溝槽濾棒壓降影響因素的因子分析

戚奇杰，楊 皓，曹得坡，宣潤泉　(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310024)

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溝槽濾棒壓降影響因素的因子分析

戚奇杰，楊 皓，曹得坡，宣潤泉*(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310024)

摘要[目的]深入研究溝槽濾棒特征參數(shù)及組成材料對濾棒壓降的影響。[方法]選取常見的8種不同規(guī)格的溝槽濾棒及其主要組成材料為分析對象，采用相關(guān)性分析與因子分析，開展9個(gè)主要特征參數(shù)對溝槽濾棒壓降的影響程度研究。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，影響溝槽濾棒壓降的特征參數(shù)間存在顯著或極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)矩陣中特征值大于1.0的前3個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.502%；由溝槽濾棒壓降影響特征參數(shù)的旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣得到3個(gè)公因子，總結(jié)定義后分別是：絲束總質(zhì)量因子、單絲線密度/纖維素紙物理特性因子、溝槽特征參數(shù)因子。[結(jié)論]因子分析得出的公因子影響情況與實(shí)際溝槽濾棒生產(chǎn)檢驗(yàn)過程中出現(xiàn)的情況基本吻合，進(jìn)一步證實(shí)了溝槽濾棒特征參數(shù)對濾棒壓降影響的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞因子分析；溝槽濾棒；壓降；特征參數(shù)

煙用濾棒作為卷煙的重要組成部分，因其具有有效地截留過濾煙氣粒相物的作用而為人們認(rèn)識(shí)與關(guān)注。煙用濾棒一般可分為普通醋纖濾棒與特種醋纖濾棒，特種醋纖濾棒又可分為醋酸纖維溝槽濾棒與復(fù)合濾棒等。

由于醋酸纖維溝槽濾棒在保持卷煙吸味風(fēng)格的同時(shí)具有較好的降焦效果[1-2]，因而被廣泛應(yīng)用于中高端及低焦油卷煙設(shè)計(jì)中[3-6]，成為近年來“三紙一棒”研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。溝槽濾棒壓降是卷煙質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一，壓降波動(dòng)對卷煙主流煙氣過濾效率、抽吸強(qiáng)度以及卷煙吸味具有明顯的影響。因此，對溝槽濾棒壓降進(jìn)行深入分析和研究是十分必要的。目前，研究人員主要就二醋酸纖維絲束、溝槽純纖維素紙、濾棒圓周、溝槽濾棒特征參數(shù)等對濾棒壓降的影響開展了大量研究[7-13]，但對這些特征因素在影響濾棒壓降過程中的系統(tǒng)性作用卻鮮有提及。

因子分析法是將具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的多個(gè)變量通過線性組合形成互不相關(guān)的一些新變量，并使新變量保持原變量變異的絕大部分信息的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，在市場調(diào)研、經(jīng)濟(jì)分析領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。煙草行業(yè)在對復(fù)烤煙葉、再造煙葉的物理、化學(xué)成分分析及卷煙感官質(zhì)量評價(jià)中也有應(yīng)用因子分析法[14-19]，但在溝槽濾棒壓降的研究中應(yīng)用較少。

筆者選取與溝槽濾棒壓降相關(guān)的濾棒圓周、濾棒長度、溝槽長度、溝槽深度、絲束填充量5項(xiàng)溝槽濾棒物理指標(biāo)以及溝槽濾棒組成材料中溝槽純纖維素紙定量、透氣度，二醋酸纖維絲束的單絲線密度、總線密度4項(xiàng)物理參數(shù)，運(yùn)用因子分析法，就這些主要特征參數(shù)對溝槽濾棒壓降的影響進(jìn)行了系統(tǒng)性研究分析，為溝槽濾棒壓降穩(wěn)定性控制提供一定的參考。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料。2.4Y32000二醋酸纖維絲束、3.0Y32000二醋酸纖維絲束、3.8Y32000二醋酸纖維絲束、3.0Y30000二醋酸纖維絲束、3.0Y28000二醋酸纖維絲束，南通醋酸纖維有限公司；28.0 g/m2普通濾棒成形紙，杭州華豐紙業(yè)有限公司；26.5 g/m2高透濾棒成形紙，浙江民豐紙業(yè)有限公司；三醋酸甘油酯，日本大賽璐；不同透氣度的60.0 g/m2溝槽純纖維素紙，瑞士SABER；不同透氣度的80.0 g/m2溝槽純纖維素紙，韓國國一。

