抽吸模式和煙支密度分布對(duì)卷煙包灰性能的影響

尹本濤　萬(wàn)麗娟　徐楊斌　蘇鑫　張燕　王榮梅　劉劍　蔡元青

摘要 為研究抽吸模式和煙支密度分布對(duì)卷煙包灰性能的影響，采用分段測(cè)量的方法采集卷煙燃燒時(shí)的圖像信息，通過(guò)測(cè)定煙支燃燒的煙灰長(zhǎng)度、累計(jì)煙灰面積、煙灰表面累積開(kāi)裂或者破碎面積及當(dāng)前燃燒長(zhǎng)度下的卷煙包灰性能，分析不同抽吸模式下卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率、卷煙包灰性能、煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關(guān)性。結(jié)果表明，在不同燃燒長(zhǎng)度下卷煙的燃燒狀態(tài)不同，分段測(cè)量能有效反映卷煙燃燒包灰的性能;卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）;卷煙樣品最后包灰性能的好壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）;煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關(guān)性，可以通過(guò)改變煙支密度或者煙絲填充值來(lái)改善卷煙的包灰效果。

關(guān)鍵詞 分段測(cè)量;包灰;抽吸模式;卷煙包灰性能;煙支密度分布

中圖分類號(hào) TS452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）17-0182-04

Abstract In order to study the effects of smoking pattern and cigarettes density distribution on the ash integration properties of cigarette， the subsection measurement method was adopted to collect the image information of burning cigarette. Based on the determination of the soot length of burned cigarettes， the cumulative soot area， the cumulative cracking or crushing area of the soot surface， and the ash integration properties of cigarettes at the current burning length， the reduction rate of soot length of burned cigarettes， ash integration properties of cigarette， the correlation between the cigarettes density distribution and ash integration properties of cigarette were analyzed. The results showed that the state of cigarettes was different at different combustion length， and the segmented measurement could effectively reflect the ash integration properties of cigarette. The reduction rate order of soot length of burned cigarettes was HCI mode （19.3%） > ISO mode （17.7%） > static combustion mode （15.4%）. The final ash integration properties of cigarette samples was in the order of static combustion mode （5.27%）， ISO mode （9.99%）， and HCI mode （10.47%）. The density distribution of cigarettes had a strong correlation with the ash integration properties of cigarette， which could be improved by changing the density of cigarettes or? filling value of cut tobacco.

Key words Subsection measurement method;Ash integration;Smoking pattern;Ash integration properties of cigarette;Cigarettes density distribution

卷煙包灰是指煙支燃燒后形成煙灰的外觀完整程度，又稱為卷煙燃燒煙灰完整性。煙灰開(kāi)裂或者破碎面積與煙灰整體面積的比值大小可以衡量卷煙包灰性能的好壞。該比值越小表示煙灰完整程度越高，也就是說(shuō)包灰效果越好。隨著卷煙技術(shù)的發(fā)展及消費(fèi)者對(duì)卷煙產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，卷煙燃燒后的包灰效果已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視。卷煙包灰性能好，煙柱美觀;卷煙包灰性能差，抽吸時(shí)卷煙紙不能很好包裹在煙絲上，造成煙灰掉落嚴(yán)重，不僅污染環(huán)境，并且會(huì)影響消費(fèi)者對(duì)品牌的忠誠(chéng)度[1]。

目前，大量研究表明卷煙紙、卷煙配方和切絲寬度對(duì)卷煙包灰性能都有較大的影響[2-8]。但是，針對(duì)如何評(píng)價(jià)卷煙的包灰能力，如何優(yōu)化卷煙的包灰性能，迄今尚未有一個(gè)具體的解決方案與評(píng)價(jià)體系，國(guó)內(nèi)外對(duì)卷煙包灰能力的研究相對(duì)較少[9-10]。筆者采用分段測(cè)量的方法，分別在煙支燃燒至10、20、30、40和50 mm處采集圖像信息，通過(guò)分析每張圖片，以1 mm長(zhǎng)度為單位，統(tǒng)計(jì)煙支燃燒的累計(jì)煙灰面積、煙灰表面累積開(kāi)裂或者破碎面積及當(dāng)前燃燒長(zhǎng)度下的煙灰完整性測(cè)試數(shù)據(jù)，研究抽吸模式和煙支密度分布對(duì)卷煙包灰性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究對(duì)象。

