專利名稱：彎皺化紡織纖維以及填料箱設備和使紡織纖維彎皺化的方法
技術領域：
本發明涉及使紡織纖維彎皺化的方法與設備，特別是使有紡織纖維的聚烯烴料彎皺化，以把它用作為含煙草的吸用制品之過濾材料。
應用“填料箱”原理使紡織纖維具某種結構，亦即賦予纖維以彎皺結構，這已是周知的方法了。將紡織纖維在一給定速率下送入一封閉的箱中，由此使纖維迅即減速，纖維便發生彎皺。這種填料箱一般帶有一個可由多種技術中之一鉸接上的蓋子，或者裝配上一預定的出口孔，這樣，當箱子已充填有纖維并在其內達到一定的壓力之后，纖維便將排出;例如，當此壓力克服了保持該鉸接蓋關閉時的力，或者當此蓋是固定的而此壓力迫使纖維自出口孔排出。
在上述箱內改變壓力便可使紡織纖維彎皺。當各個纖維都取得波狀形式時，便認為發生了初始彎皺，例如在快速減速過程中，當纖維碰到填料箱的端壁或前面已彎皺化的纖維時，當填料箱內已縱彎的各個纖維開始提升到其自身上時，便認為發生了兩次彎皺。
控制填料箱內的壓力是個關鍵，這是因為它決定了初始彎皺的規則性與性質，亦即決定了此種彎皺的頻率與幅度。一般說來，這種頻率與幅度是相關連的，這一幅度是隨著此頻率的增大而減小。通常是用下述方法來控制這一壓力的，即仔細地控制箱子鉸接蓋的運動，或使此箱子的固定出口之幾何結構按已知的預定值設計，使通過箱子的壓力降為已知而給出所要求的纖維彎皺特征。
盡管可以由多種技術來獲取通過鉸接蓋作用到纖維上的這種壓力，但絕大多數市售系統是用一種機械式的裝置來對此蓋加壓到預定值，這方面可采用氣動的或液壓的氣缸或起動器，或用質量已知的一或多種重物。
其它可以影響在已結構化的纖維中獲得彎皺之因素包括箱子的整體幾何結構與容積、箱子內表面的表面摩擦特性、推前并迫使纖維進入箱中的送料輥之直徑與表面特性、使這對送料輥保持在一起的壓力、箱子的溫度、被彎皺化之纖維的特性以及對纖維所作的任何預處理。纖維的特性，例如可因化學組成、纖維規格與形狀、纖維規格分布、纖維細度、溫度等而異。預處理技術，例如可以包括熱處理，或添加潤滑劑、抗靜電涂層、油以及增加濕度等。
傳統的填料箱都體現出這樣一條原則，即把填料箱的寬度與紡織纖維或纖維束的總數關聯起來，以實現所需的彎皺水平。一般，對于每毫米的箱子寬度，待彎皺化之纖維束所具規格應約1000至1800登尼爾的范圍(以后稱此為“傳統規則”)。據此，當一纖維網絡具有40000登尼爾的總線性密度時，填料箱的寬度就應在約22，2毫米至約4000毫米的范圍。不符合上述傳統規則的常規設備所提供的纖維束，已然發現其彎皺特性是不合格的。
也已知道利用有纖維組織的聚烯烴薄膜和用下法把它們形成過濾材料，即使其形成起霜的絮凝物質，然后再用常規的過濾棒制造設備把它們加工成過濾棒。這類有纖維組織的聚烯烴料具有互連的纖維束網絡，包括只在一個點上連到此網絡上的纖維。這類材料曾用傳統的彎皺化工藝處理而取得了一些成功。
但是，用來使有纖維組織的聚烯烴纖維束彎皺化的傳統填料箱所遇到的問題之一是，此種彎皺的幅度與頻率在把這種材料按常規方式形成過濾棒時，不足以賦予它有合適的過濾能力。
盡管經歷了多年的開發努力，但并沒有在商業上采用包含有纖維組織的聚烯烴料作為吸用制品的過濾器，以提供由通常的醋酸纖維索過濾嘴用在吸用制品，特別是用于含煙草的卷煙中所能獲取的優點與收益。
因此，仍須有處理有纖維組織的聚烯烴類的設備與方法，來生產適合于吸用制品的過濾材料，而這種材料則能較通常的醋酸纖維索材料更有效、更容易和更廉價的制成過濾嘴。
本發明的目的之一是提供一種改進的填料箱，用來使紡織纖維束彎皺化，以提高這束纖維料中每英寸的彎皺數。
