DE2347001A1

DE2347001A1 - Vorrichtung zur herstellung polymerer fasern

Info

Publication number: DE2347001A1
Application number: DE19732347001
Authority: DE
Inventors: Warren Arthur Brackmann; Daniel Diianni
Original assignee: ROTHMANS OF PALL MALL; Rothmans of Pall Mall Canada Ltd
Current assignee: ROTHMANS OF PALL MALL; Rothmans Benson and Hedges Inc
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1975-04-03
Also published as: JPS5059452A; US3888610A; FR2271031B1; AU5971973A; SE378745B; FR2271031A1; SE7311637L; NL7312154A; GB1400982A

Description

PATiNTANWALTt £ O H / U U I

D R,- I NG, H, FINCKE a Mut.f.i.r.N b.

D ι PL.-ι ng. η. bohr Moi'.Hiro.j. 3, 1·3. September 1973

DIPL.-ING. S. STAEGER

F»rnrufi '24 00 60 Tllijrommn Cloimt München roitichackkontoi M0nch«n 27044

Sonkvvrbindung loyar, Var« nibonk MOnch.n, Konto ί20 404

Mopp. No. 9661

B it I· in dar 4,nfwort ongtbcn

ROTHTiANS OP PALL MALL CANADA LIMITED, Toronto, Ontario, Kanada

Vorrichtung zur Herstellung polymerer Pasern.

lie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung polymerer Fasern, und richtet sich insbesondere auf eine Vorrichtung- zur Herstellung polymerer Fasern und einen Spritzkopf hierfür.

In der hiermit zusammenhängenden Patentanmeldung P 23 21 247.7 ist ein Filter für Tabakrauch beschrieben, welches vollständig aus Elementen besteht oder solche . umfaßt, die vollständig aus nicht-gekräuselten Fasern thermoplastischen, polymeren nicht-absorbierenden Materials mit einem Durchmesser von weniger als etwa 5 Mikron bestehen. Die Erfindung richtet sich auf die Herstellung von Fasern, die geeignet zur Verwendung bei bzw. zur Umformung in solche Filter geeignet sind.

In einem Artikel mit dem Titel "Superfine Thermoplastic Fibres" von Wente ist eine Vorrichtung zur Erzeugung thermoplastischer Fasern extrem geringer Fasergröße beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt einen Kolbenextruder, der

5098U/0955 - 2 -

schmelzflüssiges Material durch eine Reihe feiner öffnungen und direkt in zwei konvergierende Hochgeschwindigkeitsströme aus erwärmter Luft oder einem anderen Gas drückt. In der Düse sind die feinen Öffnungen durch Schlitze gebildet, die in eine flache Fläche einer Hälfte der Düse eingefräst sind und dann mit gleichen Schlitzen in Passung gebracht werden, welche in eine anliegende Oberfläche der anderen Hälfte der Düse gefräst sind. Wenn die beiden Hälften der Düsen zusammengebracht werden, bilden sie eine Reihe von öffnungen. Die beiden konvergierenden Hochgeschwindigkeitsluftströme werden durch zwei längliche öffnungen in der Düse vorgesehen, welche sich parallel zur Reihe von Öffnungen geringfügig über die beiden seitlichen Enden der Reihe hinaus erstrecken.

Die bekannte Anordnung leidet an einer Anzahl von Nachteilen. Unter dem Druck des Kolbenextruders kann es sein, daß die beiden anliegenden Flächen der Düse extrem genau bearbeitet sind und eine extrem hohe Klemmkraft verwendet wird, um die beiden Teile zusammenzuhaltenjU.schmelzflüssiges Material nicht nur an den Öffnungen, was höchst ungünstig ist, extrudiert oder gespritzt wird . Zusätzlich neigt der die Öffnungen umgebende Bereich dazu, während längerer Benutzungedauer zu erodieren, was zu nicht-zufriedenstellenden Ergebnissen führt und wobei die Düse von Zeit zu Zeit völlig ersetzt werden muß. Im Hinblick auf die erforderliche Feinbearbeitung der beiden Hälften der Düse kommt das periodische Ersetzen des gesamten Düsenaufbaus extrem teuer.

Wie darüberhinaus in dem Artikel von Wente beschrieben ist,

— 3 —

5098U/0955

ist der Auslaßwinkel der Luft relativ zu den öffnungen kritisch, da unter einem Winkel zwischen den konvergierenden Luftstrahlen unteih£twa 30°ein hoher Anteil von Faserbündeln erhalten wird, was einen ernsten Nachteil für die Gleichförmigkeit des Produktes "bedeutet. Geringere Anlaufwinkel der Luft erzeugen jedoch längere und damit dünnere Fasern aus dem extrudierten Material. Die im Artikel von Wente "beschriebene Düse ist daher in ihrer Fähigkeit mikrofeine Fasern zu bilden, begrenzt, da ein Kompromißwinkel gewählt werden muß. Die Notwendigkeit, auf diese Weise zu arbeiten, resultiert aus der engen Nachbarschaft der Extrusionslöcher zueinander bei der Konstruktion von Wente.

