烟支硬度检测结果影响因素分析

黄刚,郭春晖,张康伟,任发军,胡发志

(山东中烟工业有限责任公司 青州卷烟厂,山东 青州,262500)

中国是烟草消费大国,而卷烟又是主要烟草制品,在国内卷烟市场竞争激烈的大背景下,各卷烟生产厂家为提升产品竞争力,对所生产卷烟的质量进行严格把控。烟支硬度是卷烟的重要物理指标之一,反映了卷烟内部烟丝物理特性(填充性等)以及分布疏密情况,也直接影响了烟支卷接质量、感官质量。因此,精准的检测是提高硬度质量的有效监督手段。目前,对硬度的研究多以与其他物理指标的关系为主,如赵日利[1]认为,烟支吸阻会随着硬度的增加而增加,硬度并不是吸阻的直接影响因素,两者共同受烟丝的用量、填充值影响。倪克平等[2]经过研究后也得出了相似的结论,烟丝填充值一定,烟支硬度随重量增加而增加,烟支重量一定,吸阻、硬度随烟丝填充值增加而增加。也有部分研究人员对烟支重量检测结果的影响因素进行过相关研究,提出烟支硬度的检测会因检测季节、烟支长度、烟支圆周、检测仪器量程设置、检测方法(点压法、全压法)等因素出现误差[3-5]。而在实际生产中,烟支物理指标检测是一个多指标的连续检测过程,其余物理指标的检测是否会对硬度的检测结果产生影响,尚不明确。基于此,本试验对其他物理指标检测、硬度检测仪关键参数、贮存时间对烟支硬度检测结果的影响进行研究,以优化烟支硬度检测方案,达到提高质检仪器检测结果一致性的目的,提高公司产品质量与研发设计的符合性,为产品质量的提升提供技术支撑,为企业提升市场竞争力奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

选用三类卷烟泰山(东方)为试验材料。样品包装打开后,在温度为(22±2)℃,相对湿度为(60±5)%的环境条件下进行测试。

烟支硬度计,QTM 型烟支综合测试台;电子天平(感量0.01 g);MW4420 型密度测量仪,烘箱。

1.2 试验方法

1.2.1 其他检测单元对硬度检测结果的影响

目前,QTM 综合测试台共有5个单元,分别为重量单元、圆周单元、长度单元、吸阻单元和硬度单元,可以测试6项烟支物理指标,其中吸阻单元可以测试通风率和吸阻。因此为验证其他检测单元是否对硬度检测结果产生影响,设计了6 种检测方法,如表1 所示。

表1 烟支物理指标检测处理

1.2.2 挡烟板位置对烟支硬度检测结果的影响

挡烟板位置的设定:一般检测中,挡烟板位置为55 mm,而测试台挡烟板位置的调节以5 mm 为跨度,因此共设计6 个梯度:40、45、50、55、60、65 mm,其中挡烟板位置越大,测试的位置越靠近点烟端,挡烟板位置越小,测试的位置越靠近接嘴端。同时测定烟支的密度分布。

1.2.3 预压时间对烟支硬度检测结果的影响

预压时间的设定:从调研结果来看,大部分预压时间设定为0.5 s,部分预压时间设定为0.1 s,同时考虑预压时间设置过久会影响测试效率,因此共设计3 个梯度:0.1、0.5、1 s。

1.2.4 压缩时间对烟支硬度检测结果的影响

压缩时间的设定:从调研结果来看,压缩时间均按照要求设定为15 s,因此以15 s 为中心,共设计5 个梯度:5、10、15、20、25 s。

1.2.5 压缩速度对烟支硬度检测结果的影响

压缩速度共设计4 个梯度:1、2、3、4 m/s。

1.2.6 环境湿度对烟支检测结果的影响

环境湿度的设定:按照要求环境湿度的要求为60%±5%,因此以60%为中心共设计5 个梯度:50%、55%、60%、65%、70%。

1.2.7 贮存时间对烟支硬度的影响

试验分为为短期贮存和长期贮存2 部分。短期贮存:贮存时间在1 个月左右,每隔一定天数对烟支硬度进行检测。长期贮存:分别测试贮存1、4、10、20 个月的样品,分别统计烟支硬度均值。

1.3 测定项目及方法

硬度检测参照《烟支硬度计检定规程》[6]、GB/T 22838.6-2009[7]和仪器说明书执行,长度、圆周等物理指标使用QTM 型全自动多功能烟支综合测试台进行检测[8-12],烟支密度分布使用密度测量仪进行测定[13],含水率参照GB/T 22838.8-2009 进行测定[14]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 对试验数据进行统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 其他检测单元对硬度检测结果的影响

