崔慶軍

(河北中煙工業(yè)公司技術(shù)中心,河北石家莊,050035)

相對濕度對卷煙工業(yè)用紙主要物理指標(biāo)的影響

崔慶軍

(河北中煙工業(yè)公司技術(shù)中心,河北石家莊,050035)

研究了相對濕度對卷煙紙等卷煙工業(yè)用紙 (“三紙一棒”)主要物理指標(biāo)的影響,在恒定的溫度條件下,通過改變環(huán)境相對濕度,測得對應(yīng)相對濕度下 “三紙一棒”的主要物理指標(biāo),并進(jìn)行回歸分析。結(jié)果顯示,“三紙”的縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率及定量與相對濕度具有線性相關(guān)性。卷煙紙的透氣度、接裝紙和成型紙的縱向抗張能量吸收與相對濕度也具有線性相關(guān)性;煙用濾棒的質(zhì)量、圓周、硬度及長度指標(biāo)與相對濕度具有線性相關(guān)性。

卷煙紙;成型紙;接裝紙;濾棒;相對濕度;物理指標(biāo)

我國 “三紙一棒” (即卷煙紙、接裝紙、成型紙、煙用濾棒)生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境條件及卷煙生產(chǎn)企業(yè)材料檢測室環(huán)境條件控制不一,由于條件的限制,仍有許多企業(yè)無法實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕的檢測環(huán)境要求。對于溫度條件,較容易達(dá)到要求,而對于相對濕度條件,則往往難以控制。研究 “三紙一棒”的主要物理指標(biāo)與相對濕度的關(guān)系,一方面可為“三紙一棒”生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制提供技術(shù)支持,另一方面可為采購企業(yè)材料接收檢驗(yàn)中的檢測數(shù)據(jù)提供修正參考,確保檢測數(shù)據(jù)的有效性和卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的符合性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

取同批次的卷煙紙、接裝紙、成型紙各 2盤,取連續(xù)生產(chǎn)的煙用醋纖濾棒 2000支,具體數(shù)據(jù)見表 1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料一覽表

儀器：索定綜合測試臺;英國 LLOYD公司產(chǎn)LRX—PLUS拉力儀;瑞典L&W公司產(chǎn) Elrepho070白度儀;法國 SOD I M公司產(chǎn) SOD I M-D23透氣度儀;北京奧普樂科技開發(fā)有限公司產(chǎn) FT-20陰燃儀;美國奧豪斯 AR2130天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將 2盤卷煙紙分別編號為 JYZ1、JYZ2,將 2盤接裝紙分別編號為 JZZ1、JZZ2,將 2盤成型紙分別編號為 CXZ1、CXZ2,將 2000支煙用濾棒混合均勻后分為 2份,每份 1000支,分別編號為 LB1,LB2。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,根據(jù)所測指標(biāo)的不同,本實(shí)驗(yàn)采取了固定試樣重復(fù)測試和非固定試樣更換測試相結(jié)合的方法。不需破壞試樣即可測得的指標(biāo)采用固定試樣,必須破壞試樣才能測得的指標(biāo)采用非重復(fù)試樣,具體實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分類見表 2。

對于非固定試樣首先進(jìn)行均勻性實(shí)驗(yàn),利用單因子方差分析法[1]來確定樣品的均勻性。針對卷煙紙、接裝紙及成型紙樣品,從每盤材料中隨機(jī)取 400 mm左右的樣品 20條,將每條樣品從 1～20編號,分為A(奇數(shù)樣)、B (偶數(shù)樣)兩組,進(jìn)行縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率的均勻性測試;隨機(jī)取 20條長為 200 mm左右的卷煙紙樣品并從 1～20編號,分為 A(奇數(shù)樣)、B (偶數(shù)樣)兩組,進(jìn)行陰燃速率指標(biāo)的均勻性測試。隨機(jī)取濾棒 20支從1～20編號,分為 A(奇數(shù)樣)、B (偶數(shù)樣)兩組,進(jìn)行硬度指標(biāo)的均勻性實(shí)驗(yàn)。

