CN112895374A - 一种气流单元的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气流单元的制备方法及其装置，属于抽吸制品技术领域，制备方法包括将物料熔融挤出、一级定型、二级定型和切割。一级定型时同时进行真空和冷却定型可以使气流单元的圆周尺寸更稳定，相比国标《GB/T 5605‑2011醋酸纤维滤棒》圆周极差0.40mm的要求（允差，±0.20mm），提升37.5%，还可以在切割步骤之前加上涂覆涂层步骤，使其具有优异的表面性能，解决了常规的方法制备后尺寸稳定性弱和气流单元与其他材料组合过程中落料不流畅的问题。

Description

一种气流单元的制备方法及装置
技术领域
本发明属于抽吸制品技术领域，具体涉及抽吸制品中一种气流单元的制备方法及其装置。
背景技术
滤棒是传统点燃型或新型加热型抽吸制品的重要组成部分。相比于传统点燃抽吸制品，加热型抽吸制品递送的气雾中包含的有害成分减少90%以上，因而具有更低的危害性。通过使用加热器具加热包含气雾发生材料的抽吸制品，获得消费者所需气雾。加热器具温度一般在240℃～340℃，这可能导致递送至消费者口腔的气雾温度较高，带来不舒适感，一般到达口腔的适宜温度应在48℃以下。因此，加热型抽吸制品一般包含气雾发生材料件，以及连接气雾发生材料件的降温件。为保障加热型抽吸制品递送至口腔的烟雾量充足，降温件通常需具备两种功能，一是降温性能好，二是低吸阻，以避免截留气雾。
已报道的降温件包括单通道管气流单元和多通道管气流单元，单通道气流单元的管内壁表面积小，降温效果一般不如多通道气流单元。多通道气流单元的内壁表面积大，有助于热气流冷凝和降温吸热，从而降低气流温度。常见的气流单元采用高分子聚合物材料或组合物制成，能有效降低气流温度，然而无论是单通道气流单元还是多通道气流单元，由于材料具有一定的热伸缩性，制备时尺寸稳定性不易控制，尤其是通过连续移动的方法（如挤出拉伸成型），现有技术依靠单一的定型方式，如冷却定型或真空定型，或两种方法依次实施，效果仍达不到行业要求。此外，在组装时气流单元与气流单元之间因范德华力作用而引起的粘连感，会使气流单元与其他材料组合过程中落料不流畅，导致成品率和工业化连续性不高。例如专利CN110406072B一种淀粉基多通道气流单元及其制备方法和应用，公布了包含聚乳酸和淀粉的多通道气流单元的制备方法。该方法结合聚乳酸和淀粉的性能，并优化相应的工艺，以具备强效降温的作用。然而，该方法制备的多通道气流单元，并未提及如何控制管件单元尺寸稳定，也未关注气流单元表面性能对后续工序制备抽吸制品的上机适应性的影响。
发明内容
为解决气流单元的尺寸稳定性弱、与其他材料组合时落料不流畅等问题，本发明提供一种气流单元的制备方法及其装置，以提升气流单元的尺寸稳定性和管表面“爽滑感”，降低“粘连感”，进而提高成品率。
本发明通过下列技术方案实现：一种气流单元的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔融挤出：按常规将物料熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以8～25m/min的速度通过真空负压为0.01～0.20MPa、冷却温度为10～20℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以8～25m/min的速度通过冷却温度为1～10℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）切割：将所得第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
所述第三形态气流单元在切割前对外表面进行涂覆，使外表面具有涂层。
所述涂层的厚度为0.005～0.01mm。
针对上述制备方法，本发明可采用附图1的工艺流程示意图完成制备过程，即：物料经落料斗、熔融控温区、挤出摸头、一级定型区、二级定型区、涂覆装置、切割装置，即得到所需气流单元。
所述步骤（2）的一级定型采用定型装置完成，该定型装置包括装置主体，所述装置主体顶部固定连接有顶盖，所述顶盖中间位置贯穿并设置有通孔，所述顶盖顶部中间位置固定连接有真空泵且真空泵的位置与通孔位置相对应，所述装置主体左侧中间位置贯穿并设置有后端孔，所述装置主体右侧中间位置贯穿并设置有前端孔，所述后端孔和前端孔内壁上均固定连接有第一密封圈，所述装置主体内部设置有槽体，所述前端孔与后端孔之间贯穿并固定连接有直管本体，且直管本体两端外径分别与后端孔和前端孔内径大小相同，所述直管本体内部贯穿并设置有直管通道，所述顶盖底部固定连接有第二密封圈且第二密封圈四周外壁与装置主体顶部四周内壁互相贴合。
所述第一密封圈和第二密封圈的材质为橡胶。
所述直管本体底部两侧固定连接有支架且支架底部均在装置主体底部内壁上固定连接。
所述槽体内盛有冷却液，如水。
所述直管本体上贯穿并设置有均匀密布的开孔。
所述真空泵底部设置有抽气管且抽气管底端贯穿通孔，所述抽气管外径大小与通孔内径大小相同。
所述前端孔与后端孔大小相同且前端孔与后端孔处于同一水平面上。
本发明具备的有益效果：
