CN103929986A - 用于制造香烟过滤元件的混合纤维产品以及有关的方法、系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种被构造成生产可抽吸产品的系统，所述可抽吸产品包括从多种纤维形成的过滤元件。所述系统包括织构设备，所述织构设备被构造成组合所述纤维，使得所述纤维至少部分地彼此缠绕和形成混合纤维产品。所述缠绕的纤维可以彼此充分分离，使得可以将塑化剂施加于所述混合纤维产品，而不必执行丝束打开操作、波浪形除去操作或初轧操作。被组合以形成所述混合纤维产品的纤维可以限定不同或相同的特征。因此，可以生产包括不同纤维的过滤元件，所述纤维具有各自的与其有关的合乎需要的性能。本公开内容也提供了有关的方法、设备和混合纤维产品。

Description

用于制造香烟过滤元件的混合纤维产品以及有关的方法、系统和设备
技术领域
本公开内容涉及意图用于人消费的、由烟草或其它可抽吸材料制成或衍生出的产品。具体地，本公开内容涉及用于吸烟制品(诸如香烟)的过滤元件和用于生产过滤元件的有关方法和设备。
背景技术
流行的吸烟制品，诸如香烟，可以具有大致圆柱棒形结构，并可以包括被纸包装材料围绕的可抽吸材料诸如撕碎的烟草(例如，以切割填充物形式)的包、卷或柱，从而形成所谓的“可抽吸条”或“烟丝条”。通常，香烟具有与烟丝条成端到端关系排列的圆柱形过滤元件。通常，过滤元件包括被称为“成型纸(plug wrap)”的纸材料围绕的塑化乙酸纤维素丝束。通常，过滤元件使用称为“接装材料(tipping material)”的外围包装材料连接至烟丝条的一端。为了提供环境空气对抽吸的主流烟气的稀释，也可能需要将接装材料和成型纸打孔。在Tobacco Production,Chemistry andTechnology,Davis等人(编)(1999)中阐述了香烟及其各种组分的描述。吸烟者通过点燃香烟的一端并燃烧烟丝条而使用香烟。然后，吸烟者通过抽吸香烟的相对端(例如，过滤嘴端)而接收主流烟气进入他/她的口腔。
某些用于香烟的过滤元件含有改变主流烟气的化学组成或感觉特性的材料。例如，已知将某些吸附材料掺入过滤元件中，诸如微粒或颗粒形式的活性炭或木炭材料(统称为含炭材料)。使用传统的黛尔美(dalmatian)过滤嘴生产所用的一般类型的技术，可以将含炭材料的颗粒掺入“黛尔美”型过滤嘴区域中。用于生产黛尔美过滤嘴的技术是已知的，代表性的黛尔美过滤嘴已经由Filtrona Greensboro Inc商业化提供。可替换地，使用传统的“空腔”过滤嘴生产所用的一般类型的技术，可以将含炭材料的颗粒掺入“空腔”型过滤嘴区域中。各种类型的加有木炭颗粒或活性炭类材料的过滤嘴参见：Touey的美国专利号2,881,770；Seligman等人的美国专利号3,101,723；Irby等人的美国专利号3,236,244；Touey等人的美国专利号3,311,519；Berger的美国专利号3,313,306；Chamberlain的美国专利号3,319,629；Lloyd的美国专利号3,347,247；Sublett等人的美国专利号3,349,780；Davis等人的美国专利号3,370,595；Sublett等人的美国专利号3,413,982；Watson的美国专利号3,551,256；Dock的美国专利号3,602,231；Buisson的美国专利号3,904,577；Tigglebeck等人的美国专利号3,972,335；Blakley等人的美国专利号5,360,023；Stavridis的美国专利号5,909,736；Veluz的美国专利号6,537,186；Spiers等人的美国专利公开号2003/0034085；Chatterjee的美国专利公开号2003/0106562；Clark等人的美国专利公开号2005/0066982；Hicks等人的美国专利公开号2006/0025292；和Coleman,III等人的美国专利公开号2007/0056600；Fagg的美国专利公开号2008/0142028；Dunlap等人的美国专利公开号2008/0173320；Jones的美国专利公开号2008/0295853；Hutchens的美国专利公开号2009/0288672；Banerjea等人的PCT WO2006/064371；Jupe等人的PCT WO2006/051422；和Cashmore等人的PCT WO2006/103404，它们通过引用并入本文。
已经开发了不同的方法和设备来制造含有与吸附材料或其它微粒添加剂组合的纤维丝束材料的过滤元件。例如，用于生产黛尔美过滤嘴的技术是已知的，且代表性的黛尔美过滤嘴已经由Filtrona Greensboro Inc.商业地提供。使用用于传统的空腔过滤嘴制造的一般类型的技术，可以将碳颗粒掺入空腔型过滤嘴区域中。参见，例如，可以用于、或适当地修改成用于将材料掺入过滤嘴中的设备和技术的类型，所述过滤嘴描述在：Sexstone的美国专利号3,844,200；Sexstone的美国专利号4,016,830；Washington的美国专利号4,214,508；Hall的美国专利号4,425,107；Hall的美国专利号4,411,640；Budjinski II等人的美国专利号5,322,495；Ercelebi等人的美国专利号6,656,412；和Spiers等人的美国专利号6,837,281；它们通过引用并入本文。用于将物体插入过滤材料中的其它安排公开在，例如，Byrne等人的美国专利号4,281,671和Deal的美国专利号7,115,085；Thomas等人的美国专利申请公开号2007/0068540；Nelson等人的美国专利申请公开号2008/0029118；Fagg的美国专利申请公开号2008/0142028；Stokes等人的美国专利申请公开号2008/0302373；Andresen等人的美国专利申请公开号2009/0288667；Hutchens的美国专利申请公开号2009/0288672；和Nelson等人的美国专利申请公开号2010/0101589；和2009年3月19日提交的美国专利申请系列号12/407,260，它们通过引用并入本文。
目前可得到的用于将微粒添加剂掺入过滤元件中的过滤嘴技术可能具有几个缺点。例如，包括处于游离状态的微粒添加剂(诸如活性炭颗粒)的空腔过滤嘴可能潜在地导致主流烟气的污染，且也可能遭受烟气在空腔内的松颗粒床周围通过。另外，由于在制造过程中形成微粒尘埃云的可能性，用于将微粒添加剂掺入空腔过滤嘴中的制造方法可能是挑战性的。此外，将微粒吸附剂附着在纤维丝束内可能包括使用塑化剂或其它粘合材料来将颗粒附着在纤维团内，这可能由于颗粒表面被塑化剂或粘合剂污染而导致吸附剂的灭活。
因而，掺入了微粒添加剂的过滤元件的应用可能具有缺点。在这点上，2010年7月30日提交的Sebastian的美国专利申请号12/847,228(其通过引用并入本文)公开了多功能的过滤元件，其提供多种不同的过滤主流烟气的机制，无需游离微粒形式的吸附材料。例如，美国专利申请号12/847,228公开了用可除去的胶囊材料包囊吸附材料颗粒，所述胶囊材料嵌入在限定丝束纤维的纤丝中。但是，可能需要过滤元件以及用于生产它们的设备和方法的进一步改进。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种用于形成香烟过滤元件的方法。所述方法可以包括：提供限定第一特征的第一纤维，提供限定第二特征的第二纤维，其中所述第一纤维的第一特征不同于所述第二纤维的第二特征，在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维，使得所述第一纤维至少部分地与所述第二纤维缠绕以形成混合纤维产品，且将所述混合纤维产品至少部分地包封在成型纸中。
在某些实施方案中，在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：将至少一个流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维。将所述流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：将空气流导向所述第一纤维和所述第二纤维。所述第一纤维可以限定与第二纤维不同的横截面面积、光洁度、旦尼尔和/或材料组成。所述第一纤维限定与第二纤维不同的光洁度。所述第一纤维可以包含纤维素酯和聚烯烃中的至少一种。所述第二纤维可以选自：棉、再生纤维素、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、活性炭纤维、催化纤维、纤维素酯、聚烯烃和离子交换纤维。
此外，在某些实施方案中，所述第一纤维可以限定与所述第二纤维相同的材料组成。在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维之前，所述第一纤维可以限定丝束且所述第二纤维可以限定第二丝束，或所述第一纤维可以限定丝束且所述第二纤维可以限定纱线。所述方法可以进一步包括：提供第一中间纤维，提供第二中间纤维，和在中间织构设备中组合所述第一中间纤维和所述第二中间纤维，使得所述第一中间纤维至少部分地与所述第二中间纤维缠绕以形成所述第一纤维。所述中间织构设备可以是所述织构设备。另外，在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：假捻所述第一纤维和所述第二纤维。所述方法还可以包括：将塑化剂施加于所述混合纤维产品。
