沈世豪，傅靖剛，謝焰

上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市長(zhǎng)陽(yáng)路717號(hào) 200082

制造工藝

煙用接裝紙印刷層耐摩擦性能的摩擦-色差測(cè)定法研究

沈世豪，傅靖剛，謝焰

上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市長(zhǎng)陽(yáng)路717號(hào) 200082

耐摩擦性是煙用接裝紙印刷層的一項(xiàng)重要物理性能，接裝紙外表面印刷層的耐摩擦性能差將導(dǎo)致印刷面的色層脫落引起卷煙拖色缺陷，并影響卷煙的外觀質(zhì)量，因而針對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文對(duì)接裝紙印刷層的耐摩性檢測(cè)方法進(jìn)行考察，研究開發(fā)了摩擦-色差測(cè)定法，并從方法的前處理、定性定量分析結(jié)果以及與機(jī)臺(tái)實(shí)際運(yùn)行過程的相似性三方面進(jìn)行分析。研究顯示：摩擦-色差測(cè)定法的摩擦機(jī)理與機(jī)臺(tái)實(shí)際生產(chǎn)過程中的運(yùn)行摩擦相似，其定性和定量分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，前處理方法高效快捷，可作為系統(tǒng)的檢測(cè)方法對(duì)接裝紙印刷層的耐摩擦性能進(jìn)行檢測(cè)和判定。

接裝紙；摩擦-色差測(cè)定法；耐摩擦性能

新型卷包生產(chǎn)設(shè)備提高了卷煙的生產(chǎn)效率，對(duì)煙用材料的性能也提出了更高要求[1-6]，因此針對(duì)材料特性檢測(cè)手段的研究十分重要[7]，煙用接裝紙外表面印刷層的耐摩擦性能研究已成為煙用材料的研究熱點(diǎn)。在新型高速卷包機(jī)組的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)煙支經(jīng)包裝模盒后，由于部分接裝紙印刷層的耐摩擦性能較差，印刷面的色層轉(zhuǎn)移到模盒表面，進(jìn)而轉(zhuǎn)移至煙支的卷煙紙表面造成拖色缺陷，從而影響卷煙外觀質(zhì)量。對(duì)煙用接裝紙印刷面的耐摩擦性能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試，是衡量這一外觀缺陷的重要手段。

韓云輝等[8]通過浸泡法，對(duì)煙用接裝紙的褪色指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，但褪色指標(biāo)，難以反映煙用接裝紙印刷層的耐摩擦性能。此外通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)際上暫無(wú)針對(duì)接裝紙印刷層耐摩擦性能的明確檢測(cè)方法。本文通過模擬卷包機(jī)臺(tái)實(shí)際生產(chǎn)過程，研究了測(cè)試煙用接裝紙印刷層耐摩擦性能的摩擦-色差測(cè)定法，并從方法與機(jī)臺(tái)實(shí)際運(yùn)行過程的相似性、定性定量分析精度、前處理方法的可操作性等方面對(duì)上述方法進(jìn)行分析論證，考察了方法的適用性。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

接裝紙：脫色接裝紙（生產(chǎn)過程中接裝紙印刷層摩擦脫色現(xiàn)象嚴(yán)重，卷煙表面拖色缺陷較多）、改進(jìn)接裝紙（脫色接裝紙經(jīng)改進(jìn)后的初步樣品，生產(chǎn)過程中接裝紙印刷層脫色現(xiàn)象減輕，卷煙表面拖色缺陷較少）、正常接裝紙（生產(chǎn)過程中接裝紙印刷層無(wú)明顯脫色現(xiàn)象，卷煙表面無(wú)明顯拖色缺陷）。

白卡紙：白卡紙A（定量：260 g/m2，A單位生產(chǎn)）、白卡紙B（定量：230 g/m2，B單位生產(chǎn)）、白卡紙C（定量：260 g/m2，C單位生產(chǎn)）。

