高明奇 顧 亮 李明哲 孟 洋 田海英張 展 楊金初 紀 朋 董艷娟 馮曉民

(1. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南 鄭州 450000)

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不同規(guī)格中細支卷煙醋纖絲束性能研究

高明奇1顧 亮1李明哲1孟 洋2田海英1張 展1楊金初1紀 朋1董艷娟1馮曉民1

(1. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南 鄭州 450000)

為給中細支卷煙(φ=7.0 mm)濾棒設計開發(fā)提供更多參考，選取3種典型規(guī)格醋纖絲束成型為目標壓降中細支濾棒，卷接為中細支卷煙，以煙堿為目標物質，考察過濾能力。結果表明：① 不同規(guī)格醋纖絲束成型能力特性曲線存在明顯差異，所選取6種規(guī)格醋纖絲束覆蓋壓降范圍為2 170～5 880 Pa，且總趨勢為高單旦、低總旦規(guī)格醋纖絲束適宜成型低壓降中細支濾棒；② 所成型目標壓降濾棒煙堿過濾效率為22.0%～27.0%，同一規(guī)格醋纖絲束，隨著濾棒壓降升高，濾嘴對卷煙主流煙氣煙堿的過濾效率隨之升高，且總趨勢為高單旦、低總旦醋纖絲束適宜于成型低過濾效率細支濾棒?？筛鶕屑氈Ь頍熢O計目標，選擇不同規(guī)格絲束成型適宜壓降濾棒，獲得滿意的卷煙感官質量和適宜的主流煙氣過濾效率。

中細支卷煙；醋纖絲束；絲束規(guī)格；成型能力；過濾效率；煙堿

近年卷煙規(guī)格不斷創(chuàng)新，中細支卷煙(φ=7.0 mm)以其外觀新穎別致、焦油釋放量低獲得了較多關注。中細支卷煙做為中式卷煙中的一個重要品類分支，在降焦減害、節(jié)能環(huán)保和降本增效等方面具有顯著優(yōu)勢，但中細支卷煙在快速發(fā)展的同時，也遇到了一些技術瓶頸和問題，比如醋纖絲束規(guī)格不匹配等。當前，中國中細支卷煙主要采用6.0Y30000(den/den)規(guī)格醋纖絲束濾棒，醋纖絲束規(guī)格相對單一，存在壓降匹配性差等問題，不適用于部分中細支卷煙產品，中細支卷煙用醋纖絲束規(guī)格亟待豐富。

張淑潔等[1]研究了醋酸纖維的力學性能、吸附過濾性能、吸濕性、卷曲性、耐酸堿性、穩(wěn)定性等基本性能，分析了其力學性能與吸附過濾性能，然后根據醋酸纖維的特性，重點分析了醋酸纖維在卷煙行業(yè)、紡織行業(yè)、生物醫(yī)學領域的應用現(xiàn)狀。濾棒設計的關鍵在于選擇適當規(guī)格的絲束來滿足卷煙對濾嘴壓降、過濾效率、硬度、圓周等基本要求[2-3]。濾棒醋纖絲束規(guī)格的選擇直接關系到其壓降和過濾效率的高低，進而影響到卷煙產品的感官質量，是卷煙三紙一棒設計中的重要參數(shù)[3]。Christopher M.Bundren 等[4]研究了適用于細支濾棒的高單旦、低總旦醋纖絲束卷曲加工工藝，指出所成型細支濾棒吸阻變異系數(shù)最高可達7%，低的也有4%，遠高于常規(guī)濾棒吸阻2.0%～2.5%的水平。魏玉玲等[5]考察了卷煙材料組合搭配對主流煙氣量及過濾效率的影響，結果表明濾嘴及吸阻、接裝紙透氣度相對絲束規(guī)格對過濾效率影響更顯著。劉鎮(zhèn)等[3]分析了絲束規(guī)格對特性曲線的影響和絲束規(guī)格與濾嘴過濾效率的關系，提出在濾嘴設計中選擇絲束規(guī)格的具體思路，即通過目標濾棒參數(shù)，根據絲束的成型能力及過濾能力進行選擇。戴永生[6]采用低單旦規(guī)格的醋酸纖維絲束在KDF2/AF2成形機上穩(wěn)定生產出圓周為23.8 mm、吸阻為3 280～4 290 Pa的細圓周濾棒，并與其它規(guī)格醋纖絲束相比，其可節(jié)約絲束3.5%～4.8%，過濾效率提高1%。常紀恒等[7]研究了濾棒成型過程中質量波動的影響因素，用不同規(guī)格的醋纖絲束在KDF-2型濾棒成型機上進行試驗，結果表明，絲束規(guī)格一定的前提下，輥速比、螺紋輥壓力、空氣噴嘴壓力及穩(wěn)定輥壓力等工藝參數(shù)對醋酸纖維絲束的穩(wěn)定開松和成型質量起決定性作用。李鈺靚等[8]通過對濾棒使用的全過程進行數(shù)據采集、處理、顯示和監(jiān)控，實現(xiàn)了濾棒交換中心配置狀態(tài)與濾棒實物的實時比較和狀態(tài)顯示，并能將監(jiān)控界面遠程發(fā)布到各末端分布式節(jié)點。以上文獻主要集中在絲束選擇、濾棒成型工藝及質量控制方面，且主要關注點為濾棒質量穩(wěn)定性，為絲束選擇及成型提供了參考，但尚未有相關文獻針對中細支卷煙醋纖絲束進行系統(tǒng)研究。

