CN1040734A - 改进带针状凸出的滚筒与原纤维化薄膜的制造工艺 - Google Patents

Abstract

用于使已定向的聚烯烃材料薄膜进行原纤维化制作而用的滚筒，该滚筒上具有许多伸出其表面的针，针分布成许多排，围绕滚筒表面排列。这些排中每英寸上约有25～34个针，沿着两条相邻的行交错排列针行倾斜与旋转轴线平行的直线布置，或者呈正弦曲线型，相邻的排同相或异相。薄膜就在旋转的滚筒表面上前进，其接触的弧长约30～37°，使薄膜原纤维化。滚筒的表面速度与前进薄膜的速度比为1.8∶1～2.2∶1。

Description

本发明同制造原纤维物质网膜的改进，特别是同带针状凸出的滚筒有关。此种滚筒适合于以聚烯烃基树脂制造原纤维薄膜，而此种薄膜是一种过滤物质。尤其是，本发明同对美国专利3，880，173号的方法和设备的改进有关，参考其公开内容并加以具体化了。

已知将聚烯烃薄膜原纤维化以制造出一种具有互相连结的纤维化网状物。这种工艺包括将薄膜延伸使聚合物链或结晶结构定向排列为薄膜前进的方向，并使定向的薄膜经受不同方法的撞击，使薄膜带裂痕并产生纤维状网状物。通常定向是用滚筒以不同的滚动表面速度延伸这些薄膜达到的。撞击定向薄膜的方法可包括射流诸如水或气体喷射，刀片，针，齿凸，激光光束，将定向薄膜铰转，将定向薄膜压纹和在定面之前将薄膜压纹。

在美国专利3，880，173号之前，同样地英国专利1，442，593号谈及获得原纤维聚烯烃薄膜材料作过滤材料以作为醋酸纤维过滤材料的一种代替品。特别是，但不是唯一的用作吸烟烟具上的过滤烟草的烟气。所说的这些聚烯烃材料包括聚丙烯、聚乙烯，或者它们的混合物，或者是丙烯和乙烯的共聚物，可能还包括可选择的精细研细的刷白剂诸如二氧化钛以使狭窄的纤维束生产容易。

根据美国专利3，880，173号所述原纤维化生产工艺，聚烯烃坯料经加热，混合，在挤压成为薄膜。这些薄膜经过吹制成为更薄的薄膜，然后平整，沿长度方向切口，重叠以生产出大约10-15微米的多层薄膜。多层薄膜通过炉子升温同时在不同速度的滚筒上延伸，将薄膜分子结构定向为沿长度方向。已定向的薄膜通过一个转动的在其表面有许多针状凸出的滚筒。

带针状凸出的滚筒转动的表面速度要比加工材料的直线速度快。因而滚筒上的针状凸出同相对地较慢移动的重叠多层薄膜接触并使之破裂，因而产生出一种互相连接的有着自由端的纤维网状物，这就是原纤维材料，形成原纤维的材料通入充填箱内的弯皱器，以通常的方式在原纤维化的薄膜上产生许多皱纹，因而形成聚烯烃纤维束。这些皱纹包括原生皱纹，它是由于前进中的纤维突然减速致使纤维产生波纹状外形，还包括次生皱纹，它是关于起皱的影响，当纤维断裂和互相叠在一起时产生。

用作烟具上的过滤物质时，一般可以从聚烯烃纤维束去掉次生皱纹，例如，由于张力，这个纤维束形成开花状絮凝物质，然后用通常制造过滤条机器生产出过滤条。生产过滤条时可以用已知方式加入粘合剂，例如醋酸乙烯酯。

已知原纤维聚烯烃材料存在一个问题，虽然它们过滤特性可与醋酸纤维过滤器相比，但它们没有降低造价要求的那种蓬松的絮状组织。第二个问题是已知纤维束没有一致的质量的纤维网状物可被允许用作过滤纤维材料，因为过滤器用的纤维较短。再一个问题，生产原纤维网状物的已知设备消耗相当大的电力，并产生显著的噪音。