本發明的目的之二在于提供一種彎皺的織物材料，其中包括有但并不專限于有紡織纖維的聚烯烴膜，而這種材料的每英寸彎皺數已提高了。
本發明的目的之三是提供一種改進的填料箱，用來使有纖維組織的聚烯烴料彎皺化，而能適合加工成作為吸用制品用的過濾棒。
本發明的目的之四是在彎皺上述材料之前提供添加劑，來改進此種過濾棒的吸用與品嘗特性。
本發明的目的之五是改進有紡織纖維的聚烯烴之纖維束的處理，以在此種纖維束中形成彎皺。
按照本發明而提供的這種填料箱，它的構型顯著不同于前述的傳統規則，并能給出這樣的彎皺化的纖維束，使之具有合格的適用于制造供傳統目的用的紡織纖維的彎皺特性。概括地說，本發明的內容包括這樣一種填料箱，它所具有的進口寬度合于每一毫米寬度相應于約200至約750登尼爾的，而更好是約500登尼爾的各個纖維束規格。
此種填料箱最好構造成帶有一鉸接蓋，而其中的鉸鏈乃是一種適用來促使該蓋閉合的排氣氣壓缸，可以采用通常的用來推進纖維并對纖維加壓的送料輥，把紡織纖維送入填料箱中。至于送料輥的冷卻，例如可以采用水與壓縮空氣等。
本發明的填料箱特別適用于處理互連成網絡結構的紡織纖維單絲，或大部分互連成網絡結構但有一些只通過一個連接點連到此網絡上的纖維單絲;或是具有在主纖維網絡中的同種或不同種(即化學組成不同、規格或幾何結構不同)之離散纖維的互連纖維網絡;或是這樣一種互連的纖維網絡，它們帶有離散的添加劑夾雜物，后者與構成此網絡的纖維相分離成涂層到其上;或者是以上各種情形的任意組合。更具體地說，本發明的填料箱適用于美國專利3880173號中所述的那種具一定結構之有纖維組織的聚烯烴纖維，該專利號對應于英國專利1442593號，或共同未決與普通轉讓的美國申請序號，(PM-1301)，其中公布的內容綜合于此作為參考。
本發明的另一組成部分是提供了一種處理前述纖維的方法，即將從前用來處理纖維的多種化合物添加劑中的一種，加到本發明的填料箱中，以改進此種纖維最終結構特性的所達到范圍。這類添加劑在上述具有一定結構之纖維束用作過濾絲時，特別是對于含煙草的煙卷來說，可影響到吸用與品嘗特性。上述添加劑可從下述一組物質中選取油類、脂肪酸酯類、蠟類、醇酯類、離子與非離子的表面活性劑或是以上物質的混合物。
本發明可使互連的纖維網絡彎皺到所需的水平，以利于煙卷過濾器纖維束的制造，同時對于用這種處理過的彎皺纖維束所制過濾嘴裝配的卷煙來說，還可使之有能力去影響主觀反應。本發明還能使彎皺頻率高于據傳統設備所能獲得的。
最終所得彎皺化纖維束的改進了的性質可以根據彎皺頻率與彎皺幅度得出，這里，彎皺頻率定義為每單位長度上全部鄰接的峰與谷數，單位為周/英寸，而彎皺幅度則定義為已彎皺纖維中相鄰之峰與谷間總的垂直距離。
改進之處，還可以通過本發明所制有纖維組織之聚烯烴料的已改進的纖維束屈服率上看出，這種聚烯烴料采用將醋酸纖維束形成過濾材料的那種過濾棒傳統制造設備，使之按過濾件的長度成形，纖維束屈服率根據下述式子求出纖維束屈服率＝ (壓力降(毫米水柱))/(纖維束凈座棒狀(毫米)) ×100%式中的凈座是對一定長度的纖維棒，以毫克為單位測量的;壓力降是在通過此棒的空氣流速為1050毫升/分的條件下，以毫米水柱為單位測量的。較高的纖維束屈服率對應于更隨機分散的自由端和一種改進了的纖維網絡，因而也就更有效地利用了聚烯烴料。
對照附圖研究下面的詳細說明，即可理解本發明上述的和其它的目的以及本發明的優點。附圖中，
圖1是根據本發明一實施例的填料箱之立面透視圖;
圖2是沿圖1中2-2線截取的側視圖;
圖3是圖1的頂視圖;
