形成用于烟雾过滤器的多孔物质的设备、系统和相关方法_2

文档序号:8475836阅读:来源:国知局
些实施方案中,多孔物质长段可以切割以产生多孔物质。切割可以用切割 机来实现。合适的切割机可以包括但不限于刀片、热刀片、碳化物刀片、钨铬钴合金刀片、 陶瓷刀片、硬化钢刀片、金刚石刀片、平滑刀片、锯齿状刀片、激光器、加压流体、液体喷枪 (liquid lance)、气体喷枪(gas lance)、剪床等等,以及它们的任何组合。在高速加工的一 些实施方案中,切割刀片或类似装置可以呈角度地设置,以匹配加工速度,以便产生具有垂 直于纵轴的端部的多孔物质。在一些实施方案中,切割机可以沿多孔物质长段的纵轴,相对 于多孔物质长段的改变位置。
[0054] 在一些实施方案中,可以挤出多孔物质和/或多孔物质长段。在一些实施方案中, 挤出物可以涉及模头。在一些实施方案中,模头可以具有能够挤出多孔物质和/或多孔物 质长段的多个孔。
[0055] -些实施方案可以涉及径向地切割多孔物质和/或多孔物质长段以产生多孔物 质和/或多孔物质节。本领域技术人员会认识到径向切割如何转化成并且涵盖切割诸如片 材的形状。切割可以通过任何已知方法用任何已知设备来实现,包括但不限于上述与将多 孔物质长段切割成多孔物质有关的那些。
[0056] 多孔物质、或其节的长度可以从约2mm、3mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、或30mm 的下限至约150mm、100mm、50mm、25mm、15mm、或IOmm的上限,并且其中长度可以从任何下限 至任何上限并且涵盖其间任何子集合。
[0057] 多孔物质长段、多孔物质、或其节(被包裹的,等等)的周长可以从约5mm、6mm、 7mm、8mm、9mm、10mm.11mm、12mm、13mm、14mm.15mm、16mm、17mm.18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、 23mm、24mm、25mm、或 26mm 的下限至约 60mm、50mm、40mm、30mm、20mm、29mm、28mm、27mm、26mm、 25mm、24mm、23mm、22mm、21mm、20mm、19mm、18mm、17mm、或 16_ 的上限,其中周长可以从任何 下限至任何上限并且涵盖其间任何子集合。
[0058] 本领域技术人员会认识到对被构造用于除吸烟制品以外的过滤装置的多孔物质 的尺寸要求。通过非限制性实例,被构造用于在同心流体过滤器中使用的多孔物质可以为 外径约250_或更大的中空圆柱体。通过另一个非限制性实例,被构造用于用作空气过滤 器中的片材的多孔物质可以具有相对薄的厚度(例如约5mm至约50mm)并且长度和宽度为 数十厘米。
[0059] -些实施方案可以涉及在基体材料已机械性粘结之后,例如在模腔中取出或离开 挤出模头之后,用包裹物包裹多孔物质。合适的包裹物包括上文公开那些。
[0060] 一些实施方案可以涉及冷却多孔物质。冷却可以是主动的或被动的,即,冷却可以 辅助发生或自然地进行。主动冷却可以涉及使流体在模腔、多孔物质上方和/或其中通过; (例如,通过制冷的组分)减小模腔、多孔物质周围的局部环境的温度;和它们的任何组合。 主动冷却可以涉及的组分可以包括但不限于冷却盘管、流体喷射器、热电材料和它们的任 何组合。冷却的速率可以无规或其可以受控。
[0061] -些实施方案可以涉及将多孔物质运输至另一个位置。运输的合适形式可以包括 但不限于输送、搬运、滚动、推动、装运、机器人移动等等,以及它们的任何组合。
[0062] 在受益于本公开的情况下,本领域技术人员应该理解数种设备和/或系统能够产 生多孔物质。通过非限制性实例,图1-12示出能够产生多孔物质的数种设备和/或系统。
[0063] 应当指出的是,在使用系统的情况下,具有系统的组件的设备是在本公开范围内, 并且反之亦然。
