CN1040735A - 改进聚烯烃过滤纤维束卷曲的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
提出了一种方法和装置，在卷曲之前，加热已原纤维化的聚烯烃薄膜，改善纤维束的卷曲，因此也就改善了作为过滤器的回收量和易变性。在来自加热步骤的已原纤维化的纤维束仍然是热状态的同时，使它得到卷曲。这样得到的纤维，比起那些未经受加热步骤的纤维，在更高的级别上具有更均匀的卷曲。
Description
本发明涉及用于卷烟滤咀的聚烯烃纤维束的制造，特别涉及改进聚烯烃过滤纤维束卷曲的方法和装置。
已知的生产聚烯烃过滤纤维束的方法是通过切开聚烯烃薄膜，使薄膜形成原纤维。然后，原纤维化的薄膜经过卷曲工序。卷曲的原纤维化的薄膜体积变大，并且疏松，很象传统卷烟滤咀材料，例如醋酸纤维。在美国专利3880173中介绍了这种聚烯烃经过滤纤维束和它的制造方法。
对已原纤维化的薄膜给以卷曲，其特点在可卷曲频数和卷曲幅度。如果卷曲的纤维与正弦波相比较，它在每时有确定数量的卷曲，每一卷曲有确定的幅度。当卷曲频数增加时，卷曲幅度一般要减小。
当原纤维化的聚烯烃薄膜制成过滤纤维束，纤维束又制成卷烟滤咀，纤维束便有确定的吸收量，定义为从给定的过滤纤维束的重量可获得的压力降。例如，吸收量可按毫米水每毫克（毫米水柱/毫克）来测量。对于给定的过滤纤维束的重量，希望其吸收量达到最大。已知提高吸收量方法之一是增加卷曲频数和均匀度。
人们同样希望减小过滤纤维束在密度方面的差异。这样，生产的每一支滤咀对于吸烟者都带来近乎同样的感觉。也可以通过提高卷曲频数和均匀性来减小密度不均匀。
在卷曲频数方面要获得显著改进，迄今还是困难的。可以通过齿轮卷曲，假捻卷曲，或填塞箱卷曲的方法，使已形成原纤维的薄膜纤维卷曲。前两种方法在可达到的卷曲频数方面受到已知固有的机械限制。在填塞箱卷曲中，已原纤维化的薄膜实质上被压入到一个不可移动的壁，使薄膜产生弯曲，得到卷曲，因此没有机械上的限制。但是纤维的弹性以及由于原纤维形成过程引起的应力，难于提高卷曲频数，难于沿纤维获得均匀的卷曲。
人们希望能够在已原纤维化的聚烯烃过滤纤维束中提高卷曲频数和均匀度，由此来改善过滤纤维束的吸收量，改进其不均匀性。
本发明的目的是在已原纤维化聚烯烃过滤纤维束中提高卷曲频数和均匀性，由此来改善过滤纤维束的吸收量和不均匀性。
按照本发明，提供了制做聚烯烃过滤纤维束的一个方法。该方法是由下述的步骤所组成：
1.形成具有分子结构的聚烯烃薄膜;
2.通过加热薄膜到刚好在其熔点以下，并拉伸被加热的薄膜来定向分子结构;
3.使已定向分子结构的薄膜形成原纤维并形成相互联接的纤维网状物;
4.将已原纤维化的网状物加热到高于环境温度;
5.卷曲被加热的已原纤维化的网状物。
同时提供了为完成这一方法的装置。
下面结合附图，来研究本发明的详细的叙述，本发明上述的和其它的目的以及优点将会更清楚。在附图中，相同的标记号码表示相同的部件。附图情况如下：
图1是生产聚烯烃过滤纤维束装置的方框图;
图2是表示图1的加热装置优先选用的具体装置的侧视图;
图3是图3的加热装置的侧视图，是从图2中的3-3方向看的;
图4是图2和图3的加热装置的水平横截面视图。
形成聚烯烃过滤纤维束的装置以方框图的形式显示在图1。挑选的聚合物在聚合物混合器11中被混合。在待批的，共同转让的美国专利序列号231147（它是与（PM-1297）一同提交的），作了更全面的叙述。通过对其整体的参考，对它作了结合。在优先选用的具体装置中，聚烯烃过滤纤维束主要是由带有少量聚乙烯和增白剂的聚丙烯组成。
