CN1087497A

CN1087497A - 吸烟制品的组合燃料元件

Info

Publication number: CN1087497A
Application number: CN93117863A
Authority: CN
Inventors: 克莱曼·弗兰克林·杰克; 梅林·伦那德·罗伯特; 劳森·韦恩·杰里; 贝克·奥林·肯尼斯
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1994-06-08
Also published as: NO933311D0; FI934073A0; FI934073A; CA2106322A1; AU667570B2; KR940006496A; PH30863A; EP0588247A2; HU214239B; PL173631B1; RU2102906C1; FI98699B; AU4740793A; TW336885B; HU9302609D0; FI98699C; NO179854B; EP0588247A3; MX9305565A; NO933311L

Abstract

本发明涉及碳质燃料元件的改进，其中(a)燃料元件具有一组合的支撑件，它在吸烟过程中有助于支撑香烟结构中的燃料元件，(b)燃烧元件与以前所知的碳质燃料元件相比是在浆纸的平均温度燃烧。在本发明的一个实施例中，燃料元件包括在其长度中始终相接触的至少二种不同的材料，这两种材料一个是可燃的碳质材料，另一个是最好不燃烧，或比可燃材料燃烧得更缓慢的材料。该不燃烧或基本上不燃烧的材料较佳的是一种热交换材料如石墨。在较佳的实施例中，不燃烧的支撑材料伸长超出可燃材料的周边而与绝热夹套接触，后者包围住燃料元件，将该燃料元件固定在位，特别是在吸烟过程中。

Description

本发明涉及吸烟制品的改进，特别是那些使用烟草的吸烟制品。香烟、雪茄和烟斗是以各种形式使用烟草的常用吸烟制品。已经提出了许多吸烟产品来作为对各种常用吸烟制品的改进和替换。例如，许多文献提出的制品会产生一种有香味的蒸气和/或看得见的气溶胶。大部分这种制品采用了一燃料源，为是是产生气溶胶和/或对产生气溶胶的材料加热。例如，可见U.S.Patent No.4，714，082 to Banerjee et al.中引用的背景工艺。

本发明涉及吸烟制品如香烟，特别是涉及含有一个短燃料元件以及一个与它分开的气溶胶发生元件的吸烟制品。这种类型的吸烟制品以及适用的和/或用于制备这些制品的材料、方法和/或设备，在下述专利及一本专题著作中曾加以描述：U.S.Pat.Nos.4，708，151 to Shelar;4，714，082 to Banerjee et al.;4，732，168 to Resce;4，756，318 to Clearman et al.;4，782，644 to Homer et al.;4，793，365 to Sensabaugh et al.;4，802，562 to Homer et al.;4，827，950 to Banerjee et al.;4，870，748 to Hensgen et al.;4，881，556 to Clearman et al.;4，893，637 to Hancock et al.;4，893，639 to White;4，903，714 to Barnes et al.;4，917，128 to Clearman et al.;4，928，714 to Shannon;4，938，238 to Hancock et al.;4，989，619 to Clearman et al.;5，027，837 to Clearman et al.，和5，038，802 to White et al.，以及专题著作“对用加热烟草代替燃着烟草的新香烟样品的化学和生物学研究”，R·J·雷诺兹烟草公司，1988（以下称为RJR专著”）。这些吸烟制品能够给吸烟者提供吸烟的快感，（例如，吸烟味觉，感觉，满足等）。在抽吸这种吸烟制品时，可见的侧流烟以及FTC焦油都产生得很少。

在上述专利和/或出版物中所描述的吸烟制品通常使用一燃料元件（用于产生热量）和一产生气溶胶的元件，这两者在物质的放置上不是合在一起，而是分开的。而且典型的结构是这两者是热交换关系。许多这种气溶胶发生元件就是含有一种或多种产生气溶胶物质的基材即载体，产生气溶胶物质例如为多羟基醇如甘油。气溶胶形成物质通过燃烧燃料元件发出的热量挥发，经冷却后形成气溶胶。通常，这些吸烟制品的燃料元件用一个绝热夹套包住。

在上述吸烟制品中使用的燃料元件燃烧时产生的产物例如二氧化、一氧化碳、水和微量的其它化合物。一种减少燃料元件燃烧时所产生一氧化碳的量的方法是降低燃料元件的燃烧温度。降低燃烧温度就降低了所产生的热卡值，从而减少在吸烟过程中必须消除的热量。这个方法可以有助于防止吸烟制品的过度加热。

本发明涉及碳质燃料元件的改进，其中该燃料元件含有一个组合的结构，其一部分是可燃的碳质材料，另一部分含有至少一个或不燃烧或比燃烧部分燃烧得更慢的支持部分（即，不燃烧部分），从而在吸烟过程中保持完整，并且有助于在吸烟时燃烧元件在香烟结构中的持留。

在本发明的较佳燃料元件中，此组合燃料元件含有至少二种不同材料，而且这两种材料最好沿元件的全长互相接触。第一种也是主要的是可燃的碳质材料，第二种是不燃烧或与可燃材料相比燃烧极少或极慢的材料，在吸烟过程中其它材料被消耗时，这第二种材料是起一种支撑结构的作用。吸烟时本发明燃料元件中完全不燃烧的材料以下称作“不燃烧材料”。

此处适用的可燃碳质材料可以是在冒烟过程中能持续燃烧的碳质组合物。上述那些专利公开了在此处可使用的许多可燃碳质组合物。这里所述的组合物可任选地根据需要含有填料、增充剂、添加剂（如烟草）和粘合剂。

虽然热交换或热传导性能不甚好的其它不燃烧材料也可在此处使用，加入燃料元件中的不燃烧材料最好应具有良好的热交换性能和热传导性能。因此，较佳的不燃烧材料包括挤压石墨或其它不燃烧的含碳组合物、金属带、箔等。可举例的具有较差热交换和/或热传导性能的不燃烧材料包括无机化合物如碳酸钙、陶瓷等。特别较佳的不燃烧材料包括不燃烧碳如挤压石墨、石墨箔和金属带，如不锈钢、铝和铜的带。目前最佳的不燃烧材料为不燃烧碳如石墨，它很容易由可燃碳质材料制备成完整结构的形式。

