高明奇，田海英，李耀光，馮曉民，王紅霞，紀 朋，楚文娟，郝 輝，崔 春，李明哲，馬宇平

河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，鄭州市經(jīng)開區(qū)第三大街8號 450000

細支卷煙通常是指煙支直徑比普通卷煙小，包裝新穎、時尚、個性化的卷煙［1-2］。與常規(guī)卷煙相比，細支卷煙在圓周顯著縮小的同時，煙氣流速明顯加快，煙支吸阻隨之升高，因此，常規(guī)卷煙濾嘴參數(shù)設計思路已不再適用于細支卷煙。卷煙吸阻是影響卷煙感官質(zhì)量的關鍵因素，是卷煙設計中重點關注的指標之一［3］。根據(jù)河南中煙工業(yè)有限責任公司的普查結果：國內(nèi)主要規(guī)格細支卷煙樣品的開式吸阻范圍為1 170～2 080 Pa，平均值是1 557 Pa，明顯高于常規(guī)卷煙，表明細支卷煙總體吸阻較高。林婉欣等［4］運用統(tǒng)計學方法研究發(fā)現(xiàn)細支卷煙的吸阻與單支質(zhì)量、圓周有顯著的線性相關關系，所建模型預測值與實際驗證結果擬合度較好，說明可以通過調(diào)整細支卷煙的單支質(zhì)量、圓周等指標對卷煙吸阻進行控制。高銘等［5］研究了濾棒壓降對煙支吸阻的影響程度，發(fā)現(xiàn)濾棒壓降與煙支吸阻之間存在正相關關系，所建模型預測值與實測值的相對偏差的絕對值均在1%以內(nèi)，與實際驗證結果擬合度較好。王基欣等［6］指出在煙支質(zhì)量和濾嘴吸阻相同的情況下，煙支吸阻隨卷煙紙透氣度的增高而降低，濾嘴打孔距離越靠近濾嘴上端，卷煙吸阻的下降幅度越大。解曉翠［7］利用在線激光打孔設備制作通風率不同的混合型卷煙和烤煙型卷煙，得出卷煙物理指標之間存在線性相關關系，逐步回歸分析顯示，通風率與卷煙質(zhì)量呈正相關，與吸阻呈負相關。本項目組［8］考察了打孔位置及數(shù)量等參數(shù)對細支卷煙通風率、通風率穩(wěn)定性及主流煙氣成分釋放量的影響，與正常卷煙相比，在線激光打孔位置對細支卷煙影響較小。近年來，國內(nèi)各卷煙工業(yè)企業(yè)圍繞細支卷煙的質(zhì)量控制［9］、制絲工藝［10］、卷煙設計［4］、煙機的研制與改造［11-14］、煙氣香氣分析［15-16］等方面開展了技術攻關與研究，但有關濾嘴設計參數(shù)對細支卷煙吸阻影響等方面鮮見報道。為此，考察了濾棒壓降、二醋酸纖維絲束規(guī)格及濾嘴通風率對細支卷煙吸阻的影響，旨在為細支卷煙的設計提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

6.0 Y/17 000、6.7Y/17 000規(guī)格二醋酸纖維絲束（南通醋酸纖維有限公司）；8.0Y/15 000規(guī)格二醋酸纖維絲束（德國羅地亞公司）；9.5Y/12 000、11.0Y/15 000規(guī)格二醋酸纖維絲束（美國塞拉尼斯有限公司）。

ML204型電子分析天平（感量：0.1 mg，瑞士Mettler Toledo公司）；KBF型恒溫恒濕箱（德國Binder公司）；SODIMAX全功能綜合測試臺、濾棒物理指標綜合測試臺（法國Sodim Instrumentation公司）；7890A氣相色譜儀（美國Agilent公司）；SM450直線型吸煙機（英國Cerulean公司）；KDF2濾棒成型機（沈陽飛機制造公司）。

1.2 方法

1.2.1 不同濾嘴設計參數(shù)卷煙樣品制備

以河南中煙在產(chǎn)某牌號細支卷煙為基礎（煙支長度97 mm，圓周17 mm，濾嘴長度30 mm）；基準卷煙輔材參數(shù)：卷煙紙定量28 g/m2，卷煙紙透氣度50 CU，普通成型紙，濾嘴通風率40%（在線打孔），二醋酸纖維絲束規(guī)格8.0Y/15 000和濾棒壓降3 200 Pa；采用同一種配方煙絲，按照單因素設計了5種二醋酸纖維絲束規(guī)格，每個二醋酸纖維絲束3個濾棒壓降梯度，共15個濾棒樣品，搭配4個濾嘴通風率梯度，在同一機臺卷接60個卷煙樣品。卷煙樣品見表1，濾棒及卷煙樣品要求見表2和表3。

為了提高所測卷煙樣品含煙絲量的一致性，按照壓降為（設計值±100）Pa、質(zhì)量為（設計值±0.02）g、濾嘴通風率為（設計值±2）%對已制備卷煙樣品進行篩選后作為待測樣。

1.2.2 卷煙物理指標檢測

采用GB/T 16447—2004的條件平衡卷煙樣品和濾棒樣品。按照GB/T 22838—2009的方法檢測濾棒物理指標。

表1 不同卷煙樣品的濾嘴設計參數(shù)Tab.1 Filter parameters of different cigarette samples

表2 細支濾棒樣品物理指標Tab.2 Physical indexes of slim filter rod samples

表3 細支卷煙樣品物理指標Tab.3 Physical indexes of slim cigarette samples

2 結果與討論

2.1 濾嘴通風率對細支卷煙吸阻的影響

細支卷煙煙支吸阻隨濾嘴通風率的變化趨勢和線性關系擬合方程見圖1及表4。從圖中可看出，在所研究的二醋酸纖維絲束規(guī)格及濾棒壓降范圍內(nèi)，固定濾棒壓降，煙支吸阻與濾嘴通風率呈負相關關系，表明濾嘴通風率對細支卷煙煙支吸阻具有顯著影響（R2>0.980），即通過增加細支卷煙濾嘴通風率，可有效降低卷煙煙支吸阻。

