CN1353624A - 形成具有熔喷芯元件的熔喷滤筒的方法和设备及由其形成的滤筒 - Google Patents

Abstract

一种滤筒,其可具有芯元件,该芯元件由不确定长度的连续合成聚合芯纤维的非过滤自支承非织造团形成,和至少一个环形过滤区层,该环形过滤区层由非织造不确定长度的连续合成聚合过滤纤维团形成。在通过向成形芯轴上熔喷合成聚合芯纤维流来制造滤筒期间,非织造芯元件最好现场成形。非织造芯元件在过滤区纤维熔喷于其上之前完全固化,因此芯纤维和过滤纤维主要以相互机械互锁以代替熔粘于其上。通过使预型件承受强制冷却空气以便使显著的滤筒收缩一直最小(如果不能完全消除的话),则预定长度的滤筒可由不确定长度的上游滤筒预型件切割而成。另外,切割器组件可侧向安装在预型件横向上,但在切割操作期间能与预型件速度同步的纵向运动。另外,切割器组件可在预型件的横向安装,但在切割操作期间能够与预型件速度同步地纵向运动。

Description

形成具有熔喷芯元件的熔喷滤筒 的方法和设备及由其形成的滤筒

                     本发明的领域

本发明通常涉及流体过滤领域。特别是，本发明涉及筒状可任意使用的滤筒，和制造其的方法和设备，该滤筒包括芯元件和围绕芯元件的非织造熔喷过滤介质。

                     本发明的背景

由熔喷不确定(连续)长度的聚合纤维的非织造团形成的滤筒是公知的，它广泛用于流体过滤。典型的，通过使聚合物穿过与熔喷模相关的孔口挤压以形成连续长度纤维，并将该连续长度纤维引向轴向细长的旋转芯轴来制造这种熔喷滤筒。在熔喷期间，惰性气体(例如空气)流作用于熔融纤维上，以便将纤维削弱成较细的直径并将削弱了的纤维随机分布在芯轴上。因此，随着时间的过去，非织造随机混合的固化纤维的环形团堆积在芯轴上。因此，熔喷纤维的堆积团相对于熔喷模的受控制的轴向运动允许不确定长度的筒状滤筒连续成形。

这种熔喷滤筒在以前已经提出过，它采用连续制造和不用单独的芯元件。例如，无芯熔喷滤筒在授予Szczepanski等人的美国专利5340479(以后称之为“Szczepanski等人的’479专利”)中已公知。根据Szczepanski等人的’479专利，无芯熔喷滤筒由指向旋转芯轴的聚合纤维流形成，在制造过程中，该旋转芯轴用来支承熔喷聚合长丝。生成的管状过滤部分随后从芯轴轴向回缩，并包括非织造聚合长丝的中心支承区，和围绕中心支承区的非织造聚合长丝的过滤区。

具有单独的中心芯元件的管状滤筒也是公知的。在这方面，聚合纤维的变细流通常熔喷在旋转和轴向平移的芯元件上，在此，纤维允许聚集成非织造纤维团。这样，在制造过程中和后来的当滤筒就位工作时的过滤期间，芯元件形成非织造纤维团的整体中心支承结构。然而，这种滤筒与整体芯元件的成形在连续制造的基础上有些问题。

在本领域中存在一些建议，涉及在连续制造的基础上制造具有整体单独的芯元件的滤筒。例如，授予Pall的美国专利4112159和4116738(以后称之为“Pall的’159和’738专利”，其全部内容在此提供作为参考)公开了借助共轴的相互交叉的间隔件使顺序预成形的芯元件端对端临时相接，因此，在熔喷滤筒连续制造期间，相接的预成形芯元件能够作为一个单元相对于熔喷模旋转和轴向平移。熔喷纤维层顺序地在间隔件的约中点处切割，以留下在每端延伸超出芯元件的搭接处，从而有可能通过回收下一个间隔件的芯部分来拉出过滤长度。推测起来，从过滤长度切下的间隔件重新用于Pall的’159和’738专利中所公开的过程。

作为利用预成形芯元件的一个替代例子，Pall的’159和’738专利还公开了借助连续可转动管状挤压模现场成形的芯元件。这样，芯元件在连续地以具有开口中心通道的管状形式挤压成连续长度。在接收熔喷纤维之前，挤压的芯元件通过切割装置开孔或切缝，以提供若干流体从中经过的孔，以进入芯的中心开口通道。

在Pall的’159和’738专利公开的技术并非无缺点。例如，当将间隔件用作与预成形的芯元件以端对端方式连接的装置时，必须经过熔喷纤维介质在间隔件的约中点处切割，以便将滤筒的最大长度限制在预成形芯元件的长度。而且，并非完全贯穿熔喷纤维介质和间隔件进行切割，否则将导致间隔件的浪费，从而增加滤筒的总体制造成本。另一方面，芯元件的连续挤压一定与提供的可旋转的挤压模和芯穿孔装置有关，考虑到已经预成形的芯元件，该芯穿孔装置可能不会具有成本效率。

最近，制造具有预成形芯元件的连续熔喷滤筒的技术在授予Mozelack等人的美国专利5653833(以后称之为“Mozelack等人的’833专利”，其全部内容在此提供作为参考)中公开。根据Mozelack等人的’833专利，预成形热塑元件以端对端的方式共轴摩擦焊接，因此，芯元件整体相互连接。这样，在不确定长度的筒状熔喷滤筒连续制造期间，整体共轴连接的预成形芯元件可作为一个单元相对于熔喷模旋转和横移。随着聚合纤维熔喷到连接的芯元件上，滤筒预型件可切割成所需的长度(最好在线完成)。

                      发明内容

广义上说，本发明涉及具有芯元件的滤筒，该芯元件由不确定长度的连续合成聚合纤维的非过滤自支承非织造团形成，并具有由非织造不确定长度的连续合成聚合纤维团形成的至少一种环形过滤区层，还涉及制造这种滤筒的设备和方法。

