沟槽滤棒压降影响因素的因子分析

戚奇杰，杨 皓，曹得坡，宣润泉　(浙江中烟工业有限责任公司，浙江杭州 310024)



沟槽滤棒压降影响因素的因子分析

戚奇杰，杨 皓，曹得坡，宣润泉*(浙江中烟工业有限责任公司，浙江杭州 310024)

摘要[目的]深入研究沟槽滤棒特征参数及组成材料对滤棒压降的影响。[方法]选取常见的8种不同规格的沟槽滤棒及其主要组成材料为分析对象，采用相关性分析与因子分析，开展9个主要特征参数对沟槽滤棒压降的影响程度研究。[结果]试验表明，影响沟槽滤棒压降的特征参数间存在显著或极显著的相关性，相关系数矩阵中特征值大于1.0的前3个成分的累计贡献率达87.502%；由沟槽滤棒压降影响特征参数的旋转因子载荷矩阵得到3个公因子，总结定义后分别是：丝束总质量因子、单丝线密度/纤维素纸物理特性因子、沟槽特征参数因子。[结论]因子分析得出的公因子影响情况与实际沟槽滤棒生产检验过程中出现的情况基本吻合，进一步证实了沟槽滤棒特征参数对滤棒压降影响的准确性。

关键词因子分析；沟槽滤棒；压降；特征参数

烟用滤棒作为卷烟的重要组成部分，因其具有有效地截留过滤烟气粒相物的作用而为人们认识与关注。烟用滤棒一般可分为普通醋纤滤棒与特种醋纤滤棒，特种醋纤滤棒又可分为醋酸纤维沟槽滤棒与复合滤棒等。

由于醋酸纤维沟槽滤棒在保持卷烟吸味风格的同时具有较好的降焦效果[1-2]，因而被广泛应用于中高端及低焦油卷烟设计中[3-6]，成为近年来“三纸一棒”研究的重点和热点。沟槽滤棒压降是卷烟质量控制的重要指标之一，压降波动对卷烟主流烟气过滤效率、抽吸强度以及卷烟吸味具有明显的影响。因此，对沟槽滤棒压降进行深入分析和研究是十分必要的。目前，研究人员主要就二醋酸纤维丝束、沟槽纯纤维素纸、滤棒圆周、沟槽滤棒特征参数等对滤棒压降的影响开展了大量研究[7-13]，但对这些特征因素在影响滤棒压降过程中的系统性作用却鲜有提及。

因子分析法是将具有关联关系的多个变量通过线性组合形成互不相关的一些新变量，并使新变量保持原变量变异的绝大部分信息的一种多元统计分析方法，在市场调研、经济分析领域被广泛应用。烟草行业在对复烤烟叶、再造烟叶的物理、化学成分分析及卷烟感官质量评价中也有应用因子分析法[14-19]，但在沟槽滤棒压降的研究中应用较少。

笔者选取与沟槽滤棒压降相关的滤棒圆周、滤棒长度、沟槽长度、沟槽深度、丝束填充量5项沟槽滤棒物理指标以及沟槽滤棒组成材料中沟槽纯纤维素纸定量、透气度，二醋酸纤维丝束的单丝线密度、总线密度4项物理参数，运用因子分析法，就这些主要特征参数对沟槽滤棒压降的影响进行了系统性研究分析，为沟槽滤棒压降稳定性控制提供一定的参考。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料。2.4Y32000二醋酸纤维丝束、3.0Y32000二醋酸纤维丝束、3.8Y32000二醋酸纤维丝束、3.0Y30000二醋酸纤维丝束、3.0Y28000二醋酸纤维丝束，南通醋酸纤维有限公司；28.0 g/m2普通滤棒成形纸，杭州华丰纸业有限公司；26.5 g/m2高透滤棒成形纸，浙江民丰纸业有限公司；三醋酸甘油酯，日本大赛璐；不同透气度的60.0 g/m2沟槽纯纤维素纸，瑞士SABER；不同透气度的80.0 g/m2沟槽纯纤维素纸，韩国国一。

1.1.2主要仪器设备。A10透气度测试仪，BORG-WALDT；QTM滤棒综合测试台，CERULEAN；BS210S型电子天平(感量0.000 1 g)，METTLER；Image-Pro Plus 6.0软件，美国Media Cybernetics；电子显像测量系统(500万像素)，美国Motic；滤棒切割器(转速10 000 r/min)，自制；全自动单纤维万能物性测试仪，上海纳铁士；ZDY-IV型总线密度取样仪，南通益南；SLG-CS 烟支·滤棒智能长度仪，成都瑞拓；裁纸机，得力；电子数显卡尺(感量0.1 mm)，上海量具刃具厂；KDF2-CV沟槽滤棒成型机，上海烟草机械有限责任公司；沟槽滤棒专用压槽对辊(HZJBGC-Z-03、HZJBGC-F-03、HZJBGC-Z-05、HZJBGC-F-05、HZJBGC-Z-08、HZJBGC-F-08)。

