相對濕度對卷煙工業用紙主要物理指標的影響

崔慶軍

(河北中煙工業公司技術中心,河北石家莊,050035)

相對濕度對卷煙工業用紙主要物理指標的影響

崔慶軍

(河北中煙工業公司技術中心,河北石家莊,050035)

研究了相對濕度對卷煙紙等卷煙工業用紙 (“三紙一棒”)主要物理指標的影響,在恒定的溫度條件下,通過改變環境相對濕度,測得對應相對濕度下 “三紙一棒”的主要物理指標,并進行回歸分析。結果顯示,“三紙”的縱向抗張強度、縱向伸長率及定量與相對濕度具有線性相關性。卷煙紙的透氣度、接裝紙和成型紙的縱向抗張能量吸收與相對濕度也具有線性相關性;煙用濾棒的質量、圓周、硬度及長度指標與相對濕度具有線性相關性。

卷煙紙;成型紙;接裝紙;濾棒;相對濕度;物理指標

我國 “三紙一棒” (即卷煙紙、接裝紙、成型紙、煙用濾棒)生產企業的環境條件及卷煙生產企業材料檢測室環境條件控制不一,由于條件的限制,仍有許多企業無法實現恒溫恒濕的檢測環境要求。對于溫度條件,較容易達到要求,而對于相對濕度條件,則往往難以控制。研究 “三紙一棒”的主要物理指標與相對濕度的關系,一方面可為“三紙一棒”生產企業產品質量控制提供技術支持,另一方面可為采購企業材料接收檢驗中的檢測數據提供修正參考,確保檢測數據的有效性和卷煙產品質量的符合性。

1 實 驗

1.1 實驗材料

取同批次的卷煙紙、接裝紙、成型紙各 2盤,取連續生產的煙用醋纖濾棒 2000支,具體數據見表 1。

表1 實驗材料一覽表

儀器：索定綜合測試臺;英國 LLOYD公司產LRX—PLUS拉力儀;瑞典L&W公司產 Elrepho070白度儀;法國 SOD I M公司產 SOD I M-D23透氣度儀;北京奧普樂科技開發有限公司產 FT-20陰燃儀;美國奧豪斯 AR2130天平。

1.2 實驗方法

將 2盤卷煙紙分別編號為 JYZ1、JYZ2,將 2盤接裝紙分別編號為 JZZ1、JZZ2,將 2盤成型紙分別編號為 CXZ1、CXZ2,將 2000支煙用濾棒混合均勻后分為 2份,每份 1000支,分別編號為 LB1,LB2。為保證實驗結果的準確性,根據所測指標的不同,本實驗采取了固定試樣重復測試和非固定試樣更換測試相結合的方法。不需破壞試樣即可測得的指標采用固定試樣,必須破壞試樣才能測得的指標采用非重復試樣,具體實驗指標分類見表 2。

對于非固定試樣首先進行均勻性實驗,利用單因子方差分析法[1]來確定樣品的均勻性。針對卷煙紙、接裝紙及成型紙樣品,從每盤材料中隨機取 400 mm左右的樣品 20條,將每條樣品從 1～20編號,分為A(奇數樣)、B (偶數樣)兩組,進行縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度、縱向伸長率的均勻性測試;隨機取 20條長為 200 mm左右的卷煙紙樣品并從 1～20編號,分為 A(奇數樣)、B (偶數樣)兩組,進行陰燃速率指標的均勻性測試。隨機取濾棒 20支從1～20編號,分為 A(奇數樣)、B (偶數樣)兩組,進行硬度指標的均勻性實驗。

樣品預處理：將“三紙”(即卷煙紙、成型紙和接裝紙)[2]置于相對濕度為 30%,溫度為 23℃的恒溫恒濕箱內 24 h。

實驗溫度：“三紙” (23±1)℃;煙用濾棒 (22±2)℃。

實驗濕度：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%。

樣品溫濕處理：對于“三紙”,每個測試濕度條件下溫濕處理 4 h后在對應的濕度條件下進行實驗;對于煙用濾棒,每個測試條件下溫濕處理 48 h后在對應的濕度條件下進行實驗。

