CN87102577A - 任意调节过滤条密度和耐抽性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种限定合成纤维旦尼尔、纤维条密度和耐抽性之间现存的函数关系的方法和装置，其中，在把细条或非织造带送入过滤条制造装置的包复装置期间，使此细条或非织造带在精确恒定的反张力控制下，用细条或非织造带代替松开的丝束。

Description

本发明涉及一将细条或非织造带送入除去香烟中微粒和焦油的过滤元件制造装置的包复装置中的改进方法。

制造纤维基过滤条的常规方法是使用醋酸纤维素的曲卷纺织丝束，或者说特别是使用诸如聚丙烯之类的聚烯烃丝束，这类丝束一直是用众所周知的使用空气或蒸汽的纱线“开松”机构生产的，然后将粘结剂印于或喷于此开松的丝束上并被吸附于纤维间或纤维内以使相邻纤维彼此粘着。

然后再让丝束进入制造过滤条装置的成形区，此装置的成形区一般包括有包复“漏斗”及一包复装置，在成形区里使之与由喂入辊供给的“丝束包层”接触。此过滤条制造装置包括有位于包复装置内将喂料牵进并使纤维成形为过滤条的设备，以及将其制备的过滤条剪切成过滤元件（“滤芯”）的设备。

用这样的标准的商品化的过滤条制造装置可将醋酸纤维丝束容易而迅速地加工成可剪切的过滤条。由于在纤维丝束上施涂了大量诸如甘油三乙酸酯、甘油二乙酸酯、柠檬酸等不挥发的有机增塑剂后再进入制条装置包复区，所以此工艺没有有害物的影响。

多年来一直是采用所述的传统方法生产那样的过滤条，过滤元件用的纤维的选择一般还局限于纤维素纤维丝束，这种纤维的过滤元件仍然普遍，虽然所制得的过滤元件不如用纤度小的合成纤维（例如聚烯烃类）制得的过滤元件那样有效。醋酸纤维素纤维的强度仅1.0-1.2克/旦尼尔，比其他可获得的纤维（如聚丙烯纤维）要弱。这一特性就限制了在纤维丝束送入标准过滤条制造装置前能承受的张力和曲卷力，同样这也降低了过滤元件的抗皱性、效率和“抽吸”性。

另一方面，如聚丙烯之类的聚烯烃纤维容易拉成更细小的纤度，从而可改善过滤效果，且并不损失曲卷和承受高速生产应力所需的强度。

然而，聚丙烯纤维也有一些缺点。开松或“松开”的聚丙烯纤维丝束不容易为大多数醋酸纤维素粘结剂所湿润，而且该已知粘结剂制剂不能提供在一般高速设备中预防皱疵所需的辅助润滑性，除非用量过量，但那样就会对过滤效果及其他期望的性质均产生不利的影响。如果在成形和剪切步骤前，也企图同增塑剂一样将适量的湿润剂、香料、药物、吸收剂、吸附剂等并入或并于纤维丝束上时，其情形更是如此。

用聚丙烯纤维丝束，除了使用添加剂所包括的问题之外，还有一个未解决的主要问题是，所制得的过滤元件的压力降（耐抽吸性）和尺寸稳定性即硬度之间的关系。美国专利4522616（Celanese公司）公开了用醋酸纤维素丝束开松纤维制备香烟过滤条的高速生产工艺，并承认纤维旦尼尔、压力降及其对于抽吸的影响、过滤效果和过滤元件硬度之间存在着复杂的相互关系（使用醋酸纤维素丝束时）。

该专利（美国专利4522616）介绍的工艺增加了普通的丝束开松步骤，并用醋酸纤维素丝束按下述操作方法获得适宜的过滤特性：将此丝束绕过固定于杠杆臂一端的张力辊，此杠杆臂可围绕位于喂料辊和过滤条制造装置之间的框架上的支轴运动，由于此杠杆臂的重量分布使杠杆臂偏于向下张力的位置，此杠杆臂借助可调的平衡锤而平衡。可获得一个恒定的满意的反张力（一般以克量度）。张力辊最好是固定的，但它可象“摆动辊”那样是一个悬浮辊。该辊确定丝束的宽度和方向，并传递张力或“阻力”，但在运行中是不可调的。在此丝束进入包复装置前此张力辊是松驰的。

