一种低温电子烟加热管及其制备方法与流程

本发明涉及电子烟技术领域，特别是涉及低温电子烟加热管及其制备方法。

背景技术：

低温不燃烧电子烟是新型烟草中比较火热的产品，它的原理是利用加热设备对烟弹、烟丝或烟膏进行低温烘烤，产生烟草的味道，而不发生燃烧，达到接近真烟的吸食效果。

众所周知，物体燃烧会产生许多新的成分，比如日常生活中常见到的塑料、纸张、煤炭等物品，本来形态和味道都非常稳定，一旦燃烧后就会释放出黑烟以及刺鼻的气味，而这些成分在未燃烧时是没有的。低温不燃烧电子烟拥有着与香烟最接近的口感和味道，又有着烟草独特的香气，同时也避免了绝大多数由于高温燃烧所产生的有毒有害物质，一经问世，就受到了很多烟民的关注，毕竟这是目前最接近香烟的一种替烟产品了，同时，无明火无烟灰也增加了其使用的灵活性和适用场景。

低温不燃烧电子烟产品通常是由加热器和烟弹两部分组成的，加热器相当于传统烟草的打火机，烟弹相当于卷烟，但采用了特殊制作工艺与配方，以便在低温下烟弹的有效成分和芳香物质能够更容易释放出来。

目前现有的低温不燃烧电子烟的加热器产生的高温容易传导到电子烟壳体外壁，使电子烟表面发烫，而电子烟表面发烫必然会导致加热器能量利用率降低，烟弹的烧烤效果也会随之变差，吸烟者吸食体验感不佳，且电子烟表面发烫容易导致吸烟者发生烫伤事故，使用电子烟的用户舒适度大大降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种低温电子烟加热管及其制备方法，该加热管具有良好的隔热保温效果，其能量利用率大大提高，且产品结构及制备方法非常简单，产品制造成本低，用户体验舒适度大大提高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低温电子烟加热管，包括加热件、隔热件和底座，所述隔热件底部与底座固定连接，其特征在于：所述隔热件为管体结构，所述隔热件包括内层管壁以及环绕所述内层管壁并与所述内层管壁间隔设置的外层管壁，所述内层管壁和所述外层管壁之间形成密闭的空腔；

所述加热件包括加热件基材和发热电路，所述加热件基材与所述内层管壁的内壁贴合设置，所述发热电路固定设置于所述加热件基材上；

所述底座由保温材料制成，所述底座中设有供电装置，所述加热件与所述供电装置电连接。

对上述技术方案的进一步改进是：

所述发热电路上设有由导热材料制成的导热涂层，所述导热涂层的厚度为10-50微米。

所述加热管还包括贴设于所述内层管壁的内壁上的由绝热材料制成的绝热涂层，所述绝热涂层位于所述加热件基材和所述隔热件远离所述底座的一端之间。

所述加热件基材的内表面上设有朝向所述外层管壁凹陷的凹陷部，所述凹陷部的个数为两个以上，所述凹陷部位于所述加热件基材与所述发热电路的非相对区域。

所述隔热件的外表面设有绝热密封层，所述绝热密封层的厚度为50-1500微米，所述绝热密封层的热导率低于所述隔热件的热导率。

所述内外层管壁之间空腔的径向尺寸为1-2mm。

所述加热管还包括喇叭口状的烟草入口，所述烟草入口与所述隔热件的顶部固定连接。

本发明还提供了一种低温电子烟加热管的制备方法，包括以下步骤：

制浆步骤：

a、加热件基材制浆步骤：将40-70质量份的第一陶瓷粉，0.5-2质量份的分散剂和25-53质量份的混合溶剂进行第一阶段球磨混合，得到第一材料；将3-7质量份的粘结剂、1.3-5质量份的塑性剂和所述第一材料进行第二阶段球磨混合，得到制备加热件基材所需的第一浆料；所述第一陶瓷粉由氧化锆或氧化铝中的一种或两种组成；

b、隔热件制浆步骤：将40-70质量份的第二陶瓷粉，0.5-2质量份的分散剂和20-53质量份的混合溶剂进行第一阶段球磨混合得到第二材料；将3-7质量份的粘结剂、1.5-5质量份的塑性剂、5-10质量份的造孔剂和所述第二材料进行第二阶段球磨混合，得到制备加热件基材所需的第二浆料；所述第二陶瓷粉由氧化硅、莫来石、氧化铝或者氧化锆中的至少一种组成；

