CN1278656C - 改进的低密度牙线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种牙线，它含有密度低于约0.7g/cc的多孔PTFE纤维。本发明的牙线耐磨，可抓住，手感柔软，在口腔内触感粗糙。该牙线用挤出方法制成，在随后的膨胀期间，用非接触加热，使无定形区锁定。

Description

改进的低密度牙线及其制造方法
相关申请
本申请是1999年8月31日提出的申请№09/387691的继续申请。
发明的领域
本发明涉及一种牙线，更具体地说，涉及一种低密度牙线。
发明的背景
使用牙线仍然是预防和控制牙龈疾病最经常推荐使用的一种方法。目前已知和使用的有几种类型的牙线。这些牙线都由尼龙、聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和膨胀PTFE(ePTFE)之类的材料制成。其中，尤其优选使用ePTFE牙线，尤其是ePTFE单丝牙线，这部分因为它具有内在的低摩擦性能，使它在齿间易于滑动。
对于牙线，一般要考虑以下性能。首先，它应当耐磨，使它在使用期间经过使用者齿间时，不会破碎、磨损或断裂。
为了使用方便，该牙线也应当可以抓住，即使用者用手抓住或其他装置抓住牙线在齿间进行操作时，牙线不会从手中或其他装置中滑脱。已经进行了几种使PTFE牙线更易于抓住的努力。例如，如授予Dolan等人的美国专利№5518012所述，为了使牙线更易于抓住，在PTFE纤维上涂了蜡状涂层。在授予Curtis等人的美国专利№5911228中，为了使纤维便于抓住，在PTFE纤维结构中加入了固态添加剂，而不需涂层。因此要求的是可以抓住的PTFE牙线，无需在其纤维上使用涂层，也无需在其纤维内使用添加剂来使牙线好抓住。
牙线还应当具有主观感觉方面的优点，就是使使用者具有良好的“触感”。该触感包括纤维的总体手感和纤维在使用者口腔内清洁牙齿时的触觉效果。所要求的是PTFE牙线应当柔软并贴合，在使用者齿间舒适地滑动，同时在牙龈下操作时，提供使用者擦洗或清洁的感觉。该牙线还应当具有柔软的手感和口腔内的粗糙感。
具有所有这些优点和性能的PTFE牙线应该是人们要求的。
发明的概述
本发明提供一种牙线，它含有旦数为100-3500、密度小于约0.8g/cc的纤维，在另一些实施方式中，密度小于约0.7g/cc，小于约0.6g/cc，小于约0.5g/cc，小于约0.4g/cc，小于约0.3g/cc，小于约0.2g/cc等等。该牙线具有适用作牙线的强度，一般大于约0.68千克(1.5lbs)，在另一些实施方式中，大于约0.91千克(2lbs)，大于约1.13千克(2.5lbs)，大于约1.36千克(3lbs)，大于约2.27千克(5lbs)，大于约3.4千克(7.5lbs)，大于约4.5千克(10lbs)等等。该牙线可以是具有所要求任何剖面例如基本为椭圆形或矩形的中空纤维。该牙线也耐磨，在各种实施方式中，平均的摩擦断裂强度大于1.27×10-3千克/旦(2.8×10-3lbs/den)，大于1.36×10-3千克/旦(3.0×10-3lbs/den)，大于1.81×10-3千克/旦(4.0×10-3lbs/den)，大于2.27×10-3千克/旦(5.0×10-3lbs/den)，大于2.72×10-3千克/旦(6.0×10-3lbs/den)等等。本发明的牙线具有增大的表面粗糙度，平均粗糙度大于约0.3微米(优选约1.3微米)，均方根粗糙度大于约0.35微米(优选约1.6微米)，峰谷间距大于约1.7微米(优选约6.3微米)。该牙线也可以采用任何适用于牙线的材料，优选是多孔PTFE材料，尤其是泡沫PTFE材料。牙线内可以有许多根纤维，纤维的成分可以相同，也可以不同。牙线还可以含有填料。
在一个优选的具体实施方式中，所述牙线中的所述纤维的强度衰减小于35％，更优选小于10％。
在另一方面，本发明提供一种牙线的制造方法，它包括如下步骤：提供PTFE树脂，将所述树脂挤出，形成挤出物，将挤出物膨胀成具有上述性能的纤维。在优选实施方式中，用挤出机内的芯轴进行挤出。在各种实施方式中，挤出机内的压缩比可以大于150∶1，大于200∶1，大于250∶1，大于300∶1，或大于500∶1等等。在膨胀过程中，用非接触加热的方式加热挤出物，即挤出物在该过程中不接触热源。
在又一方面，本发明提供具有上述性能和成分的长丝。
在再一方面，本发明提供一种改进的缝纫线，用于织造的纤维以及用于轴承和轴瓦结构中的长丝。
附图的简要说明
图1是本发明一示范性实施方式牙线的剖面图；
图2是本发明另一示范性实施方式牙线的剖面图；
图3是用于制造本发明纤维的挤出机的侧面剖面图；
图3A是图3所示挤出机的一部分的侧面剖面图；
图3B是图3A中一部分的细部图；
图3C是用于实施例2的顶端拉伸的细部图；
图4是在本发明方法一示范性实施方式中使用的设备侧视图；
图5是在本发明方法的另一示范性实施方式中使用的设备的侧视图；
图6是用来测试牙线耐磨性的测试仪透视图；
图7是图6所示测试仪的侧视图；
图8是本发明一示范性实施方式的牙线样品表面放大100倍的扫描电子显微镜照片；
图9是现有技术的常规牙线样品表面放大100倍的扫描电子显微镜照片；
图10是本发明一示范性实施方式的牙线样品表面放大500倍的扫描电子显微镜照片；
图11是现有技术的常规牙线样品表面放大500倍的扫描电子显微镜照片；
发明的详细说明
本发明提供密度小于0.8g/cc的ePTFE牙线。该牙线耐磨，可以抓住，对使用者具有优良的触感。
PTFE牙线一般通过挤出制成，并膨胀成较大的PTFE条，接着，将该条纵切成牙线要求尺寸的纤维。这样的制备方法在例如授予Dolan等人的美国专利№5518012中有描述。根据本发明，本发明的牙线则用一新方法制成。
具体地说，根据本发明，PTFE牙线这样制成：挤出所要求尺寸的PTFE纤维(与条不同)，接着使纤维膨胀，在纤维内形成结点和原纤维结构，这是膨胀的PTFE的特征。该膨胀的纤维具有所要求的牙线的最终尺寸。这样，就从挤出机直接制成了牙线纤维本身，而不需插入纵切步骤。
