基于密度变化的爆珠复合滤棒关键质量参数检测方法

郝华玲, 崔迟, 崔卓, 程利侠, 杨金龙, 朱萍

基于密度变化的爆珠复合滤棒关键质量参数检测方法

郝华玲, 崔迟, 崔卓, 程利侠, 杨金龙, 朱萍

(甘肃烟草工业有限责任公司 技术研发中心, 甘肃 兰州, 730050)

爆珠是爆珠卷烟的重要组成部分, 为了使爆珠复合滤棒中爆珠的检测更自动化、更高效, 提出了一种采用微波密度仪检测爆珠复合滤棒中爆珠位置的方法, 包括其原理及测量方法, 并进行了测量系统分析及最小样本量确定。为爆珠复合滤棒关键质量参数的测定提供一种参考方法。

爆珠复合滤棒; 爆珠位置; 微波密度仪; 测量系统分析; 最小样本量

近年来, 随着卷烟加工技术的不断进步, 卷烟消费的个性化趋势也日渐明显。在众多卷烟产品中, 爆珠卷烟由于能为卷烟带来特征香味、突出卷烟风格[1–2], 故而日渐赢得消费者喜爱, 在国内外市场发展较快[3]。爆珠是爆珠卷烟的重要组成部分, 爆珠的缺失及位置偏差大等问题, 会严重影响卷烟的感官质量及消费者的抽吸体验[4–5], 损坏产品形象。因此, 在爆珠类卷烟生产的在线质量控制中, 对爆珠复合滤棒中爆珠缺失及位置偏差的检测十分关键。然而, 当前大多数企业对爆珠滤棒还停留在常规指标的检测上, 关于爆珠滤棒中爆珠位置等关键参数检测方法的报道较少。

普通纤维滤棒和丙纤滤棒中的纤维密度呈均匀分布, 滤棒中加入爆珠后会引起周围纤维的相互挤压, 并将爆珠密度与纤维密度进行叠加造成密度增大, 沿滤棒纵轴线上, 滤棒密度峰值区域即为爆珠中心点位置。微波密度仪可以对物体进行1 mm或以下长度为测量单元进行水分和密度检测, 该仪器具有检测精度高、稳定性好、操作方便、智能化程度高、维护率低等优点, 已广泛应用于烟支烟丝密度和烟支剖切位置的检测[6–8]。爆珠复合滤棒通过密度仪的微波电磁场时, 由于滤棒的不同部位密度不同, 会引起微波电磁场能量参数的变化, 能量参数出现峰值的位置即为爆珠复合滤棒中爆珠的位置, 峰值的数量为爆珠的数量。

1 材料与方法

1.1 仪器及材料

试验设备及仪器: MW4420微波密度仪(德国TEWS)、Phama 600恒温恒湿箱(德国Weiss)、经过检定的电子游标卡尺(0.01 mm)。

试验材料: 100 mm爆珠复合滤棒, 内含4粒爆珠, 爆珠位置分别为: 12.5、37.5、62.5、87.5 mm。

图1 爆珠复合滤棒密度曲线分布图

1.2 试验方法

将爆珠复合滤棒至于恒温恒湿箱中, 根据GB/T 16447-2004[9]要求进行样品调节后进行检测。微波密度仪测量方法为: 以1mm为测量单元, 利用微波密度仪测量爆珠复合滤棒密度, 以滤棒长度(mm)为横轴、以密度(g/cm3)为纵轴, 绘制爆珠复合滤棒密度曲线分布图(如图1), 通过密度峰值确定爆珠复合滤棒中爆珠位置。电子游标卡尺测量方法为: 将爆珠复合滤棒沿纵轴线剖开后直接测量。

1.2.1 微波密度仪测量系统分析

(1) 从同一批爆珠复合滤棒样品中随机抽取2 000支试验样品, 样品经恒温恒湿箱调节48 h后作为试验样品进行测试。由一名检验员随机抽取10支滤棒, 用微波密度仪按一定顺序进行测量, 再利用电子游标卡尺对同一组样品按相同顺序进行测量, 以研究测量方法的准确度。

(2) 从同一批爆珠复合滤棒样品中随机抽取2 000支试验样品, 样品经恒温恒湿箱调节48 h后作为试验样品进行测试。由三名检验员随机抽取1个样品(内含4粒爆珠)后, 分别用微波密度仪进行测量, 每个样品重复测量3次, 研究测量方法的精密度。

1.2.2 最小测试样本量的确定

随机抽取2 000支试验样品, 分别以5、10、15、20、25、30、35、40、45、50支为样品量进行测量, 平行测量3次, 研究测试样品量与测试结果偏差的关系, 以确定较高测试准确性下的最小样本量。

2 结果与分析

2.1 测量系统分析

2.1.1 测量准确度

采用“配对t检验”分析微波密度仪测量爆珠复合滤棒中滤棒位置的准确性。实验数据结果分析利用Minitab完成。采用微波密度仪和电子游标卡尺的测量结果均呈正态分布, 数据满足配对t检验要求。测量数据经配对t检验可得, 所有的P值均大于0.05(表1), 故微波密度仪和电子游标卡尺的检测结果之间无显著差异。

表1 仪器和人员测量爆珠复合滤棒爆珠位置值 /mm

续表1

表2 不同实验员测量爆珠复合滤棒检测结果 /mm

2.1.2 测量精密度

采用测量系统分析[10–13]中的重复性和再现性分析方法, 研究采用微波密度仪测量爆珠复合滤棒关键物理特性的精密度。利用Minitab结合Excel软件完成试验数据结果分析, 采用量具R&R研究—嵌套方差分析统计分析方法。