在薄膜吹风机12中聚烯烃薄膜被挤压吹成。薄膜吹风机12是一常规薄膜吹风机，例如挤压系统有限公司（Extrusion Systems Ltd.）的0100型。吹风机12形成聚烯烃薄膜圆柱形“泡”，并具有大约20微米到大约50微米之间的厚度，最好是大约35微米。薄膜气泡消气成为一个平的双层结构，在优先选用的具体装置中，薄膜然后进入薄膜切开器和整平器13，在这里最好被切成三个两层带，在它们的顶部相互找齐，形成一个六层带。六层带本身最好被切成两个带，以便作平行加工，允许同时生产可能具有不同特性的两种纤维束批料。在下面的讨论中，仅仅讨论两个平行带之一的过程，另一个带子实际上经受相同的处理。
六层带然后通过取向烘箱14，在此，六层带最好加热到大约160℃，刚好在薄膜的熔点以下，在通过取向烘箱14时，六层带在两组辊子之间被拉伸。拉伸辊组的转动速度为喂给辊速度的大约5倍到大约13倍之间，最好是喂给辊轴速度的大约7到大约10倍之间。取向“过程排列了薄膜的分子结构，产生了原纤维形成作用所需的物理特性。通过辊轴速度差异引起的拉伸，也使薄膜厚度减少到大约8微米到大约17微米之间，最好是大约12.4微米。
已取向的薄膜带然后进入纤维化器15，在一个或多个纤维化辊子上，有相对比较多的，比较细小的销钉，当薄膜经过辊子时，辊子便转动，通过薄膜与这些相对比较多的，比较细小的销钉相接触，每纤维化器将薄膜转变为纤维。薄膜与每一辊子接触的弧度只有约为20-45度，最好为大约37度，薄膜的速度大约是原纤维化辊子表面的速度的两倍。薄膜速度与原纤维化滚轴速度之比称之为“原纤维形成比率”。作为原纤维化作用的结果。如果带子横向扩展，相互连接的纤维的网状物将明显形成，并具有一定比例的自由端。事实上用原纤维化的薄膜制造过滤器，在过滤中自由端可以发挥重要作用。自由端的比例越高，过滤器越好。
按照本发明，已原纤维化的薄膜然后要经过蒸汽箱16，下面要作更全面的讨论。在经过蒸汽箱16后，或在先前已知的纤维束制做装置中原纤维化作用后，原纤维化的纤维束即被卷曲。正如上面已提到过的，有几种已知类型的卷曲器。但是，优先选用的是填塞箱型卷曲器17，在卷曲器17中，通过高速滚动将已原纤维化的薄膜送入一个封闭箱，使它对着已在箱内的材料弯曲和倒曲。通过至少一个填塞箱，既给与了初级卷曲，又给予了二次卷曲。初级卷曲是纤维本身的卷曲，其数量级大约为每吋25-60个卷曲，卷曲幅度大约为300-600微米，而二次卷曲总的来说是肉眼可见像手风琴式的折叠。初级卷曲是所希望的，而二次卷曲在将纤维束制做过滤咀之前必须消除。
卷曲的纤维束经过成层器18，在这里，进料头来回运动，使卷曲的纤维束在一个容器内成层。然后，在容器内成层的纤维束在打包机19中压紧，绑扎成包。一旦打开包，二次卷曲将消失，纤维束便准备用来制作卷烟滤咀。
在蒸汽箱16中完成的加热可改善原纤维化的纤维束得到的初级卷曲。首先，对已原纤维化的纤维束的加热，对于由取向烘箱14和纤维化器15引起的应力和应变起到退火作用，使得控制下的纤维收缩。第二，控制下的退火能够使纤维呈现更均匀的物质到达卷曲器，减小所要求的形成卷曲的力的作用范围。事实上，当纤维束传到卷曲器，其时它的温度仍高于环境温度，在这种情况下，本发明的加热步骤是最有效的。
在图2至图4中，蒸汽箱16显示得更为详细。按照箭头A所指示的方向，纤维束经过蒸汽箱16，通过进口30进入，通过在另一端对应的出口（未显示）退出。通过带有一些细长口41的水平隔板将蒸汽箱16分为上室20和下室21。蒸汽经过蒸汽流入线路42流入，并由压力调节器43和流量表44加以控制。流动线路终结于下室21，要在标记为45的地方打孔，以便使蒸汽能进入室21。蒸汽上升经过口41，并与室20内的纤维束相接触。冷凝的蒸汽通过排出口22排出。未冷凝的蒸汽通过纤维束入口和排出口30排出紧密结合的盖23通过柄杆31可以打开，如图3所示。柄杆31可以被连接到例如液压油缸上（未画出）。
