在線打孔中支卷煙通風(fēng)率穩(wěn)定性的研究

張莉強(qiáng) 李宇飛 劉 浩 王賀偉 盧良海

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545005）

降焦除害是卷煙制造行業(yè)必須研究的重大課題。卷煙制造企業(yè)通常通過控制卷煙的通風(fēng)率來達(dá)到降低卷煙焦油和有害成分的目的，而實(shí)現(xiàn)卷煙通風(fēng)率穩(wěn)定控制的最常用技術(shù)為在線激光打孔[2]。為了給市場(chǎng)提供降焦減害的產(chǎn)品，目前的煙草行業(yè)已開發(fā)出中支、細(xì)支等異型規(guī)格的卷煙產(chǎn)品。該文結(jié)合常規(guī)的卷煙降焦除害技術(shù)對(duì)中支煙進(jìn)行了進(jìn)一步研究，以期保證煙支內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性，達(dá)到持續(xù)減害的目的。

在線激光打孔技術(shù)能夠增大煙支通風(fēng)率，在一定程度上能稀釋煙氣量，進(jìn)而達(dá)到減害的目的[3]。卷煙通風(fēng)率的穩(wěn)定性與激光打孔系統(tǒng)密切相關(guān)，在打孔過程中，對(duì)通風(fēng)率影響最大的因素為打孔輪、撥煙輪的間距和激光打孔時(shí)間。打孔輪與撥煙輪間距不合適將會(huì)造成煙支打孔數(shù)量不足或者孔間距不勻、通風(fēng)率波動(dòng)大和標(biāo)準(zhǔn)偏差大；激光打孔時(shí)間不足，會(huì)造成通風(fēng)率偏小且標(biāo)準(zhǔn)偏差大；打孔時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)造成煙支通風(fēng)率與標(biāo)準(zhǔn)偏差均較大，煙支表面易出現(xiàn)灼燒焦斑。

因此，該文對(duì)打孔輪、撥煙輪的間距與激光打孔時(shí)間等因素對(duì)煙支濾棒通風(fēng)率的影響進(jìn)行研究，確定其最佳影響水平，可指導(dǎo)實(shí)際操作，以期實(shí)現(xiàn)打孔卷煙通風(fēng)率的穩(wěn)定控制。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

激光打孔裝置：LASER JK350，江蘇瑞馳機(jī)電科技有限公司。煙用材料：柳州卷煙廠。卷煙機(jī)：ZJ17，常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司。檢測(cè)儀器：煙用量棒、OM-Ⅱ綜合測(cè)試臺(tái)，北京歐美利華科技有限公司。試驗(yàn)牌號(hào)：某牌號(hào)，卷煙煙支濾棒通風(fēng)率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為（25.0±4.0）%，煙支圓周設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為（20.00±0.20）mm。

1.2 試驗(yàn)方法

打孔輪與撥煙輪的間距、激光打孔時(shí)間，兩者為獨(dú)立的變量因素，采用回歸試驗(yàn)分析方法進(jìn)行試驗(yàn)[4]。

樣品的制備：每次試驗(yàn)隨機(jī)取樣，以200 支卷煙為1份樣品。根據(jù)《GBT 16447—2004/ISO 3402：1999 煙草及煙草制品 調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境》相關(guān)要求進(jìn)行樣品平衡。

樣品的檢測(cè)與評(píng)價(jià)：從不同狀態(tài)下采集的每份樣品中隨機(jī)取樣30 支，按照《GB22838.15—2009/ISO 9512—2002 卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定》要求進(jìn)行煙支濾棒通風(fēng)率的檢測(cè)，并按照回歸試驗(yàn)分析方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 打孔輪與撥煙輪間距回歸分析試驗(yàn)參數(shù)的確定

基于在線激光打孔的卷煙生產(chǎn)設(shè)備原理，確定撥煙輪與打孔輪處于6 種不同的間距狀態(tài)，分別為5.7mm、5.8mm、5.9mm、6.0mm、6.1mm 以及6.2mm，然后對(duì)每間距狀態(tài)下的煙支產(chǎn)品進(jìn)行取樣，再?gòu)拿糠輼悠分须S機(jī)取樣30 支進(jìn)行濾棒通風(fēng)率的測(cè)定、記錄，求出該組數(shù)據(jù)的均值及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，最后對(duì)不同組的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 打孔輪與撥煙輪間距試驗(yàn)結(jié)果與分析

為研究不同的撥煙輪與打孔輪間距對(duì)煙支通風(fēng)率穩(wěn)定性的影響，該文按照試驗(yàn)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，獲得6 組不同撥煙輪與打孔輪間距（C11）下相對(duì)應(yīng)的濾棒通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ），結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同間距下的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

由圖1 可知，當(dāng)間距（C11）為5.7mm 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）最大，即此時(shí)煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最差。當(dāng)間距（C11）為5.9mm 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）最小，表明此時(shí)煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最好。

采用回歸分析方式對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以觀察煙支濾棒通風(fēng)率各組標(biāo)準(zhǔn)偏差與不同撥煙輪、打孔輪間距之間的變化規(guī)律，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同間距下通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差的回歸分析

多項(xiàng)式回歸分析：對(duì)數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合，求得兩者間的回歸方程如公式（1）所示。

