專利名稱：改進(jìn)的低密度牙線及其制造方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是1999年8月31日提出的申請(qǐng)№09/387691的繼續(xù)申請(qǐng)。
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種牙線，更具體地說，涉及一種低密度牙線。
發(fā)明的背景使用牙線仍然是預(yù)防和控制牙齦疾病最經(jīng)常推薦使用的一種方法。目前已知和使用的有幾種類型的牙線。這些牙線都由尼龍、聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和膨脹PTFE(ePTFE)之類的材料制成。其中，尤其優(yōu)選使用ePTFE牙線，尤其是ePTFE單絲牙線，這部分因?yàn)樗哂袃?nèi)在的低摩擦性能，使它在齒間易于滑動(dòng)。
對(duì)于牙線，一般要考慮以下性能。首先，它應(yīng)當(dāng)耐磨，使它在使用期間經(jīng)過使用者齒間時(shí)，不會(huì)破碎、磨損或斷裂。
為了使用方便，該牙線也應(yīng)當(dāng)可以抓住，即使用者用手抓住或其他裝置抓住牙線在齒間進(jìn)行操作時(shí)，牙線不會(huì)從手中或其他裝置中滑脫。已經(jīng)進(jìn)行了幾種使PTFE牙線更易于抓住的努力。例如，如授予Dolan等人的美國專利№5518012所述，為了使牙線更易于抓住，在PTFE纖維上涂了蠟狀涂層。在授予Curtis等人的美國專利№5911228中，為了使纖維便于抓住，在PTFE纖維結(jié)構(gòu)中加入了固態(tài)添加劑，而不需涂層。因此要求的是可以抓住的PTFE牙線，無需在其纖維上使用涂層，也無需在其纖維內(nèi)使用添加劑來使牙線好抓住。
牙線還應(yīng)當(dāng)具有主觀感覺方面的優(yōu)點(diǎn)，就是使使用者具有良好的“觸感”。該觸感包括纖維的總體手感和纖維在使用者口腔內(nèi)清潔牙齒時(shí)的觸覺效果。所要求的是PTFE牙線應(yīng)當(dāng)柔軟并貼合，在使用者齒間舒適地滑動(dòng)，同時(shí)在牙齦下操作時(shí)，提供使用者擦洗或清潔的感覺。該牙線還應(yīng)當(dāng)具有柔軟的手感和口腔內(nèi)的粗糙感。具有所有這些優(yōu)點(diǎn)和性能的PTFE牙線應(yīng)該是人們要求的。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種牙線，它含有旦數(shù)為100-3500、密度小于約0.8g/cc的纖維，在另一些實(shí)施方式中，密度小于約0.7g/cc，小于約0.6g/cc，小于約0.5g/cc，小于約0.4g/cc，小于約0.3g/cc，小于約0.2g/cc等等。該牙線具有適用作牙線的強(qiáng)度，一般大于約1.5lbs，在另一些實(shí)施方式中，大于約2lbs，大于約2.5lbs，大于約3lbs，大于約5lbs，大于約7.5lbs，大于約10lbs等等。該牙線可以是具有所要求任何剖面例如基本為橢圓形或矩形的中空纖維。該牙線也耐磨，在各種實(shí)施方式中，平均的摩擦斷裂強(qiáng)度大于2.8×10-3lbs/den，大于3.0×10-3lbs/den，大于4.0×10-3lbs/den，大于5.0×10-3lbs/den，大于6.0×10-31bs/den等等。本發(fā)明的牙線具有增大的表面粗糙度，平均粗糙度大于約0.3微米(優(yōu)選約1.3微米)，均方根粗糙度大于約0.35微米(優(yōu)選約1.6微米)，峰谷間距大于約1.7微米(優(yōu)選約6.3微米)。該牙線也可以采用任何適用于牙線的材料，優(yōu)選是多孔PTFE材料，尤其是泡沫PTFE材料。牙線內(nèi)可以有許多根纖維，纖維的成分可以相同，也可以不同。牙線還可以含有填料。
在另一方面，本發(fā)明提供一種牙線的制造方法，它包括如下步驟提供PTFE樹脂，將所述樹脂擠出，形成擠出物，將擠出物膨脹成具有上述性能的纖維。在優(yōu)選實(shí)施方式中，用擠出機(jī)內(nèi)的芯軸進(jìn)行擠出。在各種實(shí)施方式中，擠出機(jī)內(nèi)的壓縮比可以大于150∶1，大于200∶1，大于250∶1，大于300∶1，或大于500∶1等等。在膨脹過程中，用非接觸加熱的方式加熱擠出物，即擠出物在該過程中不接觸熱源。
在又一方面，本發(fā)明提供具有上述性能和成分的長絲。
在再一方面，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的縫紉線，用于織造的纖維以及用于軸承和軸瓦結(jié)構(gòu)中的長絲。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明一示范性實(shí)施方式牙線的剖面圖；圖2是本發(fā)明另一示范性實(shí)施方式牙線的剖面圖；圖3是用于制造本發(fā)明纖維的擠出機(jī)的側(cè)面剖面圖；圖3A是圖3所示擠出機(jī)的一部分的側(cè)面剖面圖3B是圖3A中一部分的細(xì)部圖；圖3C是用于實(shí)施例2的頂端拉伸的細(xì)部圖；圖4是在本發(fā)明方法一示范性實(shí)施方式中使用的設(shè)備側(cè)視圖；圖5是在本發(fā)明方法的另一示范性實(shí)施方式中使用的設(shè)備的側(cè)視圖；圖6是用來測試牙線耐磨性的測試儀透視圖；圖7是圖6所示測試儀的側(cè)視圖；圖8是本發(fā)明一示范性實(shí)施方式的牙線樣品表面放大100倍的掃描電子顯微鏡照片；圖9是現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)牙線樣品表面放大100倍的掃描電子顯微鏡照片；圖10是本發(fā)明一示范性實(shí)施方式的牙線樣品表面放大500倍的掃描電子顯微鏡照片；圖11是現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)牙線樣品表面放大500倍的掃描電子顯微鏡照片；發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明提供密度小于0.8g/cc的ePTFE牙線。該牙線耐磨，可以抓住，對(duì)使用者具有優(yōu)良的觸感。