该专利指出由于纤维密度影响气流阻力，所以穿过此根过滤条全长的气流阻力应该是均匀的。为了确保醋酸纤维素丝束更加均匀，美国专利3960345（加拿大Rothmans    of    Pall    Mall）公布了使用类似的滚筒，是将一个“无惯性”滚筒装在一个可动的轴上，为了使喂入丝束开松装置的丝束密度均匀，在丝束进入包复装置锥形入口处前，此“无惯性”滚筒对此运动的丝束加一可变的制动压力。在丝束离开此喂入或牵引辊和开松嘴后，借助传感装置来调节制动压力以使此丝束的密度均匀，这样在开松丝束向着使此丝束向包复装置运送的夹持辊运动时，使运动的开松丝束保持一恒定张力。在丝束进入包复装置前，此张力是松驰的。

当然，上述两专利没有一份涉及不使用一般型的开松醋酸纤维素纤维丝束、而使用聚丙烯非织造带或细条喂料（特别是含有不同纤维和不同旦尼尔的混合物）的效果。没有预计到聚丙烯细条喂料或非织造材料与开松醋酸纤维素纤维丝束具有同样的性质（真要合用的），这种喂料所具有的弹性度比醋酸纤维素纤维大得多。

各种旦尼尔和各种不同聚丙烯含量混合的非织造带或细条，每种都是最便宜的纤维成形，且由于细度小对过滤性能更为有效，也可消除由于对丝束用的添加剂而引起的皱疵问题。它们可以包括不同的纤维组成及不同的旦尼尔，包括如聚乙烯之类的低熔纤维，可与其他的聚烯烃纤维或醋酸纤维素纤维合用，提供具有各种粘合和液体吸收性能的过滤材料。文中一般将用于香烟过滤元件的这种具有各种旦尼尔的纤维称作聚丙烯混合纤维。

为适合大多数使用者的喜爱，香烟过滤条具有的硬度值约在85%以上，最好在90%左右，但不应超过约92%。同样，对于重量在约535克和580克（每一千条）典型的过滤条而言，压力降不应超过约350毫米水柱（一般水压表，以毫米水柱刻度）。

要注意到由聚丙烯纤维制的过滤条的坚实性有增加压力降的趋势，这是与香烟容易“抽”的要求相抵触的。换言之，压力降或“抽”（△P或毫米水柱）和“硬度值”（%F）之间有一相互抵触的关系。这些值是用英国Wembly    Middlesex    Abbey制造集团制的V型“Filtrona硬度和回弹性及压力降测定仪”测定的。

两过滤件之间“抽”起来的均匀性，即压力降的变化小，是同样所期望的参数值，使用聚丙烯混合纤维同样难于获得。换言之，其变系数或“CV”百分率约为7%或7%以下是获得优质过滤的关键。

所以，在操作速度大于200米/分的标准的制备过滤条的装置中，使用聚丙烯混合纤维使得过滤元件同时具有硬度合乎要求、对于吸香烟者来说容易“抽”，均匀性又好这些特性是十分困难的。

根据本发明，向操作速度大于200米/分的标准过滤条制造装置喂给香烟过滤材料的装置，该装置包括有用以在给包复装置喂料的过滤材料上游中维持张力的张力辊及剪切过滤条成过滤元件的装置，该张力辊的张力大小是可调的，其特征在于：香烟过滤材料是聚丙烯混合纤维的非织造带或细条，该张力辊向喂料通路发生偏转，此偏转产生50至200克的交叉力，这样形成了一个绕过此张力辊的V形或U形喂料通路，从而在给定时间内通过张力辊上游点时使单位长度上的喂料量保持恒定。以拉伸张力形式对喂料施加力的结果是，使向包复装置中输入喂料量的速率得到控制，沿过滤元件长度方向上的压力降约不超过350毫米水柱，所说过滤元件的周长约为24.3毫米，每一千根过滤元件的重量约为535至580克，过滤元件的硬度值为84-95，压力降的变异系数百分率不超过7%。

本发明还涉及一项向标准的过滤条制造装置喂入香烟过滤材料的方法，过滤条制造装置的运行速率大于200米/分，它包含有一用以在包复装置喂料中维持张力的张力辊，为了控制在此喂料中的张力，此张力的大小是可以调节的。该喂料方法的特征在于：香烟过滤材料是聚丙烯混合纤维非织造带或细条;一张力辊向喂料通路发生偏转，并使喂料受到50-200克的力，并形成一绕过此张力辊的V形或U形通路，从而在单位时间内通过此张力辊上游点时使单位长度上的喂料量保持恒定。以拉伸张力形式对喂料施加力的结果是，控制了向此包复装置输入物料的速率，此包复装置沿这根过滤元件提供的压力降约不超过350毫米水柱，过滤元件的周长约为24.3毫米，每一千根的重量约介于535和580克之间，此过滤元件的硬度值为84-95，压力降的变异系数百分率不超过约7%。

