一種碳質熱源燃燒速率的測試方法及測試裝置的制造方法
【專利說明】一種碳質熱源燃燒速率的測試方法及測試裝置 一、技術領域
[0001] 本發明涉及一種碳質熱源燃燒速率的測試方法及測試裝置，屬于新型煙草制品領 域。 二、
【背景技術】
[0002] 碳加熱型低溫卷煙是新型煙草制品的重要品類之一，一般通過將煙草與碳質熱源 在物理上分離來實現。這種碳質熱源與煙草在空間上的分離，實現了熱源燃燒釋放熱量和 煙草受熱釋放煙氣分別獨立進行，從而使煙草可在較低的溫度下（300-500°C)被加熱，有 效避免了煙草燃燒時大量有害化合物生成。從碳加熱型低溫卷煙的實現方式來看，碳質熱 源無疑其設計的核心。由于碳質熱源必須通過燃燒才能釋放熱量，因此，其燃燒性是必須考 察的重要性能之一。目前，有關碳質熱源燃燒熱性的評價手段已有一些專利進行了報道， 比如，CN1100453A提出了利用掃描差熱分析法（DSC)和紅外光譜儀（FTIR)來分別測定碳 質熱源燃燒熱釋放量和CO釋放量，CN101420876A提出了碳質熱源著火時間的測定方法， CN102458165A提出了著火率的測試方法，但缺乏對碳質熱源燃燒速率進行評價的手段。 三、

【發明內容】

[0003] 本發明的目的正是針對上述技術現狀而提供的一種碳質熱源燃燒速率的測試方 法及測試裝置，本方法可準確測定碳質熱源的燃燒速率，且易于操作。
[0004] 本發明碳質熱源燃燒速率的測試方法，包括如下步驟：
[0005] (1)將碳質熱源制成4mmX3mmX120mm的樣條，并在長度方向60mm處劃線標記；
[0006] (2)將碳質熱源樣條固定于玻璃容器的內部，并向玻璃容器內通入氮氧混合氣，氮 氧混合氣的流速為l〇L/min，其中氮氣流量和氧氣流量的比例為20:1至1:20 ;
[0007] (3)用點火器點燃碳質熱源的自由端，記錄點火時間為h，待碳質熱源燃燒至劃線 標記處時，記錄時間為t1;
[0008] (4)計算碳質熱源燃燒速率V，計算公式為：
[0009] v=6(V(t「t0)。
[0010] 所述點火器中氣體為正丁烷；所述點火器的火焰高度為15-20_。
[0011] 本發明使用的碳質熱源燃燒速率的測試裝置，包括如下結構：
[0012] 設置一玻璃容器6,在所述玻璃容器6的底部鋪有一層3-5cm厚的玻璃微珠7,以 使由底部通入的氮氧混合氣均勻向上流動；在所述玻璃容器6的側壁上設置有樣條固定器 8,用以固定碳質熱源樣條9 ;所述玻璃容器6的頂部有一開口，用以排出氮氧混合氣。
[0013] 所述玻璃微珠7的直徑為l-2mm;
[0014] 通過氮氧混合氣流量計5調節氮氧混合氣的流量為10L/min;通過氮氣流量計3 和氧氣流量計4調節氮氧混合氣中氮氣流量和氧氣流量的比例為20:1至1:20。
[0015] 固定于樣條固定器8上的碳質熱源樣條9的自由端為豎直朝上、豎直朝下或中間 任一角度。
[0016] 與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：
[0017] 1、本發明方法可以準確測量碳質熱源燃燒速率，為碳質熱源材料燃燒性的評價提 供了一個切實可行的方案。
[0018] 2、本發明裝置結構簡單，方法操作簡便，測試效率高，且可通過提高氧氣含量來縮 短測試時間，進一步提高測試效率。 四、
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明所使用的測量裝置示意圖。圖中標號：1氮氣源，2氧氣源，3氮氣流 量計，4氧氣流量計，5氮氧混合氣流量計，6玻璃容器，7玻璃微球，8樣條固定器，9碳質熱 源樣條，10混合氣流出口。
