Как изготавливают карандаши. Простой карандаш – история происхождения не так уж и проста. Какой должна быть оболочка
История изобретения графитовых карандашей уходит своими корнями в далекий шестнадцатый век, когда английские пастухи нашли в земле неподалеку от своей деревни странную черную массу, которая очень напоминала уголь, но почему-то совсем не хотела гореть. Вскоре новому материалу все же нашли применение - из него стали делать тонкие палочки, которые можно было использовать для рисования, так как они оставляли хорошие четкие следы на холсте или бумаге. Однако эти палочки не получили широкого распространения, потому что были весьма непрактичны: они часто ломались и пачкали пальцы. Все изменилось лишь тогда, когда в 1863 году в Германии был сделан первый в мире деревянный карандаш, форма которого почти не изменилась за прошедшие столетия и сохранилась до наших дней.
Как делают карандаши
Производственный процесс на современной карандашной фабрике состоит из нескольких десятков отдельных технологических операций. Для изготовления одного карандаша используются около ста видов различных расходных материалов, а времени на это уходит не менее десяти дней.
Из чего сделан карандаш
Основными материалами для производства карандашей являются графит, глина, цветные пигменты и полимеры. Все они используются для изготовления «сердца» карандаша - его пишущего стержня.
Вторая, не менее важная составляющая каждого карандаша - это деревянная оболочка, надежно защищающая стержень от механических повреждений, а наши руки - от графитовой пыли. Далеко не каждая древесина подходит для такого ответственного дела. Карандаши изготавливают только лишь из ольхи, липы, сосны и кедра.
Как сделан карандаш: производство карандаша
Производство любого карандаша начинается на лесопилке, где бревна очищают от коры и делают из них брус. Далее брус нарезают короткими кусками, каждый из которых затем распиливают на дощечки заданной толщины.
Дощечки сортируют, отбраковывают нестандартные, собирают в пачки подходящие и загружают их в автоклав. Там дощечки окончательно высушивают, а затем пропитывают парафином.
Подготовленные таким образом дощечки поступают в следующий цех, где их пропускают через сложный станок, который одновременно шлифует их поверхность и делает на ней с одной стороны параллельные тонкие и длинные канавки. В эти углубления впоследствии будут укладываться стержни будущих карандашей.
Тем временем в другом цеху уже изготавливаются пишущие стержни. Делают их из смеси графита и глины, которые измельчают в тончайший порошок. Затем порошок смешивают с водой и формуют стержни, выдавливая полученное «тесто» через тонкие отверстия, проделанные в специальном штампе, примерно так же, как делают спагетти. Потом полуфабрикаты стержней сушат, после чего их запекают при температуре около одной тысячи градусов в специальной электрической печи.
После отжига стержни пропитывают жиром. Делается это для того, чтобы потом стержнями можно было писать.
Готовые стержни отправляют в сборочный цех, где автомат будет укладывать их в уже вырезанные в дощечке канавки, а потом сверху будут помещать вторую смазанную клеем дощечку таким образом, чтобы края канавок в верхней и нижней частях точно совпадали. Получившиеся карандашные «бутерброды» складывают в стопки и стягивают их струбцинами для того, чтобы клей хорошо "схватился" и обе половинки намертво приклеились друг к другу.
Стопки несколько часов сушат при температуре 40 градусов, затем струбцины снимают и дощечки отвозят к станку, который их уже разделит на отдельные карандаши. Там же карандашам придадут привычную для нас круглую или шестигранную форму и аккуратно обрежут торцы.
Готовые «голые» карандаши после этого отправляются на покраску. Чтобы новые карандаши были гладенькими и блестящими, их красят не один раз, а три и даже иногда четыре, а потом еще несколько раз покрывают лаком. Там же в покрасочном цехе на карандаши наносят маркировку и логотип фирмы.
Яркие, блестящие, пахнущие свежей краской карандаши перевозят в фасовочный цех, где их раскладывают по картонным коробочкам, которые затем упаковывают в большие ящики и отправляют в магазины.
Об истории шариковой ручки фиксики вам уже рассказали в мультфильме.
А теперь поговорим о другом предмете, которым мы пользуемся так же часто - о карандаше. Узнаем,
чем рисовали в старину, и как материал для наших карандашей помогли найти... овцы. Заглянем на карандашную фабрику, разберемся, как палочка-стержень попадает внутрь деревянного корпуса, почему карандаши называются мягкими и твердыми - и многое другое.
Когда-то, давным-давно, таких карандашей, как сейчас, не было. До 16 века художники рисовали «серебряным карандашом». Тоненькую серебряную проволочку припаивали к ручке или вкладывали в специальный футляр - кожаную трубочку. Когда проволочка стиралась, кожу на конце трубочки обрезали, и «серебряный карандаш» становился короче. Правда, стереть написанное таким карандашом было нельзя - и художнику, сделавшему неверный штрих, приходилось перерисовывать все заново. Да и через некоторое время серебристые линии или буквы становились коричневыми.
