基于热分析图谱的卷烟纸质量稳定性测试与判定.pdf

第卷 第期造 纸 科 学 与 技 术 年月 作 者 简 介：张 新 锋，生 于年，本 科，高 级 工 程 师，主 要 从 事 生 产 管 理 和 系 统 集 成 研 究。：基于热分析图谱的卷烟纸质量稳定性测试与判定张 新 锋徐 启 国杨 光 露张 亚 凯柳 宾（河 南 中 烟 工 业 有 限 责 任 公 司，河 南 郑 州，；北 京 航 天 拓 扑 高 科 技 有 限 责 任 公 司，北 京，）张 新 锋 先 生摘要：为 准 确 判 定 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 影 响 因 素，在 对 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 研 究 现 状 的 分 析 基础 上，采 用 了 三 个 卷 烟 纸 厂 家 的 样 品 进 行 热 重 分 析，确 定 了 卷 烟 纸 样 品 信 息 和 热 重 分 析 方 法，引 入 标 准 均 方 根 误 差 帮 助 判 定 卷 烟 纸 的 热 解 差 异 度。测 试 结 果 表 明：热 分 析 图 谱 的 重 复 性 试验 证 实 该 方 法 可 较 好 满 足 卷 烟 纸 质 量 数 据 分 析 的 要 求；造 成 卷 烟 纸 质 量 波 动 的 三 种 表 现 形 式为：热 解 峰 差 异 度 超 过，氧 化 峰 差 异 度 超 过，碳 酸 钙 分 解 峰 差 异 度 超 过；对 比 不同 组 分 卷 烟 纸 的 热 分 析 图 谱，确 定 影 响 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 的 因 素 及 其 重 要 程 度 排 序 为：柠 檬酸 盐 助 剂 含 量钾 钠 比灰 分 含 量。关 键 词：热 分 析 图 谱；卷 烟 纸；质 量 稳 定 性；影 响 因 素；曲 线中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：（）：引 文 格 式：张 新 锋，徐 启 国，杨 光 露，等基 于 热 分 析 图 谱 的 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 测 试 与 判 定 造 纸 科 学 与 技 术，（）：（，；，）：，：；引 言卷 烟 纸 主 要 由 纤 维 素、助 剂、碳 酸 钙 等 组 成，常采 用 针 叶 木 和 阔 叶 木 混 合 生 产 卷 烟 纸，其 中 助 剂 的含 量 虽 少，但 其 种 类 和 含 量 要 求 较 严 格。卷 烟 抽 吸时，卷 烟 纸 发 生 热 解 燃 烧 且 质 量 迅 速 损 失，卷 烟 纸 质量 会 影 响 卷 烟 的 燃 烧 特 性、透 气 性 以 及 香 气 等。热重 分 析 是 一 种 研 究 材 料 组 分 和 热 稳 定 性 的 分 析 方法，热 分 析 图 谱 能 够 直 观 表 征 卷 烟 纸 的 热 解 燃 烧 特性、辨 别 样 品 组 分 的 不 同 导 致 的 燃 烧 行 为 的 差 异。基 于 该 方 法 进 行 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 的 测 试 与 分 析，不 仅 有 着 操 作 简 单、准 确 度 高 的 优 势，也 是 加 强 卷 烟 造 纸 科 学 与 技 术第卷纸 质 量 监 督 检 验 的 有 力 措 施。本 文 基 于 该 方 法 采 用了 三 家 卷 烟 厂 提 供 的 样 品 进 行 质 量 稳 定 性 测 试 和 评定，进 行 了 重 复 性 测 试 验 证 热 分 析 图 谱 方 法 的 精 度满 足 要 求，并 进 行 了 卷 烟 纸 组 分 对 其 热 分 析 图 谱 的影 响，以 期 为 卷 烟 纸 产 品 质 量 稳 定 性 维 护 提 供 可 靠的 技 术 支 撑。卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 影 响 因 素 分 析卷 烟 纸 是 一 种 技 术 含 量 较 高 的 纸，卷 烟 纸 分 为、三 类，分 别 用 于 高 速、中 速 和 低 速 卷 烟 机，生 产 不 同 档 次 的 卷 烟。卷 烟 纸 影 响 着 卷 烟 的 外 观质 量、内 在 质 量 以 及 燃 烧 特 性 等。卷 烟 纸 的 主 要 成分 包 括 纤 维、碳 酸 钙 和 少 量 助 剂 等，在 卷 烟 纸 的 生产 过 程 中 需 要 对 其 使 用 的 纤 维 原 料、助 剂、打 浆 工艺、填 料 等 因 素 进 行 有 效 控 制 以 保 障 卷 烟 纸 质 量 稳定 性。卷 烟 纸 生 产 所 用 木 浆 纤 维 是 影 响 其 质 量 稳 定 性的 重 要 因 素，通 常 采 用 大 量 的 针 叶 木 与 阔 叶 木 按 照不 同 比 例 使 用，以 满 足 卷 烟 纸 的 透 气 性 要 求。不 同 牌 号 的 针 叶 木 性 能 不 同，宜 选 用 纤 维 细 长、强度 高 的 虹 鱼、马 牌 等 针 叶 木 原 料，透 气 度 最 高 可 达 ，抗 张 强 度 在 左 右。阔 叶 木 则 宜 选 用 巴 西 桉 木 为 主，其 透 气 度 达 ，抗 张 强 度 可 达；提 升成 浆 质 量 需 要 控 制 好 打 浆 工 艺，严 格 把 握 打 浆 浓 度，测 定 纤 维 形 态 和 手 抄 纸 物 理 性 能，以 保 障 卷 烟 纸 产品 质 量；生 产 卷 烟 纸 所 必 需 的 填 料 之 一 是 碳 酸 钙，一 般 占 浆 料 的左 右，碳 酸 钙 燃 烧 分 解 所 放 热 量可 帮 助 卷 烟 燃 烧，也 可 使 卷 烟 纸 有 较 高 的 透 气 度。一 般 用 德 国 碳 酸 钙 比 用 其 他 碳 酸 钙 生 产 的 烟 纸 略厚，适 合 生 产 高 档 卷 烟 纸。卷 烟 纸 的 燃 烧 性 能 非 常关 键，其 中 加 入 的 助 燃 剂 含 量 虽 然 较 低，但 要 求 较高。钾 盐 助 燃 效 果 优 于 钠 盐，钾 盐 的 加 入 可 加 速 催化 烟 支 燃 烧，降 低 焦 油 和的 量。为 保 证 烟 支 的 抽吸 体 验 和 烟 支 安 全 性，应 严 格 控 制 助 燃 剂 的含 量。常 用 热 分 析 图 谱 分 析 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性，根 据升 温 过 程 中 所 得 的曲 线，获 得 卷 烟 纸 质 量 随 温度、时 间 变 化 的 速 率 关 系，评 估 卷 烟 纸 之 间 的 热 解 差异 度。曲 线 可 清 楚 区 分 相 继 发 生 的 热 重 变 化 反应，曲 线 面 积 与 失 重 量 成 正 比，峰 值 是 质 量 变 化速 度 最 大 的 温 度时 刻。基 于 热 分 析 图 谱 的 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 测 试 材 料 和 仪 器采 用、三 家 卷 烟 纸 厂 提 供 的 样 品 进 行 卷烟 纸 质 量 稳 定 性 的 测 试，制 备 批 内 和 批 间 样 品，每 个厂 家 批 内 正 常 样 品 和 异 常 样 品 均 为个，批 间 样 总共个。根 据厂 家 提 供 的 卷 烟 纸 设 计 制 备 表中 的 样 品。表卷 烟 纸 样 品 信 息卷 烟 纸 柠 檬 酸 盐 钾 钠 钾 钠 比灰 分 试 验 所 用 仪 器 主 要 有 热 重 分 析 仪、氧 化 铝 坩 埚、电 子 天 平、气 象 色 谱 仪 等。热 重 分 析 方 法热 重 分 析（）是 一 种 在 材 料 研 发 和 质 量 控 制方 面 常 用 的 检 测 方 法，热 重 测 试 原 理 是 在 对 样 品 进行 升 温、降 温 等 温 度 控 制 下，测 试 待 测 样 品 的 质 量 与温 度 之 间 的 变 化 关 系，以 分 析 材 料 在 不 同 温 度 下 的组 分 和 热 稳 定 性。通 过 热 重 曲 线 可 知 物 质 在 多 少 度时 产 生 变 化、失 去 了 多 少 物 质，可 用 于 材 料 分 解、吸附、氧 化、还 原 等 过 程 的 分 析，并 能 够 定 量 计 算 物 质的 水 分、挥 发 成 分 以 及 各 种 助 剂 含 量。