（1）常规定型时，如先冷却定型再真空定型，冷却温度过低过快，气流单元尺寸趋于固化固定，真空定型不易起作用，或者需要更大的真空度才能起到相同的作用，但是大真空度，在实际操作中根本不可行；再如先真空定型再冷却定型，真空消失后尺寸易变化，导致生成的气流单元规格不统一。对比常规定型，本发明一级定型时，真空和冷却同时进行，克服了上述弊端，可以使气流单元的外径尺寸更稳定。本发明专用于一级定型区的定型装置，槽体内冷却液面上方的真空度，通过直管本体的孔作用于从管中穿过的尚未冷却硬化的连续移动的第一形态气流单元，直管本体内部孔道的空气受真空度的作用，向外膨胀，气流单元管外径尺寸受直管本体内径限定，同时经液体冷却硬化定型，使得气流单元尺寸保持稳定，该方式具有提升气流单元物理尺寸稳定性的极佳效果。
（2）一级定型时的冷却温度高于二级定型时的冷却温度，可以使一级定型时真空起主要作用，当真空定型和冷却定型同时将气流单元尺寸基本固定时，二级定型冷却时距离长，温度低，进一步稳定该尺寸。按照本发明制备气流单元，相比目标规格的气流单元，外围周长的极差缩小到0.25mm以内（±0.125mm），相比国标《GB/T 5605-2011醋酸纤维滤棒》圆周极差0.40mm的要求（允差，±0.20mm），提升37.5%。
（3）本发明还提供在气流单元经过二级定型后进行涂覆涂层，再进行切割，并统一了涂层厚度，提升工业连续性，涂层采用微观结构为层状、片状或球状的无机材料，以使气流单元具有优异的表面性能，减少气流单元彼此间因范德华力作用而引起“粘连感”，提升气流单元与其他材料组合过程中落料的顺畅性，提升加工性能，进而提高成品率。
（4）本发明所得气流单元可以单独或与其他材料或与其他功能件组合，应用于抽吸制品中，如中心或周向加热不燃烧抽吸制品。
附图说明
图1为气流单元制备方法的工艺流程示意图；
图2为一级定型采用的定型装置的立体图；
图3为一级定型采用的定型装置的的爆炸图；
图4为一级定型采用的定型装置的的正视图；
图5为直管本体的结构示意图。
其中，1、装置主体；2、顶盖；3、前端孔；4、第一密封圈；5、真空泵；6、后端孔；7、支架；8、槽体；9、直管本体；10、通孔；11、第二密封圈；12、直管通道；13、开孔；14、抽气管；15、落料斗；16、挤出螺杆；17、熔融控温区；18、挤出摸头；19、一级定型区；20、二级定型区；21、涂覆装置；22、切割装置；23、所需气流单元。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）熔融挤出：按常规将物料（低密度聚乙烯30份、聚乳酸70份）熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以20m/min的速度通过真空负压为0.1MPa、冷却温度为15℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以20m/min的速度通过冷却温度为5℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）切割：将所得第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
针对上述制备方法，本例可采用以下工艺流程完成制备过程：物料经落料斗、熔融控温区、挤出摸头、一级定型区、二级定型区、切割装置，即得到所需气流单元。
其中，一级定型区采用定型装置完成，如图2～5，该定型装置包括装置主体1，装置主体1顶部固定连接有顶盖2，顶盖2中间位置贯穿并设置有通孔10，顶盖2顶部中间位置固定连接有真空泵5且真空泵5的位置与通孔10位置相对应，真空泵5工作通过抽气管14将装置主体1内部空气抽出，使装置主体1内部处于真空状态，降温件内部孔道的空气受真空的作用，向外膨胀，降温件外径尺寸受直管本体9内径的限定，装置主体1左侧中间位置贯穿并设置有后端孔6，装置主体1右侧中间位置贯穿并设置有前端孔3，后端孔6和前端孔3内壁上均固定连接有第一密封圈4，装置主体1内部设置有槽体8，前端孔3与后端孔6之间贯穿并固定连接有直管本体9，且直管本体9两端外径分别与后端孔6和前端孔3内径大小相同，直管本体9内部贯穿并设置有直管通道12，首先降温件首先穿过前端孔3在直管本体9内的直管通道12上移动，最后由后端孔6移出，顶盖2底部固定连接有第二密封圈11且第二密封圈11四周外壁与装置主体1顶部四周内壁互相贴合。
第一密封圈4和第二密封圈11的材质为橡胶，通过第一密封圈4和第二密封圈11可防止槽体8内的冷却液露出，直管本体9底部两侧固定连接有支架7且支架7底部均在装置主体1底部内壁上固定连接，通过支架7对直管本体9进行支撑使得直管本体9处于水平状态，槽体8内盛有冷却液，直管本体9上贯穿并设置有均匀密布的开孔13，槽体8内的冷却液穿过开孔13进入直管通道12内，对尚未冷却硬化的连续移动的降温件进行冷却定型，真空泵5底部设置有抽气管14且抽气管14底端贯穿通孔10，抽气管14外径大小与通孔10内径大小相同，前端孔3与后端孔6大小相同且前端孔3与后端孔6处于同一水平面上。
