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摘要：香线滤棒，一种加香加线滤棒。研究表明芯线的材质、加香方式对香线滤棒的香精施加精度较大；而香精的性质、施加量一定程度上对滤棒的物理指标产生影响。
关键词：香线滤棒；芯线；香精；施加精度
香线滤棒，一种加香滤棒，即通过在醋纤滤棒中添加一根或几根吸附香精香料的芯线制成的滤棒。
近年来，随着烟草消费群体年龄结构的变化，为了进一步迎合年轻消费者对于新、奇、特产品的需求，各种风味的香精逐渐被尝试使用到香烟中去。同时，为了践行“国家利益至上、消费者利益至上”的烟草核心价值观，进一步贯彻落实国家局卷烟“降焦减害、增香保润”战略部署，滤棒作为卷烟“增香”的重要方式之一，加香滤棒研发是“消费者利益至上”的重要体现，也是义不容辞的社会责任。因此，在行业大力推导新、奇、特的产品研发理念下，香线滤棒具有较新颖的外观及赋予的特征香型风格，成为卷烟设计开发中滤棒配套设计重点选择方向之一。如黄山中国画使用了细支薄荷香线滤棒、利群薄荷使用了薄荷沟槽香线滤棒。
随着产品规模的不断壮大，行业对产品质量越来越重视。而香线滤棒的产品质量除常规的物理和外观指标外，就是香精香料的施加精度及香线在滤棒中的位置。本文通过调研，分析比较了不同施加方式及芯线材料对滤棒香精施加量及成型性能的影响，研究分析了香精种类及施加量、加香方式对滤棒物理指标的影响，以期为香线滤棒生产过程及质量控制提供指导。
1、香线滤棒芯线加香方式调研选择
对于芯线加香的方式，目前国内外主要有两种：1、离线浸泡法，2、在线加香法。
1.1离线浸泡法
即选择合适的芯线浸泡在液体香精中，待芯线被香精充分浸润后取出，离心脱干，见图1。该方式工艺较为复杂，不利于规模化生产。同时，利用离心脱干的方式，不法保证内层与外层香精量的一致性。因此更多的用在小样试制环节。
1.2在线加香法
即在香线滤棒生产过程中，与芯线施加到滤棒中之前，将定量的香精施加到芯线上的一种工艺。而目前针对在线加香法又可细分为两种：在线浸润法和计量泵加香法。
1.2.1在线浸润法
在生产过程中，让干的芯线从液体香精中通过，吸附香精添加到滤棒中，以此制得香线滤棒【1】。通过控制芯线在香精中停留时间控制香精施加量，见图2。这种方式较为简单异形，不过该方式香精施加量取决于芯线吸附能力及在香精中的停留时间，因此芯线的质量直接影响香精的施加情况，同时，香精的施加量与生产车速之间存在相互制约的情况，香精施加量调节范围较窄。
1.2.2在线计量泵加香法
选用高精度计量泵，在香线滤棒生产过程中，将定量的香精施加到芯线上，芯线吸附香精后施加到滤棒中，见图3。该种方式为目前主流的芯线加香方式，包括德国HAUNI公司生产的FLEXIBLE香线施加模块也是使用的这种加香方式，通过计量泵将香精输出到芯线上，可确保香精施加量在较宽的范围内可调可控。
由于香线滤棒香精施加量通常在10～30mg/支，以1500支/min的生产速度计算，则计量泵流量在15～45g/min。因此需要在低流量的情况下，保证较好的连续性，计量泵的选型至关重要。
1.2.2.1计量泵选型
计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0-100%范围内无级调节，用来输送并计量液体一种特殊容积泵也叫定量泵、比例泵。因其动力驱动和流体输送方式的不同，计量泵可以大致划分成柱塞式、隔膜式和齿轮式。
其中柱塞式和隔膜式都属于往复式容积泵，存在较大脉动，无法满足香线滤棒连续均匀加香的需求。而齿轮计量泵相较前两者，具有高精度、连续性好等优点，而正对低流量的情况，可以通过选择多齿数的齿轮计量泵以较少脉动，保证施加精度及施加均勻性【2】。
1.2.2.2计量泵进口压力对输出的影响
由于结构原因，齿轮泵在齿轮端面和端盖之间、齿轮齿顶圆面与泵体之间、两个齿轮的轮齿间存在间隙。因此，无法避免的，会出现轴向泄漏、径向泄露以及啮合线泄漏这些内泄漏【3】。而香精的液位高度的变化，会对齿轮泵的进口压力产生影响，进而影响内泄量，最终反应为输出量的改变。
由此可知，为了保证香精施加量的稳定性，需要尽可能的保证齿轮泵运转过程中，进口压力变化较小。通常，可在香精储料箱中加装浮子开关，控制香精的注入，保证储料盒内香精的液位高度在较小的范围内波动。或者可以增加一个缓存容器，通过不断向其输入香精并过量回流的方法，保证该缓存容器内的香精液位恒定，齿轮泵从中抽出香精，保证了输出量的精度。
2、香线滤棒芯线材质调研选择