最好，在通过朝向成形芯轴的熔喷合成聚合纤维流制造滤筒期间，非织造芯元件现场成形。形成芯元件的纤维具有足够的直径和/或密度，以限定高度敞开的横截面的非织造母体结构，该母体结构在正常的过滤条件下不具有过滤功能，但还给芯元件赋予充分的轴向和径向刚度，以便在制造和过滤期间充分支承过滤区纤维。即，一旦成形，芯元件提供成形芯轴，在该成形芯轴上可堆积随后熔喷的过滤区纤维。

重要的是，在其上熔喷过滤区纤维之前，芯元件的非织造纤维团必须完全固化。即，根据本发明，过滤区纤维与形成芯元件的纤维团主要靠机械互锁，以代替在其上的熔粘。以这种方式，芯元件的相对敞开的孔结构可保持在完成的滤筒产品内(即这样它不预形成过滤功能)。

预定长度的滤筒可由不确定长度的上游滤筒预型件切割而成，该上游滤筒预型件具有围绕熔喷纤维芯元件的非织造熔喷过滤区纤维的熔喷环形层。根据本发明，通过使预型件承受强制冷却空气以便使显著的滤筒收缩一直最小(如果不能完全防止的话)，则可获得非常精确长度的滤筒。另外，切割器组件侧向安装在预型件上，但在切割操作期间能与预型件速度同步的纵向运动。以这种方式，可对预型件进行非常精确的切割，这不一定需要下游修整，以获得精确的标称滤筒长度。

下面，通过对本发明的优选典型的实施例进行详细的描述，本发明的这些和其它方面和有点将更清楚。

                      附图说明

下面参考附图，其中在不同附图中相同的附图标记表示相同的结构元件，其中：

图1是根据本发明的典型的优选设备的示意性平面布置图；

图2A是根据本发明的熔喷分组件的略微放大的平面图，它用于形成中心芯元件和其上的非织造过滤纤维的环形区；

图2B是根据本发明的冷却组件的略微放大的平面图；

图2C是根据本发明的滤筒切割/传送组件的略微放大的平面图；

图2D是根据本发明的端部修整组件的略微放大的平面图；

图3是沿图2A中线3-3截取的如图2A所示的熔喷组件的放大的横截面立视图；

图4是芯成形芯轴和芯驱动系统的透视图；

图5是沿图2B中线4-4截取的如图2B所示的冷却分组件的放大的端立视图；

图6A-6D是通过切割分组件将滤筒预型件切割成预定的滤筒长度的操作顺序的透视图；

图7A-7D是根据本发明利用传送和端部修整组件的操作顺序的透视图；

图8A-8C是根据本发明的传送和端部修整组件的纵向侧立视图，它表示基本结构部件的按比例运动，以适应不同修整长度的滤筒；

图9是第二切分割组件的上游的透视图，当主要的切割系统不工作(例如允许锯片在主要的切割分组件上变化)时，该第二切割分组件使上游制造系统能够工作；和

图10A和10B是根据下面的例子制造的本发明的典型的熔喷芯元件的分别放大倍数为20X和35X的显微照片。

                   具体实施方式

附图1表示可用于本发明的滤筒生产设备FCA中的优选装置的平面图。在这方面，设备FCA通常包括芯元件生产子系统10、过滤纤维生产子系统100、预型件冷却子系统200和切割与传送子系统300。通常，芯元件子系统10用来熔喷大量的非织造纤维，以形成筒状芯元件。然后，非织造芯元件连续纵向经过过滤纤维生产子系统100，在此，过滤纤维熔喷到连续旋转和纵向平移的芯元件上，以形成具有足够径向厚度的非织造熔喷过滤纤维，作为形成其上的环形过滤区。然后，滤筒预型件连续穿过冷却子系统200，在此，冷却空气引导到预型件上，以确保形成预型件的所有纤维固化和冷却至使后期收缩显著最小(如果不能完全防止的话)。然后，冷却的滤筒预型件在切割与传送子系统300内精确地切割成预定长度。然后，切割成预定长度的各个滤筒可由子系统300传送到或者产品收集料箱PCB，或者可以如所希望的传送到下游的修整/包装站FPS。

附图2A以略大的详图表示芯元件生产子系统10和过滤纤维生产子系统100。针对芯元件生产子系统10，可以看到纵向取向(即相对于滤筒预型件FCP的纵轴线和在制造期间其运动的轴线方向)芯轴12借助轴承座14在其近端12a以悬臂方式安装到机框MF上。芯轴12在所选择的旋转方向上通过传动带20旋转，该传动带20将马达(未表示)的输出链轮22与主动链轮24刚性连接，该主动链轮24由芯轴12的端12a刚性支承。

热塑小球通过长丝挤出机EC熔化，并借助聚合物管线PL1传送到长丝芯模组件DC。如所公知，来自挤出机EC的熔融聚合物经过适当尺寸的孔口挤出，以形成借助气流引向旋转成型芯轴12的纤维，该孔口与熔喷模DC相关联。这样，从模DC产生的纤维收集在芯轴12上，并利用压辊30加压，以形成芯元件(在附图2A中用参考标记CE以假想线表示，还可参见图4和5)。

压辊30可借助气压缸组件34移向和离开收集的纤维，以便在成形期间给芯元件纤维赋予所需的压力。而且，压辊30最好在上游方向略微变细(即略微成锥形)并相对于芯轴12的轴线成一定角度，以便当由模DC产生的纤维流的积累形成芯元件CE时，芯轴与该芯元件CE的厚度尺寸相适应。这样，压辊30的倾斜取向形成压辊30的上游端和芯轴12的刚好相对的表面之间的上游间隙，与压辊30的下游端和芯轴12的对应相对的表面部分之间的下游间隙相比，该上游间隙的尺寸较小。

