加熱不燃燒煙用中空濾棒工藝要素對物理指標的影響

錢甚希，王朝富，汪 軍，孫 浩

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司昆明卷煙廠，昆明 650202）

目前國際市場主流的插入式加熱不燃燒卷煙，多采用四段式結構，分別為：發煙芯基材段、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工藝生產的中空濾棒制作（圖1）。

圖1 加熱不燃燒煙支結構

四段式加熱不燃燒卷煙，在實際加工過程中，煙支生產采用復合加工工藝（線性復合或鼓輪復合）。實際生產過程中，不論線性復合生產過程濾棒段在成型通道和壓板間高速運動，還是鼓輪復合生產過程中，濾棒段在鼓輪負壓槽間交換傳遞，各組成濾棒段的物理指標（圓周、長度、硬度）波動性對設備運行及最終煙支產品質量（物理指標和感官質量），都會產生顯著影響[1]。作者在生產過程中發現，中空濾棒圓周存在較大波動時，線性復合機煙槍壓板處可能發生跳動、卡阻，且嚴重影響復合相位累計誤差。而在鼓輪復合的產線上生產時，圓周波動極易造成濾棒在鼓輪上無法被負壓有效吸附而發生“脫落”“卡夾”，嚴重影響效率及成品質量穩定性。

其中無紙中空濾棒由于采用蒸汽熱成型技術生產，無成型紙包裹后，其物理指標隨存儲時間延長而發生變化，且不同增塑劑施加量的無紙中空濾棒物理指標變化速率不同，相同增塑劑施加量（或同批次同加工參數）的濾棒在不同的存儲環境（溫度、濕度）下變化趨勢不同。濾棒中空孔洞直徑大小也是影響其物理指標變化速率的重要因素之一。本文主要針對無紙中空濾棒圓周、長度兩個物理指標在同一貯存條件下的變化量進行測量，并對其相關關系進行分析。

1 材料與儀器

1.1 材料

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

1.2 生產設備

成型設備型號為ZL22D，由許昌煙機公司改造加裝蒸汽成型通道后，成為無紙中空設備。設備運行設定參數見表1。無紙中空濾棒成型機通過高溫蒸汽和噴灑過三乙酸甘油酯的醋酸纖維作用實現快速固化，后經干冷空氣冷卻成型。高溫蒸汽發生裝置已有成熟技術，成型裝置重新設計。無紙中空濾棒成型過程需要實現中空結構，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現中空結構，芯棒可快速拆卸更換，同時芯棒設計有調節旋鈕，可精確調節中空位置。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KDF2 濾棒成型機煙槍行程無法實現上述作用。通過重新設計加長煙槍來實現上述作用，在煙槍中設計高溫蒸汽和干冷空氣噴灑孔，并根據成型特性使用尼龍布帶。

表1 設備運行設定參數

1.3 測試儀器

綜合測試臺型號：RT-5。測試臺設定參數見表2。

表2 測試臺設定參數

2 實驗設計

2.1 實驗目的

在加熱不燃燒卷煙生產過程中，發現生產出的中空濾棒長度和圓周在長時間存儲中均不同程度地發生縮小現象，為避免由此產生的一系列質量隱患（復合棒外觀不佳、復合機效率降低、長度改變導致復合相位不穩、復合濾棒中出現空隙等），對該現象進行試驗，解決相應問題。

2.2 實驗原理

通過對所生產出的中空濾棒在自然環境條件下存儲后長度及圓周產生的變化和測量時環境情況進行記錄，運用多元回歸和線性擬合尋找其關系，探求其變化規律。根據生產現場情況，對濾棒儲存影響最大的3 個因素分別為時間、溫度和濕度。

2.3 實驗器材

綜合測試臺；溫濕度測量儀。

2.4 實驗步驟

（1）隨機直接從機器料斗中抽取樣本，并記錄取樣時間和現場環境溫濕度，確保4 次取樣活門開度（控制甘油施加量）數值的一致性，樣本取樣后進行第一次測量并求取均值。

（2）抽樣后2 h 內，每30 min 進行1 次檢測，共檢測4 次；抽樣后2~6 h，每60 min 進行1 次檢測，共檢測4 次；抽樣后12 h 檢測1 次；抽樣后24 h 檢測1 次，同一樣品共計檢測10 次，檢測結果均求取均值。

（3）進行數據分析。

2.5 實驗數據記錄（見表3）

表3 內徑3 mm 中空基棒測試記錄

2.6 實驗結論

圓周與時間呈負相關關系，計算公式為y=-0.012x+d，其中y 表示圓周，x 表示時間，d 為截距（無參考價值）。

長度與時間呈負相關關系，計算公式為y=-0.05x+d，其中y 表示長度，x 表示時間，d 為截距（無參考價值）。

長度與濕度呈正相關關系，計算公式為y=0.046x+d，其中y 表示長度，x 表示時間，d 為截距（無參考價值）。

3 實驗分析及反思

由于目前車間生產任務多，多點測量的溫度均呈上升趨勢，與時間相關系數過高，且從試驗記錄數據來看，無法得出溫度對中空濾棒長度及圓周的影響情況。

從數據分析結果看，濕度過低會導致濾棒長度變短、過高則會變長，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，存儲濕度在50%~55%之間最佳。如圖2 所示。

圖2 存儲濕度與濾棒長度關系

由于數據記錄6~24 h 跨度太大，導致24 h 的測量數據大部分為異常數據，根據數據分析結果觀測檢測指標在0~6 h 內呈線性下降，在6~24 h 間某個點達到極值，隨后上下小幅振動。

由于中空濾棒的圓周和長度均和存儲時間呈強相關關系，故最好確定基棒存儲時間，遵循先進先出原則，通過固定存儲時間來固定縮短量，從而制定生產標準（相應地，如果都存儲24 h 以上，則可按照其最終縮短量來控制，中空圓周為0.1 mm，長度為0.3 mm）。