Существовал и свинцовый карандаш - тонкая палочка из свинца. Но свинцовая палочка оставляет на бумаге серый, не слишком четкий след. Кроме того, свинец - вредное для здоровья вещество. В те времена, правда, об этом мало кто знал, и школьники нередко писали свинцовыми карандашами.
А у тех карандашей, которыми пользуемся мы с вами, стержень сделан из графита. Это особая разновидность каменного угля. Впервые графит обнаружили… пастухи из английского графства Камберленд. Они заметили, что когда белые овцы трутся боками о камни местных скал, их шерсть становится черной.
Узнав о «пачкающих скалах», англичане сперва решили, что камберлендские скалы тоже содержат свинец. И попробовали использовать его для производства карандашей. Мастера вручную вытачивали из этого «свинца» стержни, которые потом оборачивали тесьмой. Работа была непростой - один мастер за день мог сделать всего два-три карандаша. Англичане очень дорожили «камберлендским свинцом», вывозить его с Британских островов было запрещено под страхом смертной казни. Но уж очень хорошими получались карандаши - вскоре о них узнала вся Европа, и материал для стержней стали тайно вывозить из Англии.
В немецком городе Нюрнберге в 1761 году открылась фабрика, где «свинцовые» стержни начали заключать в деревянную оболочку - и карандаш приобрел почти точно такой же вид, в каком мы его знаем сейчас. Однако лишь в конце восемнадцатого века ученые-химики разобрались, что в этих стержнях нет никакого свинца, а сделаны они из особого минерала. Тут-то ему и дали название «графит» - от греческого слова grafo - пишу.
Но стержни из чистого графита, хотя и давали красивую четкую линию, были все же слишком мягкими. В 1790 году венский мастер Йозеф Хардмут смешал пыль графита с глиной и водой и обжёг эту смесь в печи. Потом он основал предприятие по выпуску карандашей Koh-i-Noor - карандаши этой фирмы есть у многих из вас дома и сейчас. И примерно в то же во время во Франции свой способ производства карандашных стержней нашел ученый-изобретатель Николя-Жак Конте. Он был еще и художником, поэтому прекрасно знал, каким должен быть хороший карандаш. Конте придумал изготавливать для стержней смесь из графита, глины, крахмала, сажи и воды. Добавляя то больше, то меньше глины, ученый выяснил, что можно делать стержни более твердыми, чтобы чертить тонкие и светлые линии, или более мягкими - тогда линии получались темнее и жирнее. Чем больше добавлено глины, тем тверже стержень.
Возьмите набор простых карандашей - на каждом из них обозначено, какой он твердости. На твердых карандашах стоит маркировка - русская буква Т («твердый») или латинская «Н» (“hard” - английское слово, которое тоже значит «твердый»). А на мягких - русская М (мягкий) или латинская B (“black” - «черный» - как мы помним, более мягкий стержень дает более темную, черную линию). К самым твердым и мягким стержням добавляется цифра - 2M, 3Т. Есть и карандаши средней твердости - на них пишут ТМ (или HB) - «твердо-мягкий».
Ну хорошо, а как же графитовый стерженек попадает внутрь деревянного корпуса? Попробуем заглянуть на карандашную фабрику! Мы увидим, что глина, графит и дерево не сразу превращаются в карандаш. Их путешествие по фабрике из машины в машину — целая цепь превращений.
Сначала надо глину и графит мелко-мелко размолоть. Потом смешать с клеем, чтобы он связывал вместе частички графита, не давал им рассыпаться. И снова растереть в порошок, из которого получатся графитные палочки. Но в порошке между частичками графита и глины остаются соринки или пузырьки воздуха. Если от них не избавиться, палочка выйдет ломкая - карандаш придётся то и дело чинить. Чтобы выгнать пузырьки воздуха, порошок сильно сдавливают специальным прессом. Получаются круглые толстые столбики — болванки. Эти болванки продавливают сквозь сито с очень маленькими дырочками. Соринки остаются на сите, а крошечные частички графита и глины проходят сквозь дырочки - получается тонкая чёрная вермишель. Из нее опять делают болванки — но уже чистые, без всякого сора, без пузырьков воздуха. Эти-то болванки и превращают в стержни для карандашей.
Чтобы сделать из толстенькой болванки тонкую палочку-стержень, надо ее продавить сквозь малюсенькую дырочку.
Болванка протискивается сквозь нее, худеет и вытягивается в тонкую, длинную нить. Нить режут на кусочки. Но кусочки эти мягкие, они ещё для карандаша не годятся. Их надо высушить и обжечь в печи, чтобы они стали твёрдыми. А потом пропитать жиром, чтобы они писали чётко, а не бледно.
