CN110115397A - 一种用于磁粒均热的感应加热材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁粒均热的感应加热材料，它是由基体材料、1～4种导磁性金属与耐高温导磁性非金属组成的。本发明使用1‑4种导磁性金属材料，不同导磁性金属材料具有不同的居里温度，当加热温度达到居里点时，会使金属消磁，从而停止对金属进行加热，当温度低于居里温度时，金属又恢复磁性，对发烟段再次进行加热，实现不同温度梯度加热，在抽吸过程中始终保持加热模式，改善了发烟基质加热的均匀性提升了消费者的抽吸体验。

Description

一种用于磁粒均热的感应加热材料

【技术领域】

本发明属于加热不燃烧卷烟加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于磁粒均热的感应加热材料。

【背景技术】

传统的卷烟需要通过明火点燃燃烧香烟，卷烟在高温燃烧过程中会释放近6000种对人和周围环境有害的物质，这些有害成分经烟气被人体吸收后会危害吸烟者和周围人群的健康。有研究表明，尼古丁和多数烟草香味成分在低温度下(300-500℃)就可以转移到烟气中，降低烟草燃烧裂解温度，在保持发烟基质满足生理满足感和香气的同时，可使烟气多种有害成分可以大幅度降低。加热不燃烧卷烟就是利用特殊热源对烟丝进行加热，加热的温度最高不超过500℃，烟气有害化学成分和生物毒性大幅降低，从而显著减少了对人体和环境的危害。

加热不燃烧卷烟烟草制品根据加热方式的不同，可分为电阻加热型、理化反应加热型、燃料加热型等，均是不需要燃烧只是通过加热烟丝，烘烤出烟草中的尼古丁和香味物质，来满足吸烟者的需求。目前市面主要是以电阻加热型为主，传热效率低，加热完成后腔体中残留物质多，影响抽吸口感，并且连续抽吸后加热器温度急剧升高，有***的风险。

电磁感应加热，是通过电子线路板组成部分产生交变磁场，对应金属表面切割交变磁力线从而产生交变的电流(即涡流)，涡流使金属原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，起到加热物品的效果，热效率可达95％，烟枪无需清洁，加热器的热量均被感应加热材料和发烟段所带走不存在加热器发烫问题。但是目前电磁感应加热技术，由于在交变磁场中发烟基质的感应加热材料为常规的铁素材料，铁素的居里温度为769℃，在加热过程中一致加热直至769℃，抽吸几口后，会出现焦胡味，极大的影响了抽吸口感，导磁性感应加热材料的居里温度会影响发烟段的加热温度，导致发烟段受热不均，温度不宜控制，大大降低消费者的消费体验。

因此，针对现有技术的诸多技术缺陷，本发明人通过调整电磁感应加热的导磁性金属感应加热材料，进行了大量的试验与分析，终于完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种用于磁粒均热的感应加热材料。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种用于磁粒均热的感应加热材料。

所述的感应加热材料是由基体材料、1～4种导磁性金属与耐高温导磁性非金属组成的，被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中。

根据本发明的一种优选实施方式，所述导磁性金属是一种或多种选自铁、镍、钴、铁硅合金、铁氧体永磁铁、钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴的导磁性金属，它们的居里温度彼此相差20～30℃。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的基体材料选自纯铁、铁合金、铁氧化物、镍合金、铬合金、铜合金、铝合金或石墨。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的耐高温导磁性非金属是锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锰铁氧体或锂锰铁氧体。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的基体材料、导磁性金属与耐高温导磁性非金属的重量比是1.0：0.2～1.0：0.2～0.5。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述耐高温导磁性非金属包裹层厚度是0.2～1.0mm。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的导磁性金属以点、线、条或其它规则形状方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上。

根据本发明的另一种优选实施方式，镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.002～0.01g/mm²。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的感应加热材料呈棒、片或颗粒形状。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的感应加热材料的居里温度为290～500℃。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种用于磁粒均热的感应加热材料。

所述的感应加热材料是由基体材料、1～4种导磁性金属与耐高温导磁性非金属组成的，被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中。

在本发明中，所述的磁粒均热理解如下：在被加热的物料中添加导磁性颗粒物料，混合均匀，然后将这种被加热物料放到被电磁感应线圈包裹的加热腔体中，这些导磁性颗粒物料接受由中高频振荡电路发出的电磁感应能量而使其产生热量，于是使其中的被加热物料均匀加热。

在本发明中，所述的基体材料应该理解是一种具有能够感应电磁能量并实现加热功能的材料。当然，凡是具有这种功能，并且对本发明磁粒均热感应加热材料不产生负作用的其它材料都可以用于本发明，这些材料也都在本发明的范围之内。