压力降的变异系数百分率最好不超过约4%。

本发明的装置和方法中，张力辊的作用是确定一个物料进入此包复装置的均匀而又合适的喂料速率。按Rothmans的美国专利3960345的喂料要求，显然可以要求偏离恒定的张力。

将用下面的附图对本发明的有代表性的实施方案作进一步说明，其中：

图1是一设有喂料装置（24）的过滤条制造系统的部份剖面略图，它包括反张力装置，其形式为一安装好的张力辊（25），其宽足以载带一非织造带或细条（10）;并且装于过滤条制造装置（1）的包复装置（14）的上游。

图2是另一种形式过滤条制造体系，在该体系中对施加的添加剂（43A）加以干燥，并在多层非织造带或一层非织造带和细条间形成夹层，同样，也对压力降和硬度加以控制。

图3是，图1和图2中所示张力装置的自动调节所用的优选闭环系统略图，据此，通过一微处理机和开关装置（30B）进行电驱动的电磁线圈（32B）或相似装置代替了手动调节的平衡锤（34A），微处理机和开关装置（30B）轮流负责一个或多个传感装置（31B、33B和36B），这些传感装置使用普通测量装置以测定物料输送速率的变化，给定时间内通过给定点的单位长度喂料量的变化。

详细参考图1，该图示出一手动装置，该装置说明根据本发明用聚丙烯混合纤维非织造带或细条、用没有自动喂料控制的手动调节可生产出合适的过滤元件，喂入的宽约4至12英寸的非织造带或细条（10）的走向是，从供带盘（未画出）出来，穿过喂料辊（11），喂料及记录辊（12），绕过导向辊（17）张力辊（25）。此张力辊（25）是可转动的，安装在一能作往复运动的杠杆臂（26）的一端，（26）固定在支撑于一支撑架（未示出）的轴（27）上。由于此杠杆臂的重量，偏转着的杠杆臂以25至500克的向下张力偏向喂料通路，并形成绕此张力辊的V形或U形通路，其张力部分地由位于杠杆臂另一端，固定在调节柄（35）上的平衡锤（28）及可调平衡锤（34）所平衡。为使喂料恒定，可时时调节平衡锤（34）以获得所希望的张力值（容易地测定其克数）。

然后使非织造带或细条（10）绕过导辊（17）进入过滤条形成装置（1）的包复装置漏斗（15）和包复装置（14），它在这里与由包层喂料辊（5）送出且绕过支撑辊（19）的丝束包层（4）接触，非织造带（或细条）同丝束包层都被送到连续运行的包复运送带（3）上。所说的包复运送带和包层喂料辊都是用电动马达或类似装置驱动的（马达未示出），以使运载的非织造带（或细条）和丝束包层通过包复部分（2）。此通常的制条装置（1）的包复部分包括：（a）牵引、成形和箝制非织造带（或细条）以形成过滤元件芯的装置;（b）包复并将芯包复后的丝束包层固定的装置;和（c）将所制得的过滤条剪切成长度适宜的单个过滤元件（16）的剪切装置，剪切后的过滤元件由包装运送带（18）送到接受处（23）。

图2所示的是图1所示的装置和流程的另一形式，喷头（41A）和从外源（未示出）接来的连接喂料管线（40A）均匀地将一种或多种浓度适宜的改性剂和添加剂（43A）的熔体、溶液、乳浊液或分散液以雾或喷淋的形式喷洒于从喂料辊（39A和42A）送出的两层非织造带或细条之间，用热压辊（12A）将其均匀干燥，绕过导辊（17A）后经过制条装置（1A）的包复装置（14A），制成长度适宜、性能好的过滤元件（16A）。其余和图1所示的相同部件都标有同样的阿拉伯数码，只不过其后加有字母A。

一般用于本发明优选的装置示于图3。图3中，用如图所示的电磁线圈（32B）表示的电驱动质量输送速率控制装置代替了图1中的手动调节平衡锤（35），此电磁线圈的轴固定于杠杆（28B）的末端。据此，用传感器以测定在包复装置（14A）适宜的上游点上过滤条的密度及牵引性，结合使用一般光学仪器或其他传感装置〔包括微传感 器（31B）和自动计程仪（33B）〕测定在给定时间内通过给定点时每单位长度细长或非织造带的喂料量，上述这些测量装置把测得的数据输入微处理机（30B），微处理机再借助可调节的接触开关装置或感应线圈（36B）控制张力辊的位置。此图中其余阿拉伯数字代表的部件和图1和图2中的相似。

