一种表征成品烟支烟丝纤维空间架构的方法

技术领域

本发明属于卷烟生产检测技术领域，具体为一种表征成品烟支烟丝纤维空间架构的方法。

背景技术

烟丝是卷烟配方的重要组成部分，烟丝结构及烟支中烟梗、烟叶的组分含量是评价卷烟烟丝物理特性的重要指标。配方烟丝结构是指卷烟配方烟丝中不同尺寸段烟丝所占的质量比例。多数研究认为烟丝结构是影响卷烟产品质量和生产效益的重要因素。实际生产中，除烟丝结构比例外，烟丝宽度、长度、掺配比例等作为烟丝结构的重要特征因素也对成品烟支产品质量及卷制过程产生重要影响。烟丝空间结构对烟支自身力学性质以及烟支燃烧后的烟堆稳定性均有决定性的影响。烟支中烟丝的分散以及缠结状态，尤其是不同烟丝之间的组合决定了烟锥的力学性质，也就决定了其消费体验。而针对于烟支空间结构的表征的工作，国内外研究较少，因此，开展烟丝空间架构对成品烟支产品质量及生产过程的影响研究能够为成品烟支烟丝结构优化和产品质量提升重要参考。

发明内容

本发明提供一种表征成品烟支烟丝纤维空间架构的方法，在对烟支宏观结构三维简化的基础上，探究成品烟支烟丝空间分布、烟丝纤维间的相互作用及加工工艺等特性因素与烟支燃烧后烟丝空间结构状态，烟丝空间结构对烟支自身力学性质以及烟支燃烧后的烟堆稳定性均有决定性的影响。

本发明的技术方案如下：

一种表征成品烟支烟丝空间架构的方法，在烟支中烟丝仅靠外层纸张的包裹，其纤维缠绕结构易被破坏而改变原有状态，所以在进行检测之前，需要对烟丝的空间架构进行固定，采用聚丙烯酸酯树脂对成品烟支烟丝的空间架构进行固定，采用环氧树脂对燃烧后的烟支烟丝的空间架构进行固定，用小型切割机将树脂包裹后的烟支沿轴向或径向切割，对切割后的烟支断面进行拍照表征。

所述采用聚丙烯酸酯树脂对成品烟支烟丝的空间架构进行固定的方法，将不同玻璃化转变温度的丙烯酸酯单体混合物和引发剂混合的混合溶液，填充于烟支内，将烟支中的空隙填满，原位聚合，起到对烟支空间架构固定的效果。

所述不同玻璃化转变温度的丙烯酸酯单体混合物为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的混合物；甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的摩尔比为1:1.5。

所述引发剂为过氧化苯甲酰；引发剂的加入量为丙烯酸酯单体混合物的物质的量的0.3％～0.35％。

所述不同玻璃化转变温度的丙烯酸酯单体混合物的原位聚合反应先在40～45℃反应24～30h，再升温到50～55℃反应48～72h。

所述采用环氧树脂对燃烧后的烟支烟丝的空间架构进行固定的方法，将环氧AB胶搅拌混匀，将燃烧后的烟支浸泡在其中，使燃烧后的烟支完全浸没在树脂里，进行原位固化，起到对燃烧后的烟堆的空间架构固定的效果。

所述环氧树脂AB胶为常规市购产品，是环氧A胶和环氧B胶组成的环氧树脂AB胶，使用时按照常规方法将环氧A胶与环氧B胶进行混合搅拌，环氧A胶与环氧B胶的质量比为3:1，环氧树脂AB胶的原位固化条件为常温下静置2～3天。

本发明利用原位聚合的方法，将聚丙烯酸酯填充于烟支中，构建树脂包裹的烟支，将包裹后的烟支用小型台式切割机切割，得到的烟丝断面拍照成像，来获取其配方丝空间分布、烟丝空间架构。

本发明利用原位固化的方法，将环氧树脂浸入燃烧后的烟堆，构建树脂包裹的烟堆，将包裹的烟堆用小型台式切割机切割，得到的烟堆断面拍照成像，来获取其烟丝纤维燃烧后的空间结构状态，为进一步优化卷烟燃烧质量提供参考。

附图说明

图1是固定后的成品烟支沿轴向切割后得到的烟丝断面的图片；

图2是固定后的成品烟支沿径向切割后得到的烟丝断面的图片；

图3是制备得到的燃烧后烟堆烟丝断面的图片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，但应注意本发明的保护范围并不受这些实施例的限制，本发明实施例中使用的烟支为市购大重九。