圖4是與本發明之填料箱相配合的纖維化設備的示意圖;而圖5是依據本發明一實施例之填料箱示意性的橫剖面側視圖。
如圖1至3與圖5所示，本發明說明性的實施例包括填料箱10它可用來使織物材料20彎皺，由此形成彎皺的織物材料22。填料箱10配備有一對送料輥30，用來將織物料20送入填料箱10的開口8。這對送料輥30可在一負荷下、推進到一起，此負荷要足以保持住這對輥與織物料20的摩擦接觸，而借此將料20送入箱10的開口8內。例如，可采用氣壓缸施加一從約0.1至約0.5巴(bar)的力來將輥推進到一起。各送料輥最好具有大致相同的尺寸，且其寬度要近似于箱10之開口8的寬度，但自然可以有某些差別，例如上部輥30可大致與開口8的寬度相同，而下部輥30則較口8略寬。
送料輥對30還可連帶一冷卻機構，后者可以是一壓縮空氣源34再加上指向一個或一對送料輥30的通風道32(圖中只示出一個通風道)。送料輥30的其它冷卻源可采用那些不會有害于織物料20使用目的的，例如可采用水、油、冷風與類似介質。
填料箱10還包括蓋12，它以鉸鏈14連至箱10上;底13;以及自抽空的氣壓缸40，后者能施加一可選擇等級的力，使得在超過這個級別的力時，上述氣壓缸將消氣和移動，這樣，鉸接的蓋12就為氣壓缸40保持到推迫封閉狀態，此氣壓缸可調節到在蓋12上施加預選大小的力，以便對給定的紡織纖維進行特定的彎皺作業。比方說，從后面的例3至9可見，這種預定的極限力可以從約1.0公斤力(kgf)至約50公斤力的范圍內選用。
有時，可在適當位置，例如在送料輥對30之前或后(圖中只示出前方情形)設置添加劑源50與分配裝置52。此分配裝置包括一計量裝置，用以控制對紡織纖維20施用添加劑的比率。
填料箱的進口寬度W、進口高度h與長度l是根據紡織纖維的給定的線性密度來選擇的，這在前面已談過，下面還將結合例子描述。出口寬度一般約與進口寬度相同，而對于有鉸接蓋的填料箱，出口高度則取決于填料箱內所希望產生的壓力以及選用于氣壓缸40的力，而這一高度一般是進口高度的一個分數級，例如是它的63%。
參看圖4，無纖維化結構的聚烯烴膜100通過定向爐110，然后到達有標以14的多排釘子標明的釘輥120之上，這多排釘子圍繞輥120的外周分隔開，這樣便獲得了有纖維結構的膜102。此已纖維化的膜102隨即通過添加劑分配裝置52之下，來到送料輥對30之間，最后進入填料箱10之內，進行本發明的彎皺作業。
參看圖5，填料箱10包括底13、開口8、蓋12與鉸鏈14。鉸鏈14與上部輥30成整體連接，所示為其上部與未加載狀態。氣壓缸40有一延伸臂42，處于未加載條件下。當氣壓缸40起動，臂42將向下延伸并觸及到接收器44，促使蓋12繞鉸鏈14轉動，直至蓋12接觸到底13。當紡織纖維20(圖5中未示明)進入箱10內，壓力即上升到氣壓缸40施加的預定極限力之上，而蓋12即向上轉動，釋出已彎皺化的纖維料22(圖5中未示明)。
下面結合例子進一步描述本發明的方法與設備。
例子所給各例是根據以下混合的聚烯烴料制備
聚丙烯均聚物92%，熔化指數1.8(230℃，2.16kgf)低密度聚乙烯70%，熔化指數1.0(190℃，2.16kgf)聚丙烯均聚物的母體混合物(如上述同一類型)1%，含有25%的二氧化鈦(金紅石級，精細晶體結構，微粉級)。
將上述原料混合并用已知的吹膜技術擠壓成35微米(u)厚的薄膜。然后將此薄膜切成六個基本上等寬的部分，碼垛，沿縱向取向，以8∶1的拉伸比制成12.4m厚的一些薄膜。再使此有向膜繞過通入本發明之填料箱中一帶釘的供纖維化用的輥之周邊部分，進行使此已纖維化薄膜彎皺作業。