工作原理：首先降温件首先穿过前端孔3在直管本体9内的直管通道12上移动，最后由后端孔6移出，槽体8内的冷却液穿过开孔13进入直管通道12内，对尚未冷却硬化的连续移动的降温件进行冷却定型，同时真空泵5工作通过抽气管14将装置主体1内部空气抽出，使装置主体1内部处于真空状态，降温件内部孔道的空气受真空的作用，向外膨胀，降温件外径尺寸受直管本体9内径的限定，通过支架7对直管本体9进行支撑使得直管本体9处于水平状态，通过第一密封圈4和第二密封圈11可防止槽体8内的冷却液露出。
实施例2
（1）熔融挤出：按常规将物料常规将物料（同实施例1）熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以20m/min的速度通过真空负压为0.1MPa、冷却温度为15℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以20m/min的速度通过冷却温度为5℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）涂覆涂层：对所得第三形态气流单元外表面进行涂覆，使外表面具有涂层，且涂层的厚度为0.005mm；
（5）切割：将涂覆涂层后的第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
针对上述制备方法，本例采用附图1的工艺流程示意图完成制备过程：物料经落料斗、熔融控温区、挤出摸头、一级定型区、二级定型区、涂覆装置、切割装置，即得到所需气流单元。
其中，一级定型区采用同实施例1的定型装置完成。
实施例3
（1）熔融挤出：按常规将物料常规将物料（同实施例1）熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以8m/min的速度通过真空负压为0.01MPa、冷却温度为20℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以8m/min的速度通过冷却温度为10℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）涂覆涂层：对所得第三形态气流单元外表面进行涂覆，使外表面具有涂层，且涂层的厚度为0.008mm；
（5）切割：将涂覆涂层后的第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
针对上述制备方法，本例采用附图1的工艺流程示意图完成制备过程：物料经落料斗、熔融控温区、挤出摸头、一级定型区、二级定型区、涂覆装置、切割装置，即得到所需气流单元。
其中，一级定型区采用同实施例1的定型装置完成。
实施例4
（1）熔融挤出：按常规将物料常规将物料（同实施例1）熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以25m/min的速度通过真空负压为0.20MPa、冷却温度为10℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以25m/min的速度通过冷却温度为1℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）涂覆涂层：对所得第三形态气流单元外表面进行涂覆，使外表面具有涂层，且涂层的厚度为0.01mm；
（5）切割：将涂覆涂层后的第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
针对上述制备方法，本例采用附图1的工艺流程示意图完成制备过程：物料经落料斗、熔融控温区、挤出摸头、一级定型区、二级定型区、涂覆装置、切割装置，即得到所需气流单元。
其中，一级定型区采用同实施例1的定型装置完成。
对比例1
专利CN110406072B《一种淀粉基多通道气流单元及其制备方法和应用》中的实施例9所得气流单元。
对比例2
将实施例1步骤（2）改为真空定型和冷却定型分开执行，具体为：先真空定型后冷却定型，即一级定型区不加入冷却液，且将温度调控至室温，其它步骤与实施例1一致。
对比例3
将实施例1步骤（2）改为真空定型和冷却定型分开执行，具体为：先冷却定型后真空定型，即一级定型区与二级定型区替换，且二级定型区不加入冷却液，并将温度调控至室温，其它步骤与实施例1一致。
对比例4
同实施例1，仅省略步骤（2）一级定型的操作。
对比例5
同实施例1，仅省略步骤（3）二级定型的操作。
对比例6
将实施例1步骤（2）中的冷却液温度调至25℃，其它步骤与实施例1一致。
对比例7
将实施例1步骤（2）中的冷却液温度调至5℃，其它步骤与实施例1一致。
对比例8
将实施例1步骤（2）中的真空负压替换为0.005MPa，其它步骤与实施例1一致。
对比例9
将实施例1步骤（2）中的真空负压替换为0.4MPa，其它步骤与实施例1一致。
对比例10
专利CN110406072B《一种淀粉基多通道气流单元及其制备方法和应用》中的实施例9所采用的熔融方法，仅将S4挤出模头以后的步骤采用实施例1中步骤（2）-（4）的操作。
按照各实施例和对比例的方法制备气流单元，制备气流单元的目标规格为（设计值）：圆周23.25mm×长度92.0mm，按《GBT 22838.3-2009 卷烟和滤棒物理性能的测定 第3部分：圆周 激光法》测定所述各方法制备的气流单元的圆周和圆度，所得平均值、最大值、最大值和标准偏差（SD），将结果记入下表：
