卷烟物测指标对细支卷烟吸阻影响的研究

潘彦伶 唐国参 李传伟 李 馨 赵素菲

（广西中烟工业有限责任公司南宁卷烟厂，广西 南宁 530001）

与常规烟相比，细支烟具有烟支长、直径小、质量轻和吸阻大等特点，烟支物测指标的控制难度也随上升，其中细支烟的吸阻问题比较突出，是国内各大卷烟生产企业的研究重点。侯冰清等[1]通过相关性分析及建立的拟合模型，确定了单支卷烟质量对吸阻影响的正相关性；圆周对吸阻影响呈负相关性；长度对吸阻影响不显著。瞿先中等[2]分析烟支质量、烟支通风率与烟支吸阻、烟支硬度的相关性，确定了细支烟质量对吸阻的重要影响。高明奇等[3]研究多种二醋酸纤维丝束规格细支卷烟的不同滤嘴设计参数对细支卷烟吸阻的影响规律及趋势，在滤棒压降不变的情况下，烟支吸阻与滤嘴通风率呈显著负相关关系。孙东亮等[4]对卷烟吸阻与各物理指标、烟丝结构进行了统计分析，发现卷烟单支质量、圆周对吸阻有显著影响。林婉欣等[5]通过数据分析确定了细支卷烟的吸阻与单支质量、圆周有显著的线性相关关系，所建模型与实际验证拟合度较好，可通过调节卷接设备各工艺参数来调整细支卷烟的单支质量、圆周，达到控制细支卷烟吸阻的目的。汪兵云等[6]研究了烟支质量、烟支内烟丝密度分布、劈刀盘规格几个方面对烟支吸阻稳定性的影响，其中，烟支质量和劈刀盘规格对烟支吸阻稳定性的影响较大。上述细支烟吸阻研究主要关注烟支开放式吸阻与物测指标之间的相关性，该文考虑了烟支开放式吸阻和封闭式吸阻之间的差异，研究了细支卷烟的物测指标对开放吸阻和封闭吸阻的影响，旨在探究如何稳定控制卷烟生产过程中细支卷烟的吸阻。

1 材料与方法

样本检测设备采用欧美利华烟支综合测试台。

材料选择南宁卷烟厂某细支卷烟品牌2022年11月成品烟支物理检测数据，收集单支质量、圆周、长度、开放吸阻、封闭吸阻、嘴通风率以及硬度7 项物理指标进行分析。

2 细支卷烟吸阻与卷烟物测指标的分析

2.1 开放吸阻和封闭吸阻

进行卷烟吸阻测量时，测量仪器会在样品下方提供17.5mL/s 的标准测量气流（负压）来测量测量点，即烟支、滤嘴棒末端与上方的大气压之间的压力差。该压力差即所需测量的吸阻。根据烟支综合测试台测量烟支时的不同测量方式，卷烟吸阻可分为开放式吸阻，封闭式吸阻。只有固定乳胶管紧紧包裹住卷烟样品滤嘴端的一部分，其他部分与大气相通时，负压环境空气流同时从样品的烟丝端、烟纸部分及滤嘴部分进入卷烟样品，从滤嘴端流出，此时可得到卷烟样品的开放式吸阻。当卷烟样品的滤嘴部分被封闭与大气环境完全隔绝时，烟纸部分和烟丝端与大气环境相通，负压环境空气流同时从样品的烟丝端及烟纸部分进入样品，从滤嘴端流出，此时可得到卷烟样品的封闭式吸阻。

根据烟支吸阻检测原理的差异性，将2022年11月的成品细支卷烟开放吸阻和封闭吸阻进行对比，如图1所示。结果表明，封闭吸阻整体高于开放吸阻。2 种不同检测方式得到的细支卷烟吸阻的变化趋势基本相似，但两者之间存在约0.18kPa 的差异值。因此，可以确定卷烟滤嘴部分负压空气的流量变化对开放吸阻有明显影响。

图1 开放吸阻和封闭吸阻对比

2.2 开放吸阻与滤嘴通风率

为了改善烟支的抽吸顺畅感，细支卷烟一般采用滤嘴打孔的方式来降低烟支吸阻，因此滤嘴打孔效果的好坏会直接改变嘴通风率的大小，从而影响细支烟的开放吸阻。对比细支烟封闭吸阻和开放吸阻的差异，滤嘴通风率在9%～12%时，吸阻差值为0.15kPa～0.19kPa。相关性分析显示（如图2所示），滤嘴通风率和吸阻差的相关系数为0.809，置信区间为0.69～0.885，两者之间呈明显的正线性相关。对打孔的细支烟来说，在烟支封闭吸阻不变的情况下，滤嘴通风率越大，烟支开放吸阻越小，当滤嘴通风率出现异常时，势必会对烟支开放吸阻产生影响，因此生产过程中需要控制好细支卷烟的滤嘴通风率，才能达到烟支吸阻稳定的目的。

