卷煙物測(cè)指標(biāo)對(duì)細(xì)支卷煙吸阻影響的研究

潘彥伶 唐國(guó)參 李傳偉 李 馨 趙素菲

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠，廣西 南寧 530001）

與常規(guī)煙相比，細(xì)支煙具有煙支長(zhǎng)、直徑小、質(zhì)量輕和吸阻大等特點(diǎn)，煙支物測(cè)指標(biāo)的控制難度也隨上升，其中細(xì)支煙的吸阻問(wèn)題比較突出，是國(guó)內(nèi)各大卷煙生產(chǎn)企業(yè)的研究重點(diǎn)。侯冰清等[1]通過(guò)相關(guān)性分析及建立的擬合模型，確定了單支卷煙質(zhì)量對(duì)吸阻影響的正相關(guān)性；圓周對(duì)吸阻影響呈負(fù)相關(guān)性；長(zhǎng)度對(duì)吸阻影響不顯著。瞿先中等[2]分析煙支質(zhì)量、煙支通風(fēng)率與煙支吸阻、煙支硬度的相關(guān)性，確定了細(xì)支煙質(zhì)量對(duì)吸阻的重要影響。高明奇等[3]研究多種二醋酸纖維絲束規(guī)格細(xì)支卷煙的不同濾嘴設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)細(xì)支卷煙吸阻的影響規(guī)律及趨勢(shì)，在濾棒壓降不變的情況下，煙支吸阻與濾嘴通風(fēng)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。孫東亮等[4]對(duì)卷煙吸阻與各物理指標(biāo)、煙絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)卷煙單支質(zhì)量、圓周對(duì)吸阻有顯著影響。林婉欣等[5]通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定了細(xì)支卷煙的吸阻與單支質(zhì)量、圓周有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，所建模型與實(shí)際驗(yàn)證擬合度較好，可通過(guò)調(diào)節(jié)卷接設(shè)備各工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整細(xì)支卷煙的單支質(zhì)量、圓周，達(dá)到控制細(xì)支卷煙吸阻的目的。汪兵云等[6]研究了煙支質(zhì)量、煙支內(nèi)煙絲密度分布、劈刀盤(pán)規(guī)格幾個(gè)方面對(duì)煙支吸阻穩(wěn)定性的影響，其中，煙支質(zhì)量和劈刀盤(pán)規(guī)格對(duì)煙支吸阻穩(wěn)定性的影響較大。上述細(xì)支煙吸阻研究主要關(guān)注煙支開(kāi)放式吸阻與物測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性，該文考慮了煙支開(kāi)放式吸阻和封閉式吸阻之間的差異，研究了細(xì)支卷煙的物測(cè)指標(biāo)對(duì)開(kāi)放吸阻和封閉吸阻的影響，旨在探究如何穩(wěn)定控制卷煙生產(chǎn)過(guò)程中細(xì)支卷煙的吸阻。

1 材料與方法

樣本檢測(cè)設(shè)備采用歐美利華煙支綜合測(cè)試臺(tái)。

材料選擇南寧卷煙廠某細(xì)支卷煙品牌2022年11月成品煙支物理檢測(cè)數(shù)據(jù)，收集單支質(zhì)量、圓周、長(zhǎng)度、開(kāi)放吸阻、封閉吸阻、嘴通風(fēng)率以及硬度7 項(xiàng)物理指標(biāo)進(jìn)行分析。

2 細(xì)支卷煙吸阻與卷煙物測(cè)指標(biāo)的分析

2.1 開(kāi)放吸阻和封閉吸阻

進(jìn)行卷煙吸阻測(cè)量時(shí)，測(cè)量?jī)x器會(huì)在樣品下方提供17.5mL/s 的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量氣流（負(fù)壓）來(lái)測(cè)量測(cè)量點(diǎn)，即煙支、濾嘴棒末端與上方的大氣壓之間的壓力差。該壓力差即所需測(cè)量的吸阻。根據(jù)煙支綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)量煙支時(shí)的不同測(cè)量方式，卷煙吸阻可分為開(kāi)放式吸阻，封閉式吸阻。只有固定乳膠管緊緊包裹住卷煙樣品濾嘴端的一部分，其他部分與大氣相通時(shí)，負(fù)壓環(huán)境空氣流同時(shí)從樣品的煙絲端、煙紙部分及濾嘴部分進(jìn)入卷煙樣品，從濾嘴端流出，此時(shí)可得到卷煙樣品的開(kāi)放式吸阻。當(dāng)卷煙樣品的濾嘴部分被封閉與大氣環(huán)境完全隔絕時(shí)，煙紙部分和煙絲端與大氣環(huán)境相通，負(fù)壓環(huán)境空氣流同時(shí)從樣品的煙絲端及煙紙部分進(jìn)入樣品，從濾嘴端流出，此時(shí)可得到卷煙樣品的封閉式吸阻。