PTFE牙線一般通過擠出制成，并膨脹成較大的PTFE條，接著，將該條縱切成牙線要求尺寸的纖維。這樣的制備方法在例如授予Dolan等人的美國專利№5518012中有描述。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的牙線則用一新方法制成。
具體地說，根據(jù)本發(fā)明，PTFE牙線這樣制成擠出所要求尺寸的PTFE纖維(與條不同)，接著使纖維膨脹，在纖維內(nèi)形成結(jié)點(diǎn)和原纖維結(jié)構(gòu)，這是膨脹的PTFE的特征。該膨脹的纖維具有所要求的牙線的最終尺寸。這樣，就從擠出機(jī)直接制成了牙線纖維本身，而不需插入縱切步驟。
根據(jù)本發(fā)明，PTFE纖維牙線由下述方式制成。用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法制成供擠出的PTFE樹脂，例如如授予Gore的美國專利№3953566所述，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。擠出機(jī)可以是常規(guī)的漿料制管擠出機(jī)，例如如圖3中10所示。該擠出機(jī)10包括位于中央部位的芯軸11。芯軸11有個(gè)端頭12(圖3A)，伸入在擠出機(jī)10開口中的模具13內(nèi)。擠出機(jī)10具有筒體7和漸變段8。筒體的內(nèi)徑如圖所示。圖3A示出了芯軸的直徑5。圖3B示出了所包括的模具模面的直徑尺寸2，和端頭的截面直徑尺寸4。圖3C示出了扁平的端頭截面。
芯軸11(和端頭12)可以完全伸入模具13內(nèi)，使得從擠出機(jī)10出來的擠出物是中空的。另外，軸11(和端頭12)也可以從模具13內(nèi)退回?cái)D出機(jī)10本身內(nèi)，減小擠出物內(nèi)中央孔即內(nèi)腔的相對(duì)尺寸，或者形成非中空剖面的擠出物。本發(fā)明的一個(gè)重要方面是，PTFE在擠出期間進(jìn)行高很大的加工。對(duì)聚合物的加工量受擠出機(jī)壓縮比的影響。該壓縮比由擠出機(jī)的簡體面積除以模具面積表示。為了獲得本發(fā)明所要求的性能，最好是壓縮比大于150∶1，優(yōu)選大于200∶1，更優(yōu)選大于250∶1，再優(yōu)選大于300∶1，最優(yōu)選大于500∶1。
根據(jù)本發(fā)明，無論纖維是制成中空還不是中空的，不受理論的束縛，可以認(rèn)為在擠出PTFE纖維過程中，使用具有端頭12的芯軸11可以對(duì)PTFE提供額外的加工量，從而對(duì)所述擠出物的有益性能有幫助。
可以采用任何適用的擠出機(jī)10操作條件制成合適的擠出物。下述一些實(shí)施例中將給出一些優(yōu)選的條件。
擠出物離開擠出機(jī)10后，在卷筒40(圖4)上卷繞。接著，擠出物(圖4中的41)離開卷筒40，經(jīng)過烘箱42，優(yōu)選采用強(qiáng)制通風(fēng)的烘箱。優(yōu)選使用主動(dòng)滾輪43和44控制擠出物41經(jīng)過烘箱42的速度。擠出物經(jīng)過烘箱42時(shí)被伸長?？梢圆捎萌魏嗡蟮纳扉L比(或拉伸比)，它由主動(dòng)滾輪的速度比確定，例如2∶1-120∶1或更大。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以采用兩個(gè)分開的烘箱51和52，如圖5所示，和相應(yīng)的兩次分開的伸長。在這兩種情形下，所述方法都制成本發(fā)明纖維49，然后，纖維可以卷繞到最后的卷筒50上。
本發(fā)明的一個(gè)重要的特征是擠出物41(或纖維49)的所有加熱過程都不接觸擠出物41。具體地說，本發(fā)明采用強(qiáng)制通風(fēng)烘箱42(或51和52)，擠出物41在其中經(jīng)過，不接觸烘箱壁。這與目前采用的制備PTFE牙線的方法不同，目前采用的方法是在加熱板上拖動(dòng)纖維來實(shí)施熱傳遞。不受理論的束縛，可以認(rèn)為這種與加熱板的接觸對(duì)PTFE纖維表面起著涂抹光滑化的作用，由此常規(guī)PTFE牙線的表面摩擦低，所以難以抓住。如下詳細(xì)所述，可以認(rèn)為本發(fā)明纖維的非接觸加熱有助于制成比板接觸加熱方法更粗糙的纖維表面。所述更粗糙的表面則可使本發(fā)明的牙線表面摩擦大，從而可更好地抓住。
伸長后，纖維就具有所要求的牙線的最終性能。這些最終性能是例如厚度(圖1中用B表示)為0.0015-0.04英寸，寬度(圖1中用A表示)為0.3-4mm(0.01-0.16英寸)，旦數(shù)為100-3500。最重要的是，纖維的密度應(yīng)當(dāng)小于0.8g/cc，在另一些實(shí)施方式中，小于約0.7g/cc，小于約0.6g/cc，小于約0.5g/cc，小于約0.4g/cc，小于約0.3g/cc，小于約0.2g/cc等等。這些每種性能都用常規(guī)方法測試。厚度可以用任何常規(guī)的裝置測試，例如使用卡鉗、瞬動(dòng)卡規(guī)、光學(xué)比較器或甚至掃描電子顯微鏡。將測得的纖維樣品質(zhì)量(沒有任何涂層或添加劑)除以算得的樣品體積，可以獲得密度。將剖面基本為矩形的樣品測得的長度、寬度和厚度相乘可以算得體積，如果剖面為其他形狀的樣品也可由其他已知的方式算得體積，得到最準(zhǔn)確的近似體積。旦數(shù)是每9000米長度上測得的樣品(沒有任何涂層或添加劑)質(zhì)量的克數(shù)。
