造纸法再造烟叶单独制丝关键工序加工条件对加工质量的影响

邓国栋，席年生，李洪涛，边腾飞，刘德虎，徐大勇，堵劲松，张玉海*

1.郑州烟草研究院烟草行业烟草工艺重点实验室，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

2.山东中烟工业有限责任公司，山东省青岛市崂山区株洲路137号 266101

3.浙江中烟工业有限责任公司，杭州市西湖区科海路118号 310024

由于造纸法再造烟叶对于卷烟产品降焦减害、突出产品风格特征、提升卷烟品质具有重要作用，因此，提升造纸法再造烟叶加工质量和使用效果一直是行业普遍关心的问题。目前，国内卷烟企业大多采用造纸法再造烟叶与烟叶混合进行制丝加工，由于造纸法再造烟叶与烟叶的物理、化学等性质不同［1-2］，两者在回潮、切丝、干燥等制丝关键工序的加工特性存在差异，造成造纸法再造烟叶切丝质量较差，利用率较低等问题。因此，现有混合加工工艺不能完全满足精细化加工要求。而国内外关于造纸法再造烟叶的研究主要集中在造纸法再造烟叶本身的制造加工工艺［3-6］，关于造纸法再造烟叶的单独制丝加工工艺少见报道。因此，利用国内目前仅有的两条造纸法再造烟叶单独制丝生产线分别研究了再造烟叶单独制丝关键工序加工条件对加工质量的影响，旨在进一步提高造纸法再造烟叶利用率、卷烟产品质量的稳定性及卷烟加工质量。

1 材料与方法

1.1 材料、设备与仪器

选取KY-4，KY-5（杭州利群环保纸业有限公司）和瑞博斯（山东瑞博斯烟草有限公司）3 种造纸法再造烟叶作为试验样品。

利群纸业再造烟叶制丝生产线；山东中烟青州卷烟厂再造烟叶制丝生产线；SQ912 型薄片切丝机（昆明船舶集团有限责任公司）；SQ911 型薄片辊刀式切丝机（昆明烟机集团二机有限公司）；D51 型填充值测定仪（德国Factory densimeter 公司）；YQ22 型烟丝振动分选筛（郑州烟草研究院）；JTY250-I 型烟草投影仪（深圳市恒信杰机电设备有限公司）；TM710 型在线水分仪（美国NDC 红外技术公司），MX 2 型红外测温仪（美国Raytex 公司）；CS10122AB 型电热鼓风干燥箱（重庆银河仪器有限公司）；PL3001-S 电子天平（感量：0.1 g，瑞士Mettler 公司）。

1.2 方法

1.2.1 切丝与烘丝试验

根据造纸法再造烟叶单独制丝特点，对单独制丝过程的关键工序（切丝工序和烘丝工序）分别进行不同加工条件对加工质量的影响研究。切丝工序研究了不同刀门压力、不同物料含水率对切丝质量的影响；烘丝工序研究了在保证物料出口含水率一致条件下不同干燥强度对烘后造纸法再造烟叶丝的质量影响。研究过程中KY-4,KY-5 采用SQ911 型薄片辊刀式切丝机（昆明烟机集团二机有限公司）切丝，在杭州利群环保纸业再造烟叶制丝生产线进行试验；瑞博斯采用SQ912 型薄片切丝机（昆明船舶集团有限责任公司）切丝，在山东中烟青州卷烟厂再造烟叶制丝生产线进行试验。由于两家切丝机制造企业本身设备结构及参数设置的差异，5 个梯度的刀门压力分别设定为：KY-4 和KY-5：0.18，0.22，0.26，0.30，0.34 MPa；瑞博斯：11，14，16，20，24 kN。

1.2.2 加工质量指标测定

（1）切丝宽度及合格率测定。参照《卷烟工艺测试与分析大纲》［7］中叶丝宽度取样及测定方法，每组试验取3 个样品进行测定，每个样品测试3 次，取平均值；当再造烟叶丝宽度在设定切叶丝宽度±0.1 mm 范围内时，为宽度合格再造烟叶丝。

（2）跑片（或粘连并条）比例测定。每批样品在设备运行稳定情况下在设备出口随机取样3 次，每次取样100 g 左右，分别称量；将每个样品中跑片（或粘连并条）的烟丝检出，称重并记录，跑片（或粘连并条）比例按式（1）计算，3 个样品平均值为该试验样品的跑片（或粘连并条）比例。

式中：Q1——跑片（粘连并条）比例（%，结果精确至0.01%）；m1——跑片（或粘连并条）烟丝质量（g）；M1——被检测样品质量（g）。

（3）卷曲度测定。每批样品在设备运行稳定情况下在设备出口随机取样3 次，每次取样50 g 左右；从每个样品中随机取出50 根烟丝，分别测定自然状态下烟丝卷曲时的最大长度，以及拉直后的最大长度，烟丝卷曲度按式（2）计算，3 个样品平均值为该试验样品的卷曲度。