根据本发明，PTFE纤维牙线由下述方式制成。用现有技术中已知的方法制成供挤出的PTFE树脂，例如如授予Gore的美国专利№3953566所述，其内容参考结合于此。挤出机可以是常规的浆料制管挤出机，例如如图3中10所示。该挤出机10包括位于中央部位的芯轴11。芯轴11有个端头12(图3A)，伸入在挤出机10开口中的模具13内。挤出机10具有筒体7和渐变段8。筒体的内径如图所示。图3A示出了芯轴的直径5。图3B示出了所包括的模具模面的直径尺寸2，和端头的截面直径尺寸4。图3C示出了扁平的端头截面。
芯轴11(和端头12)可以完全伸入模具13内，使得从挤出机10出来的挤出物是中空的。另外，轴11(和端头12)也可以从模具13内退回挤出机10本身内，减小挤出物内中央孔即内腔的相对尺寸，或者形成非中空剖面的挤出物。本发明的一个重要方面是，PTFE在挤出期间进行高很大的加工。对聚合物的加工量受挤出机压缩比的影响。该压缩比由挤出机的简体面积除以模具面积表示。为了获得本发明所要求的性能，最好是压缩比大于150∶1，优选大于200∶1，更优选大于250∶1，再优选大于300∶1，最优选大于500∶1。
根据本发明，无论纤维是制成中空还不是中空的，不受理论的束缚，可以认为在挤出PTFE纤维过程中，使用具有端头12的芯轴11可以对PTFE提供额外的加工量，从而对所述挤出物的有益性能有帮助。
可以采用任何适用的挤出机10操作条件制成合适的挤出物。下述一些实施例中将给出一些优选的条件。
挤出物离开挤出机10后，在卷筒40(图4)上卷绕。接着，挤出物(图4中的41)离开卷筒40，经过烘箱42，优选采用强制通风的烘箱。优选使用主动滚轮43和44控制挤出物41经过烘箱42的速度。挤出物经过烘箱42时被伸长。可以采用任何所要求的伸长比(或拉伸比)，它由主动滚轮的速度比确定，例如2∶1-120∶1或更大。在另一个实施方式中，可以采用两个分开的烘箱51和52，如图5所示，和相应的两次分开的伸长。在这两种情形下，所述方法都制成本发明纤维49，然后，纤维可以卷绕到最后的卷筒50上。
本发明的一个重要的特征是挤出物41(或纤维49)的所有加热过程都不接触挤出物41。具体地说，本发明采用强制通风烘箱42(或51和52)，挤出物41在其中经过，不接触烘箱壁。这与目前采用的制备PTFE牙线的方法不同，目前采用的方法是在加热板上拖动纤维来实施热传递。不受理论的束缚，可以认为这种与加热板的接触对PTFE纤维表面起着涂抹光滑化的作用，由此常规PTFE牙线的表面摩擦低，所以难以抓住。如下详细所述，可以认为本发明纤维的非接触加热有助于制成比板接触加热方法更粗糙的纤维表面。所述更粗糙的表面则可使本发明的牙线表面摩擦大，从而可更好地抓住。
伸长后，纤维就具有所要求的牙线的最终性能。这些最终性能是例如厚度(图1中用B表示)为0.0038-0.1016厘米(0.0015-0.04英寸)，宽度(图1中用A表示)为0.3-4mm(0.01-0.16英寸)，旦数为100-3500。最重要的是，纤维的密度应当小于0.8g/cc，在另一些实施方式中，小于约0.7g/cc，小于约0.6g/cc，小于约0.5g/cc，小于约0.4g/cc，小于约0.3g/cc，小于约0.2g/cc等等。这些每种性能都用常规方法测试。厚度可以用任何常规的装置测试，例如使用卡钳、瞬动卡规、光学比较器或甚至扫描电子显微镜。将测得的纤维样品质量(没有任何涂层或添加剂)除以算得的样品体积，可以获得密度。将剖面基本为矩形的样品测得的长度、宽度和厚度相乘可以算得体积，如果剖面为其他形状的样品也可由其他已知的方式算得体积，得到最准确的近似体积。旦数是每9000米长度上测得的样品(没有任何涂层或添加剂)质量的克数。
根据本方法制成的牙线的耐磨性也有提高。耐磨性使用图6和7所示的装置60测得。装置60具有由不锈钢制成的基底61。伸长装置62和63从基底61突出，通过插销69以可调节的方式与基底结合。每个伸长装置62和63都有通过插销69结合上去的辊子64、65有个微细晶粒。碳化物刀片66(商品号AL-8，购自加拿大Los Angles的Micro-100Inc.)，支撑在载体67上，该载体安装在形成于基底61内的凹槽68内。
如图7所示，将牙线样品70放置到装置60上，使牙线70在三点位置接触装置60：辊子64、刀片66和辊子65。伸长装置62和63的角度要设置成使牙线70尽可能接近基底61，但实际上又不接触基底61。牙线70的一端连接一个429克的重物100，另一端则连接到一线性往复促动器(未示出)，该促动器将牙线70在装置60上反复拉动。线性往复促动器的行程长度为33.02/40.64厘米(13/16英寸)，速度为1.5次/秒(每次为一个向后和向前的循环)。完成10次行程。然后，停止线性往复促动器，从刀片66上取下牙线70，刀片用清洁的棉巾擦拭。接着，重新装上牙线，运行10次以上行程。然后停止线性往复促动器，再次取下牙线70，再次用清洁的棉巾擦拭刀片66，接着重新装上牙线70，运行最后10次行程。这样，完成共30次行程，中间进行2次清洁擦拭。
从装置60上取下牙线70，并在购自摩洛哥Canton的Instron Co.的InstronModel 1130的纤维夹头(喇叭型)之间进行拉伸。装牙线70时，其磨毛的部位要对准夹头之间的中心。Instron试验仪的夹距长度是25.4厘米(10英寸)，十字头速度为25.4厘米/分钟(10英寸/分钟)。测得断裂时的负荷(磅力或千克)，对于每个测试样品记录为“摩擦断裂强度”。在每个纤维样品长度上，进行5次这样的测试(摩擦和断裂)，报告5次的平均值。可以将摩擦断裂强度除以测试样品的旦数，算得旦数归一化的断裂强度。本文中使用的“耐磨”术语就是指根据上述测试方法旦数归一化的断裂强度大于约1.27×10-3千克/旦数。测试样品的数据列在表7中。