[0064] 为易于理解,术语〃材料路径〃本文用于识别路径,基体材料、多孔物质长段、和/ 或多孔物质将在系统和/或设备中沿该路径行进。在一些实施方案中,材料路径可以为连 续的。在一些实施方案中,材料路径可以为非连续的。通过非限制性实例,用多个、独立模 腔来间歇加工的系统可以考虑具有非连续材料路径。
[0065] 现参考图1A-B,系统100可以包括料斗122,其可操作地连接到材料路径110以将 基体材料(未示出)进料至材料路径110。系统100也可以包括纸进料器132,其可操作地 连接到材料路径110,以便将纸130进料到材料路径110中,以形成在模腔120和基体材料 之间的基本上包围基体材料的包裹物。加热元件124与基体材料热连通(在处于模腔120 中的同时)。加热元件124可以导致基体材料在大量点处(例如形成烧结接触点)机械性 粘结,从而产生包裹的多孔物质长段(未示出)。在包裹的多孔物质长段离开模腔120并且 适当冷却之后,切割机126径向地(即,垂直于纵轴)切割包裹的多孔物质长段,从而产生 包裹的多孔物质和/或包裹的多孔物质节。
[0066] 图IA-B显示系统100可以呈任何角度。在受益于本公开的情况下,本领域技术人 员应该理解在调整系统100或其任何组件设置的角度时的构造性考虑。通过非限制性实 例,图IB表明料斗122可以被构造以使得料斗122的出口(和任何对应基体进料装置)处 于模腔120内。在一些实施方案中,模腔可以呈竖直和水平之间的角度。
[0067] 在一些实施方案中,将基体材料进料至材料路径可以涉及任何合适的进料器系 统,其包括但不限于手工进料、定体积进料器、物质流进料器、重量分析进料器、加压容器 (例如加压料斗或加压罐)、螺旋输送机或螺杆、斜槽、载片、输送机、管道、导管、通道等等, 以及它们的任何组合。在一些实施方案中,材料路径可以包括料斗和模腔之间的机械组件, 其包括但不限于卷条器(garniture)、压缩模具、流通式压缩模具、冲压机、活塞、振荡器、挤 出机、双螺杆挤出机、固态挤出机等等,以及它们的任何组合。在一些实施方案中,进料可以 涉及但不限于强制进料、受控速率进料、定体积进料、物质流进料、重力测量进料、真空辅助 进料、流化粉末进料、气动致密相进料(例如经由塞流,丘状流或不规则丘状流、剪切床或 波纹流和挤出流)、气动稀释相进料,以及它们的任何组合。
[0068] 在一些实施方案中,(涉及气动致密相进料的)基体材料至材料路径的进料可以 有利地允许高生产率加工。已用大直径出口以高流速执行气动致密相进料,但意外地表明 在高速下用小直径是有效的。例如,意外地,已在小直径(例如约5mm至约25mm和约5mm 至约10mm)下用高生产率(例如,约6. Imm的管路出口(本文还有描述),约575kg/hr或约 500m/min)展示了气动致密相进料的使用。通过比较,重力进料通常在类似直径下产生小于 约10m/min,并且气动致密相进料可以用大小为50mm或更大的出口以类似速度执行。未预 料到将小直径和高生产率的组合用于基体材料(尤其是粒状或颗粒基体材料)。本领域技 术人员会认识到用于容纳模腔的气动致密相进料设备的出口的适当大小和形状。通过非限 制性实例,该出口可以在形状上类似于模腔,但小于模腔并且延伸进入模腔中。在另一个实 例中,该出口可以成型来容纳用于片材多孔物质(例如长矩形出口)或用于中空圆柱体多 孔物质(例如环形出口)的模腔。
[0069] 此外,气动致密相进料的过程可以有利地减轻颗粒迀移和分离,所述迀移和分离 在粘结剂和活性颗粒形状不同和/或不同地成型时可以尤其成问题。不受理论束缚不受理 论束缚,据信,加压料斗中所施加的气压形成基体材料的塞流,这最小化颗粒分离,并且因 此在进料器的出口处提供更均匀和一致的基体材料组合物。在一些实施方案中,加压料斗 可以设计用于物质流。物质流条件可以尤其取决于加压料斗的内壁的斜率,壁的材料,以及 基体材料的组成。
