煙支硬度檢測結(jié)果影響因素分析

黃剛,郭春暉,張康偉,任發(fā)軍,胡發(fā)志

(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 青州卷煙廠,山東 青州,262500)

中國是煙草消費大國,而卷煙又是主要煙草制品,在國內(nèi)卷煙市場競爭激烈的大背景下,各卷煙生產(chǎn)廠家為提升產(chǎn)品競爭力,對所生產(chǎn)卷煙的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。煙支硬度是卷煙的重要物理指標(biāo)之一,反映了卷煙內(nèi)部煙絲物理特性(填充性等)以及分布疏密情況,也直接影響了煙支卷接質(zhì)量、感官質(zhì)量。因此,精準(zhǔn)的檢測是提高硬度質(zhì)量的有效監(jiān)督手段。目前,對硬度的研究多以與其他物理指標(biāo)的關(guān)系為主,如趙日利[1]認(rèn)為,煙支吸阻會隨著硬度的增加而增加,硬度并不是吸阻的直接影響因素,兩者共同受煙絲的用量、填充值影響。倪克平等[2]經(jīng)過研究后也得出了相似的結(jié)論,煙絲填充值一定,煙支硬度隨重量增加而增加,煙支重量一定,吸阻、硬度隨煙絲填充值增加而增加。也有部分研究人員對煙支重量檢測結(jié)果的影響因素進(jìn)行過相關(guān)研究,提出煙支硬度的檢測會因檢測季節(jié)、煙支長度、煙支圓周、檢測儀器量程設(shè)置、檢測方法(點壓法、全壓法)等因素出現(xiàn)誤差[3-5]。而在實際生產(chǎn)中,煙支物理指標(biāo)檢測是一個多指標(biāo)的連續(xù)檢測過程,其余物理指標(biāo)的檢測是否會對硬度的檢測結(jié)果產(chǎn)生影響,尚不明確?；诖?本試驗對其他物理指標(biāo)檢測、硬度檢測儀關(guān)鍵參數(shù)、貯存時間對煙支硬度檢測結(jié)果的影響進(jìn)行研究,以優(yōu)化煙支硬度檢測方案,達(dá)到提高質(zhì)檢儀器檢測結(jié)果一致性的目的,提高公司產(chǎn)品質(zhì)量與研發(fā)設(shè)計的符合性,為產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供技術(shù)支撐,為企業(yè)提升市場競爭力奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

選用三類卷煙泰山(東方)為試驗材料。樣品包裝打開后,在溫度為(22±2)℃,相對濕度為(60±5)%的環(huán)境條件下進(jìn)行測試。

煙支硬度計,QTM 型煙支綜合測試臺;電子天平(感量0.01 g);MW4420 型密度測量儀,烘箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 其他檢測單元對硬度檢測結(jié)果的影響

目前,QTM 綜合測試臺共有5個單元,分別為重量單元、圓周單元、長度單元、吸阻單元和硬度單元,可以測試6項煙支物理指標(biāo),其中吸阻單元可以測試通風(fēng)率和吸阻。因此為驗證其他檢測單元是否對硬度檢測結(jié)果產(chǎn)生影響,設(shè)計了6 種檢測方法,如表1 所示。

表1 煙支物理指標(biāo)檢測處理

1.2.2 擋煙板位置對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

擋煙板位置的設(shè)定:一般檢測中,擋煙板位置為55 mm,而測試臺擋煙板位置的調(diào)節(jié)以5 mm 為跨度,因此共設(shè)計6 個梯度:40、45、50、55、60、65 mm,其中擋煙板位置越大,測試的位置越靠近點煙端,擋煙板位置越小,測試的位置越靠近接嘴端。同時測定煙支的密度分布。

