2
Vynález se týká výroby polyoleflnového provaze·, po-užitelného v cigaretách a filtr··. Zejména ·· vynález týkázpůsobu a zařízení k· zlepšení kadeření polyolef!nového fil-tračního provaze·.
Je známé, Že filtrační provazee z polyolef inu se vy-rábí rozřezání· polyolef!nové fólie na fibrilky a následující·kadeření· takto fibrilované folie. Kadeření dává fibrHovenéfólii větší objen a způsobuje, že nabyde, takže je podobnějšítradiční· filtrační· eateriálů·, například acetátu celulózy.Polyoleflnový filtrační provazee a jeho výroba jsou popsányv anerické· pat. spise č. 3 880 173· Zákrut dodávaný kadeření· fibrilované fólii je cha-rakterizován četností obloučků a jejich amplitudou. Když jekadeřené vlákno srovnáváno se sinusový· průběhe·, má určitýpočet obloučků na délku jednoho palce (25,4 ·), a každý oblou-ček má jistou amplitudu. Amplituda obloučků se obecně zmenšujes četností obloučků.
Když se z fibrilované polyolefinové fólie vyrobí
I filtrační provazee a z něho se vyrobí filtr pro cigarety,má tento provazee jistou "účinnost", definovanou jako úby-tek tlaku pro danou hmotnost filtračního provazee. Účinnostlze například měřit v milimetrech vodního sloupce na mg( WG/mg). Je žádoucí, aby pro danou hmotnost filtračníhoprovazee byla účinnost co největší. Jednou z cest k jejímuzvýšení je zlepšit a zvětšit frekvenci obloučků a stejnoměrnostfiltračního provaze·. - 3 -
Stejně tak je žádoucí zmenšit kolísání hustotyfiltračního provasce, tak aby každý vyrobený filtr dával * kuřákovi tentýž pocit. Kolísání lse rovněž zmenšit zvýšenímfrekvence obloučků a zlepšení· stejnoměrnosti. Až dosud je velice obtížné dosáhnout podstatnéhozlepšení frekvence obloučků. Kadeření fibrilované fólie lzeprovádět kadeření» mezi ozubený·! koly, falešný» zákrute» ne-bo pěchování» v pěchovací komůrce. První dva způsoby kadeřeníjsou nechanicky onezeny, pokud jde o dosažitelnou Četnostobloučků. Při kadeření v pěchovací konůrce, kde se fibrilova-ná fólie v podstatě nacpe na nepohyblivou stěnu, takže sezhroutí a vzniknou obloučky, neexistují nechanická omezení,avšak pružnost vláken a pnutí vyvolaná fibrilací praktickyznenožnují zvětšit frekvenci obloučků a stejnoměrně zkadeřitplnou délku vláken, Z tohoto důvodu by bylo žádoucí umožnit zvýšenípřesnosti ebloučků a stejnoměrnost fibrilované polyolefinovéfólie v provaz! a tím zlepšit účinnost filtračního provazce. Účelem vynálezu je proto zvýšit frekvenci obloučkůa stejnoměrnost fibrilovaného polyolefinového filtračníhoprovazce a tím zvýšit účinnost a snížit kolísání tohoto pro-vazce·
Podstata vynálezu spočívá v tom, že při výrobě fil- tračního provazce se nejprve vytvoří polyolefinové fólie s molekulární strukturou, potom se tato molekulární struktura - 4 - orientuj· zahřátí· foli· těsně pod její teplotu tavení a dlou- žení· xahřáté folie, orientovaná folie ae pak fibriluje k vy- tvoření propojeného vláknitého rouna, rouno se sahřívá na te- plotu převyšující teplotu okolí a zahřáté fibrilované rouno se kadeří· Předaět·· vynálezu je rovněž zařízení k provádění to-hoto způsobu·
Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady prove-deni znázorněný·! na výkrese, kde značí obr· 1 bloková ache-na zařízení p» výrobu polyoleflnového filtračního provazce,obr· 2 bokorys výhodného provedení topného ústrojí z obr· 1,obr. 3 pohled zezadu na topné ústrojí z obr. 2, a to z rovi-ny 3-3» a obr. 4 vodorovný podélný řez topný· ústrojí· z obr.a 3, vedený rovinou 4-4 na obr. 2.
