摘要： 為了探究卷煙紙參數(shù)對(duì)燃燒錐高的影響規(guī)律，按照均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)原則，選取定量、透氣度等6項(xiàng)卷煙紙參數(shù)，卷制了12種不同參數(shù)水平的卷煙樣品，并進(jìn)行了單因素方差分析與回歸分析。結(jié)果表明，12種不同卷煙紙參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的卷煙錐高介于7. 958～10. 455 mm，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差介于2. 5%～11. 7%；透氣度、鈉鉀比、碳酸鎂用量、助燃劑用量4項(xiàng)卷煙紙參數(shù)綜合作用可解釋錐高變化的94. 0%，是影響卷煙錐高的主要因素，定量、酸根類型是影響錐高的次要因素；主要因素對(duì)錐高影響較小時(shí)，卷煙錐高較低，有利于降低燃燒錐落頭傾向。

關(guān)鍵詞：卷煙紙；錐高；均勻?qū)嶒?yàn)；卷煙燃燒錐

中圖分類號(hào)：TS76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 03. 009

卷煙燃燒性能是煙草行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科技工作者對(duì)卷煙燃燒性能的研究不再僅限于自由燃燒速率[1-2]、實(shí)際可燃率[3]等常規(guī)指標(biāo)，包灰的牢固性、灰色、燃燒碳化圈、卷煙燃燒錐等包灰性能指標(biāo)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。目前，關(guān)于卷煙燃燒錐的研究成果層出不窮，且主要集中在燃燒錐落頭[4-6]以及溫度分布[7-9]等方面。穆林等[10]則從燃燒錐形態(tài)參數(shù)（錐高、錐面積、偏離角） 出發(fā)，探究了其與燃燒速率間的關(guān)系。許艷冉等[11]探究了煙絲及卷煙機(jī)參數(shù)對(duì)卷煙包灰性能的影響，結(jié)果表明，煙絲含水率、切絲寬度、槽深、槽寬、風(fēng)室正壓和風(fēng)室負(fù)壓對(duì)錐高均有顯著影響，為卷煙燃燒錐研究提供了新的思路。

卷煙紙是卷煙中的重要組成部分，其不僅包裹煙絲，還直接參與卷煙燃燒過(guò)程，卷煙紙燃燒性能與煙絲燃燒性能間的匹配度對(duì)于煙支燃吸過(guò)程中的燃燒錐形態(tài)有十分重要的影響。程傳玲等[12]研究了煙絲及卷煙紙參數(shù)對(duì)卷煙焦油量的影響；鄔志鋒等[13]研究了卷煙紙參數(shù)對(duì)中支卷煙逐口通風(fēng)率的影響規(guī)律，結(jié)果表明，隨著卷煙紙透氣度的增加，抽吸時(shí)逐口間通風(fēng)率相差值明顯增大。但已有的研究中尚未有卷煙紙對(duì)卷煙燃燒錐影響的相關(guān)報(bào)道。本研究在文獻(xiàn)[10]測(cè)定卷煙錐高方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)[14-16]，探究了卷煙紙定量、透氣度等6項(xiàng)卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響規(guī)律，以期為卷煙紙優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1. 1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

選取12種不同卷煙紙定量（x1）、透氣度（x2）、碳酸鎂用量（x3）、鈉鉀比（x4）、酸根類型（x5）、助燃劑用量（x6） 的卷煙紙，在同一臺(tái)卷煙機(jī)上使用相同煙絲卷制卷煙樣品，其參數(shù)水平設(shè)計(jì)表如表1所示。

KBF240型恒溫恒濕箱（美國(guó)BINDER公司）；卷煙包灰性能測(cè)試箱（實(shí)驗(yàn)室自制） [17]；佳能EOS70D型數(shù)碼相機(jī)（佳能（中國(guó)） 有限公司）；504型機(jī)械秒表（北京星鉆秒表有限公司）。

1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

1. 2. 1 卷煙燃燒錐自由燃燒速率測(cè)定方法

參照文獻(xiàn)[18]中建立的方法，分別測(cè)定12 組樣品，每組樣品測(cè)定3次，取其平均值作為該卷煙紙參數(shù)組合對(duì)應(yīng)卷煙的自由燃燒速率。

