加热不燃烧烟用中空滤棒工艺要素对物理指标的影响

钱甚希，王朝富，汪 军，孙 浩

（红云红河烟草（集团）有限责任公司昆明卷烟厂，昆明 650202）

目前国际市场主流的插入式加热不燃烧卷烟，多采用四段式结构，分别为：发烟芯基材段、中空雾化段、PLA 隔热段和近唇段组成，其中冷凝段和部分近唇段用无纸中空生产工艺生产的中空滤棒制作（图1）。

图1 加热不燃烧烟支结构

四段式加热不燃烧卷烟，在实际加工过程中，烟支生产采用复合加工工艺（线性复合或鼓轮复合）。实际生产过程中，不论线性复合生产过程滤棒段在成型通道和压板间高速运动，还是鼓轮复合生产过程中，滤棒段在鼓轮负压槽间交换传递，各组成滤棒段的物理指标（圆周、长度、硬度）波动性对设备运行及最终烟支产品质量（物理指标和感官质量），都会产生显著影响[1]。作者在生产过程中发现，中空滤棒圆周存在较大波动时，线性复合机烟枪压板处可能发生跳动、卡阻，且严重影响复合相位累计误差。而在鼓轮复合的产线上生产时，圆周波动极易造成滤棒在鼓轮上无法被负压有效吸附而发生“脱落”“卡夹”，严重影响效率及成品质量稳定性。

其中无纸中空滤棒由于采用蒸汽热成型技术生产，无成型纸包裹后，其物理指标随存储时间延长而发生变化，且不同增塑剂施加量的无纸中空滤棒物理指标变化速率不同，相同增塑剂施加量（或同批次同加工参数）的滤棒在不同的存储环境（温度、湿度）下变化趋势不同。滤棒中空孔洞直径大小也是影响其物理指标变化速率的重要因素之一。本文主要针对无纸中空滤棒圆周、长度两个物理指标在同一贮存条件下的变化量进行测量，并对其相关关系进行分析。

1 材料与仪器

1.1 材料

二醋酸纤维丝束，规格为5.0Y/35000D，制造商为南通醋酸纤维有限公司；三乙酸甘油酯，规格为SGZ01。

1.2 生产设备

成型设备型号为ZL22D，由许昌烟机公司改造加装蒸汽成型通道后，成为无纸中空设备。设备运行设定参数见表1。无纸中空滤棒成型机通过高温蒸汽和喷洒过三乙酸甘油酯的醋酸纤维作用实现快速固化，后经干冷空气冷却成型。高温蒸汽发生装置已有成熟技术，成型装置重新设计。无纸中空滤棒成型过程需要实现中空结构，并需要考虑不同中空孔径的快速切换。通过在烟舌上加装芯棒来实现中空结构，芯棒可快速拆卸更换，同时芯棒设计有调节旋钮，可精确调节中空位置。无纸中空滤棒成型过程涉及高温蒸汽和干冷空气的作用，传统KDF2 滤棒成型机烟枪行程无法实现上述作用。通过重新设计加长烟枪来实现上述作用，在烟枪中设计高温蒸汽和干冷空气喷洒孔，并根据成型特性使用尼龙布带。

表1 设备运行设定参数

1.3 测试仪器

综合测试台型号：RT-5。测试台设定参数见表2。

表2 测试台设定参数

2 实验设计

2.1 实验目的

在加热不燃烧卷烟生产过程中，发现生产出的中空滤棒长度和圆周在长时间存储中均不同程度地发生缩小现象，为避免由此产生的一系列质量隐患（复合棒外观不佳、复合机效率降低、长度改变导致复合相位不稳、复合滤棒中出现空隙等），对该现象进行试验，解决相应问题。

2.2 实验原理

通过对所生产出的中空滤棒在自然环境条件下存储后长度及圆周产生的变化和测量时环境情况进行记录，运用多元回归和线性拟合寻找其关系，探求其变化规律。根据生产现场情况，对滤棒储存影响最大的3 个因素分别为时间、温度和湿度。

2.3 实验器材

综合测试台；温湿度测量仪。

2.4 实验步骤

（1）随机直接从机器料斗中抽取样本，并记录取样时间和现场环境温湿度，确保4 次取样活门开度（控制甘油施加量）数值的一致性，样本取样后进行第一次测量并求取均值。

（2）抽样后2 h 内，每30 min 进行1 次检测，共检测4 次；抽样后2~6 h，每60 min 进行1 次检测，共检测4 次；抽样后12 h 检测1 次；抽样后24 h 检测1 次，同一样品共计检测10 次，检测结果均求取均值。

（3）进行数据分析。

2.5 实验数据记录（见表3）

表3 内径3 mm 中空基棒测试记录

2.6 实验结论

圆周与时间呈负相关关系，计算公式为y=-0.012x+d，其中y 表示圆周，x 表示时间，d 为截距（无参考价值）。

长度与时间呈负相关关系，计算公式为y=-0.05x+d，其中y 表示长度，x 表示时间，d 为截距（无参考价值）。

长度与湿度呈正相关关系，计算公式为y=0.046x+d，其中y 表示长度，x 表示时间，d 为截距（无参考价值）。

3 实验分析及反思

由于目前车间生产任务多，多点测量的温度均呈上升趋势，与时间相关系数过高，且从试验记录数据来看，无法得出温度对中空滤棒长度及圆周的影响情况。

从数据分析结果看，湿度过低会导致滤棒长度变短、过高则会变长，而使滤棒长度保持不变的湿度值处于50%~55%之间，故条件允许的情况下，存储湿度在50%~55%之间最佳。如图2 所示。

图2 存储湿度与滤棒长度关系

由于数据记录6~24 h 跨度太大，导致24 h 的测量数据大部分为异常数据，根据数据分析结果观测检测指标在0~6 h 内呈线性下降，在6~24 h 间某个点达到极值，随后上下小幅振动。

由于中空滤棒的圆周和长度均和存储时间呈强相关关系，故最好确定基棒存储时间，遵循先进先出原则，通过固定存储时间来固定缩短量，从而制定生产标准（相应地，如果都存储24 h 以上，则可按照其最终缩短量来控制，中空圆周为0.1 mm，长度为0.3 mm）。