Наконец получилась та самая графитная палочка, которая сидит внутри карандаша. Теперь нам нужно, чтобы она оказалась в деревянном корпусе.
Корпус для карандаша можно делать из разных пород дерева (а сейчас их нередко делают и из пластмассы) - хотя самые хорошие карандаши получаются из сибирского кедра. Станок режет деревянную заготовку на одинаковые дощечки. Чтобы будущий карандаш не ломался, и его легче было чинить, дощечки пропитываются парафином. Делается это в специальных аппаратах - автоклавах. На пару из дощечек удаляются все смолы, а древесина под действием пара меняет свою окраску на розовато-коричневатую. Затем дощечки тщательно просушиваются.
После этого в каждой дощечке еще один станок проводит шесть дорожек - для шести графитных палочек. Графитные палочки ложатся на дощечку в приготовленные для них дорожки. А сверху их закрывают другой такой же дощечкой - как крышкой. И обе дощечки склеивают. Если очень внимательно рассмотреть готовый карандаш, можно найти место склейки двух половинок.
Посмотри, как из кедровой дощечки получается шесть карандашей:
1 — в обеих дощечках сделаны канавки; 2 — в канавки вложены графитные палочки, и дощечки склеены; 3 — дощечка прошла через станок; видно, что она скоро превратится в шесть карандашей; 4 — а здесь уже вместо дощечек появились карандаши.
Получается сразу шесть сросшихся карандашей. Еще одна машина разрезает дощечку на шесть шестиугольных палочек. Внутри каждой палочки сидит графитный стерженёк. Это уже готовый карандаш, только пока не очень красивый — некрашеный, шероховатый. Чтобы похорошеть, он должен ещё пойти в машины, которые сделают его гладким и покроют блестящим цветным лаком или краской — обязательно в несколько слоев.
А потом карандаш попадёт в последнюю машину, где на него нанесут клеймо - название, рисунок, обозначение твердости. Вот теперь карандаш совсем готов - родился, получил имя и может отправляться с фабрики в магазин, а из магазина — к вам домой.
Так делаются простые карандаши. А как получаются цветные? В них вместо графита в грифелях используется мел со специальным клеем (каолин) и красящим веществом. Кстати, смесь для стержней цветных карандашей проходит обжиг в печи один раз, а вот графитовые стержни для простых карандашей обжигаются дважды.
Вот сколько работы нужно, чтобы сделать обычный карандаш! Так что берегите свои карандаши, не торопитесь их выбрасывать, даже когда они становятся совсем коротенькими.
Каждый из нас с ранних лет, занимаясь творчеством, или же на школьных уроках сталкивался с таким предметом как карандаш. Чаще всего люди относятся к нему как к чему-то обычному, как к простой и полезной вещи. Но мало кто задумывался, насколько сложен технологический процесс его производства.
Между прочем, при производстве карандаш проходит через 83 технологические операции, при его изготовлении используется 107 видов сырья и материалов, а цикл производства составляет 11 дней. Если на все это еще посмотреть со стороны целой линейки продукции, то рисуется сложное налаженное производство с тщательным планированием и контролем.
Для того чтобы увидеть своими глазами процесс производства карандашей, мы отправляемся на Московскую фабрику имени Красина. Это старейшее карандашное производство в России. Фабрика основана в 1926 году при поддержке правительства.
Основной задачей правительства была ликвидация безграмотности в стране, а для этого необходимо было сделать канцелярские принадлежности доступными. После развала Советского Союза фабрика Красина осталась единственным производителем карандашей на территории СНГ с полным циклом производства. Это значит, что на фабрике производится все – от грифеля до конечной продукции – карандашей. Давайте поближе познакомимся с процессом производства карандашей.
Для производства карандашей на фабрику поступают специально обработанные и уложенные дощечки из липы. Но перед тем как они будут задействованы, необходимо сделать пишущие стержни.
Перейдем в цех изготовления карандашных стержней. Пишущие стержни изготавливаются из смеси глины с графитом. Подготовка необходимой смеси начинается с таких вот технологических установок, где производится измельчение глины. Измельченная глина по конвейеру отправляется на следующий участок производства.
На следующем участке установлены специальные мельницы, где глина более мелко размалывается и смешивается с водой.
Установки для приготовления смеси глины с графитом. Здесь смесь для будущих стержней избавляется от примесей и готовится к дальнейшей переработке.
Стоит отметить, что при производстве грифелей используются только природные вещества, что позволяет считать производство экологически чистым. Установка для прессования смеси. Из получаемых полуфабрикатов получают стержни. Отходов у производства фактически нет, так как они их используют вторично.
На этом участке производства получают уже сами стержни, но, чтобы они попали в карандаш, над ними будет проведен еще ряд технологических операций.
