BOPP 烟膜摩擦系数对香烟包装成型的影响研究

项磊 周先进 佘世科 武斌 葛少林 李云峰

（1.安徽中烟工业有限责任公司；2.湛江包装材料企业有限公司）

1. 前言

BOPP 薄膜广泛应用于香烟包装，有“保香公主”的美誉[1]，这种材料就是烟草行业常说的透明纸。跟其它烟用辅料相比，BOPP 烟膜（简称烟膜，下同）质量要关注很多技术指标，在所有量化烟膜的物性指标中，摩擦系数无疑是一个很关键的指标，它直接表征了这种材料在烟机上的运行性。

运行性在很大程度上直接对应烟膜的摩擦系数，因此研究摩擦系数，对烟厂提高生产率，控制产品质量是非常关键的一环[2-5]。

在包装香烟过程中，随着工艺温度的升高，烟膜的摩擦系数也在升高，烟包在运行中和金属通道接触的时间比较长，要特别关注烟膜对金属的摩擦系数。通过摩擦系数指标基本上就可以判断烟膜在烟机上运行的具体效果[6-9]。

从烟厂的角度来看，一般会根据热收缩率的不同把小包烟膜分成高收缩、中收缩、微收缩以及普通四大类。厚度上有些微差别，高收缩一般为21 微米，其余均为22 微米[10-13]。本文主要探讨摩擦系数最佳范围，以便在实际生产中根据烟包的运行要求针对性地调节摩擦系数。

2. 试验过程

2.1 设备和材料

摩擦系数测试仪，型号：THWING-ALBERT MODEL 225-1，产地：美国；

厚度测试仪，型号：MAHR C1216，产地：徳国；

烟机，ZB45 硬盒硬条包装机组（上海烟草机械有限责任公司），FOCKE FX2 包装机组（德国FOCKE 公司）；

美容器，71ASGT1/B 小包烟膜整形装置（天驰天新机电技术有限公司），双面烫，双通道双面美容整形；

高收缩小包烟膜，设计厚度21 微米；

中收缩、微收缩和普通小包烟膜，设计厚度22 微米。

2.2 工艺参数

包装机速度400 包/分钟；

输送带线速度V=76 m/min=1.27 m/s；

烟膜侧边热封温度145℃；

美容器工作温度105℃。

烟膜与烟包在包装机中经过的主要工序有烟包输送、烟膜传送、折叠成形、热封烫、美容整形、烟包输出等主要6 个小工序，如图1 所示。

其中烟膜经过输送、切割装置后成为定长单张包装单元，包裹在小盒烟包上被送入成型转塔，经侧部折叠、热封后送入通道，完成小盒烟包顶底部的折叠、热封，并送入美容器整形，至下一流程。

图1. 包装机上透明纸（烟膜）工序示意图Figure1. Diagram of transparent paper process on packaging machine

通过对工序分析，主要有以下几个关键点对整个过程有较大影响，并与烟膜的摩擦系数有直接的关系，具体如下：下纸折叠成型、热封美容以及输出环节。

a. 下纸输送、折叠成型：该环节考察常温下23℃烟膜的适机特性，对应包装完整性指标；

b. 热封烫、美容整形：该环节考察高温下80℃烟膜的适机特性，对应美容定型通过性指标；

c. 输出工序：该环节考察35℃烟膜的适机特性，对应烟包在通道的通过顺畅性指标。

2.3 测试过程及测试方法

试验选定FOCKE FX2 机型用于高收缩小包的试验，机速为800 包∕分钟；其他烟膜选定ZB45 机型，除开普通小包的机速为350 包/分钟，其它类型烟膜统一机速为400 包∕分钟，试验时间均为6 小时。

把不同牌号的烟膜上机运行，记录相同时间段内的剔烟次数、卡包次数，并根据生产总量计算出每个指标对应的关键工序的剔出率。

如果出现较大的运行故障则直接终止该牌号的试验。

对不同牌号的烟膜进行厚度测试和摩擦系数测试，厚度测试标准：DIN53370；摩擦系数的测试标准：ASTM D 1894。

3. 结果与讨论

3.1 高收缩小包烟膜摩擦系数与运行性的测试结果

高收缩小包烟膜必须适应较快的包装速度，400 包∕分钟属于行业均值水平，最快的可以达到800-1000 包∕分钟。高收缩烟膜的收缩率一般介于7%-10%，在温升的状态下比较容易发粘，摩擦系数会相应升高，所以对摩擦系数的要求比较苛刻。

本次试验的机速为800 包∕分钟，具体测试数据和上机情况如表1 所示。

结果表明：高收缩小包烟膜的摩擦系数随温度的升高整体呈现增大的趋势；常温摩擦系数升高小包剔除率增加，包装完整性降低，常温摩擦系数不宜超过0.23；中温摩擦系数表征通道顺畅性，与常温摩擦系数呈线性关系，中温摩擦系数大于0.26 影响烟包通道输送效率；高温摩擦系数决定了烟包在美容器通过的顺畅性，高温摩擦系数大于0.3，烟包在美容器通过性能明显下降。