测量系统的精度评价指标为: 研究公差比(%P/T)和研究变异比(%R&R), 以两项指标≤10%、10%＜两项指标＜30%、任一项指标≥30%对测量系统相应做出“良好”、“可接受”、“须改进”的判定。不同实验员测量爆珠复合滤棒检测结果见表2。微波密度仪测量系统分析见图2, 量具R&R研究—嵌套方差分析结果见表3。

图2 微波密度仪测量系统分析

表3 量具R&R研究—嵌套方差分析

续表3

由表3可知, 微波密度仪测量系统的%R&R = 0.49%<10%, %P/T = 5.91%<10%, 可区分的类别数= 287>5, 说明测量系统精度良好。

2.2 最小测试样本量

为直观表示样本量不同时测量数据间的差异, 考察爆珠复合滤棒不同样本量测试结果与设计值之间的偏差, 从而确定最小测试样本量。

由表4和图3可知, 当样本量在5～20支时, 不同爆珠的位置偏差离散程度均较大, 当样本量为20支及以上时, 各不同爆珠的位置偏差基本趋于稳定。因此, 综合考虑试验成本及试验效果, 以20支滤棒作为检测样本量最佳。

图3 爆珠复合滤棒中爆珠位置偏差

表4 爆珠复合滤棒爆珠位置偏差 /mm

3 结论

本文建立了爆珠复合滤棒中爆珠位置的检测方法, 通过微波密度仪检测爆珠滤棒不同部位的密度, 从而得出滤棒中爆珠具体位置及爆珠个数等检测结果。此方法准确度好、精密度高、测量系统良好, 且最佳测试样本量小。利用微波密度仪检测爆珠滤棒关键质量参数具有检测自动化、劳动强度低、测量效率高等优点。此外, 由于微波密度仪的检测原理是通过滤棒的密度变化得出检测结果, 此方法亦可引申推广至其他具有密度变化的滤棒类型乃至烟用材料中。因此, 可考虑将此方法作为爆珠复合滤棒关键物理质量特性, 或其他类型复合滤棒高效规范的、行业通用的检测方法, 使新型卷烟材料以及相关配套技术标准体系、产品质量保障体系更加完善。

[1] 朱亚峰, 胡军, 唐荣成, 等. 卷烟滤嘴加香研究进展[J]. 中国烟草学报, 2011, 17(6): 104–109.

[2] 洪广峰, 邱纪青, 李国政, 等.国外爆珠卷烟研究进展[J]. 中国烟草学报, 2019, 25(4): 124–134.

[3] 安裕强, 顾树东. 爆珠添加技术发展历史和当前国内应用现状与展望[C]//中国烟草学会2016年度优秀论文汇编. 北京: 中国烟草学会, 2016: 1 089–1 094.

[4] 朱风鹏, 李雪, 罗彦波, 等. 爆珠破碎对主流烟气有害成分释放量和滤嘴截留的影响[J]. 烟草科技, 2017, 50(4): 37–42.

[5] 张志刚, 贺健, 顾秋林, 等. 爆珠对滤棒、卷烟物理性能及卷烟主流烟气的影响[J]. 烟草科技, 2019, 52(10): 75–78.

[6] 邓来红. 微波水分仪在烟支密度测量中的应用[C]//2006年中国烟草学会工业委员会学术论文集: 2006, 87–91.

[7] 杜荣杰, 方敏, 牛燕丽. 卷烟烟支密度参数的优化与控制[C]//2006年中国烟草学会工业委员会学术论文集: 2006, 129–133.

[8] 王迅, 王一恒, 孟杰, 等. 细支卷烟剖切位置对卷烟质量指标的影响[J]. 安徽农学通报, 2019, 25(1): 93–94.

[9] GB/T 16447—2004烟草及烟草制品调节和测试的大气环境[S]. GB/T 16447—2004.

[10] 邵俊, 闫洪喜. 测量系统分析(MSA)在红外水分仪测量能力分析中的应用[J]. 现代仪器, 2012, 18(5): 21–24.

[11] 何桢, 赵燕, 邹峰. 属性值测量系统分析的方法研究与应用[J]. 工业工程, 2008, 11(1): 82–85.

[12] 李耀江, 杜世昌. 测量系统分析在品质控制中的运用[J]. 机械制造与自动化, 2010(3): 54–55, 62.

[13] 孙淑珍, 周波. 基于数理统计的测量系统分析方法及其应用[J]. 北华大学学报(自然科学版), 2012, 13(2): 160–162.

Detection method of key quality parameters of filter rods with breakable capsules based on density fluctuation

Hao Hualing, Cui Chi, Cui Zhuo, Cheng Lixia, Yang Jinlong, Zhu Ping,

(Technology R&D Center, Gansu Tobacco Industrial Co Ltd, Lanzhou 730050, China)

Breakable capsules are an important part of crushed-bead cigarettes. In order to make the detection of breakable capsules more automatic and efficient, a microwave densitometer is used to detect the position of the breakable capsules in composite filter rods, including its principles andmeasurement methods, analysis of the measurement system and determination of the minimum sample size. It provides a reference method for the determination of key quality parameters of filters with breakable capsules.

filter rods with breakable capsule; breakable capsule location; microwave density meter; measurement system analysis; minimum sample size

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.01.017

TS 426

A

1672–6146(2021)01–0081–05

郝华玲, 724867019@qq.com。

2019–12–20

(责任编校: 郭冬生)