CN113142669A - 低温烟烟具隔热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温烟烟具隔热管。隔热管呈中空管状形态，所述的隔热管主要由圆柱管构成，圆柱管的两端均开口，其中一端设置有U形的内凸缘，内凸缘先轴向向外延伸后再反向弯折轴向向内延伸形成U形，圆柱管的管壁内含有并列排列的环形微通道以及在环形微通道之间的无序离散分布的球形微孔，通过三维打印后制作而成，隔热管的内、外壁表面还可设有玻璃涂层。本发明的隔热管可实现低热传导、低热对流的最佳协同功效，用作低温烟的加热不燃烧烟具内隔热构件的应用。
Description
技术领域
本发明涉及隔热材料领域的一种低温烟烟具隔热管，具体涉及一种高效持久防止热流失或热不适的中空型低温烟烟具隔热管。
背景技术
在低温烟加热不燃烧烟具行业，需要对内部温度200～350℃的热量进行阻隔，避免烟具的外壳温度太高引起烫伤或不适。近年来，随着电子雾化技术及电子烟产品诞生，已在全球形成了包括电子烟、加热不燃烧烟草的消费热潮。低温烟属于非燃烧、低危害性的卷烟替代品，促使传统卷烟行业积极开发低温烟产品技术。
加热不燃烧烟具的加热温度为200～350℃，半封闭性热量不能被烟气带走，必须加以阻隔，否则会引起烟具表面温度过高，甚至带来烫伤风险。因此，加热不燃烧烟具的隔热管设计是极为重要的部件。通常，该类产品的隔热构件及材料往往用金属真空管、陶瓷纤维毡或者PEEK等材料加工而成。不过，金属真空管采用的常规加工技术使得金属管内真空度无法有效测试，隔热效果不稳定，一旦真空管漏气则会丧失隔热效果，且成本较高；陶瓷纤维毡、隔热棉类隔热材料成本低廉，纤维内含有大量空隙，但是结构成型后的稳定性较差，二次装拆困难；PEEK材料在低温烟吸嘴、顶盖、烟具外壳、加热片底座、雾化仓等起隔热作用，但PEEK等有机材料成本较高，且其使用温度区间有热分解和易老化等隐患。
在小型化隔热管设计方面，必须把降低热传导、严防热对流等作为重要问题加以解决。降低热传导就是需要破坏连续固体或液体介质，极大地延长热量传导路径，严防热对流则需要建立尽量多的固-气界面，改变热量的流向，从而约束热量并隔热。因此，尽管围绕孔隙率高达95％以上的气孔胶已经引起隔热保温领域的重视，但是这些纳米级超细颗粒堆砌体难以形成结构稳定的管状物，无法用气溶胶制造为力学性能稳定的高效隔热管状物，并且气凝胶的制备、干燥、成型等工艺过于复杂，成本高，一旦孔道网络内发生吸潮，就会显著降低其隔热性能。因此，上述各种材料及其设计方案在加热不燃烧烟具隔热管应用上的局限性十分突出，需要高可靠性长寿命的新型低温烟烟具隔热管才能满足现实需求。
综上所述，有效实现低导热、低对流协同增效的高效并持久隔热，就需要从原材料选择、构件的微观到宏观形态设计，以及加工制造工艺等，均需要达到实用性要求。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，在保证高效并持久隔热和加热不燃烧烟具长期循环使用可靠的情况下，本发明的目的在于提供一种低温烟烟具隔热管，解决高稳定性并长寿命隔热并且高效制造的低温烟烟具隔热管等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的隔热管呈中空管状形态，所述的隔热管主要由圆柱管构成，圆柱管的两端均开口，其中一端设置有U形的内凸缘，内凸缘先轴向向外延伸后再反向弯折轴向向内延伸形成U形，且反向弯折后的轴向向内延伸是延伸到圆柱管端口内，圆柱管的管壁内含有并列排列的环形微通道以及在环形微通道之间的无序离散分布的球形或椭球形微孔。具有完全贯通孔结构。
本发明的隔热管的内、外壁表面还可以介孔玻璃涂层，隔热管是通过三维打印后处理而成。
