專利名稱：具有劈裂端的單絲的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域一般說，本發(fā)明涉及單絲，更具體地說，涉及具有劈裂端(splitend)的單絲，其可以用作，例如，牙刷毛。
2.相關(guān)技術(shù)敘述長期以來，使用熱塑性聚合物制造各種形狀的刷毛。為了增加這些刷子的效能，則將這類鬃毛末端劈裂或使其成為羽毛狀，以獲得柔軟的鬃毛頂尖。然而，在劈裂鬃毛端部工藝中，過去曾遇到過各種困難。
尤其是，已使用各種技術(shù)劈裂漆刷鬃毛，以便改善刷漆作業(yè)效能。這些步驟特別適于漆刷鬃毛，因?yàn)槠涮貏e需要沿著大尺寸(最多一英寸)延長的長劈裂。然而，對于某些刷子來說，所需要的是僅僅端部劈裂。例如，一般牙刷毛的長度約為(或低于)半英寸。如果沿著牙刷毛大部分長度發(fā)生劈裂，那末刷毛就會沒有足夠的剛度，以充分清潔牙齒。但是，現(xiàn)在可利用的劈裂技術(shù)未能充分地瞄準(zhǔn)與劈裂牙刷毛端部和其它不需要長劈裂的鬃毛端部相關(guān)的困難。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種單絲，該單絲的一部分具有許多內(nèi)熔接線和至少四個(gè)孔隙，其中孔隙占單絲橫截面的5～20％。
本發(fā)明還涉及直徑為0.0025～0.012英寸的單絲，其中單絲有六個(gè)小腔或八個(gè)小腔或者近于圓形。
另外，本發(fā)明涉及制造具有劈裂端的擠出單絲的方法，該法所包括的工序有擠出多股熱塑性聚合物流形成多股單絲，使多片切割刀以高于1000rpm旋轉(zhuǎn)，置多片切割刀于與單絲端部接觸的位置，形成劈裂端。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使這些刀片以單絲的固有頻率或在接近該頻率下旋轉(zhuǎn)。
附圖簡述

圖1a是本發(fā)明六小腔單絲的截面圖。
圖1b是用于擠出圖1a單絲的噴絲板毛細(xì)孔的截面圖。
圖2a是本發(fā)明另一種六小腔單絲的截面圖。
圖2b是用于擠出圖2a單絲的噴絲板毛細(xì)孔的截面圖。
圖3a是本發(fā)明另一種六小腔單絲的截面圖。
圖3b是用于擠出圖3a單絲的噴絲板毛細(xì)孔的截面圖。
圖4a是本發(fā)明另一種六小腔單絲的截面圖。
圖4b是用于擠出圖4a單絲的噴絲板毛細(xì)孔的截面圖。
圖5a是本發(fā)明的另一種六小腔單絲的截面圖。
圖5b是用于擠出圖5a單絲的噴絲板毛細(xì)孔的截面圖。
圖6a是具有許多噴絲板毛細(xì)孔位置的噴絲板的正視圖。
圖6b是圖6a的噴絲板的側(cè)視圖。
圖7a是制造具有劈裂端的單絲所使用的刀片的平面圖。
圖7b是用于劈裂本發(fā)明單絲端部的具有三片安裝在共同軸上的刀片的結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖7c是圖7b結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖8是模量為550,000psi的、具有各種長度和直徑的612單絲的固有頻率圖。
圖9是具有多股羽狀須毛的牙刷的視圖。
圖10是多個(gè)具有形成多股細(xì)軟末梢的劈裂端的鬃毛的側(cè)視圖。
圖11是展開在牙齒表面上的羽狀牙刷毛與僅形成單一接觸點(diǎn)的普通一個(gè)整體狀端部的側(cè)視圖之比較。
圖12是在齦線處伸入較深的、從而較好地進(jìn)行清潔而沒有損傷使用者的齒齦的、羽毛狀的牙刷毛的示意圖。
圖13是按照本發(fā)明的八小腔單絲的截面圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案詳述參照附圖，現(xiàn)更詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案和其相應(yīng)制造方法。參照圖1a、2a、3a、4a和5a，說明六小腔單絲的實(shí)例。這些形狀是采用圖1b、2b、3b、4b和5b的各噴絲板毛細(xì)孔經(jīng)擠出工藝得到的。上述單絲均由六股聚合物流熔接制得。每根單絲10均包含許多孔隙20和許多焊縫線或熔接線。這些孔隙使單絲截面積的孔隙率為5～20％。
本發(fā)明的刷毛可由包括聚酰胺、聚酯和聚烯烴的眾多熱塑性聚合物材料制造。
