卷制加热不燃烧卷烟堵丝问题与改进研究＊

吴克如 吴伟明 杨 淼 章俊杰

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江杭州 310024）

0 引言

随着全球控烟运动的持续推进以及人们健康意识的不断增强，传统卷烟制品销量一直呈现下降趋势[1]。在此背景下，新型烟草产品逐渐成为研发热点，其中最具代表性的是加热不燃烧烟草制品[2]。加热不燃烧烟草制品最大的特点在于，加热不燃烧卷烟是通过将外部热源用于加热烟丝或烟草薄片，而不是通过传统点燃的方式进行抽吸，这种产品在食用过程中不会产生焦油、CO、重金属等有害物，可以大大降低抽吸过程对人体的伤害，因而受到年轻一代消费者的追捧[3]。杭州卷烟厂根据浙江中烟工业有限责任公司对新型烟草研究的总体战略部署，采用无序烟丝、空心滤棒加工生产加热不燃烧卷烟制品，本着充分利用现有闲置设备、节约成本的原则，开创性地以ZJ17D卷接机组作为生产加热不燃烧烟草制品的设备。基于在生产中遇到的问题，开展吸丝成型与卷制流程部分堵丝问题的研究，采用新材料工艺及设备改进的方法，以期提高加热不燃烧烟草制品的生产稳定性。

1 吸丝成型与卷制流程

吸丝成形系统的一次风选和二次风选筛选出的烟丝由负压吸风吸附至吸风室，吸风室借助负压吸风和尼龙吸丝带，对烟丝进行吸丝成形，形成截面为矩形的烟丝束雏形，平整器将多余的烟丝从尼龙吸丝带上修剪下来，形成符合工艺要求的烟丝束送至卷制成形部分。

卷制成形系统给烟丝束与卷烟纸提供了汇合的通道，经几个成形件的前后、上下合理配置，上胶器提供均匀的胶液，使卷烟纸包裹烟丝，形成连续且均匀一致、符合工艺要求的圆形烟条，再经烙铁烫干黏合部位，形成可供切割的烟条[4]。吸丝成型与卷制流程具体烟丝流的走向如图1 所示。

图1 吸丝成型与卷制流程具体烟丝流的走向

2 相关零部件的作用及工作原理

（1）劈刀盘的作用是对吸丝带上吸附的烟丝进行修剪，通过劈刀盘上的凹槽对烟丝进行挤压，形成烟丝的压实端，刷丝轮将劈刀盘修剪下来的烟丝通过自身的旋转带入螺旋回丝机构进行再利用。

（2）铲丝刀的作用是将吸丝带传送来的烟丝束铲下使其进入烟丝卷制流程，是ZJ17D 卷接机组吸丝成形部分的重要部件。

（3）吸丝带驱动轮带动吸丝带运转，由于吸丝带上有网孔，可吸附烟丝向前运行，在吸丝导轨的作用下形成一定宽度的烟丝束，输送到平整器装置进行修削成形。

（4）烟舌是卷制流程部分烟枪部件中给予烟丝束第一次压缩的工作件，它与烟枪底板的第一段槽组合，形成卷制成形通道的第一段逐渐收缩的圆锥形通道。

（5）小压板是给予烟丝束第二次压缩的工作件，烟丝束从烟舌出来后进行第一次膨胀后进入小压板进行第二次压缩，是整个卷制流程部分的重要组件。

3 存在问题

ZJ17D 卷接机组在生产加热不燃烧卷烟产品时吸丝成形与卷制流程中部分部件，比如劈刀盘、刷丝轮、铲丝刀、吸丝带驱动轮、烟舌、小压板等表面容易黏附烟丝，如图2 所示，使原有零部件的设计及工艺功能发生变化，出现烟丝运行不顺畅、堵塞等问题，严重时设备根本无法开动，无法满足批量生产的要求。

图2 各零部件表面黏附烟丝情况

4 原因分析

由于采取的技术路线为在无序烟丝中加入甘油作为发烟剂，甘油本身为无色黏稠液体，在添加甘油后，烟丝的物理性状发生变化。在烟丝与设备零部件的接触过程中，烟丝中的甘油在设备的运行过程中残留在设备零部件表面，烟丝在经过这些零部件表面时容易发生黏滞，使原有零部件的设计及工艺功能发生变化而出现堵丝现象。