真空脱泡步骤：将制得的第一浆料和第二浆料分别进行真空脱泡；

流延步骤：将经过真空脱泡后的第一浆料和第二浆料分别流延成第一膜片和第二膜片；

印刷发热电路步骤：在第一膜片的对应位置印刷导电浆料并烘干，形成发热电路；

制备隔热件生坯步骤：在两个第二膜片之间叠加一层有机膜得到隔热件生坯；

缠绕成型步骤：在棒芯上由内向外依次缠绕第一膜片和隔热件生坯，第一膜片装有发热电路的一侧与棒芯贴合，且所述发热电路位于所述加热管靠近底座一端；

等静压步骤：对缠绕成型步骤形成的第一膜片、隔热件生坯和棒芯一起进行等静压处理，经过等静压处理之后抽出中间的棒芯，得到加热管的管状生坯；

排胶烧结步骤：将等静压步骤形成的加热管生坯放入排胶炉中进行排胶，排胶后转移到气氛炉中进行烧结，得到含发热件的双层陶瓷管；

引线焊接步骤：在排胶烧结步骤制得的双层陶瓷管的发热电路上焊接引线，以便与供电装置连接形成所述加热管；

组装步骤：在引线焊接步骤形成的产品上安装底座和烟草入口，所述底座中设置有供电装置，所述引线与所述供电装置连接，制得所述加热管。

对上述方法的进一步改进是：

在将第一浆料流延成第一膜片后，在第一膜片表面增设至少两个以上的凹坑或凹槽形成的凹陷部，所述凹陷部与发热电路同侧；在进行缠绕步骤时，将第一膜片设有凹陷部的一面与棒芯进行贴合；

或者，所述混合溶剂为甲苯和无水乙醇的混合物，其质量比为甲苯：无水乙醇＝1～4：1；

或者，所述等静压为温等静压或冷等静压，等静压温度为15～75℃，压力为60-140mpa，保压时间2-5min；

或者，所述气氛炉中的气体为还原气氛气体，优选为氢气和氮气的混合气体，其体积比为h2:n2＝1～4:1。

在排胶烧结步骤后，在得到的双层陶瓷管外层的外壁上覆盖由低热导率陶瓷材料制得的绝热密封层；

或者，所述绝热密封层为低热导率陶瓷制成，且绝热密封层的热导率低于所述隔热件的热导率，所述绝热密封层厚度为50-1500微米。

根据本发明的技术方案可知，本发明的电子烟加热管，其隔热件的管体为双层结构，两层管壁之间设有密闭的空腔，所述空腔起到了隔热保温的作用，使加热件产生的热量不易散失。加热管底部的底座由保温材料制成，防止热量由底部散失而影响加热效果。所述发热电路上设有导热涂层，可使加热件的导热效果更好，更有利于提高烟草的烘烤效果。所述加热件上方的加热管内壁上设有绝热涂层，因加热管顶部为烟草入口，设置绝热涂层可避免热量从管体顶端流失。所述加热件基材上设有多个凹陷部，可以增加传热面积，提高加热件的传热效率。在隔热件的外表面增设绝热密封层增加了隔热件的隔热保温效果，使热量更不容易散失。加热管两层管壁间的径向尺寸设置合理，太小则隔热效果不明显，太大则会导致加热管体积过大，使用不便且不便于携带。所述加热管顶部的烟草入口为喇叭口状可使烟草更易插入加热管。本发明的加热管其结构简单，隔热防烫效果好，加热管能量利用率高，节约能源，其制备方法也非常简单，制备所需材料及其组分配比设计合理，制造成本低廉，成品率高。