再者，尽管经过多年开发的努力，在烟具的过滤器商业用途上，尚没有一种原纤维聚烯烃材料其优点与利润同传统的醋酸纤维过滤材料同时存在，特别是用于含有烟草的香烟烟具上。

据此，仍需要开发将聚烯烃树脂基材料原纤维化的设备和方法，以生产可供用作过滤材料，特别是过滤烟草烟气的，质量一致的纤维卷曲絮状物的材料。即要求这种材料比醋酸纤维高效、简易、价廉地生产出来并制成过滤器。

本发明的目标之一就是提供生产出更好的原纤维化聚烯烃薄膜网状物的设备和方法，使之能适用于作过滤器纤维束材料，特别是把它用在含烟草的烟具上，使其具有以单位重量的原纤维化材料计更好的过滤性能。

本发明的另一目标是提供一项改进的撞击定向聚烯烃材料的设备和方法，使之形成的原纤维化薄膜网状物具有更好的均匀性。

根据本发明，提供了一种致进的表面有许多针状凸出的滚筒（即带有针状凸出的滚筒），还提供了使用这样的针状凸出滚筒以撞击前进中的定向聚烯烃薄膜材料，将薄膜破碎为原纤维絮网状物的一种方法。概括地说，这项发明涉及环绕滚筒表面按已定图案布满许多基本上均匀的选定了尺寸的针状物，这些针状物同滚筒的切线成一定的夹角，从滚筒表面凸出出来，还涉及使用这种带针状凸出滚筒撞击前进中薄膜的方法，此种方法以有利的方式达到产生的原纤维化材料基本上更均匀，自由端更无规则分布，当制成过滤材料时按单位重量具有改进更好的过滤特性。

已经发现，那些改进更好的纤维网状物可用一个带针状凸出滚筒获得。针按特定的图案排列从滚筒表面凸出来，针凸方向同滚筒的切线成一个夹角且与滚筒旋转方向相反，夹角角度约40度至75度范围内，针的密度从大约每英寸15根至大约每英寸100根，针的直径从大约0.2毫米至大约0.8毫米。

本发明的针凸图案包括许多排针凸，每一排针以交错排列的相互关系排列，即沿着一对延伸横跨滚筒表面的平行线交错排列。这两行针最好是在滚筒园周表面等距离的布置形成一幅均匀一致的图案。在优选的实施例中，在一个大约190毫米直径的滚筒上排列了90双行，针投影长度大约1.0毫米，针投影长度是在垂直于滚筒切线的平面上自针尖起量度。每一行针的密度从每英寸大约25根至大约34根（ppi），两行交错，最好是每英寸25根。

在一种实施例中，延伸横跨滚筒表面的针行与平行于滚筒轴线的线倾斜，相邻的针行倾斜的方向相反。另一种实施例中，针行可以在平行于滚筒轴线的线上延伸，但是它具有正弦曲线的图案，正与直线图案相反，其相邻而又分开排列的正弦曲线针行，不是排列为同相就是异相，其波形，波长大约15毫米至大约40毫米，波幅大约2.0毫米至6.0毫米。

人们还发现当已定向尚未纤维化的薄膜网带针凸滚筒接触时被放置成一个大约20度至大约45度的弧形，此时优化的针凸图案可获得惊人的好的原纤维化材料。此处滚筒表面直线速度与薄膜前进的直线速度，称为原纤维化比率，在大约1.6∶1至大约3.4∶1的范围内。原纤维化比率以下式表达：

原纤维化比率＝ (滚筒直线速度><米/分)/(未纤维化前通过滚筒时直线速度><米/分)

改进这种原纤维化材料的性质，它对用作过滤材料特别有用。由本发明制造出来的原纤维化聚烯烃材料，经过传统的制造过滤条的机器，即将醋酸纤维条制成过滤材料的机器，制成过滤条的长度，此时其改进了的性质是以“纤维束的效率”来观察。“纤维束的效率”可以从下述表达式获得：

纤维束效率＝ (压力降><毫米水表)/(纤维条净重（毫克）) ×100%

净重是指已知长度过滤条的净重，单位以毫米量度。压力降是指当空气流量为1，050毫升每分钟通过该净重的纤维条时的压力降，其单位以毫米水表来量度。由于较多的无规则地分布的自由端面有的较高的纤维束效率，单位净重的纤维絮网状物较好的过滤能力，因而使用聚烯烃材料有较高的效率。