在某些实施方案中，所述混合纤维产品的第一部分可以限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。所述方法可以进一步包括：将所述混合纤维产品加热至大于或等于所述第一熔点且小于所述第二熔点的温度。在一个实施方案中，所述第一纤维可以限定所述第一部分且所述第二纤维可以限定所述第二部分。在另一个实施方案中，所述第一纤维可以限定所述第一部分和所述第二部分的至少一部分。
在某些实施方案中，所述第一特征和所述第二特征之间的差异可以与以下差异有关：所述第一和第二纤维的光洁度差异，所述第一和第二纤维的材料组成差异，所述第一和第二纤维的总旦尼尔或旦尼尔/纤丝差异，或所述第一纤维和第二纤维的尺寸或形状差异。此外，所述第一纤维和所述第二纤维可以具有不同的材料组成，使得所述第一纤维和第二纤维具有不同的过滤性能或不同的生物可降解性水平。
也提供了被构造成执行上述方法的系统。所述系统可以包括织构设备和制条机，所述织构设备被构造成接受所述第一和第二纤维并将所述第一和第二纤维组合成所述混合纤维产品，所述制条机被构造成接收所述混合纤维产品并将其用所述成型纸包裹以形成所述过滤元件。所述系统还可以包括香烟制造机，其被构造成接收所述过滤元件、将所述过滤元件附接至可抽吸条和用接装材料包裹所述过滤元件和所述可抽吸条。
在另一个实施方案中，提供了一种过滤元件。所述过滤元件可以包含混合纤维产品，所述混合纤维产品包含限定第一特征的第一纤维和限定第二特征的第二纤维，其中所述第一纤维的第一特征不同于所述第二纤维的第二特征，且所述第一纤维通过织构设备至少部分地与所述第二纤维缠绕。所述过滤元件可以进一步包含成型纸。
在某些实施方案中，所述第一特征和所述第二特征之间的差异可以与以下差异有关：所述第一和第二纤维的光洁度差异，所述第一和第二纤维的材料组成差异，所述第一和第二纤维的总旦尼尔或旦尼尔/纤丝差异，或所述第一纤维和第二纤维的尺寸或形状差异。此外，所述第一纤维和所述第二纤维可以具有不同的材料组成，使得所述第一纤维和第二纤维具有不同的过滤性能或不同的生物可降解性水平。
在某些实施方案中，所述第一纤维可以限定与所述第二纤维不同的横截面面积、光洁度、旦尼尔和/或材料组成。所述第一纤维可以包含纤维素酯和聚烯烃中的至少一种。所述第二纤维可以选自棉、再生纤维素、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、活性炭纤维、催化纤维、纤维素酯、聚烯烃和离子交换纤维。所述第一纤维可以限定与所述第二纤维相同的材料组成。所述第一纤维和所述第二纤维中的至少一种可以是可生物降解的。所述过滤元件可以进一步包含塑化剂。所述混合纤维产品的第一部分可以限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。也提供了一种香烟，其包含与可抽吸材料条和接装材料组合的上述过滤元件，所述接装材料包围所述可抽吸材料条的至少一部分和所述过滤元件。
在另一个实施方案中，提供了被构造成用于制造香烟的系统。所述系统可以包括织构设备，所述织构设备被构造成接收限定第一特征的第一纤维和接收限定第二特征的第二纤维，其中所述第一纤维的第一特征不同于所述第二纤维的第二特征。此外，所述织构设备可以被构造成组合所述第一纤维和所述第二纤维，使得所述第一纤维至少部分地与所述第二纤维缠绕，且所述第一纤维和所述第二纤维形成混合纤维产品。所述系统还可以包括制条机，所述制条机被构造成接收所述混合纤维产品并将其用成型纸包裹以形成过滤元件。
在某些实施方案中，所述织构设备可以进一步被构造成，将至少一个流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维，以便组合所述第一纤维和所述第二纤维。所述流体流可以包括空气流。所述织构设备可以进一步被构造成接收丝束形式的第一纤维和第二丝束形式的第二纤维和/或接受丝束形式的第一纤维和纱线形式的第二纤维。所述织构设备还可以被构造成假捻所述第一纤维和所述第二纤维，以便组合所述第一纤维和所述第二纤维。所述系统可以额外包括塑化剂设备，所述塑化剂设备被构造成将塑化剂施加于所述混合纤维产品。此外，所述系统可以包括香烟制造机，所述香烟制造机被构造成接收所述过滤元件、将所述过滤元件附接至可抽吸条和用接装材料包裹所述过滤元件和所述可抽吸条。所述系统还可以包括加热器，所述加热器被构造成将所述混合纤维产品加热至这样的温度：其大于或等于所述混合纤维产品的第一部分的第一熔点，且小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。
在另一个实施方案中，提供了一种香烟。所述香烟可以包含：可抽吸材料条、包含混合纤维产品的过滤元件和接装材料，所述过滤元件附接至所述可抽吸材料条的末端，所述接装材料包围所述可抽吸材料条的至少一部分和所述过滤元件。所述混合纤维产品可以包含限定第一特征的第一纤维和限定第二特征的第二纤维，所述第一纤维的第一特征可以不同于所述第二纤维的第二特征，且所述第一纤维可以通过织构设备至少部分地与所述第二纤维缠绕。
在某些实施方案中，所述第一纤维可以限定与所述第二纤维不同的横截面面积、光洁度、旦尼尔和/或材料组成。所述第一纤维可以包含纤维素酯和聚烯烃中的至少一种。所述第二纤维可以选自棉、再生纤维素、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、活性炭纤维、催化纤维、纤维素酯、聚烯烃和离子交换纤维。所述第一纤维可以限定与所述第二纤维相同的材料组成。所述第一纤维和所述第二纤维中的至少一种可以是可生物降解的。所述混合纤维产品的第一部分可以限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。
从以下内容会明白本发明的其它方面和优点。
附图说明
为了辅助理解本公开内容的实施方案，现在将参考附图，所述附图不一定按比例绘制。所述附图仅仅是示例性的，且不应解释为限制本公开内容。
图1是根据一个实施例实施方案，用于生产香烟的现有技术系统的示意图；
图2是根据一个实施例实施方案，被构造成在香烟生产中采用织构操作的操作系统的示意图；
图3是根据一个实施例实施方案，用于形成香烟的系统的示意图，所述系统包括织构设备和篮筐(creel)，所述系统被构造成组合纤维以形成混合纤维产品；
图4是穿过第一和第二纤维的横截面视图，其中所述第一纤维包含不同于第二段的第一段；
图5是根据一个实施例实施方案用于形成香烟过滤元件的方法的框图；和
图6是根据本文中公开的系统、方法和设备生产的香烟的一个实施例实施方案的分解图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开内容。本公开内容可以以许多不同的形式实现，且不应解释为限于本文中阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案只是为了使本公开内容满足适用的法律要求。在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。如在本说明书和权利要求中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。
如本文中所述的，本公开内容的实施方案涉及被构造成用于制造香烟过滤元件的混合纤维产品及其生产方法和设备。通过对比，在香烟的传统生产中，通常采用一种丝束纤维来形成过滤元件。本文中使用的丝束纤维表示2条或更多条基本上连续的纤维纤丝的基本上未缠绕的束。形成丝束纤维的纤维的材料组成可以随从所述丝束纤维生产的过滤元件的期望特征而变化。例如，形成丝束纤维的纤维可以包含醋酸纤维素，所述醋酸纤维素可以用于味道和与其有关的过滤特征。
在一个实施例实施方案中，可以通过将浓液纺成为多个纤丝来生产丝束纤维，所述浓液可以包含聚合物(例如，醋酸纤维素)和溶剂(例如，丙酮)的溶液。可以将纤丝捡起、润滑，并通过捆扎所述纤丝而形成丝束纤维。然后可以使丝束纤维形成波浪形，以便增加丝束纤维的体积。此外，可以将丝束纤维干燥和卡圈用于运输至过滤元件生产商。
在这点上，图1解释了被构造成生产香烟或其它吸烟制品的系统100的一个实施例实施方案，其中示意地解释了由所述系统执行的操作。如解释的，系统100可以接收丝束纤维108作为输入，所述丝束纤维108可以根据上述的制造过程或不同的其它制造过程来生产。在操作110，可以对丝束纤维108进行丝束打开。丝束打开表示用于使丝束纤维108展开的一个或多个过程。在这点上，最初可以将丝束纤维108包装成捆或者以其它方式包装，其中每条形成丝束纤维的纤丝基本上连续接触与其邻近的那些纤丝。在一个实施方案中，在操作110处的丝束打开可以由气动绑扎喷射器实现，所述气动绑扎喷射器将丝束纤维108弄平和伸展，并形成展开丝束118。但是，在其它实施方案中，可以采用各种其它技术来生产展开丝束118。