1.2.3 預(yù)壓時間對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

預(yù)壓時間的設(shè)定:從調(diào)研結(jié)果來看,大部分預(yù)壓時間設(shè)定為0.5 s,部分預(yù)壓時間設(shè)定為0.1 s,同時考慮預(yù)壓時間設(shè)置過久會影響測試效率,因此共設(shè)計3 個梯度:0.1、0.5、1 s。

1.2.4 壓縮時間對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

壓縮時間的設(shè)定:從調(diào)研結(jié)果來看,壓縮時間均按照要求設(shè)定為15 s,因此以15 s 為中心,共設(shè)計5 個梯度:5、10、15、20、25 s。

1.2.5 壓縮速度對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

壓縮速度共設(shè)計4 個梯度:1、2、3、4 m/s。

1.2.6 環(huán)境濕度對煙支檢測結(jié)果的影響

環(huán)境濕度的設(shè)定:按照要求環(huán)境濕度的要求為60%±5%,因此以60%為中心共設(shè)計5 個梯度:50%、55%、60%、65%、70%。

1.2.7 貯存時間對煙支硬度的影響

試驗分為為短期貯存和長期貯存2 部分。短期貯存:貯存時間在1 個月左右,每隔一定天數(shù)對煙支硬度進(jìn)行檢測。長期貯存:分別測試貯存1、4、10、20 個月的樣品,分別統(tǒng)計煙支硬度均值。

1.3 測定項目及方法

硬度檢測參照《煙支硬度計檢定規(guī)程》[6]、GB/T 22838.6-2009[7]和儀器說明書執(zhí)行,長度、圓周等物理指標(biāo)使用QTM 型全自動多功能煙支綜合測試臺進(jìn)行檢測[8-12],煙支密度分布使用密度測量儀進(jìn)行測定[13],含水率參照GB/T 22838.8-2009 進(jìn)行測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 其他檢測單元對硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)表2 所示,方法5、6 所測煙支硬度值明顯高于方法1、2、3、4 所測值,而方法5、6 分別需要經(jīng)過通風(fēng)率、吸阻單元,這可能是因為煙支通過吸阻、通風(fēng)率單元時,經(jīng)過煙支的氣流壓實了煙絲。因此,煙支測硬度單項和全項時差異較大的原因主要是測全項時經(jīng)過通風(fēng)率、吸阻單元。

表2 其它檢測單元對硬度檢測結(jié)果的影響分析

2.2 擋煙板位置對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)圖1 所示,隨著擋煙板位置的增加,煙支硬度檢測值呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢,且在擋煙板位置55 mm 時硬度檢測值最低,與煙支密度分布表現(xiàn)出的趨勢基本一致。因此,擋煙板位置對煙支硬度檢測的影響主要是因為煙支自身密度分布導(dǎo)致的,為更好的表征煙支硬度情況,擋煙板位置最好能使測試頭正好在煙支光煙部分的中間位置。另外,當(dāng)擋煙板位置為65 mm,因測試頭壓縮位置過于靠近煙支點煙端,容易導(dǎo)致煙支傾斜造成煙支堵塞。

圖1 擋煙板位置對煙支硬度檢測結(jié)果

2.3 預(yù)壓時間對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)圖2 所示,隨著預(yù)壓時間的增加,煙支硬度檢測值并沒有明顯變化規(guī)律,不同預(yù)壓時間下的煙支硬度檢測值差異較小,可能是測量固有誤差導(dǎo)致的,因此,可以確定在實驗范圍內(nèi)預(yù)壓時間對煙支硬度檢測結(jié)果影響不顯著。

圖2 不同預(yù)壓時間下煙支硬度檢測結(jié)果

2.4 壓縮時間對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)圖3 所示,隨著壓縮時間的增加,煙支硬度檢測值呈現(xiàn)先降低后平穩(wěn)的趨勢。在5～15 s 內(nèi),隨著壓縮時間的增加煙支硬度檢測值明顯下降,在15 s 后,隨著壓縮時間的增加煙支硬度檢測值無明顯變化。因此,為確保硬度檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時提高檢測效率,壓縮時間應(yīng)保持15 s的設(shè)定。

