Brevet FR2537405A1 — publié le 19840615

e PROCEDE DE FABRICATION DE BATONS EN FIBRES PREVUS POUR ETRE UTILISES COMME BOUTS FILTRANTS DE CIGARETTES L'invention concerne un procédé de fabrication de bâtons en fibres prévus pour être utilisés comme bouts fil- trants de cigarettes. Elle concerne plus spécialement un procédé de fabri- cation de ces bâtons en utilisant des filaments continus texturés de polymères synthétiques. Bien que les bouts filtrants pour cigarettes soient connus depuis au moins trente cinq ans, la publicité faite ces dernières années sur les accidents auxquels s'expose le fumeur de cigarettes a fortement accru leur popularité. Les ventes de cigarettes à bouts filtrants ont forte- ment augmenté; elles représentent maintenant une part prédominante du marché de la cigarette Jusqu'à présent, le matériau de choix pour la confection de filtres de ciga- rettes a été le coton, le papier ou l'acétate de cellulose. Quoiqu'un certain nombre de documents aient suggéré l'uti- lisation de fibres de polymères synthétiques et plus parti- culièrement de fibres de polyoléfine en remplacement de l'acétate de cellulose, ce n'est que récemment que l'on s'est sérieusement efforcé de remplacer l'acétate de cellu- lose par d'autres polymères synthétiques Les fibres de polyoléfine ont, de ce fait, commencé à prendre une petite part du marché. La technique et l'équipement utilisés pour la confec- tion de bâtons filtrants de fibres synthétiques sont essen- tiellement les mêmes que ceux utilisés pour la confection des bâtons filtrants en acétate de cellulose Le brevet US 3 144 025 donne une bonne description schématique de ce procédé. Ce procédé de la technique antérieure consiste à introduire une mèche, crépée mécaniquement de matériau filtrant, d'un dénier d'environ 40,000 à 60 000 ( 4,4 Ktex à 6,7 Ktex) dans un mécanisme ouvreur de fil o cette mèche est étalée, habituellement au moyen d'un courant d'air soufflé, pour former une nappe Elle passe ensuite à travers un brouillard d'adhésif ou de plastifiant à point de fu- sion élevé puis dans une zone cylindrique de formage o le faisceau est transformé en bâton continu; on y applique une feuille de papier et on chauffe le bâton pour activer l'adhésif ou le plastifiant Le bâton passe ensuite dans une zone de refroidissement dans laquelle l'adhésif ou le plastifiant durcit pour fixer et maintenir la forme; il est ensuite coupé à la longueur désirée. L'utilisation de mèches crêpées mécaniquement impose des limites au procédé qui vient d'être décrit La texture du fil employé dans la fabrication des bâtons filtrants affecte fortement certaines caractéristiques du filtre qui en résulte, telles que sa résistance au passage de l'air, mesurée par la chute de pression, sa fermeté et son poids Les modifications qu'il est nécessaire d'appor- ter à la texture pour obtenir des filtres de différentes qualités sont difficiles à obtenir de façon contrôlable avec l'appareillage de crêpage mécanique De plus, l'appa- reillage employé pour le crêpage mécanique d'une mèche est encombrant et complexe et non adapté à être utilisé par le fabricant de bâtons filtrants. Celui-ci est donc obligé d'acheter des mèches crêpées qui ne sont vendues qu'en quantités importantes présentant des caractéristiques fixées et non modifiables Il en ré- sulte que la souplesse de son installation de fabrication de bâtons n'est pas aussi grande qu'il pourrait le souhai- ter. L'invention s'est donnée pour objet de fournir un pro- cédé nouveau, amélioré et présentant une très grande sou- plesse, pour la fabrication de bâtons filtrants Elle a aussi pour objet un bâton filtrant amélioré obtenu à par- tir de filaments continus gonflants ou texturés plutôt qu'à partir de mèches crêpées mécaniquement Un autre ob- jet de l'invention enfin est de fournir un procédé de fa- brication de bâtons filtrants à partir d'une mèche non crêpée de titre nettement inférieur à celui employé jus- qu'alors Le procédé de fabrication de bâtons filtrants selon l'invention consiste essentiellement à faire passer une mèche de filaments synthétiques continus à environ 6 000 à 10 000 deniers ( 0,67 à 1,1 Ktex) dans un jet flui- de de texturation dans des conditions de température et de pression telles que l'indice de gonflant dudit fil augmente d'environ 25 % à environ 75 %, à faire passer le fil texturé ainsi obtenu, directement et de façon continue, depuis la sortie dudit jet de