表1 高收缩小包烟膜指标测试及实验情况Tab1 High shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

表2 中收缩小包烟膜指标测试及实验情况Tab2 Medium shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.2 中收缩小包烟膜摩擦系数与运行性的测试结果

中收缩小包烟膜比较接近高收缩，有些烟膜厂甚至直接把二者合并为一类，收缩率一般介于5%-7%。具体测试数据和上机情况如表2 所示。

结果表明：中收缩小包烟膜的摩擦系数随温度的升高整体呈现增大的趋势；常温摩擦系数升高小包剔除率增加，摩擦系数在0.24 时，烟包折叠包装完整性显著增高；中温摩擦系数也表现为随常温摩擦系数的增大而增大；同高收缩小包烟膜表现一致的是，中温摩擦系数在大于0.26 影响通道输送效率；高温摩擦系数决定了烟包在美容器通过的顺畅性，高温摩擦系数小于0.28 时，烟包在美容器通过性能良好。

3.3 微收缩小包烟膜摩擦系数与运行性的测试结果

微收缩小包烟膜与高、中收缩的差异比较大，所适用的烟机速度会慢一点，一般在350～400 包∕分钟左右。微收缩小包的收缩率一般介于3% - 5%，对运行性的影响比较小。单看收缩率这个指标，它更接近于普通不收缩小包，但考虑到挺度方面不如高中收缩，所以摩擦系数也要控制得比较低才行，否则也会出现运行性问题。具体测试数据和上机情况如表3 所示。

结果表明：在试验中，出现了多个烟膜适机性能差的情况，这可能与该类型包装膜的配方设计有关；低收缩小包烟膜的摩擦系数随温度的升高整体也呈现增大的趋势；常温摩擦系数升高小包剔除率增加，摩擦系数大于0.20 时，烟包折叠包装完整性显著降低，摩擦系数达到0.22 时，剔除率明显提升至 0.05%；中温摩擦系数在大于0.26 时影响通道输送效率；高温摩擦系数决定了烟包在美容器通过的顺畅性，高温摩擦系数大于0.30 时，烟包在美容器通过性降低。

表3 微收缩小包烟膜指标测试及实验情况Tab3 Micro-shrinkage pouch cigarette film testing and experimental situation

表4 普通不收缩小包烟膜指标测试及实验情况Tab4 Ordinary non-shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.4 普通不收缩小包烟膜摩擦系数与运行性的测试结果

普通不收缩小包烟膜是一个传统品种，属于比较低端的产品。烟机运行速度一般为300-400包∕分钟，收缩率一般不大于4%，所以对摩擦系数的要求会低一些。

本次试验是直接在ZB45 机型上降速至350包∕分钟进行考察，具体测试数据和上机情况如表4 所示。

普通不收缩小包烟膜的摩擦系数随温度的升高整体也呈现增大的趋势；常温摩擦系数升高小包剔除率增加，摩擦系数大于0.23 时，烟包折叠包装完整性显著降低，摩擦系数在0.18~0.21 时，包装性能良好；中温摩擦系数在大于0.30 时影响通道输送效率；高温摩擦系数决定了烟包在美容器通过的顺畅性，高温摩擦系数大于0.24 时，烟包在美容器通过性明显降低，多次出现卡包无法通过现象。

4. 结论

经研究，上机运行顺畅的收缩小包烟膜（含高、中、微收缩）的摩擦系数建议控制范围：

1）常温摩擦系数应小于0.22；

2）35℃的摩擦系数应小于0.26；

3）80℃对金属的摩擦系数应小于0.24。

普通不收缩小包烟膜因为运行速度较低，再加上其它物性的干扰很小，所以摩擦系数的要求可以适当放松。

具体指标建议如下：

1）常温摩擦系数应小于0.24；

2）35℃的摩擦系数应小于0.28；

3）80℃对金属的摩擦系数应小于0.24。

研究表明，摩擦系数这个物性指标，无法表征化学结构方面的差异[14-15]，但是存在不同供方的包装膜在配方上（主要是添加剂作用）有较大差异，有时两种材料的透明纸摩擦系数一致，但上机性能却有明显差异。

甚至是摩擦系数稍高的材料运行起来还好于稍低的材料。该上机表现情况就与BOPP 烟膜中添加剂的类型和化学结构有关系。

有些材料的各项摩擦系数是统一的，比如某个材料低温摩擦小，高温摩擦也小，对金属的摩擦更小，减轻了优选烟膜的难度。但同时也有一些材料的各项摩擦系数随温度变化规律并不统一，只是某一项比较突出，这就要求仔细甄别，区别使用。