實驗過程：按照標準對卷煙紙[3]、接裝紙[4]和成型紙[5]20個樣品的的縱向抗張強度、縱向伸長率、縱向抗張能量吸收[6]、白度、熒光白度[7]、不透明度[8]、陰燃速率[9]、定量[10]、透氣度、透氣度變異系數[11]進行測定;對 20支煙用濾棒的[12]質量、圓周、吸阻、長度及硬度進行測定,見表 2。

2 結果與討論

2.1 均勻性實驗結果

F臨界值 F0.05(9,10)=3.02,計算的 F值為 0.65(見表 3),該值 ＜F臨界值,這表明在 0.05顯著水平時,JYZ1樣品的縱向抗張吸收指標是均勻的。

按照上述方法,得出卷煙紙試樣 JYZ1和 JYZ2的縱向抗張強度、縱向伸長率、陰燃速率的F值分別為 0.82、0.64、0.58和 0.84、0.70、0.66;成型紙試樣 CXZ1和 CXZ2的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度和縱向伸長率的 F值分別為 0.63、0.74、0.73和 0.62、0.70、0.80;接裝紙試樣 JZZ1、JZZ2縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度和縱向伸長率的 F值分別為 0.79、0.74、0.79和 0.76、0.77、0.82;煙用濾棒試樣 LB1和 LB2硬度的 F值分別為 0.98和 0.97(計算過程略)。上述計算的 F值均小于 F臨界值。

表2 “三紙一棒”實驗指標分類

表3 卷煙紙 JYZ1縱向抗張能量吸收均勻性實驗結果

因此,在對以上相關指標進行實驗時可以認為樣品是均勻的。

2.2 不同相對濕度下的“三紙一棒”主要物理指標

(1)卷煙紙主要物理指標與相對濕度的關系(圖 1～圖 5)。

(2)成型紙主要物理指標與相對濕度的關系(圖 6～圖 8)。

(3)接裝紙主要物理指標與相對濕度的關系(圖 9～圖 10)。

(4)煙用濾棒主要物理指標與相對濕度的關系(圖 12～圖 15)。

表4 卷煙紙、成型紙及接裝紙各主要物理指標隨相對濕度變化的相關系數

表5 煙用濾棒主要物理指標隨相對濕度變化的相關系數

2.3 相關性分析[1]

取相對濕度為 x,各物理指標為 y,根據

在α=0.05的水平上,臨界值為 0.707,求出“三紙一棒”各物理指標隨相對濕度變化的相關系數,結果見表 4和表 5。

表 4表明,卷煙紙的縱向抗張強度、縱向伸長率、透氣度及定量指標,成型紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度、縱向伸長率及定量指標,接裝紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度、縱向伸長率及定量指標均大于 0.707。表 5表明,煙用濾棒的質量、圓周、硬度及長度指標的均大于 0.707。

2.4 結果分析

2.4.1 濕度對“三紙”機械性能指標的影響分析

“三紙”的主要組成為纖維素及碳酸鈣等填料,親水性能很強。濕度對紙張物理性能的影響首先表現在紙張水分含量的變化。打漿過程中,機械作用增大了纖維的外表面,游離出大量羥基,水分越小,相鄰纖維間的羥基通過氫鍵結合得越緊密[13]。因此一定范圍內,隨著濕度的增加,“三紙”水分含量也會增加,單位寬度的紙在縱向拉伸時斷裂前所能承受的最大張力即縱向抗張強度就會減少,而伸長率因 “三紙”親水后的“柔性”增加而增大?？v向抗張能量吸收是將單位面積的紙縱向拉伸至斷裂時所做的功,從實驗結果來看,一定范圍內,“三紙”的縱向抗張能量吸收值隨濕度的上升整體趨勢都是增加的,但濕度對卷煙紙抗張能量吸收的影響程度與接裝紙和成型紙相比不明顯,推測是卷煙紙透氣性能的特殊結構削弱了這一影響。

