CN116172244A - 一种复合式中空滤棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合式中空滤棒及其制备方法，涉及中空滤棒技术领域，包括醋纤部和设置于醋纤部内侧的聚纤部；醋纤部为环形结构，聚纤部的外径等于醋纤部的内径，聚纤部设置有中空孔；醋纤部为醋纤丝束在高温蒸汽加热下固化成型；聚纤部为聚乳酸纤维丝束在加热空气的加热下固化成型。本发明结构简单，采用外侧的醋纤部和内侧的聚纤部，复合形成中空滤棒，不仅有效采用了加热空气使得聚纤部有效成型，还增加了聚纤部的聚乳酸易分解的特性，污染量降低，且原料成本低，利用聚乳酸易加工的特性，使得中空滤棒更美观实用。

Description

一种复合式中空滤棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及中空滤棒技术领域，尤其是，本发明涉及一种复合式中空滤棒及其制备方法。

背景技术

随着香烟生产技术的日益发展，香烟种类和外观也更加多元化，有着独特外形的香烟更易受到人们的喜爱，从而诞生出中空滤棒这种新型滤棒。

用醋纤丝束生产空管(中空)滤棒，已是基本成熟的工艺技术。例如中国专利发明专利CN111436650A公开了一种中空降温滤棒的制备方法，由丝束、降温材料和固化剂组成，在拉丝中空滤棒成型机上，采用相应模具，利用高温蒸汽加速固化的生产工艺制备而成。该滤棒外部实体部分为平滑的圆柱形结构，具有一定的弹性和硬度，适合卷烟接装；内部中空部分为具有类似波纹管形状的直通空腔结构，烟气从中通过时具有较好的传热降温效果；由于该滤棒中间是直通结构，也带来了很低的吸阻，用于新型烟草时，在降温的同时，烟支的雾化量增加一倍以上，满足了抽吸者的体验感，为提升卷烟品质、开发新型烟草产品提供了一种新的解决方案。

聚乳酸(poly lactic acid，PLA)是由可再生植物资源中的淀粉发酵制取乳酸，而后经化学合成制备成高分子材料，具有良好的循环再生性和生物降解性，具有以下特点：1、以可再生的植物资源(玉米、小麦、甜菜、大米、土豆、山芋等)以及有机废弃物(玉米芯或其它农作物的根、茎、叶、皮等)为原料，摆脱了对木材和石油资源的依赖，符合可持续发展的要求；2、能够完全生物降解，在自然环境中经过一定时间会自然分解为水和二氧化碳，不造成环境污染，产生的二氧化碳通过植物光合作用得到重新利用，成为一个永恒的、封闭的碳循环系统，是名副其实的“绿色材料”；3、与涤纶、锦纶、腈纶三大合成纤维相比，生产聚乳酸纤维的能源消耗较低，是一种相对低资源环境负荷的高分子材料；4、具有良好的加工性能，可采用一般热塑性树脂的熔融纺丝方法生产丝束。

由于聚乳酸相较于醋纤，具备有价格低廉易降解无污染的优点，所以现在对于聚乳酸滤棒的制备研究十分重要；但采用聚乳酸丝束生产空管(中空)滤棒，现在的工艺技术确实十分空缺的。

醋纤丝束生产空管(中空)滤棒，都是采用蒸汽加热快速固化制成滤棒，但是空管(中空)滤棒通常是圆孔的，不过，在成型过程中，通过选用不同形状的芯棒，可制成各种特殊形状的空管(中空)滤棒，若是蒸汽加热成型时，特殊形状的弯折处容易产生蒸汽凝结，造成成型的中空孔壁产生不平整现象，滤棒形状更不规整。

而且聚乳酸PLA是一种热塑性脂肪族聚酯，玻璃化转变温度较低，在高温条件下会出现僵化和热塌陷的状况，用聚乳酸丝束生产空管(中空)滤棒的初期，也采用蒸汽加热的方法来试制滤棒，但蒸汽温度过高，效果不佳，滤棒形状不规整，无法正常生产。

因此为了解决上述问题，设计一种合理高效的复合式中空滤棒对我们来说是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合式中空滤棒，其结构简单，采用外侧的醋纤部和内侧的聚纤部，复合形成中空滤棒，不仅有效采用了加热空气使得聚纤部有效成型，还增加了聚纤部的聚乳酸易分解的特性，污染量降低，且原料成本低，利用聚乳酸易加工的特性，使得中空滤棒更美观实用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种复合式中空滤棒，包括醋纤部和设置于所述醋纤部内侧的聚纤部；

