凌孝存，吉雄，龔小軍，周楓，何振坤，方忍，李源章

深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，深圳 518109

深圳煙草工業(yè)公司與益升華公司合作開發(fā)了一款硬質(zhì)復(fù)合濾棒，其造型段選用高單旦醋酸纖維素絲束，增加絲束填充量和三乙酸甘油酯施加量，打造出外壁有齒槽、中心有圓孔的獨(dú)特外觀造型。由于濾棒造型段外表狀如古希臘建筑五種古典柱式中的“Corinthian”式，因此，音譯為“柯林斯”濾棒。

將柯林斯濾棒應(yīng)用在卷煙上，其外觀新穎獨(dú)特，抽吸時(shí)煙氣輕松流暢，能有效提升產(chǎn)品辨識(shí)度，提高卷煙產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。但由于柯林斯濾棒柯林斯段結(jié)構(gòu)特殊、硬度高，在卷煙濾嘴分切時(shí)，易出現(xiàn)濾嘴端面染色、接裝紙毛刺、接裝紙橫紋等質(zhì)量缺陷，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)類似造型濾棒的工業(yè)應(yīng)用鮮有報(bào)道，王濤等[1]系統(tǒng)研究了改性聚乳酸纖維濾棒的上機(jī)適應(yīng)性，牛志強(qiáng)等[2]通過設(shè)備改進(jìn),加裝冷卻吹風(fēng)裝置、降低切刀溫度、優(yōu)化切割刀片、加裝濾棒落料擋罩和磨削限位導(dǎo)軌等，提高ZJ17 卷接機(jī)組對(duì)丙纖濾棒的適應(yīng)能力，陳智敏等[3]通過調(diào)整搓板，提高了接裝效率。上述研究有一定的借鑒之處，但主要針對(duì)的是普通濾棒，對(duì)這種內(nèi)外均有造型的硬質(zhì)復(fù)合濾棒的應(yīng)用研究報(bào)道極少。為適應(yīng)柯林斯濾棒的特殊性能要求，本文通過分析柯林斯濾棒材料結(jié)構(gòu)及濾嘴分切原理，對(duì)材料、設(shè)備進(jìn)行了分析改進(jìn)，通過對(duì)濾棒硬度、成形紙定量、接裝紙油墨，以及切割鼓輪容刀槽寬度和負(fù)壓吸風(fēng)孔數(shù)等參數(shù)的改進(jìn)，旨在解決硬質(zhì)造型濾嘴端面染色、濾嘴端面接裝紙毛刺、濾嘴和煙支搭接處接裝紙橫紋等質(zhì)量缺陷。

1 存在問題

1.1 柯林斯濾棒

柯林斯濾棒為二元復(fù)合濾棒[4]，由柯林斯段和醋纖段復(fù)合而成（見圖1）?？铝炙苟味嗣娉数X輪狀，外壁有齒槽，中心有圓孔（見圖2），造型獨(dú)特有辨識(shí)度。7 條煙氣通道，改變了煙氣流向和流速，可使感官體驗(yàn)更流暢、舒適[5-6]。

柯林斯段添加較多的二醋酸纖維素絲束和三乙酸甘油酯，硬度高[7]，齒輪結(jié)構(gòu)有型穩(wěn)固，采用高定量成型紙塑造清晰的齒槽外觀，確?？铝炙篂V棒整體高品質(zhì)。其主要技術(shù)指標(biāo)及與普通濾棒的區(qū)別詳見表1。

圖1 柯林斯濾棒復(fù)合結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Composition and structure of Collins filter rod

表1 柯林斯濾棒與普通濾棒主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 1 Main technical indexes of Collins rod and common filter rod

圖2 柯林斯濾棒外觀結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of Collins filter rod appearance structure

圖3 煙支最終切割示意圖Fig. 3 Schematic diagram of cigarette final cutting

1.2 煙支最終切割（濾嘴分切）原理

雙連支濾嘴卷煙6 經(jīng)傳遞輪傳送到最終切割鼓輪（二次分切輪）槽內(nèi)，煙支被負(fù)壓通孔4 吸風(fēng)吸附固定在鼓輪槽內(nèi)，位于鼓輪體外部的兩個(gè)導(dǎo)軌協(xié)助煙支定位，由濾嘴切刀5 完成切割，具體如圖3 所示。負(fù)壓吸風(fēng)可防止煙支在切割過程中的旋轉(zhuǎn)。

