本发明属于加热不燃烧新型卷烟产品领域，具体涉及一种用于电加热卷烟烟具的碳纳米加热元件。
背景技术：
加热不燃烧卷烟烟具常用的碳纳米加热元件通常为柔性加热元件，具有发热速度快，加热温度均匀等优点，但柔性碳纳米发热元件自身不具备形状保持能力，必须通过粘接等工艺方法附着在刚性材料上。而粘接工艺使用的粘接剂在烟支加热过程中有可能发生化学变化，产生某些未知气体，破坏烟支的抽吸体验。同时，粘接的碳纳米纸在使用过程中存在较大的脱落风险，降低了新型卷烟烟具的使用可靠性。
另一方面，目前碳纳米加热元件的导电引脚一般采用焊接的方法进行连接，但存在焊接强度低，接触电阻较大的问题。在烟具通电工作时，较大的接触电阻会导致导电引脚与柔性碳纳米加热元件接触部位产生大量热量，温度迅速升高，进一步增大加热元件引脚脱落风险。
为了解决以上问题，提出本发明。
技术实现要素：
本发明通过将碳纳米浆料直接附着在刚性基体上，将导电引脚埋在碳纳米浆料中，提供了一种新型碳纳米加热元件，解决了现有碳纳米加热元件形状保持能力差、焊接强度低、接触电阻大的问题。
本发明提供一种用于电加热卷烟烟具的碳纳米加热元件，其包括刚性基体1、碳纳米加热部件2、引脚3和保护层4；
所述刚性基体1包括空腔11和开孔12，所述碳纳米加热部件2位于所述空腔11中，所述引脚3一端至少部分位于所述碳纳米加热部件2中，另一端通过开孔12穿出所述碳纳米加热部件2一部分；
所述保护层4位于所述刚性基体1和/或碳纳米加热部件2外侧。
优选地，所述刚性基体1为片状、棒状或者双层空管状。当烟具为中心加热型烟具时，加热元件为中心加热片或者针状的中心加热棒；当烟具为周向加热型烟具时，加热元件为周向加热的双层空管。
其中，当所述刚性基体1为片状时，所述空腔11位于片状所述刚性基材1内部，其中，可以仅将片状所述刚性基材1内部部分掏空作为空腔11，也可以将片状所述刚性基材1双面中一面去掉，以从该面向对面延伸的一个凹槽作为空腔11，此时，碳纳米加热部件2与刚性基体1去掉一面的外沿平齐；当所述刚性基体1为棒状时，所述空腔11位于棒状所述刚性基材1内部；当所述刚性基体1为双层空管状时，所述空腔11位于双层空管状所述刚性基材1双层空管之间的间隙。
优选地，所述空腔11由平面和/或曲面形成，其可以是长条状、多边形状等任意形状；可通过改变空腔的形状来改变碳纳米浆料的分布，从而改变电加热元件的加热区域。
优选地，所述保护层4为耐高温材料，所述耐高温为在工作时间内可承受高达500℃的温度，可以是耐高温涂层或者耐高温柔性塑料，刚性基体1接触的保护层及与碳纳米浆料2接触的保护层可以是同一种材料或者不同材料。进一步优选地，保护层4可选用低温保护釉材料，刚性基体1接触的保护层及与碳纳米浆料2接触的保护层均选用低温釉作为保护层。保护层4不仅有电压绝缘保护作用，同时可防止发热浆料受外界腐蚀性气体或者液体的影响，延长使用寿命。
优选地，所述刚性基体1为绝缘的刚性材料，使碳纳米浆料保持所需要的形状，选自陶瓷、玻璃、塑料或者经过绝缘处理的导电材料。也就是说，刚性基体1可以是一种陶瓷材料，可以为但不限于氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化铝陶瓷，也可以是一种玻璃材料，可以为但不限于石英玻璃、高硅玻璃、硼硅酸盐玻璃，也可以是一种耐高温的塑料，可以为但不限于聚醚醚酮(peek)塑料，聚酰亚胺(pi)塑料。刚性基体1也可以是经过绝缘处理的导电材料，可以为但不限于不锈钢、铝合金、铜合金，钛合金、镍合金。
所述的碳纳米加热元件的制备方法，其包括以下步骤：
a、制备具有空腔11和开孔12的刚性基体1；该刚性基体1的制备可以选用上述刚性基体1的材料经常规的混料、模压成型、干燥脱脂和烧结等工序制备；
b、将碳纳米浆料采用灌浆的方式注入所述空腔11中，将引脚3一端至少一部分埋入2中，另一端穿出开孔12一部分，烘干；
c、将耐高温材料覆盖在所述刚性基体1和/或碳纳米加热部件2外侧，得到所述碳纳米加热元件，所述耐高温为在工作时间内可承受高达500℃的温度，当保护层4的材料为耐高温涂层时，可以涂覆在所述刚性基体1和/或碳纳米加热部件2外表面；当保护层4的材料为耐高温柔性塑料，可以直接包覆在所述刚性基体1和/或碳纳米加热部件2外表面。
其中，导电引脚3预埋在碳纳米浆料中，与碳纳米浆料直接接触。导电引脚3通过碳纳米浆料固定在刚性基体1上，可全部或者部分被碳纳米浆料覆盖。固化后导电引脚、碳纳米浆料和刚性基体形成一个整体。优选地，导电引脚表面可进行喷砂处理，增大引脚表面粗糙度，增加引脚与碳纳米浆料的接触面积。
优选地，所述碳纳米浆料是以碳纳米材料为主体的混合物，基于重量百分比，碳纳米材料的质量为所述碳纳米浆料质量的50％～80％，其余为纤维素、粘接剂、稳定剂或表面活性剂。进一步优选地，碳纳米浆料中碳纳米材料的质量百分数为65％。
其中，碳纳米浆料2是具备一种电阻发热浆料，方阻值在5mohm/sq～100mohm/sq之间，可依据电加热元件电阻和图形要求进行调整。进一步优选地，碳纳米浆料的方阻在45mohm/sq～60mohm/sq之间。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将碳纳米浆料直接灌入刚性基体1的空腔11中，烘干后碳纳米加热部件2直接附着在刚性基体1上，空腔11可以是长条状、多边形状等任意形状，可通过改变空腔的形状来改变碳纳米浆料的分布，从而改变电加热元件的加热区域。进一步，本发明解决了现有技术采用粘接工艺将柔性碳纳米纸粘接在刚性基体上存在的粘接剂在烟支加热过程中产生未知气体，破坏烟支的抽吸体验、以及碳纳米纸在使用过程中容易脱落的问题，提高了加热不燃烧卷烟烟具的使用可靠性。