附图说明

图1为本发明实施例加热管的结构示意图。

图2为本发明实施例加热管的尺寸图。

图3为本发明实施例制备方法流程示意图。

附图中各标号的含义为：

1-烟草入口；2-绝热涂层；3-加热件基材；4-隔热件；5-空腔；6-绝热密封层；7-底座；8-凹陷部；9-导热涂层；10-发热电路；11-内层管壁；12-外层管壁。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1和图2所示，为本发明的低温电子烟加热管实施例的结构示意图，具体如下：

实施例1：如图1所示，本实施例的低温电子烟加热管包括加热件、隔热件4、底座7和烟草入口1，所述隔热件4底部与底座7固定连接。所述底座7由保温材料制成，底座7中设有供电装置。底座7所用的保温材料可以是莫来石、氧化铝、氧化锆、氧化硅及其对应的纤维中的一种或几种组成的。

所述隔热件4为管体结构，隔热件4包括内层管壁11以及环绕所述内层管壁11并与所述内层管壁11间隔设置的外层管壁12，所述内层管壁11和所述外层管壁12之间形成密闭的空腔5，空腔5的径向尺寸为1mm。所述隔热件由氧化硅、莫来石、多孔氧化铝或者多孔氧化锆中的至少一种材料制备而成，且隔热件的致密度为80-95％，这些材料及其多孔结构使隔热件的热阻大，导热率低，隔热性能优良，更有利于隔热件4发挥隔热、保温的效果。所述隔热件4的外表面设有绝热密封层6，所述绝热密封层6的厚度为50微米，所述绝热密封层6由低于所述隔热件4热导率的低热导率陶瓷材料制成，本实施例的绝热密封层材料为氧化硅。

所述加热件设置在所述隔热件4管体内层管壁11的内壁上，包括加热件基材3和发热电路10，所述加热件基材3与隔热件4管体内壁贴合设置，所述发热电路10固定设置于所述加热件基材3的下部，所述发热电路10沿加热件基材3内壁设置，加热件整体高度低于隔热件4管体顶部20mm；所述加热件基材3由致密陶瓷制成。加热件基材3所用的致密陶瓷由氧化锆或氧化铝中的一种或两种材料制备而成，其致密度为95％以上，这些材料及其致密的结构使加热件基材的导热性能良好，热量传导快，可对烟草形成均匀的温度场，更有利于热量传递。

所述发热电路10为印刷的导电浆料烘干制得，所述导电浆料可以为导电的金属浆料，例如钨浆料，发热电路10与底座7中的供电装置通过镍材料引线电连接。

所述加热管的顶部设有喇叭口状的烟草入口1，烟草入口1与隔热件4顶部固定连接。

实施例2：本实施例的结构与实施例1基本相同，不同的是，加热管内外层管壁12之间的空腔5径向尺寸为2mm。所述绝热密封层6的厚度为1500微米。加热件低于隔热件4管体顶部30mm；在所述加热件上设有由导热材料制成的导热涂层9，所述导热涂层9的厚度为10微米。所述导热材料可以是以环氧树脂、聚丙烯树脂、硅胶等为基质，在基质上掺杂碳纳米管、纳米炭黑、金刚石微粉、氧化石墨烯和纳米氮化铝、纳米氮化硅、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氮化硼等导热剂的复合材料。

实施例3：本实施例与实施例2的结构基本相同，不同的是，本实施例的加热管两层管壁之间的空腔5径向尺寸为1.5mm，管体的空腔5内为真空状态。所述绝热密封层6的厚度为500微米。加热件低于隔热件4管体顶部25mm。所述导热涂层9的厚度为50微米。导热涂层9的厚度小于绝热密封层6的厚度，导热涂层9厚度小，能够更好地传递发热电路10产生的热量。在所述加热件基材和所述隔热件远离所述底座的一端之间设有绝热涂层2，本实施例中的绝热材料由具有高反射能力的铝箔和具有低热导率的z型阻燃低温绝热纸交替复合而成。在加热管内壁顶部做绝热处理，可以避免热量从管体的顶端流失，更有利于能量的充分利用。

实施例4：本实施例与实施例3的结构基本相同，不同的是，本实施例管体的空腔5为真空状态，且其气体压力低于1000pa。绝热密封层6的厚度为800微米。所述导热涂层9的厚度为30微米。所述加热件基材3的内表面上设有多个朝向外层管壁12凹陷的凹陷部8，所述凹陷部8可以为凹坑或凹槽等凹陷结构，所述凹陷部8位于发热电路10的周围，位于所述加热件基材与所述发热电路的非相对区域。增设凹陷部8，可以增大加热件基材3的传热面积，提高传热效率。