本发明的牙线与常规PTFE纤维相比，容易被抓住得多。因此，本发明的牙线具有一些牙线的功能，例如用于牙线剔牙，而不需任何提高可抓住性的涂层或添加剂。但是，也可以要求本发明牙线上涂以少量蜡涂层(例如2-3重量％蜂蜡或任何其他已知的提高可抓住性的涂层或添加剂)，以进一步提高可抓住性。但是，与常规PTFE牙线所需的量相比，本发明的牙线由于纤维自身的可抓住性提高了，只需要向牙线上施加非常少的蜡或其他添加剂或涂层。
不受理论的束缚，可以认为本发明牙线提高的可抓住性是来自于其比常规PTFE牙线大的表面粗糙度和低的密度。所述本发明纤维增大的表面粗糙度(至少部分是由于本发明方法中纤维的非接触加热)，由后述的扫描电子显微镜照片说明。
纤维的表面粗糙度用粗糙度测定法测得。测试在样品宽度上(图1和2中用A表示)500×500微米2的正方形代表性面积上进行。
粗糙度测定法用Tencor Profiler Model P-10进行，它测定样品的500×500微米面积。该Tencor粗糙度仪装有MicroHead sr Exchangeable MeasurementHead(触针尖端半径为20微米，角度为60°)。粗糙度仪的菜单设置如下：
扫描长度：500微米
x方向数据的间距：0.40微米
y方向数据的间距：0.20微米
噪音过滤器关闭：0.250微米
波度关闭过滤器：250微米
表面粗糙度的测试值在后面报导。
本发明牙线的拉伸强度(也称为“断裂强度”或简称为“强度”)应当适合用作牙线。所要求的强度是大于0.68千克(1.5磅)。强度优选大于0.91千克(2.0磅)，大于1.13千克(2.5磅)，大于1.36千克(3.0磅)，大于2.27千克(5.0磅)，大于3.4千克(7.5磅)，或大于4.536千克(10磅)等等。牙线的强度用拉伸测试仪测得，例如上述的INSTRON仪。拉伸测试仪的十字头速度为25.4厘米/分钟(10英寸/分钟)。夹距长度为25.4厘米(10英寸)(接两个喇叭型夹头上切点至切点的距离测得)。将测试过程中纤维上承受的最大负荷作为强度。
多孔PTFE样品基体的拉伸强度由下式算出：
(2.2g/cc×拉伸强度)/密度，其中2.2g/cc取作无孔PTFE的密度。
将断裂强度的单位从磅力转变为克力，并将长丝的断裂强度(克力)除以长丝的旦数，就算得强度。
纤维的伸长率由Instron试验仪算得。将在Instron仪上断裂时的样品长度除以样品的起始长度算得的应变作为伸长率。
根据本发明制成的一个示范性纤维的剖面如图1所示。在图1中，纤维20的剖面基本为矩形。从挤出机10挤出时，挤出物的剖面会是圆形，但是，挤出物被拉伸成纤维，并卷绕到卷筒上后，它就被压缩成图1所示的基本为矩形的形状。挤出领域中的普通技术人员会明白，可以制备出任意剖面形状的挤出物和纤维。
图2示出了根据上述方法制成的另一种示范性纤维30，在该方法中芯轴插入模具内足够深，形成了中空的剖面。虽然在纤维膨胀并卷绕到卷筒上后，纤维的中空芯最终会被压瘪，但是纤维离开挤出机10时，在纤维30的中心具有初始的孔31。在图1和2中，纤维宽度通常用A表示，厚度通常用B表示，对于基本为矩形的剖面，剖面面积由A×B算得。如上所述，这些尺寸用于计算密度。
根据本发明，虽然PTFE，尤其膨胀PTFE是用作牙线的优选材料，但是其他材料，包括聚合物例如聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯和尼龙也可以用来制备具有本文所述性能的牙线。
根据本发明制成的纤维或可还含有一种或多种填料，也称为添加剂。纤维具有结点结构，结点由形成贯通通道的原纤维互相联结。填料可以包含于ePTFE自身的基质内，也可包含于所述结构形成的通道内，或这两者当中。在本发明中空(也称为中孔)纤维的情况下，填料也可以包含于中孔内。
所要求的填料或添加剂可以包括着色剂、香味剂、药物、抗微生物剂、抗生素、抗菌剂、抗真菌剂、洁牙剂、补充矿物质剂、漂白剂、免疫剂、抗酒石剂或抗龋剂、抗斑剂、溶菌酶(lysozmes)、消炎剂、止血剂、止痛剂、氟化钠、氯化锌、焦磷酸四钠、焦磷酸钠、焦磷酸四钾、维生素K、可溶于水的钙盐、促使凝结物层叠的血因子、氨基己酸、凝血酸、肾上腺素、明矾、去甲基肾上腺素、离子盐和海藻酸钙、单氟磷酸钠、氟化亚锡、双氯苯双胍己烷、六氯酚、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化苄乙氧铵、尿素酶、碳酸钙、碳酸镁、正磷酸、磷酸单钠、磷酸单钾、磷酸二钠、磷酸二钾、磷酸半钠、苯并噻鎓(benzothonium)、氯化物、溴化乙酰基三甲基铵、血根草属、二氯苯氧氯酚、四环素、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化苯并噻鎓、二甲聚硅氧烷熔体的乳液及其混合物。为了使本发明的牙线更容易被抓住，也可以使用任何合适的抓住剂例如二氧化硅、热解二氧化硅或氟化钠，或者涂层例如蜡，虽然如下所述，本发明的牙线不需这些试剂或涂层就比常规牙线更容易被抓住。
下面的实施例用于进一步说明本发明，但是它们丝毫不限制本发明，也不应当将它们理解为限制本发明。
实施例1(中空的牙线实施例)
