一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒
阅读说明：本技术 一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒 (Multi-element hollow composite fiber tow cigarette filter rod capable of reducing smoke temperature ) 是由 李明 袁俊武 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒及其制备方法,旨在提供具有降温效果的卷烟滤棒；当无中段时,滤棒为二元复合滤棒,当中段为颗粒、爆珠或凝胶的醋纤滤棒的一种时,滤棒为三元复合滤棒；当中段为颗粒、爆珠或凝胶组成的的二元复合醋纤滤棒时,滤棒为四元复合滤棒；卷烟滤棒下端为分布均匀的圆柱形聚乳酸滤棒；滤棒中段为分布均匀的添加颗粒、爆珠或凝胶的醋纤滤棒,滤棒上端为中空的纸质滤棒、竹子纤维滤棒、棉质纤维滤棒、醋纤滤棒。本发明可以利用尺寸的缩小产生文丘里效应,起到降低烟气温度的作用,提升烟支抽吸时的舒适性与轻松感。(The invention discloses a multi-element hollow composite fiber tow cigarette filter stick capable of reducing smoke temperature and a preparation method thereof, aiming at providing a cigarette filter stick with a cooling effect; when the middle section is not provided, the filter stick is a binary composite filter stick, and when the middle section is one of granular, bead-blasting or gel acetate fiber filter sticks, the filter stick is a ternary composite filter stick; when the middle section is a binary composite acetate fiber filter stick consisting of particles, exploded beads or gel, the filter stick is a quaternary composite filter stick; the lower end of the cigarette filter stick is provided with a cylindrical polylactic acid filter stick which is uniformly distributed; the middle section of the filter stick is an acetate fiber filter stick which is evenly distributed and is added with particles, exploded beads or gel, and the upper end of the filter stick is a hollow paper filter stick, a bamboo fiber filter stick, a cotton fiber filter stick and an acetate fiber filter stick. The invention can generate the Venturi effect by utilizing the reduction of the size, plays a role in reducing the temperature of the smoke and improves the comfort and the ease feeling of smoking cigarettes.)
技术领域
本发明涉及卷烟技术领域，尤其是涉及一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒。
背景技术
在卷烟抽吸后段随着燃烧锥逐渐靠近滤棒端，常常会出现烟气温度升高的现象，影响了消费体验，部分卷烟消费者会感觉唇端发烫、口腔内烟气温度高，烟气在流经喉部、鼻腔时刺激性较大。为解决卷烟抽吸过程中烟气温度过高的问题，部分卷烟产品设计中采用了改变烟支规格，由于滤棒尺寸减小会实现有限的降温效果，但卷烟的吸阻增加，影响消费者在抽吸过程中的轻松抽吸体验。
另一方面，目前的滤棒不耐高温，在高温条件下经常出现滤棒端部软掉发生形变、降低气流流速、发生弯折的影响消费者体验的问题。
