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随着社会对吸烟与健康问题的日益关注,人们香烟滤嘴的烟气过滤效果提出越来越高的要求,为尽量提高香烟滤嘴降焦减害的效果,单一纤维滤嘴已不能满足市场的需求,滤嘴结构正逐渐向异型结构、复合结构滤嘴发展[1]。经过多年创新研发,已获得多种具有优异烟气过滤效果的滤棒,但由于复合结构滤棒加工工艺复杂,设备和工艺要求高,加工难度大,成本较高等限制,因此并未广泛应用。目前最常见的仍是由烟用二醋酸丝束平行排列卷制而成的常规二醋酸丝束滤棒,此种结构中醋酸纤维沿烟气流向平行排列,主要依靠醋酸纤维对烟气粒相物的吸附作用来达到烟气过滤的效果,此种滤棒结构尚存在不足之处,如滤棒内纤维主体沿烟气流向排列,烟气在滤棒内的流动轨迹单一;纤维间的距离是烟气微粒的100~1000倍,未能对烟气粒相物进行有效的阻挡拦截,且常规醋酸丝束滤棒受加工工艺的影响,横截面内纤维排列密度不匀,存在滤棒中心纤维排列密度小,外围纤维排列密度大的结构缺陷,烟气主要流向滤棒中心部分,外围纤维未能得到有效利用,因此不能达到很好的烟气过滤效果。
根据烟气过滤机理,烟气在滤棒内流动的轨迹越复杂,与滤棒内醋酸纤维的接触比表面积越大,则过滤效果越好,织物结构是由纤维集合体按一定规律交织构成的三维网状结构,内部具有无数微小孔隙。以织物结构作为烟气过滤介质,微粒沿着复杂的路径行进,随时都有可能与纤维发生碰撞而被截留或相互碰撞形成更大尺寸的粒子被截留,因此织物结构过滤介质有很好的气体过滤效果。因此,本课题提出将织物结构应用到香烟滤棒中,通过改变滤棒内纤维沿单一方向(烟气流向)排列的方式,利用织物的结构特点增加对烟气的阻挡作用,而使烟气在滤棒内流通轨迹变复杂,增加烟气与醋酸纤维接触的比表面积,从而达到提高滤棒烟气过滤效果的目的。
研究了现有滤棒成型技术和不同种类织物的形态特征,设计了三种织物结构滤棒,分别是编织物结构滤棒、机织物结构滤棒和针织物结构滤棒,为消除布边造成的滤棒结构过度不均匀的问题,编织物、机织物和针织物均为管状织物;为消除密度较稀造成的织物结构不稳定的问题,机织管状织物采用纱罗组织。经初步试验,以上三种织物结构均未达到滤棒成型机加工要求。因此本文进一步设计了织物结构同轴芯滤棒,织物结构作为同轴心滤棒的芯部分。首先制备出符合同轴芯滤棒成型机芯棒硬度和直径要求的编织、机织和针织物,再采用编织方法将制备好的编织、机织和针织物为芯,制得复合结构的圆形芯条,然后进行滤棒成型加工,将圆形芯条作为滤棒芯层,外层包裹常规烟用二醋酸丝束,制成外形上基本满足要求的,截面为同心圆的滤棒。观测制作的滤棒发现圆形芯条的偏心非常大,两圆基本相切。为此,对现有同轴芯滤棒成型机的喂入机构进行相应的改造,将圆形芯条的喂入装置,从边侧喂入式改造为中心喂入式,结果所制得的滤棒的圆形芯条基本处于滤棒的中心,达到设计要求。
综合研究过程和检测结果,可知编织物、机织物、针织物都可以作为滤棒的材料,但机织物由于其结构特征和现有工艺条件的限制并不适合用作滤棒材料;同轴芯结构滤棒是织物结构滤棒的有效设计,对同轴芯滤棒成型机所进行喂入机构改造效果显著。
根据烟气过滤机理,烟气在滤棒内流动的轨迹越复杂,与滤棒内醋酸纤维的接触比表面积越大,则过滤效果越好,织物结构是由纤维集合体按一定规律交织构成的三维网状结构,内部具有无数微小孔隙。以织物结构作为烟气过滤介质,微粒沿着复杂的路径行进,随时都有可能与纤维发生碰撞而被截留或相互碰撞形成更大尺寸的粒子被截留,因此织物结构过滤介质有很好的气体过滤效果。因此,本课题提出将织物结构应用到香烟滤棒中,通过改变滤棒内纤维沿单一方向(烟气流向)排列的方式,利用织物的结构特点增加对烟气的阻挡作用,而使烟气在滤棒内流通轨迹变复杂,增加烟气与醋酸纤维接触的比表面积,从而达到提高滤棒烟气过滤效果的目的。
研究了现有滤棒成型技术和不同种类织物的形态特征,设计了三种织物结构滤棒,分别是编织物结构滤棒、机织物结构滤棒和针织物结构滤棒,为消除布边造成的滤棒结构过度不均匀的问题,编织物、机织物和针织物均为管状织物;为消除密度较稀造成的织物结构不稳定的问题,机织管状织物采用纱罗组织。经初步试验,以上三种织物结构均未达到滤棒成型机加工要求。因此本文进一步设计了织物结构同轴芯滤棒,织物结构作为同轴心滤棒的芯部分。首先制备出符合同轴芯滤棒成型机芯棒硬度和直径要求的编织、机织和针织物,再采用编织方法将制备好的编织、机织和针织物为芯,制得复合结构的圆形芯条,然后进行滤棒成型加工,将圆形芯条作为滤棒芯层,外层包裹常规烟用二醋酸丝束,制成外形上基本满足要求的,截面为同心圆的滤棒。观测制作的滤棒发现圆形芯条的偏心非常大,两圆基本相切。为此,对现有同轴芯滤棒成型机的喂入机构进行相应的改造,将圆形芯条的喂入装置,从边侧喂入式改造为中心喂入式,结果所制得的滤棒的圆形芯条基本处于滤棒的中心,达到设计要求。
综合研究过程和检测结果,可知编织物、机织物、针织物都可以作为滤棒的材料,但机织物由于其结构特征和现有工艺条件的限制并不适合用作滤棒材料;同轴芯结构滤棒是织物结构滤棒的有效设计,对同轴芯滤棒成型机所进行喂入机构改造效果显著。