項磊 周先進 佘世科 武斌 葛少林 李云峰

（1.安徽中煙工業(yè)有限責任公司；2.湛江包裝材料企業(yè)有限公司）

1. 前言

BOPP 薄膜廣泛應用于香煙包裝，有“保香公主”的美譽[1]，這種材料就是煙草行業(yè)常說的透明紙。跟其它煙用輔料相比，BOPP 煙膜（簡稱煙膜，下同）質量要關注很多技術指標，在所有量化煙膜的物性指標中，摩擦系數(shù)無疑是一個很關鍵的指標，它直接表征了這種材料在煙機上的運行性。

運行性在很大程度上直接對應煙膜的摩擦系數(shù)，因此研究摩擦系數(shù)，對煙廠提高生產(chǎn)率，控制產(chǎn)品質量是非常關鍵的一環(huán)[2-5]。

在包裝香煙過程中，隨著工藝溫度的升高，煙膜的摩擦系數(shù)也在升高，煙包在運行中和金屬通道接觸的時間比較長，要特別關注煙膜對金屬的摩擦系數(shù)。通過摩擦系數(shù)指標基本上就可以判斷煙膜在煙機上運行的具體效果[6-9]。

從煙廠的角度來看，一般會根據(jù)熱收縮率的不同把小包煙膜分成高收縮、中收縮、微收縮以及普通四大類。厚度上有些微差別，高收縮一般為21 微米，其余均為22 微米[10-13]。本文主要探討摩擦系數(shù)最佳范圍，以便在實際生產(chǎn)中根據(jù)煙包的運行要求針對性地調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)。

2. 試驗過程

2.1 設備和材料

摩擦系數(shù)測試儀，型號：THWING-ALBERT MODEL 225-1，產(chǎn)地：美國；

厚度測試儀，型號：MAHR C1216，產(chǎn)地：徳國；

煙機，ZB45 硬盒硬條包裝機組（上海煙草機械有限責任公司），F(xiàn)OCKE FX2 包裝機組（德國FOCKE 公司）；

美容器，71ASGT1/B 小包煙膜整形裝置（天馳天新機電技術有限公司），雙面燙，雙通道雙面美容整形；

高收縮小包煙膜，設計厚度21 微米；

中收縮、微收縮和普通小包煙膜，設計厚度22 微米。

2.2 工藝參數(shù)

包裝機速度400 包/分鐘；

輸送帶線速度V=76 m/min=1.27 m/s；

煙膜側邊熱封溫度145℃；

美容器工作溫度105℃。

煙膜與煙包在包裝機中經(jīng)過的主要工序有煙包輸送、煙膜傳送、折疊成形、熱封燙、美容整形、煙包輸出等主要6 個小工序，如圖1 所示。

其中煙膜經(jīng)過輸送、切割裝置后成為定長單張包裝單元，包裹在小盒煙包上被送入成型轉塔，經(jīng)側部折疊、熱封后送入通道，完成小盒煙包頂?shù)撞康恼郫B、熱封，并送入美容器整形，至下一流程。

圖1. 包裝機上透明紙（煙膜）工序示意圖Figure1. Diagram of transparent paper process on packaging machine

通過對工序分析，主要有以下幾個關鍵點對整個過程有較大影響，并與煙膜的摩擦系數(shù)有直接的關系，具體如下：下紙折疊成型、熱封美容以及輸出環(huán)節(jié)。

a. 下紙輸送、折疊成型：該環(huán)節(jié)考察常溫下23℃煙膜的適機特性，對應包裝完整性指標；

b. 熱封燙、美容整形：該環(huán)節(jié)考察高溫下80℃煙膜的適機特性，對應美容定型通過性指標；

c. 輸出工序：該環(huán)節(jié)考察35℃煙膜的適機特性，對應煙包在通道的通過順暢性指標。

2.3 測試過程及測試方法

試驗選定FOCKE FX2 機型用于高收縮小包的試驗，機速為800 包∕分鐘；其他煙膜選定ZB45 機型，除開普通小包的機速為350 包/分鐘，其它類型煙膜統(tǒng)一機速為400 包∕分鐘，試驗時間均為6 小時。

把不同牌號的煙膜上機運行，記錄相同時間段內(nèi)的剔煙次數(shù)、卡包次數(shù)，并根據(jù)生產(chǎn)總量計算出每個指標對應的關鍵工序的剔出率。

如果出現(xiàn)較大的運行故障則直接終止該牌號的試驗。

對不同牌號的煙膜進行厚度測試和摩擦系數(shù)測試，厚度測試標準：DIN53370；摩擦系數(shù)的測試標準：ASTM D 1894。

3. 結果與討論

3.1 高收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運行性的測試結果

高收縮小包煙膜必須適應較快的包裝速度，400 包∕分鐘屬于行業(yè)均值水平，最快的可以達到800-1000 包∕分鐘。高收縮煙膜的收縮率一般介于7%-10%，在溫升的狀態(tài)下比較容易發(fā)粘，摩擦系數(shù)會相應升高，所以對摩擦系數(shù)的要求比較苛刻。