如图2所示，本发明的一个具体实施例，其加热管总高度为65mm，其中发热区的总高度为40mm，绝热涂层的总高度为20mm，加热管外径为9.6mm，内径为6mm。

在使用本产品时，首先将烟草制品由烟草入口1完全插入加热管，打开底座7供电装置的电源开关，供电装置对发热电路10进行供电，发热电路10发热，对烟草制品进行烘烤，烘烤到一定程度即可供使用者吸食。在烘烤过程中发热电路10发热，加热件基材3和导热涂层9均为高热导率材料，可对发热电路10产生的热量进行高效的传导。加热件上方的绝热涂层2具有良好的绝热效果，可有效防止加热件产生的热量由加热管管口散失，提高了保温效果和能量利用率。在发热过程中，隔热件4本身为低热导率陶瓷制成，本身保温隔热效果优良，且隔热件4为双层中空或真空状态，双层结构进一步提高了加热管的保温隔热效果，再加上隔热件4外层的外表面上加设绝热密封层6，绝热密封层6的导热率低于隔热件4的热导率，使热量更不易传导流失，使加热管的外壁保持较低的温度，大大提高了烟草的烘烤效果及产品的使用舒适度，且产品本身非常小巧，方便携带，增加了产品的适用场景。

如图3所示，制备以上低温电子烟加热管的方法步骤如下：

一、制浆步骤：

a、加热件基材制浆步骤：将40-70质量份的第一陶瓷粉，0.5-2质量份的分散剂和25-53质量份的混合溶剂在球磨机中进行第一阶段球磨混合，球磨时间为15-30h，得到第一材料；所述第一陶瓷粉为氧化锆或氧化铝中的一种或两种材料组成，所述分散剂可以为磷酸酯,所述混合溶剂可以为甲苯和无水乙醇，甲苯与无水乙醇的质量比为1～4：1。将3-7质量份的粘结剂、1.3-5质量份的塑性剂和所述第一材料在球磨机中进行第二阶段球磨混合，球磨时间为15-30h，得到制备加热件基材所需的第一浆料；所述粘结剂可以为pvb，所述塑性剂可以为dop。

第一浆料各材料可在满足上述质量配比的基础上自选，比如：第一陶瓷粉12.4kg，分散剂620g，粘结剂930g，塑性剂1.55kg，混合溶剂15.5kg；或第一陶瓷粉21.7kg，分散剂155g，粘结剂930g，塑性剂465g，混合溶剂7.75kg。

b、隔热件制浆步骤：将40-70质量份的第二陶瓷粉，0.5-2质量份的分散剂和20-53质量份的混合溶剂在球磨机中进行第一阶段球磨混合，球磨时间为15-30h，得到第二材料；所述第二陶瓷粉由氧化硅、莫来石、氧化铝或者氧化锆中的至少一种材料组成，所述分散剂可以为磷酸酯,所述混合溶剂可以为甲苯和无水乙醇，甲苯与无水乙醇的质量比为1～4：1。将3-7质量份的粘结剂、1.5-5质量份的塑性剂、5-10质量份的造孔剂和所述第二材料在球磨机中进行第二阶段球磨混合，球磨时间为15-30h，得到制备加热件基材所需的第二浆料；所述粘结剂可以为pvb，所述塑性剂可以为dop，所述造孔剂可以为无机造孔剂或有机造孔剂，比如无机造孔剂可以是碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解盐类，以及无机碳如煤粉、碳粉等；有机造孔剂可以是一些天然纤维、高分子聚合物和有机酸等，如锯末、萘、淀粉、及聚乙烯醇、尿素、甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

第二浆料各材料可在满足上述质量配比的基础上自选，比如，第二陶瓷粉12.5kg，分散剂160g，粘结剂2.17kg，塑性剂403g，造孔剂1.55kg,混合溶剂15.767kg；或第二率陶瓷粉12.7kg，分散剂170g，粘结剂1.2kg，塑性剂500g，造孔剂1.65kg,混合溶剂16.43kg。