圖1 濾嘴通風率對細支卷煙煙支吸阻的影響Fig.1 Effect of filter ventilation rate on draw resistance of slim cigarette

表4 濾嘴通風率對細支卷煙煙支吸阻的影響Tab.4 Effect of filter ventilation rate on draw resistance of slim cigarette

不考慮絲束規(guī)格，以濾嘴通風率增加10%時的煙支吸阻降低值為縱坐標、濾棒壓降為橫坐標作圖，見圖2。由圖2可以看出，二者呈一定的正相關線性關系（R2=0.793 8），在所研究的濾棒壓降范圍內(nèi)，隨濾棒壓降增大，改變相同濾嘴通風率對煙支吸阻的影響程度略有增加。原因是隨濾棒壓降增大，濾嘴軸向阻力增大，軸向通風比例降低，增加相同濾嘴通風率的濾嘴實際通風量增大，進而對細支卷煙煙支吸阻影響程度增加。

圖2 濾嘴通風率對細支卷煙煙支吸阻的影響幅度Fig.2 Influencing degree of filter ventilation rate on draw resistance of slim cigarette

根據(jù)相關研究結果［17］，增加10%濾嘴通風率，常規(guī)卷煙吸阻降低91.9～103.1 Pa，表明濾嘴通風率對細支卷煙吸阻影響程度明顯大于常規(guī)卷煙。原因可能為隨著卷煙圓周的縮小，卷煙軸向阻力增大，增加相同濾嘴通風率對煙支吸阻影響程度加大。因此，除選用低壓降細支濾棒外，設計適宜的濾嘴通風率是降低細支卷煙吸阻的另一條有效途徑。

2.2 二醋酸纖維絲束規(guī)格對細支卷煙吸阻的影響

細支卷煙煙支吸阻隨濾棒壓降的變化趨勢見圖3。從圖中可看出，所研究的二醋酸纖維絲束規(guī)格及濾棒壓降范圍內(nèi)，高單旦、低總旦規(guī)格二醋酸纖維絲束更適于成型低壓降細支濾棒，進而有效降低細支卷煙煙支吸阻。在細支卷煙濾嘴設計中，需要首先考慮二醋酸纖維絲束規(guī)格，從而獲得適宜的濾棒壓降，再結合濾嘴通風率設計，達到煙支吸阻設計目標。

2.3 濾棒壓降對細支卷煙吸阻的影響

從圖3中可看出，固定濾嘴通風率，煙支吸阻與濾棒壓降有顯著正相關關系。表5為細支卷煙煙支吸阻與濾棒壓降之間在不同濾嘴通風率下的擬合方程，從表中可看出，在所設計的濾嘴通風率范圍內(nèi)，煙支吸阻與濾棒壓降之間均有較好的正相關關系（R2>0.96）。在所考察的二醋酸纖維絲束規(guī)格和濾棒壓降范圍內(nèi)，煙支吸阻范圍為788~2 311 Pa，可覆蓋行業(yè)大多數(shù)細支卷煙吸阻值。在細支卷煙研發(fā)中，可根據(jù)卷煙風格特色，成型合適壓降細支濾棒，獲得滿意的煙支吸阻。

圖3 濾棒壓降對細支卷煙煙支吸阻的影響Fig.3 Effect of pressure drop of filter rod on draw resistance of slim cigarette

表5 濾棒壓降對細支卷煙煙支吸阻的影響Tab.5 Effect of pressure drop of filter rod on draw resistance of slim cigarette

同時，從表5可得出，濾棒壓降每增加400 Pa，煙支吸阻增加67~97 Pa，增加值隨濾嘴通風率變化會有所不同。隨著濾嘴通風率增大，改變相同的濾棒壓降對煙支吸阻的影響幅度略有降低，原因為濾嘴通風率增大，氣流經(jīng)過濾嘴時橫向擴散增大，對煙支吸阻影響幅度降低。以濾棒壓降增加100 Pa時的煙支吸阻增加值為縱坐標、濾嘴通風率為橫坐標作圖，見圖4。從圖中可看出，兩者呈線性關系，表明隨濾嘴通風率快速增大，改變相同濾棒壓降對煙支吸阻的影響幅度會明顯減小。在細支卷煙設計中，需要兼顧濾嘴通風率和濾棒壓降。

圖4 濾棒壓降對細支卷煙煙支吸阻的影響幅度Fig.4 Influencing degree of pressure drop of filter rod on draw resistance of slim cigarette

3 結論

①對于同一濾棒壓降，煙支吸阻與濾嘴通風率呈顯著負相關關系（R2＞0.98），且濾棒壓降增大，改變相同濾嘴通風率對煙支吸阻的影響幅度略有增加。②保持濾嘴通風率不變，通過采用高單旦、低總旦規(guī)格二醋酸纖維絲束可顯著降低煙支吸阻。③對于同一濾嘴通風率，煙支吸阻與濾棒壓降呈顯著正相關關系（R2＞0.96），且濾嘴通風增大，改變相同濾棒壓降對煙支吸阻的影響程度減弱。本研究中獲得了基于多種二醋酸纖維絲束規(guī)格的細支卷煙不同濾嘴設計參數(shù)對細支卷煙吸阻的影響規(guī)律及趨勢，為優(yōu)化細支卷煙設計提供了參考。