1.2工艺参数车速：250 m/min，甘油酯施加量：48 mg/支，喂料辊压：0.05 MPa，开松辊压：0.2 MPa，开松比：1.44，开松辊速：770 r/min，开松宽度：240 mm，纤维素纸加热温度：180 ℃。1.3样品信息对前述沟槽滤棒组成材料按照工艺参数要求制作滤棒样品，具体样品制作信息见表1。

1.4指标测定沟槽滤棒物理指标与滤棒组成材料的物理参数测定方法如表2所示。

1.5数据统计分析数据处理采用SPSS18.0软件进行，运用因子分析法[28-30]对与沟槽滤棒压降相关的9项主要特征参数进行系统性分析。

2结果与分析

将表1中12种滤棒按表2所述的指标测定要求，对影响沟槽滤棒压降的9项主要特征参数进行测定，9项特征参数分别为：X1，丝束单丝线密度(Den)；X2，丝束总线密度(Den)；X3，纤维素纸透气度(CU)；X4，纤维素纸定量(g/m2)；X5，沟槽长度(mm)；X6，沟槽深度(mm)；X7，丝束填充量(kg/万支)；X8，滤棒圆周(mm)；X9，滤棒长度(mm)。具体测试结果如表3所示。

2.1沟槽滤棒指标间简单相关关系对表3中的数据运用SSS18.0软件进行相关性分析，具体结果见表4。

由相关矩阵(表4)可知，单丝线密度与纤维素纸透气度呈显著负相关关系，与纤维素纸定量呈显著负相关关系；总线密度与纤维素纸定量呈显著正相关关系，与丝束填充量呈极显著正相关关系；纤维素纸透气度与纤维素纸定量呈极显著正相关关系，与滤棒长度呈显著正相关关系；纤维素纸定量与丝束填充量呈显著正相关关系，与滤棒长度呈显著正相关关系；沟槽长度与沟槽深度呈极显著正相关关系，与滤棒长度呈显著正相关关系；丝束填充量与滤棒长度呈显著正相关关系。其余参数间相关性或正或负，但都不具有显著性。由此可知，沟槽滤棒特征参数之间存在复杂的关联性，可进一步做分析。

2.2KMO 和 Bartlett检验Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)给出样品充足量的测度，检验变量间相关系数的大小，目的是为了验证数据是否适合进行因子分析。当KMO值在0.5～1.0范围内时，表示变量适合进行因子分析。

Bartlett球形度检验统计量是为了验证数据是否来自于服从多元正态分布的总体。当Sig.<0.1时，可认为数据来自正态分布总体，适合进行因子分析。

对表3中的数据运用SPSS18.0软件进行因子分析检验，具体数据统计结果如下：取样足够度的 Kaiser-Meyer-Olkin度量，KMO值为0.525；Bartlett 的球形度检验近似卡方为101.324；自由度为36；Sig.值为0.000。

由KMO和Bartlett检验结果可知，KMO值为0.525，在0.5～1.0区间内，Sig值为0.000，说明数据来自正态分布总体，且适宜进行因子分析。因此，可进一步对数据做因子分析。

注：**表示在0.01水平上相关显著，*表示在0.05水平上相关显著。

Note:** and * indicated significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

2.3公因子个数的确定为进一步研究与沟槽滤棒压降相关的9项主要特征参数间的相互关系，对其做因子分析，特征值贡献率反映每个因子包含原始变量信息的量度。根据因子分析的要求，选取特征值1.0以上的前3个成分进行分析。由表5可见，前3个成分的初始特征值累计贡献率已达87.502%，基本可具备代表解释全部特征指标信息量的功能。

2.4公因子解释对因子分析得到的因子载荷矩阵采用最大方差法进行旋转，使各变量在因子上载荷更加明显，以便提高对各因子变量的解释程度。结合特征值及贡献率(表5)与旋转因子载荷矩阵(表6)进行分析，选取因子载荷绝对值0.6以上的作为解释变量，得出公因子1主要由总线密度、丝束填充量、滤棒长度3个因子决定，对沟槽滤棒压降的贡献率为46.771%，可将其定义为丝束总质量因子。公因子2由单丝线密度、纤维素纸透气度、纤维素纸定量3个因子决定，对沟槽滤棒压降的贡献率为23.230%，可将其定义为单丝线密度/纤维素纸物理特性因子。公因子3由沟槽深度、沟槽长度、滤棒圆周3个因子决定，对沟槽滤棒压降的贡献率为17.501%，可将其定义为沟槽特征参数因子。

注：旋转法为具有Kaiser 标准化的正交旋转法，旋转在4次迭代后收敛。

Note：Rotation method was the Varimax Rotation with Kaiser standardization.Convergence of rotation appeared after four iterations.

