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.
Существует два основных вида карандашей – простые и цветные. Простой карандаш имеет графитовый грифель и пишет, в зависимости от твердости графита, серым цветом – от светлого до почти черного оттенка. Простые карандаши различаются по твердости грифеля, которая обозначается буквами М (или В в англоязычном варианте) – мягкий и Т (или Н) – твердый. Обычный – твердо-мягкий карандаш маркируется буквами ТМ или НИ (иногда он же обозначается буквой F). Эта маркировка наносится на корпус карандаша. Если карандаш никак не промаркирован, это означает, что он твердо-мягкий. Цветные карандаши также бывают нескольких видов: цветные классические (односторонние и двусторонние), восковые, пастельные, акварельные и т. д.
Несмотря на то, что графитовый карандаш в народе называется «простым», технология его производства оказывается намного сложнее технологии изготовления цветных карандашей, так как, в отличие от последних, он требует дополнительного обжига.
Грифель простых карандашей производится из белой глины – каолина и графита, а стержень цветных карандашей состоит из каолина с цветными пигментами. Причем сами пигменты могут быть как синтетическими, так и натуральными. Грифель, в состав которого входят натуральные компоненты, более удобен в использовании, обеспечивает мягкое нанесение, дает яркие насыщенные цвета, которые не выгорают даже под прямым воздействием солнечных лучей. В грифель акварельных карандашей добавляются специальные эмульсии, которые при контакте с водой растворяются, создавая равномерный слой краски на бумаге – так называемый эффект акварели.
Стержни для пастельных карандашей производятся путем прессования натуральных пигментов и льняного масла. А в состав грифеля восковых карандашей в качестве вяжущего вещества входит, как понятно из названия, воск. Он создает прочное крепление грифеля, оставляет широкий маслянистый след и обеспечивает лучшее скольжение по бумаге.
Процесс производства карандашей в древесной оболочке полностью автоматизирован и состоит из нескольких этапов: изготовление грифеля, дощечек, соединения составляющих и обработки заготовок. Прежде всего, из смеси глины с графитом производится грифель будущих карандашей. Пропорции составляющих на этапе смешивания графита и глины определяют твердость будущего грифеля. Чем больше графита добавляется в грифель, тем мягче будет его структура. Если же в грифеле преобладает каолин, карандаш будет более твердым.
Глина проходит предварительную очистку. Для этого сырье сначала измельчается в дробилках, потом смешивается с теплой водой в специальных мельницах. Глину, разведенную в воде, заливают жидким стеклом, чтобы избавиться от посторонних примесей – песка и пр. Затем в глину добавляется графит, согласно рецептуре, и связующее вещество, которое варится из крахмала.
Стержневая масса должны быть определенной температуры и влажности. Малейшее отклонение от нормы приведет к порче сырья. Например, при пересыхании смеси она станет слишком твердой, что может вызвать поломку оборудования. Тщательно вымешанное «тесто» из графита и глины попадает в винтовой пресс. Там оно формуется через вальцы с тремя различными зазорами. В результате этой процедуры масса измельчается, становится однородной, из нее удаляются пузырьки воздуха и излишняя влага. Толщина теста при каждой повторной обработке постепенно уменьшается – с 1 мм до 0,25 мм.
Затем массу пропускают через фильеру с отверстиями, после чего оно превращается в так называемую «лапшу». Она формируется в цилиндры, из которых на прессе выдавливается стержень необходимой длины и диаметра. Стержни нужно просушить. Это осуществляется в сушильных шкафах при непрерывном вращении в течение 15-16 часов. Влажность готового стержня не должна превышать 0,5%. После сушки стержни прокаливаются в специальных тиглях в печи. В процессе обжига в стержне выжигается связующее вещество, а спекшаяся глина образует каркас грифеля.
Помимо соотношения глины, на степень твердости готового карандаша также влияет температура и длительность обжига, а также компоненты, которые входят в состав так называемой жирующей ванны. Обжиг грифеля, в зависимости от желаемой градации, осуществляется при температуре от 800 до 1200 градусов Цельсия. После обжига стержни помещаются в специальную ванну для жировки. В результате этой операции поры, которые образовались в графите после выжига связующего, заполняются жиром, стеарином или воском под давлением при определенной температуре.
Иногда в качестве сырья могут использоваться пищевые и кондитерские жиры, а также дополнительные связующие вещества (например, на основе крахмала). Выбор вещества, которое используется для жировки, зависит от твердости стержня. К примеру, для карандашей с мягким грифелем используется кондитерский жир, а для твердых – воск. Стеарин для жировки применяется для изготовления грифелей промежуточной твердости (например, твердо-мягкие). Стержни больших диаметров производятся на вертикальных прессах кладки.
Несколько иначе изготавливаются стержни для цветных карандашей. В их состав входят пигменты, наполнители, связующие и жирующие вещества. Глина (каолин) является основным сырьем. К ней добавляются пигменты, вяжущие вещества и в некоторых случаях жировые добавки. У каждого производителя своя рецептура изготовления грифелей, которая держится в большом секрете. Многие фабрики используют и другие дополнительные добавки, включая красители, натуральные наполнители, воск, связывающие вещества на основе целлюлозы.
После смешивания всех компонентов смесь экструдируется с помощью пресса, и на выходе получаются стержни нужного диаметра. Они разрезаются на части заданной длины, а затем высушиваются при комнатной температуре. Как мы уже упоминали выше, закалке подвергаются только графитовые стержни. Стержни для цветных карандашей не проходят тепловую обработку, так как под воздействием высокой температуры цветовые пигменты разрушаются (если речь идет о компонентах натурального происхождения) или же значительно изменяют цвет (это касается, в первую очередь, неорганических составляющих).
На этапе добавления жира, который дает цветной след и удерживает цветные частицы на бумаге, могут использоваться две различные технологии: так называемое холодное или горячее «препарирование». При холодном препарировании во время смешивания компонентов в смесь добавляется жир. Как правило, эта технология используется при производстве недорогих карандашей среднего качества, грифель которых состоит из органических пигментов, которым, в свою очередь, противопоказаны высокие температуры.
Горячее препарирование проводится сразу же после сушки стержней. В результате этой процедуры грифели смачиваются в горячем жире. Этот метод используется при производстве качественных художественных (особенно акварельных) карандашей. Состав такой ванны является одной из главных коммерческих тайн фабрики, но, в любом случае, в нее входят органические жиры высокого качества (например, кокосовое или подсолнечное масло).
Все цветные карандаши условно подразделяются на школьные (качественные, недорогие и дешевые) и художественные. Последние отличаются самым высоким качеством и хорошими красящими свойствами. Но, в любом случае, независимо от ценовой категории, стержни и простых, и цветных карандашей должны проходить несколько этапов проверки качества, если, конечно, компания-производитель заботится о своей репутации.
Одновременно с производством стержней изготавливаются корпуса для карандашей. Карандашный корпус производится из различных пород деревьев, что определяет качество готового продукта. Так, например, древесина ольхи и тополя считается низкокачественной. Для того чтобы добиться удовлетворительного качества корпуса, этот материал требует дорогостоящей обработки, которую не могут позволить себе мелкие производители, выбирающие такую древесину. Древесина липы считается удовