CN1033617C - 无纺过滤器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于一种香烟烟雾过滤的一种过滤嘴的制造方法为，让平的受约束的纤维网陆续地通过加热区域和漏斗形筒，以形成粗纱，该粗纱可用来加工成过滤嘴，该方法将产生纤维的纵向牵引取向及由于横向纤维而得到膨化。主褶在纤维网中所形成的最初的褶裥和次级褶裥被包裹成圆柱型粗纱，褶裥引起了纤维网的膨化变形，并提供了通过过滤嘴的流体的透气性。

Description

无纺过滤器及其制造方法
本发明涉及一种无纺的流体过滤器，一方面，本发明涉及了气体过滤器，特别是由熔喷法非织造纤维网制成的香烟过滤嘴，另一方面，本发明涉及了生产由熔喷法非织造纤维制成的过滤器和粗纱的方法及其设备。
熔喷法非织造产品是无纺材料的一种特殊的类型，它包括热熔性无规则聚集在一起的，微小的热塑性纤维，它的标准平均直径范围在1至10微米之间。由于这种产品具有小的细孔尺寸，在随机聚集纤维中，这种产品可用于制造纤维网，圆筒或粗纱并产生出特别良好的过滤器。
然而，由熔喷无纺材料制成的香烟过滤嘴并没有获得特殊的成功，把无纺织物生产成具有小尺寸圆柱，并且有所希望的过滤性和透气性的香烟过滤嘴是困难的。
美国专利第3,595,245公开了一种聚丙烯熔喷法非织物的香烟过滤嘴，这种过滤嘴是一种由圆形熔喷模具生产的粗纱，这种圆形模具价格昂贵并不易操作，另外，也不能连续地生产出所要求质量的香烟过滤嘴。由于这些原因，由圆形模具生产出的熔喷法非织造粗纱的香烟过滤嘴没有显著的商业用途。
除了用熔喷法非织造粗纱外，人们在用无纺材料制造香烟过滤嘴方面已经作了很多努力。美国专利第3,346,682公开了用聚合薄片制成的香烟过滤嘴，这种薄片被轧光机轧光并切成带材。然后，把每条带子膨松并以香烟过滤嘴的相适应的形式聚集在一起。
美国专利第3,888,610公开了一种用于生产香烟过滤嘴的无纺粗纱的方法，每一粗纱分别由一单独的喷丝板纺制。
美国专利第4,059,121公开了用许多聚丙烯无纺纤维填充制成的小的过滤嘴的圆盘部分。
加拿大专利第841,368公开了由丙烯腈微纤维制成的香烟过滤嘴，制造这种纤维的方法是蒸掉丙烯腈溶液的溶剂并凝聚成聚合物。
美国专利第3,444,863和第3,704,192公开了用于香烟过滤嘴的喷雾长丝并捻的单纤维，这种单纤维的直径在10微米至60微米的范围内，并且这些纤维的透气性取决于在这些单纤维中的最大直径的单纤维透气性的变化。
美国专利第4,189,511公开了利用在纤维基质中的断裂薄膜的碎片纤维来达到过滤嘴的压力降和过滤性的平衡。
上述很多专利，特别是第4,189,511号美国专利提出了过滤性和压力降的平衡问题，例如，一种很致密的过滤嘴在相对高的压力降下，提供了有效的过滤，但是，对于吸烟者来说，吸这种香烟是非常困难的。因此，香烟过滤嘴必须在相对低的压力降下，具有有效的过滤性。
本发明的过滤嘴通过如下方法制造，即将无规则纤维的无纺纤维网制成流体过滤器或粗纱(或丝束)，然后，再进一步将其制成过滤嘴，这种过滤器因在容许的压力范围内具有着良好的透气性，因此，它特别适用于香烟过滤嘴。
这种圆柱型的过滤嘴包括了无规则包裹的，膨松的纤维网的褶裥，这些褶裥沿着圆柱体的轴向延展，这些褶裥由取向排列的纵向纤维和交叉纤维组成，通过主褶裥中次级褶裥的形成和交叉纤维提供了膨化变形，该交叉纤维含有伸出的部分或从顶层和底层的向外突起的表面部分。该表面定义为纵向纤维。如下面详细描述的那样，通过包裹褶裥，这种膨化变化提供了均匀的透气性。
最好，无纺纤维网是熔喷法非织造纤维网，它包括无规则缠绕的热塑性纤维，它的平均直径在1至10微米之间，一般在2至8微米之间。
制造这种过滤嘴的方法是约束纤维网的平直部分并收敛地牵引着纤维网，通过一个小孔型收敛器(如漏斗形筒)，在此，同时加热受约束端和漏斗形筒之间的纤维网的中间部分，最好是漏斗形筒的内径大约为香烟过滤嘴的外径或略小于香烟过滤嘴的外径，以允许过滤嘴有一定的回弹，在纤维网的平直受约束部分至漏斗形筒之间，纤维网逐渐收敛，其夹角在10°至30°之间。牵引纤维网，通过漏斗形筒时将纤维进行拉伸使其成形为棒状或粗纱，然后该粗纱经进一步的加工形成过滤嘴。另外，该系统包括了将漏斗形筒中生产的棒状纤维束或粗纱直线排列的装置，或在该装置的下游直接生产过滤棒的直线排列的装置。
拉伸使许多纤维沿机械方向取向，并在机械方向上排列和包装这些纤维，在机械方向上排列并拉伸取向的纤维在此称为纵向纤维。收敛纤维网使纤维网形成了许多的褶裥和次级的褶裥，当牵引纤维，使之通过漏斗形筒时，褶裥和次级褶裥被无规则地包裹在一起形成粗纱，当纤维网收敛时，交叉纤维纵向卷曲和/或弯曲并卷在一起，从所在层向外突起的端部被定义为纵向纤维。这样就膨松了纤维网并提供了包裹在一起的褶裥的透气性，加到纤维网上的热量软化了纤维并增加了沿机械方向取向的纵向纤维，同时增加了交叉纤维的纵向卷曲和卷曲，当进一步地把纤维网拉伸到漏斗形筒口附近时，在主褶裥的每个脚端开始形成了次级褶裥，当牵引纤维网，使之通过漏斗形筒口时，次级褶裥进一步地减少了弯曲阻力，并增加了褶裥的无规则的折叠，包绕和包裹。
本发明的一个重要特征是通过交叉纤维提供了膨化效应，可以相信，加热和拉伸形成了褶裥和微小的褶裥(次级褶裥)，因此，包裹产生了无规则捆扎在一起的褶裥，试验表明，本发明的过滤嘴具有着使吸烟者满意的有效的压力降。
图1是实现本发明工艺的设备的侧视图。
图2是图1设备部分的俯视图，它表示了纤维网形成的状态，并且它是沿着图1的线2-2的剖面剖开的设备部分的局部视图。
图3是图2中纤维网的部分的放大俯视图。
图4是在图3中沿平行于机械方向的4-4剖面剖开的纤维网的剖面图，它表示了普通的直丝，未膨化的纤维网。
图5是图2所示纤维网一部分的放大图。
图6是图5中沿着与机械方向成锐角的剖面6-6剖开的纤维网的剖视图，它说明了褶裥的构成和纤维的膨化。
图7是图6所示的一段纤维网部分的放大了的侧视图(平行于机械方向)，它更加详细地说明了，在膨松了纤维网后，纤维的缠结和伸出。
图8是在纤维网加热和拉伸后，沿图2所示的剖面8-8剖开的一段纤维网部分的放大了的平视图。
图9是沿图2剖面9-9剖开的通过漏斗形筒的过滤嘴剖面图。
图10是用本发明的方法生产并与香烟装接在一起的过滤嘴的透视图。
图11是用本发明的方法生产的一个过滤嘴或粗纱断面放大的局部视图。
图12是用本发明的方法生产的香烟过滤嘴的带有展开部分的透视图。该图的展开部分说明了褶裥和微小褶裥的结构。
图13是纤维网未沿机械方向进行拉伸，而使之通过漏斗形筒，生产出的一种粗纱的横剖面的放大图。
本发明将描述圆柱型香烟过滤嘴。把用本发明生产的过滤器和租纱应用于其它的过滤系统、如色谱产品和吸收产品，也是可以理解的。
如图10所示，本发明的香烟过滤嘴10是圆柱型的、并且它包括由无纺纤维网制成的一束无规则褶裥11及包裹褶裥束的包裹材料12(如纸)。褶裥11无规则地包裹在一起，形成了圆柱型，并且通常它沿着圆柱型的轴线方向纵向延展。如图11所示，其中由于膨化变化，褶裥的形状和纤维的排列提供了压力降和透气性所需的平衡。应该注意的是，虽然烟雾组分能扩散到膨松了的纤维网的粗纱中，但是如图10中的箭头所示，通过过滤嘴10的空气气流，一般来说仍平行于纵向延展的褶裥11。
根据图1和图2所示的装置描述生产过滤嘴10的加工步骤，根据图3至图9所示的纤维描述无纺纤维网的加工步骤所产生的效果。
本发明的设备包括四个主要部分；(a)在一般的平面上分布无纺纤维网的装置；(b)孔口收敛器(如漏斗形筒)；(c)牵引纤维网通过漏斗形筒并把沿机械方向的拉力或牵引力施加到纤维网上，使纤维拉伸取向的装置；及(d)在漏斗形筒前，加热纤维网的中间部分的加热装置。所述的平面的用语意为平直的，如若是弯曲的，则不能起皱。
通过牵引无纺纤维网，使之通过漏斗形筒口，来制成过滤嘴或粗纱，这样，可使纤维网收敛形成主褶裥和次级褶裥。当牵引纤维网进入漏斗形筒形成图11所示的结构时，主褶裥和小褶裥(次级褶裥)被无规则地包裹在一起。
如图1所示，无纺纤维网16的辊15，通过辊轴17被安装在设备的机架20上，轴17的两端安装在机架20上开的垂直槽中(如21)，以使辊15能在垂直槽21中自由移动。安装在机架20上的阻尼辊18靠在辊15的下表面上，驱动辊19与阻尼辊18以齿轮连接，驱动辊19由带有齿轮减速装置的变速电机驱动，来控制辊18的转速，因此控制分散在纤维辊15上的纤维网的喂入速度。
辊15传送着纤维网16，并且纤维网16绕过导轮22，导轮22的相对的两端通过轴23与机架进行轴颈连接。纤维网16绕过导轮并穿过小孔(漏斗形筒24)，皮带装置26牵引着纤维网16，使之通过漏斗形筒。用于生产香烟过滤嘴的漏斗形筒24是收敛性的漏斗形筒，它包括有锥形前端24a和收敛部分24b，漏斗形筒也可具有变化的横截面的特点，在开始工作阶段，漏斗形筒前端使纤维网容易进入，如带有变化的直线段的座圈轨道。24b的部分定义为收敛器，它的内径小于或大约等于香烟过滤嘴的直径。如图1所示，漏斗形筒24固定在机架20上。
当纤维网穿过漏斗形筒24时，纤维网16被加工成圆型粗纱线(或棒形)25，与粗纱25的两个边接触的皮带装置26牵引着被拉伸的纤维网穿过漏斗形筒，皮带装置26包括了安装在辊28、29、30上传动的非弹性皮带27和31，其中辊30支撑在机架20上。辊28和32分别由带有适当齿轮减速器的变速电机驱动，使得皮带27按照图1所示以要求的线速度逆时针转动。包绕于辊32和33的皮带31与皮带27要上下对齐。安装在皮带27上的横向橡胶楔子34紧夹住粗纱25并施以牵引力。因此，皮带27和31与粗纱25的两端边接触，因此当皮带27转动时，使粗纱如图1所示向右移动。
皮带27和31具有适当的宽度，使得它们与粗纱25充分地接触。
粗纱储存在适当的容器35中，以进行后续的过滤嘴的加工。
把加热箱36安装在机架20上，当纤维网从辊22至漏斗形筒24收敛地移动时，加热箱36对纤维网16进行加热。纤维网穿过入口槽37进入热箱36，并经过槽38离开热箱36。由炉和鼓风机所提供的加热空气在入口39处进入热箱36，并通过空气出40被回收。回收的空气送入炉中循环。热箱36中装有折流板，它使得在热箱36中的空气形成螺旋形气流。另外，空气以垂直于纤维网的每个表面的方向导入(垂直的方向)，加热的空气与热箱36中的顶层和底层纤维网16接触。也可用其它类型的加热器如电加热器。
对于图2来说，牵引纤维网16，使之从很平的约束端16a收敛地穿过加热箱36，并穿过漏斗形筒24，形成圆柱型粗纱，或根据漏斗形筒24的横截面形状形成其它形状。纤维网16连续地通过三个不同的区域，这三个区域把平的纤维网16a转变成圆柱型或相似于椭圆型的致密粗纱25。在区域16b中，纤维网16以大褶裥的形式存在，在区域16c中，纤维网16被加热到软化纤维的温度下，这样就加快了纤维网沿机械方向的拉伸，并在横向变窄，在区域16d中，把纤维网会聚到漏斗形筒24的同时，褶裥的纤维形成了无规则地包裹在一起的次级褶裥。
对于许多聚合物来说，加热区的适当温度范围在45℃至200℃之间(对于许多聚烯烃来说，最好在100℃至175℃之间)，最好，所提供的热量可把纤维网的温度升高到或接近该聚合物的弹性状态下的温度(即在10℃的范围内)所用的聚合物的温度至少为20℃范围，最好至少为35℃范围内。更好为至少是50℃范围内。
根据本发明，在某些应用中，如直线纤维的生产和加工过程中，从无纺纤维的收集器输送出的热纤维在加热区域内仅被加热10℃至20℃，使该聚合物在弹性状态下。
如图3和图4所示，一般来说，直的纤维网16a的纤维45，在纤维网16的平面内无规则伸长，为了描述的方便，“X”指机械方向(MD)，“Y”指横向(TD)，“Z”指垂直方向(VD)。
虽然，熔喷法非织造纤维网通常被认为是由连续的单纤维组成的许多纤维，在这里，为了描述的方便，单纤维将指为取向纤维，因此，在纤维网中，切断了的连续的单纤维被认为是纤维的聚集。
如图4所示，在16a处，机械方向上受拉伸的纤维网在X-Y平面上基本上是平直的。当纤维网16进入区域16b时，受拉伸的纤维16的端部收敛，并且形成主褶裥。
当打了褶的16b区域内的平面纤维网通常进入区域16c时，纤维网被加热并被拉长、纤维42呈现出了不同的方向，纤维45a的大部分被牵引并沿着机械方向(X方向)排列成为纵向纤维，该纵向纤维带有一些被压缩，被弯曲的且与纵向纤维交叉的纤维45b。(图5表示了纵向纤维45a和交叉纤维45b)。图6中，表示了由纤维的排列方向产生的大褶裥和在区域16c内转变过程引起的大褶裥，在机械方向上拉伸了的纵向纤维45a的排列方向导致了交叉纤维45b的折叠，并且45b向顶层和底层表面突起，这些表面在Z轴的方向上被定义为纵向纤维45a，图4和图6的比较表明了由交叉纤维45a产生的膨化变形的程度，值得注意的是被定义为纵向纤维45a的纤维网的厚度(Z2)小于被定义为交叉纤维45b的纤维网的厚度(Z3)这是因为，膨松的交叉纤维45b轻微地拉伸了纵向纤维的排列，并且向定义为纵向纤维45a的厚度方向轻微地突起，图4的Z1和Z2是近似于相等的。图7实际上是一种放大了的显微照片(400倍)，它表明了在形成膨化变形的过程中，交叉纤维45b的形状。如图所示，膨化变形是由于在Z轴方向上交叉纤维的折叠并向纵向纤维45a的外部突起。
当收敛的纤维网16通过区域16c时，加热软化了纤维45a和45b，使纵向纤维45a进一步沿机械方向取向，并进一步地加快了交叉纤维45b的弯曲/或折叠，当纤维网继续收敛时，如图8所示，在纤维网16的大褶裥上的次级褶裥为波纹形状，因此，当纤维网进入临界区域16d时，易弯曲的交叉纤维45b和次级褶裥使得纤维网16无规则地弯曲，折叠。当牵引纤维网通过漏斗形筒时，易弯曲的交叉纤维45b和次级褶裥致密地结合在一起。次级褶裥和主褶裥一起加入了纤维网16的膨化变形。如图11所示，这是纵向弯曲作用和膨化变形作用的结合，通过加热纤维和拉伸纤维，增加了收敛纤维的弯曲性并提供了均匀一致结构的纤维。
图11说明了在成品粗纱25中，膨化了的纤维网16无规则地包裹。每个褶裥中的次级褶产生了许多弯曲，以致当纤维网被拉入漏斗形筒24时，纤维网能容易地与漏斗形筒的圆柱外形相一致。每个次级褶裥给收敛纤维网提供了一个潜在的弯曲场所。实验表明，当纤维网接近漏斗形筒口时，由次级褶裥所提供的潜在的弯曲场所的纤维使主褶裥重叠，当主褶裥和次级褶裥包裹在一起，进入漏斗形筒口时，从主褶裥中不易分辨出次级褶裥，它们以无规则的螺旋形式弯曲和折叠。
如图11所示，由于重叠了的主褶裥和次级褶裥的卷曲结构，重叠的主褶裥和次级褶裥就提供了许多的气体通道46，值得特别注意的是，通过过滤嘴的通道46的气体流通常与褶裥平行。并且膨松了的纤维大大地保存着过滤嘴的透气性。已确信，次级褶可以具有无大的不均匀的气体空间的均匀一致透气性的致密的包装。
如上所述，纤维网16的膨化变形指在Z轴方向上，交叉纤维的伸长和突起，并且在主褶上，次级褶裥的重叠，软好地，膨化变形至少为20％，更好为30％，最好为50％，这样最好把纤维网16的厚度Z4至少增加至超过Z1的30％，最好超过Z1的50％。虽然膨化变形的上限取决于几个因素，但是约为200％至300％的膨化变形是可能的。
实验表明，若纤维不经过膨化变形，纤维网的褶会很紧密地包裹在一起，以致气体不能在可满意的不同压力下，流过过滤嘴。图13是用没有膨松的纤维制成的过滤嘴的横剖面的放大图。可以看到，虽然它存在着主褶，但是缺乏次级褶裥，也就是说，如果在纤维网16中，不形成次级褶裥的话，纤维网的弯曲就产生不了不均匀的眼子针，如在47处。
如上所述，本发明的方法包括三个主要的步骤(a)分配大体平展排列的纤维网(即在16a处)；(b)牵引纤维网通过孔口收敛装置，孔口收敛装置的直径大约等于过滤嘴的直径；(c)在16a和孔口收敛装置24之间一段中间区域内加热纤维网。
牵引受约束的纤维网16通过收敛装置24时，对纤维网进行了拉伸，当纤维网收敛时，形成了褶裥。加热步骤使纤维41松施，这样就增加了纤维沿机械方向的伸长和取向。最终横向的收缩促进了小褶裥的形成和纤维网16中交叉纤维45b的弯曲和膨松。
本发明重要问题是材料参数和操作参数
材料参数
熔喷法非织造纤维网
所用的特殊类型的熔喷法非织造纤维网，在单位重量和尺寸两方面，对本发明目的是至关重要的。
熔喷法是生产无纺纤维网的方法，该无纺纤维网包括了在两个方向上通常无规则排列的微纤维(即在X-Y平面内)，简单地说，熔喷的加工方法涉及了从一排排带有小孔的模子中挤出熔化了的树脂的方法。从小孔挤出的纤维经过带有一排小孔的模子的对边传送过来的热空气加热后，伸长并变细。这种纤维被放下，自身粘合，并以无规则的形式聚集在收集辊上或在运输带上。(典型地如图3和图4所示)。制造熔喷法非织造纤维的设备和方法在美国专利第4,818,463和第3978,185中已公开。在这里可以参考这两篇专利所公开的内容。
熔喷法非织造加工方法的改变生产出了各种种类和尺寸的纤维网。由于在纤维网生产过程中，收集器的位置，结构和其它加工参数，通过利用气体排出量的配合，可增加纤维网的表面积和纤维网的膨松结构。对于特殊应用，本专业的熟练技术人员，为了特殊的最终用途，这些改变是很容易进行优选的。以下描述，用于本发明的热塑性聚合物和纤维网。
热塑性树脂有聚烯烃(包括聚乙烯，聚丙烯，它们的共聚物和三元共聚物)、聚酯，尼龙，已烯——醋酸乙烯共聚物。合成橡胶、聚酰胺、聚苯乙烯、聚三氟氯已烯，和这些物质的混合物。最好的树脂聚烯烃，它包括聚丙烯家族的均聚物和共聚物。聚乙烯和高分子聚烯烃，更好树脂为乙烯和丙烯的均聚物和共聚物，聚乙烯包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，液体低密度聚乙烯(LLDPE)和密度很低的一种聚乙烯。聚乙烯是所用的最普通的树脂，对于本领域的普通技术人员来说，熔喷树脂的制造和分子量是公知的。
热塑性纤维网；下面为用于本发明的熔喷法非织造纤维网的物理特性；
               粗略的      较好的   最好的
               范围        范围     范围纤维的尺寸         0.5～20微米 1-10微米 2-8微米
(平均直径)
纤维网的厚度       1-25密耳    2-15密耳    3-8密耳
纤维网的宽度       6-60英寸    12-60英寸   16-40英寸
纤维网的纵横比*   240～60,000 800～24,000 2000-13000
纤维网的单位重量   2-52克/米2 4-26克/米2 5-17克/米2
*纤维网的宽度与厚度的比值
上面所示的纤维尺寸，纵横比(取决于厚度和宽度)和纤维网的单位重量的数值是可变换的。
微小尺寸的纤维是适用于过滤的理想材料，这些纤维与其它纤维相比，可生产出重量密度很低的纤维网。如上所述，在本发明的生产条件下，微小尺寸的纤维可迅速地进行膨化。
纤维网16的厚度对本发明来说是很重要的。若纤维网的厚度大于25密耳时，把纤维膨松是困难的。因此，它就不能在漏斗形筒的包装时，形成需要的褶裥。若纤维网的厚度不大于15密耳时，可得很好的性能，更好地是纤维网的厚度不大于8密耳。
在聚合物或纤维网中，可以使用添加剂，它增加了聚合物或纤维网的过滤性和吸收作用。
工艺条件
工艺条件包括收敛角，伸长量、热量的利用和为了保持粗纱25的直径任选的设备的应用。其中收敛角为在16a处平幅(如图2所示)到漏斗形筒24处的最小尺寸之间形成的角度。
                   粗略的    较好的    最好的范围
                   范围      范围
收敛角(A)          10°～30°12°～25°15°～20°漏斗形筒的内径(英寸)*  0.1～0.7  0.15～0.4 0.2～0.35漏斗形筒的面积(平方英寸)0.01～1.0 0.02～0.5 0.03～0.3沿机械方向的拉长率(％)  15～300   20～100   40～75
温度(℃)            45～250   100～200  120～175
*最小尺寸
当然，上述工艺条件的有效值在一定程度上取决于纤维的特性，温度和操作速度，可以很容易地修改纤维网的工艺条件，以达到最佳的条件，上述的值是可以变换的。
操作
纤维网辊15放入槽21中，纤维网16绕过辊22并被喂入漏斗形筒24(实际上，漏斗形筒24具有着分离的结构，在操作开始阶段，让漏斗形筒张开，插入纤维网，然后合上漏斗形筒)，粗纱25布置在皮带27和31之间，并输入到收集器35内。
当驱动辊18和28达到所要求的速度时，开始操作，加热空气流过热箱36。
当受拉的未加热的纤维网在区域16b处收敛时，在纤维网中形成了主褶。
当加热的纤维网16在16c和漏斗形筒24之间被拉伸时，大部分纤维沿机械方向排列并形成纵向纤维45a，剩下的纤维45b被膨化成交叉纤维，该交叉纤维沿着与机械方向横向的方向伸长，除了收敛作用外，在横向的方向上的纤维网16变窄。
图6和图7表示了在区域16c中，拉伸带有主褶裥的纤维网的初始效果，当纤维变窄时，纵向纤维45a在机械方向上排列，交叉纤维45b被膨化(弯曲)分散在交叉纤维45b的纵向纤维45a紧紧地包裹在一起。交叉纤维45b折叠并沿Z轴方向膨松纤维网向外(在Z轴方向)突起。
当纤维网16维续留在加热的区域内，由于大量的次褶的形成，褶裥的数量增加，褶裥的波幅减少，在漏斗形筒24的上游，褶的数量立刻达到了最大值。
在进入漏斗形筒24时，如图11所示，褶裥无规则地分布于粗纱25之中，膨化变形在平行于褶裥的方向上提供了透气性。若褶裥48不被膨化，如图13所示，它们将紧紧地靠在一起，而没有气体流动的空间(即通常的紧密的结构)。
当粗纱离开了漏斗形筒24时，它通常具有着良好的稳定性，而只有少量的回弹23。然而，通过以下方法可增加尺寸的稳定性，(a)加热棒的圆周，至少使纤维的一部分溶化或；(b)通过在漏斗形筒处或在其下游，把粘接剂加入到粗纱25中或(C)用纸或薄膜包裹粗纱25，(d)在漏斗形筒内，加热棒式(e)用上述方法的组合。把粗纱25收集起来并在后续过程中把它切成用于香烟时的适当长度。
香烟过滤嘴
如图11和图12所示，香烟过滤嘴由许多的膨松的和打了褶的部分48和49组成，它们以无规则的螺旋形式包裹在一起并相对于过滤嘴的轴向纵向延展，在过滤嘴中的每个褶的波幅在宽度范围内的变化取决于以下几个因素，它们包括纤维网的厚度、组织、宽度，纵横比和伸长量。然而，波幅范围通常是2至15倍纤维网的厚度。例如，对于厚度为3至8密耳的纤维网来说，褶裥的波幅将在大约6至80密耳的范围内变化，虽然，次级褶裥在主褶裥上的重叠从图11上不是很容易看清楚，但是图12表示出了这种情况，如图12所示，当撕开过滤嘴11的纤维网16的端部时，大的主褶裥确定了纤维网16的卷曲排列，对于主褶裥48的每个腿来说，次级褶裥49形成了卷曲的形状。在主褶裥11的每个腿上，通常由5至25个次级褶裥49组成。
应用于香烟的过滤嘴10应具有下列特性参数
                   粗略的范围      最好的范围
过滤率％           50～95          60～90
压力降(毫米水柱)   45～95          55～90
试验
准备一卷用于香烟过滤嘴的熔喷法非织造纤维网，该纤维的种类如下：
材料：聚丙烯
纤维尺寸：          7-10微米(平均直径)
宽度：              20英寸
厚度：              0.004英寸
单位重量：          13克/米2
由上述纤维生产出的熔喷法非织造香烟过滤嘴在不同的拉伸速率下分别加工，生产出了具有过滤性和压力降性能的两个等级的过滤嘴，该过滤嘴在工业中为“普通型”和“轻量型”，熔喷法非织造纤维卷15放在如图1所示的设备上，收敛角大约为17°，漏斗形筒口装置的直径为6毫米(0.24英寸)，在加热区域内，吹在纤维网16上的空气温度为140℃。
对于熔喷非织造普通纤维来说，调节纤维网阻尼辊18和皮带传动装置26，使通过装置26的粗纱25的线速度比绕在辊15上的纤维网16的线速度大50％，这样，就在机械方向上提供了纤维网50％的伸长量。纤维网大部分的伸长量发生在加热区内。
对于熔喷非织造“轻型”纤维来说，调节纤维阻尼辊18和皮带驱动装置26，使通过装置26的粗纱25的线速度比绕在辊上的纤维网的线速度大25％，这样，就在机械方向上提供了纤维网25％的伸长量，所生产出的过滤嘴具有着在“轻型”类型中的过滤性和压力降。“轻型”在较高的压力降下，通常只有较好的过滤效果。纤维网的绝大部分的伸长量在加热区域内产生。
收集粗纱25，把它切成大约25毫米的长度，并把它插入一个不透气的塑料筒的孔中，塑料筒模仿着香烟过滤嘴的形状，其直径为8毫米。
根据本发明，把取自普通商用牌号的普通型和轻型香烟棒(即去掉过滤嘴的香烟)，插入塑料管，把该香烟分别与“普通型”和“轻型”熔喷法非织造的过滤嘴的两个样品密封在一起，为了避免空气对过滤效率的特性的冲淡，不允许空气渗入过滤嘴。用于与熔喷法非织造纤维制成的过滤嘴相对比的商用过滤嘴也不利用冲淡的作用。分别对商用带过滤嘴的香烟样品和熔喷法非织造纤维制成的过滤嘴与烟棒相接样品进行测试，测试他们的过滤效率和压力降把每个带过滤嘴的香烟样品与抽烟机的真空管相连，在香烟过滤嘴和原之间，该抽烟机有一个0.225微米(额定含孔尺寸)的隔膜过滤阀。每种样品抽吸8至9次，喷烟时间为2.5秒，在氟菜则(Frazier)空气机中，在额定空气流速15CC/秒的条件下，测试通过去掉香烟棒每个过滤嘴的压力降。滤除颗粒的效率(PRZ)用下面的公式求出。
PRE＝(duf/dwf+dwt)×100
其中
dwf为在每一试验期间，过滤嘴重量的变化量，
dwt为在试验期间，过滤阀的重量变化量
因此滤除颗粒的效率为过滤嘴，捕捉到的颗粒量与过滤嘴和过滤阀上收集的总颗粒量之比。
表1给出了试验中滤除颗粒的效率和压力降。
                  表1
试验           滤除颗粒的效率    压力降     比率
                  ％             毫米水柱   (PRE/PD)1、商用普通型过滤嘴   54             59         0.912、商用轻型过滤嘴     67             83         0.813、普通型熔喷非织造   66             55         1.20过滤嘴4、轻型熔喷非织造     88             87         1.01过滤嘴5、在机械方向不伸长的 51             55         0.93熔喷非织造过滤嘴
*压力降是在通过过滤嘴的额定空气流为15CC/秒的条件下，测定的。
值得特殊注意的是普通型熔喷非织造纤维的滤除颗粒效率为66％，与之相比商用普通型过滤嘴和在机械方向上不伸长的过滤嘴的滤除颗粒的效率分别为54％和51％。轻型熔喷法非织造过滤嘴的滤除颗粒的效率为88％，而商用轻型过滤嘴的滤除颗粒的效率为67％，也应该看到熔喷非织造过滤嘴的压力降与相应的商用的过滤嘴的压力降是类似的，把第3个试验和第4个试验与第五个试验相比，可以看出在过滤效果上，沿机械方向伸长的影响。
滤除颗粒效率和压力降的平衡(在这里称为比率)被表示为滤除颗粒效率与压力降的比值。如表1所示，本发明的过滤嘴的这种比率不小于1，而所有其它过滤嘴的比率小于1，由于普通型和轻型过滤嘴的压力降不同，所以它们的比率也是不同的。普通型过滤嘴的压力降小于轻型过滤嘴的压力降。
对于本发明的普通型过滤嘴来说(压力降为70或更小)，它较好的比率为0.95或更大，更好为1.0或更大。对于本发明的轻型过滤嘴来说(压力降为70以上)，它较好比率为0.85和0.85以上，更好为0.9或0.9以上。正如表I的数值所示，很清楚，现有的商用过滤嘴不能达到这些比率。
我们已描述了本发明，特别是提到的熔喷非织造纤维网特性，它是较好的，然而，要强调的是，本发明也可考虑用其它无纺纤维网(无规则聚集在一起的纤维)，特别是纺粘纤维网，若其它的无纺纤维网在机械方向能达到所需的伸长量并能够产出具有在这里所描述的过滤特性的过滤嘴的话，这种无纺网也可以使用。
在不违背本发明的原则的情况下，本发明可以进行很多改变。例如，可利用其它机理(如对熔喷法非织造物香烟过滤嘴来说，用稀释的机理来增加过滤性。
同样，当牵引纤维网通过漏斗形筒时，在加热区域和漏斗形筒之间，可以冷却(或允许冷却)加热成褶裥的纤维网并保存着纤维网的小褶裥。
另一些改变是用于本发明的带有无纺纤维的传输线的变化，其中纤维网直接地取自于收集器并按照本发明进行加工。
另外的一些变化包括在无纺纤维收集器隔板上的特殊形状，这样就产生出了不光滑的纤维或在纤维网的表面上生产出脆纤维，该纤维网的表面注定了所打的小褶裥的折叠，例如这种形状可生产出周期性横向偏移的纵向纤维，提供了沿过滤嘴周期性轴向流动的通道。
最后，本发明制造出的粗纱可用在其它类型的过滤器中，在过滤器中的气流是在褶裥和小褶裥的方向上横向流动的。若粗纱以圆形结构放在油过滤器或空气过滤器中，那么过滤器中的流体的流动是沿着粗纱的轴向流动的。

Claims (16)

1.一种用于流体过滤器的过滤粗纱，其特征在于它包括由一束重叠的蛇形熔喷法非织造纤维网部分组成的圆柱形体，该纤维网部分沿圆柱形体的轴向伸长，所述的纤维网包括取向伸长的纵向纤维和交叉纤维，交叉纤维沿着纵向纤维的横向延伸，并且具有以纵向纤维限定的纤维网厚度上向外突起的交叉纤维部分，所述的突起的交叉纤维的存在，膨化了纤维网，所述的纵向和交叉纤维的平均直径在0.5至20微米的范围内。
2.如权利要求1所述的流体过滤器过滤粗纱，其特征在于，蛇形熔喷法非织造纤维网包括防止重叠部分在平面布置上互相连接的次级褶裥，由此提供了轴向地通过过滤器的流体通道。
3.如权利要求1所述的过滤粗纱，其特征在于，熔喷法非织造纤维网是由聚烯烃组成。
4.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，熔喷法非织造纤维网的平均直径在1至10微米之间。
5.一种制造用于流体过滤器的过滤粗纱的方法，其特征在于该方法包括：
a)把热塑性的无纺纤维网限制性地分布在平面位置上。
b)牵引所分布的纤维网，相继通过加热区域和小孔以产生粗纱，其中小孔具有圆形或椭圆形的横截面，所约束的纤维网和小孔之间的纤维网收敛的角度在10℃至30℃之间，在机械方向上离开小孔的粗纱移动的速度至少比在机械方向上纤维网的分布速度快15％，因此纤维网的纤维被取向，并且在机械方向上纤维网至少被拉伸15％。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于无纺纤维网是一种熔喷法非织造纤维网并且热塑性无纺纤维网是聚烯烃。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃选自乙烯和丙烯的均聚物和共聚物。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，牵引纤维网通过加热区域，使纤维网至少膨松30％。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于熔喷法非织造纤维网的宽度在6至10英寸的范围内，纤维网的纵横比在240至60,000范围内。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于无纺纤维网的纤维的平均直径为1微米至10微米之间。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于加热区的温度保持在热塑性物质的弹性区的温度范围内或接近该温度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于加热区域的温度至少为低于弹性区温度的10℃范围内，并且不大于弹性区最高温度。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于加热区域的温度至少比储存纤维处纤维温度高20℃，因此，褶裥至少使纤维网膨松了20％。
14.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃网为乙烯丙烯的聚合物或共聚物网，且聚烯烃的网宽度为12至60英寸之间，纵横比为800至24,000之间。
15.如权利要求5所述的方法，其特征在于纤维网的纤维平均直径在1微米至10微米之间，纤维的单位重量在4至26克/平方米之间。
16.从无纺纤维网制成过滤粗纱的设备，其特征在于该设备包括：
a)从无纺纤维网的储存处限制地分布纤维网的装置，
b)在平面位置上保持一部分所分布的纤维网的装置，
c)把纤维网包束组粗纱的一个漏斗形筒，
d)从平面布置保持装置，通过漏斗形筒收敛地牵引纤维网使形成主褶裥的粗纱操作装置，收敛角为10-30°。
e)加热收敛的纤维网的中间部分、将牵引力作用在收敛的纤维网中间部分的维纤的拉伸和取向，由此形成纤维网中的次级褶裥的装置。
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