优化成型工艺参数与检测方法提高滤棒质量控制水平..docx

优化成型工艺参数与检测方法提高滤棒质 量控制水平. 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： 优化滤棒增塑剂含量的检测方法。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=/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 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 2.735000 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。 2.2.1 试验分析 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=0.60 因此，甘油酯施加量与滤棒硬度变化趋势一致，但无 显著性。 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=0.60 因此，干棒重量与滤棒硬度呈显著性正相关。 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=0.60 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。 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=0.60 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： 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。 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。 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 3.2 实验方法 3.2.1 2.43XX 与 2.735000 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 2.43XX 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。 2.735000 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 2.43XX 规格丝束的