在本发明的大多数实施方案中，构成燃料元件的可燃材料和不燃烧材料构成燃料元件中纵向的分开的组分。较佳的是不燃烧组分应纵贯燃料元件的长度即从一端至另端，而且稍微延伸超出可燃碳质材料的周边，从而将燃料元件固定于在香烟内任何包住它的夹套之中。不燃烧材料典型地是位于燃料元件的中部，将可燃材料等分成二部分。如果需要，还可在燃料元件中使用一个以上的不燃烧材料段，例如二个或多个不燃烧材料段。当燃料元件的碳质组分燃烧时，不燃烧部分则不燃烧，从而保持其结构。

本发明的燃料元件提供了二个主要优点：于吸烟时在香烟中一直持留着燃烧的燃料元件，减少了一氧化碳的产生。根据本发明，燃料元件的不燃烧部分的结构在吸烟过程中与绝热材料保持着接触。结果，在整个燃烧过程中燃烧的碳质组份就持留于绝热材料中。

至少可通过二种途径来减少一氧化碳。较佳的是，不燃烧部分将某些热量传递出本发明的燃料元件的燃烧部分之外，从而使其在比以前人们所知的碳质燃料元件更低的平均温度下燃烧。燃烧的燃料元件的温度下降减少了一氧化碳的产生。虽然本发明燃料元件是在比以前所知的碳质燃料元件更低的温度下燃烧，它们在冒烟的过程中并不出来，而且在使用了该燃料元件的香烟的10-15抽吸寿命中能提供足够的热量以产生气溶胶。

而且，为了将燃料元件保留于香烟内，并不必须维持一段不燃的可燃燃料，这就意味着燃料元件可被设计成只需使用必要的可燃材料的量，以提供其所需抽吸次数的气溶胶。因此可在为该燃料组合物制定配方时就只需考虑维持香烟抽吸燃烧所需的能量。为在吸烟制品中持留燃料元件并不需要使用过量的可燃材料。如此就可减少燃料元件的大小和质量，并且燃烧的碳质材料的量越少，产生的一氧化碳就越少。

燃料元件可通过复合挤压不燃烧材料和可燃材料加以成形。可燃碳质组份可被挤压成与不燃烧材料的一个侧面相接触、较佳的是挤压成分其两个侧面相接触，或者不燃烧材料可被挤压成与可燃的碳质材料的至少一个侧面相接触、较佳的是与其两个侧面相接触。

或者，不燃烧组份可以状装形式通过挤压机，并将碳质材料挤压至与不燃烧材料相接触。如果使用带子，则在带子上开有孔洞，使得当挤压可燃碳质材料时，该碳质材料就被挤压穿过那些孔洞，结果在带子的两面上碳质部分之间形成一完整的联结。如果带子为异常良好的导热材料如石墨箔或金属箔，则这些孔洞又有助于减少碳质材料和不燃烧材料之间的热交换区域，这样向不燃烧材料的热量传递就不足以引起燃料元件燃烧部分的熄灭，尤其是在冒烟期间。

在不燃烧组分与绝热材料接触的情况下，则燃料元件维持在香烟结构内的情况是不会有不燃的燃料部分，而以前（指本发明之前）是会有不燃的燃烧部分残留在绝热材料夹套中的。这就可以减小燃料元件的尺寸，从而只需使用仅为产生所需量气溶胶的适量的可燃碳质材料。被燃烧的碳的量的减少还减少了由燃料元件产生的热量，在燃烧过程中还减少了产生的一氧化碳量。

通过任何现有技术可将燃料元件的不燃烧组分加入结合可燃的燃料元件中。一种较佳的结合加入途径是将不燃烧或基本上不燃烧的碳质物质如碳或石墨和可燃的碳质燃料组合物进行纵向复合的挤压。纵向复合挤压可形成复杂的燃料元件构型，其中每一种构型可具有所需的点燃和/或燃烧性能。在特别好的实施方案中，至少有一部分被复合挤压的不燃烧材料是延伸超出燃料元件的周边，这样使得延伸暴露的材料固定于任何用来包住燃料元件周边的绝热夹套或其它纸包装中。

另一个较佳的将不燃烧热交换材料结合加入到被挤压燃料元件中的途径就是所谓的“拉带”法。在这个方法中，当燃料组合物被挤压时，压出物将不燃烧材料的带子一起拉出。在干燥过程中压出物就结合附着于不燃烧的带子。在特别优选的实施方案中，至少有一部分带子延伸超出燃料元件的周边，这样使得延伸暴露出的带子部分固定于用来包住燃料元件周围的任何绝热夹套或其它的包装纸。

本文中所述的“碳质”指的是主要含碳。

本文中给出的百分数均为重量百分数，而且除了另作说明外所有的重量百分数均以最终组合物的重量为基础。

图1是含有根据本发明制备的燃料元件的香烟的一个实施例的截面图。

图1A是图1所示香烟的端视图。

图2-4是根据本发明制备的三个较佳燃料元件设计的端视图，显示了应用本发明时可采用的一些构型格式。

图5-7是一些在此适用燃料元件中的带状不燃烧的持留元件的各种形状。

图8表示一种制备本发明燃料元件的较佳方法即“拉带”法。

图9说明了另一种制备本发明燃料元件的较佳方法，具体地是纵向复合挤压法。

图9A是图9装置沿线9A、9A′的截面简图。

图10是本发明燃料元件的另一较佳结构的截面图。

图11是在制备图10所示燃料元件的复合挤压法中使用的挤压模具结构的部分截面图。

如上所述，本发明尤其是涉及吸烟制品中适用的碳质燃料元件的改进。图1和1A说明了使用本发明燃料元件的香烟的一个较佳实施例。

如图1所示，特别如图1A所示，燃料元件10包括二个独特的部分，即可燃材料9，它沿其纵向轴有许多周边槽11，以及不燃烧的热交换材料7，它是纵向地由一端延伸至另一端，并稍微伸出燃料元件10的可燃段9的周边。如图所示，燃料元件的不燃烧组件7还可根据需要具有一个或多个周边槽8。

有一层绝热夹套包住燃料元件的周围，在如图所示的实施例中，它包括玻璃纤维和烟草纸的交替层，以下述顺序从燃料元件的同心圆方式排列;（a）玻璃纤维垫12;（b）烟草纸15;和（c）玻璃纤维垫17，以及外层包装纸13。如图所示，不燃烧的热交换材料7延伸进入绝热夹套所包的区域内，从而起在其中持留燃料元件的恒定作用。外层包装纸13可含有一层或可由许多分开的层制备，每一层都具有不同的孔隙率和灰稳定性。