芯线作为吸附香精香料的载体，在滤棒生产过程中需要在极短时间内吸附香精，因此对芯线的吸湿性能要求较高；同时，在成型过程中需要对芯线进行切割，线的强度也不能过高，否则会影响滤棒的切口质量及芯线位置。
通过查阅资料，本文对常见的几种芯线材质就吸湿性和断裂强度进行了比较，数据见表1、2。
从表1中可以看出竹浆纤维的吸、放湿性是棉的2.12倍，竹浆/涤纶50/50织物的吸放湿性与棉接近。因此竹浆纤维最利于吸附香精香料。
从表2中可以看出竹浆纤维的干断裂强度最低，最利于成型过程中的切割。
竹纤维是从天然竹子中提取出的一种纤维素纤维，是继棉、麻、毛、丝之后的第五大天然纤维，是一种真正意义上的天然环保型绿色纤维。竹纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，同时又具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭等功能，是生产香线滤棒，保证香精施加量及切口质量的一种较为适宜的芯线材料。
3、香精性质、加香方式以及施加量对滤棒的物理指标影响
通过对加香方式及芯线材质调研选择，本文确定了采用计量泵在线加香工艺路线，自主开发了香线施加装置，选用竹纤维作芯线，通过实验、检测分析，研究不同香精性质、加香方式以及施加量对滤棒的物理指标影响。 3.1 实验材料
水溶性香精1#、油溶性香精2#、醋酸纤维丝束、芯线、滤棒成型纸
3.2 实验仪器和方法
自主设计香线施加装置、滤棒成型机、SODIM检测仪
试验1：使用水溶性香精1#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制香线滤棒各4000支。
试验2：使用油溶性香精2#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制香线滤棒各4000支。
试验3：使用水溶性香精1#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制无线加香滤棒（不用芯线吸附，直接加香精）各4000支。
三个试验中，滤棒圆周及压降按照同样标准进行在线控制。
3.3 实验结果
通过对样品的持续检测，发现在不同的香精性质、香精施加量及加香方式下，滤棒圆周及吸阻随时间发生不同的变化；同时，对滤棒的硬度也有一定影响。
（1）油溶性香精会对滤棒压降产生影响，滤棒压降随时间会上升，且随着香精施加量的增加，滤棒压降的增加量随之变大，见图3.1。经分析，这可能是由于醋纤单丝截面为Y型，在单丝表面形成轴向毛细沟槽，并且丝束收拢在烟枪中时，纤维之间也形成大量毛细通道，香精会沿间隙发生毛细运动[3]，并形成油膜，阻塞丝束间隙，从而增加吸阻。
（2）水溶性香精会对滤棒圆周产生影响，滤棒圆周随时间会上升，且随着香精施加量的增加，滤棒圆周的增加量随之变大，见图3.2。这可能是由于水分扩散到成型纸上，成型纸吸收水分变厚，造成了圆周的增大。
（3）在相同施加量下，通过比较有线加香和无线加香的压降变化情况，发现由于芯线的存在，吸附了一定的香精，其压降的变化率较无线加香小，见图3。说明芯线对香线有一定的固香作用。
（4）香精会影响醋酸纤维的固化，随着香精施加量的增加，滤棒硬度下降，图4。
4、结论
本文通过一系列的调研及试验分析，对影响香线滤棒香精施加量精度及相关物理指标的因素进行了探究，并得出以下结论：
（1）香线滤棒的加香方式直接影响香线滤棒的香精施加精度。目前，以精密计量泵在线加香的方式精度最高。同时，计量泵的选型及使用方式同样至关重要。
（2）芯线材质对香线滤棒的香精吸附情况、切口质量及芯线位置产生影响，选择芯线材质时，以吸湿性好，强度在可以保证连续生产能力的情况下尽可能低，为最优。
（3）香精施加量对滤棒的圆周、压降及硬度会有一定的影响，因此，为保证香线滤棒产品质量及过程控制能力，香线滤棒中的香精施加量不宜過高。
参考文献：
[1]靳毅，王卫江. 一种用于KDF2成型机组的香料线加香成型系统[P]. 河南：CN105595418A，2016-05-25.
[2]郜立焕，唐晓阳，李言芝，张吉浩. 齿数对齿轮泵流量脉动特性影响的分析[J]. 机床与液压，2011，06：71-72.
[3]程致梁. 浅谈齿轮泵内部泄露的原因与对策[J]. 现代企业教育，2015，02：12.
[4]肖红波，王钧，杨小利，等.树脂的粘度及表面张力对浸润速率影响研究[J]. 武汉理工大学学报，2006（07）：15-17.
