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        在線打孔中支卷煙通風(fēng)率穩(wěn)定性的研究

        2023-06-07 04:54:56張莉強(qiáng)李宇飛王賀偉盧良海
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2023年5期

        張莉強(qiáng) 李宇飛 劉 浩 王賀偉 盧良海

        (廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,廣西 柳州 545005)

        降焦除害是卷煙制造行業(yè)必須研究的重大課題。卷煙制造企業(yè)通常通過控制卷煙的通風(fēng)率來達(dá)到降低卷煙焦油和有害成分的目的,而實(shí)現(xiàn)卷煙通風(fēng)率穩(wěn)定控制的最常用技術(shù)為在線激光打孔[2]。為了給市場提供降焦減害的產(chǎn)品,目前的煙草行業(yè)已開發(fā)出中支、細(xì)支等異型規(guī)格的卷煙產(chǎn)品。該文結(jié)合常規(guī)的卷煙降焦除害技術(shù)對中支煙進(jìn)行了進(jìn)一步研究,以期保證煙支內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性,達(dá)到持續(xù)減害的目的。

        在線激光打孔技術(shù)能夠增大煙支通風(fēng)率,在一定程度上能稀釋煙氣量,進(jìn)而達(dá)到減害的目的[3]。卷煙通風(fēng)率的穩(wěn)定性與激光打孔系統(tǒng)密切相關(guān),在打孔過程中,對通風(fēng)率影響最大的因素為打孔輪、撥煙輪的間距和激光打孔時間。打孔輪與撥煙輪間距不合適將會造成煙支打孔數(shù)量不足或者孔間距不勻、通風(fēng)率波動大和標(biāo)準(zhǔn)偏差大;激光打孔時間不足,會造成通風(fēng)率偏小且標(biāo)準(zhǔn)偏差大;打孔時間過長,則會造成煙支通風(fēng)率與標(biāo)準(zhǔn)偏差均較大,煙支表面易出現(xiàn)灼燒焦斑。

        因此,該文對打孔輪、撥煙輪的間距與激光打孔時間等因素對煙支濾棒通風(fēng)率的影響進(jìn)行研究,確定其最佳影響水平,可指導(dǎo)實(shí)際操作,以期實(shí)現(xiàn)打孔卷煙通風(fēng)率的穩(wěn)定控制。

        1 材料與方法

        1.1 材料與設(shè)備

        激光打孔裝置:LASER JK350,江蘇瑞馳機(jī)電科技有限公司。煙用材料:柳州卷煙廠。卷煙機(jī):ZJ17,常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司。檢測儀器:煙用量棒、OM-Ⅱ綜合測試臺,北京歐美利華科技有限公司。試驗(yàn)牌號:某牌號,卷煙煙支濾棒通風(fēng)率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為(25.0±4.0)%,煙支圓周設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為(20.00±0.20)mm。

        1.2 試驗(yàn)方法

        打孔輪與撥煙輪的間距、激光打孔時間,兩者為獨(dú)立的變量因素,采用回歸試驗(yàn)分析方法進(jìn)行試驗(yàn)[4]。

        樣品的制備:每次試驗(yàn)隨機(jī)取樣,以200 支卷煙為1份樣品。根據(jù)《GBT 16447—2004/ISO 3402:1999 煙草及煙草制品 調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》相關(guān)要求進(jìn)行樣品平衡。

        樣品的檢測與評價:從不同狀態(tài)下采集的每份樣品中隨機(jī)取樣30 支,按照《GB22838.15—2009/ISO 9512—2002 卷煙和濾棒物理性能的測定》要求進(jìn)行煙支濾棒通風(fēng)率的檢測,并按照回歸試驗(yàn)分析方法對檢測結(jié)果進(jìn)行分析與評價。

        2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

        2.1 打孔輪與撥煙輪間距回歸分析試驗(yàn)參數(shù)的確定

        基于在線激光打孔的卷煙生產(chǎn)設(shè)備原理,確定撥煙輪與打孔輪處于6 種不同的間距狀態(tài),分別為5.7mm、5.8mm、5.9mm、6.0mm、6.1mm 以及6.2mm,然后對每間距狀態(tài)下的煙支產(chǎn)品進(jìn)行取樣,再從每份樣品中隨機(jī)取樣30 支進(jìn)行濾棒通風(fēng)率的測定、記錄,求出該組數(shù)據(jù)的均值及對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差,最后對不同組的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        2.2 打孔輪與撥煙輪間距試驗(yàn)結(jié)果與分析

        為研究不同的撥煙輪與打孔輪間距對煙支通風(fēng)率穩(wěn)定性的影響,該文按照試驗(yàn)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn),獲得6 組不同撥煙輪與打孔輪間距(C11)下相對應(yīng)的濾棒通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ),結(jié)果如圖1 所示。

        圖1 不同間距下的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

        由圖1 可知,當(dāng)間距(C11)為5.7mm 時,標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)最大,即此時煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最差。當(dāng)間距(C11)為5.9mm 時,標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)最小,表明此時煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最好。

        采用回歸分析方式對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,以觀察煙支濾棒通風(fēng)率各組標(biāo)準(zhǔn)偏差與不同撥煙輪、打孔輪間距之間的變化規(guī)律,結(jié)果如圖2 所示。

        圖2 不同間距下通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差的回歸分析

        多項(xiàng)式回歸分析:對數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合,求得兩者間的回歸方程如公式(1)所示。