Der neuartige Spritzkopf nach der Erfindung soll nun so ausgelegt werden, daß er die Probleme des Standes der Technik zu lösen in der Lage ist.

Die Erfindung geht aus von einem Spritz- oder Extruderkopf für schmelzflüssiges polymeres Material, der einzelne Leitungen für das extrudierte Material umfaßt, um das schmelzflüssige Material von seiner Quelle bis zu einem Bereich außerhalb de3 Kopfes zu fördern. Jeder einzelnen Leitung zugeordnet ist ein Heißluftstrom, der sich im wesentlichen parallel hierzu bewegt, wobei die Heißluftströme von einer einzigen Quelle stammen.

So werden nach der Erfindung Einzelluftströme einzelnen Spritzdüsen zugeordnet und die Luftströme haben einen Anlaufwinkel von etwa 0° und sind daher in der Lage, lange' und dünne Fasern zu erzeugen, welche aufgrund der einzelnen Zuordnung der Luftströme und Spritzdüsen und damit der wirk-

5098U/09S5 " ⁴ "

samen Trennungder Fasern voneinander durch den Luftstrom wenigstens während der Periode unmittelbar nach dem Spritzen nicht dazu neigen, Faserbündel zu "bilden.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Polymerfaser bildende Vorrichtung mit dem Spritzkopf. Die faserbildende Vorrichtung umfaßt einen mit dem neuen Spritzkopf ausgestatteten Extruder, eine Fasersammeifläche und ein Tunnelschild, das sich vom Extruder zur Sammelflache erstreckt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen von Zigarettenfiltern der in der oben genannten Patentanmeldung P 23 21 247.7 beschriebenen Art.

Zusammengefaßt kann also gesagt werden:

Die Erfindung richtet sich auf einen Spritz- oder Aus preßkopf für das Extrudieren von mikrofeinen polymeren Fasern, die geeignet sind, um Elemente besonderer Konstruktion in Zigarettenfilter umzuformen, und zwar aus preiswerten ersetzbaren verschleißbaren Komponenten. (wearable components ) Schmelzflüssiges Material wird durch eine Vielzahl einzelner Leitungen im Kopf an Auspreßstellen extrudiert. Warmluft unter Druck wird parallel zu jeder einzelnen Leitung an ihre Auslaßstelle gerichtet, wodurch einzelne Fäden extrudiert werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In denen:

- 5 5C98U/0955

FIgI 1 eine perspektivische !Darstellung einer Vorrichtung zur Bildung einer Matte au3 polymeren Fasern nach einer Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 2 ist ein Teilschnitt durch den Auspreßkopf, wie er in der Vorrichtung nach Fig. Verwendung findet;

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 ist ein schematisches Fließbild eines Verfahrens zum Bilden von Zigarettenfiltern nach einer Ausführungsform der Erfindung.

Eine Vorrichtung IO zur Bildung einer Matte au3 polymeren Fasern mit einem Faserdurchmesser von weniger als 5 Mikron umfaßt einen Extruder 12 irgendeiner zweckmäßigen Konstruktion, der in der Lage ist, schiaelzflüssiges thermoplastisches polymeres Material zu extrudieren. In einem Trichterbehälter ist thermoplastisches polymeres zuzuführendes Material enthalten.

Das polymere vom Trichterhehälter 14 zum Extruder 12 zugeführte Material kann irgendein . natürliches oder synthetisches thermoplastisches Material (polymeres ) sein, das in der Lage ist, als schmelzflüssige Masse extrudiert zu werden und in Fasern in der unten be-

6098U/O966

schriebenen Weise geformt zu werden. Sollen die Fasern bei Tabakrauchfiltern nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Verwendung finden, so muß das thermoplastische polymere Material in der Lage sein, die Temperatur des Tabakrauchs oder wesentliche Zersetzung auszuhalten und muß im wesentlichen inert gegen chemischen Angriff durch den Tabakrauch sein.

Typische Beispiele der polymeren Materialien, die Verwendung finden können, sind Polymerisate oder Mischpolymerisate der Olefine, polymerisierbare Ester und polymerisierbare Polyamide. Polyolefine, die sich verwenden lassen, umfassen Polyäthylen, Polypropylen und polymere substituierte Olefine, wie Polytrifluorchloräthylen. Viele Polyester können verwendet werden, v/ie beispielsweise Polyäthylene, Terephthalate und Polymethyltnethacrylate, Ein typisches Polymethylmethacrylat, das sich verwenden läßt, ist unter dem Warenzeichen "AORYLITE" H.12 im Handel erhältlich. Unter den Polyamiden, die Verwendung finden können, sind Nylon o, Nylon 66 und Nylon 610. Andere thermoplastische polymere Materialien wie Polystyrol können auch Verwendung finden.