所述醋纤部为环形结构，所述聚纤部的外径等于所述醋纤部的内径，所述聚纤部设置有中空孔；

所述醋纤部为醋纤丝束在高温蒸汽加热下固化成型；

所述聚纤部为聚乳酸纤维丝束在加热空气的加热下固化成型。

作为本发明的优选，所述醋纤部外侧设置有成型纸。

作为本发明的优选，所述成型纸内侧壁涂覆设置有活性炭层。

作为本发明的优选，所述中空孔形状包括桃心形、方型、圆形以及梅花形。

作为本发明的优选，所述中空孔的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述聚乳酸纤维丝束为皮芯型丝束结构。

作为本发明的优选，所述聚乳酸纤维丝束制备原料中的左旋乳酸单体含量不低于90％。

本发明还提供一种复合式中空滤棒的制备方法，包括以下步骤：

S1：在成型腔内插入第一内芯；

S2：将醋纤丝束送入成型腔内，向成型腔内充入蒸汽，对醋纤丝束进行加热固化，得到醋纤部；

S3：醋纤部冷却之后，抽出第一内芯，在成型腔内插入第二内芯；

S4：将聚乳酸纤维丝束送入成型腔内的醋纤部内侧，向成型腔内充入加热后的空气，对聚乳酸纤维丝束进行加热固化，得到聚纤部。

作为本发明的优选，在执行步骤S2时，充入蒸汽的温度的范围为140℃至170℃；

在执行步骤S4时，充入加热后的空气的温度的范围为65℃至85℃。

作为本发明的优选，在执行步骤S3时，第二内芯的外径小于第一内芯的外径。

本发明一种复合式中空滤棒及其制备方法的有益效果在于：结构简单，采用外侧的醋纤部和内侧的聚纤部，复合形成中空滤棒，不仅有效采用了加热空气使得聚纤部有效成型，还增加了聚纤部的聚乳酸易分解的特性，污染量降低，且原料成本低，利用聚乳酸易加工的特性，使得中空滤棒更美观实用。

附图说明

图1为本发明一种复合式中空滤棒的一个实施例的截面示意图；

图2为本发明一种复合式中空滤棒的另一个实施例的截面示意图；

图3为本发明一种复合式中空滤棒的制备方法的流程示意图；

图中：1、醋纤部，11、成型纸，12、活性炭层，2、聚纤部，21、中空孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和步骤的相对布置和步骤不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中的流程并不仅仅是单独进行，而是多个步骤相互交叉进行。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为本说明书的一部分。

实施例一：如图1所示，一种复合式中空滤棒，包括醋纤部1和设置于所述醋纤部1内侧的聚纤部2；

所述醋纤部1为环形结构，所述聚纤部2的外径等于所述醋纤部1的内径，所述聚纤部2设置有中空孔21；

所述醋纤部1为醋纤丝束在高温蒸汽加热下固化成型；

所述聚纤部2为聚乳酸纤维丝束在加热空气的加热下固化成型。

在本发明中，可以采用外侧为醋纤部1内侧为聚纤部2的结构，制备中空滤棒，这样外侧的醋纤部1工艺成熟，内侧的聚纤部2可以有效降低污染，原料低廉以及提升抽吸口感。

其中醋纤部1的加热成型工艺已经较为完善，为醋纤丝束在高温蒸汽加热下固化成型；但是聚乳酸质的加热成型工艺十分缺乏，由于醋纤中空滤棒大多采用蒸汽加热的方式，蒸汽温度可达170℃以上，由于聚乳酸是一种热塑性脂肪族聚酯，玻璃化转变温度较低，在高温条件下会出现僵化和热塌陷的状况，所以使用高温蒸汽加热的方式进行聚乳酸中空滤棒制备成型效果极差。

经过多次实验和总结，发现聚乳酸中空滤棒的加热制备所需温度小于100℃，蒸汽会凝结成水，无法使用蒸汽加热方式，那么就采用加热空气的方式对聚乳酸纤维丝束进行加热，最后固化成型。

通过对纯净空气进行加热至预定温度，然后与开松完成送入成型机组的的聚乳酸纤维丝束进行接触，对聚乳酸纤维丝束进行加热固化制成聚乳酸滤棒。

这样，在外侧的醋纤部1采用高温蒸汽加热成型，内侧的聚纤部2采用热空气加热成型，得到复合中空滤棒。

最好是采用成型制备装置对上述复合中空滤棒进行成型制备，成型制备装置主要包括成型腔，并且成型腔内设置有内芯，第一内芯插入至成型腔内时，将开松完成的醋纤丝束输入至成型腔内，向成型腔内充入蒸汽，对醋纤丝束进行加热固化，得到醋纤部；然后抽出第一内芯，插入更细的第二内芯，将开松完成的聚乳酸纤维丝束送入成型腔内的醋纤部内侧，向成型腔内充入加热后的空气，对聚乳酸纤维丝束进行加热固化，得到聚纤部；