Сама технология получения стержней – напоминает экструдирование. Тщательно подготовленную и перемешанную массу выдавливают через специальный штамп с отверстиями.
После этого заготовки для пишущих стержней укладывают в специальную тару.
И сушат в шкафу в течении 16 часов.
После этого стержни тщательно сортируют вручную.
Так выглядит рабочее место по сортировке стержней. Это очень сложная и кропотливая работа. За настольной лампой спят кошки.
После сортировки стержни прокаливаются в специальном шкафу. Температура отжига составляет от 800 до 1200 градусов Цельсия и напрямую влияет на конечные свойства стержня. От температуры зависит твердость карандаша, которая имеет 17 градаций – от 7Н до 8В.
После отжига стержни под особым давлением и температурой заполняются жиром. Это необходимо для придания им необходимых пишущих свойств: интенсивности черты, легкости скольжения, качества заточки, легкость стирания ластиком. В зависимости от требуемого значения твердости стержня могут применяться: саломас, кондитерский жир или даже пчелиный и карнаубский воск.
Выходная продукция участка производства стержней.
После этого стержни попадают на сборку. Вот на таких станках подготавливаются дощечки для карандашей. В них выпиливаются канавки под установку пишущих стержней.
Режущая часть станка вытачивает канавки в дощечках.
Дощечки автоматически поступают в такую вот обойму.
После этого на другом станке стержни укладываются в заранее подготовленные дощечки.
После укладки половинки дощечек склеиваются клеем ПВА, и их оставляют сохнуть под прессом. Суть этой операции в том, что сам стержень не приклеивается к дощечкам. Его диаметр больше, чем диаметр канавки, и для того чтобы конструкция замкнулась – необходим пресс. Стержень же будет держаться в древесине не за счет клея, а за счет натяга деревянной оболочки (специально созданного таким образом преднапряжения в конструкции карандаша).
После высыхания заготовку распиливают специальными фрезами на отдельные карандаши.
Карандаши постепенно распиливаются за несколько циклов обработки.
На выходе получаются уже готовые, но не окрашенные карандаши.
Уже на этом этапе закладывается форма карандаша за счет типа профиля режущей фрезы.
Далее на специальных линиях проходит огрунтовка поверхности карандаша. При покраске карандашей применяются эмали, изготовленные на самом заводе. Эти эмали производятся из безопасных для человека компонентов.
Линия по покраске карандашей.
Я думаю, что в магазинах мы много раз видели подарочные карандаши, окрашенные красочными разводами. Оказывается, чтобы их так окрасить, применяется целая специально разработанная технология. Вот небольшой фрагмент процесса их покраски.
При посещении покрасочного цеха мне довелось увидеть партию карандашей для поставки правительству РФ нового образца. Кончик карандаша символизирует наш государственный флаг. Карандаши сохнут в специальных технологических рамках. Регулярность рядов выглядит очень необычно и притягивает.
После покраски карандаши укладывают в партии для отправки на следующие участки фабрики.
Смотреть на тысячи карандашей, покрашенных по фирменной технологии завода, доставляет огромное удовольствие. Это очень необычное зрелище.
Технологическая линия отделки поверхности.
Шкафчик для хранения штампов. Здесь хранятся штампы для всего ассортимента выпускаемой продукции.
При необходимости перед фасовкой карандаши затачивают на специальном станке. На фотографии отображена промежуточная стадия заточки.
Меня поразила скорость работы станка. Карандаши падали в поддон непрерывным потоком. Сразу вспомнились все личные неудачные попытки точить карандаши. От этих воспоминаний этот станок начал внушать еще больше уважения.
Фабрика выпускает и вот такие интересные карандаши овальной формы, применяемые при строительстве и ремонте.
Массивы складированных карандашей выглядят очень необычно и притягивающее. Такого больше нигде не увидишь.
На участке упаковки карандаши сортируются и фасуются вручную. Здесь царит особая атмосфера. Люди работают тихо и молча. Многие работники имеют непрерывный стаж работы на фабрике более 40 лет.
На фабрике есть своя оснащенная лаборатория, в которой испытывается продукция в течении всего производственного цикла и отрабатываются новые технологии производства. На снимке – прибор Амслера для определения сопротивления на излом пишущих стержней.
Перед уходом я зашел в комнату с демонстрационными стендами продукции фабрики. Эмблема фабрики вызывает какую-то ностальгию. Ведь эти карандаши знакомы каждому из нас с детства.
Фабрика выпускает несколько линий продукции. Профессиональная серия карандашей для художников, декораторов и дизайнеров.
Образцы карандашей поставляемых правительству РФ. Для оформление карандашей выбран рисунок под цвет стандартных малахитовых настольных приборов работников правительства РФ. Но кроме этого они имеют и другие отличия от обычных карандашей: во-первых их форма выполнена с максимальным учетом эргономики руки взрослого человека, а кроме того в них применяется особый стержень типа "люмограф" для пометок на полях и в ежедневнике, он не размазывается рукой, но хорошо стирается ластиком без повреждения бумаги.