因此，如何充分利用材料与结构的设计开发出一种具有降低烟气温度效果的卷烟滤棒并应用于卷烟之中是卷烟创新发展的迫切需要及趋势。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，包括：至少一段靠近烟支端的上端滤段、和一段靠近吸食端的下端滤段，二者构成二元复合滤棒；或在所述上端滤段和下端滤段之间还设有中段滤段，所述中段滤段为颗粒、爆珠或凝胶中的一种构成三元复合滤棒；或在所述上端滤段和下端滤段之间还设有为颗粒或爆珠与凝胶构成的复合中段，构成的四元复合滤棒；其中：上端滤段和下端滤段均为中空段，且上端滤段为纸质纤维滤棒、竹子纤维滤棒或棉质纤维滤棒中的一种构成。
进一步的，所述下端滤段的滤材为聚乳酸或醋酸纤维丝束构成，所述中段滤段的滤材为醋纤滤棒或聚乳酸纤维构成，下端滤段的中空截面面积小于上端滤段的中空截面面积。
进一步的，所述上端滤段的纸质滤棒、竹子纤维滤棒或棉质纤维滤棒通过以下工艺条件制备而成：干燥温度60-80℃，熔融纺丝温度 200-220℃，卷绕速度为600-800m/min，牵伸温度50-70℃，牵伸倍率为2.0-2.5，卷曲温度为85-95℃，烘干温度在60-80℃；且上端滤段的段壁厚度不低于1mm。
进一步的，所述上端滤段的中空部分的竖截面为上宽下窄的锥形结构，最窄的端面不小于下端滤段的中空截面面积。
进一步的，所述上端滤段的中空部分的横截面为三角形。
进一步的，所述上端滤段和下端滤段的中空部分的截面形状各自分别为圆形、矩形、正方形、梯形、五角星、等角三角形、等角六边形、菱形、心形、多边形、阿拉伯数字或英文字母中的一种。
本发明的工作原理和优点介绍：本发明公开了一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒及其制备方法，旨在提供具有降温效果的卷烟滤棒。其中该滤棒朝向烟支的一端称为上端，靠近吸食端的一端为下端，上端下端中间的部分滤棒为中段；当无中段时，发明的滤棒为二元复合滤棒，当中段为颗粒、爆珠或凝胶的醋纤滤棒的一种时，发明的滤棒为三元复合滤棒；当中段为颗粒、爆珠或凝胶的二元复合醋纤滤棒时，发明的滤棒为四元复合滤棒。所述卷烟滤棒上端为分布均匀的圆柱形聚乳酸滤棒；滤棒中段为分布均匀的添加颗粒、爆珠或凝胶的醋纤滤棒，滤棒下端为中空的纸质滤棒、竹子纤维滤棒、棉质纤维滤棒、醋纤滤棒。本发明可以利用尺寸的缩小产生文丘里效应，起到降低烟气温度的作用，提升烟支抽吸时的舒适性。纸质纤维、竹子纤维或棉质纤维丝束的制备工艺为：干燥温度60-80℃，熔融纺丝温度200-220℃，卷绕速度为600-800m/min，牵伸温度50-70℃，牵伸倍率为2.0-2.5，卷曲温度为85-95℃，烘干温度在60-80℃。这样制备出来的这种纤维材质为环保材料，并且具备耐高温的特性，且成本低廉，在持续保持高温条件下，纸质纤维、竹子纤维或棉质纤维丝束不会软化，依旧可以保持良好的硬度，兼顾硬度和造型稳定性的同时还能保持一定的透气性能，配合中空的结构，能够有效产生文丘里效应，达到首先降低烟气温度的作用，在经过中段滤段时，能够集中经过添加颗粒、爆珠或凝胶等有效过滤材料后，再次进入下端段的中空区域，再次产生文丘里效应，快速、进一步的降低烟气的温度，不仅吸阻刚刚合适，烟气的温度也适宜，配合上高硬度的效果，整体上提升了加热不燃烧烟的整体吸感感受，提升品质。
本发明提供的丝束生产效率较高，丝束可采用三乙酸甘油酯进行滤棒成型，粘结牢度好，滤棒耐温性较好，成型工艺流程与醋纤丝束一致，成型速度快(约300m/min)，滤棒生产效率高，易于实现工业化、规模化生产，所制卷烟和醋纤滤棒卷烟在有害成分释放量和感官质量上无明显差异。同时，卷烟外用滤棒由于烟气流经时会经过孔径缩小的下端滤棒，孔径变化会引发文丘里效应，即烟气的温度不断下降，烟气温度的降低可以提升抽吸体验。所述的多元中空复合滤棒由于中空段的使用会降低吸阻，可以提升用户吸烟时的轻松感。本发明提供的聚乳酸丝束原来来源广泛，成本低廉，加工工艺所需的设备与传统的醋酸纤维丝束加工设备基本相同。
附图说明
图1至图7为本发明中空复合滤棒的纵向视图。
图8为本发明的滤棒与烟支的结构示意。
图9为聚乳酸丝束纺丝生产工艺流程图。
图10为多元中空复合纤维丝束烟用滤棒截面为圆形的立体结构示意图；
图11为多元中空复合纤维丝束烟用滤棒截面为三角形、五边形的立体结构示意图；
图12为多元中空复合纤维丝束烟用滤棒的刨面结构示意图；
图13为多元中空复合纤维丝束烟用滤棒截面为五边形、六边形的立体结构示意图；
其中：1—上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒，2～8—各截面形状的聚乳酸纤维丝束滤棒、9—下端中空滤棒、10—烟条段、11—中段滤段、12—上端滤段、13—下端滤段、14—中空部分
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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付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。
图1为纸质纤维、竹子纤维或棉质纤维丝束滤棒制备工艺路线图。