本发明使用的基体材料选自纯铁、铁合金、铁氧化物、镍合金、铬合金、铜合金、铝合金或石墨。

本发明使用的基体材料都是目前市场上销售的产品，例如纯铁是由上海双加工贸有限公司以商品名电磁纯铁销售的纯铁。所述的铁合金是含有硅锰、硅钙、硅锆或硅锰铝的铁合金，例如由安阳市鑫予泽冶金材料有限公司以商品名硅锰合金销售的铁合金产品。所述的铁氧化物是氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe₂O₃)或四氧化三铁(Fe₃O₄)铁氧化物，例如由济南汇丰达化工有限公司以商品名氧化铁(Fe2O3)销售的铁氧化物产品。所述的镍合金是镍铁合金、镍铜合金或镍锡合金镍合金，例如由东莞市万申金属材料有限公司以商品名镍铁合金BAl6－1.5销售的镍合金产品。所述的铬合金是铬钴合金、铬镍合金、铬镍铁合金或高铬合金，例如由上海鑫崆金属科技有限公司以商品名耐磨耐高温铬镍铁合金销售的铬合金产品。所述的铜合金是锡黄铜、高锰铜合金、耐铝青铜或白铜铜合金，例如由上海裕勒金属制品有限公司以商品名锡黄铜C46400销售的铜合金产品。所述的铝合金是铝铜合金、铝镁合金、高锰铝合金或铝硅合金铝合金，例如由上海皓尹金属材料有限公司以商品名3A21高锰铝合金销售的铝合金产品。所述的石墨是致密结晶状石墨或鳞片石墨，例如由青岛日升石墨有限公司以商品名鳞片石墨销售的产品。

在本发明中，导磁性颗粒物料通常理解是导磁性金属颗粒物料。

根据本发明，导磁性金属应该理解是具有能够传导磁场的金属材料，这样的材料具有在交变磁场的影响下产生热量的特性。当然，凡是具有这种作用，并且对本发明磁粒均热感应加热材料不产生负作用的其它金属都可以用于本发明，这些材料也都在本发明的范围之内。

所述的导磁性金属是一种或多种选自铁、镍、钴、铁硅合金、铁氧体永磁铁、钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴的导磁性金属。本发明使用的导磁性金属都是目前市场上销售的产品，例如由深圳市横店钱江磁钢有限公司以商品名铁氧体永磁元件销售的铁氧体永磁铁、由上海胜磁磁业有限公司公司以商品名钕铁硼强力磁铁元件销售的钕铁硼磁铁、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体、由苏州艾博特磁业有限公司以商品名钐钴磁钢材料销售的钐钴合金材料、由苏州艾博特磁业有限公司以商品名铝镍钴磁钢材料销售的铝镍钴合金材料。

根据本发明，耐高温导磁性非金属应该理解是能承受300℃以上温度的导磁性非金属材料。当然，凡是具有这种性能，并且对本发明磁粒均热感应加热材料不产生负作用的其它非金属都可以用于本发明，这些非金属材料也都在本发明的保护范围之内。

所述的耐高温导磁性非金属是锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锰铁氧体或锂锰铁氧体。本发明使用的耐高温导磁性非金属都是目前市场上销售的产品，例如由海宁市康明电子有限公司以商品名锰锌铁氧体元件销售的锰锌铁氧体、由海宁市康明电子有限公司以商品名镍锌铁氧体元件销售的镍锌铁氧体、由深圳市恒胜兴磁业有限公司以商品名软磁铁氧体磁芯元件销售的镁锰铁氧体、由余姚市嘉鑫磁材有限公司以商品名锂锰铁氧体元件销售的锂锰铁氧体。

在本发明中，所述的基体材料、导磁性金属与耐高温导磁性非金属的重量比是1.0：0.2～1.0：0.2～0.5。基体材料与耐高温导磁性非金属用量在所述范围内时，如果导磁性金属的用量低于0.2，则会磁感体感应能力不足，加热效率偏低；如果导磁性金属的用量高于1.0，则会导致成本上升；因此，导磁性金属的用量为0.2～1.0是合理的，优选地是0.4～0.8；同样地，基体材料与导磁性金属用量在所述范围内时，如果耐高温导磁性非金属的用量低于0.2，则会影响加热的均匀性；如果耐高温导磁性非金属的用量高于0.5，则会磁感体感应能力不足，加热效率偏低；因此，耐高温导磁性非金属的用量为0.2～0.5是恰当的，优选地是0.2～0.4。

根据本发明，被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中，其包裹方法参见文献CN 201610385850、发明名称《一种复合功能磁条及其制备方法》。所述耐高温导磁性非金属包裹层厚度是0.2～1.0mm。如果耐高温导磁性非金属包裹层厚度超过所述的范围是不可取的，因为包裹层过厚则影响加热效率，包裹层过薄则影响加热的均匀性。