位于被绝热的燃料元件10后面并稍微与之隔开的是一包括基材14的气溶胶产生元件。在这个实施例中，较佳的基材是用一种或多种水合盐处理过的热稳定纸，基材还含有一种或多种气溶胶形成材料和/或香味剂。基材14用包装纸24包住，该包装纸经过处理（如涂覆）以防止气溶胶形成材料的迁移。

纵向位于基材后面并最好稍微与之隔开的是一烟草纸段28。该烟草纸通常可为由气溶胶产生元件释放的气溶胶提供香味。烟草纸段28或可根据需要省略不用，而留以一空间段。包装纸25将气溶胶产生元件与烟草纸段结合起来。该包装纸也可经过处理以防止气溶胶形成材料的迁移。

包围着绝热燃料元件、在距香烟的点燃端2-8mm的位置并将其与结合的基材/烟草纸段结合以形成前端组合件的，是一不燃烧的或有箔（例如铝或其它金属）衬的包装纸29。包装纸29优选地是一种无芯吸材料，它能防止基材14上的气溶胶形成材料进入燃料元件10和绝热夹套内，和/或止前端组合件中的其它组件受到沾污。这种包装纸还能最大程度地降低或防止周围空气（即径向的空气）流到纵向位于燃料元件前沿的后面的燃料元件的部分，因此有控制氧气进入从而防止过度燃烧的作用。

位于香烟接嘴端的一个由二部分组成的接嘴件，它包括：（ⅰ）烟草棒20，;和（ⅱ）低效过滤元件22。过滤嘴包装纸31用来将接嘴件连接于前端组合件。

在另一较佳的实施例中，经夹套的燃料元件有所缩短，从而仅为产生预期的抽吸数提供所需量的可燃碳质材料。在该实施例中，外层包装纸29最好延伸至经夹套燃料元件的前端。包装纸29应设计得具有适当的孔隙度，使碳质燃烧获得其完全燃烧所需的空气，同时在燃烧后又具有足够的粘着性以维持完整，从而在香烟上支撑此经夹套的燃料元件。这些纸在美国专利No.4，938，238中有所描述。

图2-4表示各种燃料元件的前端构型，其中不燃烧持留材料以数字7表示。在不燃烧材料中的任选周边槽则以数字8表示。如同图1A所示，在这些图中燃料元件的可燃部分也以数字9表示，并且燃料元件中任选的周边槽即通道以数字11表示。

图5-7说明了在燃料元件中带状不燃烧持留元件的各种适用的形状。在图5中，不燃烧的带状材料具有波浪（即波动）外形。在图6中，带子则具有锯齿形。图7中则是一种扁平的带子。在图5-7的每一个图中，表示了任选的孔5。这些孔是用以使碳质燃料组合物在挤压过程（即形成燃料元件）中通过，从而将不燃烧带状材料固定于燃料元件的可燃部分之内。

此外所用的燃料元件应满足3个条件;（1）易于点燃;（2）可提供足够的热量为5-15次最好是8-12次抽吸产生气溶胶;（3）对于香烟不产生异味或令人不愉快的气味。本发明燃料元件的可燃部分典型地含有碳和粘合剂或碳、烟草和粘合剂，但是也可使用其它的可燃碳质组合物。

在燃烧燃料过程中，较佳的本发明燃料元件是设计成仅提供产生所需量气溶胶所需要的热量。最好是没有燃料或所产生热量的浪费。另外，也没有用于使基材或香烟的其它组分的过度加热的过量燃料。这样本发明的燃料元件就为使用该元件的香烟提供了一种理想的能源。在本发明的香烟中，燃料元件要设计成产生气溶胶形成所需的热卡值，而散失到其它组分或大气中的热量最小。

在燃料元件中加入的不燃烧持留元件提供了一种减少用于燃烧的碳量的手段。在所用燃料的量仅需为所需的抽吸数生成气溶胶的情况下，这是特别有利的。使用形成所需量气溶胶的可燃碳量的另一个优点是当燃烧的碳量下降时，燃烧过程中产生的一氧化碳的量也下降。

下表说明了本发明的燃料元件与以前所用构型的燃料元件对比测定时，其一氧化碳量显著下降。

表

数据参比燃料图2燃料图3燃料图10燃

料

燃烧的碳(mg) 85 88 58 78

CO₂(mg) 87 82 63 68

CO(mg) 22 16 12 17

热卡值 207 190 146 160

CO/卡 0.105 0.082 0.080 0.105

传给基材的热卡值 27.4 21.8 23.2 --

在此表中，“参比燃料”实际上是在参比实施例1中所述的燃料元件。“图2燃料”描述于实施例2中。“图3燃料”描述于实施例3中。“图10燃料”描述于实施例4中。表中的数是在机器吸烟条件（2秒内一次抽吸50cc体积，两次抽吸之间隔以28秒）下获得的，这种吸烟条件以后称为50/30吸烟条件，并且总共20次抽吸。

较佳燃料元件的可燃碳质部分的密度通常大于约0.5g/cc，更好大于约0.7g/cc，最好大于约1g/cc，但通常不超过2g/cc。

当一复合挤压的部分被用作燃料元件的不燃烧热交换部分时，最重要的因素通常是所用材料的厚度及其导热能力。现已证明，具有厚度为约0.02英寸至0.04英寸的复合挤压不燃烧段在此处作为热交换器是非常有效的。

在燃烧前，燃料元件的全长一般短于20mm，时常短于15mm，典型地是短于12mm。燃料元件的总外径典型地是小于约8mm，有利地是小于约6mm，其典型值约为4.5mm。

如上所述，目前至少有2种形成含不燃烧热交换材料的燃料元件的方法-“拉带法”和复合挤压法。在第一种方法中即拉带法中，带状的金属或类金属材料喂入挤压机中，并在其中覆盖以一挤压的碳质燃料组合物。然后将这样形成的其中部为带材的连续棒加以干燥再根据需要切割。“拉带”法表示于图8中。