texturation dans la garnitu- re d'un appareillage de fabrication de bâtons filtrants et à le transformer en un bâton filtrant tout en mainte- nant un rapport de vitesse relative se situant entre envi- ron 15:1 et environ 25:1-entre la sortie du jet et la re- prise du bâton filtrant, le fil étant ainsi tassé à l'in- térieur de la garniture à un degré prédéterminé, puis à envelopper ledit bâton filtrant afin de maintenir la for- me et le tassement à la sortie de l'appareillage. Le procédé selon l'invention peut être facilement mené à bien sur un appareillage classique de fabrication de filtres pour cigarettes dont seuls ont été modifiés le procédé d'alimentation de la mèche, ainsi que la mèche. L'appareillage, le procédé et le produit selon l'in- vention sont décrits dans le dessin schématique annexé dont la figure unique représente le schéma d'un appareillage classique de fabrication de filtres pour cigarettes adapté à la présente invention. Sur le dessin, l'appareillage de fabrication de fil- tres pour cigarettes est généralement représenté par ( 1) il comporte une section garniture (), une courroie-garni- ture ( 3) pour la fourniture de façon continue, d'un papier à cigarette ( 4), venant du rouleau d'alimentation ( 5) à la section ( 2) La section ( 2) comporte des moyens pour mettre la mèche filtrante sous forme cylindrique et la maintenir sous cette forme, des moyens pour l'entourer de papier à cigarette, des moyens pour sceller a chaud le papier après entourage de la mèche cylindrique, et des moyens pour cou- per la mèche continue mise en forme et enveloppée en bâ- tonnets filtrants ( 16) de longueur prédéterminée Les bâtonnets filtrants coupés sortent sur un convoyeur ou tout autre moyen ( 18) vers une installation de stockage et d'emballage. L'ensemble de l'appareillage et les opérations ainsi décrits sont jusqu'à présent classiques et ne forment pas partie de l'invention; ils ne seront donc pas décrits plus en détail. Dans le procédé selon l'invention, on extrait d un ou plusieurs rateliers ( 11) une mèche continue ( 10) de fi- laments synthétiques par des rouleaux d'alimentation ( 12) et on l'introduit dans un jet de fluide de gonflement ou de texturation ( 13) La mèche est mise en contact, dans le jet, avec un fluide chaud tel que, par exemple, de la va- peur ou de l'air chaud fourni comme inqliqué par la flèche, par la buse ( 17) provenant d'une source non représentée, de telle sorte que la chaleur et la turbulence crées à l'in- térieur du jet causent une déformation irrégulière des fila- ments conduisant ainsi à une augmentation importante du gonflement de la mèche La quantité spécifique de gonflant imparti peut varier fortement quand on fait varier la vi- tesse et la température du fluide ainsi que son taux d'a- limentation dans le jet En quittant le jet, la mèche pas- se à travers un tube guide ( 14) dans un entonnoir ( 15) et de là dans la garniture o elle est formée en bâtonnets filtrants, comme décrit ci-avant. La mèche utilisée selon l'invention peut être toute mèche de filaments synthétiques susceptible d'être textu- rés dans l'appareillage à jet de fluide Il peut donc s'agir d'une mèche de polyester, de polyamide, d'acrylique, de polypropylène ou d'acétate En raison de sa densité re- lativement faible comparativement aux autres matériaux syn- thétiques fibreux, le polypropylène (y compris les copolymè- res avec l'éthylène ou d'autres oléfines inférieures formant des filaments) constitue le matériau préféré pour la mèche. Le titre global de la mèche utilisée dans le procé- dé selon l'invention peut se situer entre environ 6 000 et 000 deniers ( 0,67 à 1,1 Ktex) Cette mèche peut prove- nir d'un ratelier unique ou bien d'un ensemble de plusieurs rateliers d'o elle passe au travers du jet de fluide Afin d'obtenir les meilleures performances dans les filtres pour cigarettes, on préfère que la mèche soit introduite dans le jet de fluide à l'état non tordu et non texturé. Le jet de fluide ( 13) utilisé pour effectuer la texturation de la mèche est d'un type classique, similaire, par exemple, à celui décrit dans le brevet US 3 471 911 de Nechvatal & Parks L'adaptation de ce jet à son utilisation dans le procédé selon l'invention est effectuée par addi- tion du tube guide ( 14). Le tube guide ( 14) est principalement utilisé pour resserrer le fil fortement texturé quand il traverse l'es- pace entre le jet de texturation ( 13) et l'entonnoir