据表2 所示,方法5、6 所测烟支硬度值明显高于方法1、2、3、4 所测值,而方法5、6 分别需要经过通风率、吸阻单元,这可能是因为烟支通过吸阻、通风率单元时,经过烟支的气流压实了烟丝。因此,烟支测硬度单项和全项时差异较大的原因主要是测全项时经过通风率、吸阻单元。

表2 其它检测单元对硬度检测结果的影响分析

2.2 挡烟板位置对烟支硬度检测结果的影响

据图1 所示,随着挡烟板位置的增加,烟支硬度检测值呈现先下降再上升的趋势,且在挡烟板位置55 mm 时硬度检测值最低,与烟支密度分布表现出的趋势基本一致。因此,挡烟板位置对烟支硬度检测的影响主要是因为烟支自身密度分布导致的,为更好的表征烟支硬度情况,挡烟板位置最好能使测试头正好在烟支光烟部分的中间位置。另外,当挡烟板位置为65 mm,因测试头压缩位置过于靠近烟支点烟端,容易导致烟支倾斜造成烟支堵塞。

图1 挡烟板位置对烟支硬度检测结果

2.3 预压时间对烟支硬度检测结果的影响

据图2 所示,随着预压时间的增加,烟支硬度检测值并没有明显变化规律,不同预压时间下的烟支硬度检测值差异较小,可能是测量固有误差导致的,因此,可以确定在实验范围内预压时间对烟支硬度检测结果影响不显著。

图2 不同预压时间下烟支硬度检测结果

2.4 压缩时间对烟支硬度检测结果的影响

据图3 所示,随着压缩时间的增加,烟支硬度检测值呈现先降低后平稳的趋势。在5～15 s 内,随着压缩时间的增加烟支硬度检测值明显下降,在15 s 后,随着压缩时间的增加烟支硬度检测值无明显变化。因此,为确保硬度检测结果的准确性,同时提高检测效率,压缩时间应保持15 s的设定。

图3 不同压缩时间下烟支硬度检测结果

2.5 压缩速度对烟支硬度检测结果的影响

据图4 所示,随着压缩速度的增加,烟支硬度检测值并没有明显变化规律,不同压缩速度下的烟支硬度检测值差异较小,考虑是测量固有误差导致的,因此,可以确定在实验范围内压缩速度对烟支硬度检测结果影响不显著。

图4 不同压缩速度下烟支硬度检测结果

2.6 环境湿度对烟支硬度检测结果的影响

据图5 所示,随着测试环境湿度的增加,烟支硬度检测值呈明显下降趋势,主要因烟支硬度测试时间较长,测试环境湿度会引起烟支水分变化,从而导致烟支硬度检测值产生变化。因此,可按照测试环境湿度的要求,适当降低湿度的允差范围,即环境湿度要求调整为60%±3%。

2.7 贮存过程中烟支硬度变化

据图6所示,在1个月内,随着贮存时间的变化,烟支硬度检测值均没有明显规律,且各时间段测量的硬度均值差异不大。因此,在1 个月内,烟支硬度并不会发生明显变化。

图6 短期贮存过程中烟支硬度变化

由图7 所示,在长期贮存后,随着贮存时间的变化,烟支硬度检测值会发生明显上升,在贮存20个月后,硬度值达到77.347%,远大于标准的68%。随着贮存时间的变化,烟支水分会发生明显下降,随之烟支硬度检测值会发生明显上升。因此可以得出,随着卷烟长期贮存,烟支水分会发生散失,从而导致烟支硬度升高。

图7 长期贮存过程中烟支硬度与水分变化

3 结论与讨论

烟支检测全项时硬度比单独检测出的硬度大,主要原因是测全项时经过吸阻单元,经过烟支的气流压实了烟丝导致的。同时考虑测烟支硬度检测占用时间较多,影响测试其他物理指标的效率,可以考虑单独测试硬度,其他物理指标则一同测试。随着挡烟板位置的增加,烟支硬度检测值呈现先下降再上升的趋势,且在烟支的中间位置时最小,这与烟支自身密度分布有关,因此挡烟板位置最好能使测试头正好在烟支光烟部分的中间位置。

就常规烟来说,挡烟板位置最好为55 mm。在实验范围内,预压时间对烟支硬度检测结果影响不显著,压缩速度对烟支硬度检测结果影响也不显著。不同的测试环境湿度会引起烟支水分变化,总而导致烟支硬度检测值产生变化,因此应适当降低湿度的允差范围,即环境湿度要求调整为60%±3%。卷烟在短期内(1 个月内)硬度不会发生明显变化,但是随着贮存时间延长,导致烟支水分发生散失,从而导致烟支硬度明显上升。因此长期贮存的卷烟在测试硬度时需要平衡水分。

因此应严格按照仪器操作规程和要求对仪器进行校准和保养,及时检查黄金棒、传送带等易损部件的情况,适当优化检测方案,降低烟支硬度测定误差。