2.4.2 濕度對卷煙紙、成型紙的白度及卷煙紙不透明度的影響分析

卷煙紙、成型紙的白度、熒光白度及卷煙紙不透明度受濕度變化的影響不明顯且沒有規律,這是因為白度、不透明度及熒光白度均屬于光學指標,與原料和加工工藝有很大關系,而與濕度的關系不大。

2.4.3 濕度對卷煙紙透氣度、透氣度變異系數及陰燃速率的影響分析

隨著濕度的增加,卷煙紙的透氣度降低,透氣度變異系數和陰燃速率的變化則沒有規律。這是因為卷煙紙的主要成分是植物纖維和其他主要用作填料的親水物質等,它們的物理化學性質都使卷煙紙具有很強的吸水性能。環境濕度的增加會導致卷煙紙含水率的增加,即定量的增加。卷煙紙的透氣度是指在規定的條件下單位壓差、單位時間內通過單位面積的紙樣的平均空氣流量?？梢娫趩挝幻娣e上若實驗紙樣的定量大,則在相同的氣壓下通過的空氣阻力就大,通過的平均空氣流量相應就小,則所測出的透氣度就小;卷煙紙的透氣度變異系數則主要與卷煙紙的勻度有關,受漿料的穩定性和加工工藝的影響較大;卷煙紙的陰燃速率主要受卷煙紙的填料、助燃劑的含量及原料質量的影響。

2.4.4 濕度對煙用濾棒物理指標的影響分析

濕度對濾棒物理指標的影響歸因于濾棒水分含量的變化,水分含量的增加必然導致濾棒質量的增加,由濾棒物性之間的相關性[14]得知,圓周、硬度及長度均應增加,吸阻應降低。從實驗結果分析,一定濕度范圍內 (40%～50%的低濕條件下),是符合這一相關性的。但當濕度繼續增加時,盡管濾棒的圓周繼續增大而長度變化已不明顯,硬度反而下降,吸阻反而升高。這可能是因為濾棒質量的增加是水分含量增加引起的,而絲束及添加劑的使用量沒有變化,水分含量持續加大,絲束的柔軟度加大,硬度則會出現下降。吸阻升高的原因應歸因于水分子的阻礙起了關鍵作用。

3 結 論

在溫度為 (23±1)℃ (卷煙紙、成型紙和接裝紙)和 (22±2)℃ (濾棒)的條件下,濕度為 40%～75%的范圍內,整體來講,實驗所選 “三紙一棒”中：

3.1 卷煙紙的縱向抗張強度、縱向伸長率、透氣度及定量指標與相對濕度的變化具有線性相關性,其中縱向抗張強度與相對濕度的變化為負線性相關,縱向伸長率、透氣度及定量指標與相對濕度的變化為正線性相關。

3.2 成型紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度、縱向伸長率及定量指標與相對濕度的變化具有線性相關性,其中縱向抗張強度與相對濕度的變化為負線性相關,縱向抗張能量吸收、縱向伸長率及定量指標與相對濕度的變化為正線性相關。

3.3 接裝紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強度、縱向伸長率及定量指標與相對濕度的變化具有線性相關性,其中縱向抗張強度與相對濕度的變化為負線性相關,縱向抗張能量吸收、縱向伸長率及定量指標與相對濕度的變化為正線性相關。

3.4 煙用濾棒的質量、圓周、硬度及長度指標與相對相對濕度變化具有線性相關性,其中,質量、圓周及長度指標與相對濕度的變化為正線性相關,硬度與相對濕度的變化為負線性相關。

