噴膠式接裝機(jī)濾嘴通風(fēng)面積穩(wěn)定性影響因素分析

馬曉偉，馮欣，曲國福，胡建洪，王貝，張晶，王建民

1.紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司 工藝質(zhì)量部，云南 玉溪 653100;2.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

0 引言

無膠區(qū)是預(yù)打孔濾嘴通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，在接裝紙預(yù)打孔數(shù)量、濾棒成形紙透氣度等參數(shù)一定的條件下，無膠區(qū)面積設(shè)計(jì)值決定通風(fēng)區(qū)域面積，進(jìn)而決定通風(fēng)率的高低[1-2].在生產(chǎn)過程中，控制無膠區(qū)位置和面積的穩(wěn)定性是提高通風(fēng)率穩(wěn)定性的關(guān)鍵.無膠區(qū)位置發(fā)生偏移會(huì)導(dǎo)致接裝紙上預(yù)打的部分通風(fēng)孔被堵塞，致使通風(fēng)率降低[1]，甚至影響接裝質(zhì)量[3-4].關(guān)于無膠區(qū)面積波動(dòng)的研究主要聚焦于接裝膠施膠量的影響及控制方面.余文炎[5]根據(jù)YJ27型接裝機(jī)工作原理，定性分析了影響無膠區(qū)面積的因素.姚二民等[6-7]的研究結(jié)果均證明了通風(fēng)率會(huì)隨著施膠量的增加而降低，并指出涂膠輥包角是影響施膠量的主要因素.此外，陳岱峰等[8-9]研究了接裝膠的滲透性能；陳德輝[10]提出了通過改進(jìn)控膠輥結(jié)構(gòu)減少膠水滲透的方案，這些研究均通過控制接裝過程中膠水向無膠區(qū)滲透來降低對(duì)無膠區(qū)面積造成的影響.

綜上，控制接裝膠施膠量以保持無膠區(qū)面積穩(wěn)定，進(jìn)而提高濾嘴通風(fēng)區(qū)域面積和通風(fēng)率的穩(wěn)定性已成為共識(shí)，并形成了一些控制方法.但相關(guān)研究主要針對(duì)輥膠式接裝機(jī)，尚未見對(duì)噴膠式接裝機(jī)的報(bào)道，同時(shí)，關(guān)于噴膠式接裝機(jī)中影響濾嘴通風(fēng)區(qū)域面積穩(wěn)定性的因素也不明確.鑒于此，本文擬以Protos-M5型卷煙機(jī)為研究對(duì)象，運(yùn)用方差分析、回歸分析等方法，定性、定量研究噴膠壓力(以接裝膠施膠量表征)對(duì)濾嘴通風(fēng)區(qū)域(無膠區(qū))面積和濾嘴通風(fēng)率的影響，并考查搓接溫度對(duì)濾棒搭口膠熔化現(xiàn)象及無膠區(qū)面積的影響，以期解決噴膠式接裝機(jī)濾嘴通風(fēng)區(qū)域面積穩(wěn)定性控制問題.

1 材料與方法

1.1 主要材料

軟玉溪卷煙，由云南中煙紅塔煙草有限責(zé)任公司提供；老板牌高級(jí)藍(lán)黑墨水(854型)，博士企業(yè)有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器

佳能EOS70D型數(shù)碼相機(jī)，佳能中國有限公司產(chǎn)；DT-5型卷煙/濾棒物理綜合測試臺(tái)，德國Borgwaldtkc公司產(chǎn)；Protos-M5型卷煙機(jī)，德國豪尼公司產(chǎn).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 無膠區(qū)面積的測定參照文獻(xiàn)[11]的方法測定卷煙樣品無膠區(qū)面積.

1.3.2 噴膠壓力對(duì)無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率的影響以Protos-M5型卷煙機(jī)為對(duì)象，設(shè)置兩側(cè)噴嘴壓力/中心噴嘴壓力(單位都為hPa)水平梯度分別為400/700、500/800、600/1000、700/1200、900/1400，在每個(gè)水平下取500支卷煙樣品，測定其無膠區(qū)面積，按《卷煙通風(fēng)率檢測設(shè)備通用技術(shù)條件》(YC/T 546—2016)[12]測定其濾嘴通風(fēng)率.

1.3.3 搓接溫度對(duì)無膠區(qū)有效面積的影響選擇同一臺(tái)Protos-M5型卷煙機(jī)，將搓接溫度分別設(shè)置為70 ℃、180 ℃，分別取500支卷煙樣品，測定其無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積.

