CN104897847A - 一种碳质热源燃烧速率的测试方法及测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳质热源燃烧速率的测试方法及测试装置，该方法操作简单，测试数据重复性好，可准确测定碳质热源材料燃烧速率，且可通过提高氧气浓度，大幅提升测试效率；本发明测试装置结构简单，成本低，便于推广。

Description

一种碳质热源燃烧速率的测试方法及测试装置

一、技术领域

本发明涉及一种碳质热源燃烧速率的测试方法及测试装置，属于新型烟草制品领域。

二、背景技术

碳加热型低温卷烟是新型烟草制品的重要品类之一，一般通过将烟草与碳质热源在物理上分离来实现。这种碳质热源与烟草在空间上的分离，实现了热源燃烧释放热量和烟草受热释放烟气分别独立进行，从而使烟草可在较低的温度下(300-500℃)被加热，有效避免了烟草燃烧时大量有害化合物生成。从碳加热型低温卷烟的实现方式来看，碳质热源无疑其设计的核心。由于碳质热源必须通过燃烧才能释放热量，因此，其燃烧性是必须考察的重要性能之一。目前，有关碳质热源燃烧热性的评价手段已有一些专利进行了报道，比如，CN1100453A提出了利用扫描差热分析法(DSC)和红外光谱仪(FTIR)来分别测定碳质热源燃烧热释放量和CO释放量，CN101420876A提出了碳质热源着火时间的测定方法，CN102458165A提出了着火率的测试方法，但缺乏对碳质热源燃烧速率进行评价的手段。

三、发明内容

本发明的目的正是针对上述技术现状而提供的一种碳质热源燃烧速率的测试方法及测试装置，本方法可准确测定碳质热源的燃烧速率，且易于操作。

本发明碳质热源燃烧速率的测试方法，包括如下步骤：

(1)将碳质热源制成4mm×3mm×120mm的样条，并在长度方向60mm处划线标记；

(2)将碳质热源样条固定于玻璃容器的内部，并向玻璃容器内通入氮氧混合气，氮氧混合气的流速为10L/min，其中氮气流量和氧气流量的比例为20:1至1:20；

(3)用点火器点燃碳质热源的自由端，记录点火时间为t₀，待碳质热源燃烧至划线标记处时，记录时间为t₁；

(4)计算碳质热源燃烧速率ν，计算公式为：

ν＝60/(t₁-t₀)。

所述点火器中气体为正丁烷；所述点火器的火焰高度为15-20mm。

本发明使用的碳质热源燃烧速率的测试装置，包括如下结构：

设置一玻璃容器6，在所述玻璃容器6的底部铺有一层3-5cm厚的玻璃微珠7，以使由底部通入的氮氧混合气均匀向上流动；在所述玻璃容器6的侧壁上设置有样条固定器8，用以固定碳质热源样条9；所述玻璃容器6的顶部有一开口，用以排出氮氧混合气。

所述玻璃微珠7的直径为1-2mm；

通过氮氧混合气流量计5调节氮氧混合气的流量为10L/min；通过氮气流量计3和氧气流量计4调节氮氧混合气中氮气流量和氧气流量的比例为20:1至1:20。

固定于样条固定器8上的碳质热源样条9的自由端为竖直朝上、竖直朝下或中间任一角度。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明方法可以准确测量碳质热源燃烧速率，为碳质热源材料燃烧性的评价提供了一个切实可行的方案。

2、本发明装置结构简单，方法操作简便，测试效率高，且可通过提高氧气含量来缩短测试时间，进一步提高测试效率。

四、附图说明

图1为本发明所使用的测量装置示意图。图中标号：1氮气源，2氧气源，3氮气流量计，4氧气流量计，5氮氧混合气流量计，6玻璃容器，7玻璃微球，8样条固定器，9碳质热源样条，10混合气流出口。

图2为碳质热源燃烧速率与氧气含量关系拟合图。

五、具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例中测量装置如图1所示，其包括：

设置一玻璃容器6，在所述玻璃容器6的底部铺有一层3-5cm厚的玻璃微珠7，以使由底部通入的氮氧混合气均匀向上流动；在所述玻璃容器6的侧壁上设置有样条固定器8，用以固定碳质热源样条9；所述玻璃容器6的顶部有一开口，用以排出氮氧混合气。

所述玻璃微珠7的直径为1-2mm。通过氮氧混合气流量计5调节氮氧混合气的流量为10L/min；通过氮气流量计3和氧气流量计4调节氮氧混合气中氮气和氧气的流量比例。固定于样条固定器8上的碳质热源样条9的自由端为竖直朝上、竖直朝下或中间任一角度。

本实施例中碳质热源燃烧速率的测试方法，包括如下步骤：

(1)将木炭粉(100目)、瓜尔胶、碳酸钙(1000目)和水按质量比为7:1:2:7的比例均匀混合，并用模具制成尺寸为4mm×3mm×120mm的样条，烘干后即得碳质热源样条，在长度方向60mm处划线标记。