如图2A所示，模DC相对于压辊30最好不对准(即并非正好相对)。由于这种不对准，从模DC产生的纤维流的上游部分开始自由地聚集在芯轴12上，且不与压辊30接触。结果，接着从模DC产生的一些上游纤维的这种初始聚集被迫穿过压辊30的上游端和芯轴12之间的上游辊隙(即，在成形期间由于芯元件CE的向下游轴向平移)。这样，这些初始的上游纤维受压到一定程度，从而当完成时形成芯元件CE的较平滑的内表面。通过由模DC收集纤维的区域提供具有孔的芯轴12有助于这种内部平滑的形成。正压空气流通过管线12c供给芯轴12的空心内，这样，穿过该区域中的孔离开，在该区域，芯元件纤维被收集在芯轴12上。结果，压缩空气有助于由模DC产生的纤维的冷却和固化和收集在芯轴12上，在轴向平移到过滤纤维生产子系统100期间，这还有助于芯元件CE从芯轴12的自由终端12b离开。

芯元件驱动组件40布置在熔喷模DC的下游。如图3和4可能更清楚地所示，驱动组件40包括下从动辊42，和一对横向从动辊44。该辊42和该对辊44绕芯元件CE的外周基本上等间距地相互间隔开。辊42通过轴承座42-1安装以便旋转运动，该轴承座42-1刚性地固定在机框MF的部件上。另一方面，每个辊44通过轴承座44-1安装以便旋转运动，这些轴承座44-1依次刚性地固定在安装板44-2上。安装板44-2本身通过轴44-3安装，以便朝向和离开芯元件CE作枢转运动。安装板44-2与汽缸44-5的致动臂44-4连接。这样，汽缸44-5的致动将使板44-2绕相应轴线44-3旋转，以便使辊44离开或朝向芯元件CE移动。

辊42和44由链轮和链条组件50驱动，该链轮和链条组件50依次与驱动马达(未表示)可操作地连接。辊44的旋转轴线略微倾斜，但有意义地以一种方式迫使芯元件CE在下游方向轴向平移(即向上离开图3的平面的方向)。这样，现场预成形的芯元件CE以预定速度(即由辊44的倾角和/或旋转速度确定)从芯轴12的自由终端12b连续移出，并传送到下游过滤纤维生产子系统100。即，在子系统100内的过滤纤维的熔喷过程中，在驱动组件40的下游，芯元件CE用作成形芯轴和基底支承装置。球连接联接器12c设置在芯轴12的终端12b与其余的刚性上游成形部段12d(即在子系统10内在其上熔喷有芯元件纤维的芯轴12的部段)之间。这样，球连接联接器12c允许终端12b绕垂直于上游成形部段12d的轴线的两个轴线自由地成角度地移动。在系统启动过程中，这种运动的自由度通常非常重要，以允许在启动过程中形成的初始(通常非完整的)芯元件部段与辊42和/或44保持接触。

如图10A和10B的显微照片所示，芯元件CE包括熔喷带状索的非织造团。即，这些带状索包括多个小直径连续长度的熔喷纤维，这些熔喷纤维沿其相应外周表面的至少纵长部分基本上相互并排聚结。这样，术语“索”意指多个单根连续长度熔喷纤维沿纤维的纵向在各轴向延伸位置相互熔粘，这些单根纤维基本上为并排关系，并且相互不可分，以形成带状(即基本上平面的)多纤维结构。在芯元件CE内的这些索在其相应交点处还相互热粘合，因此芯元件CE特别是在冷却后非常刚性的。

这些带状索的标称直径(即完全围绕或界定索的横截面几何形状的圆的标称横截面直径)在约100至约1500微米之间，最好在约200-900微米之间。这样，这些非织造索形成相对开口的母体，该母体具有大于约30％，通常大于约50％的平均空隙率(空隙容积)。特别是，根据本发明的芯元件CE的优选的平均空隙率(空隙容积)在约30％至约80％之间，较佳的是在约50％至约60％之间。

由于芯元件结构产生的芯元件CE的高度多孔结构和较大的孔径尺寸，事实上它不具有过滤功能。即，术语“过滤”意指在包含百万分之(ppm)200个粒子污染物质和以2.5加仑/分(gpm)速度流动的水在流动至少约30分钟后观察到的压差(ΔP)的实质上的增加，在此，体积占至少50％的具有约65微米或更大的平均尺寸的粒子穿过芯元件的芯壁，该芯元件具有1.07英寸内径(ID)×1.5英寸外径(OD)×10英寸长度的尺寸。这样，当根据上面刚提到的条件，在流体流经芯元件30分钟后观察到实质上无压差时，基本上无“过滤”产生。即，因此，基本上无压差增加表示芯元件纤维母体中表现出最少(即使有的话)截留的微粒。

如上所述，芯元件CE向下游连续传送到过滤纤维生产子系统100。特别是，过滤纤维在子系统100熔喷到连续(和同时)旋转以及轴向平移的芯元件上。最好的是，过滤纤维生产子系统100是根据授予Barboza等人的美国专利5591335(其整个内容在此提供作为参考)所述的。即，若干(例如在附图中表示的实施例中的情况下为3个)熔喷过滤纤维模DF1-DF3设有由相应挤出机FE1-FE3产生的熔融热塑聚合材料。至少一个附加的熔喷模DF4供以由与其相关的挤出机FE4产生的熔融热塑聚合物的单独的分料流。这导致由模DF4产生的长丝流冲击传送辊102，该传送辊102将模DF4产生的长丝流传送到与由模DF1、DF2和DF3产生的至少其中一种纤维流共同定位。例如，在所示的实施例中，由模DF4形成的纤维实质上与由模DF2形成的纤维共同定位，当然可以认识到模DF4的定位可移动以改变这种纤维的位置。

这样，产生的滤筒预型件(在图2A中由参考标记FCP以假想线表示)最好包括过滤纤维环形带或环形区，它对应于由模DF1-DF3产生的纤维的纤维特征。在至少其中一种这些环形带或环形区中，由模DF4产生的附加纤维将与过滤纤维共同定位。因此，最好，由于纤维特征从一个环形区至另一个环形区之间的差别，滤筒预型件FCP(和下面将详细描述的由其切断而成的滤筒)将呈现深度过滤特征。而且，如果需要，支承纤维可在许多过滤区共同定位。然而，应理解本发明不限于制造深度滤筒。即，环形单层过滤纤维可通过单熔喷模熔喷到芯元件CE上。在此可以说大量的修改和等效的滤筒结构能够由本领域的普通技术人员利用本发明的设备和制造技术来设计就够了。

