；如果草絲太軟，草絲的挺度不夠，草坪表面容易塌陷，整個草坪外觀不好，球類的運動軌跡不容易控制，所以人造草絲的柔軟度是草絲的一個很重要指標。人造草絲的耐磨性也要求很好，由其是運動草坪，人員在上面運動頻繁，和草絲的摩擦很多，人造草絲必須耐磨性良好，人造草絲不能開叉和起毛等現(xiàn)像。人造草坪的使用的時間為10年以上，所以人造草絲的耐候性要求很好，不能在使用中草絲老化變脆和變色等。為了控制人造草絲的質量，生產出良好的草絲，生產時控制要點為以下幾個方面：

1)合理的原材料配方。人造草絲的原材料的塑料聚合物主要為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和尼龍(Nylon)等的一種或幾種塑料粒的混合物；塑料聚合物所占原材料的組成一般為95%以上，另外每種塑料聚合物都有自己的優(yōu)缺點，如PE人造草絲具有柔軟、耐候性和抗老化性能好，是目前市場上使用最廣泛的人造草絲原材料。PP人造草絲較硬，但耐磨性稍差，是生產卷曲草絲的主要原料。Nylon人造草絲是最早使用的人造草絲，耐磨性最好，但價格高，草絲硬。人造草絲可根據(jù)人造草絲的性能要求和每種塑料聚合物的特性，合理來調配塑料原料配方，如草絲的挺度不夠時，則原料配方中的PP料粒所占比例太少，人造草絲柔軟性不夠時則需要增加PE在原料中的含量，耐磨性不夠時要增加Nylon原料的含量。人造草絲的形狀一般分為直草絲和曲草絲，直草絲草坪用途廣泛，多用在籃球、網(wǎng)球、曲棍球場地和一些景觀休閑場地。而曲草絲能夠增加草坪的彈性、保持草面的平整性和減少填充物的用量。足球運動場地人造草坪都采運直草絲加曲草絲配合，既能保持草坪的柔軟性，仿真效果好，也能保持草坪的彈性和草坪表面的無方向性，可以保證球類運動軌跡正常。

2)功能性添加劑也很重要。功能性添加劑的量為占原材料的1%～3%左右，但它可增加人造草絲的一些性能。人造草絲構成為塑料，最大缺點是容易受酸堿度、陽光和溫度影響，容易老化變脆，所以在塑料原料中需要加一些抗老化劑，抗老化劑的成份包括光穩(wěn)定劑、抗氧劑和熱穩(wěn)定劑組成。為了增加熔融塑料在擠塑生產中流動性，提高生產率，要在原料中加入些順滑劑 減少塑料熔融物與擠塑機里的螺桿粘連。為了減少意外火災的發(fā)生，原料還必須添加阻燃劑等功能添加劑。常用的功能添加劑和應用如表1。

表1 功能添加劑性能表

3)人造草絲的生產工藝的控制要點。人造草絲生產主要通過擠塑工藝生產，主要工藝為：擠出草絲或塑料膜、再經(jīng)過牽引、分絲、定型、加捻、收卷得到需要的草簇卷。工藝控制重點為：人造草絲的拉伸強度、柔軟度和收宿率等是生產控制要點。除了我們通過塑料原料的配方和添加適量的功能添加劑外，生產工藝的控制也影響著人造草絲的性能，為了達到這個要求，我們要清楚它們之間的關系，在生產過程中，人造草絲的牽引力越大，那么人造草絲的拉伸強度和收縮率也越大，但伸長率會變小，人造草絲就會偏硬，耐磨性變差。所以在生產人造草絲的的過程中機器的牽引力是一個很重要的指標。另外人造草絲生產過程中的定型溫度和退火溫度也影響著人造草絲的性能。如人造草絲的收縮率可以通過適當提高一下定型烘箱溫度讓草絲充分受熱回縮定型；還可以通過控制退火溫度來控制草絲的收縮率等。如果草絲伸長率過大，編織時切刀就不容易切斷草絲，造成草絲出現(xiàn)尖部有彎曲現(xiàn)象，草坪外觀就會出現(xiàn)視覺色差。另外人造草絲的加工曲絲的關鍵工藝為加曲工段，控制要點為加曲工序的溫度、氣壓的穩(wěn)定性以及加曲管的直徑等控制，要控制人造草絲不能有嚴重超出指標要求的曲度，尤其對于純曲草絲來說，曲度務必要均勻一致才行。草絲曲度不均就會造成草面高低不平，球的運動軌跡不符合要求，另外整體視覺會造成草坪的色差。

