增塑剂含量及类型差异对醋酸纤维滤棒硬度的影响

摘要　开展六种不同类型增塑剂及每种增塑剂四梯度（3%、7%、12%、15%）含量水平的醋酸纤维滤棒成型试验，样品分析结果表明滤棒硬度随增塑剂含量（3%—12%）增加而提高，与增塑剂类型无关。增塑剂含量水平达到15%后硬度变化因增塑剂而异，没有规律可循。常规增塑剂的四条硬度曲线均符合带常数项的测试时间对数函数表达，且判断系数都大于0.890。新型增塑剂与常规增塑剂相比，有部分产品的硬度水平有提高（38min内）但幅度有限。

　　关键词　增塑剂含量　增塑剂类型　滤棒硬度

　　引言

　　醋酸纤维丝束通过提升、开松、施加增塑剂、加胶、成型纸包裹、定型、分切、装盘等工序卷制成滤棒。施加增塑剂主要目的是使滤棒满足卷烟接装工艺需要和消费者感官需求。当增塑剂（通常为三醋酸甘油脂）通过高速旋转的毛刷作用后，形成雾状小滴施加到纤维上。增塑剂首先软化纤维表面并且缓慢向纤维内部渗透，不能及时渗透的增塑剂或多或少在纤维表面形成一定的粘性流层，逐步扩散到纤维其它区域。当该区域位于单丝结合点处时，软化且具有粘性的结合点表面将粘合在一起，随着增塑剂进一步渗透，表面开始固化，由于滤捧内千千万万个结点固化使得滤棒的硬度得到明显提高。硬度提高是一个渐进的过程，如果用数学的方法来模拟整个过程，可以直观的比较增塑剂含量、增塑剂类型引起硬度变化程度，从而有选择的使用增塑剂产品。

　　1试验部分

　　1.1仪器和试剂

　　滤棒硬度测试仪（cerulean QTM7），滤棒综合测试台（cerulean QTM），苏南1；苏南2；上海；　长沙（TA）；苏北1；苏北2六种增塑剂，除了长沙（TA）是常规增塑剂三醋酸甘油脂以外，其它增塑剂统称为新型增塑剂。

　　1.2试验条件

　　KDF2/AF2机组396米/分钟，选用2.7Y35000丝束制作圆周24.25mm、长度120mm、吸阻390mmH2O的滤棒，滤棒测试环境符合GB/T16447-2004要求。

　　1.3试验方法

　　按照公司用户手册上的成型条件调节设定参数，先做空白样，后做添加增塑剂的滤棒，增塑剂含量通过重量法计算得出。待各项指标稳定5分钟后，开始取样。每个试验批次取一盒（约5000支），然后在样品存放2、10、30、38、60、68、120、128、1440分钟时各随机挑选30支在QTM测试硬度。具体测试结果见表1。

　　2结果与讨论

　　2.1增塑剂类型比较

　　使用安捷伦GC-MAS6890/5978B对增塑剂成分进行定性分析，然后使用PE GC 8000 series two对增塑剂各组分进行定量分析（商业保密需要，具体成分隐去），结果如表2所示。

　　表2　样品成分分析表

　　从表中可以看出：

　　2.1.1不论是新型还是常规型增塑剂，它的主要成分中均含有三醋酸甘油脂，它是增塑剂最重要的组成部分。

　　表1　硬度测试统计表

　　2.1.2新型增塑剂通过掺入一种或几种其它化合物来改变增塑剂的固化速率，从而实现“快干”目的。

　　2.1.3研究表明增塑剂中的含水率对滤棒固化有致命影响，所以六种增塑剂均严格控制水分在0.1%以内。

　　2.2增塑剂含量对滤棒硬度的影响

　　利用试验数据绘制3%、7%、12%，15%四梯度增塑剂含量滤棒硬度折线（见图1）。总图是由六个小的三维折线图构成，每个小图表示一种增塑剂的硬度曲线。图中Y轴表示硬度数值，X轴表示硬度测试时间，Z轴表示3%、7%、12%，15%四梯度增塑剂含量水平。