用于制造刷子的聚酰胺包括尼龍6，6、尼龍610(聚癸二酰己二胺)，和尼龍612(1，6-己二胺)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)特別適于制造鬃毛的聚酯包括聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯二甲酸乙二酯?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)特別適于制造鬃毛的聚烯烴是聚丙烯。
本發(fā)明的刷毛外形直徑(overall diameter)或最大橫斷面總尺寸為0.0025～0.012英寸(0.064～0.3mm)。
優(yōu)選制成本發(fā)明鬃毛的方法包括，從噴絲板，其包括圖1b、2b、3b、4b和5b所示的噴絲板毛細(xì)孔，擠出六根或更多的單獨(dú)的聚合物料流；使這些料流結(jié)合形成一根絲。噴絲板，例如圖6a和6b所示者，包含許多噴絲板毛細(xì)孔。參照圖1b、2b、3b和5b，在熱塑性聚合物流被擠出時(shí)，聚合物經(jīng)開口40擠出。各個(gè)料流的熔接形成了位于單個(gè)料流交界面的熔接線，還形成了沿著熔接線的縱向孔隙。孔隙的常見結(jié)構(gòu)能夠廣泛變化。
在高溫下將熱塑性聚合物流擠出成為單根絲之后，將單絲驟冷然后再拉伸，正如，例如，美國專利2418492所概括敘述的，在此引入供作參考。
在擠出單絲并經(jīng)驟冷之后，絲還經(jīng)拉伸而取向，以便改善其縱向強(qiáng)度。另外，絲可經(jīng)其他處理，以便改善物理性能，例如，美國專利3595952所述的飽和蒸汽處理，在此引入供作參考。
絲在經(jīng)拉伸之后可以經(jīng)熱定形，以便有良好的彎曲回復(fù)性。熱定形能夠在氣體中進(jìn)行，例如，將熱空氣吹過絲，或者在液浴中進(jìn)行，例如，使絲通過油浴。然后將絲切成適于制造刷子的長度。然后，將單根鬃毛集束，將這些毛束形成簇制成刷子，采用以下所述步驟加工刷子端部并制成茸尾。
參見圖7a，示出了用于劈裂本發(fā)明鬃毛端部的切割刀平面圖。將三片這樣的刀片被隔片間隔安裝在約3/16英寸的共同軸上，彼此近似相差120度地轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7b和7c所示。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該刀片以高于1000rpm旋轉(zhuǎn)、并將其置于與鬃毛接觸的位置，得到了精細(xì)羽狀(劈裂)效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，使用刨圓削片聯(lián)合機(jī)(router)馬達(dá)使刀片以30,000rpm旋轉(zhuǎn)。鬃毛和刀片之間的抵觸依所需要的劈裂深度變化，但是發(fā)現(xiàn)可優(yōu)選1/8～1/4英寸。原則上，通過刀片高速旋轉(zhuǎn)，并將刀片置于與鬃毛端部接觸的位置，可達(dá)到快速猛烈切割鬃毛的作用，這樣使鬃毛劈裂得最佳。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以單絲的固有頻率或近似固有頻率旋轉(zhuǎn)刀片會得到鬃毛的最佳劈裂。均勻束的固有頻率為
式中A＝3.52，對于懸臂線束來說
E為楊氏彈性模量；u為單位長度質(zhì)量；以及l(fā)＝長度。通常固有頻率以每秒弧度為單位敘述；也能夠采用將弧度除以2π再乘以每分鐘60秒而得到的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示。
參見圖8，示出模量為550000psi的、具有各種長度和直徑的612單絲鬃毛的固有頻率圖。
本發(fā)明單絲鬃毛，與相同直徑的以前已知的單絲鬃毛相比，具有較大數(shù)量的較小端部(茸尾)。該鬃毛具有優(yōu)良的耐用性和清潔能力，對具有顯著柔軟勻細(xì)端部的牙刷毛來說是特別有效的。通過使用該技術(shù)，本發(fā)明的鬃毛被劈裂，而不是圓形端部，從而得到了許多能更有效洗刷齒齦面的更小的端部。還發(fā)現(xiàn)，這種茸尾式端部所得到的較緊密接觸面使牙膏維持與齒面的接觸，能更好地洗刷較大的齒面，以及，在與口內(nèi)軟組織接觸時(shí)，得到較柔軟的感覺。
