唐海文

(上海建科检验有限公司，上海 201108)

人造草(英文：Artificial Grass)是一种塑料仿真草，在外观上、回复性、透气、透水性、吸音降噪性可做到与天然草有极高的相似度。人造草坪还具有超强的韧性、耐磨性和极佳的运动员保护功能，可不受季节影响、也可在大雨后立即使用。人造草坪在保证球类正常的滚动和运动转速等功能方面与自然草坪并无明显区别。人造草坪的颜色多样、草丝细密、环保安全、外形美观和适应性强等优势，是大部分自然草坪最佳替代品。也常使用在房顶、墙壁和露台景观等地方，可以给建筑物降温、保护建筑层、延长建筑物使用寿命和美化城市景观。人造草坪种类繁多、颜色丰富、防霉防腐、对使用环境要求低，安装施工方便，使用寿命可达10～15年，废弃的人造草坪可通过回收、高温熔融、塑料造粒工艺再重复利用，所以人造草坪是一种无毒、无害、绿色环保、可循环利用高新产品，值得大量推广使用。

1 人造草坪按生产工艺分类

1.1 注塑草坪

生产工艺主要靠注塑机一次成型，采用无基布生产，也就是将塑料聚合物在模具中一次挤压成型，草叶等距，等量规律排布，草丝高度完全统一。其特点是草丝拔出力强，但产量低，主要用于高尔夫球场、幼儿园场地等。

1.2 编织草坪

其生产工艺与生产编织地毯基本一致，主要由草丝、基布和背胶组成，其特点是生产效率高，适合大批量生产，也是目前人造草坪最主要的生产工艺，用途广泛，其原料主要为聚烯烃聚合物。

2 人造草丝的生产控制要点

人造草丝的好坏决定着人造草坪的关键因素，也是生产工艺最复杂的工序，是工厂生产水平能力的体现。人造草丝物理表现为柔软适度、耐磨和耐候性好等。人造草丝的柔软度要适中，如果人造草丝太硬，则人员在上面高速运动跌倒时容易被草丝割伤，不符合要求；如果草丝太软，草丝的挺度不够，草坪表面容易塌陷，整个草坪外观不好，球类的运动轨迹不容易控制，所以人造草丝的柔软度是草丝的一个很重要指标。人造草丝的耐磨性也要求很好，由其是运动草坪，人员在上面运动频繁，和草丝的摩擦很多，人造草丝必须耐磨性良好，人造草丝不能开叉和起毛等现像。人造草坪的使用的时间为10年以上，所以人造草丝的耐候性要求很好，不能在使用中草丝老化变脆和变色等。为了控制人造草丝的质量，生产出良好的草丝，生产时控制要点为以下几个方面：

1)合理的原材料配方。人造草丝的原材料的塑料聚合物主要为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和尼龙(Nylon)等的一种或几种塑料粒的混合物；塑料聚合物所占原材料的组成一般为95%以上，另外每种塑料聚合物都有自己的优缺点，如PE人造草丝具有柔软、耐候性和抗老化性能好，是目前市场上使用最广泛的人造草丝原材料。PP人造草丝较硬，但耐磨性稍差，是生产卷曲草丝的主要原料。Nylon人造草丝是最早使用的人造草丝，耐磨性最好，但价格高，草丝硬。人造草丝可根据人造草丝的性能要求和每种塑料聚合物的特性，合理来调配塑料原料配方，如草丝的挺度不够时，则原料配方中的PP料粒所占比例太少，人造草丝柔软性不够时则需要增加PE在原料中的含量，耐磨性不够时要增加Nylon原料的含量。人造草丝的形状一般分为直草丝和曲草丝，直草丝草坪用途广泛，多用在篮球、网球、曲棍球场地和一些景观休闲场地。而曲草丝能够增加草坪的弹性、保持草面的平整性和减少填充物的用量。足球运动场地人造草坪都采运直草丝加曲草丝配合，既能保持草坪的柔软性，仿真效果好，也能保持草坪的弹性和草坪表面的无方向性，可以保证球类运动轨迹正常。

2)功能性添加剂也很重要。功能性添加剂的量为占原材料的1%～3%左右，但它可增加人造草丝的一些性能。人造草丝构成为塑料，最大缺点是容易受酸碱度、阳光和温度影响，容易老化变脆，所以在塑料原料中需要加一些抗老化剂，抗老化剂的成份包括光稳定剂、抗氧剂和热稳定剂组成。为了增加熔融塑料在挤塑生产中流动性，提高生产率，要在原料中加入些顺滑剂 减少塑料熔融物与挤塑机里的螺杆粘连。为了减少意外火灾的发生，原料还必须添加阻燃剂等功能添加剂。常用的功能添加剂和应用如表1。