将5磅购自特拉华州Wilmington的ICI的CD 123PTFE树脂通过10目的筛筛入2加仑玻璃瓶中，并与675ml Isopar K.(22.6重量％润滑油，以PTFE树脂干重计)混合。将玻璃瓶放到滚动混合机的斜板上，滚动30分钟。接着，从混合机内取出玻璃瓶，在放置过夜后进行造粒。挤压预成品，压力达到2.07×106牛/米2(300psi)，从造粒机内取出，并放入密封管中预加热。将预成品加热至40℃为时16小时，然后进行挤出。使用的挤出机是常规的浆料管挤出机，筒体5.08厘米(2英寸)。筒体和模具温度设置为40℃。实验采用的模具，其模面直径为0.389厘米(0.153英寸)。使用的端头的截面直径为0.361厘米(0.142英寸)，用1.905厘米(0.750英寸)的芯轴固定在原位。算得的装置的压缩比为1095∶1。挤出湿挤出物。采用仅足以防止挤出物与卷筒之间产生松弛的张力，将湿挤出物卷绕到芯直径为10.16厘米(4英寸)的卷筒上。挤出速率约为1219厘米/分钟(40英尺/分钟)。挤出物的壁厚约为0.033厘米(0.013英寸)，包括模口的胀大。将绕有湿挤出物的卷筒放置到张力松卷装置上，并喂到一套直径为12.7厘米(5英寸)的主动滚轮上。然后，挤出物从主动滚轮上经过一强制通风烘箱，不与烘箱壁接触，该烘箱122厘米(4英尺)长，内径2.54厘米(1英寸)。离开烘箱后，挤出物卷绕到一套直径为17.78厘米(7英寸)的主动滚轮上。然后，挤出物从该主动滚轮上经过第二个强制通风烘箱，不与烘箱壁接触，该烘箱122厘米(4英尺)长，内径为2.54厘米(1英寸)。离开烘箱后，接着，挤出物再卷绕到一套直径为17.78厘米(7英寸)的主动滚轮上，并采用芯直径为19.05厘米(7.5英寸)的卷筒，进行张力卷绕。所述的所用烘箱前是逆流烘箱，气流流量设置为2.54×105厘米3/分钟(9英尺3/分钟)。烘箱的纤维出口温度设置为380℃，纤维入口温度设置为220℃。第一主动滚轮与第二主动滚轮之间的初始速度比设置为5∶1，第一主动滚轮速率设置为61厘米/分钟(2英尺/分钟)。第一主动滚轮速率在整个测试过程中保持61厘米/分钟(2英尺/分钟)。在该实施例中，第二主动滚轮与第三之间的速度比设置为1.2∶1。然后，在步骤5中将第一主动滚轮与第二之间的速度比逐段提高(每段提高5)至速度比达到15∶1。在该设置情形下，运行一定长度的物料，然后将速度比增到20∶1。以速度比25∶1和30∶1，重复该过程。提高速度比的同时升高烘箱温度。速度比开始为15∶1，逐段提高，每段提高5，以保持物料的无定形锁定。在第一主动滚轮与第三之间的速度比达到36∶1时，第三主动滚轮的速率为2194厘米/分钟(72英尺/分钟)，烘箱的纤维出口温度为400℃。当挤出物卷绕时，在挤出物上放置标识物，以识别变化发生的部位。当它卷绕在卷筒上时，纤维会变扁平，变为基本如图1所示的形状。测试由该方法获得的纤维的宽度、厚度、旦数和强度。结果如表1所示(测试强度之前，用2％天然蜂蜡涂敷样品，采用购自宾夕法尼亚州Spring City的Cezoma International Inc.的卷绕和上蜡机，型号CE-1487，将蜂蜡施加到样品上。蜂蜡施加到样品上之前，要加热至97℃)。
实施例2(中空的剖面基本椭圆形的实施例)
使用与实施例1所述同样的混合树脂，用与实施例1所述同样的模具挤出，并使用剖面如图3C中200所示的扁平端头。该装置的压缩比约为265∶1。挤出物沿其长度有“D”形孔，形成中空纤维。绕有湿挤出物的卷筒放置到张力松卷装置上，并与实施例1所述相似的方式进行加工。第一主动滚轮与第二主动滚轮之间的速度比设置为4∶1，第二主动滚轮与第三之间的速度比如表2所示变化。当纤维卷绕在卷筒上时，纤维会变扁平，成为基本如图2所示的形状。测试由此实施例2制成的纤维卷筒的宽度、厚度、旦数和强度。结果如表2所示(测试强度之前，用2％天然蜂蜡涂敷样品，如实施例1所述)。
实施例3(非中空的剖面基本矩形的实施例)
使用实施例1中所述同样的混合树脂，采用模面为矩形0.1905厘米×0.094厘米(0.075英寸×0.037英寸)的模具挤出。端头为锥体，缩小至一点。从接触位置后退约1.27厘米(0.5英寸)，使挤出的挤出物为矩形剖面(非中空)。筒体尺寸为2.16厘米(0.850英寸)，芯轴是0.8厘米(0.315英寸)，算出的压缩比为176∶1。此实施例中，筒体和模具温度设置为45℃。采用实施例1所述方式卷绕该湿挤出物。绕有湿挤出物的卷筒放置到张力松卷装置上，并与实施例1所述相似的方式进行加工。该实施例3中使用的速度比如表3所示。测试采用此方法得到的纤维的宽度、厚度、旦数和强度。结果如表3所示(测试强度之前，用2％天然蜂蜡涂敷样品，如实施例1所述)。
实施例4(非中空的剖面基本圆形的实施例)
使用实施例1中所述同样的混合树脂，采用模面为圆形的模具挤出，模面直径为0.145厘米(0.057英寸)，并采用实施例3中使用的同样的端头，使挤出的挤出物为圆形剖面(非中空)。筒体尺寸为1.65厘米(0.650英寸)，芯轴是0.8厘米(0.315英寸)，算出的压缩比为99∶1。此实施例中，筒体和模具温度设置为45℃。采用实施例1所述方式卷绕该湿挤出物。绕有湿挤出物的卷筒放置到张力松卷装置上，并与实施例1所述相似的方式进行加工。此实施例中使用的速度比如表4所示。测试采用该方法得到的纤维的宽度、厚度、旦数和强度。结果如表4所示(测试强度之前，用2％天然蜂蜡涂敷样品，如实施例1所述)。
实施例5(含有添加剂的非中空纤维)
将CD 123PTFE树脂与10重量％SiO2混合。然后该树脂与705ml/千克(320ml/磅)异丙醇混合，放置过夜然后造粒。在2.16厘米(0.850英寸)筒体内挤压预成形品，压力达到2.07×106牛/米2(300psi)，并预加热至45℃。采用2.16厘米(0.850英寸)筒体、0.8厘米(0.315英寸)芯轴、0.249厘米(0.098英寸)模面直径的模具和0.127厘米(0.050英寸)截面直径的端头挤出预成品。算出的该组合装置的压缩比为87∶1。在此实施例中，筒体与模具温度设置为45℃。采用实施例1所述方法卷绕该湿挤出物并加工，但是作了下述改进：第一主动滚轮的速率设置为61厘米/分钟(2英尺/分钟)，使用单向强制通风烘箱，烘箱内气流流量为2.83×105厘米3/分钟(10英尺3/分钟)，烘箱出口温度为375℃。在速度比为2∶1、5∶1、10∶1、14∶1、18∶1和27∶1加工物料的情形下，制备了几个实施例。测试用此实施例方法获得的纤维的宽度、厚度、旦数和强度。结果如表5所示(测试强度之前，用2％天然蜂蜡涂敷样品，如实施例1所述)。