热 重 分 析 所得 曲 线 称 为曲 线，横 坐 标 为 温 度，纵 坐 标 为 质量 分 数。热 重 分 析 法 通 常 分 为 静 态 法 和 动 态 法，静态 法 准 确 度 高，但 是 较 为 费 时。动 态 法 获 得 的（微 商 热 重 分 析）曲 线 是曲 线 对 温 度 的 一 阶 导数，用对数 据 进 行 微 分，再 乘 以 升 温 速 率即 可。曲 线 可 准 确 测 量 物 质 的 质 量 变 化 速率 情 况，基 于 该 方 法 进 行 卷 烟 质 量 稳 定 性 分 析。将各 厂 家 提 供 的 卷 烟 纸 裁 剪 成 合 适 的 尺 寸，置 于 温 度在左 右、相 对 湿 度 在左 右 的 恒 温 恒 湿 环 境中 平 衡。热 重 法 测 定，试 样 量 要 少，因 此 称 取的 卷 烟 纸 样 品，置 于 热 重 分 析 仪 氧 化 铝 坩 埚中。热 分 析 测 试 条 件 为：初 始 温 度 为 室 温，环 境 气 体为 空 气，流 速 为，升 温 速 率 为，终 止 温 度 为。第期张 新 锋 等：基 于 热 分 析 图 谱 的 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 测 试 与 判 定 结 果 与 分 析 卷 烟 纸 样 品 的 重 复 性 评 估对 同 一 种 卷 烟 纸 样 品 进 行 重 复 性 测 定，根 据 多次 试 验 获 得 的 所 有曲 线 评 估 热 分 析 精 密 度 是否 满 足 数 据 分 析 要 求。次 试 验 所 测 得 的 卷 烟 纸曲 线 如 图所 示，曲 线 基 本 重 合，主 要 有个峰，分 布 于 不 同 的 温 度 区 间。在 温 度 区间 的 是 卷 烟 纸 木 质 素 和 纤 维 素 的 热 解 峰，在 之 间 的 是 焦 炭 的 氧 化 峰，在 之 间的 是 碳 酸 钙 的 分 解 峰。以 重 复 性 试 验 平 均 后 的曲 线 为 基 准，根 据 公 式（），评 估次 试 验 下 卷 烟 纸样 品个 峰 的 热 解 差 异 度。热 解 峰 差 异 度 平 均 值 为，氧 化 峰 差 异 度 平 均 值 为，碳 酸 钙 分 解峰 差 异 度 平 均 值 为，个 峰 的均 小 于，说 明 卷 烟 纸 的 热 分 析 精 密 度 满 足 数 据 分 析要 求。图卷 烟 纸曲 线 不 同 厂 家 的 批 内 卷 烟 纸 样 品 对 比个 卷 烟 纸 厂 家 分 别 提 供 了 批 内 的个 正 常 样和个 异 常 样（来 自 料 头 和 料 尾）。以 每 个 厂 家 提 供的个 正 常 样曲 线 的 平 均 值 为 基 准，将 正 常 卷烟 纸 样 品 和 异 常 卷 烟 纸 样 品 的曲 线 与 基 准 进行 公 式（）的 计 算，获 取个 峰 的 差 异 度。卷 烟 纸 样品个 峰 的 差 异 度 如 表所 示。表卷 烟 纸 正 常 样 和 异 常 样个 峰 的 差 异 度 样 品正 常 样异 常 样热 解 峰差 异 度氧 化 峰差 异 度碳 酸 钙 分解 峰 差 异 度热 解 峰差 异 度氧 化 峰差 异 度碳 酸 钙 分 解峰 差 异 度厂 家 样 品 平 均 值 厂 家 样 品 平 均 值 厂 家 样 品 平 均 值 由 表不 同 厂 家 卷 烟 纸 样 品 不 同 温 度 区 间 的个 峰 的 差 异 度 计 算 结 果 可 知，卷 烟 纸 质 量 出 现波 动 有种 表 现 形 式：热 解 峰 差 异 度 超 过，氧 化 峰 差 异 度 超 过，碳 酸 钙 分 解 峰 差 异 度 超过。不 同 组 分 卷 烟 纸 的 热 分 析 图 谱上 述 表设 定 了 不 同 组 分 的 卷 烟 纸 样 品，分 析这 几 种 因 素 对 卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 的 影 响。