樣品預(yù)處理：將“三紙”(即卷煙紙、成型紙和接裝紙)[2]置于相對濕度為 30%,溫度為 23℃的恒溫恒濕箱內(nèi) 24 h。

實(shí)驗(yàn)溫度：“三紙” (23±1)℃;煙用濾棒 (22±2)℃。

實(shí)驗(yàn)濕度：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%。

樣品溫濕處理：對于“三紙”,每個(gè)測試濕度條件下溫濕處理 4 h后在對應(yīng)的濕度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);對于煙用濾棒,每個(gè)測試條件下溫濕處理 48 h后在對應(yīng)的濕度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程：按照標(biāo)準(zhǔn)對卷煙紙[3]、接裝紙[4]和成型紙[5]20個(gè)樣品的的縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率、縱向抗張能量吸收[6]、白度、熒光白度[7]、不透明度[8]、陰燃速率[9]、定量[10]、透氣度、透氣度變異系數(shù)[11]進(jìn)行測定;對 20支煙用濾棒的[12]質(zhì)量、圓周、吸阻、長度及硬度進(jìn)行測定,見表 2。

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

F臨界值 F0.05(9,10)=3.02,計(jì)算的 F值為 0.65(見表 3),該值 ＜F臨界值,這表明在 0.05顯著水平時(shí),JYZ1樣品的縱向抗張吸收指標(biāo)是均勻的。

按照上述方法,得出卷煙紙?jiān)嚇?JYZ1和 JYZ2的縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率、陰燃速率的F值分別為 0.82、0.64、0.58和 0.84、0.70、0.66;成型紙?jiān)嚇?CXZ1和 CXZ2的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度和縱向伸長率的 F值分別為 0.63、0.74、0.73和 0.62、0.70、0.80;接裝紙?jiān)嚇?JZZ1、JZZ2縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度和縱向伸長率的 F值分別為 0.79、0.74、0.79和 0.76、0.77、0.82;煙用濾棒試樣 LB1和 LB2硬度的 F值分別為 0.98和 0.97(計(jì)算過程略)。上述計(jì)算的 F值均小于 F臨界值。

表2 “三紙一棒”實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分類

表3 卷煙紙 JYZ1縱向抗張能量吸收均勻性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

因此,在對以上相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)可以認(rèn)為樣品是均勻的。

2.2 不同相對濕度下的“三紙一棒”主要物理指標(biāo)

(1)卷煙紙主要物理指標(biāo)與相對濕度的關(guān)系(圖 1～圖 5)。

(2)成型紙主要物理指標(biāo)與相對濕度的關(guān)系(圖 6～圖 8)。

(3)接裝紙主要物理指標(biāo)與相對濕度的關(guān)系(圖 9～圖 10)。

(4)煙用濾棒主要物理指標(biāo)與相對濕度的關(guān)系(圖 12～圖 15)。

表4 卷煙紙、成型紙及接裝紙各主要物理指標(biāo)隨相對濕度變化的相關(guān)系數(shù)

表5 煙用濾棒主要物理指標(biāo)隨相對濕度變化的相關(guān)系數(shù)

2.3 相關(guān)性分析[1]

取相對濕度為 x,各物理指標(biāo)為 y,根據(jù)

在α=0.05的水平上,臨界值為 0.707,求出“三紙一棒”各物理指標(biāo)隨相對濕度變化的相關(guān)系數(shù),結(jié)果見表 4和表 5。

表 4表明,卷煙紙的縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率、透氣度及定量指標(biāo),成型紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率及定量指標(biāo),接裝紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率及定量指標(biāo)均大于 0.707。表 5表明,煙用濾棒的質(zhì)量、圓周、硬度及長度指標(biāo)的均大于 0.707。