[0020] 圖2為碳質熱源燃燒速率與氧氣含量關系擬合圖。 五、
【具體實施方式】
[0021] 以下通過【具體實施方式】，并結合附圖對本發明作進一步說明。
[0022] 實施例1 :
[0023] 本實施例中測量裝置如圖1所示，其包括：
[0024] 設置一玻璃容器6,在所述玻璃容器6的底部鋪有一層3-5cm厚的玻璃微珠7,以 使由底部通入的氮氧混合氣均勻向上流動；在所述玻璃容器6的側壁上設置有樣條固定器 8,用以固定碳質熱源樣條9 ;所述玻璃容器6的頂部有一開口，用以排出氮氧混合氣。
[0025] 所述玻璃微珠7的直徑為l_2mm。通過氮氧混合氣流量計5調節氮氧混合氣的流 量為10L/min;通過氮氣流量計3和氧氣流量計4調節氮氧混合氣中氮氣和氧氣的流量比 例。固定于樣條固定器8上的碳質熱源樣條9的自由端為豎直朝上、豎直朝下或中間任一 角度。
[0026] 本實施例中碳質熱源燃燒速率的測試方法，包括如下步驟：
[0027] (1)將木炭粉（100目）、瓜爾膠、碳酸鈣（1000目）和水按質量比為7:1:2:7的比 例均勾混合，并用模具制成尺寸為4_X3_X120mm的樣條，烘干后即得碳質熱源樣條，在 長度方向60mm處劃線標記。
[0028] (2)打開氮氣源1和氧氣源2,并通過氮氣流量計3調節氮氣流量為7. 5L/min，通 過氧氣流量計4調節氧氣流量為2. 5L/min，最終形成流量為10L/min的氮氧混合氣，并通過 管路將氮氧混合氣從玻璃容器6的底部導入玻璃容器6中。
[0029] (3)將碳質熱源樣條9固定于樣條固定器8上，此時氮氧混合氣在玻璃容器6內部 自下而上勻速流過；用點火器點燃碳質熱源樣條9的自由端，以點火時間開始計時，記錄碳 質熱源燃燒至劃線標記處的時間為505s。點火器中氣體為正丁烷；所述點火器的火焰高度 為 15_20mm。
[0030] (4)計算碳質熱源燃燒速率，v= 60/(1^-!:。）= 60mm/505s= 7. 13 (mm/min)。
[0031] 重復上述測試過程7次，燃燒的時間分別為506s、509s、503s、505s、506s、504s、 502s，計算可得其燃燒速率分別為 7.llmm/min、7. 07mm/min、7. 16mm/min、7. 13mm/min、 7.llmm/min、7. 14mm/min、7. 17mm/min，平均值為 7. 13mm/min，標準偏差為 0? 03,變異系數 為0. 42%，最低值為7. 07mm/min，最高值為7. 17mm/min，這說明該方法可以準確測量碳質 熱源燃燒速率。
[0032] 實施例2 :本實施例是考察氧氣含量對碳質熱源燃燒速率的影響
[0033] 利用實施例1中的碳質熱源樣條，測試方法不變，不同的是分別調節氮氧混合氣 中氧氣流量為2. 0L/min、3. 5L/min和4. 5L/min，氮氧混合氣的流量控制為10L/min不變， 測得碳質熱源樣條在不同氧氣含量條件下的燃燒速率分別為4. 60mm/min、ll. 50mm/min、 16. 43mm/min。將實施例1和實施例2中的不同氧氣含量下測試的燃燒速率對氧氣含量作 圖，如圖2,可知，兩者間擬合的線性方程決定系數高達0. 99883,說明碳質熱源燃燒速率對 氧氣含量由線性依賴性。因此，為縮短測試時間，提高測試效率，可在高氧氣含量下進行測 試。
