抽吸模式和煙支密度分布對卷煙包灰性能的影響

尹本濤　萬麗娟　徐楊斌　蘇鑫　張燕　王榮梅　劉劍　蔡元青

摘要 為研究抽吸模式和煙支密度分布對卷煙包灰性能的影響，采用分段測量的方法采集卷煙燃燒時的圖像信息，通過測定煙支燃燒的煙灰長度、累計煙灰面積、煙灰表面累積開裂或者破碎面積及當前燃燒長度下的卷煙包灰性能，分析不同抽吸模式下卷煙燃燒煙灰長度縮減率、卷煙包灰性能、煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關性。結果表明，在不同燃燒長度下卷煙的燃燒狀態不同，分段測量能有效反映卷煙燃燒包灰的性能;卷煙燃燒煙灰長度縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）;卷煙樣品最后包灰性能的好壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）;煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關性，可以通過改變煙支密度或者煙絲填充值來改善卷煙的包灰效果。

關鍵詞 分段測量;包灰;抽吸模式;卷煙包灰性能;煙支密度分布

中圖分類號 TS452文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0182-04

Abstract In order to study the effects of smoking pattern and cigarettes density distribution on the ash integration properties of cigarette， the subsection measurement method was adopted to collect the image information of burning cigarette. Based on the determination of the soot length of burned cigarettes， the cumulative soot area， the cumulative cracking or crushing area of the soot surface， and the ash integration properties of cigarettes at the current burning length， the reduction rate of soot length of burned cigarettes， ash integration properties of cigarette， the correlation between the cigarettes density distribution and ash integration properties of cigarette were analyzed. The results showed that the state of cigarettes was different at different combustion length， and the segmented measurement could effectively reflect the ash integration properties of cigarette. The reduction rate order of soot length of burned cigarettes was HCI mode （19.3%） > ISO mode （17.7%） > static combustion mode （15.4%）. The final ash integration properties of cigarette samples was in the order of static combustion mode （5.27%）， ISO mode （9.99%）， and HCI mode （10.47%）. The density distribution of cigarettes had a strong correlation with the ash integration properties of cigarette， which could be improved by changing the density of cigarettes or? filling value of cut tobacco.

Key words Subsection measurement method;Ash integration;Smoking pattern;Ash integration properties of cigarette;Cigarettes density distribution

卷煙包灰是指煙支燃燒后形成煙灰的外觀完整程度，又稱為卷煙燃燒煙灰完整性。煙灰開裂或者破碎面積與煙灰整體面積的比值大小可以衡量卷煙包灰性能的好壞。該比值越小表示煙灰完整程度越高，也就是說包灰效果越好。隨著卷煙技術的發展及消費者對卷煙產品質量要求的提高，卷煙燃燒后的包灰效果已經越來越受到人們的重視。卷煙包灰性能好，煙柱美觀;卷煙包灰性能差，抽吸時卷煙紙不能很好包裹在煙絲上，造成煙灰掉落嚴重，不僅污染環境，并且會影響消費者對品牌的忠誠度[1]。

目前，大量研究表明卷煙紙、卷煙配方和切絲寬度對卷煙包灰性能都有較大的影響[2-8]。但是，針對如何評價卷煙的包灰能力，如何優化卷煙的包灰性能，迄今尚未有一個具體的解決方案與評價體系，國內外對卷煙包灰能力的研究相對較少[9-10]。筆者采用分段測量的方法，分別在煙支燃燒至10、20、30、40和50 mm處采集圖像信息，通過分析每張圖片，以1 mm長度為單位，統計煙支燃燒的累計煙灰面積、煙灰表面累積開裂或者破碎面積及當前燃燒長度下的煙灰完整性測試數據，研究抽吸模式和煙支密度分布對卷煙包灰性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究對象。

試驗選取貴州中煙生產的卷煙A牌號為樣品，每30支為1組，共3組。

1.1.2 主要儀器。

KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測試儀（韓國KARDIEN公司）;TEWS 4420微波快速煙支水分密度測量儀（德國TEWS公司）。

1.2 方法

將卷煙樣品拆包，在溫度（22±2）℃、相對濕度（60±3）%的條件下調節48 h，并在溫度（22±2）℃、相對濕度（60±5）%的環境條件下進行測試。

1.2.1 測試方法。

采用分段測量的方法，分別在煙支燃燒至10、20、30、40和50 mm處采集圖像信息，通過測試軟件分析每張圖像，以1 mm長度為單位，統計煙支燃燒的累計煙灰面積、煙灰表面累積開裂或者破碎面積及當前燃燒長度下的煙灰完整性測試數據。

卷煙包灰是指煙支燃燒后形成煙灰的外觀完整程度，以煙灰開裂或者破碎面積與煙灰整體面積的比值大小衡量卷煙包灰性能的好壞。按以下公式計算卷煙包灰性能：C（%）=A/B。式中，A表示卷煙燃燒后煙灰開裂或者破碎的面積;B表示卷煙燃燒后煙灰的整體面積;C表示卷煙包灰性能。