2.4 結(jié)果分析

2.4.1 濕度對“三紙”機(jī)械性能指標(biāo)的影響分析

“三紙”的主要組成為纖維素及碳酸鈣等填料,親水性能很強(qiáng)。濕度對紙張物理性能的影響首先表現(xiàn)在紙張水分含量的變化。打漿過程中,機(jī)械作用增大了纖維的外表面,游離出大量羥基,水分越小,相鄰纖維間的羥基通過氫鍵結(jié)合得越緊密[13]。因此一定范圍內(nèi),隨著濕度的增加,“三紙”水分含量也會增加,單位寬度的紙?jiān)诳v向拉伸時(shí)斷裂前所能承受的最大張力即縱向抗張強(qiáng)度就會減少,而伸長率因 “三紙”親水后的“柔性”增加而增大?？v向抗張能量吸收是將單位面積的紙縱向拉伸至斷裂時(shí)所做的功,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,一定范圍內(nèi),“三紙”的縱向抗張能量吸收值隨濕度的上升整體趨勢都是增加的,但濕度對卷煙紙抗張能量吸收的影響程度與接裝紙和成型紙相比不明顯,推測是卷煙紙透氣性能的特殊結(jié)構(gòu)削弱了這一影響。

2.4.2 濕度對卷煙紙、成型紙的白度及卷煙紙不透明度的影響分析

卷煙紙、成型紙的白度、熒光白度及卷煙紙不透明度受濕度變化的影響不明顯且沒有規(guī)律,這是因?yàn)榘锥取⒉煌该鞫燃盁晒獍锥染鶎儆诠鈱W(xué)指標(biāo),與原料和加工工藝有很大關(guān)系,而與濕度的關(guān)系不大。

2.4.3 濕度對卷煙紙透氣度、透氣度變異系數(shù)及陰燃速率的影響分析

隨著濕度的增加,卷煙紙的透氣度降低,透氣度變異系數(shù)和陰燃速率的變化則沒有規(guī)律。這是因?yàn)榫頍熂埖闹饕煞质侵参锢w維和其他主要用作填料的親水物質(zhì)等,它們的物理化學(xué)性質(zhì)都使卷煙紙具有很強(qiáng)的吸水性能。環(huán)境濕度的增加會導(dǎo)致卷煙紙含水率的增加,即定量的增加。卷煙紙的透氣度是指在規(guī)定的條件下單位壓差、單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的紙樣的平均空氣流量。可見在單位面積上若實(shí)驗(yàn)紙樣的定量大,則在相同的氣壓下通過的空氣阻力就大,通過的平均空氣流量相應(yīng)就小,則所測出的透氣度就小;卷煙紙的透氣度變異系數(shù)則主要與卷煙紙的勻度有關(guān),受漿料的穩(wěn)定性和加工工藝的影響較大;卷煙紙的陰燃速率主要受卷煙紙的填料、助燃劑的含量及原料質(zhì)量的影響。

2.4.4 濕度對煙用濾棒物理指標(biāo)的影響分析

濕度對濾棒物理指標(biāo)的影響歸因于濾棒水分含量的變化,水分含量的增加必然導(dǎo)致濾棒質(zhì)量的增加,由濾棒物性之間的相關(guān)性[14]得知,圓周、硬度及長度均應(yīng)增加,吸阻應(yīng)降低。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,一定濕度范圍內(nèi) (40%～50%的低濕條件下),是符合這一相關(guān)性的。但當(dāng)濕度繼續(xù)增加時(shí),盡管濾棒的圓周繼續(xù)增大而長度變化已不明顯,硬度反而下降,吸阻反而升高。這可能是因?yàn)闉V棒質(zhì)量的增加是水分含量增加引起的,而絲束及添加劑的使用量沒有變化,水分含量持續(xù)加大,絲束的柔軟度加大,硬度則會出現(xiàn)下降。吸阻升高的原因應(yīng)歸因于水分子的阻礙起了關(guān)鍵作用。