1. 2. 2 卷煙燃燒錐錐高測(cè)定方法

參照文獻(xiàn)[10]中建立的方法，分別測(cè)定12 組樣品，每組樣品測(cè)定3次，取平均值作為該卷煙紙參數(shù)組合對(duì)應(yīng)卷煙的錐高。

2 結(jié)果與討論

2. 1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

12種卷煙樣品的自由燃燒速率及錐高測(cè)定結(jié)果如表2所示。由表2可知，自由燃燒速率介于4.11～5.18 mm/min， 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD） 介于4.4%～12.5%；錐高介于7.958～10.455 mm，RSD介于2.5%～11.7%。不同卷煙紙參數(shù)條件下，自由燃燒速率與錐高發(fā)生了較明顯的變化，說(shuō)明不同卷煙紙與煙絲間的配伍性不同，因此，在進(jìn)行卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮卷煙紙與煙絲的匹配度，以提升卷煙的燃燒性能。

2. 2 卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響趨勢(shì)分析

2. 2. 1 單一卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響

以卷煙錐高為縱坐標(biāo)，分別作6種不同卷煙紙參數(shù)不同水平間的誤差棒圖，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，錐高隨定量、透氣度、助燃劑用量升高呈增加趨勢(shì)，隨鈉鉀比升高呈降低趨勢(shì)，隨碳酸鎂用量升高呈先升高后降低趨勢(shì)，酸根類型為：檸檬酸根的錐高高于氯離子的錐高；多重比較（LSD） 結(jié)果表明，碳酸鎂用量對(duì)錐高的影響達(dá)到了極顯著水平，其他5個(gè)因素的影響均不顯著。除碳酸鎂用量和酸根類型外，其他幾個(gè)參數(shù)取不同水平時(shí)錐高的波動(dòng)程度也存在明顯的差異性。上述現(xiàn)象預(yù)示著某些卷煙紙參數(shù)間存在交互作用，并且一定程度上解釋了多數(shù)參數(shù)的LSD檢驗(yàn)結(jié)果不顯著的原因。

2. 2. 2 卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高和自由燃燒速率的綜合影響

以卷煙紙參數(shù)（x1、x2、x3、x4、x5、x6） 為自變量，分別以錐高和自由燃燒速率為因變量建立回歸模型，結(jié)果見(jiàn)表3～表6。由表3可知，卷煙錐高回歸方程總體達(dá)到極顯著水平（P=0），且決定系數(shù)和調(diào)整決定系數(shù)分別為0.967和0.940，說(shuō)明卷煙錐高回歸方程的擬合效果較優(yōu)，能夠較好地反映卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響。由表4所示錐高回歸系數(shù)的t 檢驗(yàn)結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)可知，透氣度、碳酸鎂用量及其與鈉鉀比的交互作用對(duì)錐高的影響達(dá)到了極顯著水平，助燃劑用量則達(dá)到了顯著水平，各因素及交互作用對(duì)錐高的影響順序?yàn)椋簒3·x3gt;x3gt;x3·x4gt;x2gt;x6；定量和酸根類型則未進(jìn)入回歸方程。錐高隨著透氣度升高有升高趨勢(shì)，隨著鈉鉀比的升高而降低，與單一卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響有較強(qiáng)的一致性。

圖2為碳酸鎂用量和鈉鉀比對(duì)錐高的交互影響。由圖2可知，碳酸鎂用量和鈉鉀比間存在交互作用。鈉鉀比0～1.0時(shí)，錐高隨著碳酸鎂用量增加均呈先升高后降低的趨勢(shì)，且變化的速率有一定差異，鈉鉀比較低時(shí)，錐高較長(zhǎng)且較穩(wěn)定。高碳酸鎂用量、高鈉鉀比（5.0） 時(shí)，錐高為負(fù)值，即隨著碳酸鎂用量、鈉鉀比增高，煙支的燃燒錐落頭傾向增大。不同碳酸鎂用量條件下，錐高隨著鈉鉀比增加而降低。當(dāng)碳酸鎂用量和鈉鉀比分別取12%和0時(shí)，錐高最高。