系统100可以进一步被构造成在操作120处对展开丝束118进行波浪形除去。在操作120处的波浪形除去可以包括：拉伸展开丝束纤维118以形成去波浪形的丝束128。在某些实施方案中，通过引导展开丝束118穿过具有圆周槽的滚柱的一个或多个协作集合，可以进行波浪形除去。
在操作130处，可以对去波浪形的丝束128进行初轧。初轧可以包括：在限定丝束的纤丝之间引入进一步分离。在操作130处的初轧可以通过多种技术来进行，诸如使用滚柱对丝束进行的拉伸和松弛交替段。可替换地或额外地，可以采用一个或多个气动绑扎喷射器来初轧丝束。
在这点上，丝束打开操作110、波浪形除去操作120和初轧操作130都表示用于使限定丝束纤维108的纤丝至少部分地彼此分离的操作。以此方式使限定丝束纤维108的纤丝分离最终会产生经初轧的丝束138。因而，本文中使用的术语“经初轧的丝束”表示，通过丝束打开操作110、波浪形除去操作120和初轧操作130中的一个或多个已经至少部分地分离的丝束纤维。在这点上，丝束打开操作110、波浪形除去操作120和/或初轧操作130可以基本上同时地发生和/或涉及相同设备的使用。例如，在操作110处的丝束打开和在操作130处的初轧都可以通过使用一个或多个气动绑扎喷射器来进行。可替换地或额外地，在操作120处的波浪形除去和在操作130处的初轧都可以通过使用带槽的滚柱来进行。
因而，尽管上面将丝束打开操作110、波浪形除去操作120和初轧操作130解释和一般地描述为单独的操作，但是应当理解，这些操作中的一个或多个可以存在重叠，或者这些操作中的一个或多个可以被省略。在这点上，本文中使用的术语“丝束分离”可以表示，如上定义的产生经初轧的丝束138的、丝束打开操作110、波浪形除去操作120和初轧操作130中的一个或多个。
系统100可以在操作140处对经初轧的丝束138进行塑化剂施加。塑化剂施加可以包括：将塑化剂142施加(例如，通过喷洒或芯吸施加)于经初轧的丝束138以产生塑化的纤维产品148。可以为以下目的进行在操作140处的塑化剂施加：最终使丝束的纤丝彼此粘合在一起，以产生相对牢固的和坚硬的结构，所述结构被构造成在抽吸过程中不会软化或收缩。上述的丝束分离操作被构造成，通过在限定经初轧的丝束138的纤丝之间产生间隙(塑化剂可以在其中穿过)而改善塑化剂142的穿入。
使用已知的技术，可以将塑化剂142以传统量施加于经初轧的丝束138，在某些实施方案中，所述塑化剂142可以包含三醋汀和/或碳蜡。在一个实施方案中，所述塑化剂142可以包含1:1重量比的三醋汀和碳蜡。塑化剂142的总量通常可以是过滤材料的约4至约20重量％，优选约6至约12重量％。香烟过滤嘴设计和制造领域的技术人员会容易地明白与过滤元件的构造结合使用的其它合适的材料或添加剂。参见，例如，Rivers的美国专利号5,387,285，其通过引用并入本文。
然后可以对塑化的纤维产品148进行一个或多个制条操作150。制条操作150可以包括塑化的纤维产品148的成形。例如，可以压缩塑化的纤维产品148或以其它方式成形，以形成连续的圆柱形条形状。
制条操作150可以额外包括：将塑化的纤维产品148切成区段。在这点上，可以将塑化的纤维产品148纵向地细分成圆柱形的过滤嘴区段。在某些实施方案中，可以基于用于单只香烟的过滤元件的期望长度来选择过滤嘴区段的长度。作为其它实施例，在另一个实施方案中，可以将过滤嘴区段切成这样的长度：其等于用于单只香烟的过滤元件的长度的2倍，且可以在以后的时间将所述过滤嘴区段切成2段。例如，所述过滤嘴区段可以连接两个烟草条，并可以分割所述过滤嘴区段以形成两只香烟的过滤嘴。
过滤嘴区段的测量取决于其特定应用，但是，用于香烟的过滤嘴区段通常可以具有约80mm至约140mm的长度范围和约16mm至约27mm的周长范围。例如，具有100mm长度和24.53mm周长的典型过滤嘴区段可以表现出约200mm至约400mm水柱的压力降，这使用包裹的压力降测试仪(作为Model No.FTS-300由Filtrona Corporation,Richmond,Virginia商业销售)在17.5立方厘米/秒(cc/sec.)的空气流量下测得。
在某些实施方案中，在操作150处的制条还可以包括：用成型纸152包裹塑化的纤维产品148。可以用成型纸152包裹塑化的纤维产品148，使得过滤材料的每个末端保持暴露。成型纸152可以变化。参见，例如，Martin的美国专利号4,174,719。通常，成型纸152是多孔的或无孔的纸材料。合适的成型纸材料是商购可得的。具有在约1100CORESTA单位至约26000CORESTA单位范围内的孔隙率的示例性成型纸可作为Porowrap17-M1、33-M1、45-M1、70-M9、95-M9、150-M4、150-M9、240M9S、260-M4和260-M4T得自Schweitzer-Maudit International，和作为22HP90和22HP150得自Miquel-y-Costas。无孔的成型纸材料通常表现出小于约40CORESTA单位且经常小于约20CORESTA单位的孔隙率。示例性的无孔成型纸可作为PW646得自捷克共和国的Olsany Facility(OP Paprina)，作为FY/33060得自奥地利的Wattenspapier，作为646得自西班牙的Miquel-y-Costas，和作为MR650和180得自Schweitzer-MauduitInternational。可以用一层成膜材料包被成型纸，特别是在面向塑化的纤维产品148的表面上。使用合适的聚合成膜剂(例如，乙基纤维素，与碳酸钙混合的乙基纤维素，硝酸纤维素，与碳酸钙混合的硝酸纤维素，或属于香烟制造常用类型的所谓的嘴唇释放包衣组合物)，可以提供这样的包衣。可替换地，可以使用塑料膜(例如，聚丙烯膜)作为成型纸材料。例如，可以使用无孔聚丙烯材料(其可作为ZNA-20和ZNA-25得自TreofanGermany GmbH&Co.KG)作为成型纸材料。
如果需要的话，也可以生产所谓的“未包裹的乙酸酯”过滤嘴区段。使用本文中一般地阐述的技术类型，生产这样的区段。但是，不是采用包围过滤材料的纵向延伸周边的成型纸152，而是提供稍微坚硬的条，例如，通过将蒸汽施加于成形的塑化的纤维产品148。Filtrona Corporation,Richmond,Virginia具有用于商业制造未包裹的乙酸酯过滤嘴条的技术。
因此，通过制条操作150可以生产成形的、切割的、和/或包裹的(或未包裹的)过滤元件158。系统100可以进一步进行香烟制造操作160。香烟制造操作160可以包括：用包装材料164包裹可抽吸材料162的供给以形成可抽吸条。
在可抽吸条的制造中采用的可抽吸材料162可以变化。例如，可抽吸材料162可以具有填充物的形式(例如，诸如烟草切碎填充物)。本文中使用的术语“填充物”或“切碎填充物”意图包括，具有适合用于制造可抽吸条的形式的烟草材料和其它可抽吸材料。这样，填充物可以包括掺合的且呈为香烟生产商准备好的形式的可抽吸材料。填充材料通常以常规香烟制造中常见的丝条或碎片的形式使用。例如，切碎的填充材料可以以得自片状或“条带”材料的丝条或碎片的形式使用，所述片状或“条带”材料被切成约1/20英寸至约1/60英寸、优选约1/25英寸至约1/35英寸的宽度。通常，这样的丝条或碎片具有在约0.25英寸至约3英寸范围内的长度。
合适类型的烟草材料的例子包括烟道烘烤的烟草、白肋烟草、马里兰烟草或香料烟草、罕见烟草或专门烟草、以及它们的掺合物。烟草材料可以以下述形式提供：烟草片；经加工的烟草，经加工的烟草茎诸如碾压后切割的或蓬松后切割的茎，重构烟草材料；或它们的掺合物。可抽吸材料162或可抽吸材料的掺合物可以基本上由烟草填充材料组成。在香烟制造的不同阶段，还可以象常规地进行的那样将可抽吸材料162包装和顶装饰。
通常，可抽吸条具有在约35mm至约85mm、优选约40至约70mm范围内的长度，和约17mm至约27mm、优选约22.5mm至约25mm的周长。可以采用短香烟条(即，具有约35至约50mm的长度)，特别当采用具有相对较高的填装密度的可抽吸的掺合物时。
包装材料164可以变化，且通常是具有低空气渗透性值的香烟包装材料。例如，这样的包装材料164可以具有小于约5CORESTA单位的空气渗透性。这样的包装材料164包括纤维质基体网(例如，从木浆和/或亚麻纤维提供)和无机填充材料(例如，碳酸钙和/或氢氧化镁颗粒)。合适的包装材料164是基本上由碳酸钙和亚麻组成的香烟纸。特别优选的包装材料164包括足以提供希望的低空气渗透性的量的聚合成膜剂。示例性的包装材料164是P-2540-80、P-2540-81、P-2540-82、P-2540-83、P-2540-84和P-2831-102(可得自Kimberly-Clark Corporation)，以及TOD03816、TOD05504、TOD05560和TOD05551(可得自Ecusta Corporation)。
在包装材料164内含有的可抽吸材料162的掺合物的填装密度可以变化。可抽吸条的典型填装密度可以在约150至约300mg/cm3范围内。通常，可抽吸条的填装密度是在约200至约280mg/cm3范围内。
此外，香烟制造操作160可以包括：将过滤元件158附接至可抽吸条。例如，过滤元件158和可抽吸条的一部分可以被具有粘合剂的接装材料166包围，所述接装材料166被构造成结合过滤元件和烟丝条，从而将过滤元件联接至烟丝条的一端。