此金属或类金属的带子可由任何适宜的金属制得，例如薄的金属箔，如不锈钢、铝、铜等的箔。合适的类金属带状材是具有高导热性的材料，如联合碳化物公司的Grafoil材料。箔带材料可具有任何所需的形状或构型，见图5-7。该种箔带典型地具有约0.002-0.02英寸的厚度，较佳为约0.005-0.015英寸，最佳为约0.010 英寸。箔带的宽度典型地为约0.15-0.22英寸，较佳为约0.16-0.2英寸，最佳为约0.18英寸。如果需要，箔带中可以有一些孔，其直径约0.04-0.1英寸，较佳为约0.06-0.09英寸，最佳为约0.07英寸。典型地是1/4英寸、较佳地是每3/16英寸、最佳地是每1/8英寸有一个孔，从而使碳质挤压物将箔带固定在位。

如图8所示，一条不燃烧箔带材料1被喂入进料管2的后部，然后通过后挤压模3。正是在此后挤压模中带箔（如石墨带箔）被拉动通过可燃碳质燃料组合物，后者是通过模具支撑件的侧孔喂入模具组合件的。碳质材料通过进料孔4进入后模3。碳质材料被成形为具有由前模5决定的所需形状的槽即孔的燃料元件棒。通过挤压机的速度控制来控制挤压线速度。碳质燃料元件的挤压使得箔带通过后模3中的槽子被拉伸，这样就使箔带1嵌入挤压物内。

在另一个较佳的方法复合挤压中，是先先制备二个用于挤压的混合物，一个是可燃碳质燃料组合物，另一个是不燃烧组合物，如石墨。在被挤压的燃料组合物的成形中所用的典型粘合剂对这两种挤压混合物都可采用。一个挤压过程中使用的一种较佳粘合剂是羟甲基纤维素（CMC）。

此处适用的可燃组合物可以是在本发明的背景一节引述的专利中所揭述的任一种碳质燃料组合物。较佳的碳质燃料组合物是美国专利No.5，178，167（Riggs等）中描述的，其公开的内容已列在本发明参考目录中。它们通常含有可燃的碳质燃料、粘合剂、保证可加工糊浆稠液的足量水份（水的含量通常为32-40%重量）以及各种其它材料以保证所需要的特性。

此处适用的不燃烧组合物通常含有约5-90%（重量）的石墨，其密度为约1.3-1.9g/cc。其它的不燃烧成分也可使用，例如不燃烧的填料如CaCO₃，粘土如膨润土等。当填料和增充剂连同石墨一起使用时，它们可占混合物的80%（重量），较佳的为不燃料组合物的10-60%，更佳的为40%。粘合剂通常是用来将不燃烧组合物结合在一起。较佳的粘合剂包括CMC、SCMC、藻酸钠等。将含有足量水以提供可加工糊浆稠度（通常水含量为约32-40%重量）的混合物挤压成组合物。

在复合挤压过程中，至少有两个挤压机，它们向一个公用的模子供料，从而使两个挤出物形成的结果是将不燃烧组合物按需要放置在可燃的燃料棒之内部。这二个（或多个）组分的形状和大小可根据需要变化。然后将挤压成的其内部具有不燃烧的部分连续棒予以干燥，再根据需要按长度切割之。一种复合挤压模表示于图9中。

如图9和图9A所示，一种复合挤压方法是将不燃烧材料110喂入进料管102。进料管102再将不燃烧材料喂入后模103，该材料就成形为带状。可燃碳质组合物106则通过模具支撑件的侧孔进入模具组合件内，并通过进料孔104进入后模103。碳质材料106和不燃烧材料100被成形为具有由前模105决定的所需槽即孔的燃料棒。

在图10以截面图形式表示的燃料元件120具有二个不燃烧段121和122，它们被挤压进入在碳燃料体挤压过程中形成的相应槽子123和124中。该燃料棒具有许多槽子125，它们有助于燃料的点燃和燃料的热传递性能。当燃料元件燃烧时，其不燃烧部分仍保留着。在一支香烟中，燃料的最后段例如长为6mm的段是被一几乎没有或根本没有空气渗透性的层所包住，这个层并可从燃料将大量的热量传导出去。这样的结构使得位于不燃烧段121和122之间的碳质段的燃烧熄灭，因而使未燃烧的但可燃碳质燃料保留于燃料元件最后几毫米范围内的不燃烧段121和122之间。在这样的实施例中，就可控制香烟熄灭后仍遗留的燃料量。

能生产图10结构的燃料元件的一种装置表示于图11中。挤压模具130具有一个第一成形段131，它对应于碳质燃料的形状，包括在燃料元件中形成槽123和124（图10）的突出部132和133和在最后燃料元件中形成槽125的突出部（图11中未示）。这第一成形段终止于点124，在该点有通道135和136以便在槽子121和122中成形不燃烧材料，在该处不燃烧材料与碳质燃料体相接触。不燃烧材料是分别通过通道137和138供应到槽子135和136中的不燃烧材料的喂入最好保持在一恒定压力下，使其向槽子135和136的供应量保持相对稳定。不燃烧材料保留于最终产物中，并突出于燃料体的上下周边，如图10所示，这些突出的不燃烧部分与周围的绝热材料坚实地接触着，这就有助于在整个吸烟过程中将燃料元件接留于吸烟制品内。

当燃料元件被应用于香烟中时，在它的周围包以一层绝热的和/或起持留作用的夹套材料是有利的。该绝热和起持留作用材料最好是（ⅰ）使被抽吸的空气能够通过（ⅱ）其装置和构型可以将燃料元件保持在位。夹套与燃料元件的末端最好齐相平，然而，它可伸出燃料元件两端约0.5mm-3mm。

包住燃料元件的绝热和/或持留材料的组分可以不同。适用材料的例子包括玻璃纤维和在下述专利和专著中有描述的其它类型的材料：美国专利No.5，105，838，欧洲公开专利No.336，690;RJR专著supra P48-52。其它合适的绝热和/或持留材料的例子是玻璃纤维和烟草的混合物，如在美国专利Nos.5，119，837、5，105，838、5，065，776和4，756，318中所描述的。

其它合适的绝热和/或持留材料是聚集纸型材料，它螺旋形地包在或以其它方式绕在燃料元件的周围，如在未审定的U.S.Patent No.5，105，836 to Gentry et al.中所述。纸型材料可聚集或卷曲聚集在燃料元件的周围;使用Decoufle s.a.r.b的CU10或CU20S棒条制造设备连同Hauni-Werke的KDF-2棒条制造设备或使用在U.S.Patent No.4，807，809 to Pryor et al.中所述的设备聚集成一棒条;或沿着燃料元件的纵向轴线在燃料元件的周围;或制成由纸型片构成的纵向延伸束，其制法是用列在本发明参考目录中的U.S.Patent Nos.4，889，143 to Pryor et al和5，025，814 to Raker所述类型的设备。