获 取 这个 样 品 的曲 线，对 比 前 两 个 样 品 可 知，卷 烟 纸样 品 中 柠 檬 酸 盐 含 量 一 致、灰 分 接 近，钾 钠 比 从 降 到，曲 线 中 氧 化 峰 的 出 现 从 低 温 向 高 温偏 移，热 解 峰 的 面 积 减 小 说 明 失 重 量 减 小，热 解 燃 烧特 性 减 弱，样 品的 碳 酸 钙 分 解 温 度 也 比 样 品低。钾 钠 比 的 变 化 造 成 氧 化 峰 的 差 异 度 在左 右；对比 样 品和 样 品可 知，其 主 要 差 异 在 于 柠 檬 酸 盐含 量，该 含 量 越 大，热 解 峰 和 氧 化 峰 出 现 所 需 温 度 越低、峰 面 积 越 大，说 明 增 加 柠 檬 酸 盐 含 量 可 显 著 增 强卷 烟 纸 的 热 解 燃 烧 特 性。柠 檬 酸 盐 助 剂 含 量 的 变 化造 成 热 解 峰 的 差 异 度 在左 右，氧 化 峰 的 差 异 度在左 右；对 比 样 品和的 成 分，主 要 差 异 体 现在 灰 分 的 含 量，灰 分 降 低，曲 线 中 前 两 个 峰 的 面积 明 显 加 大，分 解 峰 面 积 减 小，但 变 化 不 是 很 明 显。三 个 因 素 对 卷 烟 纸 质 量 影 响 程 度 的 排 序 为：柠 檬 酸盐 含 量钾 钠 比灰 分。卷 烟 纸 的 热 重曲 线与 卷 烟 纸 的 透 气 度、助 剂 类 型、原 料 等 均 有 密 切 的 关联。进 一 步 分 析 可 知，卷 烟 纸 所 用 针 叶 木 和 阔 叶 木也 是 引 起 卷 烟 纸 质 量 波 动 的 因 素，阔 叶 木 含 量 的 适当 增 加，可 使 得 热 解 峰 的 峰 面 积 稍 微 减 小，氧 化 峰 从低 温 向 高 温 偏 移。个 厂 家 卷 烟 纸 的 正 常、异 常 以 及批 间 样 品 的 常 规 指 标 均 在 设 计 范 围 内，引 起 卷 烟 纸样 品 质 量 变 化 主 要 与 针 叶 木 和 阔 叶 木 的 混 合 比 例有 关。造 纸 科 学 与 技 术第卷结 语本 文 采 用 热 分 析 图 谱 方 法 对 卷 烟 纸 样 品 的 质 量稳 定 性 进 行 测 试 与 判 定，通 过曲 线 和 标 准 均 方根 误 分 析 卷 烟 纸 热 解 差 异 度，重 复 性 试 验 结 果 表 明该 方 法 能 够 满 足 数 据 分 析 的 要 求；对 不 同 厂 家 卷 烟纸 样 品 热 分 析 图 谱 的 分 析 和 对 比，发 现 卷 烟 纸 质 量出 现 波 动 的 表 现 形 式 为：热 解 峰 差 异 度 超 过，氧化 峰 差 异 度 超 过，碳 酸 钙 分 解 峰 差 异 度 超 过；卷 烟 纸 质 量 稳 定 性 影 响 因 素 及 其 影 响 程 度 的排 序 为：柠 檬 酸 盐 助 剂 含 量钾 钠 比灰 分 含 量。参 考 文 献赖 燕 华，陈 翠 玲，欧 阳 璐 斯，等卷 烟 质 量 稳 定 性 综 合 评 价 基 于 多 特 征 相 似 度 分 析 和 主 成 分 分 析 中 国 烟 草 学 报，（）：楚 文 娟，崔 建 华，王 建 民，等基 于 卷 烟 纸 参 数 的 卷 烟 静 态 包 灰综 合 评 价 方 法 烟 草 科 技，（）：雀 静，鲁 红 昌，刘 明，等碳 酸 钙 形 态 对 卷 烟 纸 透 气 性 能 和 凝 灰性 能 的 影 响 中 国 造 纸，（）：李 国 政，孙 培 建，高 明 奇，等卷 烟 纸 特 性 对 短 支 卷 烟 主 流 烟 气种 有 害 成 分 释 放 量 及值 的 影 响 中 国 造 纸，（）：段 瑞 海，李 红 娟，冯 俊 杰，等 种 有 机 酸 钾 盐 卷 烟 纸 助 剂 对 卷烟 热 解 性 能 的 影 响 西 南 农 业 学 报，（）：张 亚 平，张 晓 宇，田 忠，等基 于 热 重 分 析 法 评 价 卷 烟 纸 批 次 间质 量 稳 定 性 中 国 烟 草 学 报，（）：戴 毅纸 张 及 造 纸 辅 料 质 量 参 数 的 快 速 检 测 与 评 价 方 法 的 研究 华 南 理 工 大 学，：黄 智 峰，徐 波聚 氨 酯 合 成 革 材 料 的 制 备 及 其 在 运 动 鞋 中 的 应用 中 国 皮 革，（）：檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷（上 接 第页）如 图所 示，在 不 同 的 数 据 集 中，识 别 方 法 的 识别 准 确 率 均 有 不 同。