通过蒸汽箱16，蒸汽被送入，温度在大约95℃到大约120℃之间，最好为大约100℃;流量为大约2公斤/小时到大约10公斤/小时之间，最好为大约3公斤/小时。当纤维束通过蒸奔箱16，它的速度要使得它在蒸汽箱16中的停留时间在大约0.1秒到大约6.0秒之间，最好是大约0.25秒。
在已纤维化的纤维束在卷曲前，也可以不用蒸汽箱16，而且其它装置对纤维束进行加热。例如，纤维束可以通过热空气或红外烘箱。纤维也可以被润湿，再通过一个微波室。最后，纤维束可以在一块加热的板上面通过，例如一块不锈钢钢板，通过热油流过钢板或其他合适的加热装置来加热钢板。
对于本发明来说，在卷曲前加热聚烯烃纤维束对于过滤咀吸收量的影响，通过下述的一些例子可以看得很清楚。
例1
一种混合料的组成情况是这样的：具有熔体指数为1.8（按照国际标准（ISO standard）1133，在230℃，2.16Kgf状态下测量）的92%的聚丙烯均聚物;具有熔体指数为1.0（按照国际标准（ISO Standard）1133，在190℃，2.16Kgf状态下测量）的7%的低密度聚丙烯;还有1%的聚丙烯母体料，按重量计，它含有25%的二氧化钛（金红石级，细小晶体结构，被微小粒子化的质量）。使用已知的吹膜技术混合料被喷出，形成厚度为35微米的薄膜。薄膜被切为等宽的六部分，在具有延伸率为8∶1的纵向方向被叠加和取向，产生厚度为12.4微米的薄膜。已取向的薄膜，在下述一些条件下，经过带有销钉原纤维化滚筒的圆柱表面周围。
原纤维化滚筒直径（毫米） 190
销钉在空间是交错排列的，成平行行列成对扩展过在列的滚筒，倾斜于平行于滚筒轴线，相邻的行列对则向相反方向倾斜：
销钉行列数 180
每行销钉密度 每吋25个销钉
销钉倾斜角度（在滚筒旋转的相反方向，
切线到滚筒的销钉角度） 60°
销钉突出量 1毫米
销钉直径 0.4953毫米
薄膜与滚轴接触的弧度 37°
薄膜输入速度 144米/分
原纤维化器滚筒表面速度 288米/分
（原纤维化比率为2.0∶1）
这样生产的原纤维化薄膜有32000 （denier）的总的线性密度，并送到填塞箱进行卷曲操作。
这样生产的起纹理的纤维束，按一种已知的方法进行减小卷曲的操作，生产一种无反射的绒毛状物质，其卷曲特点是，幅度为260微米，频数为每吋29.8卷曲。
使用常规过滤棒制作设备，将这种材料制成过滤棒，生产出具有下述性能的过滤棒：
最小点数 最大点数
过滤棒长度：66毫米
过滤棒圆周：24.55毫米
原纤维化纤维束每
棒净重（毫克） 246 288
最小点数 最大点数
流速为1050毫升/分
时经过过滤棒的压力降 174 239
（毫米水柱） 71 83
吸收量（%）
过滤棒的重量不均性
不均性系数（%）： 1.9
例2
按例1中的描述生产的原纤维化薄膜，具有23000 的总的线性密度，通过曝露在湿蒸汽中进行热冲击处理。这个处理是在将纤维束送到填塞箱做卷曲操作之前，在保持纤维束夹持在数组滚筒之间的同时，将纤维束通过蒸汽箱来完成的。蒸汽箱的长度为600毫米纤维束在箱内的停留时间为0.25秒。蒸汽温度为100℃，蒸汽的流动速率为3公斤/小时。速度方面在辊隙滚轴组之间可观测到的区域为2.0%。正如上面已谈过的，由于热引起的收缩，使拉伸滚筒组转动慢得多。