1.1.2主要儀器設(shè)備。A10透氣度測試儀，BORG-WALDT；QTM濾棒綜合測試臺(tái)，CERULEAN；BS210S型電子天平(感量0.000 1 g)，METTLER；Image-Pro Plus 6.0軟件，美國Media Cybernetics；電子顯像測量系統(tǒng)(500萬像素)，美國Motic；濾棒切割器(轉(zhuǎn)速10 000 r/min)，自制；全自動(dòng)單纖維萬能物性測試儀，上海納鐵士；ZDY-IV型總線密度取樣儀，南通益南；SLG-CS 煙支·濾棒智能長度儀，成都瑞拓；裁紙機(jī)，得力；電子數(shù)顯卡尺(感量0.1 mm)，上海量具刃具廠；KDF2-CV溝槽濾棒成型機(jī)，上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司；溝槽濾棒專用壓槽對輥(HZJBGC-Z-03、HZJBGC-F-03、HZJBGC-Z-05、HZJBGC-F-05、HZJBGC-Z-08、HZJBGC-F-08)。

1.2工藝參數(shù)車速：250 m/min，甘油酯施加量：48 mg/支，喂料輥壓：0.05 MPa，開松輥壓：0.2 MPa，開松比：1.44，開松輥速：770 r/min，開松寬度：240 mm，纖維素紙加熱溫度：180 ℃。1.3樣品信息對前述溝槽濾棒組成材料按照工藝參數(shù)要求制作濾棒樣品，具體樣品制作信息見表1。

1.4指標(biāo)測定溝槽濾棒物理指標(biāo)與濾棒組成材料的物理參數(shù)測定方法如表2所示。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)處理采用SPSS18.0軟件進(jìn)行，運(yùn)用因子分析法[28-30]對與溝槽濾棒壓降相關(guān)的9項(xiàng)主要特征參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性分析。

2結(jié)果與分析

將表1中12種濾棒按表2所述的指標(biāo)測定要求，對影響溝槽濾棒壓降的9項(xiàng)主要特征參數(shù)進(jìn)行測定，9項(xiàng)特征參數(shù)分別為：X1，絲束單絲線密度(Den)；X2，絲束總線密度(Den)；X3，纖維素紙透氣度(CU)；X4，纖維素紙定量(g/m2)；X5，溝槽長度(mm)；X6，溝槽深度(mm)；X7，絲束填充量(kg/萬支)；X8，濾棒圓周(mm)；X9，濾棒長度(mm)。具體測試結(jié)果如表3所示。

2.1溝槽濾棒指標(biāo)間簡單相關(guān)關(guān)系對表3中的數(shù)據(jù)運(yùn)用SSS18.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，具體結(jié)果見表4。

由相關(guān)矩陣(表4)可知，單絲線密度與纖維素紙透氣度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與纖維素紙定量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；總線密度與纖維素紙定量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與絲束填充量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；纖維素紙透氣度與纖維素紙定量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與濾棒長度呈顯著正相關(guān)關(guān)系；纖維素紙定量與絲束填充量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與濾棒長度呈顯著正相關(guān)關(guān)系；溝槽長度與溝槽深度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與濾棒長度呈顯著正相關(guān)關(guān)系；絲束填充量與濾棒長度呈顯著正相關(guān)關(guān)系。其余參數(shù)間相關(guān)性或正或負(fù)，但都不具有顯著性。由此可知，溝槽濾棒特征參數(shù)之間存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性，可進(jìn)一步做分析。

2.2KMO 和 Bartlett檢驗(yàn)Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)給出樣品充足量的測度，檢驗(yàn)變量間相關(guān)系數(shù)的大小，目的是為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否適合進(jìn)行因子分析。當(dāng)KMO值在0.5～1.0范圍內(nèi)時(shí)，表示變量適合進(jìn)行因子分析。

Bartlett球形度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量是為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否來自于服從多元正態(tài)分布的總體。當(dāng)Sig.<0.1時(shí)，可認(rèn)為數(shù)據(jù)來自正態(tài)分布總體，適合進(jìn)行因子分析。

