郝華玲, 崔遲, 崔卓, 程利俠, 楊金龍, 朱萍

基于密度變化的爆珠復(fù)合濾棒關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)檢測(cè)方法

郝華玲, 崔遲, 崔卓, 程利俠, 楊金龍, 朱萍

(甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)研發(fā)中心, 甘肅 蘭州, 730050)

爆珠是爆珠卷煙的重要組成部分, 為了使爆珠復(fù)合濾棒中爆珠的檢測(cè)更自動(dòng)化、更高效, 提出了一種采用微波密度儀檢測(cè)爆珠復(fù)合濾棒中爆珠位置的方法, 包括其原理及測(cè)量方法, 并進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)分析及最小樣本量確定。為爆珠復(fù)合濾棒關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)的測(cè)定提供一種參考方法。

爆珠復(fù)合濾棒; 爆珠位置; 微波密度儀; 測(cè)量系統(tǒng)分析; 最小樣本量

近年來, 隨著卷煙加工技術(shù)的不斷進(jìn)步, 卷煙消費(fèi)的個(gè)性化趨勢(shì)也日漸明顯。在眾多卷煙產(chǎn)品中, 爆珠卷煙由于能為卷煙帶來特征香味、突出卷煙風(fēng)格[1–2], 故而日漸贏得消費(fèi)者喜愛, 在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展較快[3]。爆珠是爆珠卷煙的重要組成部分, 爆珠的缺失及位置偏差大等問題, 會(huì)嚴(yán)重影響卷煙的感官質(zhì)量及消費(fèi)者的抽吸體驗(yàn)[4–5], 損壞產(chǎn)品形象。因此, 在爆珠類卷煙生產(chǎn)的在線質(zhì)量控制中, 對(duì)爆珠復(fù)合濾棒中爆珠缺失及位置偏差的檢測(cè)十分關(guān)鍵。然而, 當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)對(duì)爆珠濾棒還停留在常規(guī)指標(biāo)的檢測(cè)上, 關(guān)于爆珠濾棒中爆珠位置等關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)方法的報(bào)道較少。

普通纖維濾棒和丙纖濾棒中的纖維密度呈均勻分布, 濾棒中加入爆珠后會(huì)引起周圍纖維的相互擠壓, 并將爆珠密度與纖維密度進(jìn)行疊加造成密度增大, 沿濾棒縱軸線上, 濾棒密度峰值區(qū)域即為爆珠中心點(diǎn)位置。微波密度儀可以對(duì)物體進(jìn)行1 mm或以下長(zhǎng)度為測(cè)量單元進(jìn)行水分和密度檢測(cè), 該儀器具有檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、操作方便、智能化程度高、維護(hù)率低等優(yōu)點(diǎn), 已廣泛應(yīng)用于煙支煙絲密度和煙支剖切位置的檢測(cè)[6–8]。爆珠復(fù)合濾棒通過密度儀的微波電磁場(chǎng)時(shí), 由于濾棒的不同部位密度不同, 會(huì)引起微波電磁場(chǎng)能量參數(shù)的變化, 能量參數(shù)出現(xiàn)峰值的位置即為爆珠復(fù)合濾棒中爆珠的位置, 峰值的數(shù)量為爆珠的數(shù)量。

1 材料與方法

1.1 儀器及材料

試驗(yàn)設(shè)備及儀器: MW4420微波密度儀(德國(guó)TEWS)、Phama 600恒溫恒濕箱(德國(guó)Weiss)、經(jīng)過檢定的電子游標(biāo)卡尺(0.01 mm)。

試驗(yàn)材料: 100 mm爆珠復(fù)合濾棒, 內(nèi)含4粒爆珠, 爆珠位置分別為: 12.5、37.5、62.5、87.5 mm。

圖1 爆珠復(fù)合濾棒密度曲線分布圖

1.2 試驗(yàn)方法

將爆珠復(fù)合濾棒至于恒溫恒濕箱中, 根據(jù)GB/T 16447-2004[9]要求進(jìn)行樣品調(diào)節(jié)后進(jìn)行檢測(cè)。微波密度儀測(cè)量方法為: 以1mm為測(cè)量單元, 利用微波密度儀測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒密度, 以濾棒長(zhǎng)度(mm)為橫軸、以密度(g/cm3)為縱軸, 繪制爆珠復(fù)合濾棒密度曲線分布圖(如圖1), 通過密度峰值確定爆珠復(fù)合濾棒中爆珠位置。電子游標(biāo)卡尺測(cè)量方法為: 將爆珠復(fù)合濾棒沿縱軸線剖開后直接測(cè)量。