3 結(jié) 論

在溫度為 (23±1)℃ (卷煙紙、成型紙和接裝紙)和 (22±2)℃ (濾棒)的條件下,濕度為 40%～75%的范圍內(nèi),整體來講,實(shí)驗(yàn)所選 “三紙一棒”中：

3.1 卷煙紙的縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率、透氣度及定量指標(biāo)與相對濕度的變化具有線性相關(guān)性,其中縱向抗張強(qiáng)度與相對濕度的變化為負(fù)線性相關(guān),縱向伸長率、透氣度及定量指標(biāo)與相對濕度的變化為正線性相關(guān)。

3.2 成型紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率及定量指標(biāo)與相對濕度的變化具有線性相關(guān)性,其中縱向抗張強(qiáng)度與相對濕度的變化為負(fù)線性相關(guān),縱向抗張能量吸收、縱向伸長率及定量指標(biāo)與相對濕度的變化為正線性相關(guān)。

3.3 接裝紙的縱向抗張能量吸收、縱向抗張強(qiáng)度、縱向伸長率及定量指標(biāo)與相對濕度的變化具有線性相關(guān)性,其中縱向抗張強(qiáng)度與相對濕度的變化為負(fù)線性相關(guān),縱向抗張能量吸收、縱向伸長率及定量指標(biāo)與相對濕度的變化為正線性相關(guān)。

3.4 煙用濾棒的質(zhì)量、圓周、硬度及長度指標(biāo)與相對相對濕度變化具有線性相關(guān)性,其中,質(zhì)量、圓周及長度指標(biāo)與相對濕度的變化為正線性相關(guān),硬度與相對濕度的變化為負(fù)線性相關(guān)。

在“三紙一棒”生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)車間濕度條件不能滿足恒濕的的情況下,在線生產(chǎn)過程控制中可根據(jù)濕度對 “三紙一棒”的實(shí)際影響趨勢和程度,合理調(diào)整工藝參數(shù),保證產(chǎn)品質(zhì)量的符合性和穩(wěn)定性;亦可根據(jù)自己的產(chǎn)品狀況,采用與本課題類似的研究方法,進(jìn)行回歸分析,得出線性方程,直接應(yīng)用于指標(biāo)過程控制中的數(shù)據(jù)修正。對于采購企業(yè),在 “三紙一棒”接收檢驗(yàn)中,要特別注意在檢測數(shù)據(jù)接近標(biāo)準(zhǔn)上限或下限時(shí),須根據(jù)濕度對“三紙一棒”物理指標(biāo)的影響情況,考慮在檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濕度條件下,該指標(biāo)的符合性,生產(chǎn)過程中注意跟蹤使用情況,保證在線生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局質(zhì)量司.質(zhì)量專業(yè)理論與實(shí)務(wù)(2006)[M].北京：中國人事出版社,2006.

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(責(zé)任編輯：趙旸宇)

The Effects of Relative Humidity on the Properties of the Papers Using for Cigarette Production

CUI Qing-Jun
(Technology Center of Hebei China Tobacco Industry Corporation,Shijiazhuang,Hebei Province,050035)
(E-mail：13933888522@139.com)

The effects of relative humidity on physical properties of the papers and filter using for cigarette production were studied by changing the environment relative humidity at the constant temperature conditions,the physical properties of the papers and filter at the corresponding relative humidity were measured and regression analysis was conducted.The results showed that：① there is a linear correlation between paper's MD tensile strength,MD elongation,grammage and relative humidity.AP air permeability of cigarette paper,the tensile energy absorption index of tipping paper and plug wrap paper also have a linear correlation with relative humidity.②The weight,circumference,hardness,and length of filter have a linear correlation with relative humidity.

cigarette paper;tipping paper;plug wrap paper;filter relative humidity;physical indicators

TS761.2

A

0254-508X(2011)02-0021-05

崔慶軍先生,工程師;主要研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量管理與檢測。

2010-09-25(修改稿)