由于传统的纤维旦尼尔和密度及压力降之间的限制关系可按本发明加强对非织造织物或细条喂料组分的控制而得以改变，所以对于制造合适的过滤元件，可以使用旦尼尔范围相当大的纤维。例如，可使用每根丝的旦尼尔（dpf）范围约为1-40的纤维及膨松丝束旦尼尔（长丝束混合物9000米重量）达到约50×10³或更高的纤维。

按传统方法，用圆形的或“y”形横切面的纤维即可制造出适宜的长丝非织造织物，这包括热粘合法、纺丝粘合法或针刺法，而其优选的办法是用光热粘合。无论哪一种的重量都约在5-50克/平方米的范围内，其抗张强度足以能承受500克以下的张力值。如果是非织造织物，用旦尼尔数在约1-40dpf或甚至更高的长丝制造出合适的纤维带（4-12英寸宽）或细条。

按图2制得的产品所用的适宜的改性剂，包括如一种或多种湿润剂（以各种多元醇为代表，如丙三醇、甘醇等）、香料和香水（如酮糖和多糖，包括冬青油、留兰香、薄荷、肉桂、水果香料等）和药物（如薄荷醇和减充血剂）的溶液、乳浊液或分散液。

对于本发明的目的，正如所希望的那样，可用其重量范围约为25-90克/平方米或更高的均匀包芯纸，用传统方法包裹经处理或未经处理的纤维带。

在靠杠杆臂重量对于带或细条的向下位置（强制张力）使反张力 装置（即示于图1的张力辊和平衡锤）产生偏转时，在相反的方向（向上）偏转此杠杆，并放一适当重量的可与（35）相匹配的平衡锤于杠杆臂（26）的张力辊相对的一端，也可以获得所需要的张力。

运行时，一般将张力轮调到其张力在约100至200克的范围内（4.5dfp1.5英寸长的纤维，宽9-12英寸），这取决于所希望的过滤元件芯子的量和形式，而为了在条密度和RTD（耐抽吸）方面获得类似的变化，dpf为4.5的长纤维细条需要的张力介于50-200克之间。

为了示范性目的，用下面的实施例和表来进一步说明为了获得特定的过滤条密度，牵引特性及均匀性而加在细条或带上所需的张力之间的关系。

实施例1

将标准的聚丙烯喂料丝束（4.5dpf，其膨松旦尼尔变化范围为58.5-66.8×10³），在受张力为40-200克（控制）的情况下送入过滤条制造装置，该装置即为标准型，和英国伦敦Molens PLC制造的MK5型相同，它为图1所示的本发明装置的一种变型。过滤元件压力降的变化及其坚实性列于下表1中。

实施例2

将基本上与实施例1所述相同的、其膨松旦尼尔约在59.8-66.8×10³间波动的细条送入实施例1的过滤条制造装置，其变化是采用图3所示的反张力装置（一闭环装置），其结果列于下表2中。

实施例3

将具“y”形横断面的全同立构聚丙烯短纤维（4.5dpf，1.5 英寸长）以40±5克/10分钟的速率梳成约25克/平方米的纤维网。将此纤维网送入连续的玻璃纤维带上并用热的钻石花形压辊在140℃/40磅/平方英寸压延下进行微热粘合即可制得需剪切成12英寸宽的实验用带的非织造织物。