對表3中的數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS18.0軟件進(jìn)行因子分析檢驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：取樣足夠度的 Kaiser-Meyer-Olkin度量，KMO值為0.525；Bartlett 的球形度檢驗(yàn)近似卡方為101.324；自由度為36；Sig.值為0.000。

由KMO和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果可知，KMO值為0.525，在0.5～1.0區(qū)間內(nèi)，Sig值為0.000，說明數(shù)據(jù)來自正態(tài)分布總體，且適宜進(jìn)行因子分析。因此，可進(jìn)一步對數(shù)據(jù)做因子分析。

注：**表示在0.01水平上相關(guān)顯著，*表示在0.05水平上相關(guān)顯著。

Note:** and * indicated significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

2.3公因子個(gè)數(shù)的確定為進(jìn)一步研究與溝槽濾棒壓降相關(guān)的9項(xiàng)主要特征參數(shù)間的相互關(guān)系，對其做因子分析，特征值貢獻(xiàn)率反映每個(gè)因子包含原始變量信息的量度。根據(jù)因子分析的要求，選取特征值1.0以上的前3個(gè)成分進(jìn)行分析。由表5可見，前3個(gè)成分的初始特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)87.502%，基本可具備代表解釋全部特征指標(biāo)信息量的功能。

2.4公因子解釋對因子分析得到的因子載荷矩陣采用最大方差法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使各變量在因子上載荷更加明顯，以便提高對各因子變量的解釋程度。結(jié)合特征值及貢獻(xiàn)率(表5)與旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣(表6)進(jìn)行分析，選取因子載荷絕對值0.6以上的作為解釋變量，得出公因子1主要由總線密度、絲束填充量、濾棒長度3個(gè)因子決定，對溝槽濾棒壓降的貢獻(xiàn)率為46.771%，可將其定義為絲束總質(zhì)量因子。公因子2由單絲線密度、纖維素紙透氣度、纖維素紙定量3個(gè)因子決定，對溝槽濾棒壓降的貢獻(xiàn)率為23.230%，可將其定義為單絲線密度/纖維素紙物理特性因子。公因子3由溝槽深度、溝槽長度、濾棒圓周3個(gè)因子決定，對溝槽濾棒壓降的貢獻(xiàn)率為17.501%，可將其定義為溝槽特征參數(shù)因子。

注：旋轉(zhuǎn)法為具有Kaiser 標(biāo)準(zhǔn)化的正交旋轉(zhuǎn)法，旋轉(zhuǎn)在4次迭代后收斂。

Note：Rotation method was the Varimax Rotation with Kaiser standardization.Convergence of rotation appeared after four iterations.

由因子分析結(jié)果可知，絲束總質(zhì)量因子是影響溝槽濾棒壓降的最主要因素；單絲線密度/纖維素紙物理特性因子對溝槽濾棒壓降有較大的影響；溝槽特征參數(shù)因子對溝槽濾棒壓降也有一定的影響。

從溝槽濾棒實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)情況來看，絲束總質(zhì)量波動(dòng)最易造成溝槽濾棒壓降出現(xiàn)波動(dòng)；絲束單絲線密度、纖維素紙透氣度的波動(dòng)也易出現(xiàn)溝槽濾棒壓降波動(dòng)；溝槽深度、濾棒圓周的波動(dòng)也會(huì)造成溝槽濾棒壓降波動(dòng)。這與因子分析的結(jié)論基本吻合。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于溝槽纖維素紙針對不同濾棒規(guī)格要求會(huì)采用特定的規(guī)格，且定量在纖維素紙生產(chǎn)過程中較易控制，各批次間不易出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此，也未出現(xiàn)其對濾棒壓降造成影響的現(xiàn)象。此外，溝槽濾棒專用壓槽對輥為金屬材質(zhì)，硬度較高，不易在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)同一規(guī)格的溝槽濾棒有溝槽長度波動(dòng)的現(xiàn)象，所以未出現(xiàn)其對濾棒壓降造成影響的現(xiàn)象。

