一种中空降温滤棒的制备方法
技术领域
本发明属于新型烟草技术领域，具体涉及一种中空降温滤棒的制备方法。
背景技术
卷烟烟气在滤棒中呈气溶胶状态，气溶胶颗粒为微小液滴，烟气温度对气溶胶的微粒大小和成份有直接影响，进而影响着烟气的有害成份多少和卷烟的感官品质。烟气温度过高时，灼烧感和刺激性明显上升，特别是在加热卷烟上表现的更为明显，降低烟气温度是此类产品不断改进的技术方向。
对加热卷烟来说，抽吸时烟雾量的大小直接与滤棒的吸阻和过滤效率有关。当吸阻较大、过滤效率较高时，烟气气溶胶被滤棒吸附多，烟雾量小，吸食者的体验感和满足感差；反之，当吸阻较小、过滤效率较低时，烟雾量大，吸食者的体验感和满足感良好。降低吸阻也是加热不燃烧类卷烟产品不断改进的技术方向。
根据波纹换热管传热原理，将波纹管型中空棒用于卷烟烟气过滤，烟气气溶胶流经波纹型中空棒时，由于内部空腔部分的直径从收缩到放大不断变化，烟气处于强烈的湍流状态，传热系数是普通空管的2-4倍，具有一定降温效果；烟气也经历了湍流碰撞和扩大时碰撞凝聚、收缩时发散雾化变小的过程，二次雾化时比表面积增大，吸收空气中热量，也起到了降温效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种中空降温滤棒的制备方法，该滤棒添加了导热和降温材料，降温效应明显；由于内部空腔部分的直径从收缩到放大交替变化，烟气中的气溶胶也经历了湍流碰撞和扩大时碰撞凝聚、收缩时发散二次雾化的过程，也进一步强化了降温效果，抽吸时的灼烧感和刺激性明显降低；该滤棒中间是直通结构，用于新型烟草时，在降温的同时，也可以确保烟支的雾化量，满足抽吸者的体验感。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种中空降温滤棒的制备方法，在具有上下两套开松系统的拉丝滤棒成型机上，采用专用模具，利用高温蒸汽加速固化的生产工艺制备而成，具体包括以下步骤：
(1)导丝：通过两套导丝装置，将醋酸纤维丝束，或醋酸纤维丝束和其它丝束分别导入各自的开松系统；
(2)开松：在下层的开松系统上，将醋酸纤维丝束进行开松，其中开松辊压力为0.1～0.3MPa，二道开松辊的辊速比为1：1.1～1.3；同时在上层平行的开松系统上，将其它丝束或醋酸纤维丝束进行开松，开松辊压力为0.1～0.4MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.05～1.4；
(3)施加固化剂：向开松后的丝束上面喷洒丝束质量10～30％的固化剂；
(4)丝束混合：通过导丝装置将上层的丝束导入下层的醋酸纤维丝束中，并混合在一起形成混合丝束；
(5)施加导热降温材料：通过加料装置向步骤(4)的混合丝束上添加粉末状或颗粒状的导热降温材料；
(6)高温固化：将步骤(5)添加有导热降温材料的混合丝束引入专用模具，通入0.1～0.3MPa的蒸汽快速固化后，送入烟枪；
(7)拉丝成型：将送入烟枪已经初步固化的混合丝束在经过包裹后拉丝成型，再经分切、包装工序制备而成。
步骤(5)添加导热降温材料工序，可以在丝束纺丝过程中，将导热降温材料加入到丝束组分中，生产出导热降温丝束。
步骤(5)可以通过在专用模具和/或烟枪中固定一根中空管，在所述中空管上设置有微孔，将熔点在140℃以下的导热降温材料加热成液体，通过所述中空管上的微孔注入到中空滤棒内。
上述任一项制备的中空滤棒由醋酸纤维丝束或醋酸纤维丝束与其它丝束混合的丝束、导热降温材料及固化剂形成一体式结构，外部实体部分为平滑的圆柱形结构中空滤棒本体，内部中空部分为具有类似波纹管形状的直通空腔结构，直通空腔结构的直径沿轴向发生规律性大小变化。
