改進聚烯烴過濾纖維束卷曲的方法和裝置的制作方法

專利名稱：改進聚烯烴過濾纖維束卷曲的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于卷煙濾咀的聚烯烴纖維束的制造，特別涉及改進聚烯烴過濾纖維束卷曲的方法和裝置。
已知的生產聚烯烴過濾纖維束的方法是通過切開聚烯烴薄膜，使薄膜形成原纖維。然后，原纖維化的薄膜經過卷曲工序。卷曲的原纖維化的薄膜體積變大，并且疏松，很象傳統卷煙濾咀材料，例如醋酸纖維。在美國專利3880173中介紹了這種聚烯烴經過濾纖維束和它的制造方法。
對已原纖維化的薄膜給以卷曲，其特點在可卷曲頻數和卷曲幅度。如果卷曲的纖維與正弦波相比較，它在每時有確定數量的卷曲，每一卷曲有確定的幅度。當卷曲頻數增加時，卷曲幅度一般要減小。
當原纖維化的聚烯烴薄膜制成過濾纖維束，纖維束又制成卷煙濾咀，纖維束便有確定的吸收量，定義為從給定的過濾纖維束的重量可獲得的壓力降。例如，吸收量可按毫米水每毫克(毫米水柱/毫克)來測量。對于給定的過濾纖維束的重量，希望其吸收量達到最大。已知提高吸收量方法之一是增加卷曲頻數和均勻度。
人們同樣希望減小過濾纖維束在密度方面的差異。這樣，生產的每一支濾咀對于吸煙者都帶來近乎同樣的感覺。也可以通過提高卷曲頻數和均勻性來減小密度不均勻。
在卷曲頻數方面要獲得顯著改進，迄今還是困難的。可以通過齒輪卷曲，假捻卷曲，或填塞箱卷曲的方法，使已形成原纖維的薄膜纖維卷曲。前兩種方法在可達到的卷曲頻數方面受到已知固有的機械限制。在填塞箱卷曲中，已原纖維化的薄膜實質上被壓入到一個不可移動的壁，使薄膜產生彎曲，得到卷曲，因此沒有機械上的限制。但是纖維的彈性以及由于原纖維形成過程引起的應力，難于提高卷曲頻數，難于沿纖維獲得均勻的卷曲。
人們希望能夠在已原纖維化的聚烯烴過濾纖維束中提高卷曲頻數和均勻度，由此來改善過濾纖維束的吸收量，改進其不均勻性。
本發明的目的是在已原纖維化聚烯烴過濾纖維束中提高卷曲頻數和均勻性，由此來改善過濾纖維束的吸收量和不均勻性。
按照本發明，提供了制做聚烯烴過濾纖維束的一個方法。該方法是由下述的步驟所組成1.形成具有分子結構的聚烯烴薄膜;
2.通過加熱薄膜到剛好在其熔點以下，并拉伸被加熱的薄膜來定向分子結構;
3.使已定向分子結構的薄膜形成原纖維并形成相互聯接的纖維網狀物;
4.將已原纖維化的網狀物加熱到高于環境溫度;
5.卷曲被加熱的已原纖維化的網狀物。
同時提供了為完成這一方法的裝置。
下面結合附圖，來研究本發明的詳細的敘述，本發明上述的和其它的目的以及優點將會更清楚。在附圖中，相同的標記號碼表示相同的部件。附圖情況如下


圖1是生產聚烯烴過濾纖維束裝置的方框圖;
圖2是表示圖1的加熱裝置優先選用的具體裝置的側視圖;
圖3是圖3的加熱裝置的側視圖，是從圖2中的3-3方向看的;
圖4是圖2和圖3的加熱裝置的水平橫截面視圖。
形成聚烯烴過濾纖維束的裝置以方框圖的形式顯示在圖1。挑選的聚合物在聚合物混合器11中被混合。在待批的，共同轉讓的美國專利序列號231147(它是與(PM-1297)一同提交的)，作了更全面的敘述。通過對其整體的參考，對它作了結合。在優先選用的具體裝置中，聚烯烴過濾纖維束主要是由帶有少量聚乙烯和增白劑的聚丙烯組成。
在薄膜吹風機12中聚烯烴薄膜被擠壓吹成。薄膜吹風機12是一常規薄膜吹風機，例如擠壓系統有限公司(ExtrusionSystemsLtd.)的0100型。吹風機12形成聚烯烴薄膜圓柱形“泡”，并具有大約20微米到大約50微米之間的厚度，最好是大約35微米。薄膜氣泡消氣成為一個平的雙層結構，在優先選用的具體裝置中，薄膜然后進入薄膜切開器和整平器13，在這里最好被切成三個兩層帶，在它們的頂部相互找齊，形成一個六層帶。六層帶本身最好被切成兩個帶，以便作平行加工，允許同時生產可能具有不同特性的兩種纖維束批料。在下面的討論中，僅僅討論兩個平行帶之一的過程，另一個帶子實際上經受相同的處理。
六層帶然后通過取向烘箱14，在此，六層帶最好加熱到大約160℃，剛好在薄膜的熔點以下，在通過取向烘箱14時，六層帶在兩組輥子之間被拉伸。拉伸輥組的轉動速度為喂給輥速度的大約5倍到大約13倍之間，最好是喂給輥軸速度的大約7到大約10倍之間。取向“過程排列了薄膜的分子結構，產生了原纖維形成作用所需的物理特性。通過輥軸速度差異引起的拉伸，也使薄膜厚度減少到大約8微米到大約17微米之間，最好是大約12.4微米。
已取向的薄膜帶然后進入纖維化器15，在一個或多個纖維化輥子上，有相對比較多的，比較細小的銷釘，當薄膜經過輥子時，輥子便轉動，通過薄膜與這些相對比較多的，比較細小的銷釘相接觸，每纖維化器將薄膜轉變為纖維。薄膜與每一輥子接觸的弧度只有約為20-45度，最好為大約37度，薄膜的速度大約是原纖維化輥子表面的速度的兩倍。薄膜速度與原纖維化滾軸速度之比稱之為“原纖維形成比率”。作為原纖維化作用的結果。如果帶子橫向擴展，相互連接的纖維的網狀物將明顯形成，并具有一定比例的自由端。事實上用原纖維化的薄膜制造過濾器，在過濾中自由端可以發揮重要作用。自由端的比例越高，過濾器越好。
按照本發明，已原纖維化的薄膜然后要經過蒸汽箱16，下面要作更全面的討論。在經過蒸汽箱16后，或在先前已知的纖維束制做裝置中原纖維化作用后，原纖維化的纖維束即被卷曲。正如上面已提到過的，有幾種已知類型的卷曲器。但是，優先選用的是填塞箱型卷曲器17，在卷曲器17中，通過高速滾動將已原纖維化的薄膜送入一個封閉箱，使它對著已在箱內的材料彎曲和倒曲。通過至少一個填塞箱，既給與了初級卷曲，又給予了二次卷曲。初級卷曲是纖維本身的卷曲，其數量級大約為每吋25-60個卷曲，卷曲幅度大約為300-600微米，而二次卷曲總的來說是肉眼可見像手風琴式的折疊。初級卷曲是所希望的，而二次卷曲在將纖維束制做過濾咀之前必須消除。
卷曲的纖維束經過成層器18，在這里，進料頭來回運動，使卷曲的纖維束在一個容器內成層。然后，在容器內成層的纖維束在打包機19中壓緊，綁扎成包。一旦打開包，二次卷曲將消失，纖維束便準備用來制作卷煙濾咀。
在蒸汽箱16中完成的加熱可改善原纖維化的纖維束得到的初級卷曲。首先，對已原纖維化的纖維束的加熱，對于由取向烘箱14和纖維化器15引起的應力和應變起到退火作用，使得控制下的纖維收縮。第二，控制下的退火能夠使纖維呈現更均勻的物質到達卷曲器，減小所要求的形成卷曲的力的作用范圍。事實上，當纖維束傳到卷曲器，其時它的溫度仍高于環境溫度，在這種情況下，本發明的加熱步驟是最有效的。
在圖2至圖4中，蒸汽箱16顯示得更為詳細。按照箭頭A所指示的方向，纖維束經過蒸汽箱16，通過進口30進入，通過在另一端對應的出口(未顯示)退出。通過帶有一些細長口41的水平隔板將蒸汽箱16分為上室20和下室21。蒸汽經過蒸汽流入線路42流入，并由壓力調節器43和流量表44加以控制。流動線路終結于下室21，要在標記為45的地方打孔，以便使蒸汽能進入室21。蒸汽上升經過口41，并與室20內的纖維束相接觸。冷凝的蒸汽通過排出口22排出。未冷凝的蒸汽通過纖維束入口和排出口30排出緊密結合的蓋23通過柄桿31可以打開，如圖3所示。柄桿31可以被連接到例如液壓油缸上(未畫出)。
通過蒸汽箱16，蒸汽被送入，溫度在大約95℃到大約120℃之間，最好為大約100℃;流量為大約2公斤/小時到大約10公斤/小時之間，最好為大約3公斤/小時。當纖維束通過蒸奔箱16，它的速度要使得它在蒸汽箱16中的停留時間在大約0.1秒到大約6.0秒之間，最好是大約0.25秒。
在已纖維化的纖維束在卷曲前，也可以不用蒸汽箱16，而且其它裝置對纖維束進行加熱。例如，纖維束可以通過熱空氣或紅外烘箱。纖維也可以被潤濕，再通過一個微波室。最后，纖維束可以在一塊加熱的板上面通過，例如一塊不銹鋼鋼板，通過熱油流過鋼板或其他合適的加熱裝置來加熱鋼板。
對于本發明來說，在卷曲前加熱聚烯烴纖維束對于過濾咀吸收量的影響，通過下述的一些例子可以看得很清楚。
例1一種混合料的組成情況是這樣的具有熔體指數為1.8(按照國際標準(ISOstandard)1133，在230℃，2.16Kgf狀態下測量)的92%的聚丙烯均聚物;具有熔體指數為1.0(按照國際標準(ISOStandard)1133，在190℃，2.16Kgf狀態下測量)的7%的低密度聚丙烯;還有1%的聚丙烯母體料，按重量計，它含有25%的二氧化鈦(金紅石級，細小晶體結構，被微小粒子化的質量)。使用已知的吹膜技術混合料被噴出，形成厚度為35微米的薄膜。薄膜被切為等寬的六部分，在具有延伸率為8∶1的縱向方向被疊加和取向，產生厚度為12.4微米的薄膜。已取向的薄膜，在下述一些條件下，經過帶有銷釘原纖維化滾筒的圓柱表面周圍。
原纖維化滾筒直徑(毫米)190
銷釘在空間是交錯排列的，成平行行列成對擴展過在列的滾筒，傾斜于平行于滾筒軸線，相鄰的行列對則向相反方向傾斜銷釘行列數180每行銷釘密度每吋25個銷釘銷釘傾斜角度(在滾筒旋轉的相反方向，切線到滾筒的銷釘角度)60°銷釘突出量1毫米銷釘直徑0.4953毫米薄膜與滾軸接觸的弧度37°薄膜輸入速度144米/分原纖維化器滾筒表面速度288米/分(原纖維化比率為2.0∶1)這樣生產的原纖維化薄膜有32000 (denier)的總的線性密度，并送到填塞箱進行卷曲操作。
這樣生產的起紋理的纖維束，按一種已知的方法進行減小卷曲的操作，生產一種無反射的絨毛狀物質，其卷曲特點是，幅度為260微米，頻數為每吋29.8卷曲。
使用常規過濾棒制作設備，將這種材料制成過濾棒，生產出具有下述性能的過濾棒最小點數最大點數過濾棒長度66毫米過濾棒圓周24.55毫米原纖維化纖維束每棒凈重(毫克)246288
最小點數最大點數流速為1050毫升/分時經過過濾棒的壓力降174239(毫米水柱)7183吸收量(%)過濾棒的重量不均性不均性系數(%)1.9例2按例1中的描述生產的原纖維化薄膜，具有23000
的總的線性密度，通過曝露在濕蒸汽中進行熱沖擊處理。這個處理是在將纖維束送到填塞箱做卷曲操作之前，在保持纖維束夾持在數組滾筒之間的同時，將纖維束通過蒸汽箱來完成的。蒸汽箱的長度為600毫米纖維束在箱內的停留時間為0.25秒。蒸汽溫度為100℃，蒸汽的流動速率為3公斤/小時。速度方面在輥隙滾軸組之間可觀測到的區域為2.0%。正如上面已談過的，由于熱引起的收縮，使拉伸滾筒組轉動慢得多。
這樣生產的起紋理的纖維束，按照一種已知的方法進行減小卷曲的操作，生產一種無反射的絨毛狀物質，其卷曲特點是，幅度為324微米，頻數為每吋42.1卷曲。
使用常規過濾棒制作設備，將這種材料制成過濾棒，生產出具有下述性能的過濾棒
最小點數最大點數過濾棒長度66毫米過濾棒圓周24.55毫米已原纖維化的纖維束每棒凈重(毫克)276323流率為1050毫升/分時經過過濾棒的壓力降(毫米水柱)194283吸收量(%)7088過濾棒的重量不均勻性不均勻系數(%)1.14由這些例子可見，與沒有加熱步驟得到的吸收量范圍相比較，在卷曲之前使用加熱步驟而得到的吸收量明顯較高。而其不均勻性則明顯降低。
由此可見，提出了一種方法和裝置，在已原纖維化過濾纖維束方面，提高其卷曲頻數和均勻性，因此也就改善了過濾纖維束的吸收量減小了過濾器的不均勻性。技術上有經驗的人將懂得，本發明可以通過其他裝置來實現，不僅限于已介紹過的具體裝置，這個具體的裝置只是為了舉例說明的目的，而不是對實現本發明裝置的限制。下面的權利要求書才僅是本發明的限定范圍。
權利要求
1.制造聚烯烴過濾纖維束的一種方法，按照下面排列的順序，組成上述方法的步驟，形成具有分子結構的聚烯烴薄膜，通過加熱上述薄膜到剛好在上述薄膜熔點以下，并拉伸上述加熱的薄膜，取向上述分子結構，使上述取向的薄膜形成原纖維，并形成相互聯接的纖維網狀物；和卷曲上述已加熱的原纖維化的網狀物，上述方法的特征在于在上述原纖維化步驟后，在上述卷曲步驟前，加熱上述已纖維化的網狀物到一個高于環境溫度的溫度。
2.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括加熱上述已原纖維化的網狀物到溫度為大約95℃到大約120℃之間。
3.按照權利要求2規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包含加熱上述已原纖維化的網狀物到溫度為大約100℃。
4.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，在上述加熱的已原纖維化的網狀物冷卻到環境溫度之前，完成上述卷曲步驟。
5.按照權利要求4規定的方法，其特征在于，在上述加熱的已原纖維化的網狀物的溫度在大約95℃以上時，完成上述卷曲步驟。
6.按照權利要求5規定的方法，其特征在于，在上述加熱的已原纖維化的網狀物的溫度為大約105℃時，完成上述卷曲步驟。
7.按照權利要求1規定的方法，其特征在于上述加熱步驟包含上述已原纖維化的網狀物通過一個蒸汽箱。
8.按照權利要求7規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟進一步包括蒸汽通過上述蒸汽箱，其溫度在大約95℃到大約120℃之間，其流率在大約2公斤/小時到大約10公斤/小時之間，上述已原纖維化的網狀物在上述蒸汽箱內停留時間是在大約0.1秒到大約6.0秒之間。
9.按照權利要求8規定的方法，其特征在于上述蒸汽溫度為大約100℃。
10.按照權利要求8規定的方法，其特征在于上述蒸汽流速率為大約3公斤/小時。
11.按照權利要求8規定的方法，其特征在于上述停留時間為大約0.25秒。
12.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括上述已原纖維化的網狀物要在一塊加熱的金屬板的上面經過。
13.按照權利要求12規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括上述已原纖維化的網狀物要在一塊用油加熱的金屬板的上面經過。
14.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括上述已原纖維化的網狀物通過一個熱空氣烘箱。
15.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括上述已原纖維化的網狀物通過一個用紅外線照射贊熱的烘箱。
16.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述加熱步驟包括潤濕上述已原纖維化的網狀物，并將其通過一個微波室。
17.按照權利要求1規定的方法，其特征在于，上述卷曲步驟包括進給上述加熱的已原纖維化的纖維束到一個堵塞箱式卷曲器。
18.為制造聚烯烴過濾纖維束的裝置，上述裝置包括，為形成具有分子結構的聚烯烴薄膜的裝置，通過加熱上述薄膜到剛好在上述薄膜的熔點以下，并拉伸上述的加熱薄膜，以便使上述分子結構取向的裝置，使上述已取向的薄膜形成原纖維，以便形成相互聯接的纖維網狀物的裝置，和卷曲上述已原纖維化的網狀物的裝置，上述裝置的特征在于，將上述已原纖維化的網狀物加熱到一個高于環境溫度的裝置，上述卷曲裝置卷曲上述加熱已原纖維化的網狀物。
19.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于，上述加熱裝置包括將上述已原纖維化的網狀物加熱到大約95℃到大約120℃之間的一個溫度的裝置。
20.根據權利要求19規定的裝置，其特征在于，上述的加熱裝置包括將上述已原纖維化的網狀物加熱到溫度大約為100℃的裝置。
21.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于，上述卷曲裝置是在上述的已原纖維化的網狀物冷卻到環境溫度之前，卷曲上述加熱的已原纖維化的網狀物。
22.按照權利要求21規定的裝置，其特征在于，上述卷曲裝置是在上述加熱的已原纖維化的網狀物溫度高于大約95℃的同時，卷曲上述加熱的已原纖維化的網狀物。
23.按照權利要求22規定的裝置，其特征在于，上述卷曲裝置是在上述加熱的已原纖維化的網狀物溫度為大約105℃的同時，卷曲上述加熱的已原纖維化的網狀物。
24.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于加熱裝置包括一個蒸汽箱。
25.按照權利要求24規定的裝置，其特征在于，蒸汽經過上述蒸汽箱時，溫度是在大約95℃到大約120℃之間，流率是在大約2公斤/小時到大約10公斤/小時之間，在上述蒸汽箱中上述已原纖維化的網狀物停留時間在大約0.1秒到大約6.0秒之間。
26.按照權利要求25規定的裝置，其特征在于上述蒸汽溫度為大約100℃。
27.按照權利要求25規定的裝置，其特征在于上述蒸汽流率為大約3公斤/小時。
28.按照權利要求25規定的裝置，其特征在于上述停留時間為大約0.25秒。
29.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于上述加熱裝置包括一塊加熱的金屬板。
30.按照權利要求29規定的裝置，其特征在于上述加熱裝置包括一塊用油加熱的金屬板。
31.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于上述加熱裝置包括一個空氣烘箱。
32.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于上述加熱裝置包括一個通過紅外線照射加熱的烘箱。
33.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于上述加熱裝置包括，潤濕上述已原纖維化的網狀物的裝置。一個微波室，和使上述潤濕的已原纖維化的網狀物通過上述微波室的裝置。
34.按照權利要求18規定的裝置，其特征在于上述卷曲裝置包括一個填塞箱式卷曲器。
全文摘要
提出了一種方法和裝置，在卷曲之前，加熱已原纖維化的聚烯烴薄膜，改善纖維束的卷曲，因此也就改善了作為過濾器的回收量和易變性。在來自加熱步驟的已原纖維化的纖維束仍然是熱狀態的同時，使它得到卷曲。這樣得到的纖維，比起那些未經受加熱步驟的纖維，在更高的級別上具有更均勻的卷曲。
文檔編號D02J13/00GK1040735SQ89105539
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