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CN101873810A - 包括用于减少微粒穿透的随机定向纤维的过滤嘴 - Google Patents

包括用于减少微粒穿透的随机定向纤维的过滤嘴 Download PDF

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CN101873810A CN200880117548A CN200880117548A CN101873810A CN 101873810 A CN101873810 A CN 101873810A CN 200880117548 A CN200880117548 A CN 200880117548A CN 200880117548 A CN200880117548 A CN 200880117548A CN 101873810 A CN101873810 A CN 101873810A
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plug
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adsorbent
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S·哈
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L·L·薛
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Abstract

本发明提供了一种香烟过滤嘴(10)和制造该过滤嘴的方法。该过滤嘴(10)包括散布在过滤嘴(10)内的吸附剂(12)和下游的随机定向纤维(14)的芯棒(16)。该随机定向纤维(14)机械捕获吸入在烟草烟气中的吸附剂微粒。一个或多个轴向定向纤维(30)的芯棒(25)还可以被置于吸附剂(12)的上游或下游或上游和下游，并且以足以调节过滤嘴(10)的长度的数量设置。

Description

包括用于减少微粒穿透的随机定向纤维的过滤嘴
背景技术
香烟通常包括过滤嘴元件，该过滤嘴元件可以具有结合在其内的吸附剂材料(例如碳)。适于结合在过滤嘴香烟中的过滤嘴元件可以包括例如结合在醋酸纤维束内或者在醋酸纤维素材料之间的空腔中的碳(诸如活性碳或活性木炭)的微粒或颗粒、其它吸附剂材料或其组合。
发明内容
本发明提供了一种具有减少的吸附剂微粒穿透的用于吸烟制品的过滤嘴组件。该过滤嘴组件包括：吸附剂，其包括包含在过滤嘴内的可吸入烟气的吸附剂微粒；以及包括随机定向纤维的芯棒。该包括随机定向纤维的芯棒提供了减少的吸附剂微粒穿透。
在优选实施例中，过滤嘴组件为芯棒-空间-芯棒过滤嘴。最优选地，该随机定向纤维芯棒位于吸附剂的下游。优选地，该随机定向纤维芯棒直接位于吸附剂的下游。
在一个实施例中，轴向定向纤维芯棒位于吸附剂的上游。在又一实施例中，轴向定向纤维芯棒位于吸附剂的下游。
在优选实施例中，过滤嘴组件包括具有约3mm至约10mm长度的随机定向纤维芯棒。一个或多个轴向定向纤维芯棒可以被添加以调节过滤嘴的长度。然而，在一个实施例中，非轴向定向纤维包括在过滤嘴中。
在优选实施例中，过滤嘴组件机械地减少吸附剂微粒穿透。
本发明还提供了一种包括过滤嘴组件的吸烟制品，该过滤嘴组件减少或消除了主流烟气中的吸附剂微粒穿透。
在优选实施例中，吸烟制品包括烟草棒和过滤嘴组件。优选地，过滤嘴组件为芯棒-空间-芯棒过滤嘴，其中，该空间填充有吸附剂。在优选实施例中，随机定向纤维芯棒位于该填充有吸附剂的空间(空腔)的下游。在优选实施例中，烟草棒包括烟草材料和包装。优选地，过滤嘴组件通过接装纸(tipping paper)附连在烟草棒的一端上。