Ha obr. 1 je scheeaticky zakresleno blokové schenazařízeni 10 pro výrobu polyolef!nového filtračního provazce.Zvolené polyaery se siíchají v aixéru 11· Polyoleflnový fil-trační provazec se 8 výhodou vyrobí z polypropylenu, obsahu-jícího aalá nnošství polyethylenu a bělidel·
Polyolefinová folie se vyfukuje nebo vytlačuje ve vy-fukovací· stroji 12, což je běžný stroj tohoto typu. Vyfukova-cí stroj 12 vytvoří válcový rukáv z polyolefinová folie, kte-rá né tlouštku mezi 20 až 50 jau a s výhodou asi 35 Z ru-kávu se pak tvoří dvouvrstvový útvar, který přichází podle vý-hodného provedení do rozřezávacího a rovnacího stroje 13, kde - 5 - je rozřezán s výhodou na tři dvouvrstvová pásy. Ty ee pak po-loží na sete a vytvoří šestivrstvový pás· Tento šestivrstvový
R pás 8· pak s výhodou podélná rozřízne na dva pásy, které sezpracovávají paralelně, což unožňuje soušasnou výrobu dvoušarží s případně rozdílnými vlastnost·!. V následující disku-si bude popsán průběh pouze jednoho z těchto dvou paralelníchpásů, přišeež druhý je podrobován v podstatě stejnéau zpracování. šestivrstvový pás se pak vede do orientovscí pece 14,kde se zahřívá asi na 160 °C, tedy těsně pod teplotu tavení•ateriálu, a přitoa se dlouží aezi dvěaa soustava·! válců.Soustava odtahovacích válců rotuje asi pětinásobnou až tři-náctinásobnou rychlostí a s výhodou sed·!- až desetinásobnourychlostí přívodních válců. Tato "orientace" srovná Bolekulár-ní strukturu fólie a vytvoří tak fyzikální charakteristikynezbytné pro fibrilaci. Tlouštka fólie se rovněž zneněí nahodnotu asi 8 až 17 ^in a s výhodou asi na 12,4 ^u·, což jevyvoláno dloužení· při rozdílných rychlostech válců.
Orientovaný pás fólie pak přichází do fibrilašníhomechanismu, který z fólie vytvoří vlákna. Provádí se to tak,že se fólie uvádí do styku s poaěrně velký· poště· relativ-ně jeaných hrotů, které jsou zasazeny v jedno· nebo několikafibrilašních válcích, které rotují, když přes ně fólie pře-chází. Folie se dotýká povrchu válců pouze asi ns kruhové·oblouku odpovídajícím 20 ař 4) 0 a e výhodou 37 °, přičeažrychlost fólie je přibližně dvojnásobná než rychlost pláště - 6 - fibrilačnich válců· Pověr rychlosti fólie a rychlosti fibri-lačních válců se nazývá "fibrilační pověr*· V důsledku fibri-lace se při roztaženi pásu do stran objeví propojená sít vlá-ken s jistý· anožstvía volných konců. Tyto volné konce aohoupři filtraci hrát značnou ulohu, přičeaž čía vyšší je obsahvolných konců, tív je filtr lepši.
Podle vynálezu se pak fibrilovaná fólie vede parnískříní 16, jak bude ještě dále podrobně vysvětleno. Po průcho-du parní skříní nebo bezprostředně po fibrllacivběžně znánýchstrojích na výrobu filtračního provazu se fibrilovaný prova-zec nebo kabel kadeří. Jak bylo uvedeno, existuje několik ty-pů kadeřících zařízení, pro vynález je však nejvýhodnější pě-chovací koaůrka 17, do které se fibrilovaná fólie přivádí vyso-kou rychlostí. Tato pěchovací koaůrka 17 je uzavřená, takžepřiváděná fólie se ohýbá a zhroutí se na nateriál, který jev koaůrce 17 již přítonen. při kadeření, alespoň v pěchovacíkovůrce, vznikají jak "privární” tak "sekundární" obloučky.Priaární obloučky jsou obloučky vlastních vláken, kterých jeasi 2? až 60 na délku $$lce (25,4 bb) a které vají aBplituduasi 300 až 600 yia, zatíaco sekundární oblouček je tvořen aa-kroskopickýn přehýbánía pásu na způsob haraoniky jako celku.PriBární obloučky jsou žádoucí, zatíaco sekundární obloučkyse ausejí před výrobou filtrů z provazce odstranit.