由因子分析结果可知，丝束总质量因子是影响沟槽滤棒压降的最主要因素；单丝线密度/纤维素纸物理特性因子对沟槽滤棒压降有较大的影响；沟槽特征参数因子对沟槽滤棒压降也有一定的影响。

从沟槽滤棒实际生产检验情况来看，丝束总质量波动最易造成沟槽滤棒压降出现波动；丝束单丝线密度、纤维素纸透气度的波动也易出现沟槽滤棒压降波动；沟槽深度、滤棒圆周的波动也会造成沟槽滤棒压降波动。这与因子分析的结论基本吻合。

在实际生产中，由于沟槽纤维素纸针对不同滤棒规格要求会采用特定的规格，且定量在纤维素纸生产过程中较易控制，各批次间不易出现较大波动，因此，也未出现其对滤棒压降造成影响的现象。此外，沟槽滤棒专用压槽对辊为金属材质，硬度较高，不易在生产过程中出现同一规格的沟槽滤棒有沟槽长度波动的现象，所以未出现其对滤棒压降造成影响的现象。

3结论与讨论

从该研究分析结果来看，与沟槽滤棒压降相关的9项主要特征参数之间存在着一定的相关性，采用因子分析法进行分析，有助于分辨出各因子之间的相关性。分析结论显示，9项对沟槽滤棒压降影响起到主要作用的特征参数，可被归纳为3个公因子。第1个是丝束总质量因子，第2个是单丝线密度/纤维素纸物理特性因子，第3个是沟槽特征参数因子。丝束总质量因子贡献率46.771%，是影响沟槽滤棒压降的最主要因素；单丝线密度/纤维素纸物理特性因子贡献率23.230%，对沟槽滤棒压降有较大的影响；沟槽特征参数因子贡献率17.501%，对沟槽滤棒压降也有一定的影响。对这些公因子参数进行精度控制，有助于生产过程中的沟槽滤棒压降稳定性控制。

从沟槽滤棒实际生产检验情况看，丝束总质量波动最易造成沟槽滤棒压降出现波动；丝束单丝线密度、纤维素纸透气度的波动也易出现沟槽滤棒压降波动；沟槽深度、滤棒圆周的波动也会造成沟槽滤棒压降波动。这是由于实际生产过程中，沟槽纤维素纸是针对不同滤棒规格要求会采用特定的规格，且定量在纤维素纸生产过程中较易控制，各批次间不易出现较大波动，因此未出现其对滤棒压降造成影响的现象。而沟槽滤棒专用压槽对辊为金属材质，硬度较高，不易在生产过程中出现同一规格的沟槽滤棒有沟槽长度波动的现象，所以也未出现其对滤棒压降造成影响的现象。

结合上述分析内容可知，因子分析得出的公因子影响比重与实际沟槽滤棒生产检验过程中出现的情况基本吻合，也进一步证实了沟槽滤棒特征参数对滤棒压降影响的准确性。该研究仅对上述几种规格的沟槽滤棒的压降影响进行因子分析，对于其他规格的沟槽滤棒压降影响情况还有待进一步研究。

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Factor Analysis of the Influencing Factors of Pressure Drop of Grooved Filter Rods

QI Qi-jie, YANG Hao, CAO De-po, XUAN Run-quan*

(China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310024)

Key wordsFactor analysis; Grooved filter rod; Pressure drop; Characteristic index

Abstract[Objective] To intensive study the effects of characteristic parameters and constituent materials of grooved filter rods on pressure drop. [Method] Eight different sizes of grooved filter rods and their constituent materials were selected as the research objects.Nine major characteristic factors of pressure drop of grooved filter rods were analyzed by Correlation Analysis and Factor Analysis.[Result] Characteristic parameters affecting the pressure drop of grooved filter rods showed significant or extremely significant correlation.In the correlation matrix, the eigenvalues of first-three components were greater than 1.0.The cumulative contribution rate of first-three components reached 87.502%.The components matrix of pressure drop of grooved filter rod showed three common factors, which were summarized as total mass of tow, single yarn density / physical characteristics of cellulose paper, and groove feature parameters.[Conclusion] Influencing situation of common factors obtained by factor analysis is consistent with the actual production of grooved filter rods, which further confirms the accuracy of the influence of feature parameters on the pressure drop of grooved filter rods.

基金项目浙江中烟工业有限责任公司科技项目(ZJZY2014A006)。

作者简介戚奇杰(1989-)，男，浙江宁波人，助理工程师，从事烟用材料研究。*通讯作者，助理工程师，从事烟用材料研究。

收稿日期2016-01-24

中图分类号TS 426

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-048-04