本发明还提供了一种制造用于吸烟制品的过滤嘴组件的方法，该过滤嘴组件减少或消除了烟草烟气中的吸附剂微粒穿透。
在优选实施例中，该方法包括用吸附剂填充芯棒-空间-芯棒过滤嘴组件的空腔，其中，该空腔由随机定向纤维芯棒和醋酸纤维芯棒定边界。在另一实施例中，醋酸纤维芯棒为轴向定向纤维芯棒。
本发明提供了一种制造过滤嘴的方法，包括：以间隔开的关系放置双联(2-up)的轴向定向纤维芯棒；将包括随机定向纤维的芯棒放置于双联的芯棒之间，从而使得在每隔一双联芯棒的上游端和下游端处形成空腔；将包括可吸入烟气的吸附剂微粒的吸附剂放置于空腔中；以及在中心切割所述双联的轴向定向纤维芯棒中的每隔一个以形成双联的过滤嘴组件。该方法还可以包括将烟草棒附连在所述双联的过滤嘴组件的每端上，以及在中心切割所述双联的过滤嘴组件以形成完整的香烟。
附图说明
图1示出了用于吸烟制品的现有技术的芯棒-空间-芯棒过滤嘴；
图2示出了包括随机定向纤维芯棒的芯棒-空间-芯棒过滤嘴的实施例；
图3示出了包括随机定向纤维芯棒的芯棒-空间-芯棒过滤嘴的第二实施例；
图4示出了包括随机定向纤维芯棒的芯棒-空间-芯棒过滤嘴的第三实施例；以及
图5示出了包括含有随机定向纤维芯棒的芯棒-空间-芯棒过滤嘴的部分展开的吸烟制品。
具体实施方式
本发明公开了一种适于结合到吸烟制品(诸如过滤嘴香烟)中的过滤嘴。该过滤嘴包括具有随机定向纤维的过滤嘴材料。在吸附剂微粒或吸附剂微粒碎片可能被吸入到主流烟气中并且通过(即穿透)香烟的嘴端流出的情况下，随机定向纤维机械地捕获吸入到主流烟气中的吸附剂微粒。
在本文中，术语“可吸入烟气的微粒”指可以被吸入到主流烟气中的、尺寸为约0.1微米至约10微米的珠粒、颗粒、灰尘、细尘、粉末及类似物。
在本文中，术语“随机定向纤维”、“随机定向纤维芯棒”和“随机定向”指包括在各个方向上定向的缠结的连续细丝的纺织纤维和无纺纤维，所述方向基本不与当主流烟气通过吸烟制品时该主流烟气的流动平行。相反地，过滤嘴芯棒中的轴向定向纤维基本与主流烟气的流动平行，并且以最小的缠结形成于沿轴向方向延伸的连续束中。“随机定向纤维”、“随机定向纤维芯棒”和“随机定向”还指可以用干法或湿法工艺(包括点粘、纺粘、针刺毡、针刺棉、水中悬浮等)制成的无纺材料。用于制作具有随机定向纤维的过滤嘴棒的制造技术的细节可以在美国专利No.3,111,702、No.4,540,625和No.5,817,159号中找到，这些文献的公开内容通过参考结合在本文中。
优选地，过滤嘴适于结合在过滤嘴香烟中。香烟过滤嘴可以以各种设计制造。典型地，香烟过滤嘴包括四个主要部件：过滤束(诸如醋酸纤维素纤维束或包括大部分过滤嘴的纸；增塑剂(即添加用于将过滤嘴纤维一起粘结在连续的过滤嘴棒中的软化剂)；芯棒包装(即用于容纳过滤嘴材料的纸包装)；以及粘结剂，其被用来将芯棒包装固定在连续的过滤嘴棒中。
可以通过利用棒成形装置将过滤嘴材料包或束形成棒来制造用于制作香烟过滤嘴的过滤嘴棒，该过滤嘴棒可以被附连在烟草棒(例如用接装纸附连)上以形成过滤嘴香烟。典型地，过滤嘴棒包括可达三万根过滤嘴材料丝。用于形成过滤嘴棒的优选过滤嘴材料是醋酸纤维素，其为纤维素酯。
增塑剂或粘合剂(诸如三醋精)在所述束进入到棒成形装置中之前被添加到该束中。此外，通常可以通过将该束置于拉伸中并使其从空气射流之上通过来使该束散开和抖松、或“开花”。开花的束可以通过漏斗或其它限制设备，然后通过成形孔以形成过滤嘴棒。
可在开花期间或之后添加到束中的增塑剂可以在束被聚集时在细丝的交错点处增强细丝之间的粘合。因此，增塑剂的添加可以提高由束形成的过滤嘴棒的稳固性。增塑剂还可以具有过滤特性。制成的过滤嘴棒的属性(例如过滤效率、稳固性、尺寸稳定性等)可通过固化(例如加热)增塑剂来改善。
