相对湿度对卷烟工业用纸主要物理指标的影响

崔庆军

(河北中烟工业公司技术中心,河北石家庄,050035)

相对湿度对卷烟工业用纸主要物理指标的影响

崔庆军

(河北中烟工业公司技术中心,河北石家庄,050035)

研究了相对湿度对卷烟纸等卷烟工业用纸 (“三纸一棒”)主要物理指标的影响,在恒定的温度条件下,通过改变环境相对湿度,测得对应相对湿度下 “三纸一棒”的主要物理指标,并进行回归分析。结果显示,“三纸”的纵向抗张强度、纵向伸长率及定量与相对湿度具有线性相关性。卷烟纸的透气度、接装纸和成型纸的纵向抗张能量吸收与相对湿度也具有线性相关性;烟用滤棒的质量、圆周、硬度及长度指标与相对湿度具有线性相关性。

卷烟纸;成型纸;接装纸;滤棒;相对湿度;物理指标

我国 “三纸一棒” (即卷烟纸、接装纸、成型纸、烟用滤棒)生产企业的环境条件及卷烟生产企业材料检测室环境条件控制不一,由于条件的限制,仍有许多企业无法实现恒温恒湿的检测环境要求。对于温度条件,较容易达到要求,而对于相对湿度条件,则往往难以控制。研究 “三纸一棒”的主要物理指标与相对湿度的关系,一方面可为“三纸一棒”生产企业产品质量控制提供技术支持,另一方面可为采购企业材料接收检验中的检测数据提供修正参考,确保检测数据的有效性和卷烟产品质量的符合性。

1 实 验

1.1 实验材料

取同批次的卷烟纸、接装纸、成型纸各 2盘,取连续生产的烟用醋纤滤棒 2000支,具体数据见表 1。

表1 实验材料一览表

仪器：索定综合测试台;英国 LLOYD公司产LRX—PLUS拉力仪;瑞典L&W公司产 Elrepho070白度仪;法国 SOD I M公司产 SOD I M-D23透气度仪;北京奥普乐科技开发有限公司产 FT-20阴燃仪;美国奥豪斯 AR2130天平。

1.2 实验方法

将 2盘卷烟纸分别编号为 JYZ1、JYZ2,将 2盘接装纸分别编号为 JZZ1、JZZ2,将 2盘成型纸分别编号为 CXZ1、CXZ2,将 2000支烟用滤棒混合均匀后分为 2份,每份 1000支,分别编号为 LB1,LB2。为保证实验结果的准确性,根据所测指标的不同,本实验采取了固定试样重复测试和非固定试样更换测试相结合的方法。不需破坏试样即可测得的指标采用固定试样,必须破坏试样才能测得的指标采用非重复试样,具体实验指标分类见表 2。

对于非固定试样首先进行均匀性实验,利用单因子方差分析法[1]来确定样品的均匀性。针对卷烟纸、接装纸及成型纸样品,从每盘材料中随机取 400 mm左右的样品 20条,将每条样品从 1～20编号,分为A(奇数样)、B (偶数样)两组,进行纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度、纵向伸长率的均匀性测试;随机取 20条长为 200 mm左右的卷烟纸样品并从 1～20编号,分为 A(奇数样)、B (偶数样)两组,进行阴燃速率指标的均匀性测试。随机取滤棒 20支从1～20编号,分为 A(奇数样)、B (偶数样)两组,进行硬度指标的均匀性实验。

样品预处理：将“三纸”(即卷烟纸、成型纸和接装纸)[2]置于相对湿度为 30%,温度为 23℃的恒温恒湿箱内 24 h。

实验温度：“三纸” (23±1)℃;烟用滤棒 (22±2)℃。

实验湿度：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%。

样品温湿处理：对于“三纸”,每个测试湿度条件下温湿处理 4 h后在对应的湿度条件下进行实验;对于烟用滤棒,每个测试条件下温湿处理 48 h后在对应的湿度条件下进行实验。

实验过程：按照标准对卷烟纸[3]、接装纸[4]和成型纸[5]20个样品的的纵向抗张强度、纵向伸长率、纵向抗张能量吸收[6]、白度、荧光白度[7]、不透明度[8]、阴燃速率[9]、定量[10]、透气度、透气度变异系数[11]进行测定;对 20支烟用滤棒的[12]质量、圆周、吸阻、长度及硬度进行测定,见表 2。

2 结果与讨论

2.1 均匀性实验结果

F临界值 F0.05(9,10)=3.02,计算的 F值为 0.65(见表 3),该值 ＜F临界值,这表明在 0.05显著水平时,JYZ1样品的纵向抗张吸收指标是均匀的。