5 改进方法

5.1 吸丝成形流程零部件改进

5.1.1 劈刀盘、刷丝轮、铲丝刀改进

鉴于劈刀盘、刷丝轮以及铲丝刀容易黏上烟丝而导致堵丝这一问题，选用特氟龙涂层对这3 个零件进行表面处理，特氟龙涂层具有较低的摩擦系数以及几乎与所有物质都不黏合这一特性，经过表面处理后的劈刀盘、刷丝轮以及铲丝刀如图3 所示。

图3 镀层后的劈刀盘、刷丝轮、铲丝刀

5.1.2 吸丝带驱动轮改进

吸丝带驱动轮做循环圆周运动，吸丝带驱动轮表面黏附甘油的烟丝后，在驱动吸丝带运行过程中，吸丝带容易打滑而导致吸附在吸丝带上的烟丝不能向前传输，如图4所示。针对这一情况，现场对吸丝带驱动轮的表面沟槽间距进行测量，针对性设计吸丝带驱动轮在线清洁装置，如图5 所示。通过安装在吸丝带驱动轮表面的锯齿状刮刀，实现吸丝带驱动轮的在线清洁，保持吸丝带驱动轮表面的整洁，避免吸丝带打滑情况的出现。

图5 在线清洁装置

5.2 卷制流程零部件改进

为解决烟丝在烟舌和小压板处烟丝运行不顺畅这一技术难题，可以采取两种方案：第一，改进烟舌和小压板的表面特性，使其不会沾上甘油，烟丝通过其表面不会产生堵塞问题；第二，在烟舌与小压板处添加喷涂设备，比如喷涂酒精装置（酒精与甘油可以任意比互溶，甘油溶于酒精后不会残留在烟舌和小压板表面）等。添加喷涂装置增加了设备的复杂性且喷涂量不易控制（喷涂过多的酒精虽然能达到减少烟丝黏附的效果，但多余的酒精容易浸染卷烟纸，卷烟纸表面发黄，影响烟支外观质量；喷涂酒精过少又起不到减少烟丝黏附这一效果）。因此，通过分析与试验后采用方案一，即寻找全新材料制作烟舌和小压板，采用全新材料，减少或者杜绝在烟舌和小压板表面黏附烟丝，使其能满足稳定生产的要求。

聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶性的全芳香族热塑性工程塑料，因其具有自润滑性好、耐高温及耐水解等优异的综合性能[5-7]，被广泛应用于航空航天、电子器件、汽车零件、医疗器械等技术领域[8-9]。因此，采用PEEK材料制作了全新的烟舌与小压板，具体如图6 所示。

图6 PEEK材料制作的烟舌与小压板

6 改进效果

通过大量的试验发现，采用全新PEEK 材料制作的全新烟舌与小压板以及经过特氟龙涂层处理的劈刀盘、刷丝轮、铲丝刀在设备长时间运行后表面不再黏附烟丝，有无涂层的劈刀盘在设备长时间运行后表面情况如图7 所示，可以看出在设备长时间运行后，经过特氟龙涂层处理的劈刀盘表面始终能保持干净的状态，这也为设备长时间不停机运行提供了保障。吸丝带驱动轮由于在其表面安装锯齿形刮刀，在其带动吸丝带做圆周运动时，锯齿形刮刀将其表面吸附的烟丝清洁干净，ZJ17D 卷接机组在运行过程中吸丝带没有发生打滑现象。

图7 采取镀层措施前后劈刀盘对比图

7 结论

采用在劈刀盘、刷丝轮、铲丝刀等部件表面喷涂特氟龙涂层，加装吸丝带驱动轮在线清洁装置以及采用全新特种工程塑料--聚醚醚酮(PEEK)树脂制作烟舌与小压板等措施后，ZJ17D 卷接机组吸丝成形与卷制流程部分因烟丝黏附而导致的堵丝问题彻底解决。ZJ17D 卷接机组在长时间生产新型加热不燃烧卷烟制品过程中未发生持续堵丝现象，连续生产时间从原来的0 分钟上升为1 小时以上，为ZJ17D 卷烟机组实现稳定、高效地生产新型加热不燃烧卷烟制品提供了技术保障。目前，浙江中烟杭州卷烟厂已实现了新型加热不燃烧卷烟制品—“YIN”品牌的稳定量产，生产时速可达3000 支/min。