Карандаши для инженерного черчения:
Оригинальная сувенирная продукция фабрики.
Посещение фабрики было очень увлекательным и познавательным. Мне было очень интересно увидеть, сколько оригинальных технологий и труда вкладывается в изготовление казалось бы такого простого предмета как карандаш.
Я хочу выразить огромную благодарность главному технологу производства Марине за помощь и разъяснение технологических процессов на производстве. В конце посещения фабрики, ее руководство подарило редакции Ридуса свои фирменные карандаши, в том числе и поставляемые правительству Российской Федерации.
Рисование ― приятное и полезное занятие для любого возраста. И один из самых любых художественных материалов любого ребёнка ― карандаши. Но мало кто из нас знает, как делают карандаши, какую древесину используют в этих целях. Примечательно, что создание этих канцелярских изделий выполняется на каждой фабрике по-своему. Редакция сайт провела своё расследование и расскажет историю возникновения карандаша и технологию его изготовления.
История карандаша началась приблизительно 300 лет назад, когда вместо свинца стали использовать новый минерал ― графит. Но он очень мягкий, и поэтому в графитную массу стали добавлять глину. От этого графитный стерженёк становился твёрже и прочнее. Чем больше глины, тем твёрже карандаш . Поэтому и бывают карандаши разных видов: твёрдый, средний и мягкий.
Но графит ещё и сильно пачкается, поэтому у него появилась «одежда». Она стала деревянной. Оказывается, не каждое дерево подойдёт для изготовления корпуса карандаша. Нужно дерево, которое легко строгать и резать, но оно при этом не должно лохматиться. Идеальным оказался для этой цели сибирский кедр.
В графитную массу подмешивают ещё жир и клей. Это для того, чтобы графит легче скользил по бумаге и оставлял насыщенный след. Так, около двухсот лет назад карандаш стал похож на тот, что мы привыкли видеть.
Как делали карандаши
Изготавливали карандаши тогда вручную. Разбавленную водой смесь графита, глины, жира, сажи и клея заливали в отверстие в деревянной палочке и специальным образом выпаривали. Один карандаш изготавливали около пяти дней, и стоил он очень дорого. В России производство карандаша организовал Михаил Ломоносов в Архангельской губернии.
Карандаш постоянно совершенствовался. Круглый карандаш скатывается со стола, поэтому придумали делать его шестигранным. Затем для удобства в верхнюю часть карандаша поместили стирательную резинку. Появились цветные карандаши, в которых вместо графита в грифелях используется мел со специальным клеем (каолин) и красящим веществом.
Люди продолжали искать материал для замены древесины. Так появились карандаши в пластмассовой оправе. Был изобретён механический карандаш в металлическом корпусе. Сейчас выпускаются ещё и восковые карандаши.
Карандаш от начала создания и до готовой продукции проходит через 83 технологические операции, при его изготовлении используется 107 видов сырья и материалов, а цикл производства составляет 11 дней.
Из какого дерева делают карандаши в наше время?
В большинстве случаев ― из ольхи и липы, которых на территории России огромное количество. Ольха является не самым прочным материалом, зато у неё равномерное строение, что упрощает процесс обработки и сохраняет естественный природный цвет. Что касается липы, то она отвечает всем эксплуатационным требованиям, а потому используется при производстве и дешёвых, и дорогих карандашей. За счёт хорошей вязкости материал прочно удерживает грифель. Уникальный для создания карандашей материал ― кедр, который широко применяется на заводах в России. Примечательно, что используется не здоровая древесина, а экземпляры, которые уже не дают орехов.
Стержень: какая основа
Производство карандашей ведётся с применением специального стержня. Графитный грифель состоит из трёх компонентов ― графита, сажи и ила, к которым часто добавляются органические связующие. Причём графит, в том числе и цветной, является постоянным компонентом, так как именно грифель оставляет на бумаге след. Стержни создаются из тщательно подготовленной массы, которая имеет определённую температуру и влажность. Вымешанное тесто специальным прессом формуется, затем пропускается через оборудование с дырочками, что делает массу похожей на лапшу. Эта лапша формируется в цилиндры, из которых выдавливаются стержни. Остается только их прокалить в специальных тиглях. Затем стержни подвергаются обжигу, а после него выполняется жировка: образовавшиеся поры под давлением и при определённой температуре заполняются жиром, стеарином или воском.
Как делают цветные карандаши?
Здесь принципиальное отличие имеет, опять же, стержень, который производится из пигментов, наполнителей, жирующих компонентов и связующего вещества. Процесс производства стержня следующий:
Изготовленные стержни укладываются в специальные желобки на дощечке и накрываются второй дощечкой;
Обе дощечки склеиваются клеем ПВА, при этом стержень не должен приклеиться;
Торцы склеенных дощечек выравниваются;
Выполняется препарирование, то есть добавление жира в уже имеющуюся смесь.
