劉洋

【摘要】在卷煙上部添加過濾嘴，以此來達到減少吸煙時入口的煙霧、焦油和燃燒時產(chǎn)生的懸浮粒子數(shù)量。打孔作為卷煙生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，直接關乎吸煙者的感官品質。本文概述了卷煙濾嘴的基本特點，分析了四種不同打孔方式的對比效果，探究了卷煙通風率的影響因素，為卷煙過濾嘴的打孔方式選擇提供可行性建議。

【關鍵詞】打孔方式;卷煙;濾嘴;感官品質;通風率

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.033

Effects of Punching Methods on Sensory Quality and Ventilation Rate of Cigarette Filter

LIU Yang

（Jilin Tobacco Industry Co.，Ltd.，Yanji 133000，China）

Abstract：A filter is added to the upper part of the cigarette to reduce the amount of smoke，tar and suspended particles produced during combustion. As an important part of cigarette production，punching is directly related to the sensory quality of smokers. This paper summarizes the basic characteristics of cigarette filter，analyzes the comparative effects of four different punching methods，explores the influencing factors of cigarette ventilation rate，and provides feasible suggestions for the selection of punching methods of cigarette filter.

Key words：punching method;cigarettes;filter;sensory quality;ventilation rate

卷煙煙霧中含有4000～5000種微粒（主要是焦油），都是煙草不完全燃燒的產(chǎn)物，還包含揮發(fā)性的煙草燃燒物質，如乙醛以及其他低分子重量成分。卷煙濾嘴設計旨在過濾煙霧成分，去除所有因燃燒而產(chǎn)生的化學物質。而基于卷煙濾嘴打孔方式的探究，需綜合考慮吸煙者的感官品質及通風率，以此達到有效攔截慣性壓緊和擴散沉淀的效果，進而減少吸煙時人口的煙霧、焦油和燃燒時產(chǎn)生懸浮粒子。

1研究意義和背景

卷煙產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)考慮的重要指標包括卷煙總通風率、濾嘴通風率及吸阻，這些也是影響卷煙焦油釋放量、感官感受的重要指標。在產(chǎn)品質量特性研究中，優(yōu)選卷煙濾嘴打孔方式更能提升卷煙的感官品質。而當前，不同卷煙濾嘴打孔方式對卷煙濾嘴感官品質與通風率的影響效果不同。所以，不同打孔方式是衡量卷煙質量水平的關鍵。卷煙總通風率和濾嘴通風率是卷煙降焦減害的重要設計參數(shù)。綜合考量打孔方式對卷煙濾嘴感官品質與通風率的影響，進而在實際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)選用適宜的制作方法，以此達到控制卷煙質量。

2四種不同打孔方式對比

基于卷煙結構與物性參數(shù)的卷煙總通風率、濾嘴通風率及吸阻模型化設計方法，以卷煙結構特征參數(shù)和卷煙物性特征參數(shù)為變量，以卷煙總通風率、濾嘴通風率以及吸阻為目標函數(shù)，通過調整卷煙結構與物性參數(shù)獲得滿足卷煙設計要求的優(yōu)化方法。常用四種打孔方式的應用情況如表1所示。

3卷煙濾嘴打孔優(yōu)選

根據(jù)卷煙通風孔的設計要求，將卷煙分為三種濾嘴通風結構：無濾嘴通風孔、一排濾嘴通風孔、兩排濾嘴通風孔?？諝庠诰頍焹鹊牧鲃訛橐痪S流動，其在卷煙煙絲段、濾嘴段、卷煙紙、卷煙成型紙中的流動均滿足達西定律，計算公式如下：

其中，Q——單位時間滲流量;

K——滲透系數(shù);

F——過水斷面;

I——水力坡度;

h——總水頭損失;

L——滲流路徑長度。

在環(huán)境溫度為（22±2）℃，濕度（60±5）%條件下，卷煙和空氣物性參數(shù)在氣流流動過程中保持不變;卷煙氣流入口端、卷煙紙以及濾嘴通風孔外圍均為大氣壓，壓降為0?；谝陨霞僭O，根據(jù)氣流質量連續(xù)性方程衡算，建立卷煙總通風率、濾嘴通風率、吸阻、卷煙結構參數(shù)、物性參數(shù)。

在線激光打孔設備的關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在線激光打孔設備中激光束的參數(shù)、機器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光打孔的效率和質量。光學聚焦系統(tǒng)可以將激光束會聚到微米量級的范圍內，其功率密度可高達108～1015 w/cm²。由于高強熱源對材料產(chǎn)生加熱影響，使得照射區(qū)內溫度瞬時上升，引起被照射區(qū)內的材料瞬時熔化并大量汽化蒸發(fā)，導致氣壓急劇上升，高速氣流猛烈向外噴射成一個小阻坑。精密激光打孔機可加工超微孔，光斑質量好，打出來的孔非常圓，并且每個工件的孔徑大小、位置一致，加工出來的質量效果很優(yōu)質，這也是激光設備被廣泛應用的原因。與傳統(tǒng)方式相比，激光打孔加工迅速、準確，而且環(huán)保健康、耗材低、精度高，打孔圖形能夠電腦編程任意定制。因此，激光打孔就成了新型的加工方式，只要樣品寄出就可以現(xiàn)場打樣。