纸型片材的例子可用P-2540-136-E碳纸和Kimberly-Clark Corp.的P-2674-157烟草纸;这种材料的纵向延伸束（如宽约1/32英寸的束）最好沿燃料元件的长度延伸。燃料元件也可用烟草切成填料（如经约2%（重量）碳酸钙处理的烟熏烟草切成填料）包住。延伸束的数目和位置或聚集纸的聚集方式应能足够紧地维持、持留或以其它方式将燃料元件固定在香烟内。

如图1和1A中所示，包围在燃料元件周围的绝热夹套再被一包装纸包住。此处适用的纸在美国专利Nos.4，938，238和5，105，837中有描述。

如前所述，基材中含有气溶胶形成材料和其它成分。如香味剂等，这些成分在抽吸过程中遇到通过气溶胶产生材料的热气体，会以烟雾状气溶胶形式蒸发并运使到吸烟者口中。在这里所用的较佳气溶胶形成材料包括甘油、丙烯乙二醇、水、香味剂及其它任意选用的成分。由本发明背景一节中提到的专利（supra）还可知道其它适用的气溶胶形成材料，在此处不需重复。

利用商业上可得到的设备，尤其是香烟过滤器制造装置或香烟棒成形设备可很好地成形基材棒。可用于将本发明的基材成形的二个较佳的商业设备为De Coufle s.a.r.b设备的De Coufle的过滤器制造设备（CU-10或CU20S）以及Haunie-Werke Korber & Co.，KG的经改进的棒成形设备（KOF-2）。

在本发明的大部分实施例中，燃料元件和基材的组合（也称为前端组合件）与一个接嘴件相连，虽然也可以将此燃料元件和基材的组合与另一个分开的接嘴件（如可重复使用的香烟烟嘴）在吸烟时接起来。接嘴件为挥发的气溶胶产生物流入吸烟者口中提供通道;并也可挥发的气溶胶产生物提供进一步的香味。接嘴件的典型长度约4mm到85mm。

香味段（即装有聚集烟草纸、烟草切成填料的段等）可结合在接嘴件或基材段中，例如直接位于基材之后或与基材隔开，从而向气溶胶提供香味。也可加入聚集碳纸，特别是为了向气溶胶提供薄荷香味。这些纸在欧洲公开专利No.432，538中描述。在这里可用的其它一些香味段在美国专利Nos.5，076，295和5，105，834及欧洲公开专利No.434，339中均有描述。

为便于理解，本发明将进一步结合本发明的下述实施例来说明，但这些实施例并不能认为是本发明的限制。除另行有指明外，此处用的所有百分数都是重量百分数。所有的温度以摄氏温度表示。

实施例1

参比燃料元件

根据如下方法制备一种参比燃料元件，即非组合的燃料元件。

用82.85份平均粒径为12微米的硬木浆碳粉、10份藻铵（Amoloid HV，Kelco Co.）、0.9份Na₂CO₃、0.75份乙酰丙酸。5份经球磨的美洲混合烟草和0.5份根据美国专利No.5，159，942中的描述的方法制得的烟草提取物，制备出一根长12mm、直径为4.5mm、表观（体积）密度约1.02g/cc的燃料元件。

硬木浆碳粉的制法是，将不含滑石的Grande Prairie Canadian硬木牛皮纸在一种惰性气氛中碳化，此时逐渐升高温度（使纸的氧化最小），直至至少为750℃的碳化温度。生成的碳材料在惰性气氛中冷却至低于35℃，再研磨成平均粒径≤12微米（利用Leeds & Northrup的Microtrac Analyzer测定的细粉）。

将很细的硬木碳粉与藻铵粘合剂、乙酰丙酸和烟草干混，再加入3%（重量）Na₂CO₃水溶液以提供碳酸钠最后浓度为约0.9份的可挤压混合物。

采用一个螺旋式挤压机由该混合料挤压出每段长约24英寸的燃料棒，该棒一般为直径约4.5mm圆柱形，其周边上有6个距离相等的由一端贯穿到另一端的圆底槽圆约0.5mm宽和1mm深）。挤压出的棒的起始含水量范围为约32-34%（重量）。在环境温度下干燥16小时，最终含水量为7-8%（重量）。利用顶端装有金刚石的钢质切割轮将经干燥的圆柱形棒按长度12mm切割之。

实施例2

复合挤压法

由CaCO₃和石墨（密度为1.3）之比为1∶1（重量）的混合物和8份CMC粘合剂并加入足量的水（使其产生的糊浆可以加工成形，在此例中为35%重量），制备出可挤压的不燃烧组合物。

由含有10%（重量）CMC粘合剂、90%（重量）平均粒径（Microtrac仪器测定）为12μm碳粉混合物另加38%（重量），制备出可挤压的可燃碳质组合物。

将不燃烧组合物加入一进料管，该进料管将不燃烧组合物喂入后模，使组合物成形为带。可燃碳质燃料组合物则通过模具支撑件的一个侧面进口进入模具组合件，并通过后模上的进料孔喂入。这样，可燃碳质材料和不燃烧材料共同成形为所需要的构型，从前端的模子压出成为由模子决定的所需直径和所需形状的槽即孔的燃料棒。将生成的直径为4.5mm的棒空气干燥之，再切割成一段段长12mm的燃料元件。其截面构型如图2所示。其石墨不燃烧段厚度为0.22英寸，所示的槽子的宽度为0.018英寸，其终止的圆弧半径为0.09英寸。这些槽在其最深处的深度为约0.04英寸。石墨不燃烧段的直径为约4.9mm。

实施例3

拉带法

用10%（重量）CMC粘合剂、90%（重量）平均粒度（Microtrac仪器测定）为12≤μm的碳及多达38%（以固体为基础）的水成形出用于挤压的可燃碳质燃料混合物。

