香烟成分的导热系数测试

Image source: FDA Vaporizers, E-Cigarettes, and other Electronic Nicotine Delivery Systems (ENDS)

烟草和其他香烟成分的热物理性质是香烟燃烧模型以及烟草工艺设计和表征的重要参数。其中，导热系数、热扩散系数和热容是关键参数，了解这些值对于开发和改进香烟至关重要。另外，对于传统卷烟，了解与燃烧的香烟接触的材料的这些热物理性质对于理解与香烟相关的火灾情况也至关重要。

.香烟类型：

o卷纸香烟

o加热式香烟

香烟成分的导热系数测试

.可测试材料：

o烟草/烟丝

o雾化芯（棉或陶瓷材料）

o雾化器壁面材料（塑料等）

o过滤嘴材料

o卷烟引燃测试材料（布料、泡沫等）

T R I D E N T

三合一导热系数分析仪
一台仪器，三种方法
适应标准：ASTM D7984, D5334,D5930, ISO 22007-2,GB/T32064

MTPS传感器

改良瞬态平面热源法(MTPS)

.单面传感器，仅需一块样品

.同时测量吸热系数（effusivity）

.符合ASTM D7984标准

.三种方法中操作简便、重复性好

.测试对样品无损，仅需几秒

.通用

.测试固体、液体、粉末、浆料各种样品类型

.可选配高压仓

.广泛的温度范围

TPS传感器

瞬态平面热源法(TPS)

.双面传感器，需要两块相同的样品

.同时测试热扩散系数（diffusivity）

.可灵活设置测试参数（时间和功率）

.无需接触介质

.有专门的薄板模块（Slab）、各向异性模块（Anisotropy）和薄膜模块（Thin film）

.符合ISO 22007-2和GB/T 32064

TLS探针传感器

TLS探针法

.适合测试半固体材料（颗粒、熔融高分子、泥浆、凝胶和土壤等）

.测试时将电加热的探针插入样品

.由于热对流，不适合测试低黏度的液体，比如水；由于接触，不推荐用于测试硬质块材

.符合ASTM D5334, D5930 和IEEE Std 442标准

导热系数范围
(W/mK)

 0 –500

 0 -2000

 0.1 to 6

 
温度范围

 -50o to 200oC
(可扩展至500oC)

 -50o to 80oC
(可扩展至500oC)

 -55o to 200oC

 
精度

 优于1%

 优于2% 

 优于3%

 
准确度

 优于5%

 优于5%

 20°C时，为
±(3% + 0.02) W/mK

 
标准

 ASTM D7984

 ISO 22007-2,GB/T32064

 ASTM D5334, D5930, 和IEEE 442

技术参数

客户感言

“We purchased theC-Therm Thermal Conductivity Analyzerafter seeing a demonstration of how fast and easy it is to operate. The instrument provides unequivocal results and provides the flexibility to test powders and liquids. In terms of our satisfaction with the purchase, I’d give it a 10 out of 10 –extremely satisfied.”
Dr. Enrique Jackson, NASA 

BRUCE E. WAYMACKAND JOSEPH L. BANYASZPHILIP MORRISUSARESEARCH CENTER, 4201 COMMERCE RD. RICHMOND, VA23234 USA

THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF TOBACCO AND CIGARETTES

Copyright . 2021 C-Therm Technologies Ltd.

应用案例1 –Philip Morris 

.测试的烟丝样品类型：

oBright

oBurley

oBlend

.将烟丝样品放置在不同的相对湿度（RH）条件下平衡，以产生不同的水分含量

.对同一种样品，也进行不同体积密度下的测试。

Text

Description automatically generated with medium confidence
测试装置示意图

烟草与体积密度

.测试结果表明，无论哪种烟草类型，导热率都是体积或表观密度的线性函数

.所有这些烟草都在55％RH下平衡到大约相同的水分含量（通常为干重的11 –12％）。对于典型的约0.25 g / cc的烟杆密度，烟床的热导率大约是0.08 W / mK

图1.烟丝的导热率与体积密度的关系

烟草与水分含量

.在水分含量是干重0-30%的范围内时，混合烟草的导热系数是水分含量的近似线性函数。

图2.混合烟草的导热率与水分含量的关系

不同烟草的比较

*导热系数、吸热系数为MTPS测量所得，比热和热扩散系数为软件推算所得

表1. 在可比的密度、水分含量和温度（25°C）下，不同烟草的热物理性质比较

不同烟草的比较

表2. 在25°C、“干燥”条件下，不同烟草的导热率和比热

.烟草样品使用Drierite干燥，水分含量仅为2%左右（100°C时测量重量损失）

.导热率和比热随烟草类型变化不大

应用案例2 –Juul 

室温条件下，测试了两种烟草样品和一种过滤纤维样品的导热系数

样品

 导热系数平均值(W/mK)

 RSD (%)

 
Expanded tobacco

 0.079

 0.6

 
Virginia tobacco

 0.068

 0.5

 
Microfiber filters

 0.038

 0.8

应用案例3 –陶瓷类材料

室温条件下，对耐高温陶瓷（pyroceram）样品进行了测试

A picture containing indoor, lamp, table

Description automatically generated
测试

 导热系数(W/mK)

 
1

 4.055

 
2

 4.091

 
3

 4.045

 
4

 4.015

 
5

 4.060

 
平均值

 4.053