目前，國內外有關中細支卷煙文獻報道[9-12]主要集中在設備改造及濾成型，中細支卷煙用濾棒及醋纖絲束的相關研究報道較少，特別是缺乏對中細支卷煙用醋纖絲束的成型能力、過濾效率等具體應用性能的系統(tǒng)研究。本試驗擬對幾種適用于中細支濾棒的不同規(guī)格醋纖絲束開展應用性能研究，重點關注醋纖絲束濾棒成型能力及對卷煙主流煙氣的過濾能力，通過考察不同規(guī)格醋纖絲束的成型及過濾能力，旨在為中細支卷煙的絲束及濾棒設計開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

5.0Y35000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：南通醋酸纖維有限公司；

3.6Y31000、3.8Y30000、5.5Y35000、5.0Y28000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：美國塞拉尼斯有限公司；

6.7Y28000規(guī)格二醋酸纖維素絲束：大賽璐(中國)投資有限公司；

濾棒成型機：KDF2型，沈陽飛機制造公司；

電子分析天平：ML204型，感量0.1 mg，瑞士Mettler公司；

全功能綜合測試臺：SODIMAX型，法國Sodim Instrumentation公司；

濾棒物理指標綜合測試臺：D49型，法國Sodim Instrumentation公司；

恒溫恒濕箱：KBF型，德困Binder公司；

吸煙機：SM450-PC107 直線型，美國Cerulean公司；

氣相色譜儀：6890A型，美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 醋纖絲束成型能力特性曲線繪制 將濾棒成型速度、濾棒圓周調整到規(guī)定要求，停止施加增塑劑、中線膠，并將增塑劑添加系統(tǒng)清理干凈。然后，通過調整濾棒成型工藝參數(shù)(開松比、對輥壓力、開松寬度)，分別制備最小棒和最大棒，并取樣檢測最小棒、最大棒的壓降、圓周、水分。同時，取一份平行樣品，分別將最小棒和最大棒的成型紙剝離干凈，并測量100支無成型紙濾棒絲束的重量。以吸阻為縱坐標，100支無成型紙濾棒絲束的重量為橫坐標，繪制絲束成型能力特性曲線。

1.2.2 中細支濾棒過濾效率檢測 在其成型能力范圍內將3種規(guī)格絲束成型為不同壓降中細支濾棒，濾棒樣品質量要求見表1。將濾棒接裝成中細支卷煙，卷煙樣品質量要求見表2，為保障檢測過濾效率的準確性，采用了零透氣度接裝紙卷接樣品，使卷接出的卷煙樣品接裝紙上無正常卷煙的通風孔帶，進而測定濾嘴的過濾效率。參考文獻[12]中的方法測算卷煙樣品主流煙氣煙堿的過濾效率。同時，為保證所測卷煙樣品含煙絲量盡量保持一致，對已制備卷煙樣品進行嚴格挑選后作為待測樣。

表1 中細支濾棒樣品要求

表2 中細支卷煙樣品要求

1.2.3 醋纖絲束、細支濾棒及卷煙的化學指標檢測

(1) 卷煙及濾棒樣品調節(jié)：按GB/T 16447—2004《煙草及煙草制品調節(jié)和測試的大氣環(huán)境》執(zhí)行。

(2) 濾棒物理性能檢測：按GB/T 22838—2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》執(zhí)行。