在后述各例中，所用帶釘輥的本體直徑為190mm，釘子對于切向的傾角為60°。有180行釘子兩行成對的構成90組雙排釘取空間上錯位的關系。釘子的直徑為0.4826mm。釘子的突起長度，在一通過輥軸的平面中從釘尖起算至輥面約為1.0mm。上述的延伸過輥長雙排釘取人字形圖案。
填料箱的構型，進行彎皺結構作業的處理參數、以及最終的彎皺參數均列于表1。
此時將已纖維化材料用通常的過濾棒成形設備，例如西德漢堡HaunsWerkKorber公司所生產的成型設備(型號KDF-2)制成過濾棒，在此過程中，纖維束形成具有一致彎皺特征的起霜絮凝物質，并由過濾棒制造設備加工成周長24.55mm，長66mm的棒，可以制得其它尺寸的過濾棒。
由前述各例中纖維化材料制得的過濾棒料，其評價結果列于表Ⅱ，低與高的屈服率分別對應于可能輸出曲線上的最低與最高點，此曲線比較了均勻尺寸的過濾棒中因纖維束材料的凈重變化而有的壓力降。例3至例9全都給出了這樣的纖維束屈服率，它反映出比起例1與2中由先有設備制得的彎皺化有纖維結構的聚烯烴過濾棒，同時比起通常的醋酸纖維過濾棒，都有了顯著的改進。
例1中的用于彎皺作業的箱子比前述規則指出的要寬，箱子有高的進口高度和標準的送料輥直徑，未用添加劑或送料輥冷卻劑，生產出的纖維束表征為低屈服率、低彎皺頻率與高彎皺幅度，同時說明了在彎皺作業之前應用添加劑的效果與利益。例2中的這種箱子是按傳統規則定出其寬度的，箱子的進口高度為中等水平，送料輥有大的直徑并采用冷卻劑，但并未使用添加劑，生產出的纖維束中有熔接部分，不能用于吸煙過濾目的。
例3至例9中的箱子是據本發明的各個實施例構制，寬度較傳統規則規定的寬，其它參數別于表Ⅰ，生產出纖維束具有高彎皺頻率、低彎皺幅度與高的纖維束屈服率，運用作吸煙的過濾材料。
熟悉本項工藝的人會理解到，本發明是可以由不同于上述的其它實施例實行的，而前述的實施例是用于說明目的而不是限制，同時本發明只受到后附權利要求書的限制。
權利要求
1.一種使送進中的有纖維束的紡織纖維(20)具備某種結構的設備，其特征在于它有一個填料箱(10)，其上具有第一寬度(W)和第一高度(h)的進口(8)以及一出口，第一寬度(W)的范圍取決于送進之紡織纖維(20)的線性密度，即對于線性密度在從約200至約750登尼爾的各纖維束來說，要相當于1毫米的寬度，高度(h)是從約2至約20mm，而此出口則有一滯留狀態與一釋放狀態滯留狀態可使送進的紡織纖維(20)聚積在填料箱(10)內，在其中將纖維彎皺化；釋放狀態可在進入的聚積中的紡織纖維之壓力超過一第一種預定極限限力時，通過前述出口釋放出已彎皺化的紡織纖維(22)。
2.如權利要求1所述的設備，特征在于前述出口還具備以下特征有蓋子(12)，適用來關閉填料箱的出口，使進入的紡織纖維(20)可聚積在填料箱(10)內;同時適用來打開上述出口，使已彎皺化的紡織纖維(22)可通過所說出口釋放。有一鉸鏈(14)，用來將前述蓋(12)連接到填料箱(10)上;以及有一氣壓缸(40)，可用來對蓋(12)加力，由此迫使蓋(12)關閉，在此，當填料箱(10)中的壓力超過所述第一種壓力時，氣壓缸(40)將允許蓋(12)繞鉸鏈(14)轉動而將此蓋打開，這樣便提供了一個出口可讓已彎皺的紡織纖維(22)通過，直至填料箱(10)內的壓力降至第一種預定壓力之下。
3.如權利要求1所述的設備，特征在于它有用來在填料箱開口之前，將一種添加劑分配到紡織纖維上的裝置(50，52)。
4.如權利要求3所述的設備，特征在于，上述添加劑是選自下述一組物質中油類、蠟類、醇酯類、脂肪酸類、離子與非離子的表面活性劑，或以上物質的混合物。