整个聚纤部也冷却之后，抽出第二内芯，取出复合的中空滤棒。

其中，制备醋纤部1时，开松和成型的参数如下：

表1.1醋纤滤棒生产主要工艺参数

以上醋纤滤棒的制备工艺已经很成熟了。

以及，制备聚纤部2时，到达至成型腔的空气需要纯净且温度达到预定温度，那么便先需要使用过滤装置对空气进行过滤，确保达到纯净空气标准；然后纯净空气进行加热输入至成型腔内。

上述的预定温度，即对聚乳酸的加热温度，也就是加热后到达成型腔的空气的温度范围，为65℃至85℃。

实验考察了不同热空气温度对滤棒成型生产以及滤棒物理指标和外观的影响，结果如下：

表2.1不同热空气温度对聚乳酸成型的影响(24.0mm×120mm)

也就是，采用聚乳酸丝束生产空管(中空)滤棒，当热空气温度在60℃以下时，由于滤棒在成型过程中无法快速固化，生产情况不佳，滤棒变形，圆度差，硬度低；热空气温度在65～85℃时，生产情况正常，滤棒指标及外观均符合要求；当热空气温度超过90℃时，生产情况变差，滤棒圆度、同心度变差。因此，生产空管(中空)滤棒，热空气温度在65～85℃是适宜的，该温度远低于制备醋纤滤棒时所用的高温蒸汽温度。

需要注意的是，成型腔处的聚乳酸纤维丝束供料规格最好为30000d×2～33000d×2(相当于60000～66000d)。

实验考察了不同热空气温度对滤棒成型生产以及滤棒物理指标和外观的影响，结果如下：

表1.2不同总旦聚乳酸丝束成型情况(24.0mm×120mm)

也就是，采用聚乳酸丝束生产常规空管(中空)滤棒，当丝束总旦在26000d×2(即5.2万旦)以下时，生产情况不佳，滤棒圆度差，硬度低；丝束总旦在30000d×2～33000d×2(相当于60000～66000d)时，生产情况正常，滤棒指标及外观均符合要求；当丝束总旦超过35000d×2(即7万旦)时，生产情况变差，滤棒指标波动变大。因此，生产常规空管(中空)滤棒，聚乳酸丝束规格在30000d×2～33000d×2(相当于60000～66000d)是适宜的。

还有，在制备聚乳酸中空滤棒过程中，成型腔处设置用于施加三乙酸甘油酯的施加口，需要对聚乳酸纤维丝束处施加三乙酸甘油酯提高成型效果。

实验考察了不同三乙酸甘油酯施加量对滤棒成型生产以及滤棒物理指标和外观的影响，结果如下：

表1.3不同三乙酸甘油酯施加量对成型的影响(24.0mm×120mm)

也就是，采用聚乳酸丝束生产空管(中空)滤棒，当三乙酸甘油酯施加量在10％以下时，生产情况尚可，但成型后滤棒不成型，硬度低；三乙酸甘油酯施加量在12％～16％时，生产情况正常，滤棒指标及外观均符合要求；当三乙酸甘油酯施加量超过18％时，生产情况变差，滤棒指标波动变大。因此，生产聚乳酸空管(中空)滤棒，三乙酸甘油酯施加量在12％～16％是适宜的。

本发明一种复合式中空滤棒及其制备方法结构简单，采用外侧的醋纤部和内侧的聚纤部，复合形成中空滤棒，不仅有效采用了加热空气使得聚纤部有效成型，还增加了聚纤部的聚乳酸易分解的特性，污染量降低，且原料成本低，利用聚乳酸易加工的特性，使得中空滤棒更美观实用。

实施例二，如图1、2所示，仅为本发明的其中一个实施例，在实施例一的基础上，本发明一种复合式中空滤棒中，所述醋纤部1外侧设置有成型纸11，用于在醋纤部1成型之后进行进一步的包覆和遮挡。

以及，所述成型纸11内侧壁涂覆设置有活性炭层12，即可以有效对发烟段中的烟气进行一定量的过滤，又可以防止滤棒外侧空气中的杂质进入滤棒中。

还有，所述中空孔21形状包括桃心形、方型、圆形以及梅花形；准确的说，所述应该是第二内芯的横截面形状包括，桃心、五角星、圆形以及梅花，甚至是其他异型结构，使得成型得到的聚乳酸纤维滤棒具有相应形状的中空孔21。

