唐海文

(上海建科檢驗(yàn)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(fù)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(qiáng)的韌性、耐磨性和極佳的運(yùn)動(dòng)員保護(hù)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(dòng)和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速等功能方面與自然草坪并無(wú)明顯區(qū)別。人造草坪的顏色多樣、草絲細(xì)密、環(huán)保安全、外形美觀和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，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(tái)景觀等地方，可以給建筑物降溫、保護(hù)建筑層、延長(zhǎng)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(duì)使用環(huán)境要求低，安裝施工方便，使用壽命可達(dá)10～15年，廢棄的人造草坪可通過(guò)回收、高溫熔融、塑料造粒工藝再重復(fù)利用，所以人造草坪是一種無(wú)毒、無(wú)害、綠色環(huán)保、可循環(huán)利用高新產(chǎn)品，值得大量推廣使用。

1 人造草坪按生產(chǎn)工藝分類

1.1 注塑草坪

生產(chǎn)工藝主要靠注塑機(jī)一次成型，采用無(wú)基布生產(chǎn)，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(diǎn)是草絲拔出力強(qiáng)，但產(chǎn)量低，主要用于高爾夫球場(chǎng)、幼兒園場(chǎng)地等。

1.2 編織草坪

其生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)編織地毯基本一致，主要由草絲、基布和背膠組成，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)，也是目前人造草坪最主要的生產(chǎn)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(chǎn)控制要點(diǎn)

人造草絲的好壞決定著人造草坪的關(guān)鍵因素，也是生產(chǎn)工藝最復(fù)雜的工序，是工廠生產(chǎn)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(yùn)動(dòng)跌倒時(shí)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(gè)草坪外觀不好，球類的運(yùn)動(dòng)軌跡不容易控制，所以人造草絲的柔軟度是草絲的一個(gè)很重要指標(biāo)。人造草絲的耐磨性也要求很好，由其是運(yùn)動(dòng)草坪，人員在上面運(yùn)動(dòng)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(shí)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(zhì)量，生產(chǎn)出良好的草絲，生產(chǎn)時(shí)控制要點(diǎn)為以下幾個(gè)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(diǎn)，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(chǎng)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(chǎn)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(jià)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(lái)調(diào)配塑料原料配方，如草絲的挺度不夠時(shí)，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(shí)則需要增加PE在原料中的含量，耐磨性不夠時(shí)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(chǎng)地和一些景觀休閑場(chǎng)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)地人造草坪都采運(yùn)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(wú)方向性，可以保證球類運(yùn)動(dòng)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(gòu)成為塑料，最大缺點(diǎn)是容易受酸堿度、陽(yáng)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(chǎn)中流動(dòng)性，提高生產(chǎn)率，要在原料中加入些順滑劑 減少塑料熔融物與擠塑機(jī)里的螺桿粘連。為了減少意外火災(zāi)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(yīng)用如表1。

表1 功能添加劑性能表

3)人造草絲的生產(chǎn)工藝的控制要點(diǎn)。人造草絲生產(chǎn)主要通過(guò)擠塑工藝生產(chǎn)，主要工藝為：擠出草絲或塑料膜、再經(jīng)過(guò)牽引、分絲、定型、加捻、收卷得到需要的草簇卷。工藝控制重點(diǎn)為：人造草絲的拉伸強(qiáng)度、柔軟度和收宿率等是生產(chǎn)控制要點(diǎn)。除了我們通過(guò)塑料原料的配方和添加適量的功能添加劑外，生產(chǎn)工藝的控制也影響著人造草絲的性能，為了達(dá)到這個(gè)要求，我們要清楚它們之間的關(guān)系，在生產(chǎn)過(guò)程中，人造草絲的牽引力越大，那么人造草絲的拉伸強(qiáng)度和收縮率也越大，但伸長(zhǎng)率會(huì)變小，人造草絲就會(huì)偏硬，耐磨性變差。所以在生產(chǎn)人造草絲的的過(guò)程中機(jī)器的牽引力是一個(gè)很重要的指標(biāo)。另外人造草絲生產(chǎn)過(guò)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(guò)適當(dāng)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(guò)控制退火溫度來(lái)控制草絲的收縮率等。如果草絲伸長(zhǎng)率過(guò)大，編織時(shí)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(huì)出現(xiàn)視覺色差。另外人造草絲的加工曲絲的關(guān)鍵工藝為加曲工段，控制要點(diǎn)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(yán)重超出指標(biāo)要求的曲度，尤其對(duì)于純曲草絲來(lái)說(shuō)，曲度務(wù)必要均勻一致才行。草絲曲度不均就會(huì)造成草面高低不平，球的運(yùn)動(dòng)軌跡不符合要求，另外整體視覺會(huì)造成草坪的色差。