Figure 657086DEST_PATH_IMAGE002
实施例1、2、3、4表明按本案所述工艺，气流通道单元尺寸稳定，优于国家标准要求。对比例1和对比例10相比，表明本发明的制备方法具有显著优势，提升了气流单元的尺寸稳定性。对比例2、3、4、5、6、8表明，工艺条件超出本案所涉范围，气流单元的尺寸稳定性将受到不同程度的影响，尺寸稳定性超出国家标准要求或处于下限水平。对比例7、9表明工艺条件比本发明要求更严苛时，尺寸稳定性优，但与对应实施例相比，无明显改进，但这会增加工艺成本（比如更低的水温、更高的真空度）。
将各实施例和对比例制备的气流单元与醋纤组合，获得复合滤棒单元。组合结构长度为23mm气流单元+7mm醋纤。复合设备速率60m/min、成型纸40g/m2，其他各项参数一致。以5万支多通道气流单元（醋纤滤棒足量），考察上机适应性，将结果记入下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
成品率计算=实际复合滤棒数量/理论复合滤棒数量×100%。
通过上机适应性评价，实施例1获得的气流单元，能满足一般生产要求，达到工业可接受水平，轮毂内落料不畅造成5次卡棒，虽然成品率到90%以上水平，但生产原料浪费仍然较大，停机浪费了较多时间。实施例2、3、4获得的气流单元，落料顺畅，未造成停机，生产过程顺畅，成品率在97%左右，满足正常生产要求。表明第一涂层的作用是明显的。
通过对比例1和对比例10可看出，替换本发明的操作，能显著提升气流单元的尺寸稳定性，上机适应性获得大幅提升，成品率从对比例1的70.3%提升至90.8%。
通过对比例7和对比例9可看出，工艺条件较为苛刻，气流单元的尺寸稳定性水平和上机适应性试验下的成品率水平，无明显提升。该条件会增加工业成本，本案不认为这是可取的工艺条件范围。
其他对比例的工艺条件下，尺寸稳定性和成品率都无法获得基本保障。

Claims (10)

1.一种气流单元的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）熔融挤出：按常规将物料熔融、挤出，得到第一形态气流单元；
（2）一级定型：将第一形态气流单元以8～25m/min的速度通过真空负压为0.01～0.20MPa、冷却温度为10～20℃的定型区，得到第二形态气流单元；
（3）二级定型：将第二形态气流单元以8～25m/min的速度通过冷却温度为1～10℃的定型区，得到第三形态气流单元；
（4）切割：将所得第三形态气流单元切割成所需长度的气流单元。
2.根据权利要求1所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述第三形态气流单元在切割前对外表面进行涂覆，使外表面具有涂层。
3.根据权利要求2所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述涂层的厚度为0.005～0.01mm。
4.根据权利要求1至3任一所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）的一级定型采用定型装置完成，该定型装置包括装置主体，所述装置主体顶部固定连接有顶盖，所述顶盖中间位置贯穿并设置有通孔，所述顶盖顶部中间位置固定连接有真空泵且真空泵的位置与通孔位置相对应，所述装置主体左侧中间位置贯穿并设置有后端孔，所述装置主体右侧中间位置贯穿并设置有前端孔，所述后端孔和前端孔内壁上均固定连接有第一密封圈，所述装置主体内部设置有槽体，所述前端孔与后端孔之间贯穿并固定连接有直管本体，且直管本体两端外径分别与后端孔和前端孔内径大小相同，所述直管本体内部贯穿并设置有直管通道，所述顶盖底部固定连接有第二密封圈且第二密封圈四周外壁与装置主体顶部四周内壁互相贴合。
5.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述第一密封圈和第二密封圈的材质为橡胶。
6.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述直管本体底部两侧固定连接有支架且支架底部均在装置主体底部内壁上固定连接。
7.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述槽体内盛有冷却液。
8.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述直管本体上贯穿并设置有均匀密布的开孔。
9.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述真空泵底部设置有抽气管且抽气管底端贯穿通孔，所述抽气管外径大小与通孔内径大小相同。
10.根据权利要求4所述的气流单元的制备方法，其特征在于：所述前端孔与后端孔大小相同且前端孔与后端孔处于同一水平面上。
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