式中：J——烟丝卷曲度（%，结果精确至0.01%）；Hi——卷曲状态下的烟丝最大长度（mm）；Li——拉伸后的烟丝长度（mm）。

（4）烟丝结构及填充值的测定。烟丝结构参照《卷烟工艺测试与分析大纲》［7］中烟丝结构取样及测定方法，每组试验取3 个样品进行测定，结果取平均值；烟丝填充值按YC/T152—2001《卷烟 烟丝填充值的测定》［8］方法进行，每组试验取3 个样品进行测定，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 切丝刀门压力对造纸法再造烟叶切丝质量的影响

2.1.1 对切丝宽度和宽度合格率的影响

不同切丝刀门压力条件下进行切丝，切丝宽度平均值和合格率分别见图1 与图2。其中，KY-4 和KY-5 再造烟叶切丝宽度设定值为0.90 mm，瑞博斯再造烟叶切丝宽度设定值为0.95 mm。由图1 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝宽度平均值与刀门压力没有明显的线性关系；由图2 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝宽度合格率与刀门压力没有明显的线性关系，但刀门压力过低时，切丝宽度合格率下降。

图1 切丝宽度平均值与刀门压力关系

图2 切丝宽度合格率与刀门压力关系

2.1.2 对粘连并条比例的影响

不同切丝刀门压力条件下切丝后，粘连并条比例检测结果见图3。由图3 可知，在试验范围内，测定粘连并条比例在2%以内，随切丝刀门压力增加，切丝粘连并条比例呈增加趋势，且随着刀门压力增加，切丝机噪声增大，并伴随一定的打刀现象。因此，从切丝粘连并条比例考虑，再造烟叶切丝过程中刀门压力不宜过高。

图3 不同切丝刀门压力条件下切丝粘连并条比例

2.1.3 对跑片比例的影响

不同切丝刀门压力条件下切丝后，烟丝跑片比例测定结果见图4。由图4 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝跑片比例在4.5%以内；且随刀门压力的增加，切丝跑片比例呈逐渐减小趋势。因此，从切丝跑片比例考虑，再造烟叶切丝过程中刀门压力不宜过低。

图4 切丝跑片比例与切丝刀门压力关系

2.2 物料含水率对造纸法再造烟叶切丝质量的影响

2.2.1 对切丝宽度和宽度合格率的影响

不同物料含水率条件下进行切丝，再造烟叶切丝宽度平均值和合格率见图5 和图6。其中，KY-4 和KY-5再造烟叶切丝宽度设定值为0.90 mm，瑞博斯再造烟叶切丝宽度设定值为0.95 mm。由图5 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝宽度平均值与物料切丝含水率没有明显的线性关系。由图6 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝宽度合格率与物料切丝含水率没有明显的线性关系，但不同种类的再造烟叶在相同切丝条件下，切丝宽度合格率存在差异，即不同的再造烟叶产品适宜的切丝条件不同。

图5 切丝宽度平均值与物料切丝含水率关系

图6 切丝宽度合格率与物料切丝含水率关系

2.2.2 对粘连并条比例的影响

不同物料含水率条件下进行切丝，切丝后粘连并条比例检测结果见图7。由图可知，在试验范围内，测定的粘连并条比例在6%以内，随再造烟叶切丝含水率的增加，切丝粘连并条比例呈现增加的趋势；但过低的含水率条件下切丝，切丝飞灰情况严重，易造成生产环境污染。由于KY-4、KY-5 再造烟叶与瑞博斯再造烟叶所使用的切丝机不同，故在相同含水率条件下切丝，它们的粘连并条比例存在一定的差异。

图7 不同物料含水率条件下切丝粘连并条比例

2.2.3 对跑片比例的影响

不同物料含水率条件下切丝后的烟丝跑片比例测定结果见图8。由图8 可知，在试验范围内，再造烟叶切丝跑片比例在2%以内；随物料含水率的增加，切丝跑片比例略有减小；在相同物料含水率及切丝条件下，不同再造烟叶跑片情况略有差异。

图8 切丝跑片比例与物料含水率关系

2.2.4 对飞灰程度的影响

再造烟叶是以烟末、烟梗、碎片等烟草物质配以粘合剂等重新组合的产品，由于自身结构特点，随着物料含水率由低到高的增加，切丝过程的飞灰情况依次为较重、有、较轻、基本无。再造烟叶在较低物料含水率条件下进行切丝时，由于飞灰情况严重，易造成环境污染及后续的废气处理难度，且存在一定的安全隐患。但在切丝过程中，随物料含水率增加，切丝机粘刀现象及排链打滑现象增加。因此，再造烟叶切丝过程应根据物料差异及切丝机的不同选择在合适的含水率条件下切丝。

