用于电子烟雾化器的复合材料、电子烟雾化器及电子烟
技术领域
本发明属于电子烟领域，具体涉及一种用于电子烟雾化器的复合材料、电子烟雾化器及电子烟。
背景技术
传统的发热丝一般采用的是单丝发热、多股同型号发热丝缠绕并股，因为单丝的直径都是在0.1mm以上，与烟油的接触面积比小。因为发热丝是靠电流驱动发热，温度升高非常快，迅速超过烟油的沸点，由于莱顿弗罗斯特效应(莱顿弗罗斯特效应是指当液体在接触一块远超其沸点的物件上，液体表面产生出一层有隔热作用的蒸气，令液体沸腾的速度大大减慢的现象)会迅速使发热丝和烟油接触的微局部温度升高、发烟。但是由于接触发热丝和烟油接触过小，产生的蒸汽会使过热烟油发生炸油的情况，爆出的烟油通过烟道被吸入口中，从而灼伤嘴部。目前国内电子烟厂家采用了改进的陶瓷芯雾化器，该陶瓷芯雾化主体为多孔、微孔(孔径大小约20um-100um之间)的烧结陶瓷材料，在陶瓷的表面采用厚膜印刷工艺、或者在陶瓷体浅表面埋入(金属发热丝、金属薄片制成的发热电路)而形成电子烟发热电路。首先发热电路是实心体，电子烟油只能在外边面接触到发热电路，通电后发热体迅速升温，快速雾化电子烟油，由于微孔陶瓷经过毛细作用供油速度远小于雾化所消耗的烟油，发热体不能有效的雾化降温，只能将多出的热量通过微孔陶瓷体扩散，导致形成了在以实际温度远高于电子烟油所需雾化温度的发热体为热源中心向外扩散的热力梯度，造成大部分热量扩散到陶瓷体、烟油、容器壁等无效作用体上，整体热效率底下。由于多孔陶瓷的造孔烧结工艺不能完全有效的控制导油微孔直径及分布密度。经过多次吸食后，电子烟油中的丙二醇、丙三醇(甘油)等碳氢化合物，经过发热体高温裂解产生甲醛等多种有害物质。在发热电路的高温加热下使烟油裂解、聚链，堵塞微孔而形成盲孔。最终导致雾化时烟油流道不畅，而形成“糊弹”，改变口感。要解决多孔陶瓷雾化芯的“糊弹”问题，必须要从微孔陶瓷的基体材料设计入手，采用通孔方案，可以有效的解决这个问题的产生。
目前，因为厚膜印刷发热电路、金属发热丝、金属薄片制成的发热电路都是实心发热体，靠电流驱动发热，发热体的比表面积小，仅仅在发热电路最外表面与烟油接触，在微观角度看，发热电路内部都没有与电子烟油充分接触，并且在不与陶瓷体粘接的外表面发热体不接触烟油，工作时也会发热，产生较多的无用功，雾化效率低。
此外，在发热电路的高温加热下使烟油裂解，聚链，堵塞微孔而形成盲孔。最终导致雾化时烟油流道不畅，而形成“糊弹”，改变口感。经过多次吸食后，电子烟油中的丙二醇、丙三醇(甘油)等碳氢化合物，经过发热体高温裂解产生甲醛等多种有害物质。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种用于电子烟雾化器的复合材料、电子烟雾化器及电子烟，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种用于电子烟雾化器的复合材料，包括多孔金属纤维毡和纤维材料。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种电子烟雾化器，采用如上所述的复合材料。
作为本发明的又一个方面，还提供了一种电子烟，内含有如上所述的电子烟雾化器。
基于上述技术方案可知，本发明的用于电子烟雾化器的复合材料、电子烟雾化器及电子烟相对于现有技术至少具有以下优势之一：
(1)本发明的电子烟雾化器材料为多孔金属纤维毡和纤维材料的复合材料，使电子烟油浸润到发热体内部，从而增加发热体与电子烟油充分的比表面积入手，缩短了雾化热传输途径，提高了热效率;
(2)采用了非织造方法复合纤维工艺，制成的高效发热雾化器可以有效的隔绝热流失，使热量集中用于雾化烟油;
(3)因为发热体所采用的微观材料都是纤维状材料，纤维之间彼此通过交织、缠绕、金属纤维之间结晶的方式形成了有一定孔隙率的通孔结构，可以通过毛细作用、表面张力作用快速地将烟油输送到发热电路体，可以有效的抑制发热体雾化时工作温度高，裂解电子烟产生有害物质的风险。
附图说明
图1是本发明实施例中所述发热雾化区宽度小于多孔储油区的结构示意图;
图2是本发明实施例中所述多个发热雾化区宽度小于多孔储油区的结构示意图;
图3是本发明实施例中所述发热雾化区宽度等于多孔储油区的结构示意图;
图4是本发明实施例中所述发热雾化区宽度大于多孔储油区的结构示意图。
附图标记说明：