发明所述的纸质纤维、竹子纤维或棉质纤维丝束的制备工艺为：干燥温度60-80℃，熔融纺丝温度200-220℃，卷绕速度为600-800 m/min，牵伸温度50-70℃，牵伸倍率为2.0-2.5，卷曲温度为 85-95℃，烘干温度在60-80℃。这样制备出来的这种纤维材质为环保材料，并且具备耐高温的特性，且成本低廉，在持续保持高温条件下，纸质纤维、竹子纤维或棉质纤维丝束不会软化，依旧可以保持良好的硬度，兼顾硬度和造型稳定性的同时还能保持一定的透气性能
图1所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为圆形的聚乳酸纤维丝束滤棒 2。
图2所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为矩形的聚乳酸纤维丝束滤棒 3。
图3所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为正方形的聚乳酸纤维丝束滤棒4。
图4所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为梯形的聚乳酸纤维丝束滤棒 5。
图5所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为五角星的聚乳酸纤维丝束滤棒6。
图6所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为等角三角形的聚乳酸纤维丝束滤棒7。
图7所示可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端口处的聚乳酸纤维丝束滤棒1、截面为等角六边形的聚乳酸纤维丝束滤棒8。
图8所示为上述滤棒制备的卷烟，由烟条段10与滤棒段组成，具体地，滤棒由上端滤棒12、中段滤棒11和下端中空滤棒9组成。
当用户抽吸时，烟气流经上端滤棒12、中段滤棒11和下端中空滤棒9，最后流出，流出的烟气温度降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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之内。
实施例1-6仅针对上端聚乳酸滤棒的丝束不同制备工艺进行说明。
实施例1
纸质纤维丝束烟用滤棒，其制备工艺为干燥温度60℃，熔融纺丝温度200℃，卷绕速度为600m/min，牵伸温度50℃，牵伸倍率为2.0，卷曲温度为85℃，烘干温度在60℃。
纸质纤维丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备纸质纤维滤棒与纸质纤维乳酸滤棒。
实施例2
棉质纤维丝束烟用滤棒，其制备工艺为干燥温度80℃，熔融纺丝温度220℃，卷绕速度为800m/min，牵伸温度70℃，牵伸倍率为2.5，卷曲温度为95℃，烘干温度在80℃。
棉质纤维丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备棉质纤维滤棒与中空棉质纤维滤棒。
实施例3
竹子纤维丝束烟用滤棒，其制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃
竹子纤维丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备竹子纤维滤棒与中空竹子纤维滤棒。
实施例4
竹子纤维丝束烟用滤棒，其制备工艺为干燥温度55℃，熔融纺丝温度190℃，卷绕速度为500m/min，牵伸温度45℃，牵伸倍率为 1.8，卷曲温度为80℃，烘干温度在55℃。
竹子纤维丝束成型性能差，无法制备滤棒。
实施例5
棉质纤维丝束烟用滤棒，其制备工艺为：干燥温度90℃，熔融纺丝温度230℃，卷绕速度为900m/min，牵伸温度80℃，牵伸倍率为3.0，卷曲温度为100℃，烘干温度在90℃。
棉质纤维丝束成型性能差，无法制备滤棒。
实施例6
二元中空复合纤维丝束烟用滤棒，上端竹子纤维滤棒的制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃竹子纤维丝束成型性能良好，制备滤棒后将其制备竹子纤维滤棒与中空竹子纤维滤棒。
利用热电偶测量常规醋酸纤维烟支与多元中空复合竹子纤维滤棒(下端截面圆形中空)烟支在ISO标准抽吸模式下的烟气逐口温度，对比本发明二元中空复合滤棒烟气温度与常规烟支烟气温度如表1 所示。
表1
通过实施例可看出，滤棒对于不同规格的烟支有明显的降温效果。
实施例7
二元中空复合纤维丝束烟用滤棒，制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃
纸质纤维丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备纸质纤维滤棒与中空纸质纤维滤棒。
利用热电偶测量常规醋酸纤维烟支与二元中空复合纸质纤维纤维滤棒(下端截面矩形中空)烟支在ISO标准抽吸模式下的烟气逐口温度，对比本发明二元中空复合滤棒烟气温度与常规烟支烟气温度如表2所示。
表2