本发明所提供的针凸图案，当滚筒同前进中未纤维化薄膜接触时，滚筒能够被电动机较均匀地驱动，结果很有利。电动机消耗的电能少，噪音也较少于以前所知的针凸滚筒。这些优点，据信就是具有本发明的按程序按顺序交错排列针凸图案的滚筒同前进中已定向未纤维化薄膜的弧长接触所得的结果。

这项发明的上述和其它目标和优点，在研究了下面详细的说明和附图后，将会一目了然。在整个附图中，相同的参考符号参见相同的部分。这些图是：

图1    本发明的带针状凸出滚筒的正面透视图;

图2    图1的滚筒正面局部图;

图3    图2沿3-3线所剖侧面放大图;

图4    本发明的滚筒第二个实施例的正面图;

图5    本发明的滚筒第三个实施例正面局部图;

图6    根据本发明，滚筒同聚烯烃薄膜接触的示意图。

如图1至图5所示，举出本发明的几种实施例，它们包括带针状凸出滚筒10，用它同前进中的未纤维化材料薄膜20在滚筒表面的一段弧长12接触，撞击薄膜20，因而破碎这些材料造成纤维化薄膜22。

参看图1，滚筒10直径为大约190毫米，长度大约为115毫米。表面宽度大约100毫米，此宽度同前进中整个宽度大约50至90毫米的薄膜接触已经足够，表面上有许多针16。针16在成对的平行线15a和15b上被布置成为交错关系的排14，它同滚筒10的轴线成倾斜的方向围绕滚筒10的表面，如此安排结果相邻的排沿反方向倾斜，呈现出人字纹的排列。

在图1，只图示排14的显示针16沿两根平行线15分布为交错关系，在滚筒10的表面，这种图形的排列多次重复，在一个直径大约190毫米的滚筒上最好有大约90排（此处一排包括两条平行线）等距离隔开布置，即有针16的行一共180条。

如图2所详细表示的排列有针16的两条平行的针行15a和15b的中心被排列为互相分开的，其间距大约0.05英寸（1.27毫米）。互相反方向倾斜的排17和排18之间，其间距在最靠近的一端大约0.1英寸（2.54毫米），在离得较远的一端大约0.375英寸（9.53毫米）。人字纹是反方向倾斜的排可在滚筒表面12的外面相交，其交角大约4.0度。

在图2，4和5，平行的针行15的中心以实线表示，单个的针16则以垂直的短划线表示。在一个实施例中，针的密度为大约每英寸25根针，在两条平行线之间分布为交错关系。

参阅图4，它示出另一针布置图案的实施例。在此实施例中，排列有针16的排14被布置成正弦曲线图形，上下跨越平行于滚筒轴线12的线，紧紧相邻的针行同样也是正弦曲线图案，具有相同的相。使用频率大约1.12英寸（28.45毫米），幅度0.125英寸（3.175毫米）。在此实施例中，平行的正弦线15a和15b的线中心间距为大约0.05英寸（1.27毫米）每排针密度为大约每英寸25根针。相邻的排14a和14b的间距大约为6.63毫米，它是环绕滚筒圆周表面上从相应的幅度为零的位置至幅度为零位置测得。

参阅图5，可见第二个另一种针布置成正弦曲线图案的实施例。在此实施例中，紧紧相邻的互相平行的排列有针16的排14，被布置为相位相差180°，频率大约1.12英寸（28.45毫米），幅度0.125英寸（3.175毫米）。在排列有针16每对交错排列的排14的平行正弦线15a同线15b中心之间的间距为大约0.05英寸（1.27毫米），针密度大约每英寸25根针。紧相邻的排14a同14b之间的间距为大约6.63毫米，它是从相应的幅度为零位置至滚筒表面周边幅度为零位置测量得出。

参阅图3，针16同滚筒10的切线成大约60度角度从表面112伸出来，方向与滚筒旋转方向相反，如设计的A角。针16投影长度大约为1毫米，此尺寸是自垂直于滚筒表面切线至针尖量度，针直径大约0.483毫米。