这样生产的起纹理的纤维束，按照一种已知的方法进行减小卷曲的操作，生产一种无反射的绒毛状物质，其卷曲特点是，幅度为324微米，频数为每吋42.1卷曲。
使用常规过滤棒制作设备，将这种材料制成过滤棒，生产出具有下述性能的过滤棒：
最小点数 最大点数
过滤棒长度：66毫米
过滤棒圆周：24.55毫米
已原纤维化的纤维束
每棒净重（毫克） 276 323
流率为1050毫升/分
时经过过滤棒的压力降
（毫米水柱） 194 283
吸收量（%） 70 88
过滤棒的重量不均匀性
不均匀系数（%）：1.14
由这些例子可见，与没有加热步骤得到的吸收量范围相比较，在卷曲之前使用加热步骤而得到的吸收量明显较高。而其不均匀性则明显降低。
由此可见，提出了一种方法和装置，在已原纤维化过滤纤维束方面，提高其卷曲频数和均匀性，因此也就改善了过滤纤维束的吸收量减小了过滤器的不均匀性。技术上有经验的人将懂得，本发明可以通过其他装置来实现，不仅限于已介绍过的具体装置，这个具体的装置只是为了举例说明的目的，而不是对实现本发明装置的限制。下面的权利要求书才仅是本发明的限定范围。
Claims (34)
1、制造聚烯烃过滤纤维束的一种方法，按照下面排列的顺序，组成上述方法的步骤，
形成具有分子结构的聚烯烃薄膜，
通过加热上述薄膜到刚好在上述薄膜熔点以下，并拉伸上述加热的薄膜，取向上述分子结构，
使上述取向的薄膜形成原纤维，并形成相互联接的纤维网状物；和
卷曲上述已加热的原纤维化的网状物，上述方法的特征在于：
在上述原纤维化步骤后，在上述卷曲步骤前，加热上述已纤维化的网状物到一个高于环境温度的温度。
2、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括加热上述已原纤维化的网状物到温度为大约95℃到大约120℃之间。
3、按照权利要求2规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包含加热上述已原纤维化的网状物到温度为大约100℃。
4、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，在上述加热的已原纤维化的网状物冷却到环境温度之前，完成上述卷曲步骤。
5、按照权利要求4规定的方法，其特征在于，在上述加热的已原纤维化的网状物的温度在大约95℃以上时，完成上述卷曲步骤。
6、按照权利要求5规定的方法，其特征在于，在上述加热的已原纤维化的网状物的温度为大约105℃时，完成上述卷曲步骤。
7、按照权利要求1规定的方法，其特征在于上述加热步骤包含上述已原纤维化的网状物通过一个蒸汽箱。
8、按照权利要求7规定的方法，其特征在于，上述加热步骤进一步包括蒸汽通过上述蒸汽箱，其温度在大约95℃到大约120℃之间，其流率在大约2公斤/小时到大约10公斤/小时之间，上述已原纤维化的网状物在上述蒸汽箱内停留时间是在大约0.1秒到大约6.0秒之间。
9、按照权利要求8规定的方法，其特征在于上述蒸汽温度为大约100℃。
10、按照权利要求8规定的方法，其特征在于上述蒸汽流速率为大约3公斤/小时。
11、按照权利要求8规定的方法，其特征在于上述停留时间为大约0.25秒。
12、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括上述已原纤维化的网状物要在一块加热的金属板的上面经过。
13、按照权利要求12规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括上述已原纤维化的网状物要在一块用油加热的金属板的上面经过。