穆林等[10]的研究表明，卷煙靜燃時(shí)的錐高與其自由燃燒速率間呈顯著正相關(guān)，即自由燃燒速率越快，靜燃錐高越高，說(shuō)明燃燒錐的形態(tài)是卷煙原料、煙支卷制特性及燃燒過(guò)程綜合作用的結(jié)果。而大量研究結(jié)果表明，卷煙紙參數(shù)是影響卷煙自由燃燒速率的重要因素，且存在隨透氣度、助燃劑用量、鈉鉀比升高自由燃燒速率加快的一般規(guī)律[19]。由表6自由燃燒速率回歸模型可知，定量、透氣度、碳酸鎂用量、助燃劑用量對(duì)自由燃燒速率的影響順序?yàn)椋簒2gt;x2·x2gt;x3gt;x1gt;x6；自由燃燒速率隨定量、助燃劑用量升高而升高，隨著碳酸鎂用量的升高而降低。

2. 2. 3 次要因素對(duì)錐高的影響

單因素方差分析與回歸模型表明，錐高主要受透氣度、碳酸鎂用量、鈉鉀比、助燃劑用量的影響，定量和酸根類型對(duì)錐高的影響未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，這可能是由于透氣度等主要因素的干擾導(dǎo)致。為了探究定量和酸根類型對(duì)錐高的影響，根據(jù)表4回歸模型結(jié)果定義了新變量z=?0.017x32 ?0.130x3·x4+0.034x2+0.317x3+0.667x6，其中，z 表示主要因素對(duì)錐高的影響。

分別以定量x1、酸根類型x5為橫坐標(biāo)，研究控制z 值后錐高的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，同一水平定量或酸根類型條件下，隨著z 值增加，錐高有線性升高趨勢(shì)，可見(jiàn)z 值是影響錐高的主要因素，可解釋錐高變化的94%；定量和酸根類型是影響錐高的次要因素。

分別以（x1， z） 和（x5， z） 為自變量，建立回歸模型，其中（x5， z， y） 為含定性變量的回歸模型[20-21]，研究定量和酸根類型在排除主要因素干擾的情況下對(duì)錐高的影響，結(jié)果見(jiàn)表7和表8。由表7可知，控制主要因素的干擾后定量對(duì)錐高的影響均達(dá)到了極顯著水平（P=0），但回歸方程的調(diào)整決定系數(shù)由0.953下降為0.921，方程擬合優(yōu)度降低，從側(cè)面印證了定量是影響錐高的次要因素。酸根類型對(duì)錐高的影響達(dá)到了顯著水平，但回歸方程的調(diào)整決定系數(shù)僅為0.490，回歸方程的擬合優(yōu)度較差，回歸標(biāo)準(zhǔn)差也有較大的變化，這是由于酸根類型屬于定性變量，所構(gòu)建的回歸模型不能預(yù)測(cè)錐高結(jié)果，但可根據(jù)回歸模型定性分析錐高變化方向。由表8可知，定量、酸根類型均與z值間存在交互作用，且均分別與錐高間呈線性關(guān)系，斜率分別0.030z?0.104和1.016z?3.397，隨著定量或酸根類型的改變，錐高變化的方向和程度與z 值有關(guān)，z 值越小，錐高越有利于向減小的方向變化，燃燒錐落頭傾向降低。

3 結(jié) 論

3. 1 不同卷煙紙參數(shù)卷煙自由燃燒速度與錐高有較顯著的差別，說(shuō)明卷煙紙與煙絲匹配度是影響卷煙燃燒特性的重要因素。

3. 2 不同卷煙紙參數(shù)對(duì)錐高的影響趨勢(shì)不同，透氣度、助燃劑用量、碳酸鎂用量及其與鈉鉀比的交互作用是影響錐高的主要因素，可解釋錐高變化的94%；定量、酸根類型是影響錐高的次要因素。

3. 3 控制主要因素的情況下，定量和酸根類型與錐高間均呈顯著線性關(guān)系，低z 值有利于降低燃燒錐落頭傾向。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 許 萍， 王國(guó)強(qiáng)， 李興權(quán)， 等. 不同產(chǎn)地烤煙煙葉自由燃燒速率研究［J］. 煙草科技， 2002（12）：3-5.

XU P， WANG G Q， LI X Q， et al. Study on the Free Burning Rate of Flue-cured Tobacco Leaves from Different Origins［J］. Tobacco Science and Technology， 2002（ 12）： 3-5.

［2］ 閏克玉， 李興波， 張 勇， 等. 河南烤煙（40級(jí)）自由燃燒速率研究［J］. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（3）：73-78.

RUN K Y， LI X B， ZHANG Y， et al. Study on Free Combustion Rate of Henan Flue-cured Tobacco（ Grade 40）［J］. Journal of Zheng?zhou University of Light Industry， 1995（3）： 73-78.

［3］ 程傳玲， 牛婷婷， 穆 林， 等. 卷煙陰燃完全性對(duì)常規(guī)煙氣指標(biāo)的影響［J］. 食品與機(jī)械，2019，35（3）：214-217.

CHENG C L， NIU T T， MU L， et al. The effect of cigarette smolder?ing completeness on conventional smoke indicators［J］. Food and Ma?chinery， 2019，35（ 3）： 214-217.

［4］ 李 斌， 馬新玲， 劉向珍， 等. 卷煙燃燒錐受力分析與落頭傾向檢測(cè)方法［J］. 煙草科技， 2014（1）：12-15.

LI B， MA X L， LIU X Z， et al. Analysis of force on cigarette com?bustion cone and detection method of falling tendency［J］. Tobacco Technology， 2014（1）： 12-15.

［5］ 趙秋榮， 吳 迪， 李立群， 等. 煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙燃燒錐掉落率的影響分析［J］. 農(nóng)產(chǎn)品加工， 2017（1）：40-43.

ZHAO Q R， WU D， LI L Q， et al. Analysis of the Influence of Cut To?bacco Structure on the Dropping Rate of Cigarette Burning Cone［J］.Agricultural Products Processing， 2017（1）： 40-43.

［6］ 喻賽波， 譚 超， 王詩(shī)太， 等. 細(xì)支卷煙燃燒錐落頭傾向的影響因素［J］. 煙草科技，2020，53（12）：59-66.

YU S B， TAN C， WANG S T， et al. Factors influencing the tenden?cy of the combustion cone to fall off in thin cigarettes［J］. Tobacco Technology， 2020，53（12）： 59-66.

［7］ 劉民昌， 李 斌， 銀董紅， 等. 卷煙燃燒錐溫度分布的表征方法［J］. 煙草科技，2012（12）：9-12.

LIU M C， LI B， YIN D H， et al. Characterization method for temper?ature distribution of cigarette combustion cones［J］. Tobacco Tech?nology， 2012（12）： 9-12.

［8］ 李 斌， 劉民昌， 銀董紅， 等. 卷煙燃吸過(guò)程中溫度分布檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用［J］. 煙草科技，2013（2）：24-26.

LI B， LIU M C， YIN D H， et al. Development and application of temperature distribution detection system during cigarette smoking"process［ J］. Tobacco Technology， 2013（2）： 24-26.

［9］ 王 亮， 銀董紅， 李 斌， 等. 切絲寬度對(duì)卷煙燃燒錐溫度分布及CO釋放量的影響［J］. 煙草科技，2020，53（10）：81-87.

WANG L， YIN D H， LI B， et al. The effect of cutting width on the temperature distribution and CO release of cigarette combustion cones［ J］. Tobacco Technology， 2020，53（ 10）： 81-87.

［10］ 穆 林， 惠建權(quán)， 陶世春， 等. 卷煙燃燒錐形態(tài)參數(shù)測(cè)定及與燃燒速率間的關(guān)系［J］. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2019，25（1）：25-32.

MU L， HUI J Q， TAO S C， et al. Measurement of cigarette combus?tion cone shape parameters and their relationship with combustion rate［ J］. Chinese Journal of Tobacco， 2019，25（ 1）： 25-32.