試驗(yàn)選取貴州中煙生產(chǎn)的卷煙A牌號(hào)為樣品，每30支為1組，共3組。

1.1.2 主要儀器。

KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測(cè)試儀（韓國(guó)KARDIEN公司）;TEWS 4420微波快速煙支水分密度測(cè)量?jī)x（德國(guó)TEWS公司）。

1.2 方法

將卷煙樣品拆包，在溫度（22±2）℃、相對(duì)濕度（60±3）%的條件下調(diào)節(jié)48 h，并在溫度（22±2）℃、相對(duì)濕度（60±5）%的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試。

1.2.1 測(cè)試方法。

采用分段測(cè)量的方法，分別在煙支燃燒至10、20、30、40和50 mm處采集圖像信息，通過(guò)測(cè)試軟件分析每張圖像，以1 mm長(zhǎng)度為單位，統(tǒng)計(jì)煙支燃燒的累計(jì)煙灰面積、煙灰表面累積開(kāi)裂或者破碎面積及當(dāng)前燃燒長(zhǎng)度下的煙灰完整性測(cè)試數(shù)據(jù)。

卷煙包灰是指煙支燃燒后形成煙灰的外觀完整程度，以煙灰開(kāi)裂或者破碎面積與煙灰整體面積的比值大小衡量卷煙包灰性能的好壞。按以下公式計(jì)算卷煙包灰性能：C（%）=A/B。式中，A表示卷煙燃燒后煙灰開(kāi)裂或者破碎的面積;B表示卷煙燃燒后煙灰的整體面積;C表示卷煙包灰性能。

1.2.2 不同抽吸模式下卷煙包灰性能的測(cè)定。

使用韓國(guó)KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測(cè)試儀，分別在靜燃模式、ISO抽吸模式和HCI抽吸模式下按照“1.2.1”的方法測(cè)定卷煙的包灰性能。

1.2.3 煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關(guān)性分析。

使用德國(guó)TEWS 4420微波快速煙支水分密度測(cè)量?jī)x對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，記錄單位長(zhǎng)度下的煙支密度;再使用韓國(guó)KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測(cè)試儀，在ISO抽吸模式下按照“1.2.1”的方法進(jìn)行卷煙包灰性能的測(cè)定。最后，分析煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關(guān)性。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)去除點(diǎn)燃端和抽吸端各5 mm采集的數(shù)據(jù)后，使用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抽吸模式下卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度的縮減率測(cè)定結(jié)果

使用韓國(guó)KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測(cè)試儀，在ISO抽吸模式下，樣品燃燒至10、20、30、40和50 mm時(shí)采集的燃燒狀態(tài)圖如圖1所示。從圖1可以看出，卷煙由點(diǎn)燃端開(kāi)始，在不同燃燒長(zhǎng)度下卷煙的燃燒狀態(tài)是不一樣的，分段測(cè)量能更有效地反映卷煙燃燒的包灰性能。

通過(guò)不同抽吸模式下卷煙燃燒至10、20、30、40和50 mm設(shè)定值時(shí)卷煙燃燒煙灰的實(shí)際長(zhǎng)度，計(jì)算卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率，結(jié)果如表1所示。從表1可看出，卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度從大到小依次為靜燃模式、ISO模式、HCI模式;卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度的縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）。

通過(guò)不同抽吸模式下卷煙燃燒至不同分段（0～10、11～20、21～30、31～40、41～50 mm）時(shí)的卷煙燃燒煙灰實(shí)際長(zhǎng)度，來(lái)計(jì)算不同分段下卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，在煙支燃燒的不同分段，形成的煙灰長(zhǎng)度不同。在第1段10 mm的燃燒長(zhǎng)度中，靜燃模式下煙灰長(zhǎng)度達(dá)到9.987 mm，縮減率僅為0.1%，而HCI模式下煙灰長(zhǎng)度最短，長(zhǎng)度縮減率為9.4%。