Normalerweise wird ein einziges polymeres Material Vom Aufgabetrichter 14 zum Extruder 12 gegeben, obwohl auch ein Gemisch aus zwei oder mehr polymeren Materialien gewünschtenfalls Verwendung finden kann.

Das schmelzflüssige polymere Material wird durch einen im wesentlichen zylindrischen Spritzkopf 16 extrudiert, der genauer weiter unten mit Bezug auf die Pig. 2 bis 4 be-

— 7 —

5098U/O955

schrieben wird. Das polymere Material wird extrudiert und in Pasern durch Hochgeschwindigkeitsheißluft oder ein anderes zweckmäßiges Gas geformt, das über die Leitungen 18 geführt wird. Die resultierenden Fasern im geschmolzenen Zustand passieren in ein längliches Rohr 20 als eine schnell fließende Masse aus Pasern und Luft. Das längliche Rohr 20 drängt die Fasern zusammen und reduziert das Gasvolumen, welches das heiße G&s-Fasergemisch in der Lage ist, während seiner Bewegung einzuziehen, und damit das Volumen der Luft, welches beim Sammeln der Pasern gehandhabt werden muß. Das Rohr 20, das im allgemeinen einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem des Spritzkopfes 16 ist, ist unter Abstand vom Spritzkopf 16 angeordnet und ermöglicht es, daß eine Menge an Kühlluft in das Rohr 20 durch die fließende Masse aus Luft und Fasern durch den Spalt 22 gezogen werden kann. Auf diese Veise werden die Pasern gekühlt und als Einzelfasern -verfestigt, wenn sie aus dem gegenüberliegenden Ende des Rohres 20 austreten; die den Fasern zugeordnete Luftmenge ist von einem Niveau, das gehandhabt werden kann.

Eine mit kleinen Löchern versehene Trommel 24 mit einer luftdurchlässigen, jedoch faserundurchlässigen Oberfläche 26 wird in Drehung um eine horizontale Achse durch die Antriebskette 28 versetzt, wobei de*en Außenfläche .26 in der Bahn der Pasern sich befindet. Die Fasern werden als Matte auf der Oberfläche 26 gesammelt; ein Vakuum wird unter die Pläne 26 über ein Vakuumrohr 30 gelegt, um die Luft zu entfernen, die mit den aus dem Rohr 20 austretenden Fasern gemischt ist.

- 8 50 9 8 14/0955

Die Dicke der Matte aus auf der Oberfläche 26 der Trommel 24 gesammelten Pasern hängt von der Drehgeschwindigkeit der Trommel 24 ab. "Weiterhin kann die Breite der Fasermatte kontrolliert werden, Indern die Oberfläche 26 der Trommel 24 gegen das benachbarte Ende de3 Rohres 20 unter Abstand angeordnet ist. Die minimale ÜÜreite der auf der Oberfläche 26 gesammelten Faseraatte wird durch den Durchmesser des Rohres 20 diktiert. Während die Oberfläche 26 der Trommel 24 auf Abstand korrar.t, wodurch, die Entfernungen gegen das benachbarte Lude des Rohres 20 zunehmen, wird die Breite der i"i£tte größer. Irgendein anderes zweckmäßiges Sammelverfahren für die Pasern kann zur Anwendung gebracht v/erden.

Die auf der Fläche 29 gesammelte Faserplatte besteht im allgemeinen aus einer Vielzahl von einzelnen langen Fasern und ist selbsttragend und kann von der Trunim&lflache 26 in irgendeiner zweckmäßigen Weise als kontinuierliche Bahn 22 entfernt werden, die einem Lagerplatz oder nach Wunsch einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird.

Die Verwendung der Vorrichtung nach Pig. 1 in einem Verfahren zur Herstellung von Zigarettenfiltern nach der oben genannten Patentanneldung P 23 21 247-7 wird unten mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.

Der Spritzkopf 16 der Vorrichtung nach Fig. 1 ist genauer in den Pig. 2 bis 4 dargestellt; Bezug genommen wird auf die letztgenannten Figuren.

Der Spritzkopf 16 ist von allgemein zylindrischc-r Ge-

- 9 5098U/0955

BAD ORIGINAL

stalt, obwohl irgendeine andere zweckmäßige Gestalt verwendet werden kann. Ein schalenartig ringförmig geflanschtes Element 100 hat eine zentrale axiale Öffnung 102, die mit dem schmelzflüssigen polymeren Material im Spritzkopf 12 über den Durchlaß 104 in Verbindung steht. Ein Heizelement 106 umgibt den Darchl&S 104 und hält das polymere i-laterial während der Bewegung durch¹ den Kanal 104 in geschmolzenen ZuKcand.

Eine kreisförmige Platte 108 von eine::. Durchmesser im wesentlichen gleich dem des schalenartigsn Elementes 100 ist mittels Bolzen 110 verschraubt oder in anderer · Weise hieran befestigt, und bildet mit dem schalenartigen Element die Kammer 112, die eine Quelle für schmelzflüssiges polymeres Material für den Kopf 16 bildet.

