一種新型煙草燃燒元件的性能研究.pdf

1、本文基于“一種非燃燒型低溫卷煙用相變控溫式燃料組件及其制備方法”（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01510562442.X）和“一種非燃燒型低溫卷煙用相變控溫式燃料組件及其熱塑性制備方法”（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01510562433.0）所涉及的新型低溫卷煙加熱元件，對(duì)其材料組分、熱學(xué)性能和成型工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與測(cè)試分析，對(duì)濕法成型和干法成型加熱元件的熱學(xué)性能與組分及工藝的關(guān)系，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析，研究結(jié)論為新型低溫卷煙的開(kāi)發(fā)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)

2、。此外，本文通過(guò)合理的測(cè)試分析方法，對(duì)國(guó)外某品牌的低溫卷煙加熱元件的組分及熱學(xué)性能進(jìn)行了有效的比對(duì)分析，為新型低溫卷煙加熱元件的的組分和熱學(xué)性能設(shè)計(jì)提供了借鑒。
　　本文研究表明，新型低溫卷煙濕法成型加熱元件的最佳組分為：38％竹炭粉，44%石墨，10%CMC，2.5%碳酸鈣，4.5%碳酸鉀和1%氯化鉀；熱塑性成型加熱元件的最佳組分為：2.4%竹炭粉，0.6%石墨，82%粘結(jié)劑（23%麥芽糖醇、48%聚乙二醇、12%丙三醇、17%

3、甘露醇），3%碳酸鈣，3%碳酸鈉，5%氧化鋁纖維和4%低溫玻璃粉。
　　為了避免加熱元件溫度過(guò)高，導(dǎo)致煙絲產(chǎn)生不期望的熱裂解或碳化，非燃燒型低溫卷煙加熱元件通過(guò)采用復(fù)合相變蓄熱材料，消除輸出溫度可能過(guò)高產(chǎn)生的缺陷。本文研究表明，以Si含量為12%的鋁硅合金為相變材料、硅藻土為基體材料復(fù)合的相變蓄熱材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱元件輸出溫度進(jìn)行“削峰填谷”式控制，通過(guò)DSC-TG、熱循環(huán)、SEM形貌分析和LFA導(dǎo)熱分析，發(fā)現(xiàn)相變材料Al-Si合

4、金的含量與復(fù)合相變材料的相變潛熱及熱穩(wěn)定性之間關(guān)系：在空氣中，當(dāng)Al-Si合金含量分別在50%、33%、25%、20%和17%時(shí)，經(jīng)過(guò)5次、10次、15次、20次熱循環(huán)后，復(fù)合相變材料的相變潛熱逐漸減小，在15次熱循環(huán)后相變潛熱趨于穩(wěn)定；復(fù)合相變材料的微觀形貌隨熱循環(huán)次數(shù)的增加趨于穩(wěn)定，導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的增加呈線性降低，且在600℃時(shí)，合金含量為25%和33%的復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為6.51W/m·K和3.45w/m·K。測(cè)試顯示

5、，含有相變蓄熱材料的嵌套元件內(nèi)部，在燃后的前120s內(nèi)，較對(duì)比試驗(yàn)組的溫度低約20℃，但是在后續(xù)的燃燒時(shí)間里，隨著加熱元件的充分燃燒以及熱量的不斷累積，會(huì)導(dǎo)致溫度越過(guò)相變溫度，但仍然較對(duì)比組溫度低約10℃，這表明相變蓄熱材料在新型低溫卷煙具有一定的控溫功能，但在熱量釋放速率（材料導(dǎo)熱）和對(duì)卷煙紙隔熱作用的兼顧方面需要進(jìn)一步優(yōu)化。
　　為了解決低溫卷煙加熱元件燃燒產(chǎn)生CO有害氣體的問(wèn)題，非燃燒型低溫卷煙通過(guò)采用電氣石結(jié)合與硅藻土為基

6、體的發(fā)泡嵌套材料，以氧化鈰為主要催化劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)吸燃?xì)饬鞯腃O吸附和氧化催化，即在燃料元件的熱激發(fā)下，利用電氣石的熱電效應(yīng)和自發(fā)電極的靜電場(chǎng)效應(yīng)及吸附效應(yīng)，對(duì)弱極性CO及微粒進(jìn)行吸附，以及電氣石顆粒碎裂所形成斷鍵表面富含的Fe、Mg、Cr、Li、Cu、Na、K等金屬陽(yáng)離子對(duì)CO進(jìn)行氧化催化作用。本文研究表明，增加發(fā)泡劑和硅藻土含量，嵌套材料的表觀密度減小，其中，發(fā)泡劑對(duì)表觀密度影響較明顯；嵌套材料的適宜配方為：6%電氣石粉、36%硅藻土、