1.2.1 微波密度儀測(cè)量系統(tǒng)分析

(1) 從同一批爆珠復(fù)合濾棒樣品中隨機(jī)抽取2 000支試驗(yàn)樣品, 樣品經(jīng)恒溫恒濕箱調(diào)節(jié)48 h后作為試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試。由一名檢驗(yàn)員隨機(jī)抽取10支濾棒, 用微波密度儀按一定順序進(jìn)行測(cè)量, 再利用電子游標(biāo)卡尺對(duì)同一組樣品按相同順序進(jìn)行測(cè)量, 以研究測(cè)量方法的準(zhǔn)確度。

(2) 從同一批爆珠復(fù)合濾棒樣品中隨機(jī)抽取2 000支試驗(yàn)樣品, 樣品經(jīng)恒溫恒濕箱調(diào)節(jié)48 h后作為試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試。由三名檢驗(yàn)員隨機(jī)抽取1個(gè)樣品(內(nèi)含4粒爆珠)后, 分別用微波密度儀進(jìn)行測(cè)量, 每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次, 研究測(cè)量方法的精密度。

1.2.2 最小測(cè)試樣本量的確定

隨機(jī)抽取2 000支試驗(yàn)樣品, 分別以5、10、15、20、25、30、35、40、45、50支為樣品量進(jìn)行測(cè)量, 平行測(cè)量3次, 研究測(cè)試樣品量與測(cè)試結(jié)果偏差的關(guān)系, 以確定較高測(cè)試準(zhǔn)確性下的最小樣本量。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)量系統(tǒng)分析

2.1.1 測(cè)量準(zhǔn)確度

采用“配對(duì)t檢驗(yàn)”分析微波密度儀測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒中濾棒位置的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析利用Minitab完成。采用微波密度儀和電子游標(biāo)卡尺的測(cè)量結(jié)果均呈正態(tài)分布, 數(shù)據(jù)滿足配對(duì)t檢驗(yàn)要求。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)可得, 所有的P值均大于0.05(表1), 故微波密度儀和電子游標(biāo)卡尺的檢測(cè)結(jié)果之間無顯著差異。

表1 儀器和人員測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒爆珠位置值 /mm

續(xù)表1

表2 不同實(shí)驗(yàn)員測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒檢測(cè)結(jié)果 /mm

2.1.2 測(cè)量精密度

采用測(cè)量系統(tǒng)分析[10–13]中的重復(fù)性和再現(xiàn)性分析方法, 研究采用微波密度儀測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒關(guān)鍵物理特性的精密度。利用Minitab結(jié)合Excel軟件完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析, 采用量具R&R研究—嵌套方差分析統(tǒng)計(jì)分析方法。

測(cè)量系統(tǒng)的精度評(píng)價(jià)指標(biāo)為: 研究公差比(%P/T)和研究變異比(%R&R), 以兩項(xiàng)指標(biāo)≤10%、10%＜兩項(xiàng)指標(biāo)＜30%、任一項(xiàng)指標(biāo)≥30%對(duì)測(cè)量系統(tǒng)相應(yīng)做出“良好”、“可接受”、“須改進(jìn)”的判定。不同實(shí)驗(yàn)員測(cè)量爆珠復(fù)合濾棒檢測(cè)結(jié)果見表2。微波密度儀測(cè)量系統(tǒng)分析見圖2, 量具R&R研究—嵌套方差分析結(jié)果見表3。

圖2 微波密度儀測(cè)量系統(tǒng)分析

表3 量具R&R研究—嵌套方差分析

續(xù)表3

由表3可知, 微波密度儀測(cè)量系統(tǒng)的%R&R = 0.49%<10%, %P/T = 5.91%<10%, 可區(qū)分的類別數(shù)= 287>5, 說明測(cè)量系統(tǒng)精度良好。

2.2 最小測(cè)試樣本量

為直觀表示樣本量不同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)間的差異, 考察爆珠復(fù)合濾棒不同樣本量測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)值之間的偏差, 從而確定最小測(cè)試樣本量。

由表4和圖3可知, 當(dāng)樣本量在5～20支時(shí), 不同爆珠的位置偏差離散程度均較大, 當(dāng)樣本量為20支及以上時(shí), 各不同爆珠的位置偏差基本趨于穩(wěn)定。因此, 綜合考慮試驗(yàn)成本及試驗(yàn)效果, 以20支濾棒作為檢測(cè)樣本量最佳。