1.3 問題及分析

1.3.1 柯林斯濾棒造型獨(dú)特、硬度高，成形紙定量高

柯林斯濾棒的柯林斯段造型獨(dú)特、端面呈齒輪狀，六個(gè)齒槽與高定量成形紙間有空隙；柯林斯段硬度高，設(shè)計(jì)中心值為96%，普通濾棒僅為85%左右。因此，雙連支濾嘴卷煙在分切時(shí)，濾嘴切刀需要在較大的切割力作用下才能將濾嘴切斷。由于柯林斯段有槽孔，其與鼓輪槽未完全貼合、中間留有空隙，在切割時(shí)不受力。在較大的切割力作用下，煙支易滑動(dòng)，柯林斯段遠(yuǎn)離切刀的槽孔位置接裝紙未切透，是事實(shí)上的“崩開”而非“切斷”，導(dǎo)致濾嘴端面接裝紙出現(xiàn)毛刺（毛渣）。

同時(shí)，由于切割力較大，導(dǎo)致濾嘴在切割時(shí)，切刀與濾嘴端面（切斷面）間產(chǎn)生較大的摩擦力。切割時(shí)，接裝紙上的油墨顆粒混合著膠粒等其他雜質(zhì)在切刀邊緣聚集，濾嘴端面與切刀間的摩擦力越大，油墨顆粒雜質(zhì)越易從切刀邊緣沿徑向往中心擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散的范圍超過濾嘴直徑且有一定量的累積，再次切割時(shí)，濾嘴端面和切刀間的較大摩擦力會(huì)將切刀上的油墨等雜質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)移到濾嘴端面，使其染色。因此，表現(xiàn)為剛開始切割時(shí)，濾嘴不染色，切割一段時(shí)間（3 min～5 min）后，濾嘴端面開始部分染色，時(shí)間越長(zhǎng)染色情況越嚴(yán)重。

柯林斯濾棒成形紙定量為100 g/m2，普通濾棒成型紙僅28 g/m2，外形挺括硬度高。但煙絲段硬度小于70%，硬度的不匹配，導(dǎo)致接裝紙?jiān)诖杲訒r(shí)，濾嘴和煙條搭接處易形成橫紋。

1.3.2 接裝紙油墨耐溫性和附著牢度差

由于產(chǎn)品所用接裝紙為深色，油墨層厚，油墨耐溫性和附著牢度差?？铝炙篂V棒硬度高，切割作用力大，濾嘴在切割時(shí)，油墨顆粒易脫落；同時(shí)，由于柯林斯段硬度高，切割阻力大，摩擦力大，導(dǎo)致濾嘴切刀高速旋轉(zhuǎn)切割時(shí)，更多動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，產(chǎn)生更多熱量，而油墨耐溫性差，易導(dǎo)致顏料沾染到濾嘴切刀上。

2 改進(jìn)方案

2.1 材料優(yōu)化

2.1.1 柯林斯濾棒柯林斯段硬度的優(yōu)化

在保證柯林斯段外觀前提下，適當(dāng)降低其硬度，將柯林斯段硬度設(shè)計(jì)中心值從96%調(diào)整為94%。硬度調(diào)整后，在同等條件下進(jìn)行上機(jī)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表2 所示。表2 表明，降低柯林斯段硬度，對(duì)濾嘴端面染色和接裝紙毛刺有一定幫助，但效果不顯著，且硬度過低時(shí)易導(dǎo)致濾嘴端面外觀效果弱化。

表2 柯林斯段硬度優(yōu)化對(duì)比試驗(yàn)Tab. 2 Hardness optimization comparison test of Collins section

2.1.2 柯林斯濾棒成形紙的調(diào)整

在保證濾棒成型質(zhì)量的前提下，適度調(diào)低成形紙定量，將設(shè)計(jì)值從100 g/m2調(diào)整至78 g/m2。在同等條件下進(jìn)行上機(jī)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表3。表3 表明，適度降低成形紙定量，可較為明顯地改善煙支濾嘴和煙條搭接處接裝紙橫紋問題。

表3 柯林斯濾棒外包成形紙優(yōu)化對(duì)比試驗(yàn)Tab. 3 Comparison test of filter plug wrapping paper optimization

2.1.3 接裝紙油墨耐溫性和附著牢度的提升

增加油墨中樹脂含量可以提升油墨附著牢度，添加丙烯酸樹脂，選用耐溫性能高的顏料可提升油墨耐溫性[8-10]。在保證印刷效果的前提下，共試制了6 個(gè)接裝紙樣品，分別用A 到F 進(jìn)行編號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的樹脂分子量。在同等條件下進(jìn)行上機(jī)驗(yàn)證，結(jié)果（表4）表明，F(xiàn) 樣品效果最佳。說明較高分子量的油墨樹脂，有助于提升接裝紙油墨的耐溫性和附著牢度，改善濾嘴端面染色情況。