1.3.4 機(jī)臺(tái)間無膠區(qū)有效面積和濾嘴通風(fēng)率的比較在同一生產(chǎn)班次，從7臺(tái) Protos-M5型卷煙機(jī)中各取樣500支卷煙樣品，分別測定其無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積，其濾嘴通風(fēng)率測定方法同1.3.2.

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0軟件，通過相關(guān)分析、偏相關(guān)分析、回歸分析、方差分析、LSD多重比較等方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 噴膠壓力對(duì)無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率的影響分析

不同噴膠壓力下的無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率檢測結(jié)果如表1所示.由表1可知，不同噴膠壓力下無膠區(qū)面積重復(fù)測量結(jié)果的RSD介于0.99%～4.94%之間，重復(fù)性均較好.噴膠壓力與無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率間的相關(guān)分析結(jié)果見表2.由表2可知，無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率均與噴膠壓力(主噴嘴壓力和副噴嘴壓力)呈極顯著負(fù)相關(guān)，無膠區(qū)面積與濾嘴通風(fēng)率呈顯著正相關(guān).由此可見，噴膠壓力會(huì)顯著影響無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率.

主噴嘴噴膠壓力是影響施膠量的主要因素.因此，本文利用SPSS 19.0中曲線估計(jì)的方法，以主噴嘴噴膠壓力為自變量，以無膠區(qū)面積、濾嘴通風(fēng)率及其標(biāo)準(zhǔn)差為因變量，選擇線性、二次項(xiàng)等模型，以回歸系數(shù)顯著的模型為最優(yōu)回歸模型，研究噴膠壓力對(duì)無膠區(qū)面積、濾嘴通風(fēng)率及其標(biāo)準(zhǔn)差的影響規(guī)律，結(jié)果見表3和圖1—2.由表3可知，噴膠壓力(p)與無膠區(qū)面積(S)間呈極顯著指數(shù)關(guān)系(P=0.004)、與無膠區(qū)面積標(biāo)準(zhǔn)差(Ss)間呈顯著線性關(guān)系(P=0.044)；噴膠壓力(p)與濾嘴通風(fēng)率(F)間呈極顯著S形曲線關(guān)系(P=0.007)、與通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)差(Fs)間呈顯著三次曲線關(guān)系(P=0.033)；回歸模型的決定系數(shù)均偏低，說明噴膠壓力是影響無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率的重要因素，但不是唯一因素.由圖1可以看出，隨著噴膠壓力升高，無膠區(qū)面積及其標(biāo)準(zhǔn)差都整體降低；由圖2可以看出，隨著噴膠壓力的升高，濾嘴通風(fēng)率整體降低，但當(dāng)噴膠壓力大于1000 hPa時(shí)，濾嘴通風(fēng)率的變化速度開始變慢，且濾嘴通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)差先降低后升高，最低點(diǎn)在1000～1200 hPa 范圍內(nèi).

表1 不同噴膠壓力下無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率檢測結(jié)果

表2 噴膠壓力與無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率間的相關(guān)分析結(jié)果

綜上可知，噴膠壓力(接裝膠施膠量)是影響濾嘴通風(fēng)率和穩(wěn)定性的重要因素之一，其作用機(jī)理為影響無膠區(qū)面積.

2.2 搓接溫度對(duì)無膠區(qū)有效面積的影響分析

測定無膠區(qū)面積時(shí)發(fā)現(xiàn)無膠區(qū)域內(nèi)有一條未著色條帶[11]，經(jīng)分析這可能是濾棒搭口膠(熱熔膠)在搓接過程中熔化、擴(kuò)散形成的.為了驗(yàn)證上述推斷，將搓接溫度分別設(shè)置為70 ℃、180 ℃，在Protos-M5型卷煙機(jī)上進(jìn)行了搓接溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn).70 ℃和180 ℃搓接的待測樣品如圖3所示.由圖3可以看出，當(dāng)搓接溫度為180 ℃(高于熱熔膠熔融測定溫度150 ℃)時(shí)，樣品存在明顯的條帶；當(dāng)搓接溫度為70 ℃(熱熔膠軟化點(diǎn)溫度)時(shí)，條帶基本消失.因此，將扣除未著色條帶后的面積定義為無膠區(qū)有效面積.

不同搓接溫度下無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積檢測結(jié)果如表4所示.由表4可知，當(dāng)搓接溫度為70 ℃時(shí)，無膠區(qū)面積為2.330 cm2，無膠區(qū)有效面積為2.327 cm2，差異率為0.13%；當(dāng)搓接溫度為180 ℃時(shí)，無膠區(qū)面積為2.316 cm2，無膠區(qū)有效面積為2.283 cm2，差異率為1.42%.這主要是因?yàn)榇杲訙囟葧?huì)影響濾棒搭口膠熔化、擴(kuò)散程度，進(jìn)而影響無膠區(qū)有效面積.