等離子體打孔可以對卷煙總通風率、濾嘴通風率與吸阻實現(xiàn)同時優(yōu)化設計，對卷煙結構參數(shù)與物性參數(shù)設計提供了定量設計要求，卷煙設計優(yōu)化方法準確、方便、可靠，可獲得滿足卷煙設計要求的結構與物性參數(shù)數(shù)據(jù)。

4計算方法

獲取卷煙原輔材料特性及卷煙規(guī)格數(shù)據(jù)，判斷水松紙的透氣度，水松紙的透氣度為0時，計算卷煙紙通風率p_v，再計算總通風率t_v，具體計算公式如下：

p_v=-7.78+6.1×10^-7×j_t×d×l₁×p_d

t_v=p_v

其中，j_t——卷煙紙透氣度，單位cu;

d——煙支直徑，單位mm;

l₁——無濾嘴煙支長度，單位mm;

p_d——卷煙吸阻，單位Pa。

水松紙的透氣度不為0時，先計算總通風率t_v，再計算卷煙紙通風率p_v，具體計算公式如下：

t_v=-18.09+1.06×f_v+0.017×p_d+2.6×10^-4×j_t×d×l₁

p_v=t_v-f_v

其中，f_v——卷煙濾嘴通風率;

p_d——卷煙吸阻，單位Pa;

j_t——卷煙紙透氣度，單位CU;

d——煙支直徑，單位mm;

l₁——無濾嘴煙支長度，單位mm。

在設計煙支結構、原料特性、選擇卷煙材料、控制焦油釋放量等環(huán)節(jié)，主要依據(jù)卷煙吸阻、通風率的檢測方法和工藝原理，結合大量不同品牌、不同規(guī)格的卷煙，建立起各指標、卷煙原輔材料特性等預測模型。實現(xiàn)產(chǎn)品設計的可預知性，用以研究卷煙物理指標、原輔材料間的內在關系。在實際生產(chǎn)中，為解決卷煙物理指標問題，依據(jù)模型并明確問題原因，改進生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質量指標，避免生產(chǎn)中的盲目性，不斷提升卷煙內在品質。

5研究綜述

等離子體打孔和在線激光打孔對比靜電打孔和激光預打孔，具有更高的實際生產(chǎn)優(yōu)勢。在卷煙生產(chǎn)中，通過優(yōu)選打孔方式可以使過濾通風率達到較佳的效果。在同一接裝紙透氣度上，等離子體打孔和靜電打孔的卷煙濾嘴通風率更高;等離子體打孔、在線激光打孔可以使卷煙濾嘴通風率有較好的穩(wěn)定性，更有利于改善卷煙的感官品質。當濾嘴通風率較低時，采用在線激光打孔可以使卷煙感官品質得到極大改善[1]。在線打孔通風率符合性控制較好，但穩(wěn)定性控制存在波動[2]。

等離子打孔和靜電打孔技術的應用可以增加打孔密度、減小打孔孔徑、增加打孔寬度、提高卷煙濾嘴通風率穩(wěn)定性等效果。在實現(xiàn)價值上，這兩種打孔方式對降低焦油量、煙氣煙堿量和一氧化碳量等煙氣指標的改善效果突出[3]。

在卷煙濾嘴接裝紙上開至少一個大孔，當開多孔時按等距的方式排列，兩孔間有一定的間隔，開孔位置位于接裝紙中間位置，將該接裝紙制成具有降焦和減少煙氣成分釋放量的濾嘴。本實用新型的濾嘴，有效提高了卷煙紙的透氣度，避免了傳統(tǒng)接裝紙打孔因風阻造成的通風率衰減問題，同時，濾嘴成型紙可采用普通成型紙，進一步地降低卷煙生產(chǎn)成本，并為卷煙煙支外觀提供了美化空間[4]。

在實際生產(chǎn)中，選取成型紙透氣度8000 CU，接裝紙透氣度250 CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和一氧化碳含量，又能減少煙氣香味損失[5]。同一成分在不打孔濾嘴情況下的遷移率與打孔濾嘴遷移率的比值隨分子質量數(shù)的變化趨勢一致，且隨分子質量數(shù)的增加而減小;剖析了5種口味爆珠的關鍵成分，并建立了10種單體香料的GC-MS/MS 分析方法，證實了爆珠添加于6 mm處時均大于18 mm處時釋放量最高[6]。

在樣煙常規(guī)煙氣指標和感官質量控制環(huán)節(jié)，制備濾嘴打孔線分別為0mm、1 mm、2 mm、3 mm的樣煙，樣煙最佳濾嘴設計參數(shù)為：濾棒環(huán)切深度3 mm，接裝紙預打孔孔徑0.15 mm，無膠區(qū)寬度11 mm。當濾嘴打孔線長度為1 mm時，樣煙的感官質量最佳;避免旋轉后接裝紙和成型紙的打孔線錯開造成濾嘴通風率和燃燒錐處空氣吸入量發(fā)生變化[7]。

綜上所述，對卷煙濾嘴通風率及感官品質分析中，四種不同過濾嘴打孔方式均收到了較佳的效果，而等離子體打孔可以是卷煙獲得更佳的感官品質，這為卷煙過濾嘴生產(chǎn)提供可行性借鑒。A

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