将厚为0.010英寸（0.254mm）、宽为0.200英寸（5.08mm）、具有每隔1/8英寸（3.175mm）冲压形成的直径0.080英寸（2.032mm）的孔的石墨箔带喂入挤压喂料管的后部并穿过挤压模具的后部。该箔带然后被拉动通过可燃碳质燃料组合物，后者通过模具支撑件的侧孔被喂入模具组合件。碳质材料是同时通过喂料孔进入后模的。根据确定的尺寸和前模的形状将包围着箔带的碳质材料成形制成连续的燃料元件棒，该棒具有所需的直径和所需形状的槽即孔，其形状与尺寸是由前模所决定的。线速度用挤压机的速度控制器控制。碳质燃料元件棒的挤压就使得箔带通过后模中的槽子拉过去，从而使箔带嵌入挤压物中。

将含有箔带的4.5mm直径的复合燃料棒空气干燥之，然后将它切割成合适的燃料元件长度（12mm）。

实施例4

复合挤压法

由CaCO₃和石墨（密度为1.3）之比为1∶1（重量）的混合物和8份CMC粘合剂并加入足量的水（使其产生糊浆可加工成形，在此例中为33%重量）制备出可挤压的不燃烧组合物。

由含有10%（重量）CMC粘合剂、90%（重量）平均粒径（Microtrac仪器测定）为12μm的碳粉的混合物另加约37%（重量）水，制备出可挤压的可燃碳质组合物。

如图11所示，通过模具一端的孔将可燃碳质燃料组合物喂入模具组合件中。将不燃烧组合物喂入一喂料管，后者再将不燃烧组合物喂入通道137和138。然后不燃烧材料按槽道135和136的形状成形的两个不燃烧材料段121和122。不燃烧材料沿着槽子123 和124的底部和侧面与可燃碳质燃料接触。因此，可燃碳质材料和不燃烧材料形成完整的所需构型，并以具有由前模决定的所需直径和所需形状的槽即孔的燃料棒形式从模具的前端压出。将生成的直径为4.5mm的燃料棒空气干燥之，再切成燃料元件的长度（12mm）。燃料元件截面的构型如图10所示。石墨不燃烧段的高为0.025英寸，并突出于可燃棒表面之上方0.2mm。不燃烧段的突出部分的形状为半径0.03英寸圆柱体的一段弧形。不燃烧部分的底部宽0.04英寸。所示槽子的宽度为0.016英寸，其终止的圆弧半径为0.08英寸。这些槽子均终止于距所示元件的垂直轴约0.037英寸的位置，并且这些槽子的中心线之间相距约0.041英寸。

实施例5

燃烧性能

利用纽约Virtis Company，Gardiner的经改进的Phoenix Precision Instruments Model JM-6500气溶胶光谱仪，测定燃料元件的燃烧性能。

此经改进的JM-6500仪器可测量在燃料元件燃烧过程中放出的二氧化碳总量、一氧化碳总量和热卡的总值。该仪器还可提供这些数据的逐次抽吸分析。

对于每个实施例，将5个燃料元件装上夹套然后在50/30吸烟条件下利用改进的JM-6500仪器抽吸20次。这个条件是在2秒期间抽吸50ml体积，各次抽吸之间为28秒的冒烟时间。在50/30吸烟条件下进行试验的第一次抽吸之前利用标准点燃机的火焰施加于燃料元件的表面5秒钟以点燃燃料元件。

实施例1的参比燃料元件所得的结果如下：

平均总CO₂87 mg

平均总CO 22 mg

平均总热卡数 209

平均CO/热卡 0.105

实施例2的复合挤压燃料元件所得的结果如下：

平均总CO₂82 mg

平均总CO 16 mg

平均总热卡数 190

平均CO/热卡 0.082

实施例3的拉带法燃料元件所得的结果如下：

平均总CO₂63 mg

平均总CO 12 mg

平均总热卡数 146

平均CO/热卡 0.082

实施例4的复合挤压法燃料元件所得的结果如下：

平均总CO₂68 mg

平均总CO 17 mg

平均总热卡数 160

平均CO/热卡 0.105

实施例6

香烟

燃料元件

使用实施例2、3或4中制备的燃料元件。燃料元件的长度为12mm;在实施例2和3中，燃料元件的直径为4.5mm，在实施例4中，直径为4.2mm。

绝热夹套

在一长12mm、直径为4.5mm的塑料管上用长度也为12mm的绝热夹套材料包住。在这些香烟的具体实施例中，绝热夹套由2层欧文-康宁C-玻璃垫（Owens-Corning C-glass mat）构成，每层在用夹套成形机（如美国专利No.4，807，809所述）压缩之前为1 mm厚，成形后厚度为0.6mm。在二层C-玻璃之间夹以一层再生烟草纸，其标号为kimberly-Clark公司的P-2831-189-AA。再用标号为Kimberly-Clark公司的P-3122-153的香烟纸在外面包住。再生烟草纸是一种由烟草制成并含有混合烟草提取物的纸质材料。在成形之前再生烟草纸的宽度，内层为19mm，外层为26.5mm。包了夹套的塑料管的最终直径为约7.5mm。

基材

由深压纹的（368/m²）、宽度为1.52mm、含25%硫酸钙的Kimberly-Clark公司P 3284-19纸幅采用改进的KDF-2棒成形机制成直径为约7.5mm的基材棒。此基材棒再用simpson纸RJR-002（Simpson paper RJR-022）包住，该纸的两面均涂覆有Hercon70。将包住的基材棒切割成10mm的小段，每段约重55mg。

烟草纸塞

由中度压纹的、宽127mm的Kimberly-Clark公司P-144-GNA-CB烟草纸幅采用，如美国专利No.4，807，809揭示的棒成形设备制成直径约为7.5mm的烟草纸的棒。这个棒再用宽26.5mm，Kimberly-Clark公司的P1487-1842纸包住，并切割成长10mm的小段。

前端包装

前端包装纸是将几层纸叠压形成的。这几层纸包括：外层为Ecusta 456纸，中间层为0.0005cm厚的纸箔，内层为12.5磅/含，20.4g/m²的薄纸。叠压的这几层纸通过商业粘合剂Airflex 465粘合在一起，其用量为1.5磅/令。

气溶胶管

直径约7.5mm的纸质气溶胶管由基本重量为112gsm的Simpson RJR-002纸的纸幅（宽约27mm，厚约0.012英寸）制成。用水基的乙烯乙酸乙烯粘结剂将RJR纸藉搭接成型为管子。纸管的内表面及外表面用Hercon-70涂覆。再将该纸管切成长31mm的小段。

