加熱不燃燒煙用中空濾棒工藝要素對(duì)物理指標(biāo)的影響

錢甚希，王朝富，汪 軍，孫 浩

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司昆明卷煙廠，昆明 650202）

目前國際市場(chǎng)主流的插入式加熱不燃燒卷煙，多采用四段式結(jié)構(gòu)，分別為：發(fā)煙芯基材段、中空霧化段、PLA 隔熱段和近唇段組成，其中冷凝段和部分近唇段用無紙中空生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的中空濾棒制作（圖1）。

圖1 加熱不燃燒煙支結(jié)構(gòu)

四段式加熱不燃燒卷煙，在實(shí)際加工過程中，煙支生產(chǎn)采用復(fù)合加工工藝（線性復(fù)合或鼓輪復(fù)合）。實(shí)際生產(chǎn)過程中，不論線性復(fù)合生產(chǎn)過程濾棒段在成型通道和壓板間高速運(yùn)動(dòng)，還是鼓輪復(fù)合生產(chǎn)過程中，濾棒段在鼓輪負(fù)壓槽間交換傳遞，各組成濾棒段的物理指標(biāo)（圓周、長度、硬度）波動(dòng)性對(duì)設(shè)備運(yùn)行及最終煙支產(chǎn)品質(zhì)量（物理指標(biāo)和感官質(zhì)量），都會(huì)產(chǎn)生顯著影響[1]。作者在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，中空濾棒圓周存在較大波動(dòng)時(shí)，線性復(fù)合機(jī)煙槍壓板處可能發(fā)生跳動(dòng)、卡阻，且嚴(yán)重影響復(fù)合相位累計(jì)誤差。而在鼓輪復(fù)合的產(chǎn)線上生產(chǎn)時(shí)，圓周波動(dòng)極易造成濾棒在鼓輪上無法被負(fù)壓有效吸附而發(fā)生“脫落”“卡夾”，嚴(yán)重影響效率及成品質(zhì)量穩(wěn)定性。

其中無紙中空濾棒由于采用蒸汽熱成型技術(shù)生產(chǎn)，無成型紙包裹后，其物理指標(biāo)隨存儲(chǔ)時(shí)間延長而發(fā)生變化，且不同增塑劑施加量的無紙中空濾棒物理指標(biāo)變化速率不同，相同增塑劑施加量（或同批次同加工參數(shù)）的濾棒在不同的存儲(chǔ)環(huán)境（溫度、濕度）下變化趨勢(shì)不同。濾棒中空孔洞直徑大小也是影響其物理指標(biāo)變化速率的重要因素之一。本文主要針對(duì)無紙中空濾棒圓周、長度兩個(gè)物理指標(biāo)在同一貯存條件下的變化量進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

1 材料與儀器

1.1 材料

二醋酸纖維絲束，規(guī)格為5.0Y/35000D，制造商為南通醋酸纖維有限公司；三乙酸甘油酯，規(guī)格為SGZ01。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

成型設(shè)備型號(hào)為ZL22D，由許昌煙機(jī)公司改造加裝蒸汽成型通道后，成為無紙中空設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行設(shè)定參數(shù)見表1。無紙中空濾棒成型機(jī)通過高溫蒸汽和噴灑過三乙酸甘油酯的醋酸纖維作用實(shí)現(xiàn)快速固化，后經(jīng)干冷空氣冷卻成型。高溫蒸汽發(fā)生裝置已有成熟技術(shù)，成型裝置重新設(shè)計(jì)。無紙中空濾棒成型過程需要實(shí)現(xiàn)中空結(jié)構(gòu)，并需要考慮不同中空孔徑的快速切換。通過在煙舌上加裝芯棒來實(shí)現(xiàn)中空結(jié)構(gòu)，芯棒可快速拆卸更換，同時(shí)芯棒設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)旋鈕，可精確調(diào)節(jié)中空位置。無紙中空濾棒成型過程涉及高溫蒸汽和干冷空氣的作用，傳統(tǒng)KDF2 濾棒成型機(jī)煙槍行程無法實(shí)現(xiàn)上述作用。通過重新設(shè)計(jì)加長煙槍來實(shí)現(xiàn)上述作用，在煙槍中設(shè)計(jì)高溫蒸汽和干冷空氣噴灑孔，并根據(jù)成型特性使用尼龍布帶。