(3) 卷煙主流煙氣及濾嘴中總粒相物、焦油和水分的測定：按GB/T 19609—2004《卷煙用常規(guī)分析用吸煙機測定總粒相物和焦油》執(zhí)行。

(4) 主流煙氣中煙堿的測定：按GB/T 23355—2009《卷煙 總粒相物中煙堿的測定 氣相色譜法》執(zhí)行。

(5) 濾嘴中煙堿的測定：按YC/T 154—2001《卷煙濾嘴中煙堿的測定方法 氣相色譜法》執(zhí)行。

(6) 卷煙抽吸：按GB/T 16450—2004《常規(guī)分析用吸煙機定義和標準條件》執(zhí)行。

(7) 醋纖絲束理化指標的測定：按YC/T 169—2009《煙用絲束理化性能的測定》執(zhí)行，包括絲束單旦、總旦、斷裂強度、油劑含量等，并與標準值進行對比分析。

2 結果與分析

2.1 醋纖絲束在KDF2/AF2濾棒成型機上成型能力特性曲線

在已定濾棒規(guī)格、成型設備和成型條件的情況下，每種規(guī)格醋纖絲束具有一個從最低壓降到最高壓降的成型能力范圍。以濾棒壓降和絲束重量為坐標，用一根曲線來表示醋纖絲束的成型范圍，該曲線即為絲束成型能力特性曲線，體現(xiàn)了濾棒壓降與重量的對應關系。絲束成型能力特性曲線受絲束規(guī)格、濾棒規(guī)格、成型設備及成型工藝條件影響。按照1.2.1方法調試濾棒成型機至正常運行狀態(tài)，當絲束開松良好、濾棒吸阻穩(wěn)定時，分別成型每個規(guī)格醋纖絲束的最大棒和最小棒，結果見表3。由表3可知，6種絲束規(guī)格所成型濾棒的壓降范圍較寬為2 170～5 880 Pa，可以覆蓋當前在用的壓降范圍，為不同梯度壓降濾棒設計提供參考。

絲束單旦是指一根9 000 m長未卷曲纖維絲的質量(g)，總旦是指一束9 000 m長未卷曲纖維絲的質量(g)。根據文獻[3]的研究結果，當絲束總旦和濾棒重量不變、單旦變化時，濾棒壓降變化趨勢和單旦成反相關；當所成型濾棒壓降不變時，濾棒重量與醋纖總旦的變化趨勢一致。由圖1可知，當中細支卷煙用醋纖絲束的單旦越高、總旦越低，越適合于成型較低壓降濾棒。對于相同長度和圓周的中細支濾棒及相同成型條件下，當前煙草行業(yè)主要采用的醋纖絲束規(guī)格適宜成型的壓降范圍在3 500 Pa以上，而5.0Y28000、5.0Y35000等規(guī)格醋纖絲束主要適用于3 500 Pa以下壓降中細支濾棒。

表3 最大棒及最小棒檢測數(shù)據

圖1 不同規(guī)格醋纖絲束特性曲線

2.2 不同規(guī)格醋纖絲束濾棒卷煙應用

選取3種適用于中細支濾棒的典型規(guī)格醋纖絲束(5.0Y28000、5.0Y35000、6.7Y28000)，制備了不同規(guī)格醋纖絲束在目標壓降下的濾棒及卷煙樣品，見表4。分別檢測了卷煙主流煙氣、煙堿及濾嘴中的煙堿，并計算了煙堿過濾效果，結果見表5和表6。

表4 不同規(guī)格醋纖絲束卷煙樣品

表5 不同規(guī)格醋纖絲束卷煙樣品主流煙氣

表6 濾嘴過濾效率檢測結果

表5為卷煙樣品的主流煙氣檢測數(shù)據，表中樣品編號所采用濾棒與表4中相對應。從檢測數(shù)據中可知，不同規(guī)格醋纖絲束在不同壓降濾棒情況下，主流煙氣各項指標存在顯著差異。從焦油釋放量的趨勢圖(圖2)中可以知， 壓降升高后焦油含量顯著降低。對于設計目標壓降(2 800，2 500 Pa)而言，3種絲束規(guī)格所成型濾棒可以達到設計目標。同時，對于不同透氣度而言，接裝紙透氣度的提高，卷煙焦油釋放量顯著降低，通過不同規(guī)格絲束濾棒與不同透氣度接裝紙搭配，從而實現(xiàn)卷煙設計目標。通過選擇合適的絲束規(guī)格，成型為適宜壓降濾棒，與不同透氣度接裝紙搭配，達到目標煙氣指標。