Ein Positionierungsstift kann vorgesehen sein, um dazu beizutragen, die Bolzenlöcher in der kreisförmigen Platte 108 mit den Buchsenlöchern im Ringflansch des schalenförmigen Elementes 100 auszurichten.

Ein zylindrisches Element 114 ist an die kreisförmige Platte 108 angeschraubt oder auf andere Weise befestigt. Ein Positionierungsstift kann vorgesehen sein, um zur Ausrichtung der Bolzenlöcher im Element 114 auf die Bolzenbuchsen und Löcher in der kreisförmigen Platte 108 . beizutragen.

Das Element 114 ist im wesentlichen vom gleichen Durchmesser wie die kreisförmige Platte 108 und besteht aus einer Scheibe 116 und einer integralen zylindrischen Schürze

609814/0956 - io -

- ίο -

118, die gegen die kreisförmige Platte 108 greift. Das Element 114 bildet hierdurch mit der kreisförmigen Platte 108 eine hohle Kammer 120, die nicht in Fluidströmungsverbindung mit der Kammer 112 steht.

Einlässel22 ( von denen einer in Fig. 2 dargestellt ist) sind in der Schürze 118 vorgesehen, um heiße Luft unter Druck in die Ka:nxer 120 über Leitungen 18 einzuführen. Ein Lufttomperatursensor kann in der Kammer 120 gewünschtenfalls vorgesehen und in einer geeigneten öffnung in der Schürze 118 angebracht sein.

Eine Vielzahl von Öffnungen 124 ist durch die Scheibe von der Kammer 120 zur Außenfläche der .Scheibe ilo hin vorgesehen. Mit Schraubgewinde gelagert oder sonst lösbar · in jeder Öffnung 124 befestigt ist ein Knopf 126, dessen Aufbau klarer aus den Pig. 3 und 4 ersichtlich wird.

Eine große Anzahl von Knöpfen 126 ist gewöhnlich vorgesehen, die in Kreisen angeordnet sind. Jeder Knopf 126 ist üblicherweise unter gleichem Abstand von benachbarten Knöpfen angeordnet und drei benachbarte Knöpfe bilden die Scheitel eines gleichschenleLigen Dreiecks.

Eine Vielzahl schmaler Leitungen 128 erstreckt sich vom kreisförmigen Teil 108 durch die Kammer 120 bis zur Außenseite der Scheibe 116. Die schmalen Leitungen 128 stehen in Fluidströmungsverbindung mit der Kammer 112 über Öffnungen 130, die innerhalb der kreisförmigen Platte 108 von der Kammer 112 zur Kammer 120 ausgebildet sind. Die engen Leitungen 128 stehen jedoch nicht in Strömungsverbindung mit. der Kammer 120. Die engen Leitungen 128 sind in die Öffnungen

509814/0955 -ii-

- ii -

130 eingeschraubt oder sonst auf andere V/eise lösbar in einer kreisförmigen Platte 108 befestigt, wie insbesondere mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben wird.

Die in der Kammer 120 befindliche Warmluft befindet sich im allgemeinen auf einer höher/Temperatur als das schmelzflüssige polymere Material in der Kammer und somit neigt die Heißluft dazu, die extrudierten Pasern durch Wärmeübertragung durch die Wandungen der schmalen Leitungen 128 und durch die kreisförmige Platte 108 zu erwärmen; die Fasern werden im allgemeinen im wesentlichen bei der Temperatur der Wannluft extrudiert bzw. gespritzt. Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, hat jeder Knopf 126 eine axiale Bohrung 152, die in FluidstrÖmungsverbindung mit der unter "Druckstehenden Heißluft in der Kammer 120 über die Öffnungen

133 steht. Jede der engen Leitungen 12S ist lösbar an der kreisförmigen Platte 108 über ein Schraubeleinent

134 befestigt, welches in Schraubeingriff mit dem Gewindeteil 136 der Bohrung 130 der kreisförmigen Platte 108 steht. Das Gewinde!ement 134 erfaßt und sichert ein Ende 138 mit vergrößertem Durchmesser der Leixung 128.

Am Ende der engen, von ihrer Befestigung an der kreisförmigen Platte 108 entfernten Leitung.128 befindet sich eine hohle Nadelleitung 140, die durch die Bohrung 132 im Knopf 126 geht und ein kurzes Stück von der Außenfläche des Knopfes 126 vorsteht.

Ein anderes Strömungsführungselement und Leitungs-

— 12 —

5098U/09S5

BAD ORIGINAL

Positionierungseinrichtungen 142 sind in der Bohrung 132 positioniert und haben eine durchgehende axiale Bohrung 144· Die Nadelleitung 140 steht durch die Bohrung 144 vor. Vorzugsweise ist die Bohrung 144 so dimensioniert, daß sie die Nadelleitung 140 erfaßt.