按照上述方法,得出卷烟纸试样 JYZ1和 JYZ2的纵向抗张强度、纵向伸长率、阴燃速率的F值分别为 0.82、0.64、0.58和 0.84、0.70、0.66;成型纸试样 CXZ1和 CXZ2的纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度和纵向伸长率的 F值分别为 0.63、0.74、0.73和 0.62、0.70、0.80;接装纸试样 JZZ1、JZZ2纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度和纵向伸长率的 F值分别为 0.79、0.74、0.79和 0.76、0.77、0.82;烟用滤棒试样 LB1和 LB2硬度的 F值分别为 0.98和 0.97(计算过程略)。上述计算的 F值均小于 F临界值。

表2 “三纸一棒”实验指标分类

表3 卷烟纸 JYZ1纵向抗张能量吸收均匀性实验结果

因此,在对以上相关指标进行实验时可以认为样品是均匀的。

2.2 不同相对湿度下的“三纸一棒”主要物理指标

(1)卷烟纸主要物理指标与相对湿度的关系(图 1～图 5)。

(2)成型纸主要物理指标与相对湿度的关系(图 6～图 8)。

(3)接装纸主要物理指标与相对湿度的关系(图 9～图 10)。

(4)烟用滤棒主要物理指标与相对湿度的关系(图 12～图 15)。

表4 卷烟纸、成型纸及接装纸各主要物理指标随相对湿度变化的相关系数

表5 烟用滤棒主要物理指标随相对湿度变化的相关系数

2.3 相关性分析[1]

取相对湿度为 x,各物理指标为 y,根据

在α=0.05的水平上,临界值为 0.707,求出“三纸一棒”各物理指标随相对湿度变化的相关系数,结果见表 4和表 5。

表 4表明,卷烟纸的纵向抗张强度、纵向伸长率、透气度及定量指标,成型纸的纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度、纵向伸长率及定量指标,接装纸的纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度、纵向伸长率及定量指标均大于 0.707。表 5表明,烟用滤棒的质量、圆周、硬度及长度指标的均大于 0.707。

2.4 结果分析

2.4.1 湿度对“三纸”机械性能指标的影响分析

“三纸”的主要组成为纤维素及碳酸钙等填料,亲水性能很强。湿度对纸张物理性能的影响首先表现在纸张水分含量的变化。打浆过程中,机械作用增大了纤维的外表面,游离出大量羟基,水分越小,相邻纤维间的羟基通过氢键结合得越紧密[13]。因此一定范围内,随着湿度的增加,“三纸”水分含量也会增加,单位宽度的纸在纵向拉伸时断裂前所能承受的最大张力即纵向抗张强度就会减少,而伸长率因 “三纸”亲水后的“柔性”增加而增大。纵向抗张能量吸收是将单位面积的纸纵向拉伸至断裂时所做的功,从实验结果来看,一定范围内,“三纸”的纵向抗张能量吸收值随湿度的上升整体趋势都是增加的,但湿度对卷烟纸抗张能量吸收的影响程度与接装纸和成型纸相比不明显,推测是卷烟纸透气性能的特殊结构削弱了这一影响。

2.4.2 湿度对卷烟纸、成型纸的白度及卷烟纸不透明度的影响分析

卷烟纸、成型纸的白度、荧光白度及卷烟纸不透明度受湿度变化的影响不明显且没有规律,这是因为白度、不透明度及荧光白度均属于光学指标,与原料和加工工艺有很大关系,而与湿度的关系不大。

2.4.3 湿度对卷烟纸透气度、透气度变异系数及阴燃速率的影响分析

随着湿度的增加,卷烟纸的透气度降低,透气度变异系数和阴燃速率的变化则没有规律。这是因为卷烟纸的主要成分是植物纤维和其他主要用作填料的亲水物质等,它们的物理化学性质都使卷烟纸具有很强的吸水性能。环境湿度的增加会导致卷烟纸含水率的增加,即定量的增加。卷烟纸的透气度是指在规定的条件下单位压差、单位时间内通过单位面积的纸样的平均空气流量。可见在单位面积上若实验纸样的定量大,则在相同的气压下通过的空气阻力就大,通过的平均空气流量相应就小,则所测出的透气度就小;卷烟纸的透气度变异系数则主要与卷烟纸的匀度有关,受浆料的稳定性和加工工艺的影响较大;卷烟纸的阴燃速率主要受卷烟纸的填料、助燃剂的含量及原料质量的影响。