测试了J&J ReachEasy SlideMint的对比牙线样品的某些性能，以便与本发明样品测得的性能对比。对比样品的测试结果如表6所示。能够看出，本发明纤维在除了一个条件以外的所有条件下，其密度都远低于对比样品。
采用上述测试方法，分别测试了上述实施例的一些样品的耐磨性。在测试耐磨性之前，用2％天然蜂蜡涂敷本发明样品。采用购自宾夕法尼亚州SpringCity的Cezoma International Inc.的卷绕和上蜡机，型号CE-1487，将蜂蜡施加到样品上。蜂蜡施加到样品上之前，加热至97℃。也测试了J&J ReachEasySlideMint的对比样品的耐磨性。结果如表7所示。
测试结果说明，本发明的纤维样品的耐磨性比对比样品高，这由本发明纤维旦数归一化的断裂强度较高所证明。当测试了耐磨性之后重新测试时，本发明纤维的残留强度仍很高。该数值在表7中记录为强度衰减。(要注意，由于初始纤维样品在摩擦测试中要断裂以测得断裂强度，所以使用经过摩擦测试的同种样品用于对比。任何明显的强度增加都被认为在实验误差范围内，记录为0)。本文所述的“强度衰减”定义为纤维经过所述摩擦测试后的强度损失的百分率。如表7所示，本发明纤维与对比样品相比，强度衰减较小，这是有利的。本发明牙线与对比牙线相比，强度衰减的明显改善也就模拟了在使用者口腔内的行为。当使用者在牙齿之间反复移动牙线时，使牙线受到反覆摩擦，重要的是牙线尽可能保留高的强度，有助于避免断裂。本发明牙线有改善的强度衰减说明，它可保留较高的强度。
图8显示了本发明实施例1的牙线(该实施例中总速度比为24∶1)放大100倍的表面。可以看到明显的表面粗糙度。图8与图9对比，图9显示放大同样倍数的常规PTFE牙线的表面(将J&J ReachEasy SlideMint牙线浸在二甲苯中10分钟脱除其表面涂层，然后空气干燥之)。图8所示本发明牙线与图9所示对比牙线的表面形态之间的明显差异是惊人而意外的。可以认为，本发明牙线表面形态的这种意外的粗糙度增大可提高可抓住性和其他有利的性能。图10和11同样对比了放大500倍的表面形态，也进一步说明了这一点。可以看出，图10所示的本发明实施例1的牙线的表面(该样品的总速度比为24∶1)明显比图11所示的对比样品(J&J ReachEasy SlideMint的牙线，其表面涂层已经如上所述被脱除)粗糙得多。
测试本发明实施例1的牙线(该样品的总速度比为24∶1)和对比样品牙线(J&J ReachEasy SlideMint)的表面粗糙度。两种样品都是将牙线浸在二甲苯中10分钟，然后空气干燥而制成。在上述条件下用装置测得的平均粗糙度、均方根粗糙度和峰与谷的间距的结果如下所述。
  测试项目   本发明纤维  J&J ReachEasy SlideMint
  平均粗糙度(Ra)   1.306微米  0.283微米
  均方根粗糙度(Rq)   1.570微米  0.348微米
  峰与谷间距(Rt.)   6.316微米  1.706微米
从数据能够看出，本发明纤维由所报道的所有特征测得的粗糙度都比对比样品大很多。
再次不受理论的束缚，可以认为与常规PTFE牙线相比，本发明的PTFE牙线的低密度和其他特征对提高牙线的性能有很大贡献。本发明的这些特征有助于提供可抓住的牙线，它在口腔内具有粗糙的触感，可提高感觉得到的有效性，同时还具有所要求的柔软性、可挤压的手感，而且在制造过程中还能节省很多材料。本发明人发现，现有的密度大于0.8g/cc的PTFE牙线用目前已知的制造方法在同时不明显降低纤维强度的情况下制不出更低的密度。本发明提供具有本文所述优点，也具有对牙线用途适合的强度的低密度PTFE纤维。
作为一个附加优点，本发明人发现本发明的牙线潮湿的时候具有甚至更大的可感觉到的可抓住性。在使用期间，这应当能进一步提高使用者抓住牙线的能力。
如上所述，本发明牙线一个尤其有利的用途是采用牙线装置来使用时。由于本发明牙线的表面粗糙度和可抓住性增大，该装置可以制成使本发明牙线留在其中，不需采用增大可抓住性的涂层或添加剂。本发明制成了这种牙线装置的样本装置，它基本由聚丙烯制成，如欧洲专利申请EP922440 A2所述，使用于本发明的ePTFE牙线，根据优选测试中选出的使用者的经验，本发明牙线可被此装置充分保持住。
另外，本发明的方法和纤维还可以用于多种其他用途。虽然本文所述的是单丝牙线，但是根据本发明也可以用许多纤维制成复丝牙线。本发明的纤维也，例如通过加捻，或用粘合剂结合，与常规的牙线纤维组合形成复合牙线。
另外，利用本发明的高孔隙率特征，还可提供改进的缝纫线。缝纫线一般用蜡、油或其他润滑剂涂敷或浸渍，以提高缝纫过程中的使用性能。所述的比传统ePTFE缝纫线增大的孔隙率需要加入和使用更多的润滑油。另外，当长丝表面上存在润滑油和或其他涂层时，本发明增大的表面粗糙度形态就提供了受保护区域。这些区域有助于使涂层在缝纫、其他加工和长丝使用的过程中从长丝表面上擦掉润滑油的可能性减小。由于纤维的负荷较大和表面粗糙度增大，可以认为润滑油或其他涂层或浸渍物的耐久性也会提高。
由于本发明长丝的孔隙率增大和尤其是轴瓦的情形下环氧化物浸渍纤维的能力增强，本发明也提供一种改进的轴承和/或轴瓦材料。将长丝织成套结构，将环氧化物施加到织成的套上。重要的是织成的套与环氧化物之间产生了粘合。本发明提供表面粗糙度增大的表面，它可使环氧化物附着于上面。另外，本发明增大的孔隙率可使环氧化物或其他可流动的物质进入多孔长丝，由此形成粘合。
当用导电或导热物质填充时，本发明能提供一种其电阻和热绝缘性与密度比增大的长丝。此外，由于本发明可以提供密度较低的长丝，而通过随后的挤压或膨胀或本领域内已知的其他方法其填料含量和密度可以改变，所以长丝的导电性和其电阻可以在更宽的范围内变化。
虽然上面描述和说明了本发明的具体实施方式，但是本发明不应当局限于上述描述和说明。应当明白，对其进行的变化和改变作为本发明的一部分构成本发明，落入在本发明所附的权利要求范围内。