用该实验用带作为实施例1的过滤条制造装置的喂料，发现在约100-200克张力下获得了类似的压力降变化和坚实性。

表Ⅰ

过滤条物理性质同香烟丝束张力的比较

膨松    压力降    坚实性

样品    张力    旦尼尔    Rwt    周长    P    CV

号 （g）×10³（g/1000）（mm）（mm WG）（%）（%F）

1（对照）    40    66.8    571    24.17    342    3.9    89.7

2（对照）    40    66.6    676    24.76    334    3.6    89.4

3    50    66.0    557    24.22    327    4.0    88.7

4    50    66.4    562    24.24    336    4.6    89.3

5    50    63.3    549    24.19    325    4.7    88.0

6    50    65.4    564    24.13    339    4.7    88.5

7    50    65.5    554    24.13    339    4.4    88.7

8    100    62.0    548    24.34    290    4.6    85.9

9    100    63.5    551    24.28    300    4.5    86.3

10    100    64.6    553    24.37    302    5.5    86.2

11    100    62.6    558    24.36    301    3.7    87.1

12    100    63.7    556    24.30    292    3.8    88.7

13    150    63.2    549    24.33    289    3.8    85.4

14    150    58.8    534    24.18    284    4.0    85.6

15    150    59.2    529    24.26    280    5.2    86.1

16    150    62.0    534    24.32    279    4.8    85.3

表Ⅰ（续）

过滤条物理性质同香烟丝束张力的比较

膨松    压力降    坚实性

样品    张力    旦尼尔    Rwt    周长    P    CV

号 （g）×10³（g/1000）（mm）（mm WG）（%）（%F）

17    150    62.2    522    24.32    278    4.7    85.8

18    200    60.4    537    24.30    278    5.4    85.7

19    200    59.8    534    24.29    283    4.5    85.3

20    200    59.1    534    24.19    288    4.8    85.8

21    200    59.3    536    24.26    275    3.7    84.7

22    200    59.0    531    24.26    272    4.0    84.3

表Ⅱ

闭环张力控制系统

膨松    压力降

样品    张力旦尼尔    Rwt    周长    P    CV    坚实性

号 （g）×10³（g/1000）（mm）（mm WG）（%）（%F）

1（＊＊对照）    25    66.8    580    24.38    355    10.60    89.0

2（＊＊对照）    25    66.6    575    24.35    350    12.75    87.2

3    50    65.3    583    24.37    347    1.03    89.5

4    100    63.6    575    24.35    342    1.29    89.2

5    150    61.0    571    24.32    342    3.32    89.2

6    200    59.8    535    24.35    333    7.78    88.5

^＊＊手动调节过量喂料

实施例4

重复实施例3，但在一非织造带上预喷以5%的乙酸锌溶液以有选择性地除去低浓度的氰化物气体。然后再将喷过乙酸锌的带干燥，并在两未处理的非织造带间形成夹层。发现其压力降的变化和坚实性可与实施例3中在100-200克范围内变化反张力所得到的这些性能相匹敌。

Claims (6)

1、一种将香烟过滤材料喂入在200米/分以上速度下运行的标准过滤条制造装置中的装置，该装置包括有一在包复装置喂料的香烟过滤材料上游中，维持张力的张力辊及将过滤条剪切成过滤元件的剪切装置，该张力辊张力的大小是可以调节的，其特征在于：

香烟过滤材料是聚丙烯混合纤维的非织造带或细条，

张力辊向喂料通路偏转，并对喂料施加一个50-200克的相交叉的力，使喂料形成一个V形或U形通路，从而在给定时间内通过张力辊上游点时使单位长度上的喂料量保持恒定，

以拉伸张力形式对喂料施加力的结果是，使喂入包复装置的质量输送速率得到控制，包复装置沿一根过滤元件全长提供的压力降不超过约350毫米水柱，过滤元件的周长约为24.3毫米，每一千根的重量介于约535和580克之间，此过滤元件的硬度值介于85和92之间，压力降的变异系数百分率约不超过7%。

2、根据权利要求1将香烟过滤材料送入过滤条制造装置的一种装置，其特征在于：压力降的变异系数百分率不超过约4%。

3、根据权利要求1或2将香烟过滤材料送入过滤条制造装置的一种装置，其特征在于所说张力辊是可转动地装于平衡杠杆的一端。

4、根据权利要求1、2或3将香烟过滤材料送入过滤条制造装置的一种装置，其特征在于：相交叉的力是借助一电子质量输送速率控制装置来改变的，速率控制装置自动检测在给定时间内通过张力辊上游的给定点时每单位长度细条或非织造带的喂料量，并相应地调节在杠杆上的平衡锤。

5、一种向在其速率大于200米/分下运行的标准过滤条制造装置输入香烟过滤材料的方法，它包括在包复装置供料的过滤材料上游中维持张力的步骤和将过滤条剪切成过滤元件的步骤，张力的量是可调节的，其特征在于：

过滤材料是聚丙烯混合纤维非织造带或细条，

用一辊施加50-200克的交叉力，使喂料通路偏转以形成一V形或U形分路，以在给定时间内通过V形或U形分路上游点时使每单位长度上的喂料量保持恒定，

以拉伸张力形式施给喂料上的力的结果是，使输入包复装置中的质量输送速率得到控制，包复装置沿过滤元件的长度上所提供的压力降不超过350毫米水柱，过滤元件的周长约为24.3毫米，每一千根的重量约为535至580克，过滤元件的硬度值介于85和92之间，压力降的变异系数百分率不超过7%。

6、根据权利要求5将香烟过滤材料送入过滤条制造装置的一种方法，其特征在于压力降的变异系数百分率约不超过4%。

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