Zkadeřený provazec pak přichází do vrstvícího eecha-nlsnu 18, kde se přívodní hlava vratně pohybuje a ukládá 7 - zkadeřený provazec do nádoby· Vrstvy provane· v nádobě a·pak slisují a nabalí v balíkovacím nechánisnu 19, a balíkyse po rozbalení a odstranění sekundárních obloučků nohou rov-nou použít k výrobě cigaretových filtrů. fihfag y narní skříní 16 slcněuía arissArní —Ηχ—η6νν.která lne vytvořit ve fibrilovanán provázel. Zahřívání fibri-lovaaáho provazce odstraňuje napětí a pnutí, která byly vyvo-lány orientací v orientovací peci 14 a ve fibrilačním nechanis-nu 1S>. a způsobuje regulovaná smrštění vláken. Kontrolovaná"popouštění” umožňuje, Se se do pěchovací komůrky 17 přivádíhonogennější hnota vláken, čímž se snižuje síla potřebná k vy-tvoření obloučků. Zahřívání podle vynálezu je nejučinnějáí,když se provazec přivádí do pěchovací konůrky 17. pokud jejeho teplota vyšší než teplota okolí.
Podrobnosti parní skříně 16 jsou patrná z obr. 2 až 4.Provazec prochází parní skříní 16 ve sněru označeném šipka-mi A, přičemž vstupuje vstupní štěrbinou 30 a vystupuje nezná-zorněnou výstupní Štěrbinou na protilehlém konci parní skří-ně 16. Parní skříň 16 je rozdělena na horní komoru 20 a dolníkomoru 21 vodorovnou přepážkou 40, opatřenou protáhlými otvo-ry JÉL· Pára se vpouští parní trubkou 42 a je regulována regu-látorem 43 tlaku a měřena průtokoměrem 44. Parní trubka 42 je .zakončena v dolní komoře 21, kde má perforace J2, jimiž péravniká do dolní komory 21. Pára potom proudí vzestupně protáhlý-mi otvory 41 a přichází do styku s provazcem v horní komoře 20, - 8 -
Kondenzát odtéká vypouětěcí trubkou 22. a nezkondenzovanápára odchází vstupní Štěrbinou 30 a neznázornánou výstupníŠtěrbinou. Těsná přiléhající víko 23 lze podle obr. 3 zdvih-nout pákový· raaenem JI, které Bůže být připevněno napříkladk neznázorněnému hydraulickému válci. Pára se vede parní skříní 16 při teplotě aezi 95 °Caž 120 °C, s výhodou asi 100 °C, při průtočné rychlosti me-zi asi 2 kg za hodinu až 10 kg za hodinu, s výhodou asi 3 kgza hodinu. Rychlost provazce procházejícího parní skříní 16je zvolena tak, aby jeho prodleva v parní skříni 16 byla me-zi 0,1 s a 6,0 s, s výhodou asi 0,2? s.
Rovněž je nožné, aby se fibrilovaný provazec zahřívalpřed kadeřenín poaocí jiného zařízení než je parní skříň 16.Provazec například Bůže procházet horkovzdušnou nebo infračer-venou pecí. Rovněž lze provazec navlhčit a vést jej mikrovln-nou dutinou. Konečně může provazec procházet přes topnou des-ku, například desku z nerezavějící oceli vytápěnou horkýmolejem, který jí protéká, nebo jakýmkoliv jiný· topný· ustro-jí·.
