1 研究背景：

 

     人造草皮經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，成果已經(jīng)超過(guò)了預期。第三代人造草皮在運動(dòng)員表現和安全方面已經(jīng)得到了改善。很多研究表明，人造草皮與自然草皮的機械性能和傷害風(fēng)險相近。因此，一些大型專(zhuān)業(yè)足球俱樂(lè )部已經(jīng)引入了這種人造草皮用于體育運動(dòng)場(chǎng)地。

 

    由于纖維種類(lèi)、填充材料、彈性層和基體結構的選擇多樣化，現如今的人造草皮因此具有很大的多樣性。不同結構組合的人造草皮在機械性能、可使用強度、所需的維護、運動(dòng)員的使用感受，以及使用壽命方面都有所不同。之前的研究表明，人造草皮結構組成的成分會(huì )影響第三代人造草皮的機械性能，其中基層結構的種類(lèi)是決定人造草皮穩定性、承壓能力（load bearing）、平面測量（planimetry）和表面排水（surface drainage）的關(guān)鍵因素。另外，該成分對運動(dòng)員與草皮之間的相互作用也有很大影響，這種相互作用包括吸震作用（shock absorption），垂直變形（vertical deformation），能量恢復（energy restitution）。

 

    在人造草皮基層結構上可安裝也可不安裝彈性層，彈性層能夠維護草皮性能并延長(cháng)其使用壽命。經(jīng)證實(shí)，沒(méi)有彈性層的人造草皮足球場(chǎng)，其吸震作用和垂直變形的衰減速率更快（a more accelerated reduction）。由于彈性層避免了運動(dòng)員與草皮的直接接觸，因此它可以降低高強度使用（intensive use）對草皮造成的負面影響。

 

    在表面成分方面，沙子和橡膠是人造草皮表面機械性能的直接決定因素。橡膠的類(lèi)型或形態(tài)會(huì )改變人造草皮的性能。因此，Fleming等人
【1】的研究表明，橡膠密度和壓實(shí)度會(huì )影響減震效果。另一項研究
【2】表明，與熱塑性填料相比，使用SBR填料可以獲得更為適中的旋轉阻力值（rotational resistance）。Villwock等人
【3】的研究則表明纖維種類(lèi)可直接影響人造草皮足球場(chǎng)的旋轉牽引力（rotational traction）。

 

    外部因素（extrinsic factors）也能影響人造草坪足球場(chǎng)的表面機械性能。人造草皮在使用過(guò)程中會(huì )發(fā)生退化，從而改變其機械性能，影響功能性和安全性。同樣，氣候條件、維護和使用時(shí)間都會(huì )加速運動(dòng)場(chǎng)表面纖維和填料的退化。之前的研究表明
【4】，高強度使用7年，其減震效果會(huì )降低10%。另一項研究表明，溫度會(huì )改變人造草皮表皮的機械性能，變化幅度根據人造草皮結構成分的不同而不同。

 

    盡管已有研究表明，人造草皮中每個(gè)單獨的結構成分對其機械性能有所影響，但是還沒(méi)有研究系統地分析結構組成和外部因素對草皮表面機械性能的影響。因此，這篇文章重點(diǎn)在于確定結構成分、機械磨損和環(huán)境條件對第三代人造草皮足球場(chǎng)機械性能的影響。

 

 

 

2 實(shí)驗相關(guān)：

 

2.1 樣品數量：32

 

2.2 相關(guān)標準：國際足聯(lián)質(zhì)量計劃署（the FIFA Quality Programme）建立的足球草皮質(zhì)量標準

 

2.3 評價(jià)機構：Labosport, Le Mans, France（國際足聯(lián)認證的實(shí)驗室）

 

2.4 相關(guān)試驗：

 

（1） 透濕試驗：將樣品完全浸濕，后晾干15分鐘后立即測試。

 

（2） 溫度試驗：根據FIFA要求，只需要在冷（-5℃）熱（40℃）環(huán)境中進(jìn)行測試SA（吸震效果）。

 

（3） 磨損試驗：設備Lisport（Labosport, Le Mans, France），磨損參數5200轉和20200轉，磨損前磨損后分別測試SA（%），StV，和RR。

 

（4） 機械試驗

 

SA（%）：表面降低沖擊力的能力（shock absorption）。

 

測試設備：Artificial Advanced Athlete (Labosport, LeMans, France)

 

StV（mm）：外加載荷作用下表面的變形（vertical deformation）。

 

測試設備：與SA測試設備相同

 

RR（Nm）：釘盤(pán)在草皮上旋轉時(shí)產(chǎn)生的扭矩（rotational resistance）。

 

測試設備：一個(gè)直徑為150±2 mm的金屬圓盤(pán)，在底表面上等距分布著(zhù)六個(gè)足球鞋釘，每個(gè)足球鞋釘距圓盤(pán)的中心46±1 mm。

 

 

 

3 結論：

 

（1）人造草皮結構成分的性能對其機械性能的影響比例達到78.1%。

 

（2）在人造草皮表面發(fā)生退化以及處于不同環(huán)境條件下時(shí)，其結構成分的影響會(huì )發(fā)生改變。機械磨損會(huì )增大RR，減小SA和VD。溫度對表皮機械性能影響不大。濕度會(huì )在規定范圍內減小人造草皮的吸收能力。

 

    因此，控制以上變量和維護結構成分對確保人造草皮機械性能的穩定性和安全性十分必要。