接嘴管

由002-A型的Simpson、用R.J.Reynolds Tobacco Company的热熔粘合剂No.448-195K藉搭接制造直径约7.5mm的纸质接嘴管。再将形成的管子切割成40mm长的小段。

过滤塞

由约260mm宽、Kimberly-Clerak公司的聚丙烯垫子成形制成直径约7.5mm的聚丙烯过滤棒，采用如美国专利No.4，807，809所述的设备在其外面包以Kimberly-Clark公司的宽26.5mm的纸幅P1487-184-2，将此包住的棒切割成长为20mm的小段。

烟草卷

利用如美国专利No.4，807，809中所述的设备，将按美国专利No.5，159，942中所述方法制成的再生烟草切成填料成形制成直径约7.5mm棒，然后外面用纸包住。再将此包住的烟草卷切割成20mm长的小段。

香烟的组装

A、前端组合件

将10mm长的基材棒插入31mm长的气溶胶管中，插入深度距管端5mm，从而在管中形成一约5mm长的空间。将150g由甘油、烟草提取物和其它香味剂组成的混合物施加于基材。再将10mm长的烟草纸塞插入气溶胶管的另一端，直至烟草纸塞的接嘴端与气溶胶管的接嘴端齐平。

将12mm长的绝热夹套件对准气溶胶管的前端、使绝热夹套件与气溶胶管中的长5mm的空间相邻。将绝热夹套件和气溶胶管一道用26.5mm×37mm的前端包装纸包住。包装纸（supra）的薄纸面是朝着气溶胶管的位置，并用一种H.B.Fuller Co.，Minneapolis， MN的缝接粘结剂（2128-69-1）在纸的搭接处封接起来。包装纸的长度沿管轴的方向是从气溶胶管的接嘴端延伸至绝热夹套的约6mm处，结果留下绝缘夹套的6mm是未包纸的。

将绝热夹套件中的塑料管除去，插入12mm长的燃料元件使得燃料元件的末端与绝热夹套的末端齐平。

B接嘴组合件

将20mm长的过滤塞插入接嘴管的一端，再将20mm长的烟草卷插入接嘴管的另一端，使得过滤塞和烟草卷均与接嘴管的两端齐平。

将接嘴组合件和前端组合件对准，使烟草卷与烟草纸塞相邻接，再用一纸带将两个组合件固定在一起以构成香烟。

将此香烟抽吸，此时在约10-12次抽吸中均会产生可见的气溶胶和烟草香味（即挥发的烟草成分）。燃料元件燃烧至距后部6mm处，即达到衬有箔的管子包住燃烧元件的部位，正是在此处香烟自动熄灭。

实施例7

有夹套的燃料棒

直径约7.5mm的有夹套的燃料棒，它含有按实施例2、3或4中任一实施例制备的燃料元件和绝热材料，其制法地直接将碳质燃料棒挤压入一多层玻璃纤维/烟草纸的带子。将此有夹套的燃料棒切成约7.2mm长的各段。

夹套材料

夹套材料由2层欧文-康宁C-玻璃垫（Owen-Corning C-glass met）构成，每层在用夹套成形机（如在美国专利No.4，807，809所述）压缩之前的1mm厚，成形后，厚度为0.6mm。在二层C-玻璃之间夹以一或两层再生烟草纸，其标号为Kimberly-Clark公司的P-283/189-AA。再用标号为Kimberly-Clark公司的P -3122-153的香烟纸在外面包住。再生烟草纸是一种由烟草制成的并含有混合烟草提取物的纸质材料。再生烟草纸在成形前的宽度约17mm，而香烟纸外层的宽度约25.5mm。用于外层包装的接合粘结剂为RJR Packaging，R.J.Reynolds，Winston-Salem，N.C.的冷缝接粘结剂CS 1242。

基材管

由一深压花的（36g/m²）、宽约7英寸的含25%硫酸钙的Kimberly-Clark公司P3284-19纸卷采用改进的KDF-2棒成形机成形制成直径约7.5mm的基材棒。此基材棒再用一宽约24.5mm的纸/箔叠片包住，该箔为一连续浇铸的0.0005铝箔，该纸为Simpson Paper公司（Simpson）r RJR-002A纸。层叠粘结剂为RJR Packaging公司的硅酸盐粘结剂No.06-50-05-0051。将RJR Packaging公司的中心线粘结剂（Center line adhesive），即一种冷粘结剂CS 1242M喷洒施加到叠片上，使得基材与包装叠片粘结在位。用RJR Packaging公司的热熔粘结剂444-227封接叠片的接合缝。

将包住的基材棒切成60mm的小段。在连续的基材棒成形过程中，将含有甘油、丙二醇和香味剂如烟草提取物的900mm气溶胶形成物质施加于纸幅上。基材段再切成长约10mm的基材塞，并用宽约25.5mm的上述Simpson RJR 002A/0005箔叠片包住。沿着管子交替每隔10和12mm放置这些基材塞。通过施加RJR Packaging公司的热熔粘结剂No.448-37A将这些塞粘结于管子。用RJR Packaging公司的热熔粘结剂444-227封接其接合缝。

此连续的管子被切成长约42mm的基材中空管节，它具有约12mm的中部空间、二个10mm宽的基材塞和在每一端宽约5mm的空间。

烟草节

将按美国专利No.5，159，942所述方法制备的再生烟草切成填料成形制成一直径约7.5mm的棒，然后在Protos香烟制造机上用例如宽为26.5mm的KC646纸并用标准过滤嘴粘结剂将棒包住。将此包住的烟草棒切成120mm长的小段。

利用如在美国专利No.4，807，809中公开的棒成形机将Kimberly-Clark公司的、标号为P-144GNA CB的中等压花的宽为127mm的烟草纸幅成形制成直径约7.5mm的烟草纸棒。用宽约25mmKC的纸P1487-184-2包住该棒，然后切成长为80mm的小段。

将上述烟草棒和烟草纸棒分别切成长为40mm和20mm的小段，并且交替地排紧成一列，通过RJR Packaging公司的中心线热熔粘结剂448-37A和缝接粘结剂即448-195K热熔粘结剂，用宽25.5mm的KC646纸包住。再将此交替相连的烟草棒/烟草纸棒的组合件切成为60mm的具有40mm烟草棒作为中心段和在其两端各有10mm烟草纸棒的由两部分构成的烟草节。