关键词：香线滤棒；芯线；香精；施加精度
香线滤棒，一种加香滤棒，即通过在醋纤滤棒中添加一根或几根吸附香精香料的芯线制成的滤棒。
近年来，随着烟草消费群体年龄结构的变化，为了进一步迎合年轻消费者对于新、奇、特产品的需求，各种风味的香精逐渐被尝试使用到香烟中去。同时，为了践行“国家利益至上、消费者利益至上”的烟草核心价值观，进一步贯彻落实国家局卷烟“降焦减害、增香保润”战略部署，滤棒作为卷烟“增香”的重要方式之一，加香滤棒研发是“消费者利益至上”的重要体现，也是义不容辞的社会责任。因此，在行业大力推导新、奇、特的产品研发理念下，香线滤棒具有较新颖的外观及赋予的特征香型风格，成为卷烟设计开发中滤棒配套设计重点选择方向之一。如黄山中国画使用了细支薄荷香线滤棒、利群薄荷使用了薄荷沟槽香线滤棒。
随着产品规模的不断壮大，行业对产品质量越来越重视。而香线滤棒的产品质量除常规的物理和外观指标外，就是香精香料的施加精度及香线在滤棒中的位置。本文通过调研，分析比较了不同施加方式及芯线材料对滤棒香精施加量及成型性能的影响，研究分析了香精种类及施加量、加香方式对滤棒物理指标的影响，以期为香线滤棒生产过程及质量控制提供指导。
1、香线滤棒芯线加香方式调研选择
对于芯线加香的方式，目前国内外主要有两种：1、离线浸泡法，2、在线加香法。
1.1离线浸泡法
即选择合适的芯线浸泡在液体香精中，待芯线被香精充分浸润后取出，离心脱干，见图1。该方式工艺较为复杂，不利于规模化生产。同时，利用离心脱干的方式，不法保证内层与外层香精量的一致性。因此更多的用在小样试制环节。
1.2在线加香法
即在香线滤棒生产过程中，与芯线施加到滤棒中之前，将定量的香精施加到芯线上的一种工艺。而目前针对在线加香法又可细分为两种：在线浸润法和计量泵加香法。
1.2.1在线浸润法
在生产过程中，让干的芯线从液体香精中通过，吸附香精添加到滤棒中，以此制得香线滤棒【1】。通过控制芯线在香精中停留时间控制香精施加量，见图2。这种方式较为简单异形，不过该方式香精施加量取决于芯线吸附能力及在香精中的停留时间，因此芯线的质量直接影响香精的施加情况，同时，香精的施加量与生产车速之间存在相互制约的情况，香精施加量调节范围较窄。
1.2.2在线计量泵加香法
选用高精度计量泵，在香线滤棒生产过程中，将定量的香精施加到芯线上，芯线吸附香精后施加到滤棒中，见图3。该种方式为目前主流的芯线加香方式，包括德国HAUNI公司生产的FLEXIBLE香线施加模块也是使用的这种加香方式，通过计量泵将香精输出到芯线上，可确保香精施加量在较宽的范围内可调可控。
由于香线滤棒香精施加量通常在10～30mg/支，以1500支/min的生产速度计算，则计量泵流量在15～45g/min。因此需要在低流量的情况下，保证较好的连续性，计量泵的选型至关重要。
1.2.2.1计量泵选型
计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0-100%范围内无级调节，用来输送并计量液体一种特殊容积泵也叫定量泵、比例泵。因其动力驱动和流体输送方式的不同，计量泵可以大致划分成柱塞式、隔膜式和齿轮式。
其中柱塞式和隔膜式都属于往复式容积泵，存在较大脉动，无法满足香线滤棒连续均匀加香的需求。而齿轮计量泵相较前两者，具有高精度、连续性好等优点，而正对低流量的情况，可以通过选择多齿数的齿轮计量泵以较少脉动，保证施加精度及施加均勻性【2】。
1.2.2.2计量泵进口压力对输出的影响
由于结构原因，齿轮泵在齿轮端面和端盖之间、齿轮齿顶圆面与泵体之间、两个齿轮的轮齿间存在间隙。因此，无法避免的，会出现轴向泄漏、径向泄露以及啮合线泄漏这些内泄漏【3】。而香精的液位高度的变化，会对齿轮泵的进口压力产生影响，进而影响内泄量，最终反应为输出量的改变。
由此可知，为了保证香精施加量的稳定性，需要尽可能的保证齿轮泵运转过程中，进口压力变化较小。通常，可在香精储料箱中加装浮子开关，控制香精的注入，保证储料盒内香精的液位高度在较小的范围内波动。或者可以增加一个缓存容器，通过不断向其输入香精并过量回流的方法，保证该缓存容器内的香精液位恒定，齿轮泵从中抽出香精，保证了输出量的精度。
2、香线滤棒芯线材质调研选择
芯线作为吸附香精香料的载体，在滤棒生产过程中需要在极短时间内吸附香精，因此对芯线的吸湿性能要求较高；同时，在成型过程中需要对芯线进行切割，线的强度也不能过高，否则会影响滤棒的切口质量及芯线位置。