通常，接装材料166包围过滤元件158和可抽吸条的邻近区域，使得所述接装材料沿着可抽吸条的长度延伸约3mm至约6mm。通常，接装材料166是常规的纸接装材料。接装材料166可以具有可变化的渗透性。例如，接装材料166可以是基本上不可透过空气的、可透过空气的，或者经过处理(例如，通过机械或激光穿孔技术)从而具有洞孔、开口或排气孔的区域，由此提供用于给香烟提供空气稀释的装置。可以改变洞孔的总表面积和洞孔沿着香烟的周边的定位，以便控制香烟的性能特征。
因此，根据上述的实施例实施方案，或在用于生产香烟的系统和方法的各种其它实施方案下，可以生产香烟168(或其它可抽吸的物品)。如上所述，已知的制造方法和设备常规地被构造成在过滤元件的形成中仅采用单一过滤嘴丝束作为输入。但是，可能合乎需要的是，将超过一种材料掺入过滤元件中用于不同目的，诸如改善的微粒过滤、蒸汽吸收和/或生物可降解性。
被构造成接受2种纤维作为输入来制造过滤元件的已知设备的改进可能存在挑战。例如，已知设备不包括提供2种输入纤维的混合以形成过滤嘴的部件。因此，申请人在本文中为改进的过滤元件提供了方法和设备，所述过滤元件包含2种或更多种可以限定不同特征的纤维。
在这点上，图2解释了被构造成生产香烟或其它吸烟制品的操作系统200的一个实施例实施方案，示意地解释了由该系统执行的操作。具体地，系统200被构造成从多种纤维形成混合纤维产品。所述混合纤维可以用于形成过滤元件，所述过滤元件然后可以掺入香烟或其它吸烟制品中。尽管将系统200解释为包括连续操作，所述操作不需要一定以显示的次序发生。此外，在某些实施方案中，所述系统可以包括更小或更大数目的操作。
如图2所示，系统200可以被构造成接收多种纤维的输入，所述纤维在某些实施方案中可以是连续的。所述纤维可以被系统200加工以形成过滤元件。在解释的实施方案中，第一纤维208A和第二纤维208B被接收为输入，其被加工以形成过滤元件。但是，在其它实施方案中，可以采用各种其它数目的纤维，诸如2种至约10种不同的纤维(例如，2、3、4、5、6、7、8、9或10种不同的纤维)。因而，尽管下面出现的描述一般地描述了用于形成过滤元件的具体纤维数目，应当理解，该描述为了示例性目的而提供，且在其它实施方案中可以采用各种其它数目的纤维。
所述第一纤维208A可以限定一个或多个特征(在本文中被称作“第一特征”)，且所述第二纤维208B可以限定一个或多个特征(在本文中被称作“第二特征”)。纤维208A、208B的一个或多个特征可以是相同的，或者所述特征中的一个或多个可以是不同的。本领域技术人员可以理解，纤维208A、208B可以限定不同的特征。
一个特征是这样的形式：其中最初提供纤维208A、208B。例如，纤维208A、208B中的一种或两种可以限定丝束(即，许多基本上平行的纤丝)。在另一个实施方案中，纤维208A、208B中的一种或两种可以限定纱线(即，缠绕的纤丝捆，其可以是或不是连续的)。因而，作为非限制性例子，纱线可以与丝束组合，纱线可以与纱线组合，或丝束可以与丝束组合。
纤维208A、208B的材料组成也可以随从所述纤维生产的过滤元件的期望性能而变化。两种纤维208A、208B可以包括相同的材料组成或不同的材料组成。在一个实施例实施方案中，纤维208A、208B中的一种或两种可以包含纤维素酯(例如，醋酸纤维素)或聚烯烃(例如，聚丙烯)等。尽管这些材料组成是常用的，纤维208A、208B中的一种或两种可以可替换地或额外地限定与上述那些不同的材料组成。在这点上，某些材料组成可能单独地或与不同材料组成的纤维组合地具有合乎需要的性能。例如，基于改善的生物可降解性、改善的微粒过滤和/或改善的蒸汽吸收，可以选择纤维208A、208B的材料组成。本文中使用的蒸汽吸收表示，通过主流烟气的气态组分的物理或化学吸附，改变主流烟气的化学组成。
在这点上，在某些实施方案中可以将纤维208A、208B表征为具有不同的过滤性能或表现出不同的生物可降解性水平。通过使用本公开内容的设备、系统和方法在相同过滤元件中组合这样的纤维，可以将过滤元件的总生物可降解性水平调节至期望的水平，或者可以根据需要调节就主流烟气的特定固体或气态组分而言的过滤效率。例如，在2010年7月30日提交的Sebastian的美国专利申请号12/847,228中，可以找到表现出不同过滤特征的纤维类型的组合的例子。
在某些实施方案中，纤维208A、208B中的至少一种可以被表征为可降解的。一种示例类型的降解是生物降解。关于可降解的聚合物使用的术语“可生物降解的”表示，在有细菌、真菌、藻类和其它微生物存在下，在好氧条件和/或厌氧条件下降解成二氧化碳/甲烷、水和生物质的聚合物，尽管含有杂原子的物质还可以产生其它产物诸如氨或二氧化硫。“生物质”通常表示这样的被代谢的物质的部分：其掺入存在的生物体的细胞结构中，或转化成不能与生物起源的物质辨别的腐殖质级分。
可以测量生物可降解性，例如，通过将样品放在预期会导致分解的环境条件中，诸如将样品放在水、含微生物的溶液、堆肥物质或土壤中。通过样品在暴露于环境条件给定的时段内的重量减轻，可以表征降解程度。本发明的某些过滤元件实施方案的示例性降解速率包括：在土壤中掩埋60天以后至少约20％的重量减轻，或在暴露于典型市政堆肥15天以后至少约30％的重量减轻。但是，生物降解速率可以随使用的可降解颗粒的类型、过滤元件的残余组成、和与降解试验有关的环境条件而宽泛地变化。Buchanan等人的美国专利号5,970,988和Yamashita的美国专利号6,571,802提供了降解试验的示例性试验条件。还可以使用下述ASTM试验方法中的一个或多个来确定塑料材料的可降解性：D5338、D5526、D5988和D6400。
可以以纤维形式用在本发明中的示例性的可生物降解的材料包括：脂族聚酯、具有嵌入的淀粉颗粒的醋酸纤维素纤维、聚乙烯醇、淀粉、脂族聚氨酯、聚酯酰胺、顺式-聚异戊二烯、顺式-聚丁二烯、聚酸酐、以及它们的共聚物和掺合物。可生物降解的材料的其它例子包括：热塑性纤维素，其可得自日本的Toray Industries,Inc.且描述在Aranishi等人的美国专利号6,984,631(其通过引用并入本文)，和热塑性聚酯，诸如可得自BASFCorporation的脂族-芳族共聚酯材料，或在等人的美国专利号6,087,465(其通过引用整体并入本文)中描述的聚(酯氨基甲酸酯)聚合物。这些可生物降解的纤维中的任一种可以进一步包括在其外表面上的醋酸纤维素包衣。
有利地用在本发明中的示例性脂族聚酯具有结构-[C(O)-R-O]n-，其中n是代表聚合物链中的单体单元的数目的整数，且R是脂族烃，优选C1-C10亚烷基，更优选C1-C6亚烷基(例如，亚甲基、亚乙基、亚丙基、异亚丙基、亚丁基、异亚丁基等)，其中所述亚烷基可以是直链或支链。示例性的脂族聚酯包括聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)(例如，聚(L-乳酸)或聚(DL-乳酸))、聚羟基烷酸酯(PHA)诸如聚羟基丙酸酯、聚羟基戊酸酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基己酸酯和聚羟基辛烷酸酯、聚己内酯(PCL)、聚琥珀酸己二酸丁二醇酯和它们的共聚物(例如，羟基丁酸酯与羟基戊酸酯共聚物(PHBV))。
在例如以下文献中阐述了适合用在本发明中的多种可降解材料：Hutchens的美国专利申请公开号2009/0288669，Sebastian的美国专利申请公开号2011/0036366；和2010年6月30日提交的Sebastian等人的美国专利申请号12/827,618，2010年7月30日提交的Sebastian的美国专利申请号12/847,228，和2011年7月29日提交的Sebastian等人的美国专利申请号13/194,063，它们都通过引用并入本文。
纤维208A、208B还可以选自碳纤维、离子交换纤维和催化纤维。碳纤维可以被描述为通过前体纤维的受控热解而得到的纤维。碳纤维的来源包括Toray Industries、Toho Tenax、Mitsubishi、Sumitomo Corporation、Hexcel Corp.、Cytec Industries、Zoltek Companies和SGL Group。示例性的商购可得的碳纤维包括可得自American Kynol,Inc.的CF-1603-15和ACF-1603-20。起始原料、制备含碳纤维的方法和含碳纤维的类型的例子公开在：Chamberlain的美国专利号3,319,629；Sublett等人的美国专利号3,413,982；Buisson的美国专利号3,904,577；Bynre等人的美国专利号4,281,671；Arakawa等人的美国专利号4,876,078；Brooks等人的美国专利号4,947,874；Iizuka的美国专利号5,230,960；Paul,Jr.的美国专利号5,268,158；Noland等人的美国专利号5,338,605；Endo的美国专利号5,446,005；Bair的美国专利号5,482,773；Nagata等人的美国专利号5,536,486；Arterbery等人的美国专利号5,622,190；和Panter等人的美国专利号7,223,376；以及Xue等人的美国专利公开号2003/0200973；Zhang等人的美国专利公开号2006/0201524；Newbery等人的美国专利公开号2006/0231113；和Hutchens的美国专利公开号2009/0288672，它们都通过引用并入本文。