3 人造草坪的編織工藝控制要點

人造草坪的編織工藝為：將設計好的不同類型、顏色和根數(shù)的人造草絲通過加捻制成的草簇再通過編織機，編織機上的按一定行距排列的編織針將草簇編織到一卷準備好的塑料基材布上。人造草坪的編織控制要點為，編織前要調好草簇的行距、針距和草高，編織時不能有跳針和漏針的情況，另外草簇切刀要鋒利，草絲切口齊整，草絲高度一致，草面平整。

4 背膠固定涂層

背膠固定涂層作用是固定基布上的人造草簇的牢度，背膠的類型和涂層厚度會影響到產品的品質，通常選擇丁苯膠和聚胺膠等，背膠涂布工藝的關鍵要控制好背膠涂層的厚度，背膠涂層過厚，滲透基布里的背膠太多，會造成基布變硬和變脆，影響基布的強度和韌性，使用時容易破裂；膠水涂層太少，容易造成草簇的固定力小，使用時人造草簇容易被拔出等缺陷，單簇人造草絲的拔出力要大于30牛。另外背膠必須符合環(huán)保要求，成品草卷不能有害氣體散發(fā)，并能有滲水和透氣功能。

5 人造草坪的重金屬含量限量要求

人造草坪由于經(jīng)常與人接觸，兒童在里面玩耍，所以人造草坪必須保證人體健康安全，國家標準GBT 20394-2019 體育用人造草標準規(guī)定了人造草坪的重金屬可遷移限量要求，具體要求如表2。

表2 人造草絲的可遷移元素的最大限量要求

6 人造草坪有害物釋放限量要求

人造草坪使用環(huán)境為室內和一些體育場所，不能有難聞氣味和有害氣體傷害人體健康。國家標準GBT 20394-2019 體育用人造草標準也規(guī)定了對人造草坪的有害物釋放限量要求，具體要求如表3。

表3 有害物質釋放限量要求

7 人造草坪的發(fā)展研究

7.1 添加其它功能塑料原料增加人造草絲性能

通過向塑料原料中加入聚氨酯(PET)塑料聚合物，可以提高人造草絲的拉伸強度和耐磨性能；向塑料原料中加入硅膠化合物，可以提高人造草絲的柔軟性能等，所以人造草絲的原料可以添加其它塑料聚合物來改善人造草絲的物理性能的要求。

7.2 改變草絲的形狀來增加草絲的性能

人造草絲的形狀不同，表現(xiàn)出的物理性能也不同。采用直接擠出法生產單絲時，人造草絲的形狀主要通過噴絲孔的形狀

和定型工具來控制，如加徑草、S形草、U形草和W形草等。比如采用仿生學原理，單絲中間加莖，使人造草絲更接近真草形狀，仿真程度高，草坪外觀造型更接近于天然草坪，并具有良好的彈性和耐磨性能，加徑人造草絲如圖1。

圖1 加徑人造草絲

7.3 增加塑料基布的性能

人造草坪的使用壽命和性能跟塑料基布也有很大關系，塑料基布的撕裂強度一般要求達到600 N以上。為了提高塑料基布的性能，我們可在塑料基布原料中加入玻璃纖維和聚氨酯(PU)等來增加塑料基布的強度和柔軟度，也可以通過塑料基布上面覆膜或粘合一層其它功能層來提高基布的性能和使用壽命。

8 國內人造草坪的發(fā)展現(xiàn)狀

人造草坪起源于上世紀六十年代的美國，我國的人造草坪是上世紀九十年代初引入并迅速發(fā)展，九十年代末已完全國產替代，2000年全球的人造草坪的生產大部分轉移到我國，我國生產的人造草坪也開始出口歐美、亞太和非洲市場。2016年國內的人造草坪的銷售額超過百億元，另外我國2017年生產人造草坪1.24億m2，占全球產量53.7%，出口0.65億m2，占全球87.0%。隨著國家對體育產業(yè)的大力護持，國內人造草坪也迎來了發(fā)展的黃金時期。特別是《中國足球中長期發(fā)展規(guī)劃(2016-2050)》和《全國足球場地設施建設發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》指出，“將足球場地設施建設納入當?shù)貒窠?jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃”，2021-2030年，每萬人擁有一塊足球場地，所以國內的人造草坪需求旺盛，行業(yè)前景值得期待。國家密集出臺了健身場地實施方案和足球場地實施方案，以及體育強國建設崗要，我國體育產業(yè)步入政策紅利期，體育設施建設的增多，人造草坪的需求有望持續(xù)增加。