式中：σ 為標(biāo)準(zhǔn)偏差；C11為打孔輪與撥煙輪間距，mm。

其中擬合優(yōu)度R-Sq=72.63%，能在較大程度上說明打孔輪與不同間距下的煙支濾棒通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的規(guī)律性，可以根據(jù)擬合公式進(jìn)一步推算除試驗(yàn)間距外的不同間距下對(duì)應(yīng)的煙支濾棒通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)差。由公式（1）可知，回歸方程為二次函數(shù)，C11=5.9mm 時(shí)的σ 值最接近該函數(shù)的最低點(diǎn)，也表明了在設(shè)定的6 組間距中，該組間距下的煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最好。

方差分析：通過方差分析可以判斷不同打孔輪與撥煙輪間距產(chǎn)生的煙支通風(fēng)率的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的顯著性是否明顯，相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

表1 不同打孔輪與撥煙輪間距產(chǎn)生的煙支通風(fēng)率的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的顯著性評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 不同打孔時(shí)間下的煙支通風(fēng)率均值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的顯著性評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過圖2 可知，在試驗(yàn)的6 組撥煙輪與打孔輪間距中，當(dāng)間距為5.9mm 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，即此時(shí)煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最高。同時(shí)，在方差分析中對(duì)應(yīng)回歸項(xiàng)的P 值=0.000 ＜0.05，可判定擬合模型有效[5]，說明不同打孔輪與撥煙輪間距導(dǎo)致的煙支通風(fēng)率的均值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差具有顯著影響。

2.3 打孔時(shí)間回歸分析試驗(yàn)參數(shù)的確定

根據(jù)煙支打孔的實(shí)際效果和參數(shù)常規(guī)設(shè)定區(qū)間，確定5個(gè)不同打孔時(shí)間梯度，分別為40μs、45μs、50μs、55μs 和60μs，然后對(duì)每個(gè)梯度狀態(tài)下的煙支產(chǎn)品進(jìn)行取樣檢測(cè)，再?gòu)拿糠輼悠分须S機(jī)取樣30 支進(jìn)行濾棒通風(fēng)率的測(cè)定、記錄，求出該組數(shù)據(jù)的均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，最后對(duì)不同組的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.4 打孔時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果與分析

為研究不同的打孔時(shí)間對(duì)煙支濾棒通風(fēng)率的影響，該文按照試驗(yàn)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，得到6 組不同的打孔時(shí)間下相對(duì)應(yīng)的濾棒通風(fēng)率的均值，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同打孔時(shí)間下的通風(fēng)率均值

由圖3 可知，在線激光打孔過程中，不同打孔時(shí)間下的煙支濾棒通風(fēng)率也不同，兩者之間呈一定的線性關(guān)系且隨著打孔時(shí)間的增加，煙支濾棒通風(fēng)率也隨之增加。

對(duì)該數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合，運(yùn)用回歸分析方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖如圖4 所示。

圖4 不同打孔時(shí)間下通風(fēng)率均值的回歸分析

多項(xiàng)式回歸分析：對(duì)數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合，求得兩者間的回歸方程，如公式（2）所示。

式中：X為 通風(fēng)率均值；C為打孔時(shí)間，μs。

該組數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度為R-Sq=92.2%，接近于1，說明該回歸方程可以充分反應(yīng)不同打孔時(shí)間下對(duì)應(yīng)的煙支濾棒通風(fēng)率的均值，并可進(jìn)一步推算出除試驗(yàn)外的不同打孔時(shí)間下的濾棒通風(fēng)率均值，為滿足后續(xù)不同通風(fēng)率生產(chǎn)工藝的要求提供了有效的時(shí)間確定。由公式（2）可知，打孔時(shí)間與兩者間呈一次線性關(guān)系。

方差分析：對(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，可分析出不同打孔時(shí)間下的煙支通風(fēng)率均值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的顯著性。

通過圖4 可知，煙支濾棒通風(fēng)率與在線激光打孔時(shí)間呈一次線性關(guān)系，當(dāng)打孔時(shí)間增加時(shí)，濾棒通風(fēng)率的均值也隨之增大。在方差分析中，對(duì)應(yīng)回歸項(xiàng)的P 值=0.000 ＜0.05，可判定擬合模型有效，說明不同打孔時(shí)間下的煙支通風(fēng)率均值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響較為顯著。

3 結(jié)論

根據(jù)上述試驗(yàn)與分析，并將分析結(jié)果在其他同類設(shè)備及同類產(chǎn)品上進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，可以得出以下結(jié)論：1）煙支濾棒通風(fēng)率與卷煙機(jī)撥煙輪、打孔輪間距呈二次函數(shù)關(guān)系，生產(chǎn)中必須根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)調(diào)整卷煙機(jī)撥煙輪與打孔輪的間距，以降低煙支濾棒通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差，減少該指標(biāo)的波動(dòng)，提高煙支濾棒的通風(fēng)率穩(wěn)定性及感官質(zhì)量。2）煙支濾棒通風(fēng)率與在線激光打孔時(shí)間存在線性關(guān)系，隨著在線激光打孔時(shí)間的增加，煙支濾棒通風(fēng)率也會(huì)隨之增大。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的感官質(zhì)量與工藝指標(biāo)，并結(jié)合設(shè)備狀況，通過梯度試驗(yàn)選擇合適的打孔時(shí)間。

在進(jìn)行卷煙通風(fēng)度的研究過程中，應(yīng)針對(duì)不同影響因素采用不同的試驗(yàn)分析方法對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析，找出影響煙支通風(fēng)率的最主要的影響因素，進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。