优化成型工艺参数与检测方法提高滤棒质量控制水平（图）

摘　要　卷烟滤棒的主要作用是过滤主流烟气中的粒子成分，包括焦油与尼古丁，从广义概念上来讲，滤棒的过滤效率是评价滤棒品质的切入点，而影响滤棒过滤效率的因素除受单丝的截面形状，单代与丝束填充量的影响以外，滤棒吸阻与滤棒的过滤效率有密切的关系。因此从控制滤棒的过滤效率来讲，控制滤棒吸阻是滤棒质量控制的要点。而从滤棒在卷接过程的可加工性来讲，滤棒的硬度是滤棒质量控制的要点。因此提高滤棒成型质量的控制水平关键是在提高滤棒吸阻的控制精度的基础上同时保证滤棒硬度满足卷烟的加工要求。

　　关键词　滤棒成型　硬度　吸阻　增塑剂含量　开松比

　　1　研究背景

　　滤棒成型的质量水平的高低，主要通过滤棒的物理指标来反映，从过滤效率的角度来讲，滤棒物理指标的控制以控制滤棒的吸阻为目的。从现代质量管理的角度考虑，对滤棒成型的质量控制应从结果与指标控制向过程与参数控制转变。产品物理指标的稳定是通过过程的稳定来保证的。上海卷烟厂充分利用滤棒成型车间的QTM在线检测设备对滤棒的物理指标利用控制图进行控制，但是成型车间机台较多，不同机台使用同一规格、同一厂家丝束所生产滤棒重量与吸阻数据的分布范围也有所不同。根据SPC原理，应该对不同的机台使用不同的控制限，但是从总体质量控制的角度来讲，这样做势必造成同规格滤棒吸阻的总体偏差变大，这样就需要研究成型机丝束处理条件对吸阻的影响，重点是对使用不同丝束规格时开松工艺参数进行优化，丝束开松工艺参数包括第二与第一传送滚筒的速比，第二传送滚筒与递送滚筒的速比。上述参数除对提高滤棒吸阻的控制精度有帮助外，还对滤棒的外观质量有较大的影响，如成型飞花、滤棒缩头、滤棒开松不良造成的生丝等。

　　此外在滤棒成型的质量管理工作中发现增塑剂添加量作为一个重要的工艺参数对滤棒的物理指标如硬度及滤棒的外观质量如溶孔都有较大的影响。增塑剂添加量过少会造成滤棒硬度不足，从而对卷烟机滤嘴的搓接产生不利的影响；过多会造成溶孔现象，严重影响滤棒外观质量。对增塑剂添加量的研究目前从以下两个方面展开：

　　（1）优化滤棒增塑剂含量的检测方法。（2）明确滤棒增塑剂含量与滤棒硬度的关系。

　　2　增塑剂添加量的研究

　　2.1　优化滤棒增塑剂含量的检测方法

　　滤棒增塑剂含量的计算公式为：增塑剂施加量=（湿棒-干棒）/干棒×100%，但是由于取样方法存在差异造成检测增塑剂含量与实际加量有一定差异，这种差异产生的主要原因是在取干棒前，需要切断增塑剂的喷洒，再取干棒，在切断增塑剂的喷洒后不同的时间里取样会对检测带来不同的结果。从理论上来讲，上胶箱内刷辊停止转动后，丝束带上不应该有增塑剂，但实际上在短时间内，上胶箱内还是残存少量的雾状或回流增塑剂，造成在切断增塑剂的喷洒就立即取样时，取出的干棒上残存一定量的增塑剂，于是需要解决切断增塑剂的喷洒后多少时间取干棒是比较合理的，间隔时间太少，干棒中还残存增塑剂，间隔时间太长会造成一定的浪费。我们取10组生产同一规格滤棒的成型机重复做如下实验：在切断增塑剂的喷洒1秒到30秒每隔5秒各取50支干棒，然后恢复上胶，再取50支湿棒，作成甘油酯变化的趋势图，观察到什么时间增塑剂含量基本不再变化。通过该实验可以得出在切断增塑剂的喷洒15秒后，甘油酯含量基本走势为直线，如下图1所表示的各机组平均增塑剂含量变化情况。（图1）

