不同規(guī)格中細(xì)支卷煙醋纖絲束性能研究

高明奇 顧 亮 李明哲 孟 洋 田海英張 展 楊金初 紀(jì) 朋 董艷娟 馮曉民

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000)

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不同規(guī)格中細(xì)支卷煙醋纖絲束性能研究

高明奇1顧 亮1李明哲1孟 洋2田海英1張 展1楊金初1紀(jì) 朋1董艷娟1馮曉民1

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000)

為給中細(xì)支卷煙(φ=7.0 mm)濾棒設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供更多參考，選取3種典型規(guī)格醋纖絲束成型為目標(biāo)壓降中細(xì)支濾棒，卷接為中細(xì)支卷煙，以煙堿為目標(biāo)物質(zhì)，考察過(guò)濾能力。結(jié)果表明：① 不同規(guī)格醋纖絲束成型能力特性曲線存在明顯差異，所選取6種規(guī)格醋纖絲束覆蓋壓降范圍為2 170～5 880 Pa，且總趨勢(shì)為高單旦、低總旦規(guī)格醋纖絲束適宜成型低壓降中細(xì)支濾棒；② 所成型目標(biāo)壓降濾棒煙堿過(guò)濾效率為22.0%～27.0%，同一規(guī)格醋纖絲束，隨著濾棒壓降升高，濾嘴對(duì)卷煙主流煙氣煙堿的過(guò)濾效率隨之升高，且總趨勢(shì)為高單旦、低總旦醋纖絲束適宜于成型低過(guò)濾效率細(xì)支濾棒?？筛鶕?jù)中細(xì)支卷煙設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇不同規(guī)格絲束成型適宜壓降濾棒，獲得滿意的卷煙感官質(zhì)量和適宜的主流煙氣過(guò)濾效率。

中細(xì)支卷煙；醋纖絲束；絲束規(guī)格；成型能力；過(guò)濾效率；煙堿

近年卷煙規(guī)格不斷創(chuàng)新，中細(xì)支卷煙(φ=7.0 mm)以其外觀新穎別致、焦油釋放量低獲得了較多關(guān)注。中細(xì)支卷煙做為中式卷煙中的一個(gè)重要品類分支，在降焦減害、節(jié)能環(huán)保和降本增效等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但中細(xì)支卷煙在快速發(fā)展的同時(shí)，也遇到了一些技術(shù)瓶頸和問(wèn)題，比如醋纖絲束規(guī)格不匹配等。當(dāng)前，中國(guó)中細(xì)支卷煙主要采用6.0Y30000(den/den)規(guī)格醋纖絲束濾棒，醋纖絲束規(guī)格相對(duì)單一，存在壓降匹配性差等問(wèn)題，不適用于部分中細(xì)支卷煙產(chǎn)品，中細(xì)支卷煙用醋纖絲束規(guī)格亟待豐富。

