CN102692205B - 一种评价丝束纵向表面积的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价丝束纵向表面积的方法，所述方法基于下述公式：当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，公式修正为I值越大，所反映的丝束纵向作用表面积越大。同时，还提供了上述方法的应用，即将所述丝束纵向表面积等效描述指数用于指导丝束的使用。本发明与现有技术相比的优点在于，首先，本发明与丝束的多个物理性能参数相关联，避免了现有方法无法关联丝束物理性能参数的弊端；其次，本发明充分考虑了丝束在滤棒中的实际应用状态，有效地描述了丝束实际使用时的综合性能，第三，目前的测量方法只能通过测定滤棒的体积进行估算，应用本发明可得到不同类型丝束任意卷曲下的纵向作用表面积。

Description

一种评价丝束纵向表面积的方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种基于丝束多项物理参数以及丝束的实际应用状态下的丝束纵向表面积评价方法，属于丝束滤棒生产技术领域。

背景技术

目前，描述丝束的物理性能是通过测定单丝线密度、总线密度、卷曲数、丝束卷曲指数及丝束卷曲弹性回复率、断裂强度、截面形状和径向异形度等单一物理性能指标来进行的，这些单一物理性能指标在一定程度上、从某一个方面描述了丝束的性能，但是，难以全面、综合地描述丝束的实际应用性能，不能描述卷烟燃吸时，对烟气纵向作用的丝束外表面积。

当前，没有一个测量方法能直接测得丝束纵向作用的表面积，通常是通过测定丝束滤棒的体积来估算，即，通过测定成型滤棒的底面积和长度进行计算而得到，这种测量方法能得到滤棒的实际体积，但是不能与反映丝束性能的诸多性能参数相关联，更不能客观地反映出丝束在滤棒中对烟气作用的实际状况。

因此，需要一种基于丝束的多个性能参数和实际应用状态下的测量滤棒丝束的纵向作用表面积的方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的正是为了克服现有技术的不足，提供一种评估滤棒丝束纵向作用表面积的方法，充分考虑丝束的实际应用和各个方面性能参数，客观有效地评价滤棒丝束对烟气纵向作用的表面积。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：提供一种评价丝束纵向作用表面积的方法，所述方法基于下述公式：当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，上述公式修正为I值越大，所反映的丝束纵向作用表面积越大。上述公式的实现过程如下。

（1）确定结构一定的滤棒内影响纤维丝束占有空间的相关变量，所述的滤棒有一元滤棒和多元复合滤棒以及每元丝束性能不同的多元复合滤棒，相关变量包括：丝束截面形状及其半径或边长a：单位mm，单丝线密度d：单位dtex，100根纤维的质量M：单位mg，总线密度z：单位ktex，第i次测量的总线密度z_i，第i次测量的消除卷曲后1000mm长丝束的质量G_i：单位g，测定次数m，消除卷曲后的丝束长度l：单位mm，丝束的底面周长c：单位mm，丝束的底面积s：单位mm²，丝束的侧面积S：单位mm²，滤棒丝束的纵向表面积S_纵：单位mm²，丝束的卷曲指数j：单位%，丝束的密度ρ：单位g/mm³，丝束的根数n，滤棒长度L：单位mm，常数项k₁、k₂、K₁和K₂、丝束纵向表面积等效描述指数I。建立纵向表面积模型S_纵=f(χ)。

（2）采用切割法测量丝束的截面形状：有圆形即R型、正三角形即Y型、正方形即X型以及半圆形即C型，其面积计算公式分别为：s=πa²、s=a²、有s=k₁a²，其周长计算公式分别为：c=2πa、c=3a、c=4a、c=2a+πa=(2+π)a，有c=k₂a。

（3）测量所述丝束的单丝线密度d：从取样样品中随机截取长100mm左右的丝束5段，从每段丝束的中部分出五分之二的小股纤维，消除卷曲后，测量其长度，数出100根纤维，称重，并重复测定5次，用计算得到纤维丝束的单丝线密度，

根据单丝线密度的等效质量公式：

d=1000米长的单丝质量=s×1000×ρ=1000k₁a²ρ=k₁a²，有于是 $c=k_2\×\frac{\sqrt{d}}{\sqrt{K_1}}=K_2\sqrt{d}.$