二、真空脱泡步骤：将制得的第一浆料和第二浆料分别进行真空脱泡，真空度为-0.9～0.96kpa；脱泡时间为3-7h。

三、流延步骤：将经过步骤二真空脱泡后的第一浆料和第二浆料分别流延成第一膜片和第二膜片，流延温度均为65-95℃，流延速度均为1-2m/min，第一膜片厚度为0.1-0.3mm，第二膜片厚度为0.3-0.5mm。

四、印刷发热电路步骤：在第一膜片的对应位置丝网印刷导电浆料并烘干，所述导电浆料可以为导电的金属浆料，例如钨浆料等，形成发热电路。

五、制备隔热件生坯步骤：在两个第二膜片之间叠加一层有机膜得到隔热件生坯。所述有机膜为可烧蚀材料制成的膜片，可以为木质纤维，如木材，核桃粉、人造复合板、竹木等等；或炭氢化合物，如pvb、pva、ps、pmma等；或炭材料，如石墨烯、石墨、炭黑等。

六、缠绕成型步骤：在圆柱体的不锈钢棒芯上由内向外依次缠绕第一膜片和隔热件生坯，第一膜片装有发热电路一侧与棒芯贴合，且所述发热电路位于所述加热管的下部。

七、等静压步骤：可对缠绕成型步骤形成的第一膜片、隔热件生坯和棒芯一起进行等静压处理，可以是温等静压或冷等静压，经过等静压处理之后抽出中间的棒芯，得到加热管的管状生坯。等静压温度范围为20-75℃，压力为60-140mpa，保压时间2-5min。

八、排胶烧结步骤：将等静压步骤形成的加热管生坯放入排胶炉中进行排胶，从室温升到350℃时，升温速率为0.4-0.6℃/min；从350℃升温到650℃，升温速率为0.8-1.2℃/min，升温到650±15℃后保温0.5-1.5h。排胶后转移到气氛炉中进行高温烧结，所述气氛炉中的气氛为还原气氛，优选氢气和氮气的混合气体，其体积比为h2:n2＝1～4:1。烧结温度为1700±15℃，从室温升到1200℃时，升温速率为9-11℃/min；从1200℃升温到1700℃时，升温速率为2-4℃/min；升温至1700±15℃后保温时间0.5-1.5h，得到含发热件的双层陶瓷管。在本步骤中，由于隔热件生坯中间的有机膜被烧蚀掉，因此在隔热件的中间形成了密闭的空腔结构。

九、引线焊接步骤：在排胶烧结步骤制得的双层陶瓷管的发热电路上焊接引线，引线材质为镍线，以便与供电装置连接形成所述加热管。

十、组装步骤：在引线焊接步骤形成的产品上安装底座和烟草入口，所述底座中设置有供电装置，所述引线与所述供电装置连接，制得所述加热管。

最终制得的隔热件的致密度为80-95％，加热件基材的致密度为95％以上。

针对加热管的加热件基材上设有凹陷部，本实施例还可以增加以下步骤：在步骤三将第一浆料流延成第一膜片后，在第一膜片表面增设至少两个以上的凹坑或凹槽形成的凹陷部；在进行缠绕步骤时，将第一膜片设有凹陷部的一面与棒芯进行贴合。

针对加热管的外表面设有绝热密封层，本实施例还可以增加以下步骤：在排胶烧结步骤后，在手套箱中将得到的双层陶瓷管外层的外壁上覆盖由低热导率陶瓷材料制得的绝热密封层，本实施例的绝热密封层为氧化硅，绝热密封层的厚度范围为50-1500微米，例如可以为50微米、70微米、100微米、300微米、500微米、700微米、1000微米、1200微米或1500微米。

针对加热管两层管壁间的空腔5为真空状态，本实施例还可以增加以下步骤：在步骤八后对隔热件进行抽真空操作，使隔热件两层管壁间的空腔5处于真空状态，进一步减小隔热件的传热速率，降低漏热，隔热件抽真空到低于10pa的负压时，是效率最高的绝热形式。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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