Vliv zahřívání polyolefinového provazce před kadeření·na účinnost filtru je doložen následujícími příklady. - 9 - Příklad 1
Saěs obsahující 92 % polypropylenového hoaopolyaerus tavný· index·· 1,8 (aěřeno podle noray ISO 1133 při teplotě200 °C, 2,16 kgf) 7 % polyethylenu s nízkou hustotou a s tav-ný· indexe· 1,0, Měřený· podle noray ISO 1133 při teplotě190 °C, 2,16 kgf), a 1 % polypropylenové předsaěai a obsahem29 % heotnoSU. oxidu titaničitého (jakost rutil, jeaná krysta-lické struktura, aikroniaované částice) byla vytlačována běž-nou vyfukovací technikou a byla vyrobena fólie o tloufitce 39 ^p··Folie byla rozřezána na 6 dílů stejné Šířky, které byly polože-ny na sebe a orientovány v podélné· saěru při dloužící· poaěru8:1, Číaž vznikly fólie tlouStky 12,4 ^pa. Orientované fóliepak byly vedeny kole· Části obvodu ojehleného flbrilačníhoválce za následujících podnínek: průeěr flbrilačního válce (·) 190
Jehly nebo hroty byly uspořádány přesazené ve dvojicích rovno-běžných řad, které běžely přes válee v čárách skloněnýchk rovnoběžká· s osou válce, přičeaž příao sousedící dvojíce řad oěly opačný sklon·
Počet řad hrotů 180
Hustota hrotů v každé řadě 29/29,4 mi Úhel sklonu hrotů (úhel aeai hroty a tečnou k válci v opačném saěru než je rotační pohyb válce) 60 0 Výfika hrotů 1
Průaěr hrotů 0,4953 « 10 -
Oblouk doteku filau fólie a válce 37 0 Přívodní rychlost fólie 144 a/ain
Obvodová rychlost flbrilačních válců 288 a/ain (Pibrilační poaěr 2,0 ; 1).
Takto vyrobené fibrilované fólie aěly celkovou lineár-ní hustotu 32 000 denier a byly kadeřeny v pěchovací koaůr- ce.
Takto vyrobené tvarované rouno spojené v provasec by-lo podrobeno odstranění zákrutu znáaýa způsobea, číaž vznikla vločkovitá haota, jejíž charakteristiky byly aaplitudaobloučků 360 a frekvence obloučků 29,8 na 25,4 ·
Když bylo tohoto Materiálu použito na výrobu filtrač-ních tyček v noraálnía zařízení na výrobu filtrů, něly fil-trační tyčky následující vlastnosti; ain. aaz délka filtrační tyčky: 66 aa obvod filtrační tyčky: 24>55 ne čistá haotnost fibrilováného - provazce na filtrační tyčku (ag) úbytek tlaku v tyčce při průtoku 246 288 1050 al/ain (aaWG) 174 239 účinnost (%) kolísání haotnosti tyčky koeficient kolísání (%): 1,9 71 83 - 11 - Příklad 2
Tlbrilovené foli·, vyrobené ^ůsebe· podle příkladu 18 celkovou lineární hustotou 32 000 denier, byly podrobeny tépelnéau šoku působení· aokré páry. Bylo to provedeno tak, Sese vlákna vedla parní skříní, přičenř byla držena nezi dvoji-ce· i válců, dřív neš byla kadeřena v pěchovacl konůrce. Délkaparní skřínš byla 600 a doba prodlevy v ní byla 0,25 a.Teplota páry byla 100 °C a průtočné enoSstvi bylo k 3 kg/hod.Pozorovaný rozdíl rychlosti nezi páry válců byl 2 %, příčenídvojice odtahovacích válců rotovala poaaleji v důsledku sarŠ-tění folie, vyvolané teple·.
Vyrobený provazec byl podroben odstranění zákrutuznány· způsobe·, takže vznikla rozvolněná vločkovitá hnota,která Běla anplitudu obloučků 324 ^B a frekvencí obloučků42,1 na 25*4 e·· z. Při výrobě filtračních tyček tohoto nateriálu v běž-né· zařízení na výrobu filtrů byly vyrobeny filtrační tyčkys následující·! vlastnost·!: nin. aax. délka filtrační tyčky: 66 · obvod filtrační tyčky: 24,55 ·· Čistá heotnost fibrilovaného provazce na filtrační tyčku (ng) 276 323 úbytek tlaku v tyčce při průtoku 1050 al/ain (naWG) 194 283 Účinnost (%) 70 88 kolísáni hmotnosti tyčkykoeficient kolísání (%): 1,14 - 12 -
Jak je patrné z příkladů, je rozsah účinností, do- sažitelných zahřátí· před kadeření·, podstatné vyiéí než roz- sah dosažitelný bez zahřívání, přičeaž kolísání haotnoatl filtrů je podstatné ·βηδί.
Je tedy zřejaé, že způsob a zařízení uaožňují zvý-šit frekvenci obloučků a zlepšit stejnoměrnost fibrilovanéhopolyolefinového filtračního provaze· a tedy zlepšit účinnostfiltračního provazce a snížit kolísání jeho jkkosti. Pro od-borníka je samozřejmé, Že vynález lze realizovat i jinými nežpopsaný·! zařízení·!, která vynález pouze vysvětlují, ale ne-omezují.