根據(jù)本方法制成的牙線的耐磨性也有提高。耐磨性使用圖6和7所示的裝置60測得。裝置60具有由不銹鋼制成的基底61。伸長裝置62和63從基底61突出，通過插銷69以可調(diào)節(jié)的方式與基底結(jié)合。每個(gè)伸長裝置62和63都有通過插銷69結(jié)合上去的輥?zhàn)?4、65有個(gè)微細(xì)晶粒。碳化物刀片66(商品號(hào)AL-8，購自加拿大Los Angles的Micro-100 Inc.)，支撐在載體67上，該載體安裝在形成于基底61內(nèi)的凹槽68內(nèi)。
如圖7所示，將牙線樣品70放置到裝置60上，使牙線70在三點(diǎn)位置接觸裝置60輥?zhàn)?4、刀片66和輥?zhàn)?5。伸長裝置62和63的角度要設(shè)置成使牙線70盡可能接近基底61，但實(shí)際上又不接觸基底61。牙線70的一端連接一個(gè)429克的重物100，另一端則連接到一線性往復(fù)促動(dòng)器(未示出)，該促動(dòng)器將牙線70在裝置60上反復(fù)拉動(dòng)。線性往復(fù)促動(dòng)器的行程長度為13/16英寸，速度為1.5次/秒(每次為一個(gè)向后和向前的循環(huán))。完成10次行程。然后，停止線性往復(fù)促動(dòng)器，從刀片66上取下牙線70，刀片用清潔的棉巾擦拭。接著，重新裝上牙線，運(yùn)行10次以上行程。然后停止線性往復(fù)促動(dòng)器，再次取下牙線70，再次用清潔的棉巾擦拭刀片66，接著重新裝上牙線70，運(yùn)行最后10次行程。這樣，完成共30次行程，中間進(jìn)行2次清潔擦拭。
從裝置60上取下牙線70，并在購自摩洛哥Canton的Instron Co.的InstronModel 1130的纖維夾頭(喇叭型)之間進(jìn)行拉伸。裝牙線70時(shí)，其磨毛的部位要對(duì)準(zhǔn)夾頭之間的中心。Instron試驗(yàn)儀的夾距長度是10英寸，十字頭速度為10英寸/分鐘。測得斷裂時(shí)的負(fù)荷(磅力)，對(duì)于每個(gè)測試樣品記錄為“摩擦斷裂強(qiáng)度”。在每個(gè)纖維樣品長度上，進(jìn)行5次這樣的測試(摩擦和斷裂)，報(bào)告5次的平均值?？梢詫⒛Σ翑嗔褟?qiáng)度除以測試樣品的旦數(shù)，算得旦數(shù)歸一化的斷裂強(qiáng)度。本文中使用的“耐磨”術(shù)語就是指根據(jù)上述測試方法旦數(shù)歸一化的斷裂強(qiáng)度大于約2.8×10-3磅/旦數(shù)。測試樣品的數(shù)據(jù)列在表7中。
本發(fā)明的牙線與常規(guī)PTFE纖維相比，容易被抓住得多。因此，本發(fā)明的牙線具有一些牙線的功能，例如用于牙線剔牙，而不需任何提高可抓住性的涂層或添加劑。但是，也可以要求本發(fā)明牙線上涂以少量蠟涂層(例如2-3重量％蜂蠟或任何其他已知的提高可抓住性的涂層或添加劑)，以進(jìn)一步提高可抓住性。但是，與常規(guī)PTFE牙線所需的量相比，本發(fā)明的牙線由于纖維自身的可抓住性提高了，只需要向牙線上施加非常少的蠟或其他添加劑或涂層。
不受理論的束縛，可以認(rèn)為本發(fā)明牙線提高的可抓住性是來自于其比常規(guī)PTFE牙線大的表面粗糙度和低的密度。所述本發(fā)明纖維增大的表面粗糙度(至少部分是由于本發(fā)明方法中纖維的非接觸加熱)，由后述的掃描電子顯微鏡照片說明。
纖維的表面粗糙度用粗糙度測定法測得。測試在樣品寬度上(圖1和2中用A表示)500×500微米2的正方形代表性面積上進(jìn)行。
粗糙度測定法用Tencor Profiler Model P-10進(jìn)行，它測定樣品的500×500微米面積。該Tencor粗糙度儀裝有MicroHead sr Exchangeable MeasurementHead(觸針尖端半徑為20微米，角度為60°)。粗糙度儀的菜單設(shè)置如下掃描長度500微米x方向數(shù)據(jù)的間距0.40微米y方向數(shù)據(jù)的間距0.20微米噪音過濾器關(guān)閉0.250微米波度關(guān)閉過濾器250微米表面粗糙度的測試值在后面報(bào)導(dǎo)。
本發(fā)明牙線的拉伸強(qiáng)度(也稱為“斷裂強(qiáng)度”或簡稱為“強(qiáng)度”)應(yīng)當(dāng)適合用作牙線。所要求的強(qiáng)度是大于1.5磅。強(qiáng)度優(yōu)選大于2.0磅，大于2.5磅，大于3.0磅，大于5.0磅，大于7.5磅，或大于10磅等等。牙線的強(qiáng)度用拉伸測試儀測得，例如上述的INSTRON儀。拉伸測試儀的十字頭速度為10英寸/分鐘。夾距長度為10英寸(接兩個(gè)喇叭型夾頭上切點(diǎn)至切點(diǎn)的距離測得)。得。將測試過程中纖維上承受的最大負(fù)荷作為強(qiáng)度。
多孔PTFE樣品基體的拉伸強(qiáng)度由下式算出(2.2g/cc×拉伸強(qiáng)度)/密度，其中2.2g/cc取作無孔PTFE的密度。
將斷裂強(qiáng)度的單位從磅力轉(zhuǎn)變?yōu)榭肆?，并將長絲的斷裂強(qiáng)度(克力)除以長絲的旦數(shù)，就算得強(qiáng)度。
纖維的伸長率由Instron試驗(yàn)儀算得。將在Instron儀上斷裂時(shí)的樣品長度除以樣品的起始長度算得的應(yīng)變作為伸長率。
根據(jù)本發(fā)明制成的一個(gè)示范性纖維的剖面如圖1所示。在圖1中，纖維20的剖面基本為矩形。從擠出機(jī)10擠出時(shí)，擠出物的剖面會(huì)是圓形，但是，擠出物被拉伸成纖維，并卷繞到卷筒上后，它就被壓縮成圖1所示的基本為矩形的形狀。擠出領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會(huì)明白，可以制備出任意剖面形狀的擠出物和纖維。