2、本发明碳纳米加热部件2直接将导电引脚埋在碳纳米浆料中与碳纳米浆料一同干燥，解决了现有技术中导电引脚焊接强度低、接触电阻较大，以及温度升高后，引脚容易脱落的问题。
3、本发明碳纳米加热元件包括保护层4，所述保护层4为耐高温材料，所述耐高温为在工作时间内可承受高达500℃的温度，可以是耐高温涂层或者耐高温柔性塑料。保护层4不仅有电压绝缘保护作用，同时可防止发热浆料受外界腐蚀性气体或者液体的影响，延长使用寿命。
附图说明
图1是本发明的碳纳米加热元件的结构示意图；
图2是本发明的碳纳米加热元件沿b-b面剖开后截面局部图；
图3是本发明的碳纳米加热元件的刚性基体1结构示意图；
图4是本发明的碳纳米加热元件的刚性基体1沿a-a面剖开后截面图。
附图标记在附图说明中的名称：1、刚性基体，2、碳纳米加热部件，3、引脚，4、保护层，11、空腔，12、开孔。
具体实施方式：
以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明，实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
本实施例为一种用于电加热卷烟烟具的碳纳米加热元件见图1，图3为刚性基1体的结构示意图。在本实施例中，加热元件结构为片状。
选用氧化铝陶瓷粉料，经混料、模压成型、干燥脱脂和烧结等工序，制成氧化铝含量为96％的刚性基体1。
如图3所示，在本实施列中，刚性基体1的空腔由5个平面组成，也就是说，将片状所述刚性基材1双面中一面去掉，以从该面向对面延伸的一个凹槽作为空腔11，此时，碳纳米加热部件2与刚性基体1去掉一面的外沿平齐。刚性基体1烧结完成后，采用喷砂工艺处理刚性基体1的空腔11，增大空腔11的表面粗糙度。
将碳纳米材料、纤维素、粘接剂、稳定剂和表面活性剂混合均匀，其中碳纳米材料的质量百分数为65％，碳纳米浆料方阻为40～45mohm/sq。
采用喷砂工艺处理引脚3外表面，增大引脚3的表面粗糙度。
通过外部夹具将导电引脚3固定在刚性基体1上。
将碳纳米浆料灌入刚性基体1空腔中，静置烘干，烘干温度设定为120℃。
将同一种低温釉(最低承受260℃温度)分别均匀涂覆在刚性基体1和碳纳米浆料2上，低温釉的烧结温度为450～500℃。
1.一种用于电加热卷烟烟具的碳纳米加热元件，其特征在于，其包括刚性基体(1)、碳纳米加热部件(2)、引脚(3)和保护层(4)；
所述刚性基体(1)包括空腔(11)和开孔(12)，所述碳纳米加热部件(2)位于所述空腔(11)中，所述引脚(3)一端至少部分位于所述碳纳米加热部件(2)中，另一端通过开孔(12)穿出所述碳纳米加热部件(2)一部分；
所述保护层(4)位于所述刚性基体(1)和/或碳纳米加热部件(2)外侧。
2.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述刚性基体(1)为片状、棒状或者双层空管状。
3.根据权利要求2所述的碳纳米加热元件，其特征在于，当所述刚性基体(1)为片状时，所述空腔(11)位于片状所述刚性基材(1)内部；当所述刚性基体(1)为棒状时，所述空腔(11)位于棒状所述刚性基材(1)内部；当所述刚性基体(1)为双层空管状时，所述空腔(11)位于双层空管状所述刚性基材(1)双层空管之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述空腔(11)由平面和/或曲面形成。
5.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述保护层4为耐高温材料，所述耐高温为在工作时间内可承受高达500℃的温度。
6.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述刚性基体(1)为绝缘的刚性材料，选自陶瓷、玻璃、塑料或者经过绝缘处理的导电材料。
7.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
a、制备具有空腔(11)和开孔(12)的刚性基体(1)；
b、将碳纳米浆料采用灌浆的方式注入所述空腔(11)中，将引脚(3)一端至少一部分埋入(2)中，另一端穿出开孔(12)一部分，烘干；
c、将耐高温材料覆盖在所述刚性基体(1)和/或碳纳米加热部件(2)外侧，得到所述碳纳米加热元件，所述耐高温为在工作时间内可承受高达500℃的温度。
8.根据权利要求7所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米浆料中包括碳纳米材料，还包括纤维素、粘接剂、稳定剂或表面活性剂，基于重量百分比，碳纳米材料占所述碳纳米浆料的50％～80％。
9.根据权利要求7所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米浆料方阻为5mohm/sq-100mohm/sq。
技术总结