Das Führungselement 142 ist im Querschnitt im wesentlichen quadratisch, wie in Pig. 4 zu sehen, obwohl auch andere Querschnitte verwendet werden können und bildet Luf ts tr öTiUngsdurchlass ο 146 zvisehen den Außenflächen des Führungselement es 142 und dar V/and der Bohrung 132. Das Führungselement 142 verjüngt sich auch konisch; die Schulter 148 sind vorgesehen, um den konischen Teil des Führungselementes 142 vom ähnlich sich verjüngenden Ende der Bohrung 132 unter Abstand au bringen und einen Luftströmungskanal 150 zu. bilden.

Das Führungselement 142 kann in der Bohrung 132 in der dargestellten Lage befestigt sein oder kann lose hierin positioniert sein, wobei der Luftdruck von der Kammer 120 das Führungselement 142 während des Gebrauchs in im wesentlichen fester Stellung hält.

Zusätzlich zur Luftströmung durch die Öffnung 152 zwischen der Nadelleitung·140 und der Bohrung 136 im Knopf 126, wodurch Fasern von dem schmelzflüssigen polymeren durch die Nadelleitung 140 extrudierten Material gebildet werden, trägt das Führungselement 142 das abströmseitige Ende der Leitungen 128 und verhindert damit im wesentlichen daß die Nadelleitung 140 ihre Position in der Bohrung 132 aufgrund des Luftdrucks verändert.

- 13 509814/0955

BAD ORIGINAL

Ein Ringdichtungaelement 154 kann zwischen jeder. Knopf 126 und der Scheibe 116 vorgesehen sein. Ein Heizelement 156 ist in Eingriff mit den Außenwandungen der kreisförmigen Platte 108 und dem schalenartigen Element 100 vorgesehen, um das polymere Material im scü::.elzflüssigen Zustand zu halten.

Das Vorhandensein der engen Leitungen 128 ermöglicht es, daß das schmelzfluss!ge polymere Material von dar Kammer 112 in einer Vielzahl feiner Fädsn extrudlert wird. Die Bohrungen 132 in den Knöpfen 126 ermöglichen es der unter Druck stehenden Heißluft aus der Kammer 120 "bei hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung 152 im wesentlichen parallel zu jeder einzelnen .Nadelleitung 140 an ihrem Auslaßende ausgeschleudert zu werden.

Diese Konstruktion ermöglicht eine Verdünnung dsr Fasern in mikrofeine Durchmesser ohne eine nachteilige Bildung von zufälligen kröpfen größerer Abmessungen oder von Faserbündeln. Da zusätzlich die engen Leitungen 128 lösbar an der kreisförmigen Platte ICS befestigt sind, können sie während und wenn sie verschlinaer. sind, ausgewechselt v/erden. Da weiterhin die Knöpfe 126 in ähnlicher Weise lösbar an d&r Scheibe 166 befestigt sind, können sie auch ohne weiteres ersetzt werden.

Die Möglichkeit, in preiswerter Weise die Teile den Spritzkopfes auszuwechseln, die während de-r Benutzung; verschleißen, vermeidet es, daß man netv/ar-digerv/eiss, wenn ein solcher Verschleiß aufgetreten ist, eine völlig neui

509814/0955 - 14 -

BAD CRiGiNAL

und damit teure Düsenanordnung vorsieht, wie dies der Fall bei der im oben beschriebenen V&ite-Artikel dargestellten Konstruktion ist.

Handelt es sich bei dem zu extrudierenden I4aterial um "Acrylitö¹ H 12, so liegen typische Temperaturen für das geschmolzene Material im Kanal 104 zwischen etwa 274 bis 280° C ( 525 bis 535⁰F), wobei der Luftstrom in der Kammer 128 eine Temperatur im Bereich von etwa 371 bis 41O⁰C (700 bis 77O⁰F),vorzugsweise 391⁰O (735⁰F) aufweist.

Luft kann dazu gebracht werden, durch die Öffnungen bei einer Geschwindigkeit wenigstens gleich 305 α/Sek. (1000 ft/sec ), vorzugsweise etwa 33,5 m /Sek. ( 110 ft/sec) zu strömen, wobei die Innenwandung der Bohrungen 132 unter einer mittleren Entfernung von etwa 30 bis 40 Tausendstel eines englischen Zolls ( 1 engl. Zoll = 2,54 cm ) von der Außenfläche der Nadelleitung 140 an den Öffnungen ist. Bei solchem Betrieb kann der Innendurchmesser der Nadelleitung 140 zwischen etwa 5 bis etwa 20 Tausendstel eines englischen Zolls variieren, vorzugsweise etwa 16 Tausendstel eines englischen Zolls ( 1 engl. Zoll = 2,54 cm ), während der Außendurchmesser zwischen etwa 23 und 33 Tausendstel eines englischen Zolls, vorzugsweise etwa 28 Tausendstel eines englischen Zolls, variieren kann. ■■