实际上根据本发明可使用能够熔喷的任何热塑聚合物。这种聚合物例如可以是聚烯烃(例如聚合物和聚乙烯、聚丙烯和类似物的共聚物)，聚酰胺(例如尼龙-6，尼龙6-6和其它尼龙)，聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚对苯二甲酸环己二亚辛酯等)，乙缩醛二乙醇，含氟聚合物(例如乙烯-氯三氟-乙烯)，聚苯硫醚，生物可降解的聚合物(例如聚-(丙交酯))，液晶聚合物，聚醚醚酮(PEEK)，聚苯乙烯，偏乙烯系单体例如氯乙烯、乙酸乙烯酯、偏氯乙烯和丙烯腈的聚合物，及其混合物。特别优选的是聚烯烃，聚酯和尼龙。这些热塑可熔喷聚合物可以是“原生”聚合物，或者可以是或包含有意义含量的再生聚合物。

在过滤纤维生产子系统100熔喷过滤纤维之后，滤筒预型件(以后用“FCP”标记)连续地轴向平移进入和穿过冷却子系统200，该冷却子系统200在附图2B和5中将详细图示。如所示，滤筒预型件FCP由一对横向(即相对于预型件FCP的轴向移动来说)间隔开的平行的支撑辊202支撑。风管204从传统的空气冷却器(未表示)分别借助过度强制通风系统206，208向预型件FCP的下侧提供冷却空气。

从附图5中可能更清楚地显示，强制通风系统208包括相对的侧壁208a，208b，该侧壁208a，208b向上并向内朝着预型件FCP会聚，并终止于平行于预型件的纵轴线定向的排放狭槽208c。这样，排放狭槽208c布置在支承于辊202上的预型件FCP的下方。屏蔽件210插入排放喷嘴208c和预型件FCP之间，以防外物进入强制通风系统208。当预型件连续旋转和沿支承辊202纵向平移时，冷却空气将导致形成预型件FCP的纤维基本上在进一步处理前冷却。结果，一旦预型件FCP离开冷却子系统200，预型件FCP和由其切割而成的滤筒将仅进行最小的尺寸收缩。

预型件FCP从冷却子系统200轴向连续排放进入切割与传送子系统300，该切割与传送子系统300在附图2C和2D中详细表示。更具体的是，预型件FCP的外周与驱动组件302接合。与前述芯元件驱动组件40相同，预型件驱动组件302包括下支承辊304和一对辊306。这些辊304和306围绕滤筒预型件FCP的外周相互分隔开。辊306借助汽缸306-1和其相应致动臂306-2可朝向和离开预型件FCP移动。辊304和306象前述辊42和44那样受到驱动，以便在相同的旋转方向上和以相同的旋转速度使预型件FCP旋转。而且，辊304和306的轴略微倾斜，但很有意义的是，其相应旋转将迫使滤筒预型件FCP以基本上恒定的速度沿轴向向下游连续移动。

预型件FCP在驱动组件302的下游由一对横向间隔开的支承辊308-1，308-2支承，每个支承辊受到支承，以便绕其相应纵轴线旋转运动。切割组件310布置在辊308-1，308-2的上游端附近，以便将预型件FCP切割成预定长度，并由其形成滤筒。特别是，切割组件310包括安装在支架组件314上的旋转锯312，以便指向和离开滤筒预型件FCP作往复运动。这样，当朝向预型件FCP前进时，锯312沿横截预型件的纵轴线的一个平面将其切开。已从其上游部段切下的预型件的下游部段形成滤筒FC(例如见图7A-7D)，该滤筒FC可进一步根据需要处理(例如通过给其安装端盖，给其端部整饰和/或包装以便分配)。

锯312由马达316高速驱动。锯312、支架组件314和马达316集合地安装在平台318上，以允许整个组件平行于连续轴向平移的预型件FCP轴向移动，下面将详细描述其目的。

速度传感器组件320设置在切割组件310的下游。通常，如下面详细所述，速度传感器组件320感应滤筒预型件FCP的轴向下游平移的速度，然后，使切割组件310和由其承载的锯312从动，并以与预型件FCP相同的轴向平移速度移动。因此，与利用非轴向平移的切割组件相比，以这种方式，可制造非常精确的最终长度的滤筒。

速度传感器组件320包括支承框架322，该支承框架322与螺纹控制杆324螺纹连接。因此，在一个或另一个旋转方向上的控制杆324的旋转导致支承框架322分别平行于不同的上游和下游位置之间的滤筒预型件FCP的纵轴线移动。支承框架322的向前部段322-1还可沿导向杆326单独地移动。向前部段322-1承载传感器头328，该传感器头328相对于滤筒预型件FCP共轴安装并在上游方向(即向后)上突出。

这样，滤筒预型件FCP的终端借助控制杆324和支承框架322与定位在名义上的下游位置的传感器头328接触，因此，预型件FCP的连续轴向平移接着沿导向杆326在轴向下游方向驱动支承框架部段322-1。支承框架部段322-1的轴向移动由适当的线性距离传感器320-1测量，该线性距离传感器通过封装在柔性电缆槽330内的电缆向可编程控制器PC传送位置和速度信号(见图1)。然后这些位置和速度信号由控制器PC使用，以便启动和协调切割组件310的运动，从而确保由预型件FCP切割出精确长度的滤筒。

一旦滤筒FC从预型件FCP切断而成，它必须传送离开连续轴向平移的预型件的路径。为实现这种功能，子系统300设有若干细长传送臂340，该传送臂340横向设置在预型件FCP的轴向路径下。辊308-2安装在每端以枢转臂348，该臂允许辊308-2在图2C所示的支承状态和非支承状态之间枢转，在图2C所示的支承状态中一对辊308-1，308-2集合地支承其间的滤筒，在非支承状态下，辊308-1和308-2之间的空间充分增加，以允许滤筒借助重力下落至传送臂340的等待夹指340-1(见图7A)内。