如图1-图3所示，所述的圆柱管的管壁内含有至少两道同心内外布置的环形微通道，每道环形微通道主要开设在圆柱管内、沿圆柱管轴向间隔均布的多个圆环形腔体组成，同一环形微通道中的圆环形腔体直径相同，相邻圆环形腔体之间不连通，相邻圆环形腔体之间的圆柱管的管壁内设置球形或椭球形微孔；球形微孔设置多个，随机非均匀非规律排布，球形微孔的数量和排列方式没有严格限制。圆环形腔体之间不通过球形微孔连通，球形微孔不布置到圆柱管外周面和内周面。
每个环形微通道为和圆柱管同心的环形，绕行整个管壁，环形微通道和球形微孔内均真空。
所述的隔热管的外径均为12-16mm，圆柱管的内径为8-10mm，凸缘的内径为4-7mm，隔热管的长度为30-45mm。
所述的环形微通道的横断面为长方形、正方形或圆形，横断面每一边的边长或者直径为50-400μm，球形或椭球形微孔的孔径为1-15μm。
所述的隔热管的外壁表面设有介孔玻璃涂层，介孔玻璃涂层的厚度为0.02-0.10mm。所述的介孔玻璃涂层采用介孔玻璃水溶胶涂覆。
7、根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
将烧结后的所述隔热管浸没于介孔玻璃水溶胶中过夜，然后90℃干燥和620-650℃二次煅烧，然后自然冷却后获得。
所述的隔热管的材料采用低导热性的钙、镁、锌、铝的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐陶瓷，或者是玻璃-陶瓷。
所述的隔热管是通过三维建模、三维打印、干燥、烧结等步骤后制成。
所述的隔热管再通过介孔玻璃前驱体水溶胶修饰、陈化、干燥和煅烧处理，从而在隔热管的内周面和外周面附上形成介孔玻璃涂层，通过介孔玻璃涂层增强隔热性能。所述的陈化是指液体变半固体转换的过程为陈化过程。
所述的隔热管用作加热不燃烧烟具的隔热部件，用于发热体的隔热保护性外壳，防止热流失或热不适。
所述的低温烟是指摄氏温度低于350℃的烟。
本发明具有的有益效果是：
1)本发明可通过基于数字建模及光固化三维打印的方式制作，内部环形微孔断面的形态、尺度和环形微孔分布可剪裁或调节，通过结构设计和打印制作能实现隔热效能高，寿命长的优势；具有设计合理、微结构精细和隔热性能持久等特点。
2)本发明的隔热管可实现低热传导、低热对流的最佳协同功效，用作低温烟的加热不燃烧烟具内隔热构件的应用。
3)烟具隔热管内、外壁表面可以通过简单的化学工艺进行低热传导涂层进行修饰改性，可以长期抗热疲劳功效。
附图说明
图1是本发明的隔热管整体结构示意图。(a)表示隔热管的剖视图，(b)表示隔热管的外观图，(a)是(b)的剖视。
图2是本发明的隔热管俯视结构示意图。(a)表示隔热管的外径示意，(b)表示隔热管的内径和凸缘内径示意。
图3是本发明的隔热管立体结构示意图。(a)表示隔热管的立体图之一，(b)表示隔热管的立体图之二。
图4是本发明的低温烟烟具隔热管的三维形态及内部断面结构图，其中，图A代表隔热管纵向断面管壁内部圆环孔结构，图B和C分别代表图C中在i和ii部位的横向断面结构图，图D代表图A中按iii的选区纵向断面环状微孔和球形和椭球形微孔的微结构图。
图5是本发明的低温烟烟具隔热管的三维形态及内部断面结构图，其中，图A代表隔热管纵向断面管壁内部圆环孔结构，图B和C分别代表图C中在i和ii部位的横向断面结构图，图D代表图A中按iii的选区纵向断面环状微孔、球形和椭球形微孔的微结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
运用建模软件建立低温烟烟具隔热管模型，三维模型如附图1所示的形态、环形孔结构和各部位的尺寸，利用硼酸盐陶瓷材料进行三维打印，打印时加入颗粒度为1-15μm的有机微球造孔剂复合物使得构造球形或椭球形微孔，打印前将模型等比例提高1.25倍，在模型打印获得的管状素坯进行干燥和真空烧结后，再浸没于介孔玻璃水溶胶中过夜，然后90℃干燥和650℃二次煅烧，然后自然冷却，得到的低温烟烟具隔热管，管壁涂层为0.08mm。