圖3 爆珠復(fù)合濾棒中爆珠位置偏差

表4 爆珠復(fù)合濾棒爆珠位置偏差 /mm

3 結(jié)論

本文建立了爆珠復(fù)合濾棒中爆珠位置的檢測(cè)方法, 通過微波密度儀檢測(cè)爆珠濾棒不同部位的密度, 從而得出濾棒中爆珠具體位置及爆珠個(gè)數(shù)等檢測(cè)結(jié)果。此方法準(zhǔn)確度好、精密度高、測(cè)量系統(tǒng)良好, 且最佳測(cè)試樣本量小。利用微波密度儀檢測(cè)爆珠濾棒關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)具有檢測(cè)自動(dòng)化、勞動(dòng)強(qiáng)度低、測(cè)量效率高等優(yōu)點(diǎn)。此外, 由于微波密度儀的檢測(cè)原理是通過濾棒的密度變化得出檢測(cè)結(jié)果, 此方法亦可引申推廣至其他具有密度變化的濾棒類型乃至煙用材料中。因此, 可考慮將此方法作為爆珠復(fù)合濾棒關(guān)鍵物理質(zhì)量特性, 或其他類型復(fù)合濾棒高效規(guī)范的、行業(yè)通用的檢測(cè)方法, 使新型卷煙材料以及相關(guān)配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)品質(zhì)量保障體系更加完善。

[1] 朱亞峰, 胡軍, 唐榮成, 等. 卷煙濾嘴加香研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2011, 17(6): 104–109.

[2] 洪廣峰, 邱紀(jì)青, 李國(guó)政, 等.國(guó)外爆珠卷煙研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2019, 25(4): 124–134.

[3] 安裕強(qiáng), 顧樹東. 爆珠添加技術(shù)發(fā)展歷史和當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[C]//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)2016年度優(yōu)秀論文匯編. 北京: 中國(guó)煙草學(xué)會(huì), 2016: 1 089–1 094.

[4] 朱風(fēng)鵬, 李雪, 羅彥波, 等. 爆珠破碎對(duì)主流煙氣有害成分釋放量和濾嘴截留的影響[J]. 煙草科技, 2017, 50(4): 37–42.

[5] 張志剛, 賀健, 顧秋林, 等. 爆珠對(duì)濾棒、卷煙物理性能及卷煙主流煙氣的影響[J]. 煙草科技, 2019, 52(10): 75–78.

[6] 鄧來紅. 微波水分儀在煙支密度測(cè)量中的應(yīng)用[C]//2006年中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)論文集: 2006, 87–91.

[7] 杜榮杰, 方敏, 牛燕麗. 卷煙煙支密度參數(shù)的優(yōu)化與控制[C]//2006年中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)論文集: 2006, 129–133.

[8] 王迅, 王一恒, 孟杰, 等. 細(xì)支卷煙剖切位置對(duì)卷煙質(zhì)量指標(biāo)的影響[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 2019, 25(1): 93–94.

[9] GB/T 16447—2004煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境[S]. GB/T 16447—2004.

[10] 邵俊, 閆洪喜. 測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)在紅外水分儀測(cè)量能力分析中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代儀器, 2012, 18(5): 21–24.

[11] 何楨, 趙燕, 鄒峰. 屬性值測(cè)量系統(tǒng)分析的方法研究與應(yīng)用[J]. 工業(yè)工程, 2008, 11(1): 82–85.

[12] 李耀江, 杜世昌. 測(cè)量系統(tǒng)分析在品質(zhì)控制中的運(yùn)用[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2010(3): 54–55, 62.

[13] 孫淑珍, 周波. 基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)分析方法及其應(yīng)用[J]. 北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 13(2): 160–162.

Detection method of key quality parameters of filter rods with breakable capsules based on density fluctuation

Hao Hualing, Cui Chi, Cui Zhuo, Cheng Lixia, Yang Jinlong, Zhu Ping,

(Technology R&D Center, Gansu Tobacco Industrial Co Ltd, Lanzhou 730050, China)

Breakable capsules are an important part of crushed-bead cigarettes. In order to make the detection of breakable capsules more automatic and efficient, a microwave densitometer is used to detect the position of the breakable capsules in composite filter rods, including its principles andmeasurement methods, analysis of the measurement system and determination of the minimum sample size. It provides a reference method for the determination of key quality parameters of filters with breakable capsules.

filter rods with breakable capsule; breakable capsule location; microwave density meter; measurement system analysis; minimum sample size

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.01.017

TS 426

A

1672–6146(2021)01–0081–05

郝華玲, 724867019@qq.com。

2019–12–20

(責(zé)任編校: 郭冬生)