或者，所述的导磁性金属以点、线、条或其它规则形状方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上，其镶嵌方法参见文献CN201310050678、发明名称《用于固定地紧固金属镶嵌物的装置》。镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.002～0.01g/mm²。如果导磁性金属量低于0.002g/mm²，则生产成本过高；如果导磁性金属量高于0.01g/mm²，则有效的感应材料质量不足，加热效率低；因此，导磁性金属量为0.002～0.01g/mm²是合适的，优选地是0.004～0.008g/mm²；其导磁性金属量测定方法参见文献李东、熊倩，《一种非铁磁性金属上非铁磁性金属涂镀层厚度的测量方法》，《无损检测》，2018年2月。根据本发明，所述的感应加热材料呈棒、片或颗粒形状。当然，所述的感应加热材料也可以为其它的形状，只是它们的最大宽度应该小于卷烟直径，而长度短于发烟基质发烟段。

根据非接触式红外辐射温度测量标准方法检测，本发明感应加热材料的居里温度为290～500℃。其居里温度超过所述的范围是不可取的，这是因为如果居里温度低于290℃则会导致本发明装置达不到使被加热烟草材料释放烟气所需要的温度条件，而居里温度超过500℃则会烟草原料发生燃烧，导致设备过热而使消费者难以承受。

本发明的感应加热材料应用于控制发烟基质感应加热材料中。

优选地，所述的感应加热材料均匀地分散在发烟基质中。将所述的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据《YC_T 138-1998_烟草及烟草制品感官评价方法》标准规定组织评吸专家进行评吸，其评吸结果列于下面的表1中。

同时，使用中心加热元件的HNB烟草烟弹作为对照样品也进行了评吸，其评吸结果也列于表1中。

表1：添加本发明感应加热材料的加热不燃烧卷烟评吸结果

表1列出的评吸结果表明，使用本发明磁粒均热材料加热的HNB烟草产品烟气浓度好，抽吸前后段温度，且香气浓郁，刺激与余味较小，整体感官质量有显著提升。

[有益效果]

本发明的有益效果是：使用由磁导性金属材料与非金属材料复合制备的磁粒均热加热元件解决了对不同工作频率交变磁场的适应能力，在50～1000KHz条件下的都保持高效率，同时通过复合材料，提升了加热元件的加热均匀性。

本发明感应加热材料在磁场内交变磁力线作用下会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料传热至发烟基质，提供发烟基质抽吸体验。本发明选用1-4种不同感应加热材料，不同导磁性金属材料具有不同的居里温度，当加热温度达到居里点时，会使金属消磁，从而停止对金属进行加热，当温度低于居里温度时，金属又恢复磁性，对发烟段再次进行加热，实现不同温度梯度加热，在抽吸过程中始终保持加热模式，改善了发烟基质加热的均匀性提升了消费者的抽吸体验。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由纯铁基体材料、由上海胜磁磁业有限公司以商品名铝镍钴耐高温磁钢元件销售的铝镍钴导磁性金属与由海宁市康明电子有限公司以商品名锰锌铁氧体元件销售的耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.8：0.3组成的，所述导磁性金属被所述耐高温导磁性非金属包裹，其包裹层厚度是0.6mm。

被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中，得到的感应加热材料呈棒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为420℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例2：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由镍合金基体材料、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体与由上海胜磁磁业有限公司以商品名铁氧体磁铁元件销售的铁氧体(重量比1:1，两者居里温度相差20℃)导磁性金属、由海宁市康明电子有限公司以商品名镍锌铁氧体元件销售的镍锌铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.2：0.2组成的，所述导磁性金属被所述耐高温导磁性非金属包裹，其包裹层厚度是0.2mm。

被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中，得到的感应加热材料呈片形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为350℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例3：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由铜合金基体材料、由湖南恒博新材料有限公司以商品名FeSi10铁合金销售的铁硅合金、由深圳市横店钱江磁钢有限公司以商品名铁氧体永磁元件销售的铁氧体永磁铁、由漯河市绿山商贸有限公司以商品名高纯度电解镍销售的镍(重量比1：1：2，它们的居里温度依次相差22℃与29℃)导磁性金属、由深圳市恒胜兴磁业有限公司以商品名软磁铁氧体磁芯元件销售的镁锰铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.4：0.5组成的，所述导磁性金属被所述耐高温导磁性非金属包裹，其包裹层厚度是1.0mm。