然后，将从预型件FCP切断而成的滤筒FC传送到端部修整站350，该端部修整站在附图2D中更清晰的表示。特别是，刚好在辊308-1，308-2下从其拾取位置承载滤筒FC的传送臂340绕支承杆342(见图6A-6D)枢转约180度至修整位置，在该修整位置，滤筒FC布置在轴向相对的一对超声焊头352,354之间。下游超声焊头354安装到支承框架356上，该支承框架356本身与螺纹控制杆358螺纹连接。控制杆358能够通过适当的步进马达360旋转。然后，当控制杆358在一个或另一个选定的旋转方向上旋转时，导致超声焊头354轴向靠近或进一步离开上游焊头352移动。控制电缆可借助柔性电缆槽362辅设到部件。

如图6A-6D更清楚的表示，每个传送臂340安装在支承杆342上，以便绕支承杆的纵轴线枢转运动，该支承杆取向为平行于滤筒预型件。另外，传送臂340之间的间隙由控制杆344、346可控制地改变。特别是，其中最下游的一个传送臂340与控制杆344螺纹连接，同时中间的其中一个传送臂340与控制杆346螺纹连接。其中最上游的一个传送臂340不与控制杆344螺纹连接，而是不管中间和其中最下游的一个传送臂340的运动如何，它均保持在稳定(固定)位置。

为了实现单独的传送臂340之间的比例间隔，每单位长度控制杆346的螺纹圈数是控制杆344的螺纹圈数的两倍。另外，每单位长度控制杆324、344和358的螺纹圈数相等。因此，对于螺纹控制杆324、344和358的每转一圈来说，与其螺纹连接的相关结构沿杆在轴向上平移相同的线性距离。然而，与控制杆324、344和358相比，控制杆346每单位时间旋转的相同转数仅导致中间的传送臂340在轴向上移动仅为下游臂340的一半(以及传感器头328和超声焊头354的线性尺寸的一半)的线性距离。以这种方式，因此，无论由预型件FCP切断而成的滤筒FC的长度尺寸如何，可以理解传送臂之间的线性间隔保持成比例的恒定。这样，本发明能够实际上适应最好可由预型件FCP切割出的任何长度的滤筒FC。

附图6A-6D示意性表示通过上述结构由滤筒预型件FCP切断而成具有精确的纵向尺寸的滤筒FC的操作顺序。特别是，如图6A所示，滤筒预型件FCP在如箭头A1所示的下游轴向方向以前述方式连续平移。预型件FCP的下游终端连续接近保持在所示的其准备位置的传感器头328。

基本上刚好在接触传感器头328的预型件FCP的下游终端，使稳定器组件370前进至与预型件FCP的上游部段接合。特别是，如图6B所示，稳定器组件370的稳定器指状件372和稳定器辊374借助经过导向杆370-3的向前运动，然后借助经过导向杆370-4的向下运动，从而与预型件FCP的上游部段接合。稳定器组件的运动利用精确电动马达370-1和370-2最便利的实现，以控制稳定器指状件372分别沿导向杆370-3和370-4相对于预型件FCP的运动。稳定器组件370防止在切割操作期间滤筒预型件FCP的横向位移。即，辊374和指状件372与预型件FCP之间的接触通过锯片312-1的切割作用防止预型件FCP被横向推动离开其轴向平移路径，但仍允许预型件FCP绕其纵轴线旋转。换句话说，指372提供一围绕预型件FCP的外周的稳定环圈，它不会限制其旋转或轴向运动。

附图6C表示传感器头328在下游轴向上通过滤筒预型件FCP的终端的连续前进从而略微连续位移的状态，这可参见以虚线和实线表示的传感器头328的位置之间的位置变化。在该轴向位移期间，传感器头328借助与其可操作地相关联的以提供给控制器PC(见图1)的适当的距离测量传感器320(见图2C)产生信号。控制器PC对这些距离测量抽样，这样产生表示连续前进预型件FCP的轴向位移的速度的速度信号。一旦完成该速度的确定，控制器PC接着致动切割器组件310，以便使支架318平行于连续前进预型件FCP以基本上相同的线性前进速度(图6D中的箭头A2)运动。与该轴向位移同时，控制器还将致动切割器组件，以便锯312和其相关的锯片312-1向着预型件如图6D中的箭头A3所示前进，并切割该预型件FCP，从而切断形成理想长度的滤筒FC。在每次切割循环过程中，切割器组件310的该同时轴向位移确保锯片312-1可靠和精确地从预型件切割可再生长度的滤筒FC。一旦切割操作完成，结构移动进入如图6A所示的其停止状态，以等待另一次切割循环。

由预型件FCP切断而成的滤筒FC将致动传送循环，这将在图7A-7D中描述。即，图7A中的结构部件的状态立即紧接着从已经描述的预型件FCP切断形成滤筒FC。然后，支承辊308-2借助枢转臂348枢转，因此，新的切割的滤筒FC借助重力下落到如图7B所示的传送臂340的等待夹指340-1内。

可以观察到夹指340-1将从图7A所示的张开状态移动，以接收滤筒FC，并进入图7B所示的闭合状态，以便牢固地夹紧滤筒FC。因此，允许滤筒FC初始降落至打开的夹指340-1内，随后闭合，以便牢固夹紧滤筒FC，以允许其随后传送。在夹紧前，滤筒FC的相对端同时由定位突缘341按压，以确保滤筒FC相对于夹指340-1可靠地精确定位。

然后，传送臂340使夹紧的滤筒FC摆动约180度(图7C中的箭头A4)，到图7C所示的超声焊头352，354之间的轴向对齐的位置。该超声焊头前进到分别通过电动执行机构或液压执行机构352-1、354-1与滤筒FC的每端接合，然后受到致动，以便向滤筒FC提供“整饰”端部(例如去除在切割操作后可能存在的任何碎纤维和/或散纤维)。