參見圖9，示出具有許多羽狀鬃毛的牙刷的視圖。關(guān)于圖10，還示出許多具有形成細(xì)軟末梢的劈裂端的鬃毛。這些羽狀絲展開在齒面上，形成許多接觸點(diǎn)，而不象普通整體狀末梢那樣，僅形成一個(gè)接觸點(diǎn)。這許多接觸點(diǎn)與單個(gè)整體狀末梢的單一接觸點(diǎn)之比較示于圖11中。本發(fā)明的精細(xì)羽狀絲在牙齦線還形成更大的和較深的伸入，以便清洗得更好且不損害使用者的齦線。圖12示出了在齦線的這種較深的伸入。所以，這些柔軟的絲末梢具有清掃作用，利于牙齒間和齒齦清洗。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種羽狀末梢在齒間伸得更深，與普通柔軟絲末梢相比清洗范圍更大，因?yàn)榻佑|面增加并且因此保持了牙膏與牙齒的接觸。這種結(jié)構(gòu)在使牙刷額外增加柔軟性的末端處還形成了獨(dú)特的緩沖效應(yīng)。這種柔軟性使刷牙時(shí)牙齦出血減少。而且，已證實(shí)這種鬃毛象圓形絲一樣利于保健。
雖然參照具有六個(gè)孔隙的六小腔鬃毛結(jié)構(gòu)敘述了本發(fā)明，但是還發(fā)現(xiàn)八小腔鬃毛結(jié)構(gòu)(有八個(gè)孔隙)提供許多有益的作用。圖13示出了這種八小腔鬃毛。還能理解，雖然使用六個(gè)和八個(gè)料流得到六小腔和八小腔結(jié)構(gòu)，但是也可以使用更多料流得到具有相應(yīng)的更多孔隙的其他結(jié)構(gòu)。可以成形這種六小腔、八小腔或其他結(jié)構(gòu)的外形，以便具有圓形或近于圓形。圖13示出這種近于圓形的外形。
在單絲中孔隙所占據(jù)的橫截面百分率由孔隙的尺寸、位置、對稱性和形狀決定。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一定中空率(孔隙)會得到長度較短的鬃毛的最佳劈裂，例如牙刷?？紫蹲罴呀Y(jié)果為，孔隙率等于單絲橫截面積的5％～20％。對于這類刷子，如果孔隙太小，例如美國專利5128208所述的孔隙，任何成羽作用都會使鬃毛端部破裂而不成羽毛狀。如果孔隙太大，例如美國專利4279053所述的孔隙，鬃毛易成羽狀，但是在使用時(shí)劈裂很可能沿鬃毛延長。就作牙刷毛使用來說，重要的是，在制造或顧客使用時(shí)，鬃毛末梢劈裂又不沿絲延長。對其他類型的刷子這也可能是正確的，要依刷子的具體用途和/或刷毛的長度而定。
關(guān)于孔隙在單絲中的位置，孔隙應(yīng)位于中心和外邊沿之間約二分之一處。還發(fā)現(xiàn)較長和較窄的孔隙的茸尾效應(yīng)比圓的孔隙大。
還注意到，孔隙可以是對稱的或者不對稱的，但是注意到不對稱的孔隙，在諸如牙刷等具體應(yīng)用中，所具有的自然曲率常常是不理想的。優(yōu)選，如圖1b、2b、3b所示的噴絲板毛細(xì)孔的開口40的曲率半徑r為5～12密耳。圖2b噴絲板毛細(xì)孔開口40的內(nèi)半徑(或曲率半徑)為9密耳，而圖3b噴絲板毛細(xì)孔開口的半徑為8密耳。有意思的是，使用圖2b噴絲板毛細(xì)孔形成圖2a不對稱單絲，而使用圖3b噴絲板毛細(xì)孔形成圖3a對稱單絲。重要的是，指出，圖2a單絲不對稱不是由于結(jié)構(gòu)的對稱性問題，而是由于凸起的尺寸大。對于大凸起來說，料流沒有緊密地與中心一起擠出。因此，沒有為擠出成為單絲的兩股料流留下足夠的空間。
孔隙率，以中空鬃毛重量和相同外部結(jié)構(gòu)的假設(shè)實(shí)體鬃毛的重量為基礎(chǔ)，按下式計(jì)算
雖然就一些優(yōu)選實(shí)施方案敘述了本發(fā)明，但是對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的其他實(shí)施方案也在本發(fā)明的范圍之中。因此，本發(fā)明范圍僅僅由本文所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種刷用單絲，其一部分具有許多內(nèi)熔接線和至少四個(gè)孔隙的部分，其中所述孔隙占單絲橫截面的5～20％。
2.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述單絲是牙刷毛。
3.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述單絲由熱塑性聚合物材料制造。
4.權(quán)利要求3的刷用單絲，其中所述熱塑性聚合物材料選自尼龍610、尼龍612、聚酰胺和聚對苯二甲酸丁二酯。
5.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述刷用單絲有六個(gè)孔隙。
6.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述刷用單絲有八個(gè)孔隙。