根據(jù)煙支吸阻檢測(cè)原理的差異性，將2022年11月的成品細(xì)支卷煙開(kāi)放吸阻和封閉吸阻進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示。結(jié)果表明，封閉吸阻整體高于開(kāi)放吸阻。2 種不同檢測(cè)方式得到的細(xì)支卷煙吸阻的變化趨勢(shì)基本相似，但兩者之間存在約0.18kPa 的差異值。因此，可以確定卷煙濾嘴部分負(fù)壓空氣的流量變化對(duì)開(kāi)放吸阻有明顯影響。

圖1 開(kāi)放吸阻和封閉吸阻對(duì)比

2.2 開(kāi)放吸阻與濾嘴通風(fēng)率

為了改善煙支的抽吸順暢感，細(xì)支卷煙一般采用濾嘴打孔的方式來(lái)降低煙支吸阻，因此濾嘴打孔效果的好壞會(huì)直接改變嘴通風(fēng)率的大小，從而影響細(xì)支煙的開(kāi)放吸阻。對(duì)比細(xì)支煙封閉吸阻和開(kāi)放吸阻的差異，濾嘴通風(fēng)率在9%～12%時(shí)，吸阻差值為0.15kPa～0.19kPa。相關(guān)性分析顯示（如圖2所示），濾嘴通風(fēng)率和吸阻差的相關(guān)系數(shù)為0.809，置信區(qū)間為0.69～0.885，兩者之間呈明顯的正線性相關(guān)。對(duì)打孔的細(xì)支煙來(lái)說(shuō)，在煙支封閉吸阻不變的情況下，濾嘴通風(fēng)率越大，煙支開(kāi)放吸阻越小，當(dāng)濾嘴通風(fēng)率出現(xiàn)異常時(shí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)煙支開(kāi)放吸阻產(chǎn)生影響，因此生產(chǎn)過(guò)程中需要控制好細(xì)支卷煙的濾嘴通風(fēng)率，才能達(dá)到煙支吸阻穩(wěn)定的目的。

圖2 吸阻差值和濾嘴通風(fēng)率的相關(guān)性

2.3 封閉吸阻與卷煙物測(cè)指標(biāo)

煙支封閉吸阻與質(zhì)量、長(zhǎng)度、圓周和硬度的相關(guān)性顯示（如圖3所示），封閉吸阻與質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.655，其置信區(qū)間為0.47～0.785，兩者之間呈較強(qiáng)的正線性相關(guān)，封閉吸阻會(huì)隨煙支質(zhì)量增加而逐漸上升，因此調(diào)整煙支的單支質(zhì)量能夠有效地改變煙支吸阻大小。封閉吸阻與硬度的相關(guān)性僅次于質(zhì)量對(duì)封閉吸阻的影響，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.629，置信區(qū)間為0.434～0.767。在煙支質(zhì)量不變的情況下，煙支內(nèi)部煙絲結(jié)構(gòu)決定了煙支的硬度值，因此穩(wěn)定的煙絲結(jié)構(gòu)能夠減少煙支硬度的變化，提高煙支封閉吸阻的穩(wěn)定性。封閉吸阻與圓周、長(zhǎng)度之間的相關(guān)性相對(duì)較弱，長(zhǎng)度在一定范圍的波動(dòng)對(duì)封閉吸阻的影響不顯著，而圓周與封閉吸阻存在負(fù)線性相關(guān)性，增加煙支的直徑可以在一定程度上降低煙支的吸阻。但考慮圓周波動(dòng)產(chǎn)生的其他煙支質(zhì)量影響，在實(shí)際生產(chǎn)中，很少通過(guò)圓周來(lái)調(diào)整煙支的封閉吸阻。因此，在卷包生產(chǎn)過(guò)程中，需要注意控制煙支的質(zhì)量和硬度，以保證煙支封閉吸阻的穩(wěn)定性。

圖3 封閉吸阻、質(zhì)量、長(zhǎng)度和圓周的矩陣圖

綜上所述，細(xì)支卷煙的開(kāi)放吸阻與封閉吸阻之間存在很強(qiáng)的正線性相關(guān)性，封閉吸阻、開(kāi)放吸阻的吸阻差異與濾嘴通風(fēng)率存在強(qiáng)相關(guān)性，煙支單支質(zhì)量、硬度與封閉吸阻之間有顯著的線性相關(guān)性，長(zhǎng)度和圓周與封閉吸阻之間的相關(guān)性較弱。在卷包過(guò)程中很難干預(yù)、調(diào)整煙支硬度，因此在對(duì)細(xì)支卷煙吸阻進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制時(shí)不應(yīng)將其作為可調(diào)節(jié)因子。