圖2示出了根據(jù)上述方法制成的另一種示范性纖維30，在該方法中芯軸插入模具內(nèi)足夠深，形成了中空的剖面。雖然在纖維膨脹并卷繞到卷筒上后，纖維的中空芯最終會(huì)被壓癟，但是纖維離開擠出機(jī)10時(shí)，在纖維30的中心具有初始的孔31。在圖1和2中，纖維寬度通常用A表示，厚度通常用B表示，對(duì)于基本為矩形的剖面，剖面面積由A×B算得。如上所述，這些尺寸用于計(jì)算密度。
根據(jù)本發(fā)明，雖然PTFE，尤其膨脹PTFE是用作牙線的優(yōu)選材料，但是其他材料，包括聚合物例如聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯和尼龍也可以用來制備具有本文所述性能的牙線。
根據(jù)本發(fā)明制成的纖維或可還含有一種或多種填料，也稱為添加劑。纖維具有結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)由形成貫通通道的原纖維互相聯(lián)結(jié)。填料可以包含于ePTFE自身的基質(zhì)內(nèi)，也可包含于所述結(jié)構(gòu)形成的通道內(nèi)，或這兩者當(dāng)中。在本發(fā)明中空(也稱為中孔)纖維的情況下，填料也可以包含于中孔內(nèi)。
所要求的填料或添加劑可以包括著色劑、香味劑、藥物、抗微生物劑、抗生素、抗菌劑、抗真菌劑、潔牙劑、補(bǔ)充礦物質(zhì)劑、漂白劑、免疫劑、抗酒石劑或抗齲劑、抗斑劑、溶菌酶(lysozmes)、消炎劑、止血?jiǎng)?、止痛劑、氟化鈉、氯化鋅、焦磷酸四鈉、焦磷酸鈉、焦磷酸四鉀、維生素K、可溶于水的鈣鹽、促使凝結(jié)物層疊的血因子、氨基己酸、凝血酸、腎上腺素、明礬、去甲基腎上腺素、離子鹽和海藻酸鈣、單氟磷酸鈉、氟化亞錫、雙氯苯雙胍己烷、六氯酚、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化芐乙氧銨、尿素酶、碳酸鈣、碳酸鎂、正磷酸、磷酸單鈉、磷酸單鉀、磷酸二鈉、磷酸二鉀、磷酸半鈉、苯并噻鎓(benzothonium)、氯化物、溴化乙?；谆@、血根草屬、二氯苯氧氯酚、四環(huán)素、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化苯并噻鎓、二甲聚硅氧烷熔體的乳液及其混合物。為了使本發(fā)明的牙線更容易被抓住，也可以使用任何合適的抓住劑例如二氧化硅、熱解二氧化硅或氟化鈉，或者涂層例如蠟，雖然如下所述，本發(fā)明的牙線不需這些試劑或涂層就比常規(guī)牙線更容易被抓住。
下面的實(shí)施例用于進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是它們絲毫不限制本發(fā)明，也不應(yīng)當(dāng)將它們理解為限制本發(fā)明。
實(shí)施例1(中空的牙線實(shí)施例)將5磅購自特拉華州Wilmington的ICI的CD 123 PTFE樹脂通過10目的篩篩入2加侖玻璃瓶中，并與675ml Isopar K.(22.6重量％潤滑油，以PTFE樹脂干重計(jì))混合。將玻璃瓶放到滾動(dòng)混合機(jī)的斜板上，滾動(dòng)30分鐘。接著，從混合機(jī)內(nèi)取出玻璃瓶，在放置過夜后進(jìn)行造粒。擠壓預(yù)成品，壓力達(dá)到300psi，從造粒機(jī)內(nèi)取出，并放入密封管中預(yù)加熱。將預(yù)成品加熱至40℃為時(shí)16小時(shí)，然后進(jìn)行擠出。使用的擠出機(jī)是常規(guī)的漿料管擠出機(jī)，筒體2英寸。筒體和模具溫度設(shè)置為40℃。實(shí)驗(yàn)采用的模具，其模面直徑為0.153英寸。使用的端頭的截面直徑為0.142英寸，用0.750英寸的芯軸固定在原位。算得的裝置的壓縮比為1095∶1。擠出濕擠出物。采用僅足以防止擠出物與卷筒之間產(chǎn)生松弛的張力，將濕擠出物卷繞到芯直徑為4英寸的卷筒上。擠出速率約為40英尺/分鐘。擠出物的壁厚約為0.013英寸，包括?？诘拿洿蟆⒗@有濕擠出物的卷筒放置到張力松卷裝置上，并喂到一套直徑為5英寸的主動(dòng)滾輪上。然后，擠出物從主動(dòng)滾輪上經(jīng)過一強(qiáng)制通風(fēng)烘箱，不與烘箱壁接觸，該烘箱4英尺長，內(nèi)徑1英寸。離開烘箱后，擠出物卷繞到一套直徑為7英寸的主動(dòng)滾輪上。然后，擠出物從該主動(dòng)滾輪上經(jīng)過第二個(gè)強(qiáng)制通風(fēng)烘箱，不與烘箱壁接觸，該烘箱4英尺長，內(nèi)徑為1英寸。離開烘箱后，接著，擠出物再卷繞到一套直徑為7英寸的主動(dòng)滾輪上，并采用芯直徑為7.5英寸的卷筒，進(jìn)行張力卷繞。所述的所用烘箱前是逆流烘箱，氣流流量設(shè)置為9英尺3/分鐘。烘箱的纖維出口溫度設(shè)置為380℃，纖維入口溫度設(shè)置為220℃。主動(dòng)滾輪1與主動(dòng)滾輪2之間的初始速度比設(shè)置為5∶1，第一主動(dòng)滾輪速率設(shè)置為2英尺/分鐘。第一主動(dòng)滾輪速率在整個(gè)測試過程中保持2英尺/分鐘。在該實(shí)施例中，主動(dòng)滾輪2與3之間的速度比設(shè)置為1.2∶1。然后，在步驟5中將主動(dòng)滾輪1與2之間的速度比逐段提高(每段提高5)至速度比達(dá)到15∶1。在該設(shè)置情形下，運(yùn)行一定長度的物料，然后將速度比增到20∶1。以速度比25∶1和30∶1，重復(fù)該過程。提高速度比的同時(shí)升高烘箱溫度。速度比開始為15∶1，逐段提高，每段提高5，以保持物料的無定形鎖定。在主動(dòng)滾輪1與3之間的速度比達(dá)到36∶1時(shí)，第三主動(dòng)滾輪的速率為72英尺/分鐘，烘箱的纖維出口溫度為400℃。當(dāng)擠出物卷繞時(shí)，在擠出物上放置標(biāo)識(shí)物，以識(shí)別變化發(fā)生的部位。當(dāng)它卷繞在卷筒上時(shí)，纖維會(huì)變扁平，變?yōu)榛救鐖D1所示的形狀。測試由該方法獲得的纖維的寬度、厚度、旦數(shù)和強(qiáng)度。結(jié)果如表1所示(測試強(qiáng)度之前，用2％天然蜂蠟涂敷樣品，采用購自賓夕法尼亞州Spring City的Cezoma International Inc.的卷繞和上蠟機(jī)，型號(hào)CE-1487，將蜂蠟施加到樣品上。蜂蠟施加到樣品上之前，要加熱至97℃)。