离子交换纤维是能够与来自吸烟制品的主流烟气的气相组分进行离子交换的纤维。通常如下构造这样的纤维：将离子交换材料的颗粒嵌入纤维结构中，或用离子交换树脂包被纤维。在所述纤维中存在的离子交换材料的量可以变化，但是基于离子交换纤维的总重量，通常是约10至约50重量％，更经常约20至约40重量％。示例性的离子交换纤维描述在Rembaum等人的美国专利号3,944,485和Economy等人的美国专利号6,706,361，它们二者通过引用并入本文。离子交换纤维可商购得自白俄罗斯的Fiban。得自Fiban的示例性产品包括：FIBAN A-1(具有-N+(CH3)3Cl-官能团的单功能强碱纤维)、FIBAN AK-22-1(具有≡N、＝NH和-COOH官能团的多功能纤维)、FIBAN K-1(具有-SO3-H+官能团的单功能强酸纤维)、FIBAN K-3(具有-COOH、-NH2和＝NH官能团的多功能纤维)、FIBANK-4(具有-COOH官能团的单功能弱酸纤维)、FIBAN X-1(亚氨基二乙酸纤维)FIBAN K-1-1(类似于由钾-钴-亚铁氰化物改性的FIBAN K-1的强酸纤维)、FIBAN A-5(具有-N(CH3)2、＝NH和-COOH官能团的多功能纤维)、FIBAN A-6和A-7(具有强和弱碱性胺基团的多功能纤维)、FIBAN AK-22B(类似于FIBAN K-3的多功能纤维)和FIBAN S(具有[FeOH]2+官能团的单功能纤维)。
催化纤维是这样的纤维：其能够催化主流烟气的一种或多种气相组分的反应，由此减少或消除所述气相组分在穿过过滤元件抽吸的烟气中的存在。示例性的催化纤维会催化存在于主流烟气中的一种或多种气态物质(诸如一氧化碳、氧化氮、氰化氢、儿茶酚、氢醌或某些苯酚)的氧化。在本发明中使用的氧化催化剂通常是氧化主流烟气的一种或多种气态物质的催化金属化合物(例如，金属氧化物诸如氧化铁、氧化铜、氧化锌和氧化铈)。示例性的催化金属化合物描述在：Seehofer等人的美国专利号4,182,348；4,317,460to Dale等人；Elliott等人的美国专利号4,956,330；Creighton等人的美国专利号5,050,621；Augustine等人的美国专利号5,258,340；McCormick的美国专利号6,503,475；McCormick的美国专利号6,503,475；Li等人的美国专利号7,011,096；Li等人的美国专利号7,152,609；Luan等人的美国专利号7,165,553；Hajaligol等人的美国专利号7,228,862；Saoud等人的美国专利号7,509,961；Dellinger等人的美国专利号7,549,427；Pillai等人的美国专利号7,560,410；和Bock等人的美国专利号7,566,681；以及Billiet等人的美国专利公开号2002/0167118；Yadav等人的美国专利公开号2002/0172826；Lee等人的美国专利公开号2002/0194958；Lilly Jr.,等人的美国专利公开号2002/014453；Bereman等人的美国专利公开号2003/0000538；Banerjee等人的美国专利公开号2005/0274390；Banerjee等人的美国专利公开号2007/0215168；Gedevanishvili等人的美国专利公开号2007/0251658；Banerjee等人的美国专利公开号2010/0065075；Banerjee等人的美国专利公开号2010/0125039；和Sears等人的美国专利公开号2010/0122708，它们都通过引用整体并入本文。通常可以如下构造催化纤维：例如，将催化材料的颗粒嵌入纤维结构中，或用催化材料(诸如金属氧化物颗粒)包被纤维。在所述纤维中存在的催化材料的量可以变化，但是基于离子交换纤维的总重量，通常是约10至约50重量％，更经常约20至约40重量％。PCT申请号WO1993/005868(也通过引用并入本文)描述了通过将表面处理过的hopcalite材料涂布在纤维支持物上形成的催化纤维的用途，所述hopcalite材料是包括氧化铜和氧化锰的材料，可从位于北卡罗来纳州Morrisville的北卡罗来纳州研究中心(NorthCarolina Center for Research)得到。
作为例子，可以采用具有向其引入的离子交换基团的棉和/或再生纤维素，例如，作为用于蒸汽吸收的离子交换纤维。作为其它例子，可以采用聚乳酸和/或聚羟基烷酸酯作为具有改进的生物可降解性的一种或多种纤维。也可以采用活性炭纤维用于改进的颗粒过滤并/或改进的蒸汽吸收。纤维208A、208B可以包括任意其它纤维，后者可以针对改进的生物可降解性、改进的颗粒过滤、改进的蒸汽吸收和/或与纤维有关的任意其它有益方面进行选择。关于其它例子，参见在以下文献中阐述的材料组成：Neurath的美国专利号3,424,172；Cohen等人的美国专利号4,811,745；Hill等人的美国专利号4,925,602；Takegawa等人的美国专利号5,225,277；和Arzonico等人的美国专利号5,271,419；它们中的每一篇通过引用并入本文。在一个实施例实施方案中，所述第一纤维208A可以包含纤维素酯诸如醋酸纤维素或聚烯烃，且所述第二纤维208B可以包含棉、再生纤维素、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、活性炭纤维、催化纤维、纤维素酯诸如醋酸纤维素、聚烯烃和/或离子交换纤维。由此，例如，可以保留醋酸纤维素的可能合乎需要的方面(例如，味道和过滤)，同时提供其它功能性(例如，改进的生物可降解性、改进的颗粒过滤和/或改进的蒸汽吸收)。
纤维208A、208B的其它特征包括其旦尼尔。限定纤维208A、208B的纤丝可以在旦尼尔/纤丝(即，“dpf”)方面变化，且纤维208A、208B的总旦尼尔也可以变化。旦尼尔/纤丝是纤维208A、208B的每单位长度的单条纤丝的重量的量度，且可以对其操纵以达到跨由所述纤维生产的过滤元件的期望压力降。构成纤维208A、208B的纤丝的一个示例性dpf范围可以是约1.5至约8，其中以克/9000米的单位来表示旦尼尔。纤维208A、208B的总旦尼尔的一个示例性范围可以是约10,000至约50,000(例如，约15,000或约40,000总旦尼尔)。每种纤维208A、208B的旦尼尔/纤丝和/或总旦尼尔可以是相同的或不同的。
纤维208A、208B的其它特征包括纤维和限定纤维的纤丝的尺寸和形状。纤维208A、208B的尺寸和形状可以相同或不同。例如，纤维208A、208B可以具有不同的总横截面形状，和/或限定纤维的各纤丝可以具有不同的横截面形状。此外，可以采用纤维208A、208B的不同总尺寸，以及限定纤维的各纤丝的不同尺寸。因而，例如，所述第一纤维208A可以限定一种或多种横截面面积，后者与所述第二纤维208B的横截面面积不同或相同。在这点上，所述第一纤维208A的总横截面面积可以与所述第二纤维208B的总横截面面积相同或不同，且限定所述第一纤维的各纤丝的横截面面积可以与限定所述第二纤维的各纤丝的横截面面积相同或不同。
纤维208A、208B的另一个特征是向其施加的光洁度。例如，在制造纤维208A、208B的过程中，可以将相同的光洁度或不同的光洁度施加于所述纤维。可以相同或不同的纤维208A、208B的另一个特征是其熔点。因此，纤维208A、208B上述特征和/或各种其它特征中的一个或多个可以相同或不同。
如在图2中所示，在操作215处可以对纤维208A、208B进行织构。本文中使用的织构表示，在织构设备中组合纤维，使得所述纤维至少部分地彼此缠绕。更具体地，织构表示，向纤维施加机械力以使所述纤维缠绕。例如，通过将流体诸如空气导向纤维以便使所述纤维缠绕，可以向纤维施加机械力。在这点上，在图2所示的系统200中，织构操作215使第一纤维208A与第二纤维208B至少部分地缠绕以产生混合纤维产品238。因而，混合纤维产品238可以限定被组合形成所述混合纤维产品的所有纤维208A、208B二者的特征。
可以执行织构操作的织构设备312的一个实施例实施方案被解释为图3(示意地解释了形成所述系统的设备)中用于形成香烟300的系统的一部分。在图3所示的实施方案中，织构设备312被构造成接收4种纤维308A-D，尽管在其它实施方案中可以采用各种其它数目的纤维。如解释的，在某些实施方案中，所述织构设备312可以从篮筐314接收纤维308A-D。篮筐314可以包括多个线轴308A’-D’，所述线轴308A’-D’分别支持纤维308A-D并将它们供应给织构设备312。可以以纱线、丝束、各纤丝的形式或可理解的其它形式接收纤维308A-D。