被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中，得到的感应加热材料呈颗粒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为290℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例4：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由石墨基体材料、由湖南恒博新材料有限公司以商品名FeSi10铁合金销售的铁硅合金、由苏州艾博特磁业有限公司以商品名钐钴磁钢材料销售的钐钴合金材料、由上海胜磁磁业有限公司以商品名铝镍钴耐高温磁钢元件销售的铝镍钴导磁性金属、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体(重量比2：1：2：0.5，它们的居里温度依次相差22℃、20℃与30℃)导磁性金属、由余姚市嘉鑫磁材有限公司以商品名锂锰铁氧体元件销售的锂锰铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：1.0：0.4组成的，所述导磁性金属被所述耐高温导磁性非金属包裹，其包裹层厚度是0.8mm。

被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的基体材料中，得到的感应加热材料呈颗粒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为500℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例5：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由纯铁基体材料、由上海胜磁磁业有限公司以商品名铝镍钴耐高温磁钢元件销售的铝镍钴导磁性金属与由海宁市康明电子有限公司以商品名锰锌铁氧体元件销售的锰锌铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.6：0.2组成的，所述的导磁性金属以点方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上，镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.008g/mm²。得到的感应加热材料呈棒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为500℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例6：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由镍合金基体材料、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体与由深圳市横店钱江磁钢有限公司以商品名铁氧体永磁元件销售的铁氧体永磁铁(重量比1:1，两者居里温度相差20℃)导磁性金属、由海宁市康明电子有限公司以商品名镍锌铁氧体元件销售的镍锌铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.4：0.5组成的，所述的导磁性金属以条方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上，镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.002g/mm²。得到的感应加热材料呈片形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为300℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例7：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由铜合金基体材料、由湖南恒博新材料有限公司以商品名FeSi10铁合金销售的铁硅合金、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体、由东莞市万申金属材料有限公司以商品名镍铁合金BAl6－1.5销售的镍合金产品(重量比1：1：2，它们的居里温度依次相差22℃与29℃)导磁性金属、由深圳市恒胜兴磁业有限公司以商品名软磁铁氧体磁芯元件销售的镁锰铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：1.0：0.2组成的，所述的导磁性金属以线方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上，镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.005g/mm²。得到的感应加热材料呈棒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为360℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

实施例8：本发明磁粒均热感应加热材料

该实施例的实施方式如下：

所述的感应加热材料是由石墨基体材料、由湖南恒博新材料有限公司以商品名FeSi10铁合金销售的铁硅合金、由苏州艾博特磁业有限公司以商品名钐钴磁钢材料销售的钐钴合金材料、由上海胜磁磁业有限公司以商品名铝镍钴耐高温磁钢元件销售的铝镍钴导磁性金属、由东莞市嘉磁金属有限公司公司以商品名锶钙铁氧体元件销售的锶钙铁氧体(重量比2：1：2：0.5，它们的居里温度依次相差22℃、20℃与30℃)导磁性金属、由余姚市嘉鑫磁材有限公司以商品名锂锰铁氧体元件销售的锂锰铁氧体耐高温导磁性非金属按照重量比1.0：0.5：0.3组成的，所述的导磁性金属以点方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上，镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.01g/mm²。得到的感应加热材料呈棒形状。根据本说明书描述的方法检测，它的居里温度为425℃。

将本实施例的感应加热材料均匀地分散在加热不燃烧发烟基质中，得到磁粒均热的加热不燃烧卷烟。根据本说明书描述的方法评吸，其结果与表1中列出的结果一致。

Claims (10)

1.一种用于磁粒均热的感应加热材料，其特征在于它是由基体材料、1～4种导磁性金属与耐高温导磁性非金属组成的，被所述耐高温导磁性非金属包裹的导磁性金属均匀地分散在所述的感应加热材料中。

2.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述导磁性金属是一种或多种选自铁、镍、钴、铁硅合金、铁氧体永磁铁、钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴的导磁性金属，它们的居里温度彼此相差20～30℃。

3.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述的基体材料选自纯铁、铁合金、铁氧化物、镍合金、铬合金、铜合金、铝合金或石墨。

4.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述的耐高温导磁性非金属是锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锰铁氧体或锂锰铁氧体。

5.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述的基体材料、导磁性金属与耐高温导磁性非金属的重量比是1.0：0.2～1.0：0.2～0.5。

6.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述耐高温导磁性非金属包裹层厚度是0.2～1.0mm。

7.根据权利要求1所述的感应加热材料，其特征在于所述的导磁性金属以点、线、条或其它规则形状方式镶嵌在所述的耐高温导磁性非金属材料表面上。

8.根据权利要求7所述的感应加热材料，其特征在于镶嵌在耐高温导磁性非金属材料表面上的导磁性金属量是0.002～0.01g/mm²。

9.根据权利要求7所述的感应加热材料，其特征在于它呈棒、片或颗粒形状。

10.根据权利要求7所述的感应加热材料，其特征在于它的居里温度为290～500℃。