本次試驗的機速為800 包∕分鐘，具體測試數(shù)據(jù)和上機情況如表1 所示。

結果表明：高收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，包裝完整性降低，常溫摩擦系數(shù)不宜超過0.23；中溫摩擦系數(shù)表征通道順暢性，與常溫摩擦系數(shù)呈線性關系，中溫摩擦系數(shù)大于0.26 影響煙包通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.3，煙包在美容器通過性能明顯下降。

表1 高收縮小包煙膜指標測試及實驗情況Tab1 High shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

表2 中收縮小包煙膜指標測試及實驗情況Tab2 Medium shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.2 中收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運行性的測試結果

中收縮小包煙膜比較接近高收縮，有些煙膜廠甚至直接把二者合并為一類，收縮率一般介于5%-7%。具體測試數(shù)據(jù)和上機情況如表2 所示。

結果表明：中收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)在0.24 時，煙包折疊包裝完整性顯著增高；中溫摩擦系數(shù)也表現(xiàn)為隨常溫摩擦系數(shù)的增大而增大；同高收縮小包煙膜表現(xiàn)一致的是，中溫摩擦系數(shù)在大于0.26 影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)小于0.28 時，煙包在美容器通過性能良好。

3.3 微收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運行性的測試結果

微收縮小包煙膜與高、中收縮的差異比較大，所適用的煙機速度會慢一點，一般在350～400 包∕分鐘左右。微收縮小包的收縮率一般介于3% - 5%，對運行性的影響比較小。單看收縮率這個指標，它更接近于普通不收縮小包，但考慮到挺度方面不如高中收縮，所以摩擦系數(shù)也要控制得比較低才行，否則也會出現(xiàn)運行性問題。具體測試數(shù)據(jù)和上機情況如表3 所示。

結果表明：在試驗中，出現(xiàn)了多個煙膜適機性能差的情況，這可能與該類型包裝膜的配方設計有關；低收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體也呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)大于0.20 時，煙包折疊包裝完整性顯著降低，摩擦系數(shù)達到0.22 時，剔除率明顯提升至 0.05%；中溫摩擦系數(shù)在大于0.26 時影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.30 時，煙包在美容器通過性降低。

表3 微收縮小包煙膜指標測試及實驗情況Tab3 Micro-shrinkage pouch cigarette film testing and experimental situation

表4 普通不收縮小包煙膜指標測試及實驗情況Tab4 Ordinary non-shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.4 普通不收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運行性的測試結果

普通不收縮小包煙膜是一個傳統(tǒng)品種，屬于比較低端的產(chǎn)品。煙機運行速度一般為300-400包∕分鐘，收縮率一般不大于4%，所以對摩擦系數(shù)的要求會低一些。

本次試驗是直接在ZB45 機型上降速至350包∕分鐘進行考察，具體測試數(shù)據(jù)和上機情況如表4 所示。

普通不收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體也呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)大于0.23 時，煙包折疊包裝完整性顯著降低，摩擦系數(shù)在0.18~0.21 時，包裝性能良好；中溫摩擦系數(shù)在大于0.30 時影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.24 時，煙包在美容器通過性明顯降低，多次出現(xiàn)卡包無法通過現(xiàn)象。

4. 結論

經(jīng)研究，上機運行順暢的收縮小包煙膜（含高、中、微收縮）的摩擦系數(shù)建議控制范圍：

1）常溫摩擦系數(shù)應小于0.22；

2）35℃的摩擦系數(shù)應小于0.26；

3）80℃對金屬的摩擦系數(shù)應小于0.24。

普通不收縮小包煙膜因為運行速度較低，再加上其它物性的干擾很小，所以摩擦系數(shù)的要求可以適當放松。

具體指標建議如下：

1）常溫摩擦系數(shù)應小于0.24；

2）35℃的摩擦系數(shù)應小于0.28；

3）80℃對金屬的摩擦系數(shù)應小于0.24。

研究表明，摩擦系數(shù)這個物性指標，無法表征化學結構方面的差異[14-15]，但是存在不同供方的包裝膜在配方上（主要是添加劑作用）有較大差異，有時兩種材料的透明紙摩擦系數(shù)一致，但上機性能卻有明顯差異。

甚至是摩擦系數(shù)稍高的材料運行起來還好于稍低的材料。該上機表現(xiàn)情況就與BOPP 煙膜中添加劑的類型和化學結構有關系。

有些材料的各項摩擦系數(shù)是統(tǒng)一的，比如某個材料低溫摩擦小，高溫摩擦也小，對金屬的摩擦更小，減輕了優(yōu)選煙膜的難度。但同時也有一些材料的各項摩擦系數(shù)隨溫度變化規(guī)律并不統(tǒng)一，只是某一項比較突出，這就要求仔細甄別，區(qū)別使用。