所述丝束、所述导热降温材料及所述固化剂的质量比为50-85：0-30：10-30。
所述直通空腔结构沿轴向由柱形与非柱形组成的，其中非柱形为圆弧形、圆锥形或球形中的一种。
所述其它丝束包括但不限于聚丙烯丝束、聚乳酸丝束、竹纤维丝束、黏胶纤维丝束、莱赛尔纤维丝束、大豆纤维丝束、壳聚糖纤维丝束中的一种或多种的共混物。
所述导热降温材料为具有高导热系数的碳化硅或金属粉末；所述金属粉末包括但不限于铜粉、银粉、金粉或铝粉；
或具有吸热效果的硅胶、聚乳酸、明胶、PCL、PHA、PHB、PBS、PGS、PEA、PBAT、PPC中一种或多种的混合物；
或熔点在140℃以下的食品添加剂。
所述固化剂为三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或几种的混合物。
中空滤棒的硬度为相同材料实心滤棒硬度的80％—98％。
本发明的有益效果是：
本技术方案制备的中空滤棒外部实体部分为平滑的圆柱形结构的中空滤棒本体，具有一定的弹性和硬度，适合卷烟接装，内部中空部分为具有类似波纹管形状的直通空腔结构，烟气从中通过时具有较好的传热降温效果，通过加入导热和降温材料可进一步强化该滤棒的降温效果。
同时烟气气溶胶从波纹中空滤棒中流经时，由于内部空腔部分的直径从收缩到放大不断交替变化，烟气中的气溶胶也经历了湍流碰撞和扩大时碰撞凝聚、收缩时发散二次雾化变小的过程，进一步吸热降温，与普通滤棒相比可降低温度10℃以上；由于该滤棒中间是直通结构，也带来了很低的吸阻，用于新型烟草时，在降温的同时，烟支的雾化量增加一倍以上，满足了抽吸者的体验感，为提升卷烟品质、开发新型烟草产品提供了一种新的解决方案。
附图说明
图1为本发明中空滤棒一实施例的纵向剖视示意图；其中：空腔放大和收缩部分呈弧形对称结构，L1≤L2≤60mm；外部阴影部分是醋酸纤丝束经固化剂固化后形成的滤棒实体；中间空白部分是具有类似波纹管形状的滤棒空腔。
图2为本发明另一实施例制备的三段式加热卷烟烟支的纵向剖视结构示意图，其中1为烟弹部分，2为普通空管部分，3为本发明的中空降温滤棒部分。
图3为本发明再一实施例制备的二段式加热卷烟烟支的纵向剖视结构示意图，其中1为烟弹部分，2为本发明的中空降温滤棒部分。
图4为本发明再一实施例接装的传统烟支纵向剖视结构图，其中灰色部分1为烟支端，2为本发明的中空降温滤棒段，3为普通滤棒段。
图5为本发明再一实施接装的烟支纵向剖视结构图，是在图3基础上加以改进后，可用于传统卷烟的一个特例，中空降温棒部分2的端部空腔做成盲孔结构，或者是中空滤棒与普通醋棒复合而成，该结构的滤棒在保证本发明中空棒降温效果的同时，也具有一定的过滤效果，可用于新型烟草，也可用于传统卷烟。
附图标记说明
1中空滤棒，11、中空滤棒本体，12直通空腔结构，121柱形，122非柱形，2普通中空滤棒，3加热卷烟烟支，4普通滤棒，5传统卷烟。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种中空降温滤棒的制备方法，在具有上下两套开松系统的拉丝滤棒成型机上，采用专用模具，利用高温蒸汽加速固化的生产工艺制备而成，具体包括以下步骤：
(1)导丝：通过两套导丝装置，将醋酸纤维丝束，或醋酸纤维丝束和其它丝束分别导入各自的开松系统；
(2)开松：在下层的开松系统上，将醋酸纤维丝束进行开松，其中开松辊压力为0.1～0.3MPa，二道开松辊的辊速比为1：1.1～1.3；同时在上层平行的开松系统上，将其它丝束或醋酸纤维丝束进行开松，开松辊压力为0.1～0.4MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.05～1.4；