2.3 機(jī)臺(tái)間無膠區(qū)有效面積和濾嘴通風(fēng)率的差異性分析

不同機(jī)臺(tái)濾嘴通風(fēng)率檢測結(jié)果如表5所示.由表5可知，單因素方差分析及LSD多重比較結(jié)果表明，機(jī)臺(tái)間無膠區(qū)面積、無膠區(qū)有效面積與濾嘴通風(fēng)率均存在極顯著差異.濾嘴通風(fēng)率與無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積的相關(guān)性分析結(jié)果如表6所示.由表6可知，濾嘴通風(fēng)率與無膠區(qū)有效面積呈顯著正相關(guān)，與無膠區(qū)面積呈正相關(guān)；控制無膠區(qū)有效面積的相關(guān)性分析結(jié)果表明，濾嘴通風(fēng)率與無膠區(qū)面積呈極顯著正相關(guān)[13].可見，無膠區(qū)有效面積在相同機(jī)型不同機(jī)臺(tái)間存在差異性，且是導(dǎo)致機(jī)臺(tái)間濾嘴通風(fēng)率波動(dòng)的重要因素之一.

綜上可知，接裝過程中噴膠壓力會(huì)影響接裝膠施膠量進(jìn)而影響無膠區(qū)面積，搓接溫度會(huì)影響濾棒搭口膠二次熔化、擴(kuò)散的程度，進(jìn)而導(dǎo)致無膠區(qū)有效通風(fēng)面積減小，這可能是機(jī)臺(tái)間濾嘴通風(fēng)率均存在顯著差異的主要原因.另外，濾棒搭口膠熔化、擴(kuò)散程度除了與搓接溫度有關(guān)外，也與搓板安裝調(diào)節(jié)、煙支(濾棒)圓周波動(dòng)導(dǎo)致的搓接壓力不同有關(guān).因此，控制機(jī)臺(tái)間噴膠壓力、搓接溫度的一致性，同時(shí)規(guī)范機(jī)臺(tái)間搓板安裝調(diào)節(jié)、控制搓接壓力的一致性，有利于控制濾嘴通風(fēng)區(qū)域有效通風(fēng)面積及通風(fēng)率的穩(wěn)定性.

表3 噴膠壓力與無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率間的關(guān)系

圖1 噴膠壓力與無膠區(qū)面積及其標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系Fig.1 Relationship between the pressure of the praying glue pressure and the no-glue area and the standard deviation

圖2 噴膠壓力與濾嘴通風(fēng)率及其標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系Fig.2 Relationship between praying glue pressure and filter ventilation rate and standard deviation

圖3 70 ℃和180 ℃搓接的待測樣品 Fig.3 Samples to be tested at 70 ℃ and 180 ℃

3 結(jié)語

本文以噴膠壓力、搓接溫度為變量，采用方差分析、回歸分析等方法對(duì)通風(fēng)區(qū)域面積穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，噴膠壓力會(huì)顯著影響無膠區(qū)面積和濾嘴通風(fēng)率，噴膠壓力與濾嘴通風(fēng)率間呈S形曲線關(guān)系、與通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)差間呈顯著三次曲線關(guān)系，噴膠壓力在1000～1200 hPa范圍內(nèi)時(shí)，濾嘴通風(fēng)率變化幅度較小且通風(fēng)率波動(dòng)也較小，最有利于通風(fēng)率穩(wěn)定性控制；濾棒搭口膠在搓接過程中會(huì)發(fā)生熔化、擴(kuò)散，導(dǎo)致無膠區(qū)有效通風(fēng)面積減小，進(jìn)而影響濾嘴通風(fēng)率.建議規(guī)范搓接溫度及搓板安裝調(diào)節(jié)，保持機(jī)臺(tái)間搓接溫度、搓接壓力的一致性.此外，在研究過程中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要現(xiàn)象，即濾棒搭口膠會(huì)在搓接過程中發(fā)生二次熔化、擴(kuò)散，導(dǎo)致無膠區(qū)有效通風(fēng)面積進(jìn)一步發(fā)生變化，這將是下一步的研究方向.

表4 不同搓接溫度下無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積檢測結(jié)果

表5 不同機(jī)臺(tái)濾嘴通風(fēng)率檢測結(jié)果

表6 濾嘴通風(fēng)率與無膠區(qū)面積和無膠區(qū)有效面積的相關(guān)性分析結(jié)果