5.如權利要求2所述的設備，特征在于所述的第一寬度(w)取決于進入之紡織纖維(20)的線性密度，即1毫米的寬度對應于各纖維束具有約400至約600登尼爾的線性密度。
6.如權利要求1所述的設備，特征在于前述第一種預定力的大小是在約1.0至約50kgf的范圍。
7.如權利要求2所述的設備，特征在于前述第一種預定力的大小是在約1.0至約50kgf的范圍。
8.如權利要求2所述的設備，特征在于填料箱(10)適合保持在約20至約90℃的范圍內。
9.如權利要求1所述的設備，它還具備以下特征有一對相對設置的送料輥(30)，可用來把紡織纖維送入填料箱(10)內，此送料輥是由范圍在約0.1至約5.0bar的第二種力推迫到一起的。
10.如權利要求2所述的設備，特征還在于，有一對用來將紡織纖維送入填料箱內的相對設置的送料輥(30)，這對輥是由范圍在約0.1至5.0bar的第二種力推迫到一起的。
11.如權利要求1所述的設備，特征在于，紡織纖維(20)進一步的特征是它包括具有線性密度從約15000至約50000登尼爾的有纖維結構之聚烯烴膜在內;而填料箱(10)進一步的特征是它有一具第一寬度(w)和具第一高度(h)的進口(8)以及一出口，此第一寬度在約30至110mm的范圍，而第一高度在約2至約20mm的范圍。
12.如權利要求11所述的設備，特征在于前述的第一預定壓力是在約1.0至約50kgf的范圍。
13.如權利要求11所述的設備，特征在于所述第一寬度(w)是在約70至約110mm的范圍。
14.如權利要求13所述的設備，特征在于前述第一預定壓力是在約1.0至約50kgf的范圍。
15.如權利要求2所述的設備，特征在于所述紡織纖維(20)還包括具有約15000至約50000登尼爾線性密度的有纖維組織之聚烯烴膜，而所述填料箱(10)的特征還在于有一具第一寬度(w)和第一高度(h)的進口以及一出口，此第一寬度(w)是在約30至約110mm的范圍，此第一高度(h)是在約2至約20mm的范圍。
16.如權利要求15所述的設備，特征在于所述第一預定壓力是在約0.1至約50kgf的范圍。
17.如權利要求16所述的設備，特征在于上述第一寬度(w)是從約70至約110mm。
18.一種彎皺化的紡織纖維，特征在于它具有從約43至約60彎/英寸的平均彎皺頻率，以及從約320至約430微米的平均彎皺幅度。
19.如權利要求18所述的彎皺化的紡織纖維，特征在于此紡織纖維(20)是一種有纖維組織的聚烯烴膜。
20.如權利要求18所求的彎皺化之聚烯烴膜，它還具備以下特征所用聚烯烴料包括92%(重量)的聚丙烯，7%(重量)的聚乙烯以及1%(重量)的一種母體混合物，后者包括聚丙烯或聚乙烯中之一以及選自下述組中的一種填料二氧化鈦、碳酸鈣或碳黑。
全文摘要
一種用于使紡織纖維，特別是使有纖維組織之聚烯烴膜彎皺化的改進了的填料箱。箱寬與待彎皺化之纖維束的線性密度相關一毫米寬度對應于從約200至約750登尼爾范圍的各纖維束規格。可采用壓力控制的鉸接蓋或固定式蓋出口。還可用分配裝置在彎皺作業前對紡織纖維施添加劑，以改進彎皺作業和提高已彎皺化之纖維的最終使用目的。依據本發明作彎皺處理的有纖維組織之聚烯烴膜，適用作吸用制品的過濾材料。
文檔編號D02G1/12GK1040733SQ8910553
公開日1990年3月28日 申請日期1989年8月9日 優先權日1988年8月10日
發明者米查爾·海樂, 瓦爾特·A·尼巧利斯 申請人:菲利普莫里斯生產公司