参阅图6，滚筒10适用于传统的用于使前进中已定向材料薄膜纤维化的设备。未纤维化的已定向薄膜20，以一选定的速率前进，例如在大约120至大约250米/分速率的范围内。滚筒10旋转方向与薄膜20前进方向相同，但比后者速率快，因而针16沿薄膜20耙刮，由此致使针16破碎薄膜20，造成原纤维化薄膜22，可取的原纤维化比率是在大约1.2至大约2.8之间的范围内，最好是在大约1.8至大约2.2。

薄膜20只同滚筒10选定的一定弧长接触，该弧长被控制在大约20至大约45度范围内，最好是大约37度。导轮24可用作控制接触的弧上长度，并控制薄膜的绷紧情况。薄膜20被夹住便其面向滚筒10时带有足够的张力，因此它不会浮在针16的顶端上面，至少纤维化网状物产生时，薄膜的某一部分会接触到滚筒10的表面12。为达到这一点，所需张力一般在大约800至大约1000磅范围内（350至大约450千克力）。

现在发明的方法与设备，将在下面的例子中进一步说明。

例子

下面每个例子说明根据本发明进行原纤维化聚烯烃材料的生产。聚烯烃薄膜是由下列掺合物制成的：

92%聚丙烯均聚物，融熔指数1.8（230℃，2.16千克力）;

7%低密度聚乙烯，融熔指数1.0（190℃，2.16千克力）;及

1%聚丙烯（与上述同一种类）母体混合物包含25%二氧化钛（金红石品级，细结晶结构，微粉化等级）。

这些材料混合挤压，用已知的吹制薄膜技术生产出35微米厚薄膜，然后这薄膜切成大体上等宽的六份，重叠在一起，沿长度方向定向，以伸长比8∶1的比率，产出厚12.4微米的薄膜，其宽度在大约50至大约80毫米之间取决于纤维束的登尼尔（测量丝的纤度单位，长九千米重一克为一登尼尔）。然后这些已定向薄膜，在根据本发明带针状凸出使纤维化的滚筒的一段弧上上通过，然后通过一个充填箱进行纹理加工，即以传统方式使原纤维化薄膜发生皱纹。

薄膜前进，使薄膜与带状状凸出的滚筒接触等工艺参数和原纤维化材料经过皱纹化以后的评价等结果均以表1列出。在每一例子中，所用的带针状凸出的滚筒，其直径在滚筒表面量度力190毫米，针的倾斜度为60度（相对于切线）。针的布置共有180行线，每2行线组成对，形成90排，两行针排列成交错关系，针的直径为0.4826毫米。

然后，这种原纤维化材料用传统的制造过滤条的设备制成过滤条，例如德国汉堡Hauni    Werke    Kober公司制造的KDF-2型设备，在此纤维束造成开花絮状物质并带有明显的卷曲特性。经过过滤器制造设备的加工，造成周边24.55毫米，长66毫米的过滤器。

在这些例子中，用了三种不同的带针状凸出的滚筒，这三种滚筒可参考图纸的说明：图2是针行反方向倾斜的，图4是成排的针行呈正弦曲线，同相位布置;而图5中成排的针行呈正弦曲线，异相位布置。众所周知，同一图案在滚筒表面反复重现，尽管图2，图4或图5可能仅仅表示了局部的视图。

用各实例中的纤维化材料制成的过滤材料的评价结果，都列入表Ⅱ。低效率和高效率的数值分别与效率曲线图上的最低点和最高点相一致。效率曲线图就是关于尺寸均匀的过滤条纤维束材料净重变化的压力降的比较图。所有实例都提供了反映有重大提高的纤维束效率率，它超过了用先进的已知方法和设备生产的原纤维聚烯烃过滤条，也超过了常用的醋酸纤维质过滤器，其已知材料醋酸纤维质的效率为35%至72%。

应该指出，配有正弦曲线图案的针（例2）的滚筒的驱动电流比反向倾斜排列的（例1）滚筒的驱动电流的均匀性和稳定性好。这说明，正弦曲线针状凸出的滚筒加工纤维能达到更均匀的原纤维化作用。从例1和例2生产的纤维化束的纵轴检查结果相比可看出：在例2中未纤维化的薄膜条较少，即：薄膜未被针刺透的区域几乎没有。因而改进了纤维化的效果。