可以采用各种过滤嘴结构来形成过滤嘴元件。示例性的过滤嘴结构包括但不限于单过滤嘴、双过滤嘴、三过滤嘴、空腔过滤嘴、凹进过滤嘴、无阻流动过滤嘴或它们的组合。单过滤嘴通常包含醋酸纤维素束或纤维素纸材料。单纤维素过滤嘴或纸质过滤嘴可以是用于焦油和/或尼古丁的有效过滤器。双过滤嘴通常包括醋酸纤维素嘴端和纯纤维素或醋酸纤维素段。双过滤嘴中的所述段的长度和压降可以调节以提供需要的过滤(即吸附和/或吸收)和吸阻(RTD)。
过滤嘴元件可以附连在烟草棒上以形成过滤嘴香烟。在香烟的生产中，去筋烟叶组分可以与其它香烟添加物结合，并被提供给制烟机以生产烟草柱，然后将烟草柱包在香烟纸中以形成烟草棒，该烟草棒被切成段，并且可选地接装过滤嘴。所得到的香烟可以利用标准或改进型制烟技术和设备被制成需要的规格。香烟的长度范围可在约50mm至约120mm之间。周长通常在约15mm至约30mm之间，优选在25mm左右。烟草填料密度通常在约100mg/cm3至约300mg/cm3的范围之间，优选在约150mg/cm3至约275mg/cm3之间。
烟草去筋烟叶通常为被切成宽度约1/10英寸至约1/20英寸的范围或者甚至约1/40英尺(约2.5mm至约1.3mm的范围或者甚至约0.6mm)的碎片或股束形式。股束的长度范围在约0.25英寸至约3英寸之间(在约6.4mm至约76mm之间)。香烟还可以包括一种或多种香料或其它添加物(例如助燃添加物、燃烧改进添加剂、着色剂、粘合剂等)。
可以采用任何合适的烟草混合物用于去筋烟叶。合适种类的烟草材料的实例包括烤烟、Burley烟草、Bright烟草、Maryland烟草或Oriental烟草、稀有或特有的烟草、以及它们的混合物。烟草材料可以以烟草薄层、经处理的烟草材料(诸如体积膨胀或蓬松的烟草)、经处理的烟草茎(诸如梗丝(cut-rolled stem)或切松茎(cut-puffedstem))、重新组成的烟草材料、或其混合物的形式提供。烟草还可以包括烟草替代品。
术语“主流”烟气指的是：沿烟草棒穿过且通过过滤嘴端流出的气体的混合物，即在香烟的发烟期间从香烟的嘴端流出或吸出的烟气量。主流烟气包含通过点燃区以及通过香烟纸包装吸入的烟气。术语“支流”烟气指的是静态燃烧期间产生的烟气。
图1所示的现有技术的芯棒-空间-芯棒碳过滤嘴105包括位于轴向定向纤维芯棒130之间的吸附剂112(诸如活性碳)的床115。典型地，轴向定向纤维为醋酸纤维素纤维。不受理论限制，当烟气被顺流吸过过滤嘴时，一些可吸入烟气的微粒、灰尘、细尘或其组合会渗透入各个纤维之间的通道、沿纤维迁移从而导致吸附剂微粒穿透过滤嘴或者同时存在上述两种情形。在优选实施例中，芯棒-空间-芯棒过滤嘴105附连在烟草棒160上，该烟草棒160被包装纸170包裹以形成吸烟制品100。接装纸165包围过滤嘴105和烟草棒160的一部分。
如文中所述那样，用于吸烟制品的过滤嘴组件可能通过改善可吸入烟气的微粒的机械捕获来减少和/或消除吸附剂微粒穿透。
在优选实施例中，过滤嘴组件10为芯棒-空间-芯棒定向的过滤嘴组件。如图2所示，优选地，过滤嘴组件10为芯棒-空间-芯棒过滤嘴。优选地，包括可吸入烟气的微粒的吸附剂12的一部分位于过滤嘴10的内部空腔15中，随机定向纤维14的芯棒16位于下游以减少主流烟气通过过滤嘴组件10时的吸附剂微粒穿透。理论上，由于纤维14轴向不对齐，因此吸附剂微粒不经过纤维之间的通道或沿纤维行进，由此减少或消除了主流烟气中的吸附剂微粒穿透。
在优选实施例中，吸附剂和/或可吸入烟气的微粒包括任何合适的吸附剂介质。示例性的吸附剂包括分子筛，诸如沸石、硅石、硅酸盐、矾土、碳(例如活性碳)或其组合。优选的吸附剂介质为活性碳。优选地，过滤嘴组件包括约30mg至约200mg的吸附剂。