[0070] 在一些实施方案中,至材料路径的基体材料的进料速率可以从约lm/min、10m/ min、25m/min、100m/min、或 150m/min 的下限至约 800m/min、600m/min、500m/min、400m/ 111;[11、3001]1/1]1;[11、2001]1/1]1;[11、或1501]1/1]1;[11的上限,并且其中进料速率可以从任何下限至任何 上限并且涵盖其间任何子集合。在一些实施方案中,至材料路径的基体材料的进料速率可 以从约1111/111;[11、10111/111;[11、25111/111;[11、100111/111;[11、或150111/111;[11的下限至约800111/111;[11、600111/111;[11、 500111/111;[11、400111/111;[11、300111/111;[11、200111/111;[11、或150111/111;[11的上限,其与直径从约0.5_、2_、 3mm、4mm、5mm、或6mm的下限至约10111111、9、111111、8111111、7111111、或61111]1的上限的模腔相结合,并且其 中进料速率和模腔直径中每一者可以独立地为任何下限至任何上限并且涵盖其间任何子 集合。本领域普通技术人员应该理解可实现的直径(或形状)和进料速率组合可以尤其取 决于基体材料中的颗粒的大小和形状,基体材料中的其他组分(例如添加剂),基体材料渗 透性和脱气常数,输送的距离(例如,管道的长度,本文还有描述),输送系统构造等等,以 及它们的任何组合。
[0071] 在一些实施方案中,气动流可以的特征为约15或更大的固体与流体比率。在一些 实施方案中,气动流可以的特征为从约15、20、30、40、或50的下限至约500、400、300、200、 150、130、100、或70的上限的固体与流体比率,并且其中所述固体与流体比率可以从任何 下限至任何上限并且涵盖其间任何子集合。固体与流体比率可以尤其取决于气动致密相进 料的类型,其中通常在更高比率值下进行挤出致密相进料。
[0072] 在一些实施方案中,气动致密相进料可以涉及施加从约lpsig、2psig、5psig、 lOpsig、或 25psig 的下限至约 150psig、125psig、100psig、50psig、或 25psig 的气压,并且 其中所述气压可以从任何下限中任何上限并且涵盖其间任何子集合。应当指出的是,气压 可以用多种气体来施加,例如惰性气体(例如氮、氩、氦等等)、氧合气体、加热气体、干燥气 体(即小于约6ppm水)等等,以及它们的任何组合(例如加热的、干燥的、惰性气体,如氮 或氩)。包括气动致密相进料的系统的实例包括在本文中。
[0073] 在一些实施方案中,进料可以被加索引以允许以预定间隔插入隔离物材料。合适 的隔离物材料可以包含添加剂、固体障碍物(例如模腔部件)、多孔障碍物(例如纸和剥离 包裹物)、过滤器、腔体等等,以及它们的任何组合。在一些实施方案中,进料可以涉及摇 晃和/或振动。在受益于本公开的情况下,本领域技术人员应该理解摇晃和/或振动的适 当程度,例如包含大粘结剂颗粒和小活性颗粒的均匀分布基体材料可以被振动不利地影响 (即,均匀性可以至少部分损失)的程度。此外,本领域技术人员应该理解进料参数和/或 进料器对所产生的多孔物质的最终性质的影响,例如,对至少空隙体积(下文还有讨论)、 封装压降(下文还有讨论)和组成均匀性的影响。
[0074] 在一些实施方案中,可以在引入材料路径之前和/或与此同时,干燥基体材料或 其组分。在一些实施方案中,利用加热该基体材料或其组分、在基体材料或其组分上方吹送 干燥气体以及它们的任何组合,可以实现干燥。在一些实施方案中,基体材料可以具有约 10重量%或更小、约5重量%或更小、或更优选约2重量%或更小的水分含量,并且一些实 施方案,低至0. 01重量%。水分含量可以通过涉及冷冻干燥或干燥重量损失的已知方法分 析。