1-多孔储油区;2-发热雾化区;3-电极引脚。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在实际应用中，由于单一的金属纤维多孔材料只是薄薄的一片(厚度0.1-1mm之间)，材料的拉伸、抗压强度低，不能与电子烟烟弹其他结构形成良好的力学结构。为解决雾化电路有一定力学强度的问题，并且可以承受金属纤维毡多孔材料工作时高温下而带来的力学冲击。在保证人体安全的基础上，本发明设计了一种以纤维材料为结构主体，并将多孔金属纤维毡通过非织造工艺贴附在纤维材料之上的复合材料。
本发明公开了一种用于电子烟雾化器的复合材料，包括多孔金属纤维毡和纤维材料。
其中，所述复合材料通过非织造工艺制备得到。
其中，所述纤维材料的微孔孔隙率为35%至95%;
其中，所述纤维材料的微孔孔径为5至50微米;
其中，所述纤维材料的克重为10克至500克每平方米。
其中，所述纤维材料包括天然植物纤维、人造纤维素纤维、人工合成纤维中的任一种或多种组合。
其中，所述多孔金属纤维毡的孔隙为通孔;
其中，所述多孔金属纤维毡的直径为2至50微米;
其中，所述多孔金属纤维毡的厚度为0.1至1毫米;
其中，所述多孔金属纤维毡的孔隙为3至100微米。
其中，所述多孔金属纤维毡采用的材料包括金属纤维;
其中，所述多孔金属纤维毡是由金属纤维经过短切、铺装、层压、烧结步骤形成的。
其中，所述金属纤维包括不锈钢金属纤维、铁铬铝金属纤维、钛镍金属纤维、镍金属纤维、哈氏合金纤维中的任一种或多种组合。
其中，所述复合材料的形状包括平板式、波浪状、喇叭状。
本发明还公开了一种电子烟雾化器，采用如上所述的复合材料。
本发明还公开了一种电子烟，内含有如上所述的电子烟雾化器。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
由于本发明产品摆放的位置可以随意发生变化，本发明中所述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词，只表示相对的位置关系，而不用于限定绝对的位置关系。
在本实施例中，一种用于电子烟雾化器的复合材料，该复合材料的是多孔金属纤维毡和纤维材料通过非织造工艺形成的。
其中，所述的非织造工艺包括：
A.纺粘非织造布，是利用化学纤维纺丝成型原理，将聚合物挤出、拉伸而形成连续长丝后铺置成网，纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法制成非织造布;
B.熔喷非织造布技术;
C.纺粘熔喷(SMS)复合非织造布技术;
D.湿法非织造布技术，是将置于水介质中的纤维原料开松成单纤维，同时使不同纤维原料混合制成纤维悬浮浆，悬浮浆被输送到成网机构，纤维在湿态下成网再加固成布;
E.水刺非织造布工艺是将高压微细水流喷射到一层或多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，从而使纤网得以加固而具备一定强力，并在高压水力作用下分裂成为微细纤维相互固结而成。
其中，该多孔金属纤维毡由金属纤维材料经过短切、铺装、层压、高温(850至1200℃)烧结工艺而形成的。
其中，该多孔金属纤维毡的材料由金属纤维组成(包括但不仅限于：不锈钢金属纤维、铁铬铝金属纤维、钛镍金属纤维、镍金属纤维、哈氏合金纤维及其他导电金属纤维等)。
其中，该多孔金属纤维毡所形成的孔隙都是通孔，可以避免因液体干烧而形成的堵孔现象。
其中，该多孔金属纤维毡的直径范围：Φ2微米至Φ50微米。
其中，该多孔金属纤维毡的厚度范围：0.1毫米至1毫米。
其中，该多孔金属纤维毡的孔隙大小范围：3微米至100微米。
该多孔金属纤维毡具有一定的导电发热性能、因为液体的表面张力、及毛细作用被雾化材料液体可以充分的包覆在金属纤维的周围，和发热体形成高效的传热、换热体系，产出充分的雾化效果。该金属多孔材料还具有良好的渗透性能、密度小、比表面积大及良好的抗冲击性能和抗高温性能等优点，还具有容尘量大、柔性可折叠、孔结构可任意设计等一系列优点。该材料不仅仅限于电子烟油的雾化，也可以用于其他电加热的液体雾化功能应用。
该多孔金属纤维毡多孔材料，可以充分的与被雾化液体接触，形成强换热体系，大幅度提高雾化效率。在雾化过程中因为液体的表面张力、及毛细作用被雾化材料液体可以充分的包覆在金属纤维的周围，可以有效的降低发热体工作温度，而不至因传热工况恶化导致发热电路温度升至过高，而裂解电子烟油产生甲醛等多种有害物质。通过雾化效率的提升，可以通过减少电池的功率输出，提高电池的续航能力。
在本发明的一些实施例中，该纤维材料可以是天然植物纤维又称天然纤维素纤维，是由植物上种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维。它包括种子纤维、韧皮纤维和叶纤维等。