圖2 不同規(guī)格醋纖絲束特性曲線

表6為卷煙樣品主流煙氣煙堿過濾效率檢測數(shù)據，表中樣品編號所采用濾棒與表4中相對應。從檢測數(shù)據(表6)中可看出，不同規(guī)格醋纖絲束在不同壓降濾棒情況下，主流煙氣煙堿過濾效率存在顯著差異，表明絲束規(guī)格和濾棒壓降是影響濾嘴對卷煙煙氣過濾效率的重要因素。對于過濾效率而言，醋纖絲束規(guī)格的單旦越低，總旦越高，越適用于成型過濾效率的濾棒，為卷煙設計提供了參考。3種絲束規(guī)格的煙堿過濾效率為22%～27%(見圖3)，與正常卷煙過濾效率無顯著差異，通過選擇適宜絲束及濾棒，可以獲得相同的過濾效率。

圖3 濾嘴過濾效率檢測結果

3 結論

選取了6種典型中細支卷煙用醋纖絲束規(guī)格，其中4種(3.6Y31000、3.8Y30000、5.0Y28000、5.5Y35000、6.7Y28000)絲束規(guī)格尚未在中國應用試驗。為考察不同規(guī)格醋纖絲束的適宜成型濾棒壓降范圍，繪制了6種醋纖絲束成型能力特性曲線，在此基礎上，選取3種典型規(guī)格醋纖絲束，在其成型能力范圍內將不同規(guī)格醋纖絲束成型為目標壓降中細支濾棒，卷接為中細支卷煙，考察不同規(guī)格醋纖細支濾棒對卷煙主流煙氣的過濾效率。結果表明：① 所選取6種不同規(guī)格醋纖絲束的成型能力特性曲線存在明顯差異，可成型濾棒壓降范圍為2 170～5 880 Pa，且總趨勢為高單旦、低總旦規(guī)格醋纖絲束適宜成型低壓降中細支濾棒；② 所成型目標壓降濾棒煙堿過濾效率為22.0%～27.0%，同一規(guī)格醋纖絲束，隨著濾棒壓降升高，濾嘴對卷煙主流煙氣煙堿的過濾效率隨之升高，且總趨勢為高單旦、低總旦醋纖絲束更宜于成型低過濾效率中細支濾棒。本試驗重點研究了不同規(guī)格中細支卷煙用醋纖絲束的成型及過濾能力，填補了其他文獻尚未報道的中細支醋纖絲束應用性能研究空白。在實際卷煙產品設計中，可根據本試驗結果，選擇不同規(guī)格絲束成型適宜壓降濾棒，達到適宜的主流煙氣過濾效率。對于卷煙香氣成分的影響，在后續(xù)工作中有待進一步的深入研究。

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Study on performance of different specifications of acetate tow for medium fine cigarette

GAO Ming-qi1GU Liang1LI Ming-zhe1MENG Yang2TIAN Hai-ying1ZHANGZhan1YANGJin-chu1JIPeng1DONGYan-juan1FENGXiao-min1

(1.TechnologyCenter,HenanBranchofChinaTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China;2.GoldLeafProductionManufacturingCenter,HenanBranchofChinaTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China)

In order to provide more reference for design and development of materials of the medium fine cigarette (φ=7.0 mm), different typical specifications of acetate tow of medium fine filter rods were selected, and forming ability of different specifications of acetate tow was evaluated, and then the forming ability characteristic curves were also given. Fine filter rods with different pressure drop were prepared from different specifications of acetate tows, and were made into medium fine cigarettes, the filtration ability of fine filter rods with different specifications of acetate tows were investigated by using nicotine as the target material. The results showed that: ① Obvious differences were found in the characteristic curves of different specifications of acetate tows, and pressure drop range of the selected six kinds of acetate tow were covered from 2 170 Pa to 5 880 Pa. Moreover, the general trend was found that the specification of high total and low single denier tows was better lower pressure drop medium fine filter rod; ② The filtration efficiencies of different pressures drop filter rods were from 22.0% to 27.0%, and the filtration efficiency of nicotine in cigarette smoke increased with the increase of pressure drop of filter rods. In addition, the general trend showed to be that the specifications of high total and low single denier tows were better for lower filtration efficiency medium fine filter rod. Both better sensory quality and proper filtration efficiency could be obtained by using different specifications of acetate tow.

fine cigarette; acetate tow; specification; forming ability; filtration ability; nicotine

中國煙草總公司重大專項(編號：110201601013〔XZ-04〕)；河南中煙工業(yè)有限責任公司重點科技項目(編號：YN2016005)

高明奇，男，河南中煙工業(yè)有限責任公司工程師，碩士。

馮曉民(1974—)，男，河南中煙工業(yè)有限責任公司工程師。E-mail:fengxiaomin@163.com

2017—03—03

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.06.039