Примечательно, что производство карандашей ведётся с учётом потребительских свойств изделий. Так, дешёвые карандаши создаются из древесины не самого высокого качества, точно такая же ― не самая качественная ― и оболочка. А вот карандаши, которые используются в художественных целях, делают из качественной древесины, которая имеет двойную проклейку. В зависимости от того, из чего сделан карандаш, будет выполняться и его заточка. Считается, что аккуратная стружка получается, если изделия сделаны из древесины сосны, липы или кедра. Кроме того, важно, чтобы грифель был качественно проклеен ― такой карандаш даже при падении не сломается.
Какой должна быть оболочка?
От оболочки зависит простота и красота карандаша. Так как делают карандаши из дерева, то она должна отвечать следующим требованиям: мягкости, прочности и лёгкости.
В процессе эксплуатации оболочка должна
Не ломаться или крошиться, как и весь корпус;
Не расслаиваться под воздействием природных факторов;
Иметь красивый срез ― гладкий и блестящий;
Быть стойкой к влаге.
Какое оборудование используется?
Производство карандашей ведётся с использованием разнопланового оборудования. Например, очистка глины, из которой впоследствии будет создаваться графитный стержень, требует наличия специальных мельниц и дробилок. Обработка перемешанного теста ведётся на винтовом прессе, где из теста вальцами с тремя разными зазорами формируется сам стержень. Для этих же целей применяется фильера с отверстиями. Сушка деревянных заготовок выполняется в сушильных шкафах, где изделия подвергаются вращению в течение 16 часов. При хорошей просушке древесина обретает уровень влажности максимум в 0,5 %. Что касается цветных карандашей, то они тепловой обработке не подвергаются ввиду наличия в них наполнителей, красителей и жирующих компонентов. На специальном станке выполняется торцовка карандашей в длину.
Как делают карандаши
В производственном процессе важную роль играет просушка. Она выполняется в специальных колодцах с помощью станков, причём дощечки укладываются так, чтобы просушка была максимально эффективной. В этих колодцах сушка выполняется примерно 72 часа, затем дощечки сортируются: все треснувшие или некрасивые изделия отбраковываются. Отобранные заготовки облагораживаются парафином, калибруются, то есть на них вырезаются специальные канавки, где будут расположены стержни.
Теперь используется фрезерно-пропускная линия, на которой выполняется разделение блоков на карандаши. В зависимости от того, какой формы ножи используются на данном этапе, карандаши получаются или круглой, или гранёной, или овальной формы. Важную роль играет крепление грифеля в деревянном корпусе: это должно делаться прочно и надёжно, что снижает риск выпадения элементов грифеля. Упругий клей, который используется для связки, делает грифель прочнее.
Современные простые и цветные карандаши представлены в огромном разнообразии дизайнов и цветов. Так как делают карандаши в заводских условиях, здесь уделяют пристальное внимание каждому этапу производства.
Окраска ― один из важных этапов, так как она должна отвечать целому ряду требований. Для отделки поверхности используется метод экструзии, а торец отделывается окунанием. В первом случае карандаш проходит через грунтовочный аппарат, где в конце конвейера он переворачивается для нанесения следующего слоя. Таким образом, получается равномерное покрытие.
В России есть две крупные фабрики по производству карандашей. Карандашная фабрика им. Красина в г. Москве ― первое государственное предприятие в России по выпуску карандашей в древесной оболочке. Фабрика основана в 1926 году. Вот уже более 72 лет она является крупнейшим производителем канцелярских товаров.
Сибирская карандашная фабрика в г. Томске . В 1912 году царское правительство организовало в Томске фабрику, которая пилила кедровую дощечку для производства всех выпускаемых в России карандашей. В 2003 году фабрика значительно увеличила ассортимент выпускаемой продукции и вывела на рынок новые марки известных своим качеством карандашей «Сибирский кедр» и «Русский карандаш » с хорошими потребительскими характеристиками. Карандаши новых марок заняли достойное место среди недорогих карандашей отечественного производства, изготовленных из российских экологически чистых материалов.
В 2004 году карандашная фабрика была продана чешской компании KOH-I-NOOR. На фабрику поступили инвестиции, и появились новые возможности для распространения продукции не только на внутреннем, но и на мировом рынке канцелярских товаров.
Графитовые стержни для письма были известны уже в эпоху расцвета древнегреческой культуры, но впоследствии они были забыты. Лишь в XVI веке возродилось старинное ремесло. В трактате Конрада Гесслера о минералах, вышедшем в 1565 г., есть описание графитовых стержней. Между классической древностью и поздним средневековьем люди, если они не желали иметь дело с чернилами, писали стержнями из свинца и олова. Нам такое занятие не пришлось бы по вкусу. Впрочем, и нашим предкам оно, видимо, не доставляло удовольствия.