無(wú)論是靜燃模式、ISO模式還是HCI模式，隨著煙支燃燒長(zhǎng)度的增加，每階段煙支燃燒煙灰的長(zhǎng)度都在逐步遞減，煙灰縮減長(zhǎng)度不斷增加，分段計(jì)算出的長(zhǎng)度縮減率逐步增加。尤其是進(jìn)入燃燒的第5段（41～50 mm）時(shí)，長(zhǎng)度縮減率達(dá)到最大，卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率從大到小依次為HCI模式下（30.8%）、 ISO模式（29.0%）、靜燃模式（23.5%）。

2.2 不同抽吸模式下卷煙包灰性能測(cè)定結(jié)果

在不同抽吸模式下，卷煙燃燒至不同煙支長(zhǎng)度時(shí)的卷煙燃燒煙灰面積和變碎面積，來(lái)計(jì)算卷煙包灰性能，結(jié)果如表3所示。由表3可知，卷煙燃燒后煙灰面積隨著抽吸模式的不同也發(fā)生了變化，煙灰面積按靜燃模式、ISO模式和HCI模式依次減小，這種趨勢(shì)與煙灰長(zhǎng)度縮減率對(duì)應(yīng)，說(shuō)明縮灰率與抽吸模式有很大關(guān)系。同時(shí)，隨著煙灰面積的增加，煙灰燃燒后開(kāi)裂或者變碎的面積也不斷增加，靜燃模式為16.05 mm 2，ISO模式為29.76 mm 2，HCI模式下達(dá)到最大（30.04 mm 2）。整體來(lái)看，卷煙樣品最后包灰性能的從好到壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）。

2.3 煙支密度分布與卷煙包灰性能的相關(guān)性分析

將煙支密度數(shù)據(jù)整體縮小10倍，處理后的數(shù)據(jù)與ISO抽吸模式下的煙灰破碎面積和當(dāng)前包灰數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，以煙支長(zhǎng)度為橫坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，再進(jìn)行線性擬合，得到ISO抽吸模式下煙灰變碎面積、當(dāng)前包灰數(shù)據(jù)和煙支密度分布的對(duì)應(yīng)曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，將煙支分為3段，第1段為0～10 mm，第2段為10～40 mm，第3段為40～50 mm。在第1段和第3階段時(shí)煙支的平均密度為270和282 mg/cm 3，此時(shí)對(duì)應(yīng)的煙灰變碎面積和當(dāng)前包灰數(shù)據(jù)曲線趨勢(shì)相對(duì)平緩，第2階段煙支的平均密度為249 mg/cm 3，此時(shí)對(duì)應(yīng)的煙灰變碎面積和當(dāng)前包灰性能曲線斜率相對(duì)較大。因此，煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關(guān)性，可以通過(guò)改變煙支密度或者煙絲填充值來(lái)改善卷煙的包灰效果。

3 結(jié)論

（1）使用韓國(guó)KARDIEN-CAMT卷煙燃燒性能測(cè)試儀，在ISO抽吸模式下，樣品燃燒至10、20、30、40和50 mm時(shí)采集的燃燒狀態(tài)，在不同燃燒長(zhǎng)度下卷煙的燃燒狀態(tài)是不一樣的，分段測(cè)量更能有效地反映卷煙燃燒包灰性能。

（2）采用分段測(cè)量的方法，采集卷煙燃燒時(shí)的圖像信息，得出卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度從大到小依次為靜燃模式、ISO模式、HCI模式;卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率從大到小依次為HCI模式（19.3%）、ISO模式（17.7%）、靜燃模式（15.4%）。在不同分段下卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率有所不同，進(jìn)入燃燒的第5段（40～50 mm）時(shí)，長(zhǎng)度縮減率達(dá)到最大，卷煙燃燒煙灰長(zhǎng)度縮減率從大到小依次為HCI模式（30.8%）、 ISO模式（29.0%）、靜燃模式（23.5%）。

（3）在不同抽吸模式下，卷煙樣品最后包灰性能的好壞依次為靜燃模式（5.27%）、ISO模式（9.99%）、HCI模式（10.47%）。

（4）煙支密度分布與卷煙包灰性能有較大的相關(guān)性，可以通過(guò)改變煙支的密度或者煙絲填充值來(lái)改善卷煙的包灰效果。

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