                                                                    表1
  第一ER   第二ER   总ER   厚度(厘米)   宽度(毫米)   重量(克/厘米)   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度(千克)   强度(克/旦)   MTS(×108牛/米2)
  10   1.2   12   0.038(0.015英寸)   2.2   0.0035(0.107克/英尺)   3159   0.42   4.63(10.2磅)   1.47   2.78(40323磅/英寸2)
  20   1.2   24   0.018(0.007英寸)   1.8   0.0018(0.055克/英尺)   1624   0.56   3.53(7.8磅)   2.18   4.12(59989磅/英寸2)
  30   1.2   36   0.013(0.005英寸)   1.1   0.0010(0.032克/英尺)   945   0.75   2.58(5.7磅)   2.74   5.19(75346磅/英寸2)
ER＝膨胀比(所列的数值是对于1的比，即所列的数值“10”意思是“10∶1”)；
MTS＝基体的拉伸强度
                                                            表2
  第一ER   第二ER   总ER   厚度   宽度(毫米)   重量(克/厘米)   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度   强度(克/旦)   MTS(×108牛/米2)
  4   2.5   10   0.046厘米(0.018英寸)   2.6   0.0043(0.132克/英尺)   3898   0.36   6.12千克(13.5磅)   1.57   2.98(43261磅/英寸2)
  4   5   20   0.023厘米(0.009英寸)   1.5   0.0021(0.063克/英尺)   1860   0.60   4.0千克(8.8磅)   2.15   4.07(59085磅/英寸2)
  4   7.5   30   0.015厘米(0.006英寸)   1   0.0014(0.044克/英尺)   1299   0.95   3.36千克(7.4磅)   2.59   4.90(71141磅/英寸2
  4   10   40   0.013厘米(0.005英寸)   0.8   0.0009(0.029克/英尺)   856   0.94   2.59千克(5.7磅)   3.02   5.72(83141磅/英寸2)
  4   15   60   0.013厘米(0.005英寸)   0.5   0.0007(0.022克/英尺)   650   1.14   1.95千克(4.3磅)   3.01   5.70(82677磅/英寸2)
ER＝膨胀比(所列的数值是对1的比，即所列的数值“10”意思是“10∶1”)；
MTS＝基体的拉伸强度
                                                                    表3
  第一ER   第二ER   总ER   厚度   宽度(毫米)   重量(克/厘米)   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度(千克)   强度(克/旦)   MTS(×108牛/米2)
  10   1.2   12   0.043厘米(0.017英寸)   1.5   0.0026(0.079克/英尺)   2333   0.40   2.40(5.3磅)   1.03   1.96(28379磅/英寸2)
  20   1.2   24   0.025厘米(0.01英寸)   1.3   0.0013(0.039克/英尺)   1152   0.39   1.75(3.85磅)   1.52   2.88(41758磅/英寸2)
  30   1.2   36   0.015厘米(0.006英寸)   1.3   0.0009(0.028克/英尺)   827   0.46   1.22(2.7磅)   1.48   2.81(40789磅/英寸2)
  40   1.2   48   0.018厘米(0.007英寸)   1.5   0.0011(0.033克/英尺)   974   0.41   1.41(3.1磅)   1.44   2.74(39736磅/英寸2)
  40   2   80   0.020厘米(0.008英寸)   0.7   0.0013(0.037克/英尺)   1093   0.85   1.36(3磅)   1.25   2.36(34297磅/英寸2)
  40   2.5   100   0.0076厘米(0.003英寸)   0.3   0.0003(0.01克/英尺)   295   1.44   0.59(1.3磅)   2   3.79(54990磅/英寸2)
ER＝膨胀比(所列的数值是对1的比，即所列的数值“10”意思是“10∶1”)；
MTS＝基体的拉伸强度
                                                        表4
  第一ER   第二ER   总ER   厚度(厘米)   宽度(毫米)   重量(克/厘米)   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度(千克)   强度(克/旦)   MTS(×108牛/米2)