圖3 不同壓縮時間下煙支硬度檢測結(jié)果

2.5 壓縮速度對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)圖4 所示,隨著壓縮速度的增加,煙支硬度檢測值并沒有明顯變化規(guī)律,不同壓縮速度下的煙支硬度檢測值差異較小,考慮是測量固有誤差導(dǎo)致的,因此,可以確定在實驗范圍內(nèi)壓縮速度對煙支硬度檢測結(jié)果影響不顯著。

圖4 不同壓縮速度下煙支硬度檢測結(jié)果

2.6 環(huán)境濕度對煙支硬度檢測結(jié)果的影響

據(jù)圖5 所示,隨著測試環(huán)境濕度的增加,煙支硬度檢測值呈明顯下降趨勢,主要因煙支硬度測試時間較長,測試環(huán)境濕度會引起煙支水分變化,從而導(dǎo)致煙支硬度檢測值產(chǎn)生變化。因此,可按照測試環(huán)境濕度的要求,適當(dāng)降低濕度的允差范圍,即環(huán)境濕度要求調(diào)整為60%±3%。

2.7 貯存過程中煙支硬度變化

據(jù)圖6所示,在1個月內(nèi),隨著貯存時間的變化,煙支硬度檢測值均沒有明顯規(guī)律,且各時間段測量的硬度均值差異不大。因此,在1 個月內(nèi),煙支硬度并不會發(fā)生明顯變化。

圖6 短期貯存過程中煙支硬度變化

由圖7 所示,在長期貯存后,隨著貯存時間的變化,煙支硬度檢測值會發(fā)生明顯上升,在貯存20個月后,硬度值達(dá)到77.347%,遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)的68%。隨著貯存時間的變化,煙支水分會發(fā)生明顯下降,隨之煙支硬度檢測值會發(fā)生明顯上升。因此可以得出,隨著卷煙長期貯存,煙支水分會發(fā)生散失,從而導(dǎo)致煙支硬度升高。

圖7 長期貯存過程中煙支硬度與水分變化

3 結(jié)論與討論

煙支檢測全項時硬度比單獨檢測出的硬度大,主要原因是測全項時經(jīng)過吸阻單元,經(jīng)過煙支的氣流壓實了煙絲導(dǎo)致的。同時考慮測煙支硬度檢測占用時間較多,影響測試其他物理指標(biāo)的效率,可以考慮單獨測試硬度,其他物理指標(biāo)則一同測試。隨著擋煙板位置的增加,煙支硬度檢測值呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢,且在煙支的中間位置時最小,這與煙支自身密度分布有關(guān),因此擋煙板位置最好能使測試頭正好在煙支光煙部分的中間位置。

就常規(guī)煙來說,擋煙板位置最好為55 mm。在實驗范圍內(nèi),預(yù)壓時間對煙支硬度檢測結(jié)果影響不顯著,壓縮速度對煙支硬度檢測結(jié)果影響也不顯著。不同的測試環(huán)境濕度會引起煙支水分變化,總而導(dǎo)致煙支硬度檢測值產(chǎn)生變化,因此應(yīng)適當(dāng)降低濕度的允差范圍,即環(huán)境濕度要求調(diào)整為60%±3%。卷煙在短期內(nèi)(1 個月內(nèi))硬度不會發(fā)生明顯變化,但是隨著貯存時間延長,導(dǎo)致煙支水分發(fā)生散失,從而導(dǎo)致煙支硬度明顯上升。因此長期貯存的卷煙在測試硬度時需要平衡水分。

因此應(yīng)嚴(yán)格按照儀器操作規(guī)程和要求對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和保養(yǎng),及時檢查黃金棒、傳送帶等易損部件的情況,適當(dāng)優(yōu)化檢測方案,降低煙支硬度測定誤差。