儀器：Sutherland 2000摩擦儀（Danalee公司）、SP64便攜式積分球分光光度儀（X-rite公司）。

1.2 摩擦-色差測(cè)定法

在紙樣中隨機(jī)裁取1條長(zhǎng)18cm的待測(cè)紙樣并固定在一定質(zhì)量砝碼的底部，將砝碼安裝在摩擦儀上；在摩擦儀基座上固定長(zhǎng)21cm、寬8cm的白卡紙；調(diào)節(jié)砝碼的擺動(dòng)速度、擺動(dòng)次數(shù)等參數(shù)后進(jìn)行摩擦試驗(yàn)。將隨機(jī)抽取的正常白卡紙作為空白對(duì)色差儀進(jìn)行原點(diǎn)校正，然后在摩擦試驗(yàn)完成后的白卡紙上選取三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，三個(gè)點(diǎn)的選取位置分別為白卡紙上被摩擦部分的中心點(diǎn)（檢測(cè)點(diǎn)1）以及中心點(diǎn)分別往上、往下3cm左右的兩點(diǎn)（檢測(cè)點(diǎn)2、檢測(cè)點(diǎn)3）；將三點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)取平均后得到平均色差值并以此評(píng)判接裝紙印刷層的耐摩擦性能[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 摩擦儀參數(shù)的確定

使用摩擦儀考察接裝紙印刷層的耐摩擦性能，需要確定四個(gè)參數(shù)：摩擦次數(shù)、摩擦速度、砝碼質(zhì)量以及作為底紙的白卡紙類型。一般情況下，摩擦次數(shù)越多、摩擦速度越快、砝碼質(zhì)量越大則摩擦效果越明顯，因此在摩擦儀的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，上述三種參數(shù)選擇了極大值，分別為摩擦次數(shù)500次、摩擦速度106次/min、砝碼質(zhì)量4磅。

按照上述參數(shù)，采用脫色接裝紙考察三種白卡紙作為摩擦底紙的效果，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，白卡紙A的表面經(jīng)摩擦后，扇形摩擦區(qū)域出現(xiàn)明顯而均勻的淺黃色色痕；白卡紙B、白卡紙C的表面僅留有摩擦痕跡，但沒有顏色附著，這說明與后兩者相比，白卡紙A更適宜作為接裝紙印刷層耐摩擦性能檢測(cè)的摩擦底紙，在后續(xù)試驗(yàn)中確定使用該種白卡紙進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 三種摩擦底紙的摩擦效果Fig.1 Rubbing results for three kinds of rubbing base paper

2.2 摩擦效果的定性和定量分析

三種接裝紙經(jīng)摩擦后白卡紙表面的摩擦效果如圖2所示。由圖2可知，摩擦脫色接裝紙的白卡紙表面出現(xiàn)了較深的顏色附著；摩擦改進(jìn)接裝紙的白卡紙表面的顏色附著較淺；摩擦正常接裝紙的白卡紙經(jīng)目測(cè)僅有摩痕，無(wú)明顯顏色附著。這一目測(cè)結(jié)果與生產(chǎn)過程中三種接裝紙產(chǎn)生拖色現(xiàn)象的程度吻合。

利用色差儀對(duì)上述白卡紙樣品進(jìn)行色差檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。由表1可知，脫色、改進(jìn)、正常接裝紙對(duì)應(yīng)白卡紙的扇形摩擦區(qū)域色差的平均值分別為4.68、2.08、0.73。通過數(shù)值可以直觀表征接裝紙印刷層的耐摩擦性能：數(shù)值越高則印刷層的耐摩擦性能越差。由數(shù)值比較可以發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況一致，符合實(shí)際生產(chǎn)過程中接裝紙外表面印刷層的摩擦脫色情況及卷煙產(chǎn)品表面拖色缺陷情況。

從前文所述的摩擦機(jī)理相似度、定性和定量分析精度、前處理方法的可操作性等角度對(duì)摩擦-色差測(cè)定法進(jìn)行綜合評(píng)判發(fā)現(xiàn)：

（1）該方法的摩擦原理為接裝紙印刷層與白卡紙之間的相對(duì)動(dòng)摩擦，這一摩擦過程與卷煙包裝機(jī)組生產(chǎn)過程中小包模盒和卷煙之間的動(dòng)摩擦原理類似，具有較高的相似度。