［11］ 許艷冉， 劉舒暢， 穆 林， 等. 煙絲和卷煙機(jī)參數(shù)對(duì)卷煙包灰性能的影響［J］. 煙草科技， 2020，53（12）：67-74.

XU Y R， LIU S C， MU L， et al. The Influence of Cut Tobacco and Cigarette Machine Parameters on Cigarette Ash Performance［J］.Tobacco Technology， 2020， 53（ 12）： 67-74.

［12］ 程傳玲， 佘 鑫， 竇元春， 等. 煙絲/卷煙紙組合對(duì)卷煙焦油量變異的影響［J］. 陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2023， 41（6）： 1-5.

CHENG C L， SHE X， DOU Y C， et al. The effect of tobacco/ciga?rette paper combination on the variation of cigarette tar content［J］.Journal of Shaanxi University of Science and Technology， 2023，41（6）： 1-5.

［13］ 鄔志鋒， 張 齊， 李希強(qiáng)， 等. 卷煙紙參數(shù)對(duì)中支卷煙逐口通風(fēng)率的影響［ J］. 中國(guó)造紙， 2024， 43（ 3）： 97-103.

WU Z F， ZHANG Q， LI X Q， et al. Effect of Cigarette Paper Pa?rameters on the Ventilation Rate of Middle-count Cigarettes［J］.China Pulp amp; Paper， 2024， 43（ 3）： 97-103.

［14］ 林維宣. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法［M］. 大連： 大連海事大學(xué)出版社，1995： 335-337.

LIN W X. Experimental Design Methods［ M］. Dalian： Dalian Mar?itime University Press， 1995： 335-337.

［15］ 朱 冰， 楊 婷， 楊發(fā)文， 等. 均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化漫反射全息攝影技術(shù)條件的實(shí)驗(yàn)研究［J］. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，34（6）：67-72.

ZHU B， YANG T， YANG F W， et al. Experimental study on opti?mizing the conditions of diffuse reflection holographic photography using uniform design method［J］. Journal of Xihua University （Nat?ural Science Edition）， 2015，34（ 6）： 67-72.

［16］ 鐘龍權(quán)， 馬弘舸. 均勻設(shè)計(jì)在微波效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用［J］.信息與電子工程， 2012，10（5）：555-558.

ZHONG L Q， MA H G. Application of Uniform Design in Micro?wave Effect Experimental Research［J］. Information and Electron?ics Engineering， 2012，10（5）： 555-558.

［17］ 穆 林， 惠建權(quán)， 馮 勇，等. 一種卷煙包灰性能測(cè)量方法及裝置： CN109215011A［P］. 2019-01-15.

MU L， HUI J Q， FENG Y， et al. A method and device for measuring the performance of cigarette ash packaging： CN109215011A［P］.2019-01-15.

［18］ 黃維裴. 煙草和煙草制品——卷煙自由燃燒速率的測(cè)定［J］. 煙草科技，1981（2）：51-54.

HUANG W P. Tobacco and tobacco products：Cigarettes determination of free burning rate［J］. Tobacco Technology， 1981（2）： 51-54.

［19］ 胡永明. 卷煙紙陰燃速率的研究［J］. 紙和造紙， 2014，33（4）：26-28.

HU Y M. A study on the smoldering rate of cigarette paper［J］. Pa?per and Paper Making， 2014，33（4）： 26-28.

［20］ 王丙參， 陳慶美， 魏艷華. 含定性變量回歸模型的比較研究［J］. 寧夏師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2019，40（10）：21-26.

WANG B S， CHEN Q M， WEI Y H. Comparative study of regres?sion models with qualitative variables［J］. Journal of Ningxia Nor?mal University， 2019，40（ 10）： 21-26.

［21］ 李 熙， 武玨臣. 含定性變量的回歸分析在公安情報(bào)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)， 2010，20（16）：132-134.

LI X， WU J C. Application of Regression Analysis with Qualitative Variables in Public Security Intelligence Prediction［J］. Science and Technology Intelligence Development and Economics， 2010，20（16）：132-134. CPP

（責(zé)任編輯：董鳳霞）