通过实施例可看出，滤棒对于不同规格的烟支有明显的降温效果。
实施例8
二元中空复合棉质纤维丝束烟用滤棒，制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃
棉质纤维丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备棉质纤维滤棒与中空聚乳酸滤棒。
利用热电偶测量常规醋酸纤维烟支与二元中空复合棉质纤维纤维滤棒(下端截面正方形中空)烟支在ISO标准抽吸模式下的烟气逐口温度，对比本发明二元中空复合滤棒烟气温度与常规烟支烟气温度如表3所示。
表3
通过实施例可看出，滤棒对于不同规格的烟支有明显的降温效果。
实施例9
二元中空复合纤维丝束烟用滤棒，制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃。
聚乳酸丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备聚乳酸滤棒作为下端滤棒。分别选取纸质滤棒、竹子纤维滤棒、棉质纤维滤棒、醋纤滤棒作为上端滤棒。利用热电偶测量常规醋酸纤维烟支与二元中空复合滤棒(下端截面圆形)烟支在ISO标准抽吸模式下的烟气逐口温度，对比本发明二元中空复合滤棒烟气温度与常规烟支烟气温度如表8所示。
表8
通过实施例可看出，不同材料制备的下端烟用滤棒对于不同规格的烟支有明显的降温效果。
实施例10
多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，纺丝制备工艺为干燥温度70℃，熔融纺丝温度210℃，卷绕速度为700m/min，牵伸温度60℃，牵伸倍率为2.3，卷曲温度为90℃，烘干温度在70℃聚乳酸丝束成型性能良好，制备纤维丝束后可以将其分别制备聚乳酸滤棒作为下端滤棒。
选取纸质滤棒(下端截面圆形)作为上端滤棒，分别采用凝胶滤棒、颗粒滤棒、凝胶滤棒+颗粒滤棒组合段作为中间段滤棒。利用热电偶测量常规醋酸纤维烟支与凝胶滤棒三元复合、颗粒滤棒三元复合、凝胶+颗粒滤棒四元复合滤棒烟支在ISO标准抽吸模式下的烟气逐口温度，对比本发明三元、四元中空复合滤棒烟气温度与常规烟支烟气温度如表9所示。
表9
通过实施例可看出，凝胶滤棒三元复合、颗粒滤棒三元复合、凝胶+颗粒滤棒四元复合滤棒烟支对于不同规格的烟支有明显的降温效果。
实施例11
一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，包括：至少一段靠近烟支端的上端滤段、和一段靠近吸食端的下端滤段，二者构成二元复合滤棒；在所述上端滤段和下端滤段之间还设有中段滤段，所述中段滤段为颗粒型滤棒，整体构成三元复合滤棒。上端滤段和下端滤段均为中空段，且上端滤段为纸质纤维滤棒。
实施例12
一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，包括：至少一段靠近烟支端的上端滤段、和一段靠近吸食端的下端滤段，二者构成二元复合滤棒；在所述上端滤段和下端滤段之间还设有中段滤段，所述中段滤段为爆珠滤棒，整体构成三元复合滤棒。上端滤段和下端滤段均为中空段，且上端滤段为竹子纤维滤棒。
实施例13
一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，包括：至少一段靠近烟支端的上端滤段、和一段靠近吸食端的下端滤段，二者构成二元复合滤棒；在所述上端滤段和下端滤段之间还设有中段滤段，所述中段滤段为凝胶滤棒，整体构成三元复合滤棒。上端滤段和下端滤段均为中空段，且上端滤段为棉质纤维滤棒。下端滤段的滤材为聚乳酸纤维丝束构成，所述中段滤段的滤材为醋纤滤棒构成，下端滤段的中空截面面积小于上端滤段的中空截面面积。
实施例14
一种可降低烟气温度的多元中空复合纤维丝束烟用滤棒，包括：至少一段靠近烟支端的上端滤段、和一段靠近吸食端的下端滤段，二者构成二元复合滤棒；在所述上端滤段和下端滤段之间还设有中段滤段，所述中段滤段为颗粒或爆珠，与凝胶构成的复合中段，构成的四元复合滤棒；其中：上端滤段和下端滤段均为中空段，且上端滤段为竹子纤维滤棒。
下端滤段的滤材为醋酸纤维丝束构成，所述中段滤段的滤材为聚乳酸纤维构成，下端滤段的中空截面面积小于上端滤段的中空截面面积。
实施例15
在实施例11～14的基础上。优选的，上端滤段的纸质滤棒、竹子纤维滤棒或棉质纤维滤棒通过以下工艺条件制备而成：干燥温度 60-80℃，熔融纺丝温度200-220℃，卷绕速度为600-800m/min，牵伸温度50-70℃，牵伸倍率为2.0-2.5，卷曲温度为85-95℃，烘干温度在60-80℃；且上端滤段的段壁厚度不低于1mm。
上端滤段的中空部分的竖截面为上宽下窄的锥形结构，最窄的端面不小于下端滤段的中空截面面积。上端滤段的中空部分的横截面为三角形。或者，所述上端滤段和下端滤段的中空部分的截面形状各自分别为圆形、矩形、正方形、梯形、五角星、等角三角形、等角六边形、菱形、心形、多边形、阿拉伯数字或英文字母中的一种。
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