de garniture ( 15). Le degré élevé de texturation communiqué au fil et la turbulence existant autour de la sortie du jet peuvent faire perdre au fil son intégrité structurelle, et conduire à un enchevêtrement si le fil n'est pas resserré à cet en- droit. De plus, comme on le verra plus loin, le fil est soumis à un taux de suralimentation relativement élevé en- tre le jet et la section garniture S'il n'était pas res- serré, il pourrait échapper totalement à tout contrôle à cet endroit On a de plus constaté un avantage supplémen- taire et inattendu du au passage du fil dans le tube-guide ( 14): le resserrement et l'entassement que subit le fil dans le tube ajoutent encore à la texturation du fil Entre la sortie du jet de fluide et la courroie- garniture ( 3) qui fournit la force faisant passer la mèche dans la garniture, il existe une vitesse différentielle du fil significative, une suralimentation Cette suralimen- tation se situe entre environ 15 à 1 et environ 25 à 1. Il en résulte que le fil, dans le tube d'amenée ( 14) et l'entonnoir ( 15) est pressé dans la garniture sous forme d'un zigzag et il reste sous cette forme quand il est en- veloppé, enfermé et coupé à la dimension. Du fait de la suralimentation et du pressage du fil, les filtres préparés par le procédé selon l'invention peu- vent comporter essentiellement la même quantité de fibres que les filtres obtenus par les technologies classiques même si le titre global de la mèche alimentée n'est qu'une fraction de celui de la mèche utilisée dans les procédés classiques Les caractéristiques du filtre: perméabilité à l'air, chute de pression, poids du filtre (en tenant compte, bien entendu, des différences de densité du poly- mère) et la consistance qui reflètent la quantité de fibres présentes sont maintenues La quantité de fil présent dans un filtre peut, naturellement, varier selon le taux de sura- limentation. On a également observé que, dans de nombreux cas, le procédé selon l'invention permet la fabrication de filtres sans qu'il soit nécessaire d'avoir un adhésif pour conser- ver une configuration cylindrique régulière Le pressage du fil texturé dans le bâton communique un degré élevé d'énergie potentielle au fil dans la direction perpendicu- laire à l'axe longitudinal du bâton La retenue de cette énergie par le revêtement maintient le bâton filtrant sous la forme cylindrique uniforme désirée Si les exigences posées à un filtre particulier le demandent par exemple dans le cas o le filtre ne serait pas suffisamment ferme sans durcisseur, on peut utiliser un durcisseur adhésif. Le principal avantage du procédé selon l'invention est pourtant la facilité qu'il donne au fabricant de fil- tres pour régler les caractéristiques du fil pendant le procédé. Le taux de gonflant ou de texturation du fil peut être facilement réglé en faisant varier le jet La vitesse de passage du fil, la pression du fluide, sa température-et le taux de suralimentation peuvent varier dans des limites relativement importantes pour communiquer au fil spécifique les caractéristiques nécessaires pour l'obtention des ca- ractéristiques désirées pour le filtre Il n'est pas né- cessaire de modifier le fil alimenté pour changer les ca- ractéristiques du filtre Il ressort de ce qui précède que les changements dans le cas de filtres devant satisfaire à différentes exigences sont grandement Facilitées De plus, ces avantages sont obtenus avec un investissement en capi- tal relativement faible de la part du fabricant de filtre. L'invention est plus spécialement décrite dans ses applications à la fabrication de filtres pour cigarettes mais il est bien évident qu'elle peut convenir à d'autres applications dans lesquelles on demande un bâton filtrant allongé contenant des fibres tassées. Exemple 1 On transforme du polypropylène thermostabilisé à 1 vitesse de flux fondu de 18-20 et contenant Ti O comme agent de matage en fil de 2,5 deniers par filament (dpf) ( 2,8 d Tex) en utilisant une filière de 210 trous avec des capillaires de section transversale en "Y" et un étirage de 2,5 X La filature et l'étirage sont effectués dans des conditions classiques. On déroule 4 bouts du fil 2,5 dpf parallèlement à partir d'unratelier de déroulage à une tension d'environ 0,01 gramme/denier et on les combine pour former une mèche contenant 840 filaments et ayant un titre global de 2 100 deniers ( 2 333 d Tex). La mèche de 2 333 d Tex est introduite à