3結(jié)論與討論

從該研究分析結(jié)果來看，與溝槽濾棒壓降相關(guān)的9項(xiàng)主要特征參數(shù)之間存在著一定的相關(guān)性，采用因子分析法進(jìn)行分析，有助于分辨出各因子之間的相關(guān)性。分析結(jié)論顯示，9項(xiàng)對溝槽濾棒壓降影響起到主要作用的特征參數(shù)，可被歸納為3個(gè)公因子。第1個(gè)是絲束總質(zhì)量因子，第2個(gè)是單絲線密度/纖維素紙物理特性因子，第3個(gè)是溝槽特征參數(shù)因子。絲束總質(zhì)量因子貢獻(xiàn)率46.771%，是影響溝槽濾棒壓降的最主要因素；單絲線密度/纖維素紙物理特性因子貢獻(xiàn)率23.230%，對溝槽濾棒壓降有較大的影響；溝槽特征參數(shù)因子貢獻(xiàn)率17.501%，對溝槽濾棒壓降也有一定的影響。對這些公因子參數(shù)進(jìn)行精度控制，有助于生產(chǎn)過程中的溝槽濾棒壓降穩(wěn)定性控制。

從溝槽濾棒實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)情況看，絲束總質(zhì)量波動(dòng)最易造成溝槽濾棒壓降出現(xiàn)波動(dòng)；絲束單絲線密度、纖維素紙透氣度的波動(dòng)也易出現(xiàn)溝槽濾棒壓降波動(dòng)；溝槽深度、濾棒圓周的波動(dòng)也會(huì)造成溝槽濾棒壓降波動(dòng)。這是由于實(shí)際生產(chǎn)過程中，溝槽纖維素紙是針對不同濾棒規(guī)格要求會(huì)采用特定的規(guī)格，且定量在纖維素紙生產(chǎn)過程中較易控制，各批次間不易出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此未出現(xiàn)其對濾棒壓降造成影響的現(xiàn)象。而溝槽濾棒專用壓槽對輥為金屬材質(zhì)，硬度較高，不易在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)同一規(guī)格的溝槽濾棒有溝槽長度波動(dòng)的現(xiàn)象，所以也未出現(xiàn)其對濾棒壓降造成影響的現(xiàn)象。

結(jié)合上述分析內(nèi)容可知，因子分析得出的公因子影響比重與實(shí)際溝槽濾棒生產(chǎn)檢驗(yàn)過程中出現(xiàn)的情況基本吻合，也進(jìn)一步證實(shí)了溝槽濾棒特征參數(shù)對濾棒壓降影響的準(zhǔn)確性。該研究僅對上述幾種規(guī)格的溝槽濾棒的壓降影響進(jìn)行因子分析，對于其他規(guī)格的溝槽濾棒壓降影響情況還有待進(jìn)一步研究。

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Factor Analysis of the Influencing Factors of Pressure Drop of Grooved Filter Rods

QI Qi-jie, YANG Hao, CAO De-po, XUAN Run-quan*

(China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310024)

Key wordsFactor analysis; Grooved filter rod; Pressure drop; Characteristic index

Abstract[Objective] To intensive study the effects of characteristic parameters and constituent materials of grooved filter rods on pressure drop. [Method] Eight different sizes of grooved filter rods and their constituent materials were selected as the research objects.Nine major characteristic factors of pressure drop of grooved filter rods were analyzed by Correlation Analysis and Factor Analysis.[Result] Characteristic parameters affecting the pressure drop of grooved filter rods showed significant or extremely significant correlation.In the correlation matrix, the eigenvalues of first-three components were greater than 1.0.The cumulative contribution rate of first-three components reached 87.502%.The components matrix of pressure drop of grooved filter rod showed three common factors, which were summarized as total mass of tow, single yarn density / physical characteristics of cellulose paper, and groove feature parameters.[Conclusion] Influencing situation of common factors obtained by factor analysis is consistent with the actual production of grooved filter rods, which further confirms the accuracy of the influence of feature parameters on the pressure drop of grooved filter rods.

基金項(xiàng)目浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(ZJZY2014A006)。

作者簡介戚奇杰(1989-)，男，浙江寧波人，助理工程師，從事煙用材料研究。*通訊作者，助理工程師，從事煙用材料研究。

收稿日期2016-01-24

中圖分類號(hào)TS 426

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)07-048-04