Карандаш, вырезанный из кристалла графита
Именно так он выглядел карандаш XVI века. В то время в английском графстве Камберленд открыли необычное месторождение графита. Необычность его заключалась в том, что куски графита были на редкость большими. А чем они больше, тем правильнее кристаллы, тем чище материал. Стержни, которые делали из камберлэндского графита, писали очень хорошо. Делали их так: графит распиливали на тонкие пластинки, шлифовали и разрезали на палочки, которые вставляли в дерево или тростник.
Месторождение между тем истощалось. Стержни стоили все дороже. Наконец, крупные самородки графита стали такой же редкостью, как алмазы в несколько каратов. И вновь люди стали писать палочками из мягких металлов.
Но графиту суждено было покорить пишущий и рисующий мир. Правда, не в чистом виде, а в смеси с глиной. В 1790 г. француз Жак Конте предложил делать карандашные стержни по керамической технологии. Он смешивал порошок графита с пластичной массой из глины и воды, уплотнял массу на прессе и продавливал ее через сапфирное сопло. Получалась темная круглая нить, которую резали на стержни и обжигали, подобно гончарным изделиям, чтобы она стала прочной.
Эта технология многократно усовершенствовалась, но до недавнего времени принципиально не менялась. Прежде всего потому, что она удобна. Затем - благодаря доступности сырья: не нужны крупные куски графита. Наконец, она дает возможность получать отменные карандаши. Те самые, что в разговорной речи называют простыми, а в изданиях для специалистов - чернографитными
Краткий экскурс в область полимеров
Графит-полимер. Так же, как и алмаз: оба они кристаллические полимеры. Ископаемые угли, древесный уголь, сажу считают аморфными полимерами углерода. На самом деле и они построены из очень мелких, деформированных кристаллов.
Графит и ископаемые угли - это как бы углеродные скелеты древних растительных организмов. Синтетический графит и сажа - углеродные скелеты нефтяных углеводородов. И природа, и человек создают графит по единому методу – строя полимерную цепочку из одних только атомов углерода. Впрочем, так можно получить и алмаз. Но для этого придется построить трехмерный полимер, структуру которого надо изображать пространственной моделью. Чтобы изобразить структуру графита, достаточно бумажного листа, потому что она двумерна. Атомы углерода в графите образуют гигантские плоские сетки из шестичленных циклов - бензольных ядер.
Атомы углерода в плоской сетке графита связаны между собой прочными химическими связями. Но отдельные слои сетки удерживаются одна подле другой уже не химическими, а гораздо более слабыми молекулярными силами. Поэтому строение графита чешуйчатое, поэтому он мягок и скользок на ощупь.
Цвет графита - серо свинцовый. Чтобы сообщить карандашной массе черноту, в рецептуру вводят немного сажи или древесного угля. Молекулы пигментов содержат, кроме углерода, небольшое количество кислорода и водорода. Только из них сделать карандаш нельзя, потому что строение у черных пигментов не чешуйчатое, они не скользят по бумаге.
Почему карандаш пишет
Собственно, рассказывая о чешуйчатом строении графита, мы уже ответили на этот вопрос, но лишь отчасти ясно, отчего слои графита легко отделяются один от другого, но почему они остаются на бумаге? Потому, что в целлюлозе, из которой состоит бумага, есть гидроксильные группы, и когда карандаш скользит по бумаге, между этими группами и отслоившимися молекулами графита возникают водородные связи, более прочные, чем связи между отдельными молекулами-слоями графита.
Правда, чернографитный стержень состоит не из одного графита. В нем, как уже говорилось, есть связующее - глина. Но это существа дела не меняет. У глины, как у графита, слоистая структура, и на бумаге остается след обоих веществ.
Чтобы закончить разговор о молекулярных связях - один абзац о том, почему карандашная линия стирается резинкой. При механическом воздействии - трении - нарушаются силы, соединяющие отдельные частицы графита. В то же время возникают временные и непрочные молекулярные связи графита с поверхностью резинки. В результате резинка попросту вытаскивает графит из бумаги, в идеально а случае не нарушая вовсе бумажной поверхности.
Все наверное, знают эти обозначения 6Т - самый твердый карандаш, 6М - самый мягкий. А между ними есть еще 5Т, 4Т, ЗТ, 2Т, СТ, ТМ, М, 2М, ЗМ, 4М и 5М.
Велика ли разница между градациями твердости и что служит причиной разной твердости карандашей?
Ответ на первый вопрос: нет, невелика. Все карандашные стержни не выходят за пределы двух ступенек шкалы твердости Мооса (№ 1- тальк, № 2 - гипс). Определяют же твердость стержней, царапая ими эталонные плитки из сплава свинца с оловом или измеряя износ на специальном приборе.