3 人造草坪的編織工藝控制要點(diǎn)

人造草坪的編織工藝為：將設(shè)計(jì)好的不同類型、顏色和根數(shù)的人造草絲通過(guò)加捻制成的草簇再通過(guò)編織機(jī)，編織機(jī)上的按一定行距排列的編織針將草簇編織到一卷準(zhǔn)備好的塑料基材布上。人造草坪的編織控制要點(diǎn)為，編織前要調(diào)好草簇的行距、針距和草高，編織時(shí)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(huì)影響到產(chǎn)品的品質(zhì)，通常選擇丁苯膠和聚胺膠等，背膠涂布工藝的關(guān)鍵要控制好背膠涂層的厚度，背膠涂層過(guò)厚，滲透基布里的背膠太多，會(huì)造成基布變硬和變脆，影響基布的強(qiáng)度和韌性，使用時(shí)容易破裂；膠水涂層太少，容易造成草簇的固定力小，使用時(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 20394-2019 體育用人造草標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)和一些體育場(chǎng)所，不能有難聞氣味和有害氣體傷害人體健康。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 20394-2019 體育用人造草標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了對(duì)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(zhì)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(guò)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(qiáng)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(lái)改善人造草絲的物理性能的要求。

7.2 改變草絲的形狀來(lái)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(chǎn)單絲時(shí)，人造草絲的形狀主要通過(guò)噴絲孔的形狀

和定型工具來(lái)控制，如加徑草、S形草、U形草和W形草等。比如采用仿生學(xué)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(guān)系，塑料基布的撕裂強(qiáng)度一般要求達(dá)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(lái)增加塑料基布的強(qiáng)度和柔軟度，也可以通過(guò)塑料基布上面覆膜或粘合一層其它功能層來(lái)提高基布的性能和使用壽命。

8 國(guó)內(nèi)人造草坪的發(fā)展現(xiàn)狀

人造草坪起源于上世紀(jì)六十年代的美國(guó)，我國(guó)的人造草坪是上世紀(jì)九十年代初引入并迅速發(fā)展，九十年代末已完全國(guó)產(chǎn)替代，2000年全球的人造草坪的生產(chǎn)大部分轉(zhuǎn)移到我國(guó)，我國(guó)生產(chǎn)的人造草坪也開始出口歐美、亞太和非洲市場(chǎng)。2016年國(guó)內(nèi)的人造草坪的銷售額超過(guò)百億元，另外我國(guó)2017年生產(chǎn)人造草坪1.24億m2，占全球產(chǎn)量53.7%，出口0.65億m2，占全球87.0%。隨著國(guó)家對(duì)體育產(chǎn)業(yè)的大力護(hù)持，國(guó)內(nèi)人造草坪也迎來(lái)了發(fā)展的黃金時(shí)期。特別是《中國(guó)足球中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2016-2050)》和《全國(guó)足球場(chǎng)地設(shè)施建設(shè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》指出，“將足球場(chǎng)地設(shè)施建設(shè)納入當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃”，2021-2030年，每萬(wàn)人擁有一塊足球場(chǎng)地，所以國(guó)內(nèi)的人造草坪需求旺盛，行業(yè)前景值得期待。國(guó)家密集出臺(tái)了健身場(chǎng)地實(shí)施方案和足球場(chǎng)地實(shí)施方案，以及體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)崗要，我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)步入政策紅利期，體育設(shè)施建設(shè)的增多，人造草坪的需求有望持續(xù)增加。