組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板的設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

蔡潔云，馬 靜，劉宇晨，孟紅明，楊 兵，顧健龍，李 鄲，張 軻，龍 杰，王春瓊，梁詩(shī)涵，魏 佳

(云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，云南 昆明 650106)

煙草行業(yè)廣泛使用二醋酸纖維素絲束和聚丙烯絲束作為卷煙濾棒原料，煙用絲束的品質(zhì)，在一定程度上對(duì)卷煙煙氣成分、卷煙品質(zhì)形成影響[1-6]。在抽樣過(guò)程中，煙用絲束極易變形，出現(xiàn)拉伸、斷裂、扭曲等情況，影響各項(xiàng)質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)，如絲束線密度、單絲線密度、斷裂強(qiáng)度、卷曲數(shù)等指標(biāo)，導(dǎo)致實(shí)測(cè)值與標(biāo)稱(chēng)值偏離。但不能明確質(zhì)控指標(biāo)偏差的原因是煙用絲束出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題，還是在抽取過(guò)程中的形變導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)不能客觀反映生產(chǎn)現(xiàn)狀。因此，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)不佳時(shí)，其質(zhì)控檢測(cè)起不到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。

煙用絲束樣品抽取，通常存在抽樣長(zhǎng)度過(guò)大、有效樣品長(zhǎng)度低的問(wèn)題。雖然可以從抽取的實(shí)驗(yàn)室樣品中挑選一些完好的絲束進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目的檢驗(yàn)，但可能會(huì)存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大、產(chǎn)品質(zhì)量誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙用絲束取樣板無(wú)具體規(guī)定，常見(jiàn)的絲束抽樣板材質(zhì)、規(guī)格不一，取樣板缺少計(jì)長(zhǎng)工具導(dǎo)致抽樣長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)等情況，本文研發(fā)了一種組合型煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板，為提高抽樣作業(yè)的規(guī)范性提供技術(shù)支撐。

1 取樣板材質(zhì)的選擇

煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YC/T 26—2017煙用絲束)[7]規(guī)定了煙用絲束的抽樣方法。以煙用絲束物理指標(biāo)(絲束線密度[8]、單絲線密度[9])檢測(cè)用實(shí)驗(yàn)室樣品為例——“絲束線密度、單絲線密度試樣制備：從取樣部位用取樣板順著鋪絲方向自然卷繞約 60 m 絲束，放入潔凈的自封袋內(nèi)密封保存。在取樣、運(yùn)輸和保存過(guò)程中不應(yīng)使絲束狀態(tài)受到破壞。”

絲束被拉伸后，絲束線密度測(cè)定值會(huì)變小。YC/T 169.1—2009[10]規(guī)定：絲束線密度測(cè)定值應(yīng)在標(biāo)稱(chēng)值絲束線密度的0.95～1.05倍范圍內(nèi)，即實(shí)測(cè)絲束線密度與標(biāo)稱(chēng)絲束線密度的相對(duì)偏差≤5%。當(dāng)實(shí)測(cè)絲束線密度與標(biāo)稱(chēng)絲束線密度的相對(duì)偏差不滿(mǎn)足小于等于5%的要求時(shí)，有可能是在抽樣過(guò)程中絲束發(fā)生了拉伸或其他形變。

本文從可實(shí)施性、有效性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性五個(gè)因素，對(duì)備選材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 紙質(zhì)取樣板

紙質(zhì)取樣板很常見(jiàn)，是很多抽樣單位的首選。如圖1所示。

圖1 紙質(zhì)取樣板煙用絲束樣品抽取示例

1)可實(shí)施性。選用瓦楞紙作為取樣板材質(zhì)，取材容易，加工周期短，且可自行切割造型，但外觀通常不規(guī)整。

2)有效性。紙質(zhì)取樣板易發(fā)生支撐力不足的情況，導(dǎo)致絲束受力不均，易發(fā)生絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

紙質(zhì)取樣板表面通常較粗糙，尤其是邊角處，通常會(huì)掛到絲束，易發(fā)生取樣板與絲束樣品粘連的情況，從而導(dǎo)致絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

3)可靠性。紙質(zhì)取樣板使用壽命短，反復(fù)使用易折損，保存不當(dāng)易受潮發(fā)霉。

4)經(jīng)濟(jì)性。紙質(zhì)取樣板網(wǎng)查價(jià)格：48元/10片(規(guī)格 100 cm*100 cm*3 mm)，紙質(zhì)取樣板價(jià)格低廉。

5)安全性。瓦楞紙加工時(shí)使用到粘結(jié)劑，受熱易釋放出甲醛等物質(zhì)，可能會(huì)對(duì)煙用絲束樣品造成污染，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 304不銹鋼取樣板

304不銹鋼取樣板很少見(jiàn)，其成本高、質(zhì)量大、可操作性差。

1)可實(shí)施性。不銹鋼取樣板需委外加工，外觀較規(guī)整、精美。

2)有效性。不銹鋼取樣板操作不靈活，易導(dǎo)致絲束受力不均，也易發(fā)生絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

