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)明專利申請?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)明專利申請?zhí)?01510562433.0）所涉及的新型低溫卷煙加熱元件，對其材料組分、熱學性能和成型工藝進行了實驗研究與測試分析，對濕法成型和干法成型加熱元件的熱學性能與組分及工藝的關系，進行了實驗優(yōu)化設計與分析，研究結論為新型低溫卷煙的開發(fā)提供了重要的實驗依據(jù)

2、。此外，本文通過合理的測試分析方法，對國外某品牌的低溫卷煙加熱元件的組分及熱學性能進行了有效的比對分析，為新型低溫卷煙加熱元件的的組分和熱學性能設計提供了借鑒。
　　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高，導致煙絲產(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采用復合相變蓄熱材料，消除輸出溫度可能過高產(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合的相變蓄熱材料，可實現(xiàn)對加熱元件輸出溫度進行“削峰填谷”式控制，通過DSC-TG、熱循環(huán)、SEM形貌分析和LFA導熱分析，發(fā)現(xiàn)相變材料Al-Si合

4、金的含量與復合相變材料的相變潛熱及熱穩(wěn)定性之間關系：在空氣中，當Al-Si合金含量分別在50%、33%、25%、20%和17%時，經(jīng)過5次、10次、15次、20次熱循環(huán)后，復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，導熱系數(shù)隨著溫度的增加呈線性降低，且在600℃時，合金含量為25%和33%的復合相變材料的導熱系數(shù)分別為6.51W/m·K和3.45w/m·K。測試顯示

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)，較對比試驗組的溫度低約20℃，但是在后續(xù)的燃燒時間里，隨著加熱元件的充分燃燒以及熱量的不斷累積，會導致溫度越過相變溫度，但仍然較對比組溫度低約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（材料導熱）和對卷煙紙隔熱作用的兼顧方面需要進一步優(yōu)化。
　　為了解決低溫卷煙加熱元件燃燒產(chǎn)生CO有害氣體的問題，非燃燒型低溫卷煙通過采用電氣石結合與硅藻土為基

6、體的發(fā)泡嵌套材料，以氧化鈰為主要催化劑，實現(xiàn)對吸燃氣流的CO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和自發(fā)電極的靜電場效應及吸附效應，對弱極性CO及微粒進行吸附，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等金屬陽離子對CO進行氧化催化作用。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、