劉洋

【摘要】在卷煙上部添加過(guò)濾嘴，以此來(lái)達(dá)到減少吸煙時(shí)入口的煙霧、焦油和燃燒時(shí)產(chǎn)生的懸浮粒子數(shù)量。打孔作為卷煙生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，直接關(guān)乎吸煙者的感官品質(zhì)。本文概述了卷煙濾嘴的基本特點(diǎn)，分析了四種不同打孔方式的對(duì)比效果，探究了卷煙通風(fēng)率的影響因素，為卷煙過(guò)濾嘴的打孔方式選擇提供可行性建議。

【關(guān)鍵詞】打孔方式;卷煙;濾嘴;感官品質(zhì);通風(fēng)率

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.033

Effects of Punching Methods on Sensory Quality and Ventilation Rate of Cigarette Filter

LIU Yang

（Jilin Tobacco Industry Co.，Ltd.，Yanji 133000，China）

Abstract：A filter is added to the upper part of the cigarette to reduce the amount of smoke，tar and suspended particles produced during combustion. As an important part of cigarette production，punching is directly related to the sensory quality of smokers. This paper summarizes the basic characteristics of cigarette filter，analyzes the comparative effects of four different punching methods，explores the influencing factors of cigarette ventilation rate，and provides feasible suggestions for the selection of punching methods of cigarette filter.

Key words：punching method;cigarettes;filter;sensory quality;ventilation rate

卷煙煙霧中含有4000～5000種微粒（主要是焦油），都是煙草不完全燃燒的產(chǎn)物，還包含揮發(fā)性的煙草燃燒物質(zhì)，如乙醛以及其他低分子重量成分。卷煙濾嘴設(shè)計(jì)旨在過(guò)濾煙霧成分，去除所有因燃燒而產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)。而基于卷煙濾嘴打孔方式的探究，需綜合考慮吸煙者的感官品質(zhì)及通風(fēng)率，以此達(dá)到有效攔截慣性壓緊和擴(kuò)散沉淀的效果，進(jìn)而減少吸煙時(shí)人口的煙霧、焦油和燃燒時(shí)產(chǎn)生懸浮粒子。

1研究意義和背景

卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考慮的重要指標(biāo)包括卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率及吸阻，這些也是影響卷煙焦油釋放量、感官感受的重要指標(biāo)。在產(chǎn)品質(zhì)量特性研究中，優(yōu)選卷煙濾嘴打孔方式更能提升卷煙的感官品質(zhì)。而當(dāng)前，不同卷煙濾嘴打孔方式對(duì)卷煙濾嘴感官品質(zhì)與通風(fēng)率的影響效果不同。所以，不同打孔方式是衡量卷煙質(zhì)量水平的關(guān)鍵。卷煙總通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率是卷煙降焦減害的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。綜合考量打孔方式對(duì)卷煙濾嘴感官品質(zhì)與通風(fēng)率的影響，進(jìn)而在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)選用適宜的制作方法，以此達(dá)到控制卷煙質(zhì)量。

2四種不同打孔方式對(duì)比

基于卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)的卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率及吸阻模型化設(shè)計(jì)方法，以卷煙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和卷煙物性特征參數(shù)為變量，以卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)調(diào)整卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)獲得滿足卷煙設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化方法。常用四種打孔方式的應(yīng)用情況如表1所示。

3卷煙濾嘴打孔優(yōu)選

根據(jù)卷煙通風(fēng)孔的設(shè)計(jì)要求，將卷煙分為三種濾嘴通風(fēng)結(jié)構(gòu)：無(wú)濾嘴通風(fēng)孔、一排濾嘴通風(fēng)孔、兩排濾嘴通風(fēng)孔。空氣在卷煙內(nèi)的流動(dòng)為一維流動(dòng)，其在卷煙煙絲段、濾嘴段、卷煙紙、卷煙成型紙中的流動(dòng)均滿足達(dá)西定律，計(jì)算公式如下：

其中，Q——單位時(shí)間滲流量;

K——滲透系數(shù);

F——過(guò)水?dāng)嗝?