(1)种子纤维：如棉、木棉、丝瓜络等;
(2)韧皮纤维：如苎麻、亚麻、黄麻、槿麻、罗布麻等;
(3)叶纤维：如剑麻、蕉麻、菠萝等。
也可以是人造纤维素纤维：指粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维等，
或者是人工合成纤维(由天然小分子化合物经人工合成有机聚合物后而制得的纤维)。包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维等多种品种。
(1)聚酯纤维：指涤纶纤维，也称作达可纶、特丽纶、帝特纶等;
(2)聚酰胺纤维：指锦纶纤维，也称为尼龙、耐纶、卡普隆等;
(3)聚丙烯腈纤维：指腈纶纤维，也称为奥纶，开司米纶、爱克斯纶等;
(4)聚乙烯醇纤维：指维纶纤维，也称作维尼纶、妙纶等;
(5)聚氯乙烯纤维：指氯纶纤维，也称作天美纶、滇纶等;
(6)聚丙烯纤维：指丙纶纤维，也称其为帕纶;
(7)聚氨基甲酸酯纤维：指氨纶纤维，也称弹性纤维、司潘德克斯纤维等;
(8)其它纤维：包括芳纶1414、氟纶、碳纤维等;
在本发明的一些实施例中，复合材料的类型可以是：平板式、波浪状、喇叭状等。
纤维材料在电子烟雾化器中所承主要功能是：承担器件的结构力学支撑，通过自身纤维互相交织所形成的微孔毛细管作用负责向发热电路输送电子烟油、密封烟油向外渗漏，隔绝热量流失(由非织造工艺制造的纤维主体材料组成的雾化器主体热导系数低，是良好的隔热体，可以阻止发热电路所产生的热量通过传导、对流等途径流失)使发热电路产生的热量集中于雾化烟油、提高热效率。
对于纤维材料的具体性能参数范围：材料微孔孔隙率为35至95%、微孔的孔径为5至50微米。纤维材料的克重为10克至500克每平方米。具体的尺寸大小、厚度、形状需要根据器件要求进行设计及制作。
在本实施例中，还公开了一种电子烟雾化器，包括发热雾化区2、电极引脚3、多孔储油区1等3个部分组成。其中所述发热雾化区2采用的材料为上所的复合材料。
其中，两个电极引脚之间的电阻范围：0.1至10欧姆。
多孔金属雾化电路的电阻值是由整个通电电路的电流通过的最小截面积和通电电路的长度所决定的。多孔金属雾化电路的爆发温度场集中在电流通过的最小截面积。工作温度场是以爆发温度场为中心，与之相关的发热工作面而形成温度梯度范围。电热的爆发温度场、工作温度场以及多孔金属雾化电路的功效和具体的形状设计有关，不同的外观设计决定不同的具体发热雾化功效。
在设计电子烟油雾化器的形状可以分为以下三种情况：
1、发热雾化区宽度小于多孔储油区
爆发温度场基本上设计在电极引线的对称中心位置，烟油可以在中心位置迅速雾化，雾化响应速度快。工作温度场的热力温度以中心位置为基点向两边降低，雾化烟雾量随工作时间逐步递增。
如图1所示，当所述发热雾化区2的宽度小于多孔储油区1的宽度时，所述发热雾化区2的形状包括双曲线形(a图)、双折线形(b图)、下单曲线形(c图)、下单折线形(d图)、上单曲线形(e图)、上单折线形(f图);
如图2所示，当多个所述发热雾化区2的宽度小于多孔储油区1的宽度时，所述发热雾化区2的形状包括下双折形(a图)、下双折上内曲形(b图)、下双折上单内折形(c图)、上下双折形(d图)、下双折上双曲形(e图)、下双曲形(f图)、下双曲上单曲形(g图)、下双曲上单折形(h图)、上下双单形(i图)、上双折下双曲线形(j图)。
2、发热雾化区宽度等于多孔储油区
爆发温度场在整个发热雾化功能区，雾化响应稍慢。工作温度场热力比较均匀，发热电路整体雾化工作温度不高。
如图3所示，当所述发热雾化区2的宽度等于多孔储油区1的宽度时，所述发热雾化区2的形状包括矩形(a图)、下平折形(b图)、上平折形(c图)、下弧形(d图)、上弧形(e图)。
3、发热雾化区材料宽度大于多孔储油区
爆发温度场在电极附近位置的烟油迅速雾化，切断了烟油由储油区向发热雾化中心区域的流动，工作温度场的热力温度以电极位置为基点向中心形成热力梯度。整个发热雾化功能区的烟油是在不断消耗，这个设计是可以设计成单次定量雾化技术。
如图4所示，当所述发热雾化区2的宽度大于多孔储油区2的宽度时，所述发热雾化区2的形状包括双外曲线(a图)、双外折形(b图)、下单外曲线形(c图)、上单外曲形(d图)、上单外折形(e图)、下单外折形(f图)。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