根据反向倾斜排列的针形滚筒工艺参数的变化结果，得知：较高效率的纤维束是可以产生的。

根据用一个同相正弦曲线排列的滚筒代替反向倾斜排列的滚筒的效果，发现它可以在耗电低、噪声较小的情况下产生较高效率的纤维束。

根据用一个异相的正弦曲线排列的滚筒代替一个反向倾斜排列的滚筒的效果，发现：较高效率的纤维束是可以产生的。

根据同相和异相正弦曲线针形图案的结果，发现：较高效率的纤维束是可以产生的，且在同相正弦曲线针状图案应用中具有耗电低，噪音小的优点。

精通于这门工艺的人将会体会到：本发明可用在除本文介绍的实施例以外还可有其它形式，本文介绍的实施例仅作举例之用，并无限定之意。而本发明仅限于下列权利要求之范围内。

Claims (33)

1、一种用于使形成聚烯烃原纤维网材料的装置，其特征在于：

一个具有园柱形表面的能绕其轴线按第一方向旋转的滚筒(10)；

许多针(16)从滚筒(10)的园柱形表面伸出，其与滚筒的切线的夹角(A)为大约20～80°，其方向正好与滚筒旋转的第一方向相反，该针(16)每根伸出的长度范围约为0.5～22.0mm，其直径大约为0.2-0.8mm，该针(16)进一步被排列在该滚筒(10)的园柱形表面上，配置成间隔开的许多排(14)，其中每排有一对相邻的针行(15a，15b)延伸横跨滚筒(10)的表面，相邻的针行的针在空间上交错排列，每排(14)的每英寸长度上约有25-34根针。

2、如权利要求1所述的装置其特征在于，其成排（14）的针（16）在滚筒（10）的园柱形表面上是大致为等距离间隔布置的。

3、如权利要求2所述的装置其特征在于，间隔布置成许多排（14）中相邻的一对针行（15a，15b）大致为直线型，延伸贯穿该滚筒表面，并与一条平行于滚筒轴线的线倾斜布置，相邻的排（17，18）呈相反方向倾斜。

4、如权利要求2所述装置其特征在于，相邻的一对的针行（15a，15b）大致呈正弦曲线型。

5、如权利要求4的所述装置其特征在于，正弦曲线型的针行（15a，15b）的波长约为20-80mm，其波幅约为0.1-4mm。

6、如权利要求5的所述装置其特征在于，正弦曲线型的针行（15a，15b）的波长约为28.45mm，其波幅约为3.175mm。

7、如权利要求4的所述装置其特征在于，相邻的正弦曲线型的排（14）为异相位。

8、如权利要求7的所述装置具其特征在于，相邻的排（14）为相位相差180°。

9、如权利要求1的所述装置其特征在于，滚筒（10）的直径约为190mm，在其上排列有90排（14）。

10、如权利要求9的所述装置其特征在于，每排（14）中相邻的针行（15a，15b）的间隔约为1.27mm。

11、如权利要求3所述的装置其特征在于，朝相反方向倾斜的相邻的两排（17，18）的最近点的间隔约为2.0mm，最远点间隔约为12.0mm。

12、如权利要求1所述的装置其特征在于，针（16）从滚筒表面伸出的角（A）约为60°，针的直径约为0.483mm，该针的投影长度约为1.0mm。

13、一种用于使已定向的聚烯烃薄膜（20）纤维化的装置其特征在于：

一个具有园柱形表面的能绕其轴线按带第一方向旋转的滚筒（10）;

许多针（16）从滚筒的园柱形表面伸出，它与滚筒的切线构成的夹角（A）大约20-80度，其方向正好与滚筒旋转的第一方向相反，该针（16）的投影长度范围约为0.5～2.0mm，其直径大约为0.2-0.8mm，该针（16）进一步被排列在该滚筒（10）的园柱形表面上，并配置成间隔开的许多排（14），其中每排有一对相邻布置的针行（15a，15b）延伸横跨滚筒（10）的表面，相邻的针行的针在空间上交错排列，每排（14）的每英寸长度上有约25～34个针;