如上面所指出的，织构设备312可以被构造成接收纤维308A-D并组合所述纤维，使得所述纤维至少部分地彼此缠绕，以便形成混合纤维产品338。织构设备312可以采用多种操作来使纤维308A-D缠绕。在这点上，如上面所指出的，织构可以包括：向纤维308A-D施加机械力以便使所述纤维缠绕。例如，织构设备312可以被构造成，将至少一个流体流导向纤维308A-D，以便组合所述纤维。在一个实施方案中，所述流体流可以包含空气流，所述空气流被一个或多个喷射器(例如，喷嘴)导向纤维308A-D。由此，织构设备312可以使纤维308A-D缠绕。在一个实施例实施方案中，织构设备312可以假捻纤维308A-D，以便组合所述纤维。在一个实施例实施方案中，纤维308A-D的假捻可以包括：使所述纤维缠绕在一起，使缠绕的纤维热固化，和牵拉(即，拉伸)所述纤维。适合用在本发明中的织构设备的一个示例性实施方案是，由宾夕法尼亚州Inc.of Kennett Square制造的AIRTEXTM喷射器织构机。织构和织构设备的其它例子描述在Irwin的美国专利号4,125,922；Ponson的美国专利号3,553,953；Benson的美国专利号3,381,346；Cobb的美国专利号3,328,863；Fish的美国专利号3,253,396；Heinrich等人的美国专利号4,559,772；Krenzer的美国专利号4,338,776；和Luther的美国专利号4,068,358；它们中的每一篇通过引用并入本文。
可以采用织构设备312从纤维308A-D直接生产混合纤维产品338。在这点上，可以将由织构设备312接收的纤维308A-D的旦尼尔总和选择为等于混合纤维产品338的期望旦尼尔。例如，篮筐314可以包括足够的线轴308A’-D’以接纳纤维308A-D，所述纤维308A-D限定等于混合纤维产品338的期望旦尼尔的总旦尼尔。
但是，在一个实施方案中，可以在混合纤维产品338的形成中采用中间织构设备。例如，可以提供中间纤维并然后在中间织构设备中组合，使得所述中间纤维至少部分地彼此缠绕。由此，可以组合中间纤维以形成纤维308A-D之一，然后可以将其组合以形成混合纤维产品。通过以此方式将所述过程分成2个步骤，可以减少直接供应给织构设备312的纤维308A-D的数目。因此，篮筐314可以包括更少的线轴308A’-D’。
在某些实施方案中，织构设备312可以作为形成中间纤维的中间织构设备起作用，并且也作为形成最终混合纤维产品338的织构设备起作用。在这点上，织构设备312可以首先组合中间纤维以形成纤维308A-D中的一个或多个，然后所述织构设备可以组合纤维308A-D以形成混合纤维产品338。例如，可以将纤维308A-D之一在从中间纤维形成以后进行储存，然后一旦形成了所有纤维308A-D，就可以通过相同的织构设备组合它们以形成混合纤维产品338。但是，如上面所指出的，在一个替代实施方案中，可以采用一个或多个单独的中间织构设备来形成纤维308A-D，或者可以将篮筐314构造成供给这样的纤维：其具有等于混合纤维产品338的期望旦尼尔的总旦尼尔。因此，使用一个或多个织构设备，可以以多种方式实现混合纤维产品338的期望旦尼尔。
因而，通过如上所述的织构设备，可以生产混合纤维产品。如在图2中所示，在操作240处，可以对得自上述织构操作215的混合纤维产品238进行塑化剂施加。通过如上所述的传统塑化剂设备，可以将塑化剂242施加于混合纤维产品238。但是，在图2中解释的系统200与被构造成制造香烟的系统的现有实施方案不同之处可以是，分离操作(例如，丝束打开、波浪形除去和初轧)可能不是必要的。这是可能的，因为织构设备可以以上述方式组合纤维208A、208B，使得所述纤维缠绕(从而提供基本上均匀混合的纤维分布)并充分分离，使得塑化剂242可以穿入混合纤维产品238。
因此，采用由织构设备执行的织构操作215的系统200的实施方案可以在以下两个方面提供益处：允许多种纤维208A、208B的组合，并减少生产过滤元件所需的操作的数目。此外，在混合纤维产品238生产以后执行的操作可以与在用于生产吸烟制品的传统系统中执行的那些操作基本上相同。因而，可以利用现有的香烟生产设备。例如，可以对塑化的纤维产品248进行一个或多个制条操作250，其中用成型纸252包裹塑化的纤维产品。然后，可以在一个或多个香烟制造操作260中采用过滤元件258。例如，可以用包装材料264包裹可抽吸材料262以形成可抽吸条，且可以将过滤元件258和可抽吸条通过用接装材料266包裹它们而联接至过滤元件，以形成香烟268或其它可抽吸的物品。因此，上述的系统200可以采用织构设备来组合2种或更多种纤维208A、208B，同时避免对分离操作(例如，丝束打开、波浪形除去和初轧)的需求，因为由织构设备生产的混合纤维产品238可以类似于经初轧的丝束。
返回图3，用于形成香烟300的系统还可以包括与上面关于图2讨论的操作对应的其它设备和组分。在这点上，离开织构设备312的混合纤维产品338可以进入塑化剂设备340中，在其中将塑化剂342施加于所述混合纤维产品。系统300可以进一步包括制条机350，所述制条机350接收塑化的纤维产品348并用成型纸352包裹它以形成过滤元件358。此外，系统300可以包括香烟制造机360，所述香烟制造机360用接装材料366将可抽吸条(从被包装材料364包裹的可抽吸材料362形成)附接至过滤元件358。因此，用于形成香烟300的系统可以包括多种设备，所述设备执行上面关于图2描述的操作以形成香烟368。
还提供了图2的被构造成生产香烟或其它吸烟制品的操作系统200和图3的用于形成香烟的设备系统300的其它实施方案。在这点上，在某些实施方案中，所述系统200、300可以包括加热器390，所述加热器390被构造成进行加热操作290。例如，所述加热操作可以在将混合纤维产品238’、338’形成过滤元件258’、358’之前或之后对其进行。如解释的，在某些实施方案中，所述系统200、300可以不包括塑化剂设备340或对应的塑化剂施加操作240。因此，在某些实施方案中，可以将混合纤维产品238’、338’引导至制条机350并进行制条操作250，然后在没有首先用塑化剂设备340进行塑化剂施加240的情况下进行加热。
在这点上，在某些实施方案中，混合纤维产品238’、338’的第一部分可以限定熔点(例如，“第一熔点”)，所述熔点小于混合纤维产品238’、338’的第二部分的熔点(例如，“第二熔点”)。具有较低的第一熔点的第一部分可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、乙烯醋酸乙烯酯或被构造成具有比所述第二部分更低的熔点的其它材料组成。在某些实施方案中，所述第一熔点可以是约100℃至约150℃，且优选约120℃，所述第二部分具有约160℃至约260℃、且优选约170℃的熔点。在某些实施方案中，所述第一部分的熔点可以被构造成比所述第二部分的熔点小约25℃至约100℃，且优选比所述第二部分的熔点小约50℃，从而能够在不熔化所述第二部分的情况下熔化所述第一部分。
在某些实施方案中，所述第一部分可以占混合纤维产品238’、338’的总质量或体积的约5％至约40％，且优选约25％。在这点上，可以采用所述第一部分使混合纤维产品238’、338’结合到一起和/或使所述混合纤维产品与成型纸252、352结合。但是，可能需要过滤元件258’、358’允许在其中流动。因此，熔化的混合纤维产品238’、338’的百分比可能受限，从而允许在其中流动，而不会不适当地增加与其有关的压力降。
在某些实施方案中，第一纤维可以限定具有所述第一熔点的第一部分，且第二纤维可以限定具有所述第二熔点的第二部分。因此，当所述第一纤维和所述第二纤维缠绕、形成混合纤维产品238’、338’、被成型纸252、352包裹以形成过滤元件258’、358’、并被引导穿过加热器390和在操作290处进行加热时，所述第一纤维可以至少部分地熔化以使所述第一纤维结合至所述第二纤维和/或结合至成型纸。如图2和3所示，在制条机350进行制条操作250(其中用成型纸252、352包裹混合纤维产品238’、338’)以后，加热器390可以进行加热操作290。但是，在其它实施方案中，可以在用成型纸包裹混合纤维产品之前进行加热。此外，尽管将系统200、300解释为绕过通过塑化剂设备340实现的塑化剂施加操作240，在某些实施方案中，除了用加热器390进行加热操作290以外，也可以将塑化剂施加于混合纤维产品。