Wenn Nadelleitungen 140 und Öffnungen 152 entsprechend diesen Werten verwendet werden, können die Nadelleitungen 140 von der Außenfläche der Knopfs 126 um ein Stück von etwa 15 bis 25 Tausendstel eines Zolls, vorzugsweise etwa

509814/0955

20 Tausendstel eines Zolls, vorstehen. Bei einer besonders bevorzugten Anordnung haben die Nadellleitungen 140 einen Innendurchmesser von 16 Tausendstel eines Zolls, einen Außendurchmesser von 28 Tausendstel eines Zolls, wobei der Durchlaß 132 einen Durchmesser von 60 Tausendstel eines Zolls an der Öffnung 152 aufweist und der Vorsprung der Nadelleitungen 140 20 Tausendstel eines englischen Zolls beträgt.

Die mit Bezug auf I¹Ig. 1 beschriebene Vorrichtung kann zur Bildung von Filtern für Tabakrauch, insbesondere Zigarettenfilter des Typs der oben beschriebenen Anmeldung angewendet werden. Ein Verfahren, welches sich anwenden läßt, um Zigaretten mit solchen Filtern herzustellen ist in Fig. 5 wiedergegeben. Polymeres thermoplastisches Material, bei dem es sich um irgendeines der oben mit Bezug auf Pig. I beschriebenen Materialien handelt, wird zur Bildung von Fasern, vorzugsweise in einer Paserbildungsvorrichtung der oben mit Bezug auf Fig. 1 bis 4 beschriebenen Art verwendet.

Die polymeren Fasern werden als dünne Matte, typischerweise in der in Fig. 1 gezeigten Art, zusammengefaßt. Die Matte aus Fasern, in welche die Durchmesser sämtlich bei weniger als 5 Mikron, vorzugsweise bei einem mittleren Durchmesser unterhalb 2 Mikron liegen, besteht hauptsächlich aus langen Fasern, die im wesentlichen in der Ebene der Matte angeordnet sind.

Die Fasern, werden dann mit Wasser aufgeschlemmt, wobei eih geringer Anteil an Benetzungsmittel gewünschtenfalls zugegeben wird. Die Fasern in der Aufschiemmung werden ge-

5098U/0955

- 16 -

wünschtenfalls hinsichtlich ihrer Länge beispielsweise durch Schlagen auf Stapelfaserlänge reduziert bzw. zerfasert. Die resultierende Aufschwemmung, in der die Fasern allgemein im wesentlichen von der gleichen Länge sind, wird dann in eine papierartige Bahn geformt. Dies kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise erfolgen, typischerweise, indem man die Aufschwemmung auf ein mit kleinen Löchern versehenes Band aufgibt, welches es der: wässrigen Medium ermöglicht, hier durchzutreten, die Fasern jedoch nicht durchläßt. Der Fas er filz und die riatte zusammen ergeben ein papierartiges Pz'odukt. Bevorzugt wird eine Unterlage für die verfilzten lasern geschaffen, indem man zunächst die Unterlage, typischerveise ein poröses Zelluloseraaterial, auf das for acinose bzw. mit kleinen Löchern versehene Band gibt und dann die Aufschlemmung oben auf die Unterlage gibt.

Die Matte mit der Unterlage v/ird dann getrocknet und in Streifen geschlitzt, die voneinander getrennt werden. Die Breite der Streifen ist typischerweise gleich der Breite des geforderten Pilterelerr.ents.

Scheiben werden von den Streifen gelocht und "bilden eine Vielzahl einzelner Tabakrauchfilterelemente, die vollständig aus thermoplastischen polymeren Pasern von einem Durchmesser von weniger als 5 Kikron bestehen. Die polymeren Pasern in den Scheiben sind im wesentlichen in der Ebene der Scheibe positioniert. V.-ährend diese Elemente allein als Tabakrauchfilter verwendet werden können, bevorzugt man, wenn sie in Zigaretten verwendet werden sollen, daß solche Elemente als eines aus

509814/0955 - 17 -

BAD ORIGINAL

- 17 einer Vielzahl von Filterelementen vorgesehen werden.

Wie in der oben genannten hiermit zusammenhängenden Anmeldung beschrieben, kann ein dreikon&nentiges Filter vorgesehen sein, welches ein Paar von röhrenförmigen Zelluloseazetatfilterstopfen aufweist, die innerhalb eines Halters angeordnet und unter Abstand zueinander vorgesehen sind, wobei die Scheibe im Spalt zwischen den beiden Zelluloseazetatstopfen positioniert ist.

Der Einbau der Scheiben in diese Art von Filter kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise durchgeführt werden. z. B. kann der erste Zelluloseazetatstopfen im Halter vorgesehen sein, wobei die Scheibe in Kontakt mit dem ersten Stopfen positioniert ist, und dann der zweite Zelluloseazetatstopfen im Halter in Kontakt mit der Scheibe positioniert wird. Die Elemente werden in Position in irgendeiner zweckmäßigen Weise abgedichtet.