14、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括上述已原纤维化的网状物通过一个热空气烘箱。
15、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括上述已原纤维化的网状物通过一个用红外线照射赞热的烘箱。
16、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述加热步骤包括润湿上述已原纤维化的网状物，并将其通过一个微波室。
17、按照权利要求1规定的方法，其特征在于，上述卷曲步骤包括进给上述加热的已原纤维化的纤维束到一个堵塞箱式卷曲器。
18、为制造聚烯烃过滤纤维束的装置，上述装置包括，
为形成具有分子结构的聚烯烃薄膜的装置，
通过加热上述薄膜到刚好在上述薄膜的熔点以下，并拉伸上述的加热薄膜，以便使上述分子结构取向的装置，
使上述已取向的薄膜形成原纤维，以便形成相互联接的纤维网状物的装置，和
卷曲上述已原纤维化的网状物的装置，上述装置的特征在于，
将上述已原纤维化的网状物加热到一个高于环境温度的装置，上述卷曲装置卷曲上述加热已原纤维化的网状物。
19、按照权利要求18规定的装置，其特征在于，上述加热装置包括将上述已原纤维化的网状物加热到大约95℃到大约120℃之间的一个温度的装置。
20、根据权利要求19规定的装置，其特征在于，上述的加热装置包括将上述已原纤维化的网状物加热到温度大约为100℃的装置。
21、按照权利要求18规定的装置，其特征在于，上述卷曲装置是在上述的已原纤维化的网状物冷却到环境温度之前，卷曲上述加热的已原纤维化的网状物。
22、按照权利要求21规定的装置，其特征在于，上述卷曲装置是在上述加热的已原纤维化的网状物温度高于大约95℃的同时，卷曲上述加热的已原纤维化的网状物。
23、按照权利要求22规定的装置，其特征在于，上述卷曲装置是在上述加热的已原纤维化的网状物温度为大约105℃的同时，卷曲上述加热的已原纤维化的网状物。
24、按照权利要求18规定的装置，其特征在于加热装置包括一个蒸汽箱。
25、按照权利要求24规定的装置，其特征在于，蒸汽经过上述蒸汽箱时，温度是在大约95℃到大约120℃之间，流率是在大约2公斤/小时到大约10公斤/小时之间，在上述蒸汽箱中上述已原纤维化的网状物停留时间在大约0.1秒到大约6.0秒之间。
26、按照权利要求25规定的装置，其特征在于上述蒸汽温度为大约100℃。
27、按照权利要求25规定的装置，其特征在于上述蒸汽流率为大约3公斤/小时。
28、按照权利要求25规定的装置，其特征在于上述停留时间为大约0.25秒。
29、按照权利要求18规定的装置，其特征在于上述加热装置包括一块加热的金属板。
30、按照权利要求29规定的装置，其特征在于上述加热装置包括一块用油加热的金属板。
31、按照权利要求18规定的装置，其特征在于上述加热装置包括一个空气烘箱。
32、按照权利要求18规定的装置，其特征在于上述加热装置包括一个通过红外线照射加热的烘箱。
33、按照权利要求18规定的装置，其特征在于上述加热装置包括，润湿上述已原纤维化的网状物的装置。
一个微波室，和
使上述润湿的已原纤维化的网状物通过上述微波室的装置。
34、按照权利要求18规定的装置，其特征在于上述卷曲装置包括一个填塞箱式卷曲器。
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