(3)施加固化剂：向开松后的丝束上面喷洒丝束质量10～30％的固化剂；
(4)丝束混合：通过导丝装置将上层的丝束导入下层的醋酸纤维丝束中，并混合在一起形成混合丝束；
(5)施加导热降温材料：通过加料装置向步骤(4)的混合丝束上添加粉末状或颗粒状的导热降温材料；可以在丝束纺丝过程中，将导热降温材料加入到丝束组分中，生产出导热降温丝束，即可节约此步骤。
(6)高温固化：将步骤(5)添加有导热降温材料的混合丝束引入专用模具，通入0.1～0.3MPa的蒸汽快速固化后，送入烟枪；
(7)拉丝成型：将送入烟枪已经初步固化的混合丝束在经过包裹后拉丝成型，再经分切、包装工序制备而成。
导热降温材料还可以通过在专用模具和/或烟枪中固定一根中空管，在中空管上设置有微孔，将熔点在140℃以下的导热降温材料加热成液体，通过中空管上的微孔注入到中空滤棒内。
如图1所示，中空滤棒由丝束、导热降温材料及固化剂形成一体式结构，外部实体部分为平滑的圆柱形结构的中空滤棒本体11，内部中空部分为具有类似波纹管形状的直通空腔结构12，直通空腔结构的直径沿轴向发生规律性大小变化。
直通空腔结构12沿轴向由柱形121与非柱形122组成的结合体，其中非柱形为圆弧形、圆锥形或球形中的一种。
丝束、导热降温材料及固化剂的质量比为50～85：0～30：10～30。
丝束为醋酸纤维丝束，即整个中空滤棒的实体部分由一种醋酸纤维制备而成。
或者为醋酸纤维丝束与其它丝束混合成的丝束，其它丝束包括但不限于聚丙烯丝束、聚乳酸丝束、竹纤维丝束、黏胶纤维丝束、莱赛尔纤维丝束、大豆纤维丝束、壳聚糖纤维丝束中的一种或多种的共混物。
导热降温材料为具有高导热系数的碳化硅或金属粉末；金属粉末包括但不限于铜粉、银粉、金粉或铝粉；或具有吸热效果的硅胶、聚乳酸、明胶、聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚苯酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、石墨膜(PGS)、聚醚胺(PEA)、PBAT、PPC中一种或多种的混合物；
或熔点在140℃以下的食品添加剂。
固化剂为三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或几种的混合物。
本技术方案的中空滤棒的硬度为相同材料实心滤棒硬度的80％—98％。
实施例1
在具有上下二套开松系统的拉丝滤棒成型机上，通过两套导丝装置，将2根6.0Y30000D的醋酸纤维丝束，分别导入各自的开松系统进行开松，开松辊压力为0.2MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.1；向开松后的丝束上面喷洒丝束质量30％的三醋酸甘油酯；再通过导丝装置将上下二层的二根丝束混合在一起形成混合丝束；然后将丝束引入专用摸具，通入0.1MPa的蒸汽快速固化后送入烟枪，并用布带将已初步固化的丝束条进一步包裹后拉丝成型、冷却定型，再经分切、包装工序制备成如附图1所示结构的圆周为22mm的中空滤棒1。用该中空滤棒1与加热卷烟烟支3可以制备出附图3所示的加热卷烟，将该中空滤棒1与普通中空滤棒2复合后接烟可制备出如附图2所示的加热卷烟；和普通滤棒4复合后接烟可制备出附图4所示的传统卷烟。
实施例2