通过查阅资料，本文对常见的几种芯线材质就吸湿性和断裂强度进行了比较，数据见表1、2。
从表1中可以看出竹浆纤维的吸、放湿性是棉的2.12倍，竹浆/涤纶50/50织物的吸放湿性与棉接近。因此竹浆纤维最利于吸附香精香料。
从表2中可以看出竹浆纤维的干断裂强度最低，最利于成型过程中的切割。
竹纤维是从天然竹子中提取出的一种纤维素纤维，是继棉、麻、毛、丝之后的第五大天然纤维，是一种真正意义上的天然环保型绿色纤维。竹纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，同时又具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭等功能，是生产香线滤棒，保证香精施加量及切口质量的一种较为适宜的芯线材料。
3、香精性质、加香方式以及施加量对滤棒的物理指标影响
通过对加香方式及芯线材质调研选择，本文确定了采用计量泵在线加香工艺路线，自主开发了香线施加装置，选用竹纤维作芯线，通过实验、检测分析，研究不同香精性质、加香方式以及施加量对滤棒的物理指标影响。 3.1 实验材料
水溶性香精1#、油溶性香精2#、醋酸纤维丝束、芯线、滤棒成型纸
3.2 实验仪器和方法
自主设计香线施加装置、滤棒成型机、SODIM检测仪
试验1：使用水溶性香精1#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制香线滤棒各4000支。
试验2：使用油溶性香精2#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制香线滤棒各4000支。
试验3：使用水溶性香精1#，施加量分别为20mg/支、45mg/支、70mg/支，试制无线加香滤棒（不用芯线吸附，直接加香精）各4000支。
三个试验中，滤棒圆周及压降按照同样标准进行在线控制。
3.3 实验结果
通过对样品的持续检测，发现在不同的香精性质、香精施加量及加香方式下，滤棒圆周及吸阻随时间发生不同的变化；同时，对滤棒的硬度也有一定影响。
（1）油溶性香精会对滤棒压降产生影响，滤棒压降随时间会上升，且随着香精施加量的增加，滤棒压降的增加量随之变大，见图3.1。经分析，这可能是由于醋纤单丝截面为Y型，在单丝表面形成轴向毛细沟槽，并且丝束收拢在烟枪中时，纤维之间也形成大量毛细通道，香精会沿间隙发生毛细运动[3]，并形成油膜，阻塞丝束间隙，从而增加吸阻。
（2）水溶性香精会对滤棒圆周产生影响，滤棒圆周随时间会上升，且随着香精施加量的增加，滤棒圆周的增加量随之变大，见图3.2。这可能是由于水分扩散到成型纸上，成型纸吸收水分变厚，造成了圆周的增大。
（3）在相同施加量下，通过比较有线加香和无线加香的压降变化情况，发现由于芯线的存在，吸附了一定的香精，其压降的变化率较无线加香小，见图3。说明芯线对香线有一定的固香作用。
（4）香精会影响醋酸纤维的固化，随着香精施加量的增加，滤棒硬度下降，图4。
4、结论
本文通过一系列的调研及试验分析，对影响香线滤棒香精施加量精度及相关物理指标的因素进行了探究，并得出以下结论：
（1）香线滤棒的加香方式直接影响香线滤棒的香精施加精度。目前，以精密计量泵在线加香的方式精度最高。同时，计量泵的选型及使用方式同样至关重要。
（2）芯线材质对香线滤棒的香精吸附情况、切口质量及芯线位置产生影响，选择芯线材质时，以吸湿性好，强度在可以保证连续生产能力的情况下尽可能低，为最优。
（3）香精施加量对滤棒的圆周、压降及硬度会有一定的影响，因此，为保证香线滤棒产品质量及过程控制能力，香线滤棒中的香精施加量不宜過高。
参考文献：
[1]靳毅，王卫江. 一种用于KDF2成型机组的香料线加香成型系统[P]. 河南：CN105595418A，2016-05-25.
[2]郜立焕，唐晓阳，李言芝，张吉浩. 齿数对齿轮泵流量脉动特性影响的分析[J]. 机床与液压，2011，06：71-72.
[3]程致梁. 浅谈齿轮泵内部泄露的原因与对策[J]. 现代企业教育，2015，02：12.
[4]肖红波，王钧，杨小利，等.树脂的粘度及表面张力对浸润速率影响研究[J]. 武汉理工大学学报，2006（07）：15-17.