显而易见的，所述中空孔21的数量至少为一个，也就是聚纤部2中的中空孔可以设置有多个。

最后，所述聚乳酸纤维丝束为皮芯型丝束结构，所述聚乳酸纤维丝束制备原料中的左旋乳酸单体含量不低于90％，确保聚乳酸纤维的结晶度，丝束尺寸热稳定性高；还可以在聚乳酸原料中添加三乙酸甘油酯，在三乙酸甘油酯的作用下，丝束溶胀且粘结，得到粘结良好的皮芯型结构聚乳酸丝束。

需要注意的是，先将第一内芯伸入至所述成型腔内，进行醋纤部的加热成型，待温度下降，再将第二内芯伸入至所述成型腔内，进行聚乳酸纤维部分的加热成型。

在这里，所述第二内芯为空心腔，所述第二内芯外侧壁上设置有第一通孔，所述第二内芯为加热空气进入通道，然后穿过第一通孔到达成型腔内，对聚纤部2进行加热；

当然，所述第一内芯为密实结构的圆柱型件。

这样，可以使得，在第一内芯伸入至所述成型腔内进行醋纤部分的加热成型时，醋纤部分可以理解为同心环形的结构，蒸汽不会存在弯折处淤积水珠影响成型效果；反之在第二内芯伸入至所述成型内进行聚乳酸纤维部分的加热成型时，由于进入的是纯净空气，那么异形的第二内芯处不担心有任何空气堆积，依然可以保证成型效果好。

实施例三，如图3所示，本发明还提供上述所有实施例中的一种复合式中空滤棒的制备方法，包括以下步骤：

S1：在成型腔内插入第一内芯；

S2：将开松完成的醋纤丝束送入成型腔内，向成型腔内充入蒸汽，对醋纤丝束进行加热固化，得到醋纤部；

S3：醋纤部冷却之后，抽出第一内芯，在成型腔内插入第二内芯；

S4：将开松完成的聚乳酸纤维丝束送入成型腔内的醋纤部内侧，向成型腔内充入加热后的空气，对聚乳酸纤维丝束进行加热固化，得到聚纤部；

S5：聚纤部冷却之后，抽出第二内芯，取出复合中空滤棒。

在这里，在执行步骤S2时，充入蒸汽的温度的范围为140℃至170℃；

相应的，充入加热后的空气的温度的范围为65℃至85℃。

还有，在执行步骤S3时，第二内芯的外径小于第一内芯的外径。

本发明一种复合式中空滤棒及其制备方法中，结构简单，采用外侧的醋纤部和内侧的聚纤部，复合形成中空滤棒，不仅有效采用了加热空气使得聚纤部有效成型，还增加了聚纤部的聚乳酸易分解的特性，污染量降低，且原料成本低，利用聚乳酸易加工的特性，使得中空滤棒更美观实用。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合式中空滤棒，其特征在于：包括醋纤部（1）和设置于所述醋纤部（1）内侧的聚纤部（2）；

所述醋纤部（1）为环形结构，所述聚纤部（2）的外径等于所述醋纤部（1）的内径，所述聚纤部（2）设置有中空孔（21）；

所述醋纤部（1）为醋纤丝束在高温蒸汽加热下固化成型；

所述聚纤部（2）为聚乳酸纤维丝束在加热空气的加热下固化成型。

2.根据权利要求1所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述醋纤部（1）外侧设置有成型纸（11）。

3.根据权利要求2所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述成型纸（11）内侧壁涂覆设置有活性炭层（12）。

4.根据权利要求1所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述中空孔（21）形状包括桃心形、方型、圆形以及梅花形。

5.根据权利要求1所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述中空孔（21）的数量至少为一个。

6.根据权利要求1所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述聚乳酸纤维丝束为皮芯型丝束结构。

7.根据权利要求1所述的一种复合式中空滤棒，其特征在于：所述聚乳酸纤维丝束制备原料中的左旋乳酸单体含量不低于90%。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种复合式中空滤棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在成型腔内插入第一内芯；

S2：将醋纤丝束送入成型腔内，向成型腔内充入蒸汽，对醋纤丝束进行加热固化，得到醋纤部；

S3：醋纤部冷却之后，抽出第一内芯，在成型腔内插入第二内芯；

S4：将聚乳酸纤维丝束送入成型腔内的醋纤部内侧，向成型腔内充入加热后的空气，对聚乳酸纤维丝束进行加热固化，得到聚纤部。

9.根据权利要求8所述的一种复合式中空滤棒的制备方法，其特征在于：

在执行步骤S2时，充入蒸汽的温度的范围为140℃至170℃；

在执行步骤S4时，充入加热后的空气的温度的范围为65℃至85℃。

10.根据权利要求8所述的一种复合式中空滤棒的制备方法，其特征在于：

在执行步骤S3时，第二内芯的外径小于第一内芯的外径。

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