　　2.2.1滤棒硬度随测试时间的延长而提高，与增塑剂类型无关。

　　2.2.2增塑剂含量越高（12%以内）滤棒硬度越大，与增塑剂类型无关。

　　2.2.3增塑剂含量达到15%（灰色折线），滤棒硬度变化没有规律可循。

　　图1　3%、7%、12%、15%增塑剂含量硬度曲线

　　2.3增塑剂类型对滤棒硬度的影响

　　以12%增塑剂含量为例，六种增塑剂硬度折线见图2。三维图Y轴表示硬度数值，X轴表示硬度测试时间，Z轴表示六种不同类型增塑剂（1：苏南1；2：苏南2；3：上海；4：长沙TA；5：苏北l；6：苏北2）

　　2.3.1增塑剂类型不同导致2-38分钟硬度上升速率差异。

　　2.3.2增塑剂类型不同导致最终滤棒硬度差异。

　　图2　六种增塑剂硬度曲线

　　2.4常规型增塑剂对滤棒硬度的影响

　　2.4.1对常规型（TA）增塑剂硬度曲线拟和：

　　利用SPSS软件对数据点通过图形估计方法对表l中长沙（TA）硬度数据进行数学拟和，方程如下。

　　Y=A+BLn（T）

　　在以上方程中，Y：表示特定增塑剂含量下在QTM7仪器下测试的硬度。A：表示常数项。B：表示回归系数。T：表示测试时间（min）。所有4个梯度增塑剂含量硬度拟和曲线R2均大于0.890，函数关系显著。满足带常数项的硬度测试时间对数函数表达。

　　R2判断系数计算及其意义：

　　 ：是变量Y的估计值；yi：是变量Y的实测值； ：变量Y均值

　　R2体现了同归方程中的因变量变异性的百分比。例如在表3中12%增塑剂含量下方程的R2为0.980，所示变量Y的变异有98%是由变量T引起的。

　　表3　方程系数表

　　2.4.2利用origin软件作出硬度函数图

　　图3　　TA增塑剂硬度曲线

　　3%常规增塑剂（TA）含量其滤棒硬度曲线最为平坦，增塑剂含量不足导致滤捧硬度变化不明显。其它三个梯度含量的硬度曲线变化较为明显，增塑剂起到提高滤棒硬度的作用。增塑剂含量与硬度起始点（2分钟）的数值没有对应关系，增塑剂含量15%的滤棒，其硬度起始数值最低，增塑剂含量3%的滤棒，硬度起始数值最高。印证了增塑剂作用原理，先软化丝束表面，结点粘结，增塑剂继续渗透，最终固化。到了第三数据点（30分钟）处，除15%曲线外其余3梯度增塑剂含量与硬度数据实现顺序排列。直到第七数据点（120分钟处），所有增塑剂含量与硬度数据实现顺序排列。增塑剂含量超过12%，硬度提升效果十分有限。

　　2.5增塑剂性能比较

　　目前国内滤棒自动输送系统中滤棒储库的最大停留时间是40分钟，所以选择了2-38分钟的硬度变化作为比较增塑剂性能的数据区间，并且假定38分钟内硬度变化成线型，比较六种增塑剂的性能。结果如图4所示Y轴表示硬度数值，X轴表示增塑剂类型（1：苏南1；2：苏南2；3：上海；4：长沙TA；5：苏北1；6：苏北2）

　　苏南2个增塑剂效果最佳，苏北2其次，常规TA再次，苏北1更次，最差的是上海的增塑剂。

　　苏南的增塑剂采用多组分混合的形式，有效的提高了滤棒硬度水平。

　　本次试验性能最佳的苏南2个样品和常规TA增塑剂硬度差异（38分钟内）也不超过2%。

　　图4　增塑剂效果对比图

　　3　结论

　　3.1增塑剂含量在3-12%范围内，滤捧的硬度随增塑剂的增加而加大。

　　3.2TA增塑剂的硬度曲线符合带常数项的测试时间对数函数拟和要求。

　　3.3增塑剂类型的差异导致最终滤棒硬度有所差异。

　　3.4多组分混合是新型增塑剂提高性能的有效办法。

　　参考文献

　　[1]Fiberset_ Tow Plasticizer Performance and Handling; Filter Products Technical Bulletin FPB-31. Hoechst Celanese, Charlotte, NC, 1997.

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