“活性碳”指任何多孔、高表面积形式的碳。活性碳可以通过对任何合适的碳源进行热处理获得。这种活化处理通常提高了孔隙率，并且活性碳可以具有宽范围的孔隙尺寸，或者可以控制孔隙的尺寸以提供需要的孔隙尺寸分布。
在优选实施例中，碳为颗粒或类似物的形式。优选地，优选实施例的碳为高表面积的活性碳，例如香烟工业中采用的典型ASTM粒度或更细的椰壳基碳。特别优选的活性碳可以从PICA USA，Inc.，Truth orConsequences，New Mexico商业获得。活性碳还可以通过煤、木材、沥青、泥煤、纤维素纤维、褐煤和橄榄核的碳化来制造。碳化通常在惰性环境中的高温(例如400℃-1000℃)下实施，然后在还原或氧化条件下活化(即煅烧)。
在优选实施例中，活性碳可以为珠粒的形式。在其它实施例中，活性碳可以为颗粒、纤维或其组合的形式。优选地，活性碳适于吸附主流烟气的成分，特别是包括乙醛、酮和其它挥发性有机复合物的气相成分，具体为1，3-丁二烯、丙烯醛、异戊二烯、丙醛、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、乙醛和氢氰酸。
在其它实施例中，碳可以为碳丝束(carbon on tow)、碳纸(carbonpaper)或其组合的形式。
最优选地，活性碳可以包括尺寸范围在约100微米至约5mm之间的颗粒状微粒。在一个实施例中，活性碳的微粒具有约0.2mm至约2mm(例如约200、500、1000或2000微米)的平均尺寸。
如美国专利申请公开文本No.2003/0154993(其全部内容通过参考结合在本文中)中所述，包含在过滤嘴组件中的活性碳珠粒的尺寸范围优选在0.20mm至约0.70mm之间。
优选地，活性碳可以具有任何需要的孔隙尺寸分布，该孔隙尺寸分布包括诸如微孔、间隙孔和大孔这样的孔隙。术语“微孔”通常指具有约20埃或更小的孔隙尺寸的这种材料，术语“间隙孔”通常指具有约20-500埃的孔隙尺寸的这种材料。
在一个实施例中，活性碳可以被选择成具有合适的表面积以便优先从烟气中吸附或吸收或既吸附又吸收目标成分。例如，优选的活性碳通常具有大于约50m2/g(例如至少约100、200、500、1000或2000m2/g)的表面积。通常，活性碳的吸收能力随着表面积增加而增加。此外，表面积通常随着微粒尺寸减小而增加。然而，当被用作香烟过滤嘴介质时，具有小微粒尺寸的碳粒会过密地填充在一起以至于在吸烟过程中不能允许烟气以合适的吸阻(RTD)流过过滤嘴。另一方面，如果微粒尺寸过大，则可能不能获得足够的表面积来获得需要的过滤度。因此，在选择适于过滤主流和支流烟气之一或两者的碳粒时要考虑这些因素。
优选地，吸附剂的至少一些(如果非全部的话)带有香料或类似地浸渍有香料，从而该吸附剂不仅适于从烟气中除去一种或多种气相烟气成分，还适于将香料释放到主流烟气流中。例如，可以通过在混合(滚动)筒中或者可替换地在以氮气为流化剂的流化床中(其中香料于是可以被喷洒到该床上的碳上)将香料喷洒在一批活性碳上来将香料加到活性碳上。
优选地，随机定向纤维为醋酸纤维素纤维。在另一实施例中，随机定向纤维为聚酯纤维、聚丙烯纤维或类似物。在一实施例中，随机定向纤维可以是这样的织布和/或无纺布，在该织布和/或无纺布中纤维被随机接合在一起。
在优选实施例中，纤维具有Y形横截面。在另一实施例中，纤维可以具有带有开放空隙的半开放形状或横截面，诸如在美国专利No.6,919,105、No.6,913,784和/或No.6,907,885中公开的纤维，这些专利的公开内容通过参考结合在本文中。
如图2所示，优选地，过滤嘴组件10的口腔端20优选为随机定向纤维14的芯棒16的形式。优选地，芯棒16位于保持在空腔15中的吸附剂12的下游，以阻止尺寸为约0.1微米至约10微米的吸附剂微粒如在采用轴向定向纤维的现有过滤嘴组件中那样通过纤维之间的通道或沿纤维迁移，或者同时阻止这两种情形。在优选实施例中，轴向定向纤维30的芯棒25位于吸附剂12的上游。