不銹鋼取樣板表面過(guò)于光滑，絲束在取樣板上容易滑落，尤其是邊角處。滑落后束，易發(fā)生絲束樣品間粘連、絲束受力不均的情況，從而導(dǎo)致絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

3)可靠性。不銹鋼取樣板使用壽命長(zhǎng)。

4)經(jīng)濟(jì)性。不銹鋼取樣板網(wǎng)查價(jià)格：368元/片(規(guī)格 100 cm*100 cm*2 mm)。不銹鋼取樣板價(jià)格較貴。

5)安全性。304不銹鋼材質(zhì)為食品級(jí)，安全無(wú)異味。

1.3 實(shí)木板取樣板

實(shí)木板取樣板較少見(jiàn)，偶有使用。

1)可實(shí)施性。實(shí)木取樣板需委外加工，外觀較規(guī)整、精美。

2)有效性。表面涂漆的實(shí)木板取樣板，類(lèi)似不銹鋼取樣板，也會(huì)出現(xiàn)表面過(guò)于光滑，絲束在取樣板上容易滑落，易發(fā)生絲束樣品間粘連、絲束受力不均等情況，從而導(dǎo)致絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

表面未涂漆的實(shí)木板取樣板，可能會(huì)出現(xiàn)表面粗糙，尤其是邊角處，可能會(huì)掛到絲束，易發(fā)生取樣板與絲束樣品粘連的情況，從而導(dǎo)致絲束被拉伸變形，影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)。

3)可靠性。實(shí)木取樣板使用壽命長(zhǎng)，但可能存在保存不當(dāng)受潮發(fā)霉的情況。

4)經(jīng)濟(jì)性。實(shí)木取樣板網(wǎng)查價(jià)格：214.2元/片(規(guī)格 120 cm*60 cm*3 mm)。實(shí)木取樣板價(jià)格較貴。

5)安全性。實(shí)木加工時(shí)使用到粘結(jié)劑，受熱易釋放出甲醛等物質(zhì)，可能會(huì)對(duì)煙用絲束樣品造成污染，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.4 塑料板取樣板

塑料取樣板在操作規(guī)范的企業(yè)中，已在使用。

1)可實(shí)施性。塑料取樣板需委外加工，外觀較規(guī)整、精美。

2)有效性。PVC(聚氯乙烯)板取樣板，表面光滑程度適中，絲束在取樣板上不易滑落，也不易發(fā)生取樣板與絲束樣品粘連的情況，基本上不會(huì)導(dǎo)致絲束被拉伸變形影響實(shí)驗(yàn)室樣品品質(zhì)的情況。

3)可靠性。塑料取樣板使用壽命長(zhǎng)，不易變形變質(zhì)，耐用性好。

4)經(jīng)濟(jì)性。塑料取樣板網(wǎng)查價(jià)格：76元/片(規(guī)格100 cm*2000 cm*3 mm)。塑料取樣板價(jià)格適中。

5)安全性。PVC(聚氯乙烯)塑料材質(zhì)為食品級(jí)，安全無(wú)異味。

1.5 小結(jié)

綜合考慮四種材質(zhì)的可實(shí)施性、有效性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性五個(gè)方面，塑料材質(zhì)的取樣板兼具價(jià)格適中、輕便易攜帶、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)能避免絲束在抽樣過(guò)程的拉伸形變，較為適合作為絲束取樣板的材質(zhì)。

2 取樣板計(jì)長(zhǎng)工具的選擇

根據(jù)GB/T 2829-2002 周期檢查計(jì)數(shù)抽樣程序及抽樣表適用于生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性的檢查[10]和實(shí)際檢測(cè)需要，為保證試樣需從實(shí)驗(yàn)室樣品中截取的隨機(jī)性，一個(gè)煙用絲束樣品需要抽取3份樣品，抽樣長(zhǎng)度約為 60 m。

煙用絲束抽樣時(shí)，通常，采用一個(gè)取樣板上纏繞 30 m 絲束，按要求取2板就得到 60 m 絲束的一份檢測(cè)樣品，一個(gè)樣品需要抽取6板共計(jì)約 180 m 絲束。

抽樣長(zhǎng)度不足，只能從中挑選一些完好的絲束部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大，有產(chǎn)品質(zhì)量誤判的風(fēng)險(xiǎn)；若取樣過(guò)多，雖確保了有效樣品長(zhǎng)度滿(mǎn)足檢測(cè)需要，卻會(huì)造成浪費(fèi)，不符合精益管理的要求。

因此，考慮在絲束取樣板上配備一個(gè)計(jì)長(zhǎng)裝置。

表1 不同材質(zhì)的絲束取樣板評(píng)估比選情況

2.1 直接測(cè)量長(zhǎng)度裝置與間接測(cè)量長(zhǎng)度裝置的比選

直接測(cè)量長(zhǎng)度裝置，如 30 m 卷尺，不易安裝至取樣板上，且可操作性不強(qiáng)。

間接測(cè)量長(zhǎng)度裝置，如計(jì)數(shù)器，示數(shù)可讀，計(jì)長(zhǎng)方便，成本相對(duì)較低，與取樣板連接拆卸自如。因此間接測(cè)量長(zhǎng)度裝置適合作為取樣板的計(jì)長(zhǎng)配件。