travers un jet de gonflement dans la garniture d'une machine de fa- brication de bâtons filtrants de 20 deniers ( 22,9 d Tex). On introduit dans le jet de la vapeur surchauffé à + 4,82 bars la température étant maintenue à environ 107-11 d OC dans le capillaire du jet On maintient un différentiel de vitesse d'environ 10/1 entre la courroie servant à la con- fection du bâton et les rouleaux d'alimentation de la mèche. Le gonflement combiné effectué dans le jet, dans le tube guide et dans la garniture conduit à une modification de densité allant d'environ 21,9 à environ 1 entre le bâton filtrant et la mèche. Les bâtons filtrants obtenus montrent une nette chu- te de pression sur les machines à fumer, ainsi qu'un poids intéressant La fermeté du bâton est acceptable pour la majorité des applications Les propriétés physiques sont portées sur le tableau I ci-après. Exemple 2 Un mélange 1:1 de fibres de polypropylène 2,5 dpf ( 2,78 d Tex) et 3,5 dpf ( 3,89 d Tex) de section transversale en Y, essentiellement préparé comme décrit dans l'exemple 1, est transformé en une mèche de 2,500 deniers ( 2,780 d Tex) Celle-ci est introduite dans le jet de texturation et formée en bâton filtrant en utilisant de l'air chaud à 50 C comme fluide, avec un rapport de vitesse d'envi- ron 12 à 1 entre les rouleaux d'alimentation et la cour- roie de confection du bâton. L'augmentation globalel de la densité de gonflement est d'environ 23 à 1 Les propriétés du bâton filtrant (Cf Tableau I) sont bonnes En particulier, la densité est acceptable pour pratiquement toutes les applications. Exemple 3 En utilisant les fils de l'exemple 2, dans un rapport 1:3, on prépare une mèche de 2,730 deniers ( 3 000 d Tex) et on la transforme en bâton filtrant en utilisant de la va- peur surchauffée comme, fluide de texturation; le rapport entre la vitesse du rouleau d'alimentation et la vitesse de la courroie est d'environ 10:1; l'augmentation de la densité de gonflement est d'environ 22 à 1 Les propriétés du bâton sont très bonnes (Tableau I). Exemple 4 Le polymère utilisé dans les exemples précédents est filé et étiré comme décrit, en un fil de 4 dpf ( 4,44 d Tex) Trois bouts de ce fil sont combinés en une mèche de 2,500 deniers ( 2 780 dtex) qui est introduite dans le jet de tex- turation de la machine à fabriquer le rouleau Le fluide est la vapeur surchauffée; les propriétés du bâton sont bonnes (Tableau I). Poids du bâton (g /1000) TABLEAU I Chute de* Pression (mm H 20) Dureté** Rendement pression/ (%F) poids du bâ- ton ,2 ,8 89,4 92,3 * déterminée sur appareil Filtrona LP 1100 ** déterminée sur appareil Filtrona de mesure de et de l'élasticité. la dureté Exemple N 2 REVENDICATIONS - 1 Procédé de fabrication en continu d'un bâton de fibres polymères synthétiques caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une mèche de filaments synthéti- ques continus de denier global d'environ 6 000 à 10 000 deniers ( 0,67 à 1,1 Ktex) dans un jet fluide de textura- tion ( 13) dans des conditions de température et de pres- sion telles que l'indice de gonflant dudit fil augmente d'environ 25 % à environ 75 %, à faire passer le fil tex- turé ainsi obtenu, directement et de façon continue, de- puis la sortie dudit jet de texturation dans la garniture ( 2) d'un appareillage de fabrication de bâtons filtrants et à le transformer en un bâton filtrant ( 16) tout en maintenant un rapport de vitesse relative se situant en- tre environ 15:1 et environ 25:1 entre la sortie du jet et la reprise du bâton filtrant, le fil étant ainsi tassé à l'intérieur de la garniture ( 2) à un degré prédéterminé, puis à envelopper ledit bâton filtrant afin de maintenir la forme et le tassement à la sortie de l'appareillage. 2 Procédé de fabrication en continu d'un bâton filtrant de fibres polymères synthétiques selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la mèche de fil comporte au moins un filament de la série des polyester, polyamide, acrylique, polypropylène ou acétate ou des copolymères ca ces composés. 3 Procédé de fabrication en continu d'un bâton de fibres polymères synthétiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mèche de fil est en polypro- lène ou en un copolymère de polypropylène avec une oléfi- ne inférieure. 4 Procédé de fabrication en continu d'un bâton de fibres polymères synthétiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mèche est essentiellement non tordue et non texturée.