I——水力坡度;

h——總水頭損失;

L——滲流路徑長(zhǎng)度。

在環(huán)境溫度為（22±2）℃，濕度（60±5）%條件下，卷煙和空氣物性參數(shù)在氣流流動(dòng)過(guò)程中保持不變;卷煙氣流入口端、卷煙紙以及濾嘴通風(fēng)孔外圍均為大氣壓，壓降為0。基于以上假設(shè)，根據(jù)氣流質(zhì)量連續(xù)性方程衡算，建立卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率、吸阻、卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)、物性參數(shù)。

在線激光打孔設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)是光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)。在線激光打孔設(shè)備中激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光打孔的效率和質(zhì)量。光學(xué)聚焦系統(tǒng)可以將激光束會(huì)聚到微米量級(jí)的范圍內(nèi)，其功率密度可高達(dá)108～1015 w/cm²。由于高強(qiáng)熱源對(duì)材料產(chǎn)生加熱影響，使得照射區(qū)內(nèi)溫度瞬時(shí)上升，引起被照射區(qū)內(nèi)的材料瞬時(shí)熔化并大量汽化蒸發(fā)，導(dǎo)致氣壓急劇上升，高速氣流猛烈向外噴射成一個(gè)小阻坑。精密激光打孔機(jī)可加工超微孔，光斑質(zhì)量好，打出來(lái)的孔非常圓，并且每個(gè)工件的孔徑大小、位置一致，加工出來(lái)的質(zhì)量效果很優(yōu)質(zhì)，這也是激光設(shè)備被廣泛應(yīng)用的原因。與傳統(tǒng)方式相比，激光打孔加工迅速、準(zhǔn)確，而且環(huán)保健康、耗材低、精度高，打孔圖形能夠電腦編程任意定制。因此，激光打孔就成了新型的加工方式，只要樣品寄出就可以現(xiàn)場(chǎng)打樣。

等離子體打孔可以對(duì)卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率與吸阻實(shí)現(xiàn)同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)設(shè)計(jì)提供了定量設(shè)計(jì)要求，卷煙設(shè)計(jì)優(yōu)化方法準(zhǔn)確、方便、可靠，可獲得滿足卷煙設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)數(shù)據(jù)。

4計(jì)算方法

獲取卷煙原輔材料特性及卷煙規(guī)格數(shù)據(jù)，判斷水松紙的透氣度，水松紙的透氣度為0時(shí)，計(jì)算卷煙紙通風(fēng)率p_v，再計(jì)算總通風(fēng)率t_v，具體計(jì)算公式如下：

p_v=-7.78+6.1×10^-7×j_t×d×l₁×p_d

t_v=p_v

其中，j_t——卷煙紙透氣度，單位cu;

d——煙支直徑，單位mm;

l₁——無(wú)濾嘴煙支長(zhǎng)度，單位mm;

p_d——卷煙吸阻，單位Pa。

水松紙的透氣度不為0時(shí)，先計(jì)算總通風(fēng)率t_v，再計(jì)算卷煙紙通風(fēng)率p_v，具體計(jì)算公式如下：

t_v=-18.09+1.06×f_v+0.017×p_d+2.6×10^-4×j_t×d×l₁

p_v=t_v-f_v

其中，f_v——卷煙濾嘴通風(fēng)率;

p_d——卷煙吸阻，單位Pa;

j_t——卷煙紙透氣度，單位CU;

d——煙支直徑，單位mm;

l₁——無(wú)濾嘴煙支長(zhǎng)度，單位mm。

在設(shè)計(jì)煙支結(jié)構(gòu)、原料特性、選擇卷煙材料、控制焦油釋放量等環(huán)節(jié)，主要依據(jù)卷煙吸阻、通風(fēng)率的檢測(cè)方法和工藝原理，結(jié)合大量不同品牌、不同規(guī)格的卷煙，建立起各指標(biāo)、卷煙原輔材料特性等預(yù)測(cè)模型。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可預(yù)知性，用以研究卷煙物理指標(biāo)、原輔材料間的內(nèi)在關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)中，為解決卷煙物理指標(biāo)問(wèn)題，依據(jù)模型并明確問(wèn)題原因，改進(jìn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量指標(biāo)，避免生產(chǎn)中的盲目性，不斷提升卷煙內(nèi)在品質(zhì)。