實(shí)施例2(中空的剖面基本橢圓形的實(shí)施例)使用與實(shí)施例1所述同樣的混合樹脂，用與實(shí)施例1所述同樣的模具擠出，并使用剖面如圖3C中200所示的扁平端頭。該裝置的壓縮比約為265∶1。擠出物沿其長度有“D”形孔，形成中空纖維。繞有濕擠出物的卷筒放置到張力松卷裝置上，并與實(shí)施例1所述相似的方式進(jìn)行加工。主動(dòng)滾輪1與主動(dòng)滾輪2之間的速度比設(shè)置為4∶1，主動(dòng)滾輪2與3之間的速度比如表2所示變化。當(dāng)纖維卷繞在卷筒上時(shí)，纖維會(huì)變扁平，成為基本如圖2所示的形狀。測試由此實(shí)施例2制成的纖維卷筒的寬度、厚度、旦數(shù)和強(qiáng)度。結(jié)果如表2所示(測試強(qiáng)度之前，用2％天然蜂蠟涂敷樣品，如實(shí)施例1所述)。
實(shí)施例3(非中空的剖面基本矩形的實(shí)施例)使用實(shí)施例1中所述同樣的混合樹脂，采用模面為矩形0.075英寸×0.037英寸的模具擠出。端頭為錐體，縮小至一點(diǎn)。從接觸位置后退約0.5英寸，使擠出的擠出物為矩形剖面(非中空)。筒體尺寸為0.850英寸，芯軸是0.315英寸，算出的壓縮比為176∶1。此實(shí)施例中，筒體和模具溫度設(shè)置為45℃。采用實(shí)施例1所述方式卷繞該濕擠出物。繞有濕擠出物的卷筒放置到張力松卷裝置上，并與實(shí)施例1所述相似的方式進(jìn)行加工。該實(shí)施例3中使用的速度比如表3所示。測試采用此方法得到的纖維的寬度、厚度、旦數(shù)和強(qiáng)度。結(jié)果如表3所示(測試強(qiáng)度之前，用2％天然蜂蠟涂敷樣品，如實(shí)施例1所述)。
實(shí)施例4(非中空的剖面基本圓形的實(shí)施例)使用實(shí)施例1中所述同樣的混合樹脂，采用模面為圓形的模具擠出，模面直徑為0.057英寸，并采用實(shí)施例3中使用的同樣的端頭，使擠出的擠出物為圓形剖面(非中空)。筒體尺寸為0.650英寸，芯軸是0.315英寸，算出的壓縮比為99∶1。此實(shí)施例中，筒體和模具溫度設(shè)置為45℃。采用實(shí)施例1所述方式卷繞該濕擠出物。繞有濕擠出物的卷筒放置到張力松卷裝置上，并與實(shí)施例1所述相似的方式進(jìn)行加工。此實(shí)施例中使用的速度比如表4所示。測試采用該方法得到的纖維的寬度、厚度、旦數(shù)和強(qiáng)度。結(jié)果如表4所示(測試強(qiáng)度之前，用2％天然蜂蠟涂敷樣品，如實(shí)施例1所述)。
實(shí)施例5(含有添加劑的非中空纖維)將CD 123 PTFE樹脂與10重量％SiO2混合。然后該樹脂與320ml/磅異丙醇混合，放置過夜然后造粒。在0.850英寸筒體內(nèi)擠壓預(yù)成形品，壓力達(dá)到300psi，并預(yù)加熱至45℃。采用0.850英寸筒體、0.315英寸芯軸、0.098英寸模面直徑的模具和0.050英寸截面直徑的端頭擠出預(yù)成品。算出的該組合裝置的壓縮比為87∶1。在此實(shí)施例中，筒體與模具溫度設(shè)置為45℃。采用實(shí)施例1所述方法卷繞該濕擠出物并加工，但是作了下述改進(jìn)第一主動(dòng)滾輪的速率設(shè)置為2英尺/分鐘，使用單向強(qiáng)制通風(fēng)烘箱，烘箱內(nèi)氣流流量為10英尺3/分鐘，烘箱出口溫度為375℃。在速度比為2∶1、5∶1、10∶1、14∶1、18∶1和27∶1加工物料的情形下，制備了幾個(gè)實(shí)施例。測試用此實(shí)施例方法獲得的纖維的寬度、厚度、旦數(shù)和強(qiáng)度。結(jié)果如表5所示(測試強(qiáng)度之前，用2％天然蜂蠟涂敷樣品，如實(shí)施例1所述)。
測試了J&J ReachEasy SlideMint的對(duì)比牙線樣品的某些性能，以便與本發(fā)明樣品測得的性能對(duì)比。對(duì)比樣品的測試結(jié)果如表6所示。能夠看出，本發(fā)明纖維在除了一個(gè)條件以外的所有條件下，其密度都遠(yuǎn)低于對(duì)比樣品。
采用上述測試方法，分別測試了上述實(shí)施例的一些樣品的耐磨性。在測試耐磨性之前，用2％天然蜂蠟涂敷本發(fā)明樣品。采用購自賓夕法尼亞州SpringCity的Cezoma International Inc.的卷繞和上蠟機(jī)，型號(hào)CE-1487，將蜂蠟施加到樣品上。蜂蠟施加到樣品上之前，加熱至97℃。也測試了J&J ReachEasySlideMint的對(duì)比樣品的耐磨性。結(jié)果如表7所示。
測試結(jié)果說明，本發(fā)明的纖維樣品的耐磨性比對(duì)比樣品高，這由本發(fā)明纖維旦數(shù)歸一化的斷裂強(qiáng)度較高所證明。當(dāng)測試了耐磨性之后重新測試時(shí)，本發(fā)明纖維的殘留強(qiáng)度仍很高。該數(shù)值在表7中記錄為強(qiáng)度衰減。(要注意，由于初始纖維樣品在摩擦測試中要斷裂以測得斷裂強(qiáng)度，所以使用經(jīng)過摩擦測試的同種樣品用于對(duì)比。任何明顯的強(qiáng)度增加都被認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，記錄為0)。本文所述的“強(qiáng)度衰減”定義為纖維經(jīng)過所述摩擦測試后的強(qiáng)度損失的百分率。如表7所示，本發(fā)明纖維與對(duì)比樣品相比，強(qiáng)度衰減較小，這是有利的。本發(fā)明牙線與對(duì)比牙線相比，強(qiáng)度衰減的明顯改善也就模擬了在使用者口腔內(nèi)的行為。當(dāng)使用者在牙齒之間反復(fù)移動(dòng)牙線時(shí)，使牙線受到反覆摩擦，重要的是牙線盡可能保留高的強(qiáng)度，有助于避免斷裂。本發(fā)明牙線有改善的強(qiáng)度衰減說明，它可保留較高的強(qiáng)度。