Da die Scheibe quer zum Weg des Tabakrauchs durch das Filter angeordnet ist und die mikrofeinen Polymerfasern in der Scheibe im wesentlichen in der Ebene der Scheibe sich befinden, sind die Fasern in der Lage, in wirksamer Weise die Partikel im Rauch zu kontaktieren und hieraus zu entfernen. Der Mechanismus der Teerentfernung sowie die Nikotinwerte aus dem Tabakrauch, ohne daß Charakteristiken des Ziehens und des Geschmacks beeinflußt werden, sind voll in der oben genannten hiermit zusammenhängenden Anmeldung beschreiben.

Die in der oben beschriebenen Weise vorgesehenen Filter

- 18 5098U/0955

werden dann an Zigaretten in irgendeiner zweckmäßigen Weise vorgesehen, um Zigaretten mit Filterspitzen zu schaffen.

BEISPIEL

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf das "beiliegende Beispiel beschreiben werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Eine Vorrichtung der in den Pig. I bis 4 dargestellten Art wurde hergestellt, um eine Matte ausAcryliteH 12 Pasern zu erzeugen. Acrylite wurde bei einer Temperatur von etwa 28Cfb( 530° P ) durch einen Spritzkopf, der in den Pig. 2 bis 4 dargestellten Art extrudiert, wobei

an

der Durchmesser/der Polymerextrusionsflache bei 18 englischen Zoll lag und 127 Leitungen 140 mit einem Außendurchmesser von 28 Tausendstel englischen Zolls bei einem Innendurchmesser von 16 Tausendstel englischen Zolls hatte. Jede Leitung 140 war zentral in einer Bohrung 132 mit einem Durchmesser von 59 Tausendstel angeordnet und stand um 20 Tausendstel englische Zoll von der Außenfläche des geeigneten Knopfes 126 vor.

Luft bei einem Druck von 60 lbs wurde in die Kammer 120 gegeben und die Strömungsgeschwindigkeit der Luft an jeder Leitung 140 lag bei 1 1/2 englische Kubikfuß pro Minute. Die Luft wurde an die Kammer 120 bei einer Temperatur von etwa 400⁰C ( 75O⁰P ) gegeben.

Das resultierende Gemisch aus Luft und Acrylite-Päden

509814/0955 - 19 -

wurde in ein Rohr 20 mit einem Innendurchmesser von 18 englischen Zoll und einer Länge von 6 englischen . Fuß gegeben und zwar unter einem Abstand von 4 Zoll vom Kopf 16. Die verfestigten Pasern wurden als blatte auf der Trommeloberfläche 26 bei einer Geschwindigkeit von 60 Fuß pro Minute gesammelt und 3/4 Zoll vom Austritt des Rohres 20 positioniert, was zu einer Matte mit mittlerer Dicke von 3/8 Zoll führt. Vkuuin wurde an die Unterseite der Fläche gegeben, uu die Fasern begleitende Luft zu entfernen.

Eine Prüfung der Matte nach diesem Verfahren ergab eine Masse länglicher Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 bis 2 Mikron .

Änderungen und Abänderungen im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres möglich.

Ansprüche: - 20 -

5098U/0955

Claims

- 20 ANSPRÜCHE

■\lj Spritzkopf mit einem länglichen Körper, einer Einlaßöffnung an einem Ende des Körpers derartiger Ausbildung, daß eine Verbindung mit einer Quelle zu extrudierenden schmelzflüssigen Materials hergestellt wird, wobei eine Vielzahl von Auslaßöffnungen am anderen Ende des Körpers vorgesehen sind, um eine Vielzahl von Fasern aus dem schmelaflüssigen Material zu extrudieren, gegeleinzeichnet durch eine erste hohle Kammer im länglichen Körper in iTuidströmungsverbindung mit &r Einlaßöffnung; einer zweiten Hohlkarnrner im länglichen Körper außerhalb Pluidströmungsverbindung mit der ersten hohlen Kammer; eine Vielzahl schmaler Leitungen in jeder Pluidströmungsverbindung mit der ersten Hohlkammer, die sich durch die zv/eite Hohlkammer außer i¹luidströmung3verbindung mit der zweiten Hohlkammer erstrecken und an den AuslaßÖffnungen enden, und daß die zweite Hohlkammer wenigstens einen Einlaß und eine Vielzahl von Auslässen aufweist, wobei die Anzahl der Vielzahl von Auslässen gleich der Anzahl der Vielzahl von schmalen Leitungen ist, von denen eine jede sich durch eine andere der Vielzahl von Auslässen erstreckt.
2. Spritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die ersten und zweiten Hohlkammern durch eine erste kreisförmige Platte getrennt sind, wobei die zweite Hohlkammer durch die erste kreisförmige Platte gebildet ist und eine zweite kreisförmige Platte unter Abstand zur ersten Platte vorgesehen ist und eine hiermit integral ausgebildete Schürze aufweist, die gegen die erste Platte sich erstreckt und diese kontaktiert; und daß diese