利 用 公 式（），计 算 出 不 同 方 法在 不 同 数 据 集 中 的 识 别 准 确 率。其 中，方 法的 识别 准 确 率 平 均 为，方 法的 识 别 准 确 率 平 均为，方 法的 识 别 准 确 率 平 均 为，由 此可 见，方 法 的 识 别 准 确 率 平 均 值 最 高。因 此，本 文 设计 的 基 于 多 特 征 融 合 的 造 纸 车 间 监 控 视 频 异 常 识 别方 法 在 实 际 应 用 中 效 果 最 好，能 够 准 确 识 别 异 常数 据。结 束 语综 上 所 述，本 文 设 计 的 基 于 多 特 征 融 合 的 造 纸车 间 监 控 视 频 异 常 识 别 方 法 对 源 数 据 进 行 多 重 预 处理，先 将 其 进 行 数 据 脱 敏，再 进 行 数 据 填 补 和 颠 簸 数据 去 除，保 证 数 据 的 完 整 性，为 后 续 的 数 据 提 取 做 准备。同 时，在 多 特 征 融 合 的 支 持 下，构 建 相 关 的 异 常识 别 模 型，实 现 数 据 的 异 常 识 别，保 证 车 间 的 正 常 运转。然 而，在 本 文 设 计 的 方 法 中，仍 然 存 在 识 别 时 间过 长 的 问 题，在 之 后 的 研 究 中 将 会 考 虑 多 方 因 素 进行 完 善。参 考 文 献陈 晓 辰，夏 欣北 方 地 区 造 纸 车 间 新 风 机 组 热 水 加 热 器 防 冻 研究 与 解 决 措 施 中 国 造 纸，（）：曾 敏，邹 均 名，李 文 斌，等南 方 地 区 造 纸 车 间 钢 屋 面 保 温 厚 度的 计 算 与 分 析 中 国 造 纸，（）：张 鹏基 于 人 工 智 能 的 造 纸 机 械 运 行 状 态 实 时 监 测 方 法 造 纸 科 学 与 技 术，（）：林 骏造 纸 业 物 流 设 备 故 障 诊 断 数 据 采 集 与 监 控 系 统 研 究造 纸 装 备 及 材 料，（）：张 明 辉，于 丽 萍人 工 智 能 时 代 下 造 纸 机 械 设 备 故 障 智 能 监 测系 统 设 计 造 纸 科 学 与 技 术，（）：熊 水 平基 于技 术 的 造 纸 生 产 通 信 网 络 在 线 监 测 系 统造 纸 科 学 与 技 术，（）：黄 雪 芹基 于 振 动 分 析 技 术 的 造 纸 设 备 运 行 监 测 系 统 设 计造 纸 科 学 与 技 术，（）：房 燕，贾 伯 林，朱 忠 华，等磁 混 凝 技 术 在 造 纸 废 水 处 理 厂 气 浮池 改 造 中 的 工 程 应 用 广 东 化 工，（）：肖 楠，阮 大 智，宋 凯 华基 于 数 据 融 合 的 工 业 互 联 网 运 行 异 常监 控 系 统 电 子 设 计 工 程，（）：李 君，陈 瑞 凤，徐 春 婕，等铁 路 客 运 车 站 旅 客 异 常 行 为 智 能识 别 和 监 测 方 法 研 究 计 算 机 测 量 与 控 制，（）：李 明 超，李 明 昊，任 秋 兵，等基 于 密 度 分 簇 的 长 周 期 监 测 数据 异 常 识 别 方 法 水 力 发 电 学 报，（）：王 宏 刚，王 一 蓉，赵 晓 龙基 于 用 户 综 合 用 能 信 息 的 用 能 行 为异 常 识 别 系 统 设 计 自 动 化 仪 表，（）：建 剑 波，霍 吉 祥，何 欣 威，等基 于 小 波 变 换 的 改 进 云 模 型 在河 口 村 水 库 监 测 数 据 异 常 识 别 中 的 应 用 人 民 黄 河，（）：路 学 刚，孙 华 利，董 诗 焘，等基 于 人 工 智 能 技 术 的 电 力 系 统设 备 远 程 实 时 监 控 异 常 识 别 研 究 机 械 设 计 与 制 造 工 程，（）：王 功 臣，娄 德 章，付 娟 娟，等基 于边 缘 深 度 算 法 视 频 分析 装 置 的 电 力 场 景 异 常 识 别 技 术 研 究 电 力 大 数 据，（）：