实施例1

一种简要表征分析成品烟支烟丝纤维空间架构的方法，采用聚丙烯酸酯树脂对成品烟支烟丝的空间架构进行固定，具体步骤如下：

(1)配制摩尔比甲基丙烯酸甲酯:丙烯酸丁酯＝1:1.5的丙烯酸酯单体混合溶液；

(2)向混合溶液加入引发剂，并使用磁力搅拌混合均匀得到单体溶液，加入的引发剂为过氧化苯甲酰，加入的引发剂的物质的量为丙烯酸酯单体的物质的量的0.316％；

(3)剪掉成品烟支的滤嘴，将烟支置于带高真空节门的反应管内；

(4)向反应管内倒入步骤(2)的单体溶液，将成品烟支浸泡在单体溶液里；

(5)通过抽真空的方式将烟支完全浸没在单体溶液里，将烟支中的空隙填满：具体操作先将反应管上端用玻璃塞堵住，右端用橡胶管连接循环水式真空泵，打开真空泵，缓慢调节反应管的阀门，抽真空时间为30～40min，直至烟支没有气泡产生；

(6)将步骤(5)抽真空后的烟支单支倒入10*70mm的试管内，加入步骤(2)的单体溶液填满试管，并用保鲜膜对试管封口；

(7)将步骤(6)的试管放入真空干燥箱，调节真空干燥箱的温度为40℃，反应24h后，升温到50℃反应72h进行聚合，在聚合过程中可以用纸板将试管悬空起来，利用空气加热，避免管壁直接接触到真空干燥箱的加热板；

(8)使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟支沿轴向和径向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm，将得到的烟丝断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。

采用环氧树脂对燃烧后的烟支烟丝的空间架构进行固定的方法如下：

(1)将烟支悬空置于8*4*2cm滴胶标本模具，点燃烟支，烟支燃烧过程需要保持烟支的悬空状态，保持空气的流通，使烟支能完全燃烧，燃烧后的烟堆形态能完整掉落在模具里；

(2)配制环氧树脂：将市购得到的环氧AB胶中的环氧A胶与环氧B胶按质量比3:1的配比混合搅拌均匀，搅拌时沿同一方向贴合杯壁缓慢搅动，保持匀速，避免搅动时产生气泡，待混合溶液没有光泽即为搅拌均匀；

(3)将步骤(2)混匀的环氧树脂用滴管缓慢滴入步骤(1)的模具里，让树脂缓慢浸入烟堆，使烟堆完全浸没在树脂里，注意不能破坏烟堆形态；

(4)静置2天，树脂在烟堆里原位固化，起到对燃烧后的烟堆的空间架构固定的结果；

(5)脱模，使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟堆沿轴向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm；将得到的烟堆断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。

图1是固定后的成品烟支沿轴向切割后得到的烟丝断面的图片(图中是按照实施例1的方法制备的三个试样轴向断面图片)，从图中可以看出烟丝与烟梗是较为均匀的分散于烟支内部，并没有明显的烟梗或者烟丝单独集中的现象，虽然烟梗的尺度远远大于烟丝，但烟梗与烟丝之间还是存在紧密的缠绕，并没有因为烟梗的大尺度直径造成分离。

图2是固定后的成品烟支沿径向切割后得到的烟丝断面的图片(图中是按照实施例1的方法制备的三个试样径向断面图片)，从图中可以看出虽然有一些小的空隙，但是烟丝以及烟梗仍然是紧密堆积，烟丝作为主体，烟丝与烟梗之间的缠绕行为形成了纤维框架。

图3是制备得到的燃烧后烟堆烟丝断面的图片(图中是按照实施例1的方法制备的六个试样轴向断面图片)，从图中可以看出对于有氧燃烧，燃烧后烟支灰烬中烟丝的连续性仍然存在。

实施例2

一种简要表征分析成品烟支烟丝纤维空间架构的方法，采用聚丙烯酸酯树脂对成品烟支烟丝的空间架构进行固定，具体步骤如下：

(1)配制摩尔比甲基丙烯酸甲酯:丙烯酸丁酯＝1:1.5的丙烯酸酯单体混合溶液；

(2)向混合溶液加入引发剂，并使用磁力搅拌混合均匀得到单体溶液，加入的引发剂为过氧化苯甲酰，加入的引发剂的物质的量为丙烯酸酯单体的物质的量的0.35％；

(3)剪掉成品烟支的滤嘴，将烟支置于带高真空节门的反应管内；

(4)向反应管内倒入步骤(2)的单体溶液，将成品烟支浸泡在单体溶液里；

(5)通过抽真空的方式将烟支完全浸没在单体溶液里，将烟支中的空隙填满；具体操作先将反应管上端用玻璃塞堵住，右端用橡胶管连接循环水式真空泵，打开真空泵，缓慢调节反应管的阀门，抽真空时间为30～40min，直至烟支没有气泡产生；

