关键词:
电子烟雾化器
电加热雾化
编织参数
编织管性能
摘要:
吸烟作为一种长期存在的社会行为,具有一定的缓解压力和焦虑,以及增强注意力和记忆力的作用。然而,随着公众对吸烟危害的认知提升,各国政府纷纷推出严格的控烟政策限制传统卷烟的发展,迫使烟草企业寻找新的发展方向。随着科学技术的发展,电子烟应运而生。电子烟可以有效减少抽烟对个人和他人健康的影响,并且在抽吸口感、心理感受等方面与传统卷烟极为相似,是卷烟的良好替代品,深受消费者青睐。目前,电加热雾化是电子烟的主流雾化方式,雾化器是电子烟雾化中的关键部件,市场上的电加热雾化器包括以棉纤维为原料的电阻丝雾化器(棉芯)和以陶瓷为原料的非电阻丝雾化器(陶瓷芯),棉芯依托棉纤维的独特雾化口感,具有雾化还原度高、烟雾量大等优点;陶瓷芯依托均匀可调的孔隙结构,具有雾化效率高,雾化均匀稳定等优点。目前棉芯已经通过材料创新改善了其寿命短、雾化不稳定等问题,陶瓷芯也通过结构创新改善了其漏油渗油、雾化烟雾小等问题,但仍存在可以完善之处,例如,棉芯容易糊芯,雾化不充分;陶瓷芯雾化颗粒小,口感欠佳等,二者都不能全面提高电子烟的整体使用体验。目前针对雾化器的研究集中于优化材料以及改进工艺等方面来提高性能,关于雾化器的结构创新方面的研究较少。本文从结构创新出发,设计一种新型电加热雾化器结构,有望提高电子烟雾化器的雾化性能,从而提高电子烟的使用性能以及促进电子烟产业的蓬勃发展。
鉴于上述现状,为了解决棉芯容易糊芯、陶瓷芯口感差等问题,全面提高电子烟的使用性能,本课题基于电热式雾化器的工作原理,采用编织技术,开发了一种由中空支撑体、过滤层和发热层三部分组成的多层复合管,并通过试验与理论分析相结合的方法依次探讨编织参数对其孔隙率、电阻和温度的影响规律。验证该多层复合管作为新型电热式雾化器的可行性。具体研究内容和结论如下:
(1)基于电加热雾化器的工作原理,结合编织技术的工艺特点,设计了一种多层复合管结构,并根据应用需求选择材料,制备过滤层,初步验证该结构的可行性。
首先进行结构设计,目前棉芯一般使用实心棉绳作为导油部件,存在易糊芯、寿命短等问题,因此本文设计了一种多层复合管结构,即在中空支撑体外编织过滤层以及发热层,这样可以有效避免糊芯现象的产生,提高使用寿命。在材料选择方面,选择稳定耐用的中空多孔金属管作为支撑体,选择棉纱作为过滤层材料,铁铬铝合金丝作为发热层材料,探究编织过滤层的可行性以及编织角度、编织根数和编织纱直径等工艺参数对过滤层孔隙率的影响规律。结果表明,在中空多孔金属管表面编织过滤层是可行方案,同时构建了编织参数与过滤层孔隙率的定量关系,并且根据编织参数能较为准确地预测过滤层孔隙率。编织角度、编织根数和编织纱直径都与过滤层孔隙率存在高度相关性,当编织角度、编织根数增加时,孔隙率减小;当编织纱直径增大时,孔隙率减小。编织纱直径对孔隙率的影响最大,编织角度对孔隙率的影响最小。编织过滤层的孔隙率可以达到30%~50%,满足企业基本要求,确定了编织过滤层的可行性,但发现编织单过滤层不能同时满足孔隙率以及直径的要求,影响实际应用。
(2)为了提高过滤效果以及满足装配适配需求,基于多层编织工艺,设计双过滤层结构,探究双过滤层下编织参数对孔隙率的影响,证明双过滤层结构可以同时满足孔隙率以及直径要求。
以上一章确定的编织方法和参数组合先编织单层,然后在单过滤层的基础上进一步编织从而形成双过滤层结构,通过层数的增加提高过滤效果以及增加样品整体直径。结果表明,编织角度、编织根数和编织纱直径都与双过滤层孔隙率存在高度相关性,当编织角度、编织根数增加,以及编织纱直径增大时,孔隙率减小。其中,编织纱直径对孔隙率的影响最大,编织角度对孔隙率的影响最小。双过滤层编织能够同时满足孔隙率以及直径要求,相关测试表明,其吸湿过滤效果更佳,因此选择双过滤层结构进行后续试验。
(3)在过滤层表面编织发热层形成完整的多层复合管结构,探究编织参数对电阻和温度的影响,从电热角度验证该多层复合管的可行性。
基于焦耳定律,电加热温度与电阻相关,电阻又与电热丝的编织参数相关,因此通过在过滤层表面编织不同根数、不同角度的电热丝形成发热层,探究编织参数(编织根数、编织角度等)与发热层电阻的关系,并推导理论公式验证试验结果的准确性。同时对不同方案下制备的多层复合管进行电热性能评价,探究不同的发热层编织结构以及不同电阻下复合管在固定电压下的温度变化规律。证明该多层复合管的电阻以及温度满足应用要求。结果表明,随着编织根数的增加,电阻减小;当编织角度增加时,电阻增加;随着芯轴直径的增加,电阻没有明显变化。相关性分析表明,编织角度和编织根数与发热层电阻都存在一定关系,且编织根数对电阻的影响更为显著。根据电子烟雾化温度测试标准进行温度测试,随着编织角度的增加,3 s达到的最高温度逐渐减小;6根编织的发热层3 s达到的