[0075] 现参考图2A-B,系统200可以包括料斗222,其可操作地连接到材料路径210以将 基体材料进料至材料路径210。系统200也可以包括纸进料器232,其可操作地连接到材料 路径210以便将纸230进料到材料路径210中以形成包裹物,所述包裹物在模腔220和基 体材料之间基本上围绕基体材料。此外,系统200可以包括剥离进料器236,其可操作地连 接到材料路径210以便剥离包裹物234进料到材料路径210中以在纸230和模腔220之间 形成包裹物。在一些实施方案中,剥离进料器236可以构造为输送机238,所述输送机连续 循环剥离包裹物234。加热元件224与基体材料热连通(在模腔220中的同时)。加热元 件224可以导致基体材料在大量点处(例如形成烧结接触点)机械性粘结,从而产生包裹 的多孔物质长段。在包裹的多孔物质长段离开模腔220并且适当冷却之后,切割机226径 向地切割包裹的多孔物质长段,从而产生包裹的多孔物质和/或包裹的多孔物质节。在其 中剥离包裹物234未构造为输送机238的实施方案中,剥离包裹物234可以在切割之前,从 包裹的多孔物质长段上去除,或在切割之后,从包裹的多孔物质和/或包裹的多孔物质节 上去除。
[0076] 现参考图3,系统300可以包括组分料斗322a和322b,所述分料斗将基体材料组 分进料至料斗322中。基体材料可以在料斗322中用混合器328和预热器344混合并预热。 料斗322可以可操作地连接到材料路径310以将基体材料进料至材料路径310。系统300 也可以包括纸进料器332,其可操作地连接到材料路径310,以便将纸330进料到材料路径 310中,以形成在模腔320和基体材料之间的基本上包围基体材料的包裹物。模腔320可以 包括流体连接部346,通过所述流体连接部346,加热的流体(液体或气体)可以进入材料 路径310中并且将基体材料机械性粘结在多个点处(例如形成烧结接触点),从而产生包裹 多孔物质长段。应当指出的是,流体连接部346可沿模腔320位于任何位置,并且可以沿模 腔320设置不止一个流体连接部346。在包裹的多孔物质长段离开模腔320并且适当冷却 之后,切割机326径向地切割包裹的多孔物质长段,从而产生包裹的多孔物质和/或包裹的 多孔物质节。
[0077] 在受益于本公开的情况下,本领域技术人员应该理解,预热也可在料斗322之前 针对个体进料组分进行,和/或在料斗322之后用混合的组分来进行。
[0078] 合适的混合器可以包括但不限于带式共混机、桨式共混机、犁式共混机、双锥体共 混机、双壳共混机、行星式共混机、流化共混机、高强度共混机、转筒、共混螺杆、旋转式混合 器等等,以及它们的任何组合。
[0079] 在一些实施方案中,组分料斗可以保持基体材料的个体组分,例如,两个组分料 斗,其中一个保持粘结剂颗粒,并且另一个保持活性颗粒。在一些实施方案中,组分料斗可 以保持基体材料的组分的混合物,例如,两个组分料斗,其中一个保持粘结剂颗粒和活性颗 粒的混合物并且另一个保持添加剂如香料。在一些实施方案中,组分料斗内的组分可以为 固体、液体、气体或它们的组合。在一些实施方案中,不同组分料斗的组分可以以不同速率 加入料斗,以实现用于基体材料的所需共混物。通过非限制性实例,三个组分料斗可以单独 地保持活性颗粒、粘结剂颗粒和活性化合物(下文所述添加剂)(呈液体形式)。粘结剂颗 粒可以以两倍于活性颗粒的速率加入料斗,并且活性化合物可以喷雾以便在活性颗粒和粘 结剂颗粒上形成至少部分涂层。
[0080] 在一些实施方案中,至模腔的流体连接部可以使流体通入模腔中,使流体通过模 腔,和/或在模腔上抽吸。如本文所用,术语"抽吸"是指跨越边界和/或沿路径而形成负 压降,例如,吸。使加热的流体通入和/或通过模腔,可以辅助在其中机械性粘结基体材料 (例如粘结在多个烧结接触点)。在具有其中配置的包裹物的模腔上抽吸可以辅助均匀地 内衬该模腔,例如具有更少的皱纹。