[0034] 實施例3 :本實施例是用來評價碳質熱源組成對其燃燒速率的影響
[0035] 不同碳質熱源配方制備的碳質熱源樣條在氧氣濃度為25% (氮氣和氧氣流量比 為3:1)的條件下燃燒速率分如表1所示（測試方法參見實施例1)，可知氯酸鉀的加入可以 有效提高碳質熱源的燃燒速率，而碳酸鈣，氧化鎂晶須以及蒙脫土的加入均會降低碳質熱 源的燃燒速率，其中蒙脫土的降低量高達31%。因此，本發明提供的碳質熱源的燃燒速率的 測試方法可以有效評價各組分對碳質熱源燃燒性的影響，對碳質熱源配方設計具有巨大的 指導意義。
[0036] 表1不同碳質熱源配方組成及其燃燒速率
【主權項】
1. 一種碳質熱源燃燒速率的測試方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 將碳質熱源制成4mmX3mmX120mm的樣條，并在長度方向60mm處劃線標記； (2) 將碳質熱源樣條固定于玻璃容器的內部，并向玻璃容器內通入氮氧混合氣； (3) 用點火器點燃碳質熱源的自由端，記錄點火時間為h，待碳質熱源燃燒至劃線標記 處時，記錄時間為t1; (4) 計算碳質熱源燃燒速率V，計算公式為： V= 60/ (t「t0) 〇2. 根據權利要求1所述的測試方法，其特征在于： 所述點火器中氣體為正丁烷。3. 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特征在于： 所述點火器的火焰高度為15-20_。4. 根據權利要求1所述的測試方法，其特征在于： 所述氮氧混合氣從玻璃容器的底部通入，在玻璃容器內自下而上勻速流動，流量控制 在 10L/min〇5. 根據權利要求1或4所述的測試方法，其特征在于： 所述氮氧混合氣中氮氣流量和氧氣流量的比例為20:1至1:20。6. 根據權利要求1所述的測試方法，其特征在于： 所述碳質熱源樣條的自由端為豎直朝上、豎直朝下或中間任一角度。7. -種碳質熱源燃燒速率的測試裝置，其特征在于： 設置一玻璃容器(6)，在所述玻璃容器(6)的底部鋪有一層3-5cm厚的玻璃微珠（7)， 以使由底部通入的氮氧混合氣均勻向上流動；在所述玻璃容器（6)的側壁上設置有樣條固 定器（8)，用以固定碳質熱源樣條（9);所述玻璃容器（6)的頂部有一開口，用以排出氮氧混 合氣。8. 根據權利要求7所述的測試裝置，其特征在于： 所述玻璃微珠（7)的直徑為1-2_。9. 根據權利要求7所述的測試裝置，其特征在于： 通過氮氧混合氣流量計（5)調節通入玻璃容器（6)內的氮氧混合氣的流量；通過氮氣 流量計（3)和氧氣流量計（4)調節氮氧混合氣中氮氣和氧氣的比例。10. 根據權利要求7所述的測試裝置，其特征在于： 固定于樣條固定器（8)上的碳質熱源樣條（9)的自由端為豎直朝上、豎直朝下或中間 任一角度。
【專利摘要】本發明公開了一種碳質熱源燃燒速率的測試方法及測試裝置，該方法操作簡單，測試數據重復性好，可準確測定碳質熱源材料燃燒速率，且可通過提高氧氣濃度，大幅提升測試效率；本發明測試裝置結構簡單，成本低，便于推廣。
【IPC分類】G01N31/12
【公開號】CN104897847
【申請號】CN201510332527
【發明人】周順, 王孝峰, 寧敏, 徐迎波, 何慶, 張亞平, 佘世科, 朱棟梁, 陳剛, 田振峰
【申請人】安徽中煙工業有限責任公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月16日