在实施例1的基础上，在专用模具和烟枪的中心固定一根空管，空管上打有微孔，将云南巴菰生物科技有限公司生产的熔点在50℃左右的薄荷凝胶加热到80℃变成液体，通过该空管及上面的微孔注入到中空棒内，冷却定型后，薄荷凝胶粘附在中空棒的内部，从而可制备出具有薄荷清凉感、降温效果更好的中空棒。
实施例3
在具有上下二套开松系统的拉丝滤棒成型机上，通过两套导丝装置，将2根6.0Y19000D的醋酸纤维丝束左右并排引入下部的开松系统，1根6.0Y17000D的醋酸纤维丝束引入上部的开松系统；在上、下层的开松系统上，将醋酸纤维丝束分别进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.3；然后向开松后的丝束上面喷洒丝束质量25％的三醋酸甘油酯；再通过导丝装置将上下二层的二根丝束混合在一起形成混合丝束；通过加料装置按丝束质量比10％的比例加入粉末状的PHB降温材料；然后将丝束引入专用摸具，通入0.3MPa的蒸汽快速固化后送入烟枪，并用布带将已初步固化的丝束条进一步包裹后拉丝成型、冷却定型，再经分切、包装工序制备成如附图1所示结构的圆周为21mm的中空滤棒。用该中空滤棒可以制备出附图3所示的加热卷烟，将该中空滤棒与普通中空滤棒复合后接烟可制备出如附图2所示的加热卷烟；将该中空滤棒与普通滤棒复合后接烟可制备出附图4所示的传统卷烟。
实施例4
在聚乳酸纤维纺丝时，加入质量比为0.5％的300目的铜粉，先生产出含铜粉的规格为8.0Y10000D的聚乳酸导热降温纤维，然后用该纤维与2根6.7Y26000D的醋酸纤维丝束合用。在具有上下二套开松系统的拉丝滤棒成型机上，通过两套导丝装置，将2根6.7Y26000D的醋酸纤维丝束左右并排引入下部的开松系统，8.0Y10000D的聚乳酸导热纤维引入上部的开松系统；在下层的开松系统上，将醋酸纤维丝束进行开松，开松辊压力为0.25MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.2；同时在上层平行的开松系统上，将聚乳酸导热降温丝束进行开松，开松辊压力为0.4MPa，二道开松辊的辊速比为1:1.3；然后向开松后的丝束上面喷洒丝束质量25％的三醋酸甘油酯；再通过导丝装置将上下二层的二根丝束混合在一起形成混合丝束；将混合丝束引入专用摸具，通入0.25MPa的蒸汽快速固化后送入烟枪，并用布带将已初步固化的丝束条进一步包裹后拉丝成型、冷却定型，再经分切、包装工序制备成如附图1所示结构的圆周为22mm的中空滤棒。用该滤棒可以制备出附图3所示的加热卷烟，将该中空滤棒与普通中空滤棒复合后接烟可制备出如附图2所示的加热卷烟；将该中空滤棒与普通滤棒复合后接烟可制备出如附图4所示的传统卷烟。
实施例5
在实施例4基础上，将铜粉换成碳化硅粉末，可制备出含碳化硅的聚乳酸导热纤维及相应的中空降温滤棒。
实施例6
在实施例4基础上，在专用模具和烟枪的中心固定一根空管，空管上打有微孔，将云南巴菰生物科技有限公司生产的熔点在65℃左右的降温凝胶加热到90℃变成液体，通过该空管及上面的微孔注入到中空滤棒内，冷却定型后，降温凝胶粘附在中空滤棒的内部，从而可制备出降温效果更好的中空滤棒。
实施例7
在实施例5基础上，在专用模具和烟枪的中心固定一根空管，空管上打有微孔，将云南巴菰生物科技有限公司生产的熔点在65℃左右的降温凝胶加热到90℃变成液体，通过该空管及上面的微孔注入到中空滤棒内，冷却定型后，降温凝胶粘附在中空滤棒的内部，从而可制备出降温效果更好的中空滤棒。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