(6)将步骤(5)抽真空后的烟支单支倒入10*70mm的试管内，加入步骤(2)的单体溶液填满试管，并用保鲜膜对试管封口；

(7)将步骤(6)的试管放入真空干燥箱，调节真空干燥箱的温度为45℃，反应25h后，升温到52℃反应60h进行聚合，在聚合过程中可以用纸板将试管悬空起来，利用空气加热，避免管壁直接接触到真空干燥箱的加热板；

(8)使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟支沿轴向或径向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm，将得到的烟丝断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。

采用环氧树脂对燃烧后的烟支烟丝的空间架构进行固定的方法如下：

(1)将烟支悬空置于8*4*2cm滴胶标本模具，点燃烟支，烟支燃烧过程需要保持烟支的悬空状态，保持空气的流通，使烟支能完全燃烧，燃烧后的烟堆形态能完整掉落在模具里；

(2)配制环氧树脂：将市购得到的环氧AB胶中的环氧A胶与环氧B胶按质量比3:1的配比混合搅拌均匀，搅拌时沿同一方向贴合杯壁缓慢搅动，保持匀速，避免搅动时产生气泡，待混合溶液没有光泽即为搅拌均匀；

(3)将步骤(2)混匀的环氧树脂用滴管缓慢滴入步骤(1)的模具里，让树脂缓慢浸入烟堆，使烟堆完全浸没在树脂里，注意不能破坏烟堆形态；

(4)静置2天，树脂在烟堆里原位固化，起到对燃烧后的烟堆的空间架构固定的结果；

(5)脱模，使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟堆沿轴向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm；将得到的烟堆断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。

实施例3

一种简要表征分析成品烟支烟丝纤维空间架构的方法，采用聚丙烯酸酯树脂对成品烟支烟丝的空间架构进行固定，具体步骤如下：

(1)配制摩尔比甲基丙烯酸甲酯:丙烯酸丁酯＝1:1.5的丙烯酸酯单体混合溶液；

(2)向混合溶液加入引发剂，并使用磁力搅拌混合均匀得到单体溶液，加入的引发剂为过氧化苯甲酰，加入的引发剂的物质的量为丙烯酸酯单体的物质的量的0.3％；

(3)剪掉成品烟支的滤嘴，将烟支置于带高真空节门的反应管内；

(4)向反应管内倒入步骤(2)的单体溶液，将成品烟支浸泡在单体溶液里；

(5)通过抽真空的方式将烟支完全浸没在单体溶液里，将烟支中的空隙填满；具体操作先将反应管上端用玻璃塞堵住，右端用橡胶管连接循环水式真空泵，打开真空泵，缓慢调节反应管的阀门，抽真空时间为30～40min，直至烟支没有气泡产生；

(6)将步骤(5)抽真空后的烟支单支倒入10*70mm的试管内，加入步骤(2)的单体溶液填满试管，并用保鲜膜对试管封口；

(7)将步骤(6)的试管放入真空干燥箱，调节真空干燥箱的温度为40℃，反应30h后，升温到55℃反应48h进行聚合，在聚合过程中可以用纸板将试管悬空起来，利用空气加热，避免管壁直接接触到真空干燥箱的加热板；

(8)使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟支沿轴向或径向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm，将得到的烟丝断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。

采用环氧树脂对燃烧后的烟支烟丝的空间架构进行固定的方法如下：

(1)将烟支悬空置于8*4*2cm滴胶标本模具，点燃烟支，烟支燃烧过程需要保持烟支的悬空状态，保持空气的流通，使烟支能完全燃烧，燃烧后的烟堆形态能完整掉落在模具里；

(2)配制环氧树脂：将市购得到的环氧AB胶中的环氧A胶与环氧B胶按质量比3:1的配比混合搅拌均匀，搅拌时沿同一方向贴合杯壁缓慢搅动，保持匀速，避免搅动时产生气泡，待混合溶液没有光泽即为搅拌均匀；

(3)将步骤(2)混匀的环氧树脂用滴管缓慢滴入步骤(1)的模具里，让树脂缓慢浸入烟堆，使烟堆完全浸没在树脂里，注意不能破坏烟堆形态；

(4)静置3天，树脂在烟堆里原位固化，起到对燃烧后的烟堆的空间架构固定的结果；

(5)脱模，使用小型台式切割机将树脂包裹后的烟堆沿轴向切片，得到的烟丝断面厚度应在2～4mm；将得到的烟堆断面拍照成像进行内部烟丝结构表征。