7.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述刷用單絲的外形近于圓形。
8.權(quán)利要求1的刷用單絲，其中所述刷用單絲外徑為0.0025～0.012英寸。
9.直徑0.0025～0.012英寸的刷用單絲，所述單絲具有六小腔、八孔，或近于圓形。
10.權(quán)利要求9的刷用單絲，其中所述刷用單絲是牙刷毛。
11.權(quán)利要求9的刷用單絲，其中所述刷用單絲由熱塑性聚合物材料制造。
12.權(quán)利要求9的刷用單絲，其中所述熱塑性聚合物材料選自尼龍610、尼龍612、聚酰胺和聚對苯二甲酸丁二酯。
13.權(quán)利要求9的刷用單絲，還包含具有許多內(nèi)熔接線和至少四個(gè)孔隙的部分，其中所述孔隙占有單絲橫截面的5～20％。
14.一種制造具有劈裂端部的擠出刷用單絲的方法，包括擠出多股熱塑性物流形成多股刷用單絲；使多片切割刀以高于1000rpm旋轉(zhuǎn)；以及置多片切割刀于與刷用單絲端部接觸的位置，形成劈裂端。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述擠出包括將所述熱塑性聚合物流經(jīng)噴絲板擠出。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述擠出包括將所述熱塑性聚合物流經(jīng)具有許多噴絲板毛細(xì)孔的噴絲板擠出，每一個(gè)所述噴絲板毛細(xì)孔具有許多具有曲率半徑為5～12密耳的彎曲部分的開口。
17.權(quán)利要求14的方法，其中所述擠出包括擠出多股熱塑性聚合物流，形成六小腔或八小腔刷用單絲。
18.權(quán)利要求14的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)以所述擠出刷用單絲的固有頻率或近似于該頻率進(jìn)行。
19.權(quán)利要求14的方法，其中所述端部長度為1/4英寸以下。
20.權(quán)利要求14的方法，其中將所述多片切割刀置于僅與刷用單絲端部接觸的位置，以便每根所述刷用單絲都有未劈裂部分和劈裂部分。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述端部長度為1/4英寸以下。
22.一種有許多具有羽狀端部和未成羽狀的桿部的鬃毛的牙刷，所述未成羽狀的桿部具有六小腔或八小腔結(jié)構(gòu)。
23.權(quán)利要求22的牙刷，其中所述未成羽狀的桿部有許多內(nèi)熔接線和至少四個(gè)孔隙，其中所述孔隙占鬃毛橫截面的5～20％。
24.權(quán)利要求22的牙刷，其中所述許多鬃毛是刷用單絲。
25.權(quán)利要求22的牙刷，其中所述許多鬃毛由熱塑性聚合物材料制造。
26.權(quán)利要求22的牙刷，其中所述熱塑性聚合物材料選自尼龍610、尼龍612、聚酰胺和聚對苯二甲酸丁二酯。
27.權(quán)利要求22的牙刷，其中每個(gè)所述未成羽狀的桿部外徑為0.0025～0.012英寸。
28.權(quán)利要求22的牙刷，其中每個(gè)所述羽狀部分長度均為1/4英寸以下。
29.用于共擠出刷用單絲的噴絲板，所述噴絲板有許多噴絲板毛細(xì)孔，每個(gè)所述噴絲板毛細(xì)孔均有至少六個(gè)孔，用來容納至少六股絲料流。
30.權(quán)利要求29的噴絲板，其中每個(gè)所述至少六個(gè)孔均具有曲率半徑為5～12密耳的彎曲部分。
31.權(quán)利要求29的噴絲板，其中所述噴絲板毛細(xì)孔均成形為擠出具有六小腔或八小腔結(jié)構(gòu)的刷用單絲的形體。
全文摘要
具有劈裂端部的單絲。該單絲能夠用于制具有茸尾或羽狀末梢的牙刷毛。每根單絲均有許多內(nèi)熔接線和至少四個(gè)孔隙;其中孔隙占單絲橫截面的5－20%。優(yōu)選每根單絲的直徑均為0.0025－0.012英寸,并有六小腔或八小腔結(jié)構(gòu)。制造單絲的方法包括:擠出多股熱塑性聚合物流,使多片切割刀以高于1000rpm旋轉(zhuǎn),置多片切割刀于與多股熱塑性聚合物流的端部接觸的位置,形成劈裂端部。
文檔編號A46B9/00GK1253599SQ97182132
公開日2000年5月17日 申請日期1997年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月24日
發(fā)明者R·L·拉克利 申請人:納幕爾杜邦公司