А вот чтобы ответить на второй вопрос - отчего карандаши получаются разной твердости,- надо коротко рассказать, как делают стержни.
Как производят графитовые стержни
Самая ответственная операция в производстве стержней - помол графита. Чем мельче будут частицы, тем более гладкими получатся стержни, тем лучше они будут писать.
Механические способы помола требуют длительного времени, и все равно достаточно мелких частиц не получается. Поэтому применяют механохимические методы, в вибрационную или струйную мельницу вводят поверхностно- активное вещество, которое смачивает измельченные частицы и не дает им вновь слипаться. В результате размеры частиц графита получаются ничтожными - около одного микрона.
Для наглядности хотелось бы сравнить их с чем-нибудь известным, но даже самая тонкая пудра грубее, чем карандашный графит. А вот глину измельчать не надо, она и так достаточно мелка: у ее частиц субмикроскопические размеры. Графит смешивают с глиной. От того, в каком соотношении смешивают, и зависит твердость будущего стержня. Самый твердый получится из чистой глины, самый мягкий - из чистого графита Конечно, обе эти крайности абсурдны. Просто в 6Т очень мало графита, в 6М его очень много.
Смесь графита с глиной продавливают через сопло и непрерывную черную змейку автоматически режут на отдельные стержни. А потом отправляют в печь. Глины для карандашей состоят из каолинита. При высоких температурах из него выделяется вода и образуется плотный полимер. Поэтому стержень становится прочным, водостойким и более упругим, твердость его возрастает на одну - полторы градации.
Но из-за испарения воды стержень после обжига буквально насыщен мельчайшими сообщающимися между собой порами, проведенная им линия прерывиста и неравномерна. Приходится пропитывать обожженный стержень восками - годным, японским, карнаубским - или воскоподобными веществами вроде стеарина. Кстати, такие вещества заодно улучшают сцепление написанного с бумагой и уменьшают трение при письме.
Выбор древесины для карандаша
Стержень нельзя облачать в любую древесную одежду - ни ель, ни береза для этого не подходят. К древесине для карандашной оболочки предъявляют очень жесткие требования. Мягкость, легкость и прочность - вещи очевидные. Помимо этого волокна должны быть прямыми и плотными. Древесина должна хорошо обрабатываться на станках, не крошиться, строгаться ножом или бритвой, полироваться. Теперь, видимо, будет ясно, почему лишь немногие древесные породы годятся для карандашей.
Лучшие из лучших - южный красный кедр, растущий в Калифорнии, и кипарис. Не будем даже задерживать внимание на этой экзотике; в нашей стране используют древесину сибирского кедра, реже - липы, тополя, ольхи. Казалось бы, запасы такой древесины огромны. Но если бы деревья рубили только ради карандашей. К тому же в карандашном производстве древесина расходуется очень неэкономично: до 90% идет в отходы.
Древесину обязательно по радиусу распиливают на дощечки и облагораживают – у натурального кедра выравнивают его темно коричневый цвет, а остальные, менее благородные сорта пропитывают красителем под цвет кедра. А еще древесину пропитывают воскоподобными веществами, чтобы она лучше резалась и в заточенном виде была гладкой.
Наконец, заключительные операции, отделочные. Первая из них - окраска.
Не только дети, но и взрослые обгладывают карандаши. Поэтому краска должна быть абсолютно нетоксичной. Обычно используют нитролаки, по сути своей - растворы целлулоида. Из него делали и делают детские игрушки, так что в безвредности можно не сомневаться… Может быть, одной из причин, по которой даже взрослые держат иногда карандаш во рту, служит освежающий запах камфары, содержащейся в целлулоиде.
Последнее дело - поставить маркировку. На карандаш накладывают бронзовую фольгу (бумага, слой воска, слой клея, бронзовый порошок) и ударяют нагретым штампом с выгравированной надписью. Воск плавится, покрытие отделяется от бумаги и приклеивается к карандашу.
Цельносинтетические карандаши
Честно говоря, процесс изготовления карандашей выглядит несколько громоздким. И больше всего возни с глиной: сначала ее надо отмучивать, потом из-за нее вести обжиг… Между тем можно найти и не глиняный каркас для графита. Уже выдано немало патентов на синтетические связующие для карандашной массы.
Между прочим, первые стержни с феноло-альдегидными полимерами были изготовлены на московской фабрике им. Красина в годы войны. Сейчас можно уверенно говорить о том, что глина в карандаше - анахронизм и что сейчас чаще ее заменяют полимеры, не требующие обжига. Так же как и оболочку карандашей часто заменяют на полимерные и что очень важно, оболочку из них можно делать одновременно со стержнем, на одной машине, но с двумя головками: первая выдавливает графитовый стержень, другая облачает его в полимер.