如上面所指出的，在某些实施方案中，所述纤维可以限定不同的熔点。在另一个实施方案中，所述纤维中的一种或多种可以限定具有所述第一熔点的第一部分和具有所述第二熔点的第二部分的至少一部分。例如，图4解释了一个实施方案，其中第一纤维208A限定第一段208A’和第二段208A”，所述段之一限定比另一段更低的熔点。具体地，所述第一段208A’可以限定第一熔点，所述第一熔点低于所述第二段208A”的熔点。因此，加热器390可以对混合纤维产品238’、338’(例如，体现为过滤元件258’、358’)进行加热操作290，所述加热操作290将所述纤维加热至这样的温度：其高于第一纤维208A的第一段208A’的第一熔点，但是低于所述第一纤维的第二段208A”的熔点。第二纤维208B也可以具有比第一纤维208A的第一段208A’的熔点更高的熔点。因此，可以在不熔化所述第一纤维的第二段208A”或第二纤维208B的情况下熔化第一纤维208A的第一段208A’。如解释的，在某些实施方案中，第一纤维208A的第一段208A’可以限定鞘，所述鞘包围由第二段208A”限定的芯。返回图2和3，加热器390和对应的加热操作290可以包含多种构型。例如，加热器390可以包含常规烘箱、红外加热器、微波或被构造成给所述纤维提供热以熔化其一部分的任意其它设备。进一步就微波而言，通过施加调至被构造成熔化的纤维(或纤维段)的最有效吸收频率的微波能，使用微波加热可以提供更短的熔化时间和更有效的加热。微波能加热独立于被加热的物质的热导率。与微波能的应用相结合，在某些实施方案中，可以与极性的添加剂(诸如盐材料)一起配制被构造成熔化的纤维(或纤维段)，以增强从微波能衍生出的加热效应。示例性的微波加热系统可得自Lambda Technologies of Morrisville,NC。微波加热系统也描述在Fathi等人的美国专利申请公开号2007/0284034中，其通过引用并入本文。因而，在某些实施方案中，可以采用变频微波和/或其它加热器来加热过滤嘴纤维和产生熔化的过滤元件292、392。
还提供了有关方法的实施方案。在这点上，图5解释了用于形成香烟过滤元件的方法的一个实施例实施方案。如解释的，所述方法可以包括：在操作400处提供限定一个特征的第一纤维，在操作402处提供限定第二特征的第二纤维，在操作404处在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维，使得所述第一纤维至少部分地与所述第二纤维缠绕以形成混合纤维产品，和在操作405处将所述混合纤维产品至少部分地包封在成型纸中。在某些实施方案中，所述第一纤维的第一特征可以不同于所述第二纤维的第二特征，而在其它实施方案中，所述特征可以相同。
在某些实施方案中，如在实线中所示的某些上述操作可以被修改或与其它操作相组合。这些额外的操作显示在虚线中。例如，所述方法可以进一步包括：在操作406处提供第一中间纤维，在操作408处提供第二中间纤维，和在操作410处在中间织构设备中组合所述第一中间纤维和所述第二中间纤维，使得所述第一中间纤维至少部分地与所述第二中间纤维缠绕以形成所述第一纤维。尽管没有解释，可以以相同的方式或类似的方式形成所述第二纤维。
此外，在操作404处在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：在操作412处假捻所述第一纤维和所述第二纤维。另外，在操作404处在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：在操作414处将至少一个流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维。并且，在操作414处将所述流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维可以包括：在操作416处将空气流导向所述第一纤维和所述第二纤维。例如，假捻可以采用：将空气喷射器导向所述纤维。所述方法还可以包括：在操作417处将塑化剂施加于所述混合纤维产品以形成塑化的纤维产品。此外，在某些实施方案中，所述混合纤维产品的第一部分可以限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。因而，所述方法还可以包括：在操作418处将所述混合纤维产品加热至大于或等于所述第一熔点且小于所述第二熔点的温度。
使用常规自动化的香烟条制造机器，可以进行上述的香烟制造操作160、260。所述类型的示例性的香烟条制造机器可商购得自Molins PLC或Hauni-Werke Korber&Co.KG。例如，可以采用被称作MkX(可商购得自Molins PLC)或PROTOS(可商购得自Hauni-Werke Korber&Co.KG)的类型的香烟条制造机器。在Brand的美国专利号4,474,190(第5列第48行至第8列第3行)中提供了PROTOS香烟制造机器的描述，其通过引用并入本文。还在以下文献中阐述了适合于制造香烟的设备类型：LaHue的美国专利号4,781,203；Holznagel的美国专利号4,844,100；Gentry的美国专利号5,131,416；Holmes等人的美国专利号5,156,169；Myracle,Jr.等人的美国专利号5,191,906；Blau等人的美国专利号6,647,878；Kitao等人的美国专利号6,848,449；和Kitao等人的美国专利号6,904,917；以及Hartman的美国专利申请公开号2003/0145866；Hancock等人的美国专利申请公开号2004/0129281；Barnes等人的美国专利申请公开号2005/0039764；和Fitzgerald等人的美国专利申请公开号2005/0076929；它们中的每一篇通过引用并入本文。
根据本公开内容生产的过滤元件可以掺入被构造成燃烧可抽吸材料的常规香烟内，且也可以掺入在以下文献中阐述的香烟类型内：Clearman等人的美国专利号4,756,318；Banerjee等人的美国专利号4,714,082；White等人的美国专利号4,771,795；Sensabaugh等人的美国专利号4,793,365；Clearman等人的美国专利号4,989,619；Clearman等人的美国专利号4,917,128；Korte的美国专利号4,961,438；Serrano等人的美国专利号4,966,171；Bale等人的美国专利号4,969,476；Serrano等人的美国专利号4,991,606；Farrier等人的美国专利号5,020,548；Shannon等人的美国专利号5,027,836；Clearman等人的美国专利号5,033,483；Schlatter等人的美国专利号5,040,551；Creighton等人的美国专利号5,050,621；Baker等人的美国专利号5,052,413；Lawson的美国专利号5,065,776；Nystrom等人的美国专利号5,076,296；Farrier等人的美国专利号5,076,297；Clearman等人的美国专利号5,099,861；Drewett等人的美国专利号5,105,835；Barnes等人的美国专利号5,105,837；Hauser等人的美国专利号5,115,820；Best等人的美国专利号5,148,821；Hayward等人的美国专利号5,159,940；Riggs等人的美国专利号5,178,167；Clearman等人的美国专利号5,183,062；Shannon等人的美国专利号5,211,684；Deevi等人的美国专利号5,240,014；Nichols等人的美国专利号5,240,016；Clearman等人的美国专利号5,345,955；Casey,III等人的美国专利号5,396,911；Riggs等人的美国专利号5,551,451；Bensalem等人的美国专利号5,595,577；Meiring等人的美国专利号5,727,571；Barnes等人的美国专利号5,819,751；Matsuura等人的美国专利号6,089,857；Beven等人的美国专利号6,095,152；和Beven的美国专利号6,578,584；它们通过引用并入本文。此外，根据上面提供的描述生产的过滤元件可以掺入已经由R.J.Reynolds Tobacco Company在商标名称“Premier”和“Eclipse”下商业销售的香烟类型中。参见，例如，在以下文献中描述的那些香烟类型：Chemical and Biological Studies on NewCigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco,R.J.ReynoldsTobacco Company Monograph(1988)and Inhalation Toxicology,12:5,第1-58页(2000)；它们通过引用并入本文。
例如，图6解释了通过本文中公开的设备、系统和方法可以生产的、呈香烟600的形式的吸烟制品的分解图。香烟600包括被包含在外围包装材料616中的一团或一卷可抽吸填充材料的通常圆柱形条612。条612通常被称为“烟丝条”。烟丝条612的端部是开放的，以暴露可抽吸填充材料。香烟600显示为具有施加于包装材料616上的一个任选带622(例如，印制覆层，包括成膜剂，如淀粉、乙基纤维素或海藻酸钠)，且该带在与香烟600的纵向轴线横切的方向上包围香烟条612。也就是说，带622会提供相对于香烟600的纵向轴线的横向区域。带622可以印制在包装材料616的内表面上(即，面对可抽吸填充材料)，或者次优选地，印制在所述包装材料的外表面上。尽管所述香烟可以拥有具有一个任选带的包装材料，所述香烟也可以拥有具有其它任选间隔带(编号为2、3或更大)的包装材料。
在烟丝条612的一端是点燃端618，塑化的和/或熔化的纤维产品626位于嘴端620。通过本文中公开的设备、系统和方法，可以生产塑化的和/或熔化的纤维产品626。在这点上，塑化的和/或熔化的纤维产品626可以包含上述的包含限定第一特征的第一纤维和限定第二特征的第二纤维的混合纤维产品的一个实施方案，已经向其施加塑化剂和/或所述混合纤维产品的一部分已经熔化。因而，通过由织构设备执行的织构操作和由塑化剂设备执行的塑化剂施加操作和/或由加热器执行的加热操作，可以生产塑化的和/或熔化的纤维产品626。