5研究綜述

等離子體打孔和在線激光打孔對(duì)比靜電打孔和激光預(yù)打孔，具有更高的實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。在卷煙生產(chǎn)中，通過(guò)優(yōu)選打孔方式可以使過(guò)濾通風(fēng)率達(dá)到較佳的效果。在同一接裝紙透氣度上，等離子體打孔和靜電打孔的卷煙濾嘴通風(fēng)率更高;等離子體打孔、在線激光打孔可以使卷煙濾嘴通風(fēng)率有較好的穩(wěn)定性，更有利于改善卷煙的感官品質(zhì)。當(dāng)濾嘴通風(fēng)率較低時(shí)，采用在線激光打孔可以使卷煙感官品質(zhì)得到極大改善[1]。在線打孔通風(fēng)率符合性控制較好，但穩(wěn)定性控制存在波動(dòng)[2]。

等離子打孔和靜電打孔技術(shù)的應(yīng)用可以增加打孔密度、減小打孔孔徑、增加打孔寬度、提高卷煙濾嘴通風(fēng)率穩(wěn)定性等效果。在實(shí)現(xiàn)價(jià)值上，這兩種打孔方式對(duì)降低焦油量、煙氣煙堿量和一氧化碳量等煙氣指標(biāo)的改善效果突出[3]。

在卷煙濾嘴接裝紙上開(kāi)至少一個(gè)大孔，當(dāng)開(kāi)多孔時(shí)按等距的方式排列，兩孔間有一定的間隔，開(kāi)孔位置位于接裝紙中間位置，將該接裝紙制成具有降焦和減少煙氣成分釋放量的濾嘴。本實(shí)用新型的濾嘴，有效提高了卷煙紙的透氣度，避免了傳統(tǒng)接裝紙打孔因風(fēng)阻造成的通風(fēng)率衰減問(wèn)題，同時(shí)，濾嘴成型紙可采用普通成型紙，進(jìn)一步地降低卷煙生產(chǎn)成本，并為卷煙煙支外觀提供了美化空間[4]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，選取成型紙透氣度8000 CU，接裝紙透氣度250 CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和一氧化碳含量，又能減少煙氣香味損失[5]。同一成分在不打孔濾嘴情況下的遷移率與打孔濾嘴遷移率的比值隨分子質(zhì)量數(shù)的變化趨勢(shì)一致，且隨分子質(zhì)量數(shù)的增加而減小;剖析了5種口味爆珠的關(guān)鍵成分，并建立了10種單體香料的GC-MS/MS 分析方法，證實(shí)了爆珠添加于6 mm處時(shí)均大于18 mm處時(shí)釋放量最高[6]。

在樣煙常規(guī)煙氣指標(biāo)和感官質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，制備濾嘴打孔線分別為0mm、1 mm、2 mm、3 mm的樣煙，樣煙最佳濾嘴設(shè)計(jì)參數(shù)為：濾棒環(huán)切深度3 mm，接裝紙預(yù)打孔孔徑0.15 mm，無(wú)膠區(qū)寬度11 mm。當(dāng)濾嘴打孔線長(zhǎng)度為1 mm時(shí)，樣煙的感官質(zhì)量最佳;避免旋轉(zhuǎn)后接裝紙和成型紙的打孔線錯(cuò)開(kāi)造成濾嘴通風(fēng)率和燃燒錐處空氣吸入量發(fā)生變化[7]。

綜上所述，對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率及感官品質(zhì)分析中，四種不同過(guò)濾嘴打孔方式均收到了較佳的效果，而等離子體打孔可以是卷煙獲得更佳的感官品質(zhì)，這為卷煙過(guò)濾嘴生產(chǎn)提供可行性借鑒。A

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