  20   1.2   24   0.025(0.01英寸)   1.1   0.0013(0.041克/英尺)   1211   0.48   1.13(2.5磅)   0.94   1.78(25793磅/英寸2)
  30   1.2   36   0.018(0.007英寸)   1.1   0.00075(0.023克/英尺)   679   0.39   1.00(2.2磅)   1.47   2.79(40461磅/英寸2)
  40   1.2   48   0.011(0.0045英寸)   1   0.0006(0.019克/英尺)   561   0.55   0.72(1.6磅)   1.29   2.45(35621磅/英寸2)
  40   2   80   0.010(0.004英寸)   0.8   0.00046(0.014克/英尺)   413   0.57   0.64(1.4磅)   1.54   2.91(42300磅/英寸2)
ER＝膨胀比(所列的数值是对1的比，即所列的数值“10”意思是“10∶1”)；
MTS＝基体的拉伸强度
                                             表5
  ER   厚度(厘米)   宽度(毫米)   重量/英尺(克/厘米)   密度(克/厘米3)
  0   0.089(0.035英寸)   3.9   0.027(0.828克/英尺)   0.78
  2   0.084(0.033英寸)   3.5   0.012(0.378克/英尺)   0.42
  5   0.058(0.023英寸)   3.3   0.006(0.185克/英尺)   0.32
  10   0.020(0.008英寸)   3   0.0014(0.042克/英尺)   0.23
  14   0.033(0.013英寸)   2.9   0.0022(0.07克/英尺)   0.24
  18   0.033(0.013英寸)   3   0.0009(0.027克/英尺)   0.1
  27   0.023(0.009英寸)   2.6   0.0015(0.045克/英尺)   0.25
ER＝膨胀比(所列的数值是对1的比，即所列的数值“10”意思是“10∶1”)
                                                            表6
                                                        J&J的对比样品
  厚度   宽度(毫米)   重量   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度   断裂伸长率(％)   强度(克/旦)   MTS
  0.0038厘米(0.0015英寸)   2.7   0.0014克/厘米(0.044克/英尺)   1300   1.4   3千克(6.61磅)   12.3   2.31   4.38×108牛/米2(63546磅/英寸2)
MTS＝基体的拉伸强度
                                                表7
  样品来源   旦数(克/9000米)   密度(克/厘米3)   断裂强度   平均摩擦断裂强度   平均摩擦断裂强度/旦(×1000)   强度衰减(％)
  实施例1   945   0.75   2.59千克(5.7磅)   2.71千克(5.98磅)   6.03   0
  实施例2   1299   0.95   3.36千克(7.4磅)   3.25千克(7.16磅)   5.47   3.2
  实施例3   1152   0.39   1.75千克(3.85磅)   1.70千克(3.76磅)   2.95   2.3
  实施例3   827   0.46   1.22千克(2.7磅)   1.23千克(2.72磅)   3.39   0
  J&J   1300   1.4   3千克(6.61磅)   1.90千克(4.18磅)   2.77   37

Claims (49)

1.一种牙线，它含有聚四氟乙烯纤维，该纤维的旦数为100-3500，密度小于约0.7g/cc，强度衰减小于35％。
2.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度小于约0.6g/cc。
3.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度小于约0.5g/cc。
4.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度小于约0.4g/cc。
5.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度小于约0.3g/cc。
6.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度小于约0.2g/cc。
7.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述密度约为0.6g/cc。
8.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维含有膨胀的PTFE。
9.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约0.68千克。
10.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约0.91千克。
11.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约1.13千克。