圖8顯示了本發(fā)明實(shí)施例1的牙線(該實(shí)施例中總速度比為24∶1)放大100倍的表面。可以看到明顯的表面粗糙度。圖8與圖9對(duì)比，圖9顯示放大同樣倍數(shù)的常規(guī)PTFE牙線的表面(將J&J ReachEasy SlideMint牙線浸在二甲苯中10分鐘脫除其表面涂層，然后空氣干燥之)。圖8所示本發(fā)明牙線與圖9所示對(duì)比牙線的表面形態(tài)之間的明顯差異是驚人而意外的?？梢哉J(rèn)為，本發(fā)明牙線表面形態(tài)的這種意外的粗糙度增大可提高可抓住性和其他有利的性能。圖10和11同樣對(duì)比了放大500倍的表面形態(tài)，也進(jìn)一步說明了這一點(diǎn)。可以看出，圖10所示的本發(fā)明實(shí)施例1的牙線的表面(該樣品的總速度比為24∶1)明顯比圖11所示的對(duì)比樣品(J & J ReachEasy SlideMint的牙線，其表面涂層已經(jīng)如上所述被脫除)粗糙得多。
測試本發(fā)明實(shí)施例1的牙線(該樣品的總速度比為24∶1)和對(duì)比樣品牙線(J & J ReachEasy SlideMint)的表面粗糙度。兩種樣品都是將牙線浸在二甲苯中10分鐘，然后空氣干燥而制成。在上述條件下用裝置測得的平均粗糙度、均方根粗糙度和峰與谷的間距的結(jié)果如下所述。
從數(shù)據(jù)能夠看出，本發(fā)明纖維由所報(bào)道的所有特征測得的粗糙度都比對(duì)比樣品大很多。
再次不受理論的束縛，可以認(rèn)為與常規(guī)PTFE牙線相比，本發(fā)明的PTFE牙線的低密度和其他特征對(duì)提高牙線的性能有很大貢獻(xiàn)。本發(fā)明的這些特征有助于提供可抓住的牙線，它在口腔內(nèi)具有粗糙的觸感，可提高感覺得到的有效性，同時(shí)還具有所要求的柔軟性、可擠壓的手感，而且在制造過程中還能節(jié)省很多材料。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的密度大于0.8g/cc的PTFE牙線用目前已知的制造方法在同時(shí)不明顯降低纖維強(qiáng)度的情況下制不出更低的密度。本發(fā)明提供具有本文所述優(yōu)點(diǎn)，也具有對(duì)牙線用途適合的強(qiáng)度的低密度PTFE纖維。
作為一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的牙線潮濕的時(shí)候具有甚至更大的可感覺到的可抓住性。在使用期間，這應(yīng)當(dāng)能進(jìn)一步提高使用者抓住牙線的能力。
如上所述，本發(fā)明牙線一個(gè)尤其有利的用途是采用牙線裝置來使用時(shí)。由于本發(fā)明牙線的表面粗糙度和可抓住性增大，該裝置可以制成使本發(fā)明牙線留在其中，不需采用增大可抓住性的涂層或添加劑。本發(fā)明制成了這種牙線裝置的樣本裝置，它基本由聚丙烯制成，如歐洲專利申請(qǐng)EP922440 A2所述，使用于本發(fā)明的ePTFE牙線，根據(jù)優(yōu)選測試中選出的使用者的經(jīng)驗(yàn)，本發(fā)明牙線可被此裝置充分保持住。
另外，本發(fā)明的方法和纖維還可以用于多種其他用途。雖然本文所述的是單絲牙線，但是根據(jù)本發(fā)明也可以用許多纖維制成復(fù)絲牙線。本發(fā)明的纖維也，例如通過加捻，或用粘合劑結(jié)合，與常規(guī)的牙線纖維組合形成復(fù)合牙線。
另外，利用本發(fā)明的高孔隙率特征，還可提供改進(jìn)的縫紉線?？p紉線一般用蠟、油或其他潤滑劑涂敷或浸漬，以提高縫紉過程中的使用性能。所述的比傳統(tǒng)ePTFE縫紉線增大的孔隙率需要加入和使用更多的潤滑油。另外，當(dāng)長絲表面上存在潤滑油和或其他涂層時(shí)，本發(fā)明增大的表面粗糙度形態(tài)就提供了受保護(hù)區(qū)域。這些區(qū)域有助于使涂層在縫紉、其他加工和長絲使用的過程中從長絲表面上擦掉潤滑油的可能性減小。由于纖維的負(fù)荷較大和表面粗糙度增大，可以認(rèn)為潤滑油或其他涂層或浸漬物的耐久性也會(huì)提高。
由于本發(fā)明長絲的孔隙率增大和尤其是軸瓦的情形下環(huán)氧化物浸漬纖維的能力增強(qiáng)，本發(fā)明也提供一種改進(jìn)的軸承和/或軸瓦材料。將長絲織成套結(jié)構(gòu)，將環(huán)氧化物施加到織成的套上。重要的是織成的套與環(huán)氧化物之間產(chǎn)生了粘合。本發(fā)明提供表面粗糙度增大的表面，它可使環(huán)氧化物附著于上面。另外，本發(fā)明增大的孔隙率可使環(huán)氧化物或其他可流動(dòng)的物質(zhì)進(jìn)入多孔長絲，由此形成粘合。
當(dāng)用導(dǎo)電或?qū)嵛镔|(zhì)填充時(shí)，本發(fā)明能提供一種其電阻和熱絕緣性與密度比增大的長絲。此外，由于本發(fā)明可以提供密度較低的長絲，而通過隨后的擠壓或膨脹或本領(lǐng)域內(nèi)已知的其他方法其填料含量和密度可以改變，所以長絲的導(dǎo)電性和其電阻可以在更寬的范圍內(nèi)變化。
雖然上面描述和說明了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)局限于上述描述和說明。應(yīng)當(dāng)明白，對(duì)其進(jìn)行的變化和改變作為本發(fā)明的一部分構(gòu)成本發(fā)明，落入在本發(fā)明所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