塑化的和/或熔化的纤维产品626可以具有通常圆柱形形状，且其直径可以基本上等于烟丝条612的直径。塑化的和/或熔化的纤维产品626沿着它的外周长或纵向周围被一层外围成型纸628包围以形成过滤元件。所述过滤元件位于烟丝条612的一端附近，使得所述过滤元件和烟丝条以端对端关系轴向排列，优选彼此相邻。所述过滤元件的两端允许空气和烟雾在其中通过。
采用任选的空气稀释装置，如一系列洞孔630(各洞孔延伸穿过接装材料640和成型纸628)，可以提供通气的或空气稀释的吸烟制品。采用本领域普通技术人员已知的各种技术，诸如激光穿孔技术，可以制成任选的洞孔630。可替换地，可以使用所谓的离线空气稀释技术(例如，通过使用多孔成型纸和预打孔的接装材料)。就空气稀释的或通气的香烟而言，空气稀释或通气的量或程度可以变化。空气稀释的香烟的空气稀释度的量经常是大于约10％，通常是大于约20％，经常是大于约30％，且有时是大于约40％。空气稀释的香烟的空气稀释度的上限通常是小于约80％，且经常是小于约70％。本文中使用的术语“空气稀释度”是，穿过空气稀释装置抽入的空气体积与流经香烟和排出香烟嘴端末端部分的空气和烟气的总体积的比率(表示为百分比)。使用接装材料640(例如，基本上不可透过空气的接装材料)，可以将塑化的和/或熔化的纤维产品626附接至烟丝条612，所述接装材料640包围过滤元件的整个长度和烟丝条612的邻近区域。使用合适的粘合剂，将接装材料640的内表面牢固地固定至成型纸628的外表面和烟丝条的包装材料616的外表面；且因此，将过滤元件和烟丝条彼此连接以形成香烟600。
香烟制造机器设计和操作领域的技术人员会容易地明白常规自动化的香烟制造机器的部件和操作。例如，在以下文献中阐述了几种类型的烟囱、烟草填充物供应设备、抽吸输送系统和辅助系统的部件和操作的描述：Molins等人的美国专利号3,288,147；Heitmann等人的美国专利号3,915,176；Frank的美国专利号4,291,713；Rudszinat的美国专利号4,574,816；Heitmann等人的美国专利号4,736,754；Pinck等人的美国专利号4,878,506；Heitmann的美国专利号5,060,665；Keritsis等人的美国专利号5,012,823；和Fagg等人的美国专利号6,360,751；以及Muller的美国专利申请公开号2003/0136419；它们中的每一篇通过引用并入本文。本文所述类型的自动化的香烟制造机器会提供形成的连续香烟条(或其它可抽吸条)，其可以细分成期望长度的形成的可抽吸条。
具有在前述描述中提供的教导益处的本公开内容所属领域的技术人员将想到本公开内容的许多修改和其它实施方案；且本领域技术人员显而易见，可以做出本公开内容的变化和修改，而不脱离本公开内容的范围或精神。因此，应当理解，本公开内容不限于公开的具体实施方案，并且修改和其它实施方案意图被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定的术语，但是它们仅以一般性的和描述性的含义使用，而不用于限制的目的。

Claims (26)

1.一种用于形成香烟过滤元件的方法，所述方法包括：
提供限定第一特征的第一纤维；
提供限定第二特征的第二纤维，
其中所述第一纤维的第一特征不同于所述第二纤维的第二特征；
在织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维，使得所述第一纤维至少部分地与所述第二纤维缠绕以形成混合纤维产品；和
将所述混合纤维产品至少部分地包封在成型纸中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维之前，所述第一纤维限定丝束，且所述第二纤维限定第二丝束。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维之前，所述第一纤维限定丝束，且所述第二纤维限定纱线。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
提供第一中间纤维；
提供第二中间纤维；和
在中间织构设备中组合所述第一中间纤维和所述第二中间纤维，使得所述第一中间纤维至少部分地与所述第二中间纤维缠绕以形成所述第一纤维。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中在所述织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维包括：将至少一个流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述流体流导向所述第一纤维和所述第二纤维包括：将空气流导向所述第一纤维和所述第二纤维。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中在所述织构设备中组合所述第一纤维和所述第二纤维包括：假捻所述第一纤维和所述第二纤维。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：将塑化剂施加于所述混合纤维产品。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述混合纤维产品的第一部分限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括将所述混合纤维产品加热至大于或等于所述第一熔点且小于所述第二熔点的温度。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述第一特征和所述第二特征之间的差异与以下差异有关：所述第一纤维和第二纤维的光洁度差异，所述第一纤维和第二纤维的材料组成差异，所述第一纤维和第二纤维的总旦尼尔或旦尼尔/纤丝差异，或所述第一纤维和第二纤维的尺寸或形状差异。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述第一纤维和所述第二纤维具有不同的材料组成，使得所述第一纤维和第二纤维具有不同的过滤性能或不同的生物可降解性水平。
13.一种系统，其被构造成执行根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，所述系统包括：织构设备，所述织构设备被构造成接收所述第一纤维和第二纤维并将所述第一纤维和第二纤维组合成所述混合纤维产品；和制条机，所述制条机被构造成接收所述混合纤维产品并将所述混合纤维产品用所述成型纸包裹以形成所述过滤元件。
14.根据权利要求13所述的系统，所述系统进一步包括香烟制造机，所述香烟制造机被构造成：
接收所述过滤元件；
将所述过滤元件附接至可抽吸条；和
用接装材料包裹所述过滤元件和所述可抽吸条。
15.根据权利要求13所述的系统，所述系统进一步包括塑化剂设备，所述塑化剂设备被构造成将塑化剂施加于所述混合纤维产品。
16.一种过滤元件，其包括：
混合纤维产品，所述混合纤维产品包括：
限定第一特征的第一纤维；和
限定第二特征的第二纤维，
其中所述第一纤维的第一特征不同于所述第二纤维的第二特征，
其中所述第一纤维通过织构设备至少部分地与所述第二纤维缠绕；和
成型纸。
17.根据权利要求16所述的过滤元件，其中所述第一特征和所述第二特征之间的差异与以下差异有关：所述第一纤维和第二纤维的光洁度差异，所述第一纤维和第二纤维的材料组成差异，所述第一纤维和第二纤维的总旦尼尔或旦尼尔/纤丝差异，或所述第一纤维和第二纤维的尺寸或形状差异。
18.根据权利要求16所述的过滤元件，其中所述第一纤维和所述第二纤维具有不同的材料组成，使得所述第一纤维和第二纤维具有不同的过滤性能或不同的生物可降解性水平。
19.根据权利要求16所述的过滤元件，其中所述混合纤维产品的第一部分限定第一熔点，所述第一熔点小于所述混合纤维产品的第二部分的第二熔点。
20.根据权利要求16所述的过滤元件，其中所述第一纤维包含纤维素酯和聚烯烃中的至少一种。
21.根据权利要求20所述的过滤元件，其中所述第二纤维选自：
棉；
再生纤维素；
聚乳酸；
聚羟基烷酸酯；
活性炭纤维；
催化纤维；
纤维素酯；
聚烯烃；和
离子交换纤维。
22.根据权利要求16-21中的任一项所述的过滤元件，其中所述第一纤维限定与所述第二纤维不同的横截面面积。
23.根据权利要求16-21中的任一项所述的过滤元件，其中所述第一纤维限定与所述第二纤维不同的光洁度。
24.根据权利要求16-21中的任一项所述的过滤元件，其中所述第一纤维限定与所述第二纤维不同的总旦尼尔或旦尼尔/纤丝。
25.根据权利要求16-21中的任一项所述的过滤元件，其中所述第一纤维和所述第二纤维中的至少一种是可生物降解的。
26.一种香烟，其包含与可抽吸材料条和接装材料组合的根据权利要求16-21中的任一项所述的过滤元件，所述接装材料包围所述可抽吸材料条的至少一部分和所述过滤元件。
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