        式中:σ 為標(biāo)準(zhǔn)偏差;C11為打孔輪與撥煙輪間距,mm。

        其中擬合優(yōu)度R-Sq=72.63%,能在較大程度上說明打孔輪與不同間距下的煙支濾棒通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的規(guī)律性,可以根據(jù)擬合公式進(jìn)一步推算除試驗(yàn)間距外的不同間距下對應(yīng)的煙支濾棒通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)差。由公式(1)可知,回歸方程為二次函數(shù),C11=5.9mm 時的σ 值最接近該函數(shù)的最低點(diǎn),也表明了在設(shè)定的6 組間距中,該組間距下的煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最好。

        方差分析:通過方差分析可以判斷不同打孔輪與撥煙輪間距產(chǎn)生的煙支通風(fēng)率的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的顯著性是否明顯,相關(guān)評價指標(biāo)見表1。

        表1 不同打孔輪與撥煙輪間距產(chǎn)生的煙支通風(fēng)率的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的顯著性評價指標(biāo)

        表2 不同打孔時間下的煙支通風(fēng)率均值對標(biāo)準(zhǔn)偏差的顯著性評價指標(biāo)

        通過圖2 可知,在試驗(yàn)的6 組撥煙輪與打孔輪間距中,當(dāng)間距為5.9mm 時,標(biāo)準(zhǔn)偏差最小,即此時煙支濾棒通風(fēng)率的穩(wěn)定性最高。同時,在方差分析中對應(yīng)回歸項(xiàng)的P 值=0.000 <0.05,可判定擬合模型有效[5],說明不同打孔輪與撥煙輪間距導(dǎo)致的煙支通風(fēng)率的均值對標(biāo)準(zhǔn)偏差具有顯著影響。

        2.3 打孔時間回歸分析試驗(yàn)參數(shù)的確定

        根據(jù)煙支打孔的實(shí)際效果和參數(shù)常規(guī)設(shè)定區(qū)間,確定5個不同打孔時間梯度,分別為40μs、45μs、50μs、55μs 和60μs,然后對每個梯度狀態(tài)下的煙支產(chǎn)品進(jìn)行取樣檢測,再從每份樣品中隨機(jī)取樣30 支進(jìn)行濾棒通風(fēng)率的測定、記錄,求出該組數(shù)據(jù)的均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差,最后對不同組的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        2.4 打孔時間試驗(yàn)結(jié)果與分析

        為研究不同的打孔時間對煙支濾棒通風(fēng)率的影響,該文按照試驗(yàn)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn),得到6 組不同的打孔時間下相對應(yīng)的濾棒通風(fēng)率的均值,結(jié)果如圖3 所示。

        圖3 不同打孔時間下的通風(fēng)率均值

        由圖3 可知,在線激光打孔過程中,不同打孔時間下的煙支濾棒通風(fēng)率也不同,兩者之間呈一定的線性關(guān)系且隨著打孔時間的增加,煙支濾棒通風(fēng)率也隨之增加。

        對該數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合,運(yùn)用回歸分析方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其結(jié)果如圖如圖4 所示。

        圖4 不同打孔時間下通風(fēng)率均值的回歸分析

        多項(xiàng)式回歸分析:對數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合,求得兩者間的回歸方程,如公式(2)所示。

        式中:X為 通風(fēng)率均值;C為打孔時間,μs。

        該組數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度為R-Sq=92.2%,接近于1,說明該回歸方程可以充分反應(yīng)不同打孔時間下對應(yīng)的煙支濾棒通風(fēng)率的均值,并可進(jìn)一步推算出除試驗(yàn)外的不同打孔時間下的濾棒通風(fēng)率均值,為滿足后續(xù)不同通風(fēng)率生產(chǎn)工藝的要求提供了有效的時間確定。由公式(2)可知,打孔時間與兩者間呈一次線性關(guān)系。

        方差分析:對該組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,可分析出不同打孔時間下的煙支通風(fēng)率均值對標(biāo)準(zhǔn)偏差的顯著性。

        通過圖4 可知,煙支濾棒通風(fēng)率與在線激光打孔時間呈一次線性關(guān)系,當(dāng)打孔時間增加時,濾棒通風(fēng)率的均值也隨之增大。在方差分析中,對應(yīng)回歸項(xiàng)的P 值=0.000 <0.05,可判定擬合模型有效,說明不同打孔時間下的煙支通風(fēng)率均值對標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響較為顯著。

        3 結(jié)論

        根據(jù)上述試驗(yàn)與分析,并將分析結(jié)果在其他同類設(shè)備及同類產(chǎn)品上進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證,可以得出以下結(jié)論:1)煙支濾棒通風(fēng)率與卷煙機(jī)撥煙輪、打孔輪間距呈二次函數(shù)關(guān)系,生產(chǎn)中必須根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)調(diào)整卷煙機(jī)撥煙輪與打孔輪的間距,以降低煙支濾棒通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差,減少該指標(biāo)的波動,提高煙支濾棒的通風(fēng)率穩(wěn)定性及感官質(zhì)量。2)煙支濾棒通風(fēng)率與在線激光打孔時間存在線性關(guān)系,隨著在線激光打孔時間的增加,煙支濾棒通風(fēng)率也會隨之增大。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的感官質(zhì)量與工藝指標(biāo),并結(jié)合設(shè)備狀況,通過梯度試驗(yàn)選擇合適的打孔時間。

        在進(jìn)行卷煙通風(fēng)度的研究過程中,應(yīng)針對不同影響因素采用不同的試驗(yàn)分析方法對各個參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析,找出影響煙支通風(fēng)率的最主要的影響因素,進(jìn)行有針對性的改進(jìn),不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

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