表1
ER＝膨脹比(所列的數(shù)值是對(duì)于1的比，即所列的數(shù)值“10”意思是“10∶1”)；MTS＝基體的拉伸強(qiáng)度表2
ER＝膨脹比(所列的數(shù)值是對(duì)1的比，即所列的數(shù)值“10”意思是“10∶1”)；MTS＝基體的拉伸強(qiáng)度表3
ER＝膨脹比(所列的數(shù)值是對(duì)1的比，即所列的數(shù)值“10”意思是“10∶1”)；MTS＝基體的拉伸強(qiáng)度表4
ER＝膨脹比(所列的數(shù)值是對(duì)1的比，即所列的數(shù)值“10”意思是“10∶1”)；MTS＝基體的拉伸強(qiáng)度表5
ER＝膨脹比(所列的數(shù)值是對(duì)1的比，即所列的數(shù)值“10”意思是“10∶1”)；
表6J & J的對(duì)比樣品
MTS＝基體的拉伸強(qiáng)度表權(quán)利要求
1.一種牙線，它含有聚四氟乙烯(PTFE)纖維，該纖維的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc。
2.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度小于約0.6g/cc。
2.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度小于約0.5g/cc。
3.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度小于約0.4g/cc。
4.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度小于約0.3g/cc。
5.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度小于約0.2g/cc。
6.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述密度約為0.6g/cc。
7.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維含有膨脹的PTFE。
8.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維具有適用作為牙線的強(qiáng)度。
9.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約1.5磅。
10.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約2.0磅。
11.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約2.5磅。
12.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約3.0磅。
13.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約5.0磅。
14.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約7.5磅。
15.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度大于約10磅。
16.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維是中空的。
17.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的剖面基本為橢圓形。
18.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的剖面基本為圓形。
19.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的剖面基本為矩形。
20.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維是耐磨的。
21.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的平均摩擦斷裂強(qiáng)度大于2.8×10-3磅/旦。
22.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的平均摩擦斷裂強(qiáng)度大于3.0×10-3磅/旦。
23.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的平均摩擦斷裂強(qiáng)度大于4.0×10-3磅/旦。
24.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的平均摩擦斷裂強(qiáng)度大于5.0×10-3磅/旦。
25.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的平均摩擦斷裂強(qiáng)度約為6.0×10-3磅/旦。
26.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度衰減小于35％。
27.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度衰減小于10％。
28.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維的強(qiáng)度衰減小于5％。
29.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于有許多所述纖維。
30.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述纖維含有填料。