張淑潔等[1]研究了醋酸纖維的力學(xué)性能、吸附過(guò)濾性能、吸濕性、卷曲性、耐酸堿性、穩(wěn)定性等基本性能，分析了其力學(xué)性能與吸附過(guò)濾性能，然后根據(jù)醋酸纖維的特性，重點(diǎn)分析了醋酸纖維在卷煙行業(yè)、紡織行業(yè)、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。濾棒設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)規(guī)格的絲束來(lái)滿足卷煙對(duì)濾嘴壓降、過(guò)濾效率、硬度、圓周等基本要求[2-3]。濾棒醋纖絲束規(guī)格的選擇直接關(guān)系到其壓降和過(guò)濾效率的高低，進(jìn)而影響到卷煙產(chǎn)品的感官質(zhì)量，是卷煙三紙一棒設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)[3]。Christopher M.Bundren 等[4]研究了適用于細(xì)支濾棒的高單旦、低總旦醋纖絲束卷曲加工工藝，指出所成型細(xì)支濾棒吸阻變異系數(shù)最高可達(dá)7%，低的也有4%，遠(yuǎn)高于常規(guī)濾棒吸阻2.0%～2.5%的水平。魏玉玲等[5]考察了卷煙材料組合搭配對(duì)主流煙氣量及過(guò)濾效率的影響，結(jié)果表明濾嘴及吸阻、接裝紙透氣度相對(duì)絲束規(guī)格對(duì)過(guò)濾效率影響更顯著。劉鎮(zhèn)等[3]分析了絲束規(guī)格對(duì)特性曲線的影響和絲束規(guī)格與濾嘴過(guò)濾效率的關(guān)系，提出在濾嘴設(shè)計(jì)中選擇絲束規(guī)格的具體思路，即通過(guò)目標(biāo)濾棒參數(shù)，根據(jù)絲束的成型能力及過(guò)濾能力進(jìn)行選擇。戴永生[6]采用低單旦規(guī)格的醋酸纖維絲束在KDF2/AF2成形機(jī)上穩(wěn)定生產(chǎn)出圓周為23.8 mm、吸阻為3 280～4 290 Pa的細(xì)圓周濾棒，并與其它規(guī)格醋纖絲束相比，其可節(jié)約絲束3.5%～4.8%，過(guò)濾效率提高1%。常紀(jì)恒等[7]研究了濾棒成型過(guò)程中質(zhì)量波動(dòng)的影響因素，用不同規(guī)格的醋纖絲束在KDF-2型濾棒成型機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，絲束規(guī)格一定的前提下，輥速比、螺紋輥壓力、空氣噴嘴壓力及穩(wěn)定輥壓力等工藝參數(shù)對(duì)醋酸纖維絲束的穩(wěn)定開(kāi)松和成型質(zhì)量起決定性作用。李鈺靚等[8]通過(guò)對(duì)濾棒使用的全過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了濾棒交換中心配置狀態(tài)與濾棒實(shí)物的實(shí)時(shí)比較和狀態(tài)顯示，并能將監(jiān)控界面遠(yuǎn)程發(fā)布到各末端分布式節(jié)點(diǎn)。以上文獻(xiàn)主要集中在絲束選擇、濾棒成型工藝及質(zhì)量控制方面，且主要關(guān)注點(diǎn)為濾棒質(zhì)量穩(wěn)定性，為絲束選擇及成型提供了參考，但尚未有相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)中細(xì)支卷煙醋纖絲束進(jìn)行系統(tǒng)研究。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)中細(xì)支卷煙文獻(xiàn)報(bào)道[9-12]主要集中在設(shè)備改造及濾成型，中細(xì)支卷煙用濾棒及醋纖絲束的相關(guān)研究報(bào)道較少，特別是缺乏對(duì)中細(xì)支卷煙用醋纖絲束的成型能力、過(guò)濾效率等具體應(yīng)用性能的系統(tǒng)研究。本試驗(yàn)擬對(duì)幾種適用于中細(xì)支濾棒的不同規(guī)格醋纖絲束開(kāi)展應(yīng)用性能研究，重點(diǎn)關(guān)注醋纖絲束濾棒成型能力及對(duì)卷煙主流煙氣的過(guò)濾能力，通過(guò)考察不同規(guī)格醋纖絲束的成型及過(guò)濾能力，旨在為中細(xì)支卷煙的絲束及濾棒設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

5.0Y35000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：南通醋酸纖維有限公司；

3.6Y31000、3.8Y30000、5.5Y35000、5.0Y28000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：美國(guó)塞拉尼斯有限公司；

6.7Y28000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：大賽璐(中國(guó))投資有限公司；