1.2.2 不同抽吸模式下卷煙包灰性能的測定。

使用韓國KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測試儀，分別在靜燃模式、ISO抽吸模式和HCI抽吸模式下按照“1.2.1”的方法測定卷煙的包灰性能。

1.2.3 煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關性分析。

使用德國TEWS 4420微波快速煙支水分密度測量儀對樣品進行測試，記錄單位長度下的煙支密度;再使用韓國KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測試儀，在ISO抽吸模式下按照“1.2.1”的方法進行卷煙包灰性能的測定。最后，分析煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關性。

1.2.4 數據統計與分析。

將試驗數據去除點燃端和抽吸端各5 mm采集的數據后，使用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同抽吸模式下卷煙燃燒煙灰長度的縮減率測定結果

使用韓國KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測試儀，在ISO抽吸模式下，樣品燃燒至10、20、30、40和50 mm時采集的燃燒狀態圖如圖1所示。從圖1可以看出，卷煙由點燃端開始，在不同燃燒長度下卷煙的燃燒狀態是不一樣的，分段測量能更有效地反映卷煙燃燒的包灰性能。

通過不同抽吸模式下卷煙燃燒至10、20、30、40和50 mm設定值時卷煙燃燒煙灰的實際長度，計算卷煙燃燒煙灰長度縮減率，結果如表1所示。從表1可看出，卷煙燃燒煙灰長度從大到小依次為靜燃模式、ISO模式、HCI模式;卷煙燃燒煙灰長度的縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）。

通過不同抽吸模式下卷煙燃燒至不同分段（0～10、11～20、21～30、31～40、41～50 mm）時的卷煙燃燒煙灰實際長度，來計算不同分段下卷煙燃燒煙灰長度縮減率，結果如表2所示。從表2可以看出，在煙支燃燒的不同分段，形成的煙灰長度不同。在第1段10 mm的燃燒長度中，靜燃模式下煙灰長度達到9.987 mm，縮減率僅為0.1%，而HCI模式下煙灰長度最短，長度縮減率為9.4%。

無論是靜燃模式、ISO模式還是HCI模式，隨著煙支燃燒長度的增加，每階段煙支燃燒煙灰的長度都在逐步遞減，煙灰縮減長度不斷增加，分段計算出的長度縮減率逐步增加。尤其是進入燃燒的第5段（41～50 mm）時，長度縮減率達到最大，卷煙燃燒煙灰長度縮減率從大到小依次為HCI模式下（30.8%）、 ISO模式（29.0%）、靜燃模式（23.5%）。

2.2 不同抽吸模式下卷煙包灰性能測定結果

在不同抽吸模式下，卷煙燃燒至不同煙支長度時的卷煙燃燒煙灰面積和變碎面積，來計算卷煙包灰性能，結果如表3所示。由表3可知，卷煙燃燒后煙灰面積隨著抽吸模式的不同也發生了變化，煙灰面積按靜燃模式、ISO模式和HCI模式依次減小，這種趨勢與煙灰長度縮減率對應，說明縮灰率與抽吸模式有很大關系。同時，隨著煙灰面積的增加，煙灰燃燒后開裂或者變碎的面積也不斷增加，靜燃模式為16.05 mm 2，ISO模式為29.76 mm 2，HCI模式下達到最大（30.04 mm 2）。整體來看，卷煙樣品最后包灰性能的從好到壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）。

2.3 煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關性分析

將煙支密度數據整體縮小10倍，處理后的數據與ISO抽吸模式下的煙灰破碎面積和當前包灰數據為縱坐標，以煙支長度為橫坐標，繪制散點圖，再進行線性擬合，得到ISO抽吸模式下煙灰變碎面積、當前包灰數據和煙支密度分布的對應曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，將煙支分為3段，第1段為0～10 mm，第2段為10～40 mm，第3段為40～50 mm。在第1段和第3階段時煙支的平均密度為270和282 mg/cm 3，此時對應的煙灰變碎面積和當前包灰數據曲線趨勢相對平緩，第2階段煙支的平均密度為249 mg/cm 3，此時對應的煙灰變碎面積和當前包灰性能曲線斜率相對較大。因此，煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關性，可以通過改變煙支密度或者煙絲填充值來改善卷煙的包灰效果。

3 結論

（1）使用韓國KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測試儀，在ISO抽吸模式下，樣品燃燒至10、20、30、40和50 mm時采集的燃燒狀態，在不同燃燒長度下卷煙的燃燒狀態是不一樣的，分段測量更能有效地反映卷煙燃燒包灰性能。

（2）采用分段測量的方法，采集卷煙燃燒時的圖像信息，得出卷煙燃燒煙灰長度從大到小依次為靜燃模式、ISO模式、HCI模式;卷煙燃燒煙灰長度縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）。在不同分段下卷煙燃燒煙灰長度縮減率有所不同，進入燃燒的第5段（40～50 mm）時，長度縮減率達到最大，卷煙燃燒煙灰長度縮減率從大到小依次為HCI模式（30.8%）、 ISO模式（29.0%）、靜燃模式（23.5%）。

（3）在不同抽吸模式下，卷煙樣品最后包灰性能的好壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）。

（4）煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關性，可以通過改變煙支的密度或者煙絲填充值來改善卷煙的包灰效果。

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