（2）在定性分析方面，摩擦后可通過目測(cè)比較白卡紙上的顏色附著，適宜直觀進(jìn)行定性比較。在定量分析方面，色差儀將顏色差異轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，且測(cè)試結(jié)果與實(shí)際接裝紙印刷層的摩擦脫色趨勢(shì)、程度一致，適宜進(jìn)行定量分析。

（3）采用摩擦/色差測(cè)定法完成一次樣品的測(cè)定所需時(shí)間為10 min左右，具有方便、快捷的特點(diǎn)。

圖2 三種接裝紙摩擦后白卡底紙的摩擦效果Fig.2 Rubbing results for three kinds of tipping paper

表1 白卡底紙的色差檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Test results of chromatic aberration for ivory board

3 結(jié)論和展望

建立了摩擦-色差測(cè)定法用于測(cè)試煙用接裝紙印刷層的耐摩擦性能。研究表明：摩擦-色差測(cè)定法的摩擦機(jī)理和卷煙包裝機(jī)組的實(shí)際動(dòng)摩擦機(jī)理相似；定性比較、定量分析的精度均較高，且與實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的接裝紙印刷層摩擦脫色、卷煙表面拖色程度吻合；此外具有測(cè)試所需時(shí)間短、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，因此適用于接裝紙外表面印刷層耐摩擦性能的檢測(cè)和判定。

針對(duì)摩擦-色差測(cè)定法可以在以下方面開展進(jìn)一步研究：采用與機(jī)臺(tái)模盒動(dòng)摩擦系數(shù)相同的材料作為摩擦的底板載體；對(duì)摩擦-色差測(cè)定法進(jìn)行系統(tǒng)研究后，嘗試形成檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及判定要求。

[1]何霄峰.商標(biāo)紙質(zhì)量對(duì)超高速包裝機(jī)組速度的影響[C]//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2010:22-24.

[2]劉金曉,許淑江,郜海民,等.提高煙用鋁箔紙上機(jī)使用性的研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2013,(1):100.

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[7]韋祎,陳志燕,孟冬玲,等.卷煙商標(biāo)紙煙用薄膜的摩擦系數(shù)對(duì)包裝質(zhì)量的影響[J].廣西煙草,2002(3):40-41.

[8]全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)煙用材料分技術(shù)委員會(huì).YC 171—2009 煙用接裝紙[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[9]Box G E P,Hunter J S,Hunter W G.試驗(yàn)應(yīng)用統(tǒng)計(jì):設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)[M].張潤(rùn)楚,劉民千,楊建峰,等,譯.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

Study on rubbing/chromatic-aberration test method in determining rub resistance in tipping paper’s printing layer

SHEN Shihao,FU Jinggang,XIE Yan
Technology Center,Shanghai Tobacco Group Co,.Ltd.,Shanghai,200082 China

Cigarette paper may be polluted due to printing surface color separation of tipping paper resulting from poor rub resistance.Therefore,rub resistance of printing layer is seen as an important physical quality character of tipping paper.No special method had been used to test resistance performance until recently.Rubbing/chromatic-aberration test method was invented to test rub resistance fo r printing layer of tipping paper,which was discussed in such aspects as rub mechanism,qualitative analysis and quantitative analysis,and maneuverability.Rubbing/chromatic-aberration test method was found viable because of three advantages in above aspects:its rub mechanism was similar to that of real rub process in cigarette packing machine; both qualitative analysis and quantitative analysis were accurate and reliable; the experimental manipulation was convenient and timesaving.It was suitable for forming correlative standard to test and judge rub resistance in tipping paper's printing layer.

tipping paper; rubbing/chromatic-aberration test method; rub resistance

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.01.006

TS761.2

A

1004-5708（2014）01-0032-03

沈世豪（1983—），男，碩士，工程師，主要從事煙用材料研究，Tel:021-61669437，Email:shensh@sh.tobacco.com.cn

謝焰（1974—），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事煙草化學(xué)、煙用材料研究，Tel:021-61669408，Email:xiey@sh.tobacco.com.cn

2013-05-20