濾棒成型機(jī)：KDF2型，沈陽(yáng)飛機(jī)制造公司；

電子分析天平：ML204型，感量0.1 mg，瑞士Mettler公司；

全功能綜合測(cè)試臺(tái)：SODIMAX型，法國(guó)Sodim Instrumentation公司；

濾棒物理指標(biāo)綜合測(cè)試臺(tái)：D49型，法國(guó)Sodim Instrumentation公司；

恒溫恒濕箱：KBF型，德困Binder公司；

吸煙機(jī)：SM450-PC107 直線型，美國(guó)Cerulean公司；

氣相色譜儀：6890A型，美國(guó)Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 醋纖絲束成型能力特性曲線繪制 將濾棒成型速度、濾棒圓周調(diào)整到規(guī)定要求，停止施加增塑劑、中線膠，并將增塑劑添加系統(tǒng)清理干凈。然后，通過(guò)調(diào)整濾棒成型工藝參數(shù)(開(kāi)松比、對(duì)輥壓力、開(kāi)松寬度)，分別制備最小棒和最大棒，并取樣檢測(cè)最小棒、最大棒的壓降、圓周、水分。同時(shí)，取一份平行樣品，分別將最小棒和最大棒的成型紙剝離干凈，并測(cè)量100支無(wú)成型紙濾棒絲束的重量。以吸阻為縱坐標(biāo)，100支無(wú)成型紙濾棒絲束的重量為橫坐標(biāo)，繪制絲束成型能力特性曲線。

1.2.2 中細(xì)支濾棒過(guò)濾效率檢測(cè) 在其成型能力范圍內(nèi)將3種規(guī)格絲束成型為不同壓降中細(xì)支濾棒，濾棒樣品質(zhì)量要求見(jiàn)表1。將濾棒接裝成中細(xì)支卷煙，卷煙樣品質(zhì)量要求見(jiàn)表2，為保障檢測(cè)過(guò)濾效率的準(zhǔn)確性，采用了零透氣度接裝紙卷接樣品，使卷接出的卷煙樣品接裝紙上無(wú)正常卷煙的通風(fēng)孔帶，進(jìn)而測(cè)定濾嘴的過(guò)濾效率。參考文獻(xiàn)[12]中的方法測(cè)算卷煙樣品主流煙氣煙堿的過(guò)濾效率。同時(shí)，為保證所測(cè)卷煙樣品含煙絲量盡量保持一致，對(duì)已制備卷煙樣品進(jìn)行嚴(yán)格挑選后作為待測(cè)樣。

表1 中細(xì)支濾棒樣品要求

表2 中細(xì)支卷煙樣品要求

1.2.3 醋纖絲束、細(xì)支濾棒及卷煙的化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)

(1) 卷煙及濾棒樣品調(diào)節(jié)：按GB/T 16447—2004《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境》執(zhí)行。

(2) 濾棒物理性能檢測(cè)：按GB/T 22838—2009《卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定》執(zhí)行。

(3) 卷煙主流煙氣及濾嘴中總粒相物、焦油和水分的測(cè)定：按GB/T 19609—2004《卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》執(zhí)行。

(4) 主流煙氣中煙堿的測(cè)定：按GB/T 23355—2009《卷煙 總粒相物中煙堿的測(cè)定 氣相色譜法》執(zhí)行。

(5) 濾嘴中煙堿的測(cè)定：按YC/T 154—2001《卷煙濾嘴中煙堿的測(cè)定方法 氣相色譜法》執(zhí)行。

(6) 卷煙抽吸：按GB/T 16450—2004《常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件》執(zhí)行。

(7) 醋纖絲束理化指標(biāo)的測(cè)定：按YC/T 169—2009《煙用絲束理化性能的測(cè)定》執(zhí)行，包括絲束單旦、總旦、斷裂強(qiáng)度、油劑含量等，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 醋纖絲束在KDF2/AF2濾棒成型機(jī)上成型能力特性曲線

在已定濾棒規(guī)格、成型設(shè)備和成型條件的情況下，每種規(guī)格醋纖絲束具有一個(gè)從最低壓降到最高壓降的成型能力范圍。以濾棒壓降和絲束重量為坐標(biāo)，用一根曲線來(lái)表示醋纖絲束的成型范圍，該曲線即為絲束成型能力特性曲線，體現(xiàn)了濾棒壓降與重量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。絲束成型能力特性曲線受絲束規(guī)格、濾棒規(guī)格、成型設(shè)備及成型工藝條件影響。按照1.2.1方法調(diào)試濾棒成型機(jī)至正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)絲束開(kāi)松良好、濾棒吸阻穩(wěn)定時(shí)，分別成型每個(gè)規(guī)格醋纖絲束的最大棒和最小棒，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，6種絲束規(guī)格所成型濾棒的壓降范圍較寬為2 170～5 880 Pa，可以覆蓋當(dāng)前在用的壓降范圍，為不同梯度壓降濾棒設(shè)計(jì)提供參考。