在“三紙一棒”生產企業的生產車間濕度條件不能滿足恒濕的的情況下,在線生產過程控制中可根據濕度對 “三紙一棒”的實際影響趨勢和程度,合理調整工藝參數,保證產品質量的符合性和穩定性;亦可根據自己的產品狀況,采用與本課題類似的研究方法,進行回歸分析,得出線性方程,直接應用于指標過程控制中的數據修正。對于采購企業,在 “三紙一棒”接收檢驗中,要特別注意在檢測數據接近標準上限或下限時,須根據濕度對“三紙一棒”物理指標的影響情況,考慮在檢測標準規定的濕度條件下,該指標的符合性,生產過程中注意跟蹤使用情況,保證在線生產的順利進行。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局質量司.質量專業理論與實務(2006)[M].北京：中國人事出版社,2006.

[2] 陳 曦,李蘭芬,王華佳,等.紙漿、紙和紙板試樣處理和試驗的標準大氣(2002)[S].北京：中國標準出版社,2002.

[3] 雷樟泉,邢 軍,韓云輝,等.卷煙紙 (2007)[S].北京：中國標準出版社,2007.

[4] 孫蘭成,韓云輝,胡清源,等.煙用接裝紙 (2002)[S].北京：中國標準出版社,2002.

[5] 邢 軍,李曉輝,雷樟泉,等.濾棒成型紙 (2006)[S].北京：中國標準出版社,2006.

[6] 劉克謙.紙和紙板抗張強度的測定法(恒速拉伸法)(1991)[S].北京：中國標準出版社,1991.

[7] 張景彥,侯維玲,杜麗萍.紙、紙板和紙漿亮度 (白度)的測定 漫射 /垂直法(2002)[S].北京：中國標準出版社,2002.

[8] 張清文.紙和紙板不透明度 (紙背襯)的測定 (漫反射法)(2005)[S].北京：中國標準出版社,2005.

[9] 劉 鋒,周德成,魯 儉,等.卷煙紙陰燃速率的測定 (2005)[S].北京：中國標準出版社,2005.

[10] 劉連祥,馬 忻.紙和紙板定量的測定 (2002)[S].北京：中國標準出版社,2002.

[11] 苗 芊,邢 軍,閃紅光,等.卷煙紙、成型紙、接裝紙及具有定向透氣帶的材料透氣度的測定(2008)[S].北京：中國標準出版社,2009.

[12] 于明芳,邢 軍,沈 云,等.煙草和煙草制品 醋酸纖維濾棒(2002)[S].北京：中國標準出版社,2007.

[13] 黎洪波.空氣相對濕度對卷煙紙及濾棒紙抗張強度的影響[J].湖南造紙,2000(4).

[14] 常紀恒,阮曉明,趙 榮,等.濾棒物性參數之間的相關關系[J].煙草科技,2003(10)：10.

(責任編輯：趙旸宇)

The Effects of Relative Humidity on the Properties of the Papers Using for Cigarette Production

CUI Qing-Jun
(Technology Center of Hebei China Tobacco Industry Corporation,Shijiazhuang,Hebei Province,050035)
(E-mail：13933888522@139.com)

The effects of relative humidity on physical properties of the papers and filter using for cigarette production were studied by changing the environment relative humidity at the constant temperature conditions,the physical properties of the papers and filter at the corresponding relative humidity were measured and regression analysis was conducted.The results showed that：① there is a linear correlation between paper's MD tensile strength,MD elongation,grammage and relative humidity.AP air permeability of cigarette paper,the tensile energy absorption index of tipping paper and plug wrap paper also have a linear correlation with relative humidity.②The weight,circumference,hardness,and length of filter have a linear correlation with relative humidity.

cigarette paper;tipping paper;plug wrap paper;filter relative humidity;physical indicators

TS761.2

A

0254-508X(2011)02-0021-05

崔慶軍先生,工程師;主要研究方向：產品質量管理與檢測。

2010-09-25(修改稿)