- 21 -

5098U/0955

Yielzahl von Auslassen in der zweiten Platte vorgesehen ist.
3. Spritzkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Körper ein schalenartiges Slement mit einem kreisförmigen Plansch aufweist, der die erste Platte auf der der Schürze abgelegenen Seite erfaßt und mit der ersten Platte die erste hohle Kammer bildet, wobei das schalenartige Element eine zentrale axiale die Einlaßöffnung bildende öffnung aufweist.
4. Spritzkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das die Vielzahl von engen Leitungen lösbar in der ersten Platte vorgesehen ist und daß die zweite Platte eine Vielzahl von Öffnungen hierin aufweist, in deren jeder lösbar ein Knopf mit einer axialen Bohrung im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts vorgesehen ist, der einen der Vielzahl von Auslassen aus der zweiten Kammer bildet; und daß jede der Vielzahl von schmalen Leitungen außerhalb einer anderen Bohrung endet.
5. Spritzkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Knöpfen in einer Vielzahl konzentrischer Kreise angeordnet ist, wobei je drei benachbarte Knöpfe die Scheitel gleichschenkliger Dreiecke bilden und sämtliche Knöpfe oder Kapseln ( 126 ) im wesentlichen unter gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.
6. Spritzkopf nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Knöpfe ( 126 ) eine relativ breite durchgehende Axialbohrung im wesentlichen kreisförmigen Querschnittes auf-

509814/0955

- 22 -

weist, die benachbart ihrem strömungsabwärts gelegenen Ende bis zu einer im wesentlichen kreisförmigen Öffnung mit einem Durchmesser sich verjüngt, der geringfügig größer als der Durchmesser der schmalen Leitungen ist; und daß ein Leitungspositionierer in jeder Axialbohrung in Kontakt mit einer der engen Leitungen vorgesehen ist und die enge Leitung im wesentlichen zentral in der Öffnung positioniert.
7.Spritzkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungspositionierer einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist, wobei dessen diagonale Abmessung im wesentlichen gleich der Breite der Bohrung ist und einen im wesentlichen konischen Querschnitt im wesentlichen entsprechend der Verjüngung der Bohrung aufweist; und daß der Leitungspositionierer ein Distanzstück, typischerweise Schultern auf dem Leitungspositionierer in Kontakt mit der Verjüngung der Bohrung aufweist, um den konischen Abschnitt unter Abstand zur Verjüngung der Bohrung zu bringen.
8. Spritzkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungspositionierer eine zentrale Bohrung von einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem der hohlen Leitung aufweist, die sich durch die zentrale Bohrung erstreckt; und daß der Leitungspositbnierer frei axial zur hohlen Leitung bewegbar ist.
9'. Polymerfaserbildende Vorrichtung mit einem Extruder , mit einem Extruderkopf zum Extrudieren oder Auspressen schmelzflüssigen polymeren Materials aus einer Vielzahl von Auslaßöffnungen, einer Warmluftkammer derartiger An-

509814/095$

Ordnung, daß eine heterogene Masse von Pasern und Warmluft aus dem extrudierten Material gebildet wird und eine Sammelfläche zum Sammeln einer Matte verfestigter polymerer 'Fasern vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Vielzahl 3ron öffnungen im Spritzkopf, in denen jede/Fluidströmungsbahn zwischen der Warmluftkammer und der äußeren Umgebung des Kopfes herstellt; durch eine Vielzahl von nadelartigen Extrusionsleitungen im Spritzkopf, von denen eine jede sich durch eine Vielzahl von Öffnungen erstreckt und an einer öffnung außerhalb des Kopfes endet und die Auslaßöffnungen bildet, derart, daß die Vielzahl von Öffnungen Warmluft aus der Kammer im wesentlichen parallel zu jeder Auspreßleitung fördern, um die heterogene Masse zu- bilden, die sich in einer im wesentlichen geradlinigen Strömungsbahn vom Kopf fortbewegt; und durch ein zwischen Extruder und Sammelfläche vorgesehenes die geradlinige Bahn bildendes Rohr, wobei ein Ende des Rohres unter einem kleinen otück vom Extruder angeordnet ist, derart, daß Kühlluft in das Rohr gezogen werden kann, sich mit der heterogenen Masse verbindet und die Fasern während der Überführung der heterogenen Masse zur Sammelfläche kühlt und verfestigt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelfläche aus einer um eine horizontale Achse drehbaren _t Trommel besteht, die eine mit kleinen Löchern versehene luftdurchlässige, aber/polymere Fasern undurchlässige Umfangsfläche aufweist; und daß eine Luft-.förderleitung der Unterseite der Umfangsfläche zugeordnet ist , um die durchgehende Umfangsllächenluft abzufordern.

PATENTANWÄLTE

0IWNe-H-FINCKtDIPL-ING₁RtOHR

WPL-ING. L STAEGEÄ

509814/0955

Leerseite