絲束單旦是指一根9 000 m長(zhǎng)未卷曲纖維絲的質(zhì)量(g)，總旦是指一束9 000 m長(zhǎng)未卷曲纖維絲的質(zhì)量(g)。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的研究結(jié)果，當(dāng)絲束總旦和濾棒重量不變、單旦變化時(shí)，濾棒壓降變化趨勢(shì)和單旦成反相關(guān)；當(dāng)所成型濾棒壓降不變時(shí)，濾棒重量與醋纖總旦的變化趨勢(shì)一致。由圖1可知，當(dāng)中細(xì)支卷煙用醋纖絲束的單旦越高、總旦越低，越適合于成型較低壓降濾棒。對(duì)于相同長(zhǎng)度和圓周的中細(xì)支濾棒及相同成型條件下，當(dāng)前煙草行業(yè)主要采用的醋纖絲束規(guī)格適宜成型的壓降范圍在3 500 Pa以上，而5.0Y28000、5.0Y35000等規(guī)格醋纖絲束主要適用于3 500 Pa以下壓降中細(xì)支濾棒。

表3 最大棒及最小棒檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖1 不同規(guī)格醋纖絲束特性曲線

2.2 不同規(guī)格醋纖絲束濾棒卷煙應(yīng)用

選取3種適用于中細(xì)支濾棒的典型規(guī)格醋纖絲束(5.0Y28000、5.0Y35000、6.7Y28000)，制備了不同規(guī)格醋纖絲束在目標(biāo)壓降下的濾棒及卷煙樣品，見(jiàn)表4。分別檢測(cè)了卷煙主流煙氣、煙堿及濾嘴中的煙堿，并計(jì)算了煙堿過(guò)濾效果，結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

表4 不同規(guī)格醋纖絲束卷煙樣品

表5 不同規(guī)格醋纖絲束卷煙樣品主流煙氣

表6 濾嘴過(guò)濾效率檢測(cè)結(jié)果

表5為卷煙樣品的主流煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)，表中樣品編號(hào)所采用濾棒與表4中相對(duì)應(yīng)。從檢測(cè)數(shù)據(jù)中可知，不同規(guī)格醋纖絲束在不同壓降濾棒情況下，主流煙氣各項(xiàng)指標(biāo)存在顯著差異。從焦油釋放量的趨勢(shì)圖(圖2)中可以知， 壓降升高后焦油含量顯著降低。對(duì)于設(shè)計(jì)目標(biāo)壓降(2 800，2 500 Pa)而言，3種絲束規(guī)格所成型濾棒可以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)于不同透氣度而言，接裝紙透氣度的提高，卷煙焦油釋放量顯著降低，通過(guò)不同規(guī)格絲束濾棒與不同透氣度接裝紙搭配，從而實(shí)現(xiàn)卷煙設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)選擇合適的絲束規(guī)格，成型為適宜壓降濾棒，與不同透氣度接裝紙搭配，達(dá)到目標(biāo)煙氣指標(biāo)。

圖2 不同規(guī)格醋纖絲束特性曲線

表6為卷煙樣品主流煙氣煙堿過(guò)濾效率檢測(cè)數(shù)據(jù)，表中樣品編號(hào)所采用濾棒與表4中相對(duì)應(yīng)。從檢測(cè)數(shù)據(jù)(表6)中可看出，不同規(guī)格醋纖絲束在不同壓降濾棒情況下，主流煙氣煙堿過(guò)濾效率存在顯著差異，表明絲束規(guī)格和濾棒壓降是影響濾嘴對(duì)卷煙煙氣過(guò)濾效率的重要因素。對(duì)于過(guò)濾效率而言，醋纖絲束規(guī)格的單旦越低，總旦越高，越適用于成型過(guò)濾效率的濾棒，為卷煙設(shè)計(jì)提供了參考。3種絲束規(guī)格的煙堿過(guò)濾效率為22%～27%(見(jiàn)圖3)，與正常卷煙過(guò)濾效率無(wú)顯著差異，通過(guò)選擇適宜絲束及濾棒，可以獲得相同的過(guò)濾效率。