2.2 計(jì)數(shù)器的比選

常見(jiàn)的計(jì)數(shù)器有光電式與機(jī)械式兩種。光電式計(jì)數(shù)器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺點(diǎn)時(shí)不可用；機(jī)械式計(jì)數(shù)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需用電，穩(wěn)定性好。因此機(jī)械式計(jì)數(shù)器適合作為計(jì)數(shù)器取樣板的計(jì)長(zhǎng)配件。

2.3 連接單元連接方式比選

組合式可拆卸連接與固定式連接相比，可實(shí)施性、有效性、可靠性、成本、安全性類(lèi)似，但組合式可拆卸連接方式，可使計(jì)數(shù)器用在多個(gè)取樣板上，降低了單個(gè)計(jì)數(shù)取樣板的成分，較為適合。

2.4 計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)制作

1)計(jì)數(shù)器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。計(jì)數(shù)器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 計(jì)數(shù)器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)表

2)制作組合式計(jì)數(shù)器及其連接單元。制作的主要步驟：① 采用3D打印技術(shù)制作計(jì)數(shù)器安裝槽；② 采用3D打印技術(shù)制作轉(zhuǎn)動(dòng)手柄；③將計(jì)數(shù)器安裝在計(jì)數(shù)手柄上(見(jiàn)圖2)。

①計(jì)數(shù)器安裝槽；②轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1；③轉(zhuǎn)動(dòng)手柄2；④安裝了計(jì)數(shù)器的連接手柄。圖2 組合式計(jì)數(shù)器及其連接單元圖示

3 效果驗(yàn)證

3.1 組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板的組裝

按圖紙進(jìn)行定制加工和組裝，組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板如圖3、圖4所示。

圖3 組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板

圖4 組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板的取樣過(guò)程

3.2 組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板的效果驗(yàn)證

采用該取樣裝置對(duì)同一品質(zhì)合格的絲束標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行模擬抽樣，然后截取同一位置進(jìn)行抽取樣品的抽樣質(zhì)量有效性驗(yàn)證和抽樣長(zhǎng)度準(zhǔn)確度驗(yàn)證。

1)抽取的實(shí)驗(yàn)室樣品的抽樣質(zhì)量有效性驗(yàn)證。采用該取樣板，以絲束線密度指標(biāo)作為依據(jù)，驗(yàn)證抽取的樣品未被拉伸。測(cè)定結(jié)果如表3所示。

表3 絲束線密度有效性驗(yàn)證數(shù)據(jù)表

由表3所示：實(shí)測(cè)絲束線密度與標(biāo)稱(chēng)絲束線密度的相對(duì)偏差≤5%，符合“YC-T 26-2017煙用絲束的要求[7]，即“絲束線密度測(cè)定值應(yīng)在標(biāo)稱(chēng)值絲束線密度的0.95～1.05倍范圍內(nèi)”。表明抽取樣品的絲束線密度未因拉伸形變產(chǎn)生顯著性變化，即抽樣質(zhì)量有效性有保障，滿(mǎn)足要求。

2)絲束線密度有效性驗(yàn)證。采用該取樣板，對(duì)同一品質(zhì)合格的絲束標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行模擬抽樣，然后截取同一位置進(jìn)行抽樣長(zhǎng)度測(cè)定，驗(yàn)證抽樣長(zhǎng)度準(zhǔn)確度。測(cè)定結(jié)果如表4所示。

表4 絲束線密度有效性驗(yàn)證數(shù)據(jù)表

由表4所示：抽樣長(zhǎng)度與計(jì)劃長(zhǎng)度的相對(duì)偏差≤5%，抽樣長(zhǎng)度準(zhǔn)確度有保障，滿(mǎn)足要求。

經(jīng)驗(yàn)證，采用組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板，所抽取煙用絲束樣品未被拉伸即抽樣品質(zhì)有保障，且抽樣長(zhǎng)度準(zhǔn)確度有保障，說(shuō)明該裝置符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙用絲束取樣板無(wú)具體規(guī)定，常見(jiàn)的絲束抽樣板材質(zhì)、規(guī)格不一，取樣板缺少計(jì)長(zhǎng)工具導(dǎo)致抽樣長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)等情況，研發(fā)了一種組合型煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板。經(jīng)驗(yàn)證，采用組合式煙用絲束計(jì)數(shù)取樣板，所抽取的煙用絲束樣品未被拉伸即抽樣品質(zhì)有保障，且抽樣長(zhǎng)度準(zhǔn)確度有保障。本取樣板的研發(fā)，為提高抽樣作業(yè)的規(guī)范性提供了技術(shù)支撐。