一旦滤筒的端部由超声焊头352，354“整饰”，执行机构352-1，354-1分别使每个焊头352，354回缩，且传送夹指340-1再次移动至其打开状态。因此，该操作允许端部整饰过的滤筒FC借助重力下落(图7C中的箭头A5)，并置放与输送器380上，该输送器380将滤筒FC传送到下游修整/包装站FPS(见图1)。作为替换方式，如图7D所示，反射板382可由汽缸(未表示)提升，因此滤筒FC借助重力滚到传送板384上，并最后置放于过滤收集料箱FCB内(见图1)。一旦滤筒FC释放，传送臂340枢转返回到图7A所示的其初始的停止位置，夹指340-1处于张开状态。

如上面简要提示的，在切割与传送组件300中的结构部件能够纵向移动成比例的线性程度，以适应所希望的不同长度的滤筒。这些部件获得其功能的方式在图8A-8C中示意性表示。在这方面，图8A表示初始不工作状态，其中传感器头328、传送臂340和超声焊头352、354都处于准备状态。与每个控制杆324、344、346和358连接的精确电动马达(未表示)的致动将导致每个控制杆在每个时间周期旋转相同的转数。如此，由于控制杆324、344和358的每单位轴向长度的螺纹圈数相同，传感器头328、其中最下游的一个传送臂340和超声焊头354将平行于其相应控制杆并平行于细长的轴向尺寸的滤筒预型件FCP移动相同的轴向尺寸。然而，与控制杆324、344和358相比，由于控制杆346具有每单位轴向长度两倍的圈数，其中中间的一个传送臂340将同时移动一个轴向尺寸，该轴向尺寸为传感器头328、其中最下游的一个传送臂340和超声焊头354的一半。结果，传感器头328，传送臂340和超声焊头354成比例布置，以便适应分别如图8B和8C所示的较小长度和较大长度的滤筒FC’和FC”。

因此，以这种方式，本发明能够制造不同长度的滤筒FC。与不同和各种过滤介质的上游能力相关的该能力意味着可制造具有不同过滤功能的大量完成的滤筒产品。而且，由于在不中间上游过滤介质熔融纺丝操作的前提下，滤筒的长度可改变，这意味着当它需要从一种类型的滤筒产品变化到另一种时，确保很少量的浪费。

在切割组件310不工作的情况下(例如当锯片312-1改变/变尖以实现维护目的时发生)，辅助切割站400设置在滤筒预型件输送路径的下游端(见图1)。辅助切割站400如图9详细表示。通常，在切割组件310不工作期间，重要的是不切断上游处理站10，100和200。在这种情况下，传感器头328枢转离开滤筒预型件FCP的路径，因此，允许滤筒预型件FCP轴向平移到辅助切割站400内。

滤筒预型件FCP在辅助切割站400内由一对支承辊402，404支承。具有上环圈406-1和下固定环圈406-2的环圈组件406设置在切刀408的上游。上环圈406-1可移动朝向和离开下环圈406-2，同时下环圈406-2(以及上环圈406-1)可滑动地安装在导向杆410上，以允许环圈组件406与滤筒预型件一起轴向移动。接触辊412，414分别设有每个上和下环圈406-1，406-2，以允许预型件FCP继续旋转并由环圈组件406夹紧。

使用中，当滤筒预型件FCP的终端前进到切刀408之外，并由位置传感器420感应时，控制信号将由控制器PC发出，这导致上环圈406-1向下环圈406-2移动。这样，上环圈和下环圈406-1和406-2可旋转地夹紧滤筒预型件并在切割顺序中由此轴向平移。由于切刀408与环圈组件406连接，它很可能在轴向上平移。一旦滤筒预型件FCP由上环圈和下环圈406-1和406-2夹紧，控制器PC将向汽缸(未表示)发出指令信号，该汽缸与切刀408可操作地连接，从而导致其上升至与滤筒预型件接触。切刀408的这一向上运动和滤筒预型件FCP的旋转运动导致前者实际切割后者，从而由剩余的其上游部分切割出滤筒预型件FCP的下游部分。滤筒预型件FCP的切割的下游部分可借助重力下落至等待收集料箱或类似物。

其中下游的一个位置传感器将感应滤筒预型件FCP的切断的下游部分不再出现于剩余的上游部分的路径中。结果，控制器PC发出信号，以重新设定环圈组件406和切刀408的位置，以便为下一循环做准备。这个过程本身可根据需要重复，直到主要的切割组件310返回工作，在这种情况下，实施前述正常的用以获得滤筒FC的切割过程。在操作期间为了操作者安全的目的，可提供透明遮蔽组件422，以覆盖环圈组件和切刀408。

本发明将参考下面的非限定性的例子得到进一步的理解。

                       例子

熔喷芯元件利用传统的6英寸宽熔喷模制造，该熔喷模包含88个0.015英寸直径的聚合物挤出孔口和设定为0.075英寸的气隙。该模布置成距离芯元件成形芯轴为8.5英寸的距离。气刀布置在模组件内，因此，模尖端延伸超出模的表面0.01英寸。使用的聚合物是聚丙烯均聚材料，它具有38g/10min的熔融供给流速，和0.904g/cm³(AmocoChemical Company，Grade 7956)的密度。温度为425°F熔融聚合物通过传统的挤出机和计量泵以155g/min的流动速度向模供送。加热的压缩气体还在1.8psi的压力下和390°F的温度下供送给模，以便削弱纤维并将其供送给到芯轴。芯轴在172rpm的转速下受到驱动，芯轴与芯元件驱动辊的倾角和速度(172rpm)有关，假设芯元件轴向平移速度为37.5英寸/分钟。

产生的芯的尺寸为1.07英寸内径×1.38英寸外径和每英寸长度4.1克的重量。在图10A和10B中分别显示了该例子制造的放大倍数为20X和35X的芯元件的照相图片。

尽管已经结合当前考虑的最实际和最优选的实施例对本发明作了描述，可以理解本发明不仅限于所公开的实施例，相反，它可包括在附后的权利要求书的实质和范围内所包含的各种修改和等效范围。

Claims (63)

1.一种用于滤筒的熔喷管状芯元件，该芯元件包括形成开口的非过滤母体的非织造连续长度热塑索的管状团，其中所述索包括多个熔喷连续长度的热塑纤维，该热塑纤维基本上沿其相应外周表面的至少长度部分基本上相互并排聚结。