2.4.4 湿度对烟用滤棒物理指标的影响分析

湿度对滤棒物理指标的影响归因于滤棒水分含量的变化,水分含量的增加必然导致滤棒质量的增加,由滤棒物性之间的相关性[14]得知,圆周、硬度及长度均应增加,吸阻应降低。从实验结果分析,一定湿度范围内 (40%～50%的低湿条件下),是符合这一相关性的。但当湿度继续增加时,尽管滤棒的圆周继续增大而长度变化已不明显,硬度反而下降,吸阻反而升高。这可能是因为滤棒质量的增加是水分含量增加引起的,而丝束及添加剂的使用量没有变化,水分含量持续加大,丝束的柔软度加大,硬度则会出现下降。吸阻升高的原因应归因于水分子的阻碍起了关键作用。

3 结 论

在温度为 (23±1)℃ (卷烟纸、成型纸和接装纸)和 (22±2)℃ (滤棒)的条件下,湿度为 40%～75%的范围内,整体来讲,实验所选 “三纸一棒”中：

3.1 卷烟纸的纵向抗张强度、纵向伸长率、透气度及定量指标与相对湿度的变化具有线性相关性,其中纵向抗张强度与相对湿度的变化为负线性相关,纵向伸长率、透气度及定量指标与相对湿度的变化为正线性相关。

3.2 成型纸的纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度、纵向伸长率及定量指标与相对湿度的变化具有线性相关性,其中纵向抗张强度与相对湿度的变化为负线性相关,纵向抗张能量吸收、纵向伸长率及定量指标与相对湿度的变化为正线性相关。

3.3 接装纸的纵向抗张能量吸收、纵向抗张强度、纵向伸长率及定量指标与相对湿度的变化具有线性相关性,其中纵向抗张强度与相对湿度的变化为负线性相关,纵向抗张能量吸收、纵向伸长率及定量指标与相对湿度的变化为正线性相关。

3.4 烟用滤棒的质量、圆周、硬度及长度指标与相对相对湿度变化具有线性相关性,其中,质量、圆周及长度指标与相对湿度的变化为正线性相关,硬度与相对湿度的变化为负线性相关。

在“三纸一棒”生产企业的生产车间湿度条件不能满足恒湿的的情况下,在线生产过程控制中可根据湿度对 “三纸一棒”的实际影响趋势和程度,合理调整工艺参数,保证产品质量的符合性和稳定性;亦可根据自己的产品状况,采用与本课题类似的研究方法,进行回归分析,得出线性方程,直接应用于指标过程控制中的数据修正。对于采购企业,在 “三纸一棒”接收检验中,要特别注意在检测数据接近标准上限或下限时,须根据湿度对“三纸一棒”物理指标的影响情况,考虑在检测标准规定的湿度条件下,该指标的符合性,生产过程中注意跟踪使用情况,保证在线生产的顺利进行。

[1] 国家质量监督检验检疫总局质量司.质量专业理论与实务(2006)[M].北京：中国人事出版社,2006.

[2] 陈 曦,李兰芬,王华佳,等.纸浆、纸和纸板试样处理和试验的标准大气(2002)[S].北京：中国标准出版社,2002.

[3] 雷樟泉,邢 军,韩云辉,等.卷烟纸 (2007)[S].北京：中国标准出版社,2007.

[4] 孙兰成,韩云辉,胡清源,等.烟用接装纸 (2002)[S].北京：中国标准出版社,2002.

[5] 邢 军,李晓辉,雷樟泉,等.滤棒成型纸 (2006)[S].北京：中国标准出版社,2006.

[6] 刘克谦.纸和纸板抗张强度的测定法(恒速拉伸法)(1991)[S].北京：中国标准出版社,1991.

[7] 张景彦,侯维玲,杜丽萍.纸、纸板和纸浆亮度 (白度)的测定 漫射 /垂直法(2002)[S].北京：中国标准出版社,2002.

[8] 张清文.纸和纸板不透明度 (纸背衬)的测定 (漫反射法)(2005)[S].北京：中国标准出版社,2005.

[9] 刘 锋,周德成,鲁 俭,等.卷烟纸阴燃速率的测定 (2005)[S].北京：中国标准出版社,2005.

[10] 刘连祥,马 忻.纸和纸板定量的测定 (2002)[S].北京：中国标准出版社,2002.

[11] 苗 芊,邢 军,闪红光,等.卷烟纸、成型纸、接装纸及具有定向透气带的材料透气度的测定(2008)[S].北京：中国标准出版社,2009.

[12] 于明芳,邢 军,沈 云,等.烟草和烟草制品 醋酸纤维滤棒(2002)[S].北京：中国标准出版社,2007.

[13] 黎洪波.空气相对湿度对卷烟纸及滤棒纸抗张强度的影响[J].湖南造纸,2000(4).

[14] 常纪恒,阮晓明,赵 荣,等.滤棒物性参数之间的相关关系[J].烟草科技,2003(10)：10.

(责任编辑：赵旸宇)

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

崔庆军先生,工程师;主要研究方向：产品质量管理与检测。

2010-09-25(修改稿)