（4）测量所述丝束的总线密度z：消除丝束的卷曲后，截取一定长度的丝束称重，并多次测量计算平均值，

根据总线密度与单丝线密度的质量等效关系

z×10^-3=nd×10^-1,有

（5）根据柱体侧面积的计算公式

依据滤棒丝束的纵向表面积的等效公式：

I基于滤棒丝束的多个物理参数，等效地描述了滤棒丝束的纵向表面积。

（6）对滤棒有采用对步骤（5）中公式进行修正，有得到最后考虑丝束在卷制成滤棒时丝束不同卷曲的纵向表面积的等效描述指数，当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，可修正为 $I=\frac{z\×{10}^{-2}}{\sqrt{d}}.$

进一步地，所述I用于评价一元滤棒的丝束纵向表面积。

进一步地，所述I用于评价多元复合滤棒的丝束纵向表面积。

优选地，所述I用于评价二元复合滤棒的丝束纵向表面积。

本发明还提供了上述评价丝束纵向表面积的方法的应用，即将上述丝束纵向表面积等效描述指数用于指导丝束使用。

本发明与现有技术相比的优点在于，首先，本发明与丝束的多个物理性能参数相关联，避免了现有方法无法关联丝束物理性能参数的弊端；其次，本发明充分考虑了丝束在滤棒中的实际应用状态，有效地描述了丝束实际使用时的综合性能，即：对烟气纵向作用的表面积，对指导丝束使用提供了支撑；第三，目前的测量方法只能通过测定滤棒的体积进行估算，应用本发明可得到不同类型丝束任意卷曲下的纵向作用表面积。

附图说明

图1为本发明所述评价丝束纵向表面积的流程图。

具体实施方式

评价丝束纵向表面积的流程如图1所示。下面以一个R型丝束卷制的一元滤棒为例，具体说明本发明所述方法，但本发明的保护范围不限于下述实例，而应当以权利要求保护的范围为准。

步骤（1）：建立包含影响滤棒丝束纵向作用表面积所有参数的表面积模型。

对于结构一定的R型丝束滤棒，影响纵向表面积的变量有：丝束截面半径a、丝束密度ρ、丝束长度l、卷曲度j、根数n、滤棒长度L、单丝线密度d、总线密度z、所以纵向表面积S_纵可以表示成这几个变量的函数，即

S_纵=f(a，ρ,l，j，n，L，d，z)，

其中，对选定的丝束a、ρ为常量。

步骤（2）：测量丝束的截面形状与计算截面面积s及周长c。

将一束丝束制成横向截面切片，在1000倍的生物显微镜下，调整焦距，直至观察到清晰的截面图像，记录丝束的截面形状，本例为圆形，即为R型，有

s＝πa²，c=2πa。

步骤（3）：测量丝束的单丝线密度d。

从取样样品中随机截取长100mm左右的丝束5段，从每段丝束的中部分出五分之二的小股纤维，消除卷曲后，测量其长度，数出100根纤维，用天平称取100根纤维的质量，并重复测定5次，用计算丝束的单丝线密度，d₁=3.05dtex、d₂=3.07dtex、d₃=2.95dtex、d₄=3.00dtex、d₅=2.93dtex，得到d=3.00dtex。

由单丝线密度的等效质量公式：

d=1000米长的单丝质量=s×1000×ρ=1000πa²ρ，有于是 $c=2\mathrm{\πa}=2\mathrm{\π}\×\frac{\sqrt{d}}{\sqrt{1000\mathrm{\π\ρ}}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{250\mathrm{\ρ}}}\×\sqrt{d}.$

步骤（4）：测量丝束的总线密度z。

在22.2N±0.2N的负荷下消除丝束的卷曲，然后截取一定长度的丝束称重，并多次测量计算平均值， 其中，z的单位为千特克斯（ktex）、G_i的单位为克（g），z₁=35001ktex、z₂=34999ktex、z₃=34998ktex、z₄=35002ktex、z₅＝35000ktex、z₆=35003ktex、z₇=34997ktex、z₈=34999ktex、z₉=35000ktex、z₁₀=34999ktex，得到z=35000ktex。

由总线密度与单丝线密度的质量等效公式：

z×10^-3=nd×10^-1,有

步骤（5）：由柱体侧面积的计算公式依据滤棒丝束的纵向表面积的等效公式：

有I等效地描述了滤棒丝束的纵向表面积。

步骤（6）：测得L=30mm、j=20%，对滤棒有采用对步骤（5）中公式进行修正，有

$I=\frac{L}{1-j}\×\frac{z\×{10}^{-2}}{\sqrt{d}}=\frac{30}{1-0.20}\×\frac{35000\×{10}^{-2}}{\sqrt{3.00}}=758.$