2.如权利要求1所述的芯元件，其特征在于，该索具有在约100至约1500微米的标称横截面直径。

3.如权利要求2所述的芯元件，其特征在于，该索具有在约200至约900微米的标称横截面直径。

4.如权利要求1所述的芯元件，其特征在于，非织造索的母体具有大于约30％的平均空隙率。

5.如权利要求4所述的芯元件，其特征在于，非织造索的母体具有大于约50％的平均空隙率。

6.如权利要求1所述的芯元件，其特征在于，非织造索的母体具有在约30％至约80％之间的平均空隙率。

7.如权利要求6所述的芯元件，其特征在于，非织造索的母体具有在约50％至约60％之间的平均空隙率。

8.如权利要求1所述的芯元件，其特征在于，非织造索在相应交叉位置相互热粘合。

9.如权利要求1所述的芯元件，其特征在于，热塑纤维由热塑聚合物形成，该热塑聚合物选自一组由聚烯烃，聚酰胺，聚酯，乙缩醛二乙醇，含氟聚合物，聚苯硫醚，生物可降解的聚合物，液晶聚合物，聚醚醚酮，聚苯乙烯，偏乙烯系单体的聚合物，及其混合物组成的材料。

10.一种滤筒，它包括如上述权利要求1-9中任一项所述的芯元件，和至少一个环形过滤区，该环形过滤区包括围绕所述芯元件的过滤介质。

11.如权利要求10所述的滤筒，其特征在于，所述过滤介质包括非织造连续长度的热塑过滤纤维团。

12.一种制造熔喷管状芯元件的方法，它包括朝向轴向旋转芯轴上熔喷连续长度的热塑纤维，因此，其中多个相邻的所述纤维沿其相应外周表面的至少纵长部分相互基本上并排聚结，以形成多个连续长度的热塑索，并将所述索沉积在芯轴上，以形成其管状非织造团，从而限定一个敞开的非过滤母体。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述芯轴包括表面孔，该方法还包括引导压缩流体向外穿过表面孔的步骤。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括使沉积在芯轴上的所述索与辊接触的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，熔喷连续长度热塑纤维的所述步骤包括使熔融热塑材料流穿过模的孔，以形成连续长度热塑纤维，并将模定位成相对于辊在上游位置不对准。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便索具有在约100至约1500微米的标称横截面直径。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便索具有在约200至约900微米的标称横截面直径。

18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便非织造索的母体具有大于约30％的平均空隙率。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便非织造索的母体具有大于约50％的平均空隙率。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便非织造索的母体具有在约30％至约80％之间的平均空隙率。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便非织造索的母体具有在约50％至约60％之间的平均空隙率。

22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，实施所述成形步骤，以便非织造索在相应交叉位置相互热粘合。

23.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述成形步骤还包括挤制熔融的热塑聚合物，该热塑聚合物选自一组由聚烯烃，聚酰胺，聚酯，乙缩醛二乙醇，含氟聚合物，聚苯硫醚，生物可降解的聚合物，液晶聚合物，聚醚醚酮，聚苯乙烯，偏乙烯系单体的聚合物，及其混合物组成的材料。

24.一种连续制造滤筒的方法，其步骤包括：

(a)形成轴向细长的滤筒预型件，该滤筒预型件包括相对于熔喷模组件使芯元件连续旋转和轴向平移的非织造熔喷连续长度过滤纤维的环形团；

(b)通过使预型件连续轴向平移穿过冷却子系统，其中使冷却空气与其接触，从而冷却预型件；以及接着

(c)从冷却预型件的下游部段切断预定长度的滤筒。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前，实施步骤(1)形成芯元件，通过朝轴向旋转芯轴上熔喷连续长度热塑芯纤维，以便其中多个相邻的所述芯纤维沿其相应外周表面的至少纵长部分相互基本上并排聚结，以形成多个连续长度的热塑索，从而该芯纤维沉积在该芯元件上，和(2)将所述索沉积在芯轴上，以形成芯元件，该芯元件包括所述索的管状非织造团。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括相对于预型件平行和垂直的切割装置同时移动，且预型件的同时旋转和轴向平移，以便切割装置在选定位置切断预型件，从而获得预定长度的滤筒的步骤。

27.如权利要求24或26所述的方法，其特征在于，其还包括步骤(d)将滤筒传送到下游修整站。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括在一对超声焊头之间共轴定位滤筒的步骤。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括使超声焊头与滤筒的相应端接触和操作超声焊头以修整相应端的步骤。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，其还包括从超声焊头释放端部修整滤筒和将端部修整滤筒传送到下游位置的步骤。

31.一种连续制造滤筒的方法，其步骤包括：

(a)形成轴向细长的滤筒预型件，该滤筒预型件包括非织造熔喷连续长度过滤纤维的环形团；和

(b)通过使相对于预型件平行和垂直的切割装置同时移动，且预型件的同时旋转和轴向平移，以便切割装置在选定位置切断预型件，从而获得预定长度的滤筒，因此，从预型件的下游部段切断形成预定长度的滤筒。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在步骤(b)之前，实施冷却预型件的步骤(c)。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括确定预型件的轴向平移速度，然后可控制地使切割装置平行于以基本上相同的轴向平移速度轴向平移的预型件移动。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述确定预型件的轴向平移速度的步骤包括使预型件的终端接触共轴定位的传感器头，以允许该传感器头与轴向平移的预型件同时轴向位移，并测量传感器头的位移速度，该传感器头指示预型件的轴向平移速度。

35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在步骤(b)之前，实施使预型件克服横向运动而稳定的步骤(c)。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，通过使稳定器移动至与切割装置的预型件的上游接触的步骤来实施步骤(c)。

37.如权利要求31所述的方法，其特征在于，其还包括将滤筒传送至下游修整站的步骤(c)。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括在一对超声焊头之间共轴定位滤筒的步骤。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括使超声焊头与滤筒的相应端部接触并操作超声焊头以修整相应端部的步骤。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，其还包括从超声焊头释放端部修整滤筒和将端部修整滤筒传送至下游位置的步骤。