　　图1　甘油酯含量变化趋势图

　　从上图可以看出甘油酯含量基本走势：到停止喷洒增塑剂15秒后，走势基本平稳。所以对滤棒甘油酯含量的测定方法与程序应该给予规定：即关闭甘油酯喷洒装置后15秒再取干棒。这样能更准确的反应甘油酯实际施加量。

　　2.2　甘油酯施加量与滤棒硬度的关系

　　甘油酯施加量对滤棒品质的影响是比较大的。甘油酯施加量不足会引起滤棒硬度降低，影响卷接搓接质量，太高会造成滤棒有溶孔现象。因此三醋酸甘油酯作为滤棒生产中重要的添加成份，在管理上正确的把握三醋酸的施加量是非常重要的。由于滤棒吸阻是滤棒最重要的物理指标，是衡量滤棒内在品质的标准，因此，研究甘油酯施加量与滤棒硬度的关系必须与滤棒吸阻同时进行研究。

　　为了全面的了解甘油酯施加量与滤棒吸阻、滤棒重量的关系，对使用2.7×35000规格的丝束2#棒作如下实验：在同一台KDF2上使用同一个丝包，调整不同的甘油酯施加量，分别取样，检测滤棒硬度以及滤棒吸阻。（记录数据从略）

　　2.2.1　试验分析

　　（1）甘油酯施加量与硬度的关系

　　图2甘油酯施加量与硬度的关系

　　甘油酯施加量增加滤棒硬度增加。

　　经计算其相关系数为r=0.49。查表：

　　r1-a/2（n-2）=0.60（a=5%）

　　因此，甘油酯施加量与滤棒硬度变化趋势一致，但无显著性。

　　（2）干棒重量与硬度的关系

　　图3　干棒重量与硬度的关系

　　干棒重量增加硬度增加。

　　经计算其相关系数为r=0.67。查表：

　　r1-a/2（n-2）=0.60（a=5%）

　　因此，干棒重量与滤棒硬度呈显著性正相关。

　　（3）甘油酯施加量与吸阻关系

　　图4　甘油酯施加量与吸阻的关系

　　甘油酯施加量增加吸阻增加

　　经计算其相关系数为r=0.29。查表：

　　r1-a/2（n-2）=0.60（α=5%）

　　因此，甘油酯施加量与滤棒吸阻变化趋势一致，但无显示著性。

　　（4）滤棒重量与吸阻的关系

　　图5　滤棒重量与吸阻的关系

　　滤棒重量增加吸阻增加

　　经计算其相关系数为r=0.61。查表：

　　r1-a/2（n-2）=0.60（α=5%）

　　因此，滤棒重量与吸阻呈显著性正相关。

　　2.2.2　实验结论

　　由以上甘油酯施加量、滤棒硬度、滤棒重量、滤棒吸阻相互之间的变化趋势可以得出以下结论：

　　（1）干棒重量对滤棒硬度的影响最大，即滤棒的含丝量直接影响滤棒硬度。甘油酯施加量增加滤棒的硬度相应提高，但是这种影响是有限的，甘油酯施加量增加到一定的程度，滤棒的硬度提高趋于极限。

　　（2）滤棒重量增加吸阻增加，明显呈正相关，甘油酯施加量，吸阻呈增加趋势，但是不十分明显。

　　（3）为了保证滤棒吸阻更接近设计值，需要根据不同的丝束来料调整滤棒的重量，即通过调整开松比来调整滤棒的含丝量。由于滤棒的含丝量直接影响滤棒硬度，且有时这一方面的影响程度要大于甘油酯施加量对滤棒硬度的影响，因此对滤棒硬度与甘油酯施加量这两个指标来讲实际上是一个无中心值，但可以在一个合理的范围波动的指标，波动的目的是为了保证滤棒的吸阻更接近设计值。这个合理的范围理解：不影响滤棒的搓接加工性，不至于产生胶孔。由此可以理解为：滤棒硬度与滤棒甘油酯施加量这两个指标的中心值的实际意义不大。新滤棒国家标准对滤棒硬度采用实际检测值加减3%的提法通过以上实验是可以理解与接受的。