2.3 叶丝干燥条件对造纸法再造烟叶烘丝质量的影响

2.3.1 对再造烟叶丝卷曲度的影响

采用相同的刀门压力切丝后，分别对不同来料含水率的再造烟叶丝进行干燥。为保证烘丝机出口物料含水率一致，随来料含水率的增加，采用依次增强的干燥强度进行再造烟叶丝的干燥，图9 为来料含水率不同时，再造烟叶丝干燥后卷曲度测定情况。由图可知，随干燥入口物料含水率的增加，干燥强度增大，干燥后再造烟叶丝卷曲度呈现增加趋势。不同种类再造烟叶丝干燥后卷曲度存在差异，其中KY-4 和KY-5 由于入口物料含水率较低，干燥过程筒壁为预热温度，主要依靠热风进行干燥，两者干燥后卷曲度在17%～23%之间；而山东瑞博斯再造烟叶由于入口物料含水率较高，干燥过程采用筒壁和热风复合干燥方式进行干燥，其卷曲度在23%～32%之间。因此，适当增加干燥来料含水率至16.0%～20.0%，并采用筒壁结合热风的干燥加工条件有利于再造烟叶丝卷曲度的提高。

图9 干燥条件对再造烟叶丝卷曲度的影响

2.3.2 对再造烟叶丝填充值的影响

随来料含水率增加，为保证烘丝机出口物料含水率一致，采用依次增强的滚筒干燥条件进行再造烟叶丝干燥，在滚筒出口取样对再造烟叶丝干燥后填充值进行测定，图10 为再造烟叶丝干燥后填充值测定情况。由图可知，随干燥入口物料含水率的增加，干燥强度增大，干燥后再造烟叶丝填充值略有增加。不同种类再造烟叶丝干燥后填充值存在差异，其中瑞博斯再造烟叶丝干燥后填充值较KY-4 和KY-5 低，这可能是由于瑞博斯再造烟叶片形较小引起的。

图10 干燥条件对再造烟叶丝填充值的影响

2.3.3 对再造烟叶丝结构的影响

图11 为再造烟叶丝经不同干燥强度处理后整丝率测定情况。由图可知，随干燥入口物料含水率的增加，干燥强度增大，干燥后再造烟叶丝整丝率无明显的变化规律。不同种类再造烟叶丝干燥后整丝率存在一定差异。其中瑞博斯再造烟叶丝干燥后叶丝整丝率明显低于KY-4 和KY-5 再造烟叶丝，这与瑞博斯再造烟叶片形较小有关。

随干燥来料含水率增加，为保证滚筒出口物料含水率一致，进行了不同干燥强度试验，图12 为再造烟叶丝经不同干燥强度处理后碎丝率测定情况。由图12 可知，随干燥入口物料含水率的增加，在干燥入口含水率低于16.0%时，干燥后再造烟叶丝碎丝率减小，当大于17.5%时，随来料含水率增加，干燥后再造烟叶丝碎丝率增加。这可能是由于干燥入口含水率较高可能造成再造烟叶丝的解纤，从而造成碎丝率（含末量）略有增加。

图11 干燥条件对再造烟叶丝整丝率的影响

图12 干燥条件对再造烟叶丝碎丝率的影响

3 结论

（1）随切丝机刀门压力增加，造纸法再造烟叶丝跑片比例减少、粘连并条比例增加；切丝宽度与刀门压力无明显线性关系，刀门压力过低，切丝合格率下降；

（2）随切丝过程物料含水率的增加，造纸法再造烟叶丝跑片比例略有减少、粘连并条比例增加，飞灰情况逐渐减轻；切丝宽度和宽度合格率与物料含水率无明显线性关系；

（3）随烘丝加工强度的增加，烘后再造烟叶丝卷曲度增加、填充值略有增加，整丝率无明显变化规律，碎丝率呈现先减小后增大趋势；

（4）不同的造纸法再造烟叶在不同的切丝机上进行切丝时，适宜的刀门压力和物料切丝含水率存在一定的差异。因此，应综合考虑切丝宽度合格率、粘连并条及跑片比例以及安全生产、环境卫生等基础上确定合适的切丝条件；不同的造纸法再造烟叶丝进行干燥时，应综合考虑再造烟叶丝的卷曲度和填充值的增加，以及可能造成的碎丝率增加及感官质量的变化。

［1］白晓莉,邹泉,牟定荣,等.制丝过程对再造烟叶物理及化学性质的影响［J］.烟草科技，2009（8）：14-17.

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［7］国家烟草专卖局.卷烟工艺测试与分析大纲［M］.成都:四川大学出版社，2004.

［8］YC/T 152—2001 卷烟 烟丝填充值的测定［S］.