过滤塞（嘴）

将宽约260mm的Kimberly-Clark公司的聚丙烯垫子成形制成直径约7.5mm的聚丙烯过滤棒，再采用如美国专利No.4，807，809中所述的设备及热熔性448-195K缝接粘结剂在其外面包以Kimberly-Clark公司的宽25.5mm的纸幅P1487-184-2。将此包住的棒切成长为80mm的小段。

香烟组合件

燃料基材节

将有夹套的燃料棒切成长为12mm的燃料元件。将两个燃料元件置于一根基材中空管节的两端并且对齐。将这二个组件用宽约26.5mm、长约54mmmm的Ecusta 15456纸/连续浇铸0.0005箔/Ecusta 29492纸的层叠片从外面包住，纸与箔的连接是用Airflex 粘结剂465。利用RJR Packaging公司的冷粘结剂MT-8014施加在层叠片的全部内表面上，将层叠片粘结在由夹套燃料和基材中空管构成的组合件外面。层叠片是包住基材管的全长并延伸包住两个燃料元件的6mm长度从而构成含两部分燃料基材节。

烟草燃料单元

将一根上述的燃料/基材节在其中点处拦腰切成两节各置于2联（2-up）烟草节的两端对齐，使每个燃料基材节内的空隙端与2联烟草节的末端的烟草纸塞相邻接。将这些组件用长约70mm、宽约26mm的Ecusta E30336纸从外面包住。用MT-8009粘结剂（RJR Packaging公司）将包装纸粘着于燃料基材节和烟草节的这个组合件上，以形成长约126mm的2联烟草燃料单元。

香烟

将一根2联香烟燃料单元在其中点拦腰切成两节，置于2联过滤嘴（塞）的两端对齐，并使每单个烟草燃料单元的烟草棒末端与2联过滤嘴相邻接。这些组件再用长约50mm、宽约26mm的过滤嘴包装纸（RJR tipping Code No.1000011）包住，包装到2联过滤嘴各和两个烟草燃料单元之间的连接处以外5mm。用一种粘结剂MT-8009（RJR Packaging公司）作为整个包住的粘结剂以形成2联香烟。将在2联香烟其中点外（即过滤嘴的中点处）切成两根个香烟。

至此已详细地描述了本发明，包括其较佳的实施例。然而，需要理解的是，本技术领域内的工作人员根据本发明公开的内容，可以对本发明进行调整和/或改进而仍在下述本发明的权利要求的范围和精神之内。

Claims

1、一种吸烟制品用的组合燃料元件，其特征在于它包括贯穿于其长度互相接触的至少二种不同的材料，即可燃的碳质材料，以及与可燃材料相比较燃烧轻微的材料，其特征还在于所述的燃料元件在燃烧前的长度小于约20mm。

2、如权利要求1所述的组合燃料元件，其特征在于至少一部分所述不燃烧材料延伸超出所述可燃材料的周边。

3、如权利要求1所述的组合燃料元件，其特征在于在燃烧元件中的不燃烧材料是一种热交换材料。

4、如权利要求1所述的组合燃料元件，其特征在于它含有许多不燃烧材料段。

5、如权利要求3所述的组合燃料元件，其特征在于该热交换材料是一种不燃烧碳。

6、如权利要求3所述的组合燃料元件，其特征在于该热交换材料是一石墨箔。

7、如权利要求3所述的组合燃料元件，其特征在于该热交换材料是一金属带或金属箔。

8、如权利要求1、2、3、4或5所述的组合燃料元件，其特征在于该不燃烧材料进一步含有一种或多种粘结剂。

9、一种吸烟制品用的挤压的组合燃料元件，其特征在于它包括贯穿于其长度互相接触的至少二种不同的复合挤压材料，即可燃的碳质材料以及与可燃材料相比燃烧较微的材料，其特征还在于所述的燃烧元件在燃烧前的长度小于约20mm。

10、如权利要求9所述的挤压的组合燃料元件，其特征在于至少一部分所述热交换材料延伸超出所述可燃材料的周边。

11、如权利要求10所述的组合燃料元件，其特征在于燃料元件中的热交换材料是碳。

12、一种吸烟制品用的挤压的组合燃料元件，其特征在于它包括贯穿于其长度互相接触的至少二种不同的材料，即可燃的碳质材料以及一种不会燃烧的金属热交换材料，其特征在于所述的燃料元件在燃烧前的长度小于约20mm。

13、如权利要求12所述的挤压的组合燃料元件，其特征在于至少一部分所述金属热交换材料延伸超出所述可燃材料的周边。

14、如权利要求13所述的挤压的组合燃料元件，其特征在于该金属热交换材料是带或箔的形式。

15、一种香烟，它包括：

吸烟前长度小于20mm的碳质燃料元件，所述的燃料元件具有一层弹性绝热材料夹套包围着其周边;

纵向放置在所述燃料元件后面一个隔开的气溶胶产生元件，所述的气溶胶产生元件包括载有气溶胶形成物质的基底;

其特征在于所述的燃料元件进一步还包括贯穿于其长度相互接触的至少二种不同的材料，即可燃的碳质材料以及与可燃材料相比燃烧较微的材料。

16、如权利要求15所述的香烟，其特征在于至少其一部分所述不燃烧材料延伸超出所述可燃材料的周边。

17、如权利要求15所述的香烟，其特征在于燃料元件中的不燃烧材料是一种热交换材料。

18、如权利要求17所述的香烟，其特征在于该热交换材料是不燃烧碳。

19、如权利要求17所述的香烟，其特征在于该热交换材料是石墨带或箔。

20、如权利要求17所述的香烟，其特征在于该热交换材料是金属的带或箔。

21、一种减少吸烟制品用碳质燃料元件的平均温度的方法，其特征在于以一种组合件的形式成形该燃料元件，该组合件包括贯穿于其长度互相接触的至少二种不同的材料，即可燃的碳质材料，以及与可燃材料相比燃烧较微的材料。

22、如权利要求21所述的方法，其特征在于燃料元件中的不燃烧材料是一种热交换材料。

23、如权利要求22所述的方法，其特征在于该热交换材料是不燃烧碳。

24、如权利要求22所述的方法，其特征在于该热交换材料是石墨的带或箔。

25、如权利要求22所述的方法，其特征在于该热交换材料是金属的带或箔。