12.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约1.36千克。
13.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约2.27千克。
14.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约3.4千克。
15.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度大于约4.5千克。
16.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维是中空的。
17.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的剖面基本为椭圆形。
18.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的剖面基本为圆形。
19.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的剖面基本为矩形。
20.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的平均摩擦断裂强度大于1.27×10-3千克/旦。
21.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的平均摩擦断裂强度大于1.36×10-3千克/旦。
22.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的平均摩擦断裂强度大于1.81×10-3千克/旦。
23.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的平均摩擦断裂强度大于2.27×10-3千克/旦。
24.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的平均摩擦断裂强度约为2.72×10-3千克/旦。
25.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度衰减小于10％。
26.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维的强度衰减小于5％。
27.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述牙线是复丝牙线。
28.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述纤维含有填料。
29.如权利要求28所述的牙线，其特征在于所述纤维的结构包括形成互相贯通通道的膨胀PTFE基体，和在所述通道内的填料。
30.如权利要求29所述的牙线，其特征在于所述纤维的结构包括形成互相贯通通道的膨胀PTFE基体，和在所述膨胀的PTFE基体内的填料。
31.如权利要求29所述的牙线，其特征在于所述纤维具有中孔，所述填料在所述中孔内。
32.如权利要求29所述的牙线，其特征在于所述填料含有提高抓住性的物质。
33.如权利要求29所述的牙线，其特征在于所述填料含有生物活性成分。
34.如权利要求29所述的牙线，其特征在于所述填料选自着色剂和香味剂。
35.如权利要求1所述的牙线，其特征在于在所述纤维上还包含至少一层涂层。
36.一种牙线，它包含权利要求1所述的纤维和其他常规牙线纤维，其特征在于所述纤维和所述其他常规牙线纤维捻在一起，或由粘合剂粘合在一起。
37.一种制备权利要求1所述牙线的方法，它依次包括如下步骤：(a)提供PTFE树脂，(b)采用挤出机，将所述树脂挤出形成挤出物，所述挤出机内的压缩比大于150∶1；(c)采用非接触加热的方式加热，使所述挤出物膨胀，形成适用作为牙线的纤维。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于所述挤出树脂的步骤包括采用大于200∶1的压缩比。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述挤出树脂的步骤包括采用大于250∶1的压缩比。
40.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述挤出树脂的步骤包括采用大于300∶1的压缩比。
41.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述挤出树脂的步骤包括采用大于500∶1的压缩比。
42.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述挤出物膨胀的步骤与非接触地加热所述挤出物同步进行。
43.一种牙线装置，它使用如权利要求1所述的牙线。
44.如权利要求1所述的牙线，其中所述的PTFE纤维是膨胀的PTFE纤维，该纤维具有如下表面特性：平均粗糙度大于0.3微米，均方根粗糙度大于0.35微米，峰与谷的间距大于1.7微米。
45.如权利要求44所述的牙线，其特征在于所述的平均粗糙度约为1.306微米。
46.如权利要求44所述的牙线，其特征在于所述的均方根粗糙度约为1.570微米。
47.如权利要求44所述的牙线，其特征在于所述峰与谷的间距约为6.316微米。
48.如权利要求1所述的牙线，其特征在于所述牙线表面的平均粗糙度约为1.306微米，均方根粗糙度约为1.570微米，峰与谷的间距约为6.316微米。
49.如权利要求1所述的牙线，其中所述的PTFE纤维是膨胀的PTFE纤维，所述膨胀PTFE纤维的强度大于约0.68千克。
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