在使用中，烟气首先被抽吸通过轴向定向纤维30的芯棒25，以及通过吸附剂12，并且沿下游通过随机定向纤维14的芯棒16。由于下游纤维芯棒16的随机取向，吸附剂微粒不能够通过纤维之间的通道行进或沿纤维迁移或者同时出现这两种情形，从而导致吸入到主流烟气中的吸附剂微粒的机械捕获。
在另一实施例中，如图3所示，过滤嘴组件10在空腔15中包括吸附剂12的一部分。随机定向纤维14的芯棒16位于这部分吸附剂12的每侧上。
在又一实施例中，如图4所示，过滤嘴组件10包括填充有吸附剂12的空腔15。优选地，随机定向纤维14的芯棒16位于填充有吸附剂12的空腔15直接下游。优选地，轴向定向纤维30的芯棒25位于空腔15的直接上游。还优选地，轴向定向纤维30的芯棒25位于含有随机定向纤维14的芯棒16的直接下游。
如图5所示，过滤嘴组件10适于结合在吸烟制品50中。
术语“吸烟制品”包括香烟、雪茄、烟斗和烟叶卷烟。非传统意义上的香烟(诸如用于电子发烟系统的香烟(如在共同受让的美国专利No.6,026,820；No.5,988,176；No.5,915,387；和No.5,499,636中所述))一般也包括在吸烟制品或香烟的定义中。
优选地，吸烟制品为香烟。香烟可以包含烟草材料和过滤嘴。在一实施例中，香烟还可以包含至少一种吸附剂。传统的香烟通常包含两部分：含烟草部分，其有时被称作烟草棒；以及过滤嘴部分，其可以被称作过滤区。接装纸通常包围过滤嘴，这形成香烟的口腔端。接装纸与烟草棒交叠以将过滤嘴和烟草棒保持在一起。香烟的烟草棒或含烟草元件包括将烟草包裹于其内的纸包装和将纸包装的接缝保持在一起的粘结剂。烟草棒具有与过滤嘴一体附连的第一端和被点燃或加热以使烟草发烟的第二端。当烟草棒被点燃或加热以发烟时，烟气从点燃端沿下游方向行进至烟草棒的过滤嘴端，并且进一步沿下游方向通过过滤嘴。
下面的实例被给出以说明过滤嘴的实施例，并且不应被解释成限制这种实施例的范围。
实例1
由随机定向醋酸纤维素纤维构成的6mm的醋酸纤维素芯棒被置于填充有110mg活性碳的空腔下游以形成过滤嘴。
利用按照实例1构造的过滤嘴和由两个轴向定向的醋酸纤维素纤维芯棒制成的对比芯棒-空间-芯棒过滤嘴，利用激光散射粒子计数器(237B型Met-One激光粒子计数器：Hach Ultra Analytics，Richmond，CA)在未点燃的干喷烟(dry puff)条件下测量活性碳微粒穿透的可能性。
在关于碳粒穿透对过滤嘴进行测试时，激光散射粒子计数器被放置成紧邻香烟保持器，该香烟保持器与通过香烟的气流对齐。将过滤嘴插入到香烟保持器中约9±1mm深，并且在使用55ml/喷烟、喷烟持续时间2秒、12次喷烟/香烟型廓的未点燃(干喷烟)条件下实施机器喷烟。
表一
Figure GPA00001140654600091
表1示出了测试结果，并且将根据实例1(测试#1和#2)构造的过滤嘴与传统的芯棒-空间-芯棒过滤嘴进行了比较，其中该传统的芯棒-空间-芯棒过滤嘴具有填充有活性碳的空腔和位于活性碳上游和下游的轴向定向的醋酸纤维素纤维的芯棒(对比)。
包含有随机定向醋酸纤维素纤维的、根据实例1构造的测试#1的过滤嘴显示每根香烟的平均碳粒穿透为约251个微粒。该微粒穿透的范围为每根香烟约22个微粒至约351个微粒，这对于对比的香烟过滤嘴来说是一个明显的减少。
根据实例2构造的测试#2的过滤嘴显示每根香烟的平均碳粒穿透为约198个微粒。微粒穿透的范围为每根香烟约40个微粒至约187个微粒，这对于对比的香烟过滤嘴来说是一个明显的减少。