表1 設(shè)備運(yùn)行設(shè)定參數(shù)

1.3 測(cè)試儀器

綜合測(cè)試臺(tái)型號(hào)：RT-5。測(cè)試臺(tái)設(shè)定參數(shù)見表2。

表2 測(cè)試臺(tái)設(shè)定參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

在加熱不燃燒卷煙生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)出的中空濾棒長度和圓周在長時(shí)間存儲(chǔ)中均不同程度地發(fā)生縮小現(xiàn)象，為避免由此產(chǎn)生的一系列質(zhì)量隱患（復(fù)合棒外觀不佳、復(fù)合機(jī)效率降低、長度改變導(dǎo)致復(fù)合相位不穩(wěn)、復(fù)合濾棒中出現(xiàn)空隙等），對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)，解決相應(yīng)問題。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

通過對(duì)所生產(chǎn)出的中空濾棒在自然環(huán)境條件下存儲(chǔ)后長度及圓周產(chǎn)生的變化和測(cè)量時(shí)環(huán)境情況進(jìn)行記錄，運(yùn)用多元回歸和線性擬合尋找其關(guān)系，探求其變化規(guī)律。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)濾棒儲(chǔ)存影響最大的3 個(gè)因素分別為時(shí)間、溫度和濕度。

2.3 實(shí)驗(yàn)器材

綜合測(cè)試臺(tái)；溫濕度測(cè)量儀。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）隨機(jī)直接從機(jī)器料斗中抽取樣本，并記錄取樣時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度，確保4 次取樣活門開度（控制甘油施加量）數(shù)值的一致性，樣本取樣后進(jìn)行第一次測(cè)量并求取均值。

（2）抽樣后2 h 內(nèi)，每30 min 進(jìn)行1 次檢測(cè)，共檢測(cè)4 次；抽樣后2~6 h，每60 min 進(jìn)行1 次檢測(cè)，共檢測(cè)4 次；抽樣后12 h 檢測(cè)1 次；抽樣后24 h 檢測(cè)1 次，同一樣品共計(jì)檢測(cè)10 次，檢測(cè)結(jié)果均求取均值。

（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（見表3）

表3 內(nèi)徑3 mm 中空基棒測(cè)試記錄

2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

圓周與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，計(jì)算公式為y=-0.012x+d，其中y 表示圓周，x 表示時(shí)間，d 為截距（無參考價(jià)值）。

長度與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，計(jì)算公式為y=-0.05x+d，其中y 表示長度，x 表示時(shí)間，d 為截距（無參考價(jià)值）。

長度與濕度呈正相關(guān)關(guān)系，計(jì)算公式為y=0.046x+d，其中y 表示長度，x 表示時(shí)間，d 為截距（無參考價(jià)值）。

3 實(shí)驗(yàn)分析及反思

由于目前車間生產(chǎn)任務(wù)多，多點(diǎn)測(cè)量的溫度均呈上升趨勢(shì)，與時(shí)間相關(guān)系數(shù)過高，且從試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)來看，無法得出溫度對(duì)中空濾棒長度及圓周的影響情況。

從數(shù)據(jù)分析結(jié)果看，濕度過低會(huì)導(dǎo)致濾棒長度變短、過高則會(huì)變長，而使濾棒長度保持不變的濕度值處于50%~55%之間，故條件允許的情況下，存儲(chǔ)濕度在50%~55%之間最佳。如圖2 所示。

圖2 存儲(chǔ)濕度與濾棒長度關(guān)系

由于數(shù)據(jù)記錄6~24 h 跨度太大，導(dǎo)致24 h 的測(cè)量數(shù)據(jù)大部分為異常數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果觀測(cè)檢測(cè)指標(biāo)在0~6 h 內(nèi)呈線性下降，在6~24 h 間某個(gè)點(diǎn)達(dá)到極值，隨后上下小幅振動(dòng)。

由于中空濾棒的圓周和長度均和存儲(chǔ)時(shí)間呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，故最好確定基棒存儲(chǔ)時(shí)間，遵循先進(jìn)先出原則，通過固定存儲(chǔ)時(shí)間來固定縮短量，從而制定生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（相應(yīng)地，如果都存儲(chǔ)24 h 以上，則可按照其最終縮短量來控制，中空?qǐng)A周為0.1 mm，長度為0.3 mm）。