当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，可直接用进行计算， $I=\frac{z\×{10}^{-2}}{\sqrt{d}}=\frac{35000\×{10}^{-2}}{\sqrt{3.00}}=202.$

滤棒的圆周为24.2mm，有24.2=2πr，从而丝束占有体积 $V=\mathrm{\π}\×{\left(\frac{12.1}{\mathrm{\π}}\right)}^2\×30=1398{\mathrm{mm}}^3$

I与V之间无法直接比较，但是I能与丝束的相关物理性能参数相关联，充分考虑了丝束的实际使用状态，而V只是反映了丝束的实际占有空间，在相同体积下丝束的类型和卷曲可以不同，无法比较其差异。

丝束纵向表面积等效描述指数I用于指导丝束的使用，通过I值设计生产滤棒丝束，最终生产出综合性能优异的滤棒。I值越大，丝束纵向表面积越大，越有利于降低焦油和烟碱的释放量。

Claims (5)

1.一种评价丝束纵向表面积的方法，其特征在于，所述方法基于下述公式：当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，公式修正为I值越大，所反映的丝束纵向作用表面积越大，用于评价滤棒丝束对烟气纵向作用；其中：I为丝束纵向表面积等效描述指数；

L为滤棒长度；

j为丝束的卷曲度；

d为单丝线密度；

z为总线密度；

其包括以下步骤：

步骤(1)：建立包含影响滤棒丝束纵向作用表面积所有参数的表面积模型；

对于结构一定的丝束滤棒，影响纵向表面积的变量有：丝束截面半径a、丝束密度ρ、丝束长度l、卷曲度j、根数n、滤棒长度L、单丝线密度d、总线密度z、所以纵向表面积S_纵可以表示成这几个变量的函数，即

S_纵＝f(a,ρ,l,j,n,L,d,z)，

其中，对选定的丝束a、ρ为常量；

步骤(2)：测量丝束的截面形状与计算截面面积s及周长c；

将一束丝束制成横向截面切片，在1000倍的生物显微镜下，调整焦距，直至观察到清晰的截面图像，记录丝束的截面形状，有

s＝πa²，c＝2πa；

步骤(3)：测量丝束的单丝线密度d；

从取样样品中随机截取长100mm左右的丝束5段，从每段丝束的中部分出五分之二的小股纤维，消除卷曲后，测量其长度，数出100根纤维，用天平称取100根纤维的质量，并重复测定5次，用计算丝束的单丝线密度；M为100根纤维的质量；

由单丝线密度的等效质量公式：

d＝1000米长的单丝质量＝s×1000×ρ＝1000πa²ρ，有于是 $c=2\mathrm{\πa}=2\mathrm{\π}\×\frac{\sqrt{d}}{\sqrt{1000\mathrm{\π\ρ}}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{250\mathrm{\ρ}}}\×\sqrt{d};$

步骤(4)：测量丝束的总线密度z；

在22.2N±0.2N的负荷下消除丝束的卷曲，然后截取一定长度的丝束称重，并多次测量计算平均值，其中，m为测定次数；G_i为第i次测量的消除卷曲后1000mm长丝束的质量；Z_i为第i次测量的总线密度；

由总线密度与单丝线密度的质量等效公式：

z×10³＝nd×10^-1,有

步骤(5)：由柱体侧面积的计算公式依据滤棒丝束的纵向表面积的等效公式：

有I等效地描述了滤棒丝束的纵向表面积；

步骤(6)：实测L和j，对滤棒有采用对步骤(5)中公式 $I=l\×\frac{z\×{10}^4}{\sqrt{d}}$ 进行修正；

当滤棒长度和丝束卷曲度固定时，可直接用进行计算。

2.根据权利1所述的一种评价丝束纵向表面积的方法，其特征在于，所述I用于评价一元滤棒的丝束纵向表面积。

3.根据权利1所述的一种评价丝束纵向表面积的方法，其特征在于，所述I用于评价多元复合滤棒的丝束纵向表面积。

4.根据权利要求3所述的一种评价丝束纵向表面积的方法，其特征在于，所述I用于评价二元复合滤棒的丝束纵向表面积。

5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种评价丝束纵向表面积的方法的应用，其特征在于，所述丝束纵向表面积等效描述指数用于指导丝束的使用。