(2)打开氮气源1和氧气源2，并通过氮气流量计3调节氮气流量为7.5L/min，通过氧气流量计4调节氧气流量为2.5L/min，最终形成流量为10L/min的氮氧混合气，并通过管路将氮氧混合气从玻璃容器6的底部导入玻璃容器6中。

(3)将碳质热源样条9固定于样条固定器8上，此时氮氧混合气在玻璃容器6内部自下而上匀速流过；用点火器点燃碳质热源样条9的自由端，以点火时间开始计时，记录碳质热源燃烧至划线标记处的时间为505s。点火器中气体为正丁烷；所述点火器的火焰高度为15-20mm。

(4)计算碳质热源燃烧速率，ν＝60/(t₁-t₀)＝60mm/505s＝7.13(mm/min)。

重复上述测试过程7次，燃烧的时间分别为506s、509s、503s、505s、506s、504s、502s，计算可得其燃烧速率分别为7.11mm/min、7.07mm/min、7.16mm/min、7.13mm/min、7.11mm/min、7.14mm/min、7.17mm/min，平均值为7.13mm/min，标准偏差为0.03，变异系数为0.42％，最低值为7.07mm/min，最高值为7.17mm/min，这说明该方法可以准确测量碳质热源燃烧速率。

实施例2：本实施例是考察氧气含量对碳质热源燃烧速率的影响

利用实施例1中的碳质热源样条，测试方法不变，不同的是分别调节氮氧混合气中氧气流量为2.0L/min、3.5L/min和4.5L/min，氮氧混合气的流量控制为10L/min不变，测得碳质热源样条在不同氧气含量条件下的燃烧速率分别为4.60mm/min、11.50mm/min、16.43mm/min。将实施例1和实施例2中的不同氧气含量下测试的燃烧速率对氧气含量作图，如图2，可知，两者间拟合的线性方程决定系数高达0.99883，说明碳质热源燃烧速率对氧气含量由线性依赖性。因此，为缩短测试时间，提高测试效率，可在高氧气含量下进行测试。

实施例3：本实施例是用来评价碳质热源组成对其燃烧速率的影响

不同碳质热源配方制备的碳质热源样条在氧气浓度为25％(氮气和氧气流量比为3:1)的条件下燃烧速率分如表1所示(测试方法参见实施例1)，可知氯酸钾的加入可以有效提高碳质热源的燃烧速率，而碳酸钙，氧化镁晶须以及蒙脱土的加入均会降低碳质热源的燃烧速率，其中蒙脱土的降低量高达31％。因此，本发明提供的碳质热源的燃烧速率的测试方法可以有效评价各组分对碳质热源燃烧性的影响，对碳质热源配方设计具有巨大的指导意义。

表1不同碳质热源配方组成及其燃烧速率

Claims (10)

1.一种碳质热源燃烧速率的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将碳质热源制成4mm×3mm×120mm的样条，并在长度方向60mm处划线标记；

(2)将碳质热源样条固定于玻璃容器的内部，并向玻璃容器内通入氮氧混合气；

(3)用点火器点燃碳质热源的自由端，记录点火时间为t₀，待碳质热源燃烧至划线标记处时，记录时间为t₁；

(4)计算碳质热源燃烧速率ν，计算公式为：

ν＝60/(t₁-t₀)。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：

所述点火器中气体为正丁烷。

3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于：

所述点火器的火焰高度为15-20mm。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：

所述氮氧混合气从玻璃容器的底部通入，在玻璃容器内自下而上匀速流动，流量控制在10L/min。

5.根据权利要求1或4所述的测试方法，其特征在于：

所述氮氧混合气中氮气流量和氧气流量的比例为20:1至1:20。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：

所述碳质热源样条的自由端为竖直朝上、竖直朝下或中间任一角度。

7.一种碳质热源燃烧速率的测试装置，其特征在于：

设置一玻璃容器(6)，在所述玻璃容器(6)的底部铺有一层3-5cm厚的玻璃微珠(7)，以使由底部通入的氮氧混合气均匀向上流动；在所述玻璃容器(6)的侧壁上设置有样条固定器(8)，用以固定碳质热源样条(9)；所述玻璃容器(6)的顶部有一开口，用以排出氮氧混合气。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：

所述玻璃微珠(7)的直径为1-2mm。

9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：

通过氮氧混合气流量计(5)调节通入玻璃容器(6)内的氮氧混合气的流量；通过氮气流量计(3)和氧气流量计(4)调节氮氧混合气中氮气和氧气的比例。

10.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：

固定于样条固定器(8)上的碳质热源样条(9)的自由端为竖直朝上、竖直朝下或中间任一角度。