图2 吸阻差值和滤嘴通风率的相关性

2.3 封闭吸阻与卷烟物测指标

烟支封闭吸阻与质量、长度、圆周和硬度的相关性显示（如图3所示），封闭吸阻与质量的相关系数达到0.655，其置信区间为0.47～0.785，两者之间呈较强的正线性相关，封闭吸阻会随烟支质量增加而逐渐上升，因此调整烟支的单支质量能够有效地改变烟支吸阻大小。封闭吸阻与硬度的相关性仅次于质量对封闭吸阻的影响，相关系数达到了0.629，置信区间为0.434～0.767。在烟支质量不变的情况下，烟支内部烟丝结构决定了烟支的硬度值，因此稳定的烟丝结构能够减少烟支硬度的变化，提高烟支封闭吸阻的稳定性。封闭吸阻与圆周、长度之间的相关性相对较弱，长度在一定范围的波动对封闭吸阻的影响不显著，而圆周与封闭吸阻存在负线性相关性，增加烟支的直径可以在一定程度上降低烟支的吸阻。但考虑圆周波动产生的其他烟支质量影响，在实际生产中，很少通过圆周来调整烟支的封闭吸阻。因此，在卷包生产过程中，需要注意控制烟支的质量和硬度，以保证烟支封闭吸阻的稳定性。

图3 封闭吸阻、质量、长度和圆周的矩阵图

综上所述，细支卷烟的开放吸阻与封闭吸阻之间存在很强的正线性相关性，封闭吸阻、开放吸阻的吸阻差异与滤嘴通风率存在强相关性，烟支单支质量、硬度与封闭吸阻之间有显著的线性相关性，长度和圆周与封闭吸阻之间的相关性较弱。在卷包过程中很难干预、调整烟支硬度，因此在对细支卷烟吸阻进行预测和控制时不应将其作为可调节因子。

3 细支卷烟吸阻的控制

3.1 细支卷烟吸阻的控制模型

为了更好地预测和控制细支卷烟的吸阻，需要考虑开放吸阻和封闭吸阻之间的差异性。因此，该文采用了分段建立回归预测模型的方法，这样可以更准确地预测细支卷烟的吸阻，并且有助于控制吸阻的变化。通过建立开放吸阻与封闭吸阻、滤嘴通风率之间的回归方程来更好地理解吸阻的变化规律和影响因素。其回归方程如公式（1）所示。

式中：Z为开放吸阻；y1为封闭吸阻；y2为滤嘴通风率。

模型的拟合度R2达到94.55%。模型中，封闭吸阻系数远大于滤嘴通风率系数，封闭吸阻是决定开放吸阻大小的主要因素，而滤嘴通风率的调整对开放吸阻的影响相对较小。实际生产中需要观察滤嘴通风率的影响，尽可能地在一定范围内进行调整，以达到最佳的开放吸阻效果。

封闭吸阻与质量、圆周、长度回归方程如公式（2）所示。

式中：y为封闭吸阻；x1为质量；x2为圆周。

模型的拟合度R2为47.49%。模型中，质量系数值远大于圆周系数，烟支的质量对封闭吸阻的影响更大。此外，质量与封闭吸阻之间呈正相关，烟支的质量越大，封闭吸阻也会越大。相反，圆周与封闭吸阻呈负相关，圆周越大，封闭吸阻越小。在圆周稳定的情况下，烟支封闭吸阻单支质量会随烟支单支质量增加而显著上升。而烟支的质量不变的情况下，圆周的变化会造成封闭吸阻的波动，因此，质量和圆周的稳定性控制是调整封闭吸阻的重要手段。

3.2 烟支吸阻模型的验证

为了验证吸阻模型的效果，该文采用2022年12月同品牌的烟支物测检测数据进行模型测试。结果显示（如图4所示），开放吸阻的实测值和预测值几乎重合，表明利用封闭吸阻和滤嘴通风率构建的开放吸阻预测模型的效果较好。但是，卷包生产过程中烟支封闭吸阻无法直接调整，开放吸阻的预测结果存在很大的局限性。此外，封闭吸阻的预测模型的预测结果显示，由于模型的封闭吸阻的拟合度不足50%，实测值与预测值之间产生了较大差异，多个样本的极差超过50Pa，因此模型预测的准确性无法满足要求。这是因为仅通过烟支质量、圆周构建封闭吸阻模型，忽略了滤嘴部分的滤棒压降变化对烟支吸阻的影响，而烟丝结构的变化也同样会对烟支吸阻造成一定影响，所以削弱了烟支质量对烟支吸阻的影响程度。因此，在实际应用过程中，需要综合考虑烟支结构的组成和各种因素的影响，以提高吸阻模型的准确性和可靠性。

图4 烟支吸阻实际值和模型预测值对比

4 结论

根据对细支卷烟物测指标与吸阻的相关性分析，封闭吸阻、滤嘴通风率与开放吸阻、烟支单支质量、圆周等因素对烟支吸阻有显著影响。为了更好地控制细支卷烟的吸阻，该文建立了相应的回归方程，并对烟支的开放吸阻和封闭吸阻进行了预测和验证。结果表明，烟支的开放吸阻与封闭吸阻存在显著的正相关性，而烟支单支质量、圆周的调整对封闭吸阻有一定影响，滤嘴通风率的调整则会对开放吸阻产生影响。因此，在细支卷烟的实际生产中，当烟丝、滤棒等烟用原料稳定时，通过调整细支卷烟单支质量、圆周、滤嘴通风率，可以稳定控制烟支吸阻，从而提高细支卷烟的质量和市场竞争力。