圖3 濾嘴過(guò)濾效率檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

選取了6種典型中細(xì)支卷煙用醋纖絲束規(guī)格，其中4種(3.6Y31000、3.8Y30000、5.0Y28000、5.5Y35000、6.7Y28000)絲束規(guī)格尚未在中國(guó)應(yīng)用試驗(yàn)。為考察不同規(guī)格醋纖絲束的適宜成型濾棒壓降范圍，繪制了6種醋纖絲束成型能力特性曲線，在此基礎(chǔ)上，選取3種典型規(guī)格醋纖絲束，在其成型能力范圍內(nèi)將不同規(guī)格醋纖絲束成型為目標(biāo)壓降中細(xì)支濾棒，卷接為中細(xì)支卷煙，考察不同規(guī)格醋纖細(xì)支濾棒對(duì)卷煙主流煙氣的過(guò)濾效率。結(jié)果表明：① 所選取6種不同規(guī)格醋纖絲束的成型能力特性曲線存在明顯差異，可成型濾棒壓降范圍為2 170～5 880 Pa，且總趨勢(shì)為高單旦、低總旦規(guī)格醋纖絲束適宜成型低壓降中細(xì)支濾棒；② 所成型目標(biāo)壓降濾棒煙堿過(guò)濾效率為22.0%～27.0%，同一規(guī)格醋纖絲束，隨著濾棒壓降升高，濾嘴對(duì)卷煙主流煙氣煙堿的過(guò)濾效率隨之升高，且總趨勢(shì)為高單旦、低總旦醋纖絲束更宜于成型低過(guò)濾效率中細(xì)支濾棒。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了不同規(guī)格中細(xì)支卷煙用醋纖絲束的成型及過(guò)濾能力，填補(bǔ)了其他文獻(xiàn)尚未報(bào)道的中細(xì)支醋纖絲束應(yīng)用性能研究空白。在實(shí)際卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，選擇不同規(guī)格絲束成型適宜壓降濾棒，達(dá)到適宜的主流煙氣過(guò)濾效率。對(duì)于卷煙香氣成分的影響，在后續(xù)工作中有待進(jìn)一步的深入研究。

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Study on performance of different specifications of acetate tow for medium fine cigarette

GAO Ming-qi1GU Liang1LI Ming-zhe1MENG Yang2TIAN Hai-ying1ZHANGZhan1YANGJin-chu1JIPeng1DONGYan-juan1FENGXiao-min1

(1.TechnologyCenter,HenanBranchofChinaTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China;2.GoldLeafProductionManufacturingCenter,HenanBranchofChinaTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China)

In order to provide more reference for design and development of materials of the medium fine cigarette (φ=7.0 mm), different typical specifications of acetate tow of medium fine filter rods were selected, and forming ability of different specifications of acetate tow was evaluated, and then the forming ability characteristic curves were also given. Fine filter rods with different pressure drop were prepared from different specifications of acetate tows, and were made into medium fine cigarettes, the filtration ability of fine filter rods with different specifications of acetate tows were investigated by using nicotine as the target material. The results showed that: ① Obvious differences were found in the characteristic curves of different specifications of acetate tows, and pressure drop range of the selected six kinds of acetate tow were covered from 2 170 Pa to 5 880 Pa. Moreover, the general trend was found that the specification of high total and low single denier tows was better lower pressure drop medium fine filter rod; ② The filtration efficiencies of different pressures drop filter rods were from 22.0% to 27.0%, and the filtration efficiency of nicotine in cigarette smoke increased with the increase of pressure drop of filter rods. In addition, the general trend showed to be that the specifications of high total and low single denier tows were better for lower filtration efficiency medium fine filter rod. Both better sensory quality and proper filtration efficiency could be obtained by using different specifications of acetate tow.

fine cigarette; acetate tow; specification; forming ability; filtration ability; nicotine

中國(guó)煙草總公司重大專項(xiàng)(編號(hào)：110201601013〔XZ-04〕)；河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目(編號(hào)：YN2016005)

高明奇，男，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師，碩士。

馮曉民(1974—)，男，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師。E-mail:fengxiaomin@163.com

2017—03—03

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.06.039