3 細(xì)支卷煙吸阻的控制

3.1 細(xì)支卷煙吸阻的控制模型

為了更好地預(yù)測(cè)和控制細(xì)支卷煙的吸阻，需要考慮開(kāi)放吸阻和封閉吸阻之間的差異性。因此，該文采用了分段建立回歸預(yù)測(cè)模型的方法，這樣可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)細(xì)支卷煙的吸阻，并且有助于控制吸阻的變化。通過(guò)建立開(kāi)放吸阻與封閉吸阻、濾嘴通風(fēng)率之間的回歸方程來(lái)更好地理解吸阻的變化規(guī)律和影響因素。其回歸方程如公式（1）所示。

式中：Z為開(kāi)放吸阻；y1為封閉吸阻；y2為濾嘴通風(fēng)率。

模型的擬合度R2達(dá)到94.55%。模型中，封閉吸阻系數(shù)遠(yuǎn)大于濾嘴通風(fēng)率系數(shù)，封閉吸阻是決定開(kāi)放吸阻大小的主要因素，而濾嘴通風(fēng)率的調(diào)整對(duì)開(kāi)放吸阻的影響相對(duì)較小。實(shí)際生產(chǎn)中需要觀察濾嘴通風(fēng)率的影響，盡可能地在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的開(kāi)放吸阻效果。

封閉吸阻與質(zhì)量、圓周、長(zhǎng)度回歸方程如公式（2）所示。

式中：y為封閉吸阻；x1為質(zhì)量；x2為圓周。

模型的擬合度R2為47.49%。模型中，質(zhì)量系數(shù)值遠(yuǎn)大于圓周系數(shù)，煙支的質(zhì)量對(duì)封閉吸阻的影響更大。此外，質(zhì)量與封閉吸阻之間呈正相關(guān)，煙支的質(zhì)量越大，封閉吸阻也會(huì)越大。相反，圓周與封閉吸阻呈負(fù)相關(guān)，圓周越大，封閉吸阻越小。在圓周穩(wěn)定的情況下，煙支封閉吸阻單支質(zhì)量會(huì)隨煙支單支質(zhì)量增加而顯著上升。而煙支的質(zhì)量不變的情況下，圓周的變化會(huì)造成封閉吸阻的波動(dòng)，因此，質(zhì)量和圓周的穩(wěn)定性控制是調(diào)整封閉吸阻的重要手段。

3.2 煙支吸阻模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證吸阻模型的效果，該文采用2022年12月同品牌的煙支物測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型測(cè)試。結(jié)果顯示（如圖4所示），開(kāi)放吸阻的實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值幾乎重合，表明利用封閉吸阻和濾嘴通風(fēng)率構(gòu)建的開(kāi)放吸阻預(yù)測(cè)模型的效果較好。但是，卷包生產(chǎn)過(guò)程中煙支封閉吸阻無(wú)法直接調(diào)整，開(kāi)放吸阻的預(yù)測(cè)結(jié)果存在很大的局限性。此外，封閉吸阻的預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，由于模型的封閉吸阻的擬合度不足50%，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間產(chǎn)生了較大差異，多個(gè)樣本的極差超過(guò)50Pa，因此模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性無(wú)法滿足要求。這是因?yàn)閮H通過(guò)煙支質(zhì)量、圓周構(gòu)建封閉吸阻模型，忽略了濾嘴部分的濾棒壓降變化對(duì)煙支吸阻的影響，而煙絲結(jié)構(gòu)的變化也同樣會(huì)對(duì)煙支吸阻造成一定影響，所以削弱了煙支質(zhì)量對(duì)煙支吸阻的影響程度。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要綜合考慮煙支結(jié)構(gòu)的組成和各種因素的影響，以提高吸阻模型的準(zhǔn)確性和可靠性。

圖4 煙支吸阻實(shí)際值和模型預(yù)測(cè)值對(duì)比

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)細(xì)支卷煙物測(cè)指標(biāo)與吸阻的相關(guān)性分析，封閉吸阻、濾嘴通風(fēng)率與開(kāi)放吸阻、煙支單支質(zhì)量、圓周等因素對(duì)煙支吸阻有顯著影響。為了更好地控制細(xì)支卷煙的吸阻，該文建立了相應(yīng)的回歸方程，并對(duì)煙支的開(kāi)放吸阻和封閉吸阻進(jìn)行了預(yù)測(cè)和驗(yàn)證。結(jié)果表明，煙支的開(kāi)放吸阻與封閉吸阻存在顯著的正相關(guān)性，而煙支單支質(zhì)量、圓周的調(diào)整對(duì)封閉吸阻有一定影響，濾嘴通風(fēng)率的調(diào)整則會(huì)對(duì)開(kāi)放吸阻產(chǎn)生影響。因此，在細(xì)支卷煙的實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)煙絲、濾棒等煙用原料穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)調(diào)整細(xì)支卷煙單支質(zhì)量、圓周、濾嘴通風(fēng)率，可以穩(wěn)定控制煙支吸阻，從而提高細(xì)支卷煙的質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。