相反地，不包括随机定向的醋酸纤维素纤维的对比过滤嘴显示每根香烟的平均碳粒穿透为约1097个微粒。因此很显然：在过滤嘴中使用随机定向的醋酸纤维素纤维明显减少了吸烟期间的碳粒穿透。
将理解到：上述描述为优选实施例，因此只是吸烟制品和制造该吸烟制品的方法的代表。可以认识到：根据上述教导，不同实施例的改变和改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，这些示例性实施例和可替换实施例可以在不脱离如所附权利要求书限定的制品及方法的精神和范围内完成。

Claims (14)

1.一种用于吸烟制品的过滤嘴组件，其包括：
包括可吸入烟气的吸附剂微粒的吸附剂；和
包括随机定向纤维的芯棒，
其中，所述包括随机定向纤维的芯棒提供了减少的吸附剂微粒穿透。
2.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述随机定向纤维芯棒位于所述吸附剂的下游。
3.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述包括随机定向纤维的芯棒位于所述吸附剂的直接下游。
4.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述包括随机定向纤维的芯棒具有约3mm至约10mm的长度。
5.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述随机定向纤维芯棒包括随机定向的醋酸纤维素纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
该过滤嘴组件包含约30mg至约200mg的所述吸附剂。
7.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述吸附剂包括在空腔中的碳丝束、碳纸、碳珠粒、碳颗粒、碳微粒和类似物中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述过滤嘴组件为芯棒-空间-芯棒过滤嘴，所述吸附剂包括置于所述空间中的珠粒状碳，所述随机定向纤维芯棒包括结合在芯棒-空间-芯棒过滤嘴的下游芯棒中的随机定向的醋酸纤维素纤维。
9.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述过滤嘴组件包括位于所述吸附剂的上游和下游中的至少一个处的至少一个轴向定向纤维芯棒，所述至少一个轴向定向纤维芯棒结合在一个或多个过滤嘴段中，所述过滤嘴段以足以调节所述过滤嘴组件的长度的数量包括在所述过滤嘴组件中。
10.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述吸附剂选自由分子筛、碳及其组合构成的组。
11.如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述可吸入烟气的吸附剂微粒的尺寸范围在约0.1微米至约10微米之间。
12.一种香烟，其包括与烟草棒附连的如权利要求1所述的过滤嘴组件，其中：
所述包括随机定向纤维的芯棒的外表面接触接装纸，所述接装纸将过滤嘴组件附连在烟草棒上。
13.一种吸烟制品，其包括：
烟草棒；和
如权利要求1-11中任一项所述的过滤嘴组件。
14.一种制作过滤嘴的方法，其包括：
以间隔开的关系放置双联轴向定向纤维的芯棒；
将包括随机定向纤维的芯棒放置于所述双联芯棒之间，从而使得在每隔一双联芯棒的上游端和下游端处形成空腔；
将包括可吸入烟气的吸附剂微粒的吸附剂置于空腔中；以及
在中心切割所述双联轴向定向纤维芯棒中的每隔一个以形成双联过滤嘴组件。
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