[0081] 现参考图4,系统400可以包括料斗422,其可操作地连接到材料路径410以将基 体材料进料至材料路径410。料斗422可以沿材料路径410构造,以使得料斗422的出口 (或其出口的延伸部)处于模腔420内。这可以有利地允许基体材料按速率被进料到模腔 420中,以控制基体材料的装填,并且因此控制所得多孔物质的空隙体积。在该非限制性实 例中,模腔420包含热电材料并且因此包括电力连接部448。系统400也可以包括剥离进料 器436,其可操作地连接到材料路径410,以便将剥离包裹物434进料到材料路径410中,以 形成在模腔420和基体材料之间的基本上包围基体材料的包裹物。模腔420可以由热电材 料制成,以使得模腔420可以提供热来将基体材料在大量点处(例如形成烧结接触点)机 械性粘结,从而产生包裹多孔物质长段。沿材料路径410,在模腔420之后,滚筒440可以 能可操作地辅助包裹的多孔物质长段移动通过模腔420。在包裹的多孔物质长段离开模腔 420并且适当冷却之后,切割机426径向地切割包裹的多孔物质长段,从而产生包裹的多孔 物质和/或包裹的多孔物质节。切割之后,多孔物质在多孔物质输送机462上沿材料路径 410继续行进,例如以用于装填或进一步加工。剥离包裹物434可以在切割之前,从包裹的 多孔物质长段上去除,或在切割之后,从包裹的多孔物质和/或包裹的多孔物质节上去除。
[0082] 合适的滚筒和/或滚筒的替代物可以包括但不限于钝齿、钝齿轮、轮、带、齿轮等 等,以及它们的任何组合。其他的滚筒及类似物可以是平坦的,带齿的,带斜面的,和/或锯 齿状的。
[0083] 现参考图5,系统500可以包括料斗522,其可操作地连接到材料路径510以将基 体材料进料至材料路径510。加热元件524与基体材料热连通(在处于模腔520内的同时)。 加热元件524可以导致基体材料在大量点处(例如形成烧结接触点)机械性粘结,从而产 生多孔物质长段。在多孔物质长段离开模腔520之后,模头542可以用于将多孔物质长段 挤出成所需横截面形状。模头542可以包括大量模头542'(例如,多个模头或单个模头内 的多个孔),通过该模头可挤出多孔物质长段。在多孔物质长段通过模头542挤出并且适当 冷却之后,切割机526径向地切割多孔物质长段,从而产生多孔物质和/或多孔物质节。
[0084] 现参考图6A,系统600可以包括纸进料器632,其可操作地连接到材料路径610以 便将纸630进料到材料路径610中。料斗622 (或其他基体材料递送设备,例如螺旋输送 机)可以可操作地连接到材料路径610,以便将基体材料放置于纸630上。因为贯通式模腔 620 (或压缩模具,其有时是指与香烟过滤器形成设备有关的卷条器装置),纸630可以至少 部分地围绕基体材料包裹,所述贯通式模腔620提供所需横截面形状(或任选地,在一些实 施方案中,在所需横截面开始形成或完成形成之后,基体材料可以与纸630组合)。在一些 实施方案中,纸接缝可被胶合。在处于模腔620中的同时或这之后,加热元件624 (例如,微 波源,对流烘箱,加热块等等,或它们的混合型)与基体材料热连通。加热元件624可以导 致基体材料在大量点处(例如形成烧结接触点)机械性粘结,从而产生包裹的多孔物质长 段。在包裹的多孔物质长段离开模腔620并且适当冷却之后,切割机626径向地切割包裹 的多孔物质长段,从而产生包裹的多孔物质和/或包裹的多孔物质节。可以在模腔620静 止的情况下通过输送机658来辅助通过系统600的移动。应当指出的是,虽然未示出,但类 似实施方案可以包括纸630来作为环状输送机的一部分,所述纸在切割之前从多孔物质长 段上展开,从而将产生多孔物质和/或多孔物质节。
[0085] 现参考图6B,系统600'可以包括纸进料器632',其可操作地连接到材
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