31.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述纖維的結(jié)構(gòu)包括形成互相貫通通道的膨脹PTFE基體，和在所述通道內(nèi)的填料。
32.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述纖維的結(jié)構(gòu)包括形成互相貫通通道的膨脹PTFE基體，和在所述膨脹的PTFE基體內(nèi)的填料。
33.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述纖維具有中孔，所述填料在所述中孔內(nèi)。
34.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述填料含有提高抓住性的物質(zhì)。
35.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述填料含有生物活性成分。
36.如權(quán)利要求31所述的牙線，其特征在于所述填料選自著色劑和香味劑。
37.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于在所述纖維上還包含至少一層涂層。
38.一種牙線，它包含至少一種如權(quán)利要求1所述的纖維和至少一種其他纖維，其特征在于所述纖維和所述至少一種其他的纖維捻在一起，或由粘合劑粘合在一起。
39.一種制備牙線的方法，它包括如下步驟(a)提供PTFE樹脂，(b)將所述樹脂擠出形成擠出物，(c)使所述擠出物膨脹，形成適用作為牙線的纖維。
40.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出樹脂的步驟包括采用大于150∶1的壓縮比。
41.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出樹脂的步驟包括采用大于200∶1的壓縮比。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出樹脂的步驟包括采用大于250∶1的壓縮比。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出樹脂的步驟包括采用大于300∶1的壓縮比。
44.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出樹脂的步驟包括采用大于500∶1的壓縮比。
45.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述擠出物膨脹的步驟包括同步地非接觸地加熱所述擠出物。
46.如權(quán)利要求1所述的并用于牙線裝置內(nèi)的牙線。
47.一種牙線裝置，它使用如權(quán)利要求1所述的牙線。
48.一種縫紉線，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc，強(qiáng)度大于約1.5磅。
49.一種軸承，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc，強(qiáng)度大于約1.5磅。
50.一種軸瓦，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc，強(qiáng)度大于約1.5磅。
51.一種織造纖維，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc，強(qiáng)度大于約1.5磅。
52.一種牙線，它含有膨脹的PTFE纖維，所述纖維具有如下表面特性平均粗糙度大于0.3微米，均方根粗糙度大于0.35微米，峰與谷的間距大于1.7微米。
53.如權(quán)利要求52所述的牙線，其特征在于所述的平均粗糙度約為1.306微米。
54.如權(quán)利要求52所述的牙線，其特征在于所述的均方根粗糙度約為1.570微米。
55.如權(quán)利要求52所述的牙線，其特征在于所述峰與谷的間距約為6.316微米。
56.一種使用牙線清潔牙齒的方法，它包括如下步驟(a)提供含有旦數(shù)為100-3500、密度小于約0.7g/cc的纖維的牙線，(b)將所述牙線插入牙齒之間。
57.如權(quán)利要求1所述的牙線，其特征在于所述牙線表面的平均粗糙度約為1.306微米，均方根粗糙度約為1.570微米，峰與谷的間距約為6.316微米。
58.一種牙線，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數(shù)為100-3500，密度小于約0.7g/cc，強(qiáng)度大于約1.5磅。
59.一種含有PTFE的長絲，它的表面上具有結(jié)點(diǎn)和原纖維結(jié)構(gòu)，如表面的掃描電子顯微照片所示，所述結(jié)點(diǎn)約占表面積的3-20％，所述原纖的平均長度小于100微米。
60.如權(quán)利要求59所述的長絲，其特征在于所述掃描電子顯微照片的放大倍數(shù)為100倍。
61.如權(quán)利要求59所述的長絲，其特征在于所述掃描電子顯微照片的放大倍數(shù)為500倍。
62.如權(quán)利要求59所述的長絲，其特征在于所述長絲是牙線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種牙線,它含有密度低于約0.7g/cc的多孔PTFE纖維。本發(fā)明的牙線耐磨,可抓住,手感柔軟,在口腔內(nèi)觸感粗糙。該牙線用擠出方法制成,在隨后的膨脹期間,用非接觸加熱,使無定形區(qū)鎖定。
文檔編號(hào)D06M13/02GK1382030SQ00812207
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者R·L·貝利, J·H·查斯頓, J·W·多蘭, W·H·威利 申請(qǐng)人:戈?duì)柶髽I(yè)控股股份有限公司