表4 接裝紙優(yōu)化驗(yàn)證Tab. 4 Optimal verification of tipping paper

2.2 設(shè)備優(yōu)化

2.2.1 切割鼓輪的系統(tǒng)優(yōu)化

增大負(fù)壓吸風(fēng)強(qiáng)度可以固定濾嘴，防止濾嘴分切時(shí)滑動(dòng)，有助于解決接裝紙毛刺問題[11-12]，將容刀槽寬度由0.8 mm 調(diào)整至0.4 mm，可防止切刀在容刀槽里顫動(dòng)。如圖3 所示，在靠近容刀槽位置，以容刀槽為基準(zhǔn)，對(duì)稱增加四排負(fù)壓通孔，每排通孔數(shù)14 個(gè)；同時(shí)容刀槽寬度（間隙）由0.8 mm 調(diào)整至0.4 mm。設(shè)備調(diào)整后，在同等條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果（表5）表明：上述調(diào)整可以基本解決濾嘴端面接裝紙毛刺的問題。

表5 切割鼓輪調(diào)整對(duì)比試驗(yàn)Tab. 5 Comparison test of cutting drum adjustment

2.2.2 增加濾嘴切刀清潔裝置

自主研發(fā)濾嘴切刀清潔裝置。該設(shè)備主要由支架2、清潔毛氈3、軸向驅(qū)動(dòng)件4、徑向驅(qū)動(dòng)件5、夾持器6、噴涂器7 等組成，如圖4 所示。雙連支濾嘴卷煙分切時(shí)，切刀不僅切割濾嘴，同時(shí)切入清潔毛氈，將切割時(shí)帶下的油墨等雜質(zhì)顆粒擦拭干凈。由于清潔毛氈在清潔時(shí)，會(huì)不斷聚積油墨顆粒，量大時(shí)會(huì)反作用于切刀，將切刀污染。因此，清潔毛氈需要不斷調(diào)整位置，以保證用干凈的毛氈來擦拭切刀。為此，采用軸向進(jìn)給和徑向旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式，使清潔毛氈在擦拭切刀的過程中不斷換位，保證毛氈不聚積油墨等雜質(zhì)顆粒。同時(shí)，為了保證切刀切入清潔毛氈時(shí)順滑無較大阻力，采用噴涂器7 均勻噴涂橄欖油的方法，使切刀擦拭時(shí)潤(rùn)滑流暢。

圖4 濾嘴切刀清潔裝置示意圖Fig. 4 Schematic diagram of filter knife cleaning device

設(shè)備加裝后，濾嘴端面染色得以徹底改善。在清潔毛氈行程周期內(nèi)，在卷接速度4000 支/min 條件下，無明顯濾嘴端面染色煙支出現(xiàn)。

3 改進(jìn)效果及結(jié)論

高硬度濾棒與深色接裝紙的配合使用，在接裝環(huán)節(jié)，易出現(xiàn)濾嘴端面染色、濾嘴端面接裝紙毛刺、濾嘴和煙支搭接處接裝紙橫紋等質(zhì)量缺陷?？铝炙篂V棒碰到了同樣的問題。

通過系統(tǒng)分析，從濾嘴材料和卷接設(shè)備的系統(tǒng)優(yōu)化入手，主要采取了如下措施：①在濾嘴材料上，將濾棒硬度由96%降低至94%，將濾棒成形紙定量由100 g/m2降低至78 g/m2，選用樹脂分子量為13萬的油墨以提升油墨耐溫性和附著牢度。②改進(jìn)切割鼓輪，將容刀槽寬度由0.8 mm 調(diào)整至0.4 mm，負(fù)壓吸風(fēng)孔數(shù)由56 個(gè)增加至112 個(gè)。③自主研發(fā)濾嘴切刀清潔裝置，實(shí)現(xiàn)濾嘴切刀的實(shí)時(shí)擦拭清潔。以上措施的綜合實(shí)施，取得了較好的效果（具體見表6），實(shí)現(xiàn)了柯林斯濾棒的工業(yè)量產(chǎn)，卷接機(jī)在4000 支/min 速度條件下，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行且機(jī)速存有提升余量。

表6 改進(jìn)前后對(duì)比試驗(yàn)Tab. 6 Contrast test before and after improvement