使已定向薄膜按第一速度（V）前进的装置，使得该薄膜（20）与该滚筒（10）的表面的接触弧长（B）约为20-45°度，以及

使滚筒绕其轴线旋转的装置，使得滚筒表面线速度与薄膜的第一速度（V）的比率约为1.8∶1-2.2∶1。

14、如权利要求13的所述的装置其特征在于，成排（14）的针16在该滚筒（10）的园柱形表面上大致等距离间隔布置。

15、如权利要求13的所述装置其特征在于，相邻的一对针行（15a，15b）大致上为直线型，且相互平行间隔布置的许多排（14）延伸横跨滚筒表面并与一条平行于滚筒轴线的线倾斜布置，而相邻的排（17，18）都呈相反方向倾斜。

16、如权利要求15所述的装置其特征在于，朝相反方向倾斜相邻的两排（17，18）的最近点的间隔约为2.54mm，最远点的间隔约为9.53mm。

17、如权利要求16所述的装置其特征在于，针（16）从滚筒表面伸出的角（A）约为60°，其直径约为0.483mm，针的投影长度约为1.0mm。

18、如权利要求17所述的装置其特征在于，其针密度为大约每英寸25根针，其接触弧（B）大约为37°，使形成的原纤维化比率约为2.2∶1。

19、如权利要求17所述的装置其特征在于，其针密度约为每英寸34根针，其接触弧（B）大约37°，使形成的原纤维化比率约为1.8∶1。

20、如权利要求17所述的装置其特征在于，其针密度约为每英寸34根针，其接触弧（B）大约为30°，使形成的原纤维化比率为1.8∶1。

21、如权利要求17所述的装置其特征在于，其针密度约为每英寸上25根针，其接触的弧（B）大约30°，使形成的原纤维化比率约为2.2∶1。

22、如权利要求14所述的装置其特征在于，相邻的一对针行（15a，15b）大致呈正弦曲线型。

23、如权利要求22所述的装置其特征在于，其正弦曲线（15a，15b）的波长为20-80mm，波幅为0.1-4.0mm。

24、如权利要求23所述的装置其特征在于，其正弦曲线（15a，15b）的波长为28.65mm，波幅约为3.175mm。

25、如权利要求24所述的装置其特征在于，其相邻的呈正弦曲线型的排（14）为异相。

26、如权利要求25所述的装置其特征在于，其相邻的排（14）的相位相差180°。

27、如权利要求23所述的装置其特征在于，针（16）从滚筒表面伸出，其夹角（A）约为60°，针的直径约为0.483mm针的投影长度约为1.0mm。

28、如权利要求27所述的装置其特征在于，其针密度约为每英寸25根针，其接触的弧（B）大约为37°，使形成的原纤维化比率约为1.8∶1。

29、如权利要求27所述的装置其特征在于，其针密度约为每英寸25根针，其接触的弧（B）大约为37°，使形成的原纤维化比率约为2.0∶1，相邻的正弦曲线型的排（14）的相位相差180°。

30、如权利要求13所述的装置其特征在于，其滚筒（10）的直径约为190mm，上面排列有90排（14）。

31、如权利要求30所述的装置其特征在于，其相邻的一对针行（15a，15b）的间距约为1.27mm。

32、一种形成聚烯烃原纤维薄膜材料（20）的方法，是将已定向而来纤维化的聚烯烃材料，通过具有园柱形表面的滚筒（10），滚筒绕其轴线按第一方向旋转，该方法的特征在于：

装备具有很多针（16）的滚筒（10），针从滚筒园柱形表面伸出并与滚筒的切线的夹角（A）为大约20-80°，其方向与滚筒旋转的第一方向相反，该针（16）的投影长度约为0.5～2.0mm，针的直径约为0.2～0.8mm，针（16）在该滚筒的园柱形表面上布置成许多间隔开的排（14），其中每排有一对相邻的针行（15a，15b），延伸横跨滚筒（10）的表面，相邻的针行的针在空间上交错排列，每排（14）的针密度为每英寸上25-34根针。

该筒（10）可绕其轴线在控制的转速下旋转，薄膜（20）按第一速度（V）前进，薄膜接触滚筒（10）表面的弧（B）所对的的角约为30～37°，从而在薄膜前进方向的滚筒表面速度与第一速度之比约为1.8∶1～2.2∶1。

33、根据权利要求32所述工艺制成原纤维化聚烯烃薄膜。

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