　　3　优化不同规格丝束开松工艺参数

　　采用正交试验的方法确定滤棒开松时的速比。

　　3.1　正交试验方案

　　实验目的：从滤棒成型的开松参数考虑降低滤棒吸阻的标准偏差。

　　实验指标：滤棒吸阻的标准偏差，同时参考滤棒硬度、开松宽度、圆周、重量。

　　因子确定；F2/F1为A因子、F2/F3为B因子、同时考虑A与B的交互作用。

　　因子水平12至l5之间的四个水平进行实验。

　　正交表选择：选用四水平正交表L16（45）

　　3.2　实验方法

　　3.2.1　2.4×32000与2.7×35000各使用一只丝包实验

　　3.2.2　实验前作干湿棒，并记录

　　3.2.3　严格按照实验要求的开松比要求，同时保证滤棒重量在规定要求内，每一个实验号开5格滤棒，作好实验号标识，同时测量开松宽度，待稳定后取样，随机取70支滤棒，放在贴有实验号标记的容器内，其中50支检测吸阻、重量、圆周，记录吸阻平均值、SD。参考重量平均值，圆周平均值，20支检测硬度。

　　实验记录从略，实验分析使用MINITAB软件进行分析。

　　3.3　实验结论

　　3.3.1　2.4×32000规格丝束：理想的开松比是，第二开松辊转速与输出辊转速理想的范围是1.25-1.3，第二开松辊转速与第一开松辊转速理想的范围是1.30-1.35。

　　2.7×35000规格丝束：理想的开松比是，第二开松辊转速与输出辊转速理想的范围是1.3-1.35，第二开松辊转速与第一开松辊转速理想的范围是1.35-1.40。

　　在这种开松比下各实验指标平均值以及范围如下：

　　

表1　理想开松条件下滤棒物理指标数据

　　注：“1-1”表示1#滤棒第一组实验。

　　3.3.2　上表汇总数据中滤棒圆周、重量与吸阻的平均值作为实验结果的参考数据，用来保证实验结果在规定的工艺技术要求内进行。从实验结果对滤棒硬度的保证能力来看，是可以满足滤棒硬度的要求的。从开松宽度数据来看，我们通过实验得到了在合理开松比范围内开松宽度的经验值，考虑到丝束规格的选用以及开松螺纹辊的选用都会造成开松宽度产生变化，该数值仅作为参考。

　　3.3.3　第二开松辊转速与输出辊转速过大，同时第二开松辊转速与第一开松辊转速过小时，丝束在开松过程中容易引起荡丝，甚至引起丝束无法正常开松；当第二开松辊转速与输出辊转速过小，同时第二开松辊转速与第一开松转速过大时，可能引起滤棒端面缩头。但是如果在上述推荐的合理开松比条件下开松，上述现象可以避免。因此为了得到好的开松效果，开松比除了满足上述两个范围的要求以外，最好两个开松比之间的差异不要太大，以尽量避免荡丝或缩头。

　　4　开松比的验证

　　为了对实验结果进行验证，随意挑选2台KDF2机分别生产2.4×32000规格丝束的1#棒，以及2.7×35000规格丝束的2#棒，搜集统计近一个月的滤棒检测物理数据，同时与验证前一个月的物测数据对比结果如表2。

　　从以上数据可以看出对开松比参数进行优化后，对滤棒吸阻来讲，控制精度得到了提高，但是对重怛与圆周的控制精度无影响。

　　

表2　新老开松参数物理测试结果对比

　　从以上数据可以看出对开松比参数进行优化后，对滤棒吸阻来讲，控制精度得到了提高，但是对重量与圆周的控制精度无影响。
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