本实施例的隔热管形态和结构如附图4所示，管壁内包含有序分布的环状微孔和无序分布的球形微孔。将本实施例的低温烟烟具隔热管与目前加热不燃烧烟具隔热用不锈钢真空管、不锈钢真空管加陶瓷纤维毡外套进行上机隔热性能测试，结果显示，本实施例的隔热管外壁温度均在41℃，但是不锈钢真空管、不锈钢真空管加陶瓷纤维毡外套的外壁温度为59℃和50℃，表明本发明的三维打印多孔性低温烟烟具隔热管的隔热性能优异。
实施例2
运用建模软件建立低温烟烟具隔热管模型，模型如附图1-图3所示的形态、环形孔结构和各部位的尺寸，利用玻璃-陶瓷材料进行三维打印，打印时加入颗粒度为1-15μm的有机微球造孔剂复合物使得构造球形微孔，打印前将模型等比例提高1.22倍，在模型打印获得的管状素坯进行干燥和真空烧结后，再浸没于介孔玻璃水溶胶中过夜，然后90℃干燥和620℃二次煅烧，然后自然冷却涂覆上形成介孔玻璃涂层，得到的低温烟烟具隔热管，管壁涂层为0.04mm。
本实施例的隔热管形态和结构如附图5所示，管壁内包含有序排列的环状微孔和无序排列的球形与椭球形微孔。
将本实施例的低温烟烟具隔热管与目前加热不燃烧烟具隔热用不锈钢真空管、不锈钢真空管加陶瓷纤维毡外套进行上机隔热性能测试，结果显示，本实施例的隔热管外壁温度均在43℃，但是不锈钢真空管、不锈钢真空管加陶瓷纤维毡外套的外壁温度为59℃和52℃，表明本发明的三维打印多孔性低温烟烟具隔热管的隔热性能优异。
Claims (8)
1.一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：所述的隔热管主要由圆柱管构成，圆柱管的两端均开口，其中一端设置有U形的内凸缘，内凸缘先轴向向外延伸后再反向弯折轴向向内延伸形成U形，圆柱管的管壁内含有并列排列的环形微通道以及在环形微通道之间的无序离散分布的球形或椭球形微孔。
2.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
所述的圆柱管的管壁内含有至少两道同心内外布置的环形微通道，每道环形微通道主要开设在圆柱管内、沿圆柱管轴向间隔均布的多个圆环形腔体组成，相邻圆环形腔体之间不连通，相邻圆环形腔体之间的圆柱管的管壁内设置球形或椭球形微孔。
3.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
每个环形微通道为和圆柱管同心的环形，环形微通道和球形微孔内均真空。
4.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
所述的隔热管的外径均为12-16mm，圆柱管的内径为8-10mm，凸缘的内径为4-7mm，隔热管的长度为30-45mm。
5.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
所述的环形微通道的横断面为长方形、正方形或圆形，横断面每一边的边长或者直径为50-400μm，球形或椭球形微孔的孔径为1-15μm。
6.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
所述的隔热管的外壁表面设有介孔玻璃涂层，介孔玻璃涂层的厚度为0.02-0.10mm。
7.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
将烧结后的所述隔热管浸没于介孔玻璃水溶胶中过夜，然后90℃干燥和620-650℃二次煅烧，然后自然冷却后获得。
8.根据权利要求1所述的一种低温烟烟具隔热管，其特征在于：
所述的隔热管的材料采用低导热性的钙、镁、锌、铝的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐陶瓷，或者是玻璃-陶瓷。
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