表1 功能添加剂性能表

3)人造草丝的生产工艺的控制要点。人造草丝生产主要通过挤塑工艺生产，主要工艺为：挤出草丝或塑料膜、再经过牵引、分丝、定型、加捻、收卷得到需要的草簇卷。工艺控制重点为：人造草丝的拉伸强度、柔软度和收宿率等是生产控制要点。除了我们通过塑料原料的配方和添加适量的功能添加剂外，生产工艺的控制也影响着人造草丝的性能，为了达到这个要求，我们要清楚它们之间的关系，在生产过程中，人造草丝的牵引力越大，那么人造草丝的拉伸强度和收缩率也越大，但伸长率会变小，人造草丝就会偏硬，耐磨性变差。所以在生产人造草丝的的过程中机器的牵引力是一个很重要的指标。另外人造草丝生产过程中的定型温度和退火温度也影响着人造草丝的性能。如人造草丝的收缩率可以通过适当提高一下定型烘箱温度让草丝充分受热回缩定型；还可以通过控制退火温度来控制草丝的收缩率等。如果草丝伸长率过大，编织时切刀就不容易切断草丝，造成草丝出现尖部有弯曲现象，草坪外观就会出现视觉色差。另外人造草丝的加工曲丝的关键工艺为加曲工段，控制要点为加曲工序的温度、气压的稳定性以及加曲管的直径等控制，要控制人造草丝不能有严重超出指标要求的曲度，尤其对于纯曲草丝来说，曲度务必要均匀一致才行。草丝曲度不均就会造成草面高低不平，球的运动轨迹不符合要求，另外整体视觉会造成草坪的色差。

3 人造草坪的编织工艺控制要点

人造草坪的编织工艺为：将设计好的不同类型、颜色和根数的人造草丝通过加捻制成的草簇再通过编织机，编织机上的按一定行距排列的编织针将草簇编织到一卷准备好的塑料基材布上。人造草坪的编织控制要点为，编织前要调好草簇的行距、针距和草高，编织时不能有跳针和漏针的情况，另外草簇切刀要锋利，草丝切口齐整，草丝高度一致，草面平整。

4 背胶固定涂层

背胶固定涂层作用是固定基布上的人造草簇的牢度，背胶的类型和涂层厚度会影响到产品的品质，通常选择丁苯胶和聚胺胶等，背胶涂布工艺的关键要控制好背胶涂层的厚度，背胶涂层过厚，渗透基布里的背胶太多，会造成基布变硬和变脆，影响基布的强度和韧性，使用时容易破裂；胶水涂层太少，容易造成草簇的固定力小，使用时人造草簇容易被拔出等缺陷，单簇人造草丝的拔出力要大于30牛。另外背胶必须符合环保要求，成品草卷不能有害气体散发，并能有渗水和透气功能。

5 人造草坪的重金属含量限量要求

人造草坪由于经常与人接触，儿童在里面玩耍，所以人造草坪必须保证人体健康安全，国家标准GBT 20394-2019 体育用人造草标准规定了人造草坪的重金属可迁移限量要求，具体要求如表2。

表2 人造草丝的可迁移元素的最大限量要求

6 人造草坪有害物释放限量要求

人造草坪使用环境为室内和一些体育场所，不能有难闻气味和有害气体伤害人体健康。国家标准GBT 20394-2019 体育用人造草标准也规定了对人造草坪的有害物释放限量要求，具体要求如表3。

表3 有害物质释放限量要求

7 人造草坪的发展研究

7.1 添加其它功能塑料原料增加人造草丝性能

通过向塑料原料中加入聚氨酯(PET)塑料聚合物，可以提高人造草丝的拉伸强度和耐磨性能；向塑料原料中加入硅胶化合物，可以提高人造草丝的柔软性能等，所以人造草丝的原料可以添加其它塑料聚合物来改善人造草丝的物理性能的要求。

7.2 改变草丝的形状来增加草丝的性能

人造草丝的形状不同，表现出的物理性能也不同。采用直接挤出法生产单丝时，人造草丝的形状主要通过喷丝孔的形状

和定型工具来控制，如加径草、S形草、U形草和W形草等。比如采用仿生学原理，单丝中间加茎，使人造草丝更接近真草形状，仿真程度高，草坪外观造型更接近于天然草坪，并具有良好的弹性和耐磨性能，加径人造草丝如图1。

图1 加径人造草丝

7.3 增加塑料基布的性能

人造草坪的使用寿命和性能跟塑料基布也有很大关系，塑料基布的撕裂强度一般要求达到600 N以上。为了提高塑料基布的性能，我们可在塑料基布原料中加入玻璃纤维和聚氨酯(PU)等来增加塑料基布的强度和柔软度，也可以通过塑料基布上面覆膜或粘合一层其它功能层来提高基布的性能和使用寿命。

8 国内人造草坪的发展现状

人造草坪起源于上世纪六十年代的美国，我国的人造草坪是上世纪九十年代初引入并迅速发展，九十年代末已完全国产替代，2000年全球的人造草坪的生产大部分转移到我国，我国生产的人造草坪也开始出口欧美、亚太和非洲市场。2016年国内的人造草坪的销售额超过百亿元，另外我国2017年生产人造草坪1.24亿m2，占全球产量53.7%，出口0.65亿m2，占全球87.0%。随着国家对体育产业的大力护持，国内人造草坪也迎来了发展的黄金时期。特别是《中国足球中长期发展规划(2016-2050)》和《全国足球场地设施建设发展规划(2016-2020)》指出，“将足球场地设施建设纳入当地国民经济和社会发展规划”，2021-2030年，每万人拥有一块足球场地，所以国内的人造草坪需求旺盛，行业前景值得期待。国家密集出台了健身场地实施方案和足球场地实施方案，以及体育强国建设岗要，我国体育产业步入政策红利期，体育设施建设的增多，人造草坪的需求有望持续增加。