41.一种连续制造滤筒的方法，其步骤包括：

(a)形成轴向细长的滤筒预型件，它包括非织造熔喷连续长度过滤纤维的环形团；

(b)从预型件的下游部段切断形成预定长度的滤筒；和

(c)在一对超声焊头之间共轴定位滤筒和操作超声焊头以修整滤筒的相对的终端。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，在步骤(b)之前，实施冷却预型件的步骤。

43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述预型件以预定的轴向速度在下游方向上平移，且步骤(b)包括以基本上相同的轴向平移速度平行于预型件移动切割装置，同时切断预型件以获得滤筒。

44.如权利要求41所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括用传送臂夹紧滤筒，然后摆动传送臂和夹紧的滤筒，以便将滤筒传送至在超声焊头之间共轴对齐的步骤。

45.一种连续制造滤筒的设备，该设备包括：

熔喷系统，该熔喷系统用于熔喷连续长度的热塑过滤纤维并收集其非织造团，以形成轴向细长的滤筒预型件；

驱动组件，该驱动组件用于使预型件在一个预定方向上绕其纵轴线旋转，并用于使预型件以一个预定的轴向平移速度在下游方向上轴向平移；

切割系统，该切割系统布置在熔喷系统的下游，以便用来将预型件的下游部段切断和由其获得滤筒，其中，

所述切割系统包括切割装置和用于该切割装置的支架组件，以允许切割装置平行于预型件的纵轴线运动，同时允许切割装置垂直于预型件纵轴线朝向和离开预型件移动。

46.如权利要求45所述的设备，其特征在于，它还包括布置在所述熔喷系统和切割系统之间的冷却系统，该冷却系统用来引导冷却空气对准旋转和轴向平移的预型件。

47.如权利要求45所述的设备，其特征在于，其还包括传送系统，该传送系统布置在所述切割系统的下游，传送系统用于将由预型件切断而成的滤筒传送到另一个位置。

48.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述传送系统包括相对于滤筒横向布置的传送臂，并具有一个远端，该远端包括在张开和闭合状态之间可移动的夹指，所述传送臂可枢转地安装在其最近端，以便在第一位置和第二位置之间移动，在该第一位置，夹指能够夹紧滤筒，在该第二位置，夹指和夹紧的滤筒定位在预型件横向上的另一个位置。

49.如权利要求48所述的设备，其特征在于，其还包括一对布置在所述另一个位置的轴向分离的超声焊头，所述传送臂当处于所述第二位置时使夹紧的滤筒与所述成对超声焊头共轴对齐。

50.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述切割系统包括传感器系统，该传感器系统用于确定预型件的轴向平移速度并发出信号，以便以基本上与预型件的轴向平移速度相同的速度移动支架组件以及其所承载的切割装置.

51.如权利要求50所述的设备，其特征在于，所述传感器系统包括传感器头，该传感器头布置成与预型件的终端共轴相对，所述传感器头与预型件终端接触，并在下游方向上随预型件的轴向平移同时位移。

52.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述切割系统包括用于稳定预型件以克服横向运动的稳定器组件。

53.如权利要求52所述的设备，其特征在于，所述稳定器组件包括一对稳定指状件，该稳定指状件可在一个张开状态和一个闭合状态之间移动，在该张开状态其内可接收预型件，在该闭合状态，稳定指状件围绕预型件形成一个环圈。

54.如权利要求45所述的设备，其特征在于，熔喷系统包括芯纤维熔喷子系统，和过滤纤维熔喷子系统。

55.如权利要求54所述的设备，其特征在于，芯熔喷子系统包括一个芯轴，该芯轴具有安装成用于旋转运动的近端，终止在相邻的所述驱动组件的远端，和其上用于接收熔喷芯纤维的中间部段，所述远端与所述中间部段连接，以便相对于芯轴的纵轴线绕两个轴运动。

56.如权利要求55所述的设备，其特征在于，所述过滤纤维熔喷子系统包括多个熔喷模，以便分别熔喷不同种类的过滤纤维。

57.一种制造滤筒的设备，该滤筒由连续长度的热塑纤维的非织造团形成，该设备包括熔喷模，用于向模提供熔融热塑聚合物以便从中产生熔喷纤维流的挤出机，和用于接收由模产生的熔融纤维流的芯轴，该芯轴具有轴颈安装在其轴向固定的上游部段上的终端，所述终端相对于所述上游部段可自由移动。

58.如权利要求57所述的设备，其特征在于，所述芯轴包括表面孔，该表面孔允许压缩流体向外排出。

59.如权利要求57或58所述的设备，其特征在于，其还包括辊，该辊用于与在芯轴上接纳的熔喷纤维接触，且所述熔喷模相对于辊在上游方向上不对准。

60.一个用于传送细长物品的系统，它包括：

一组传送臂，每个传送臂具有夹指，该夹指可在一种张开状态和一种闭合状态之间移动，在该张开状态其中可接收细长物品，在该闭合状态可夹紧细长物品；

每个所述传送臂安装成用于在一第一位置和一个与第一位置间隔开的第二位置之间旋转运动，在该第一位置，细长物品可容纳在夹指内；其中

至少第一和第二所述传送臂可在平行于细长物品的轴向上相对于所述传送臂中的第三传送臂往复运动不同的线性距离，以便所述第一、第二和第三传送臂之间的分开距离可相互成比例变化，因此在其之间保持基本上恒定的分开距离。

61.如权利要求60所述的系统，其特征在于，所述第一传送臂相对于细长物品的纵轴线固定。

62.如权利要求60或61所述的系统，其特征在于，所述第二传送臂安装成用于在所述轴向上运动一个线性距离，该线性距离成比例地小于所述第三传送臂的线性移动距离，因此所述传送臂中的第二传送臂和第三传送臂的同时运动保持所述分开距离，该分开距离基本上与所述第一、第二和第三传送臂之间的分开距离相同。

63.如权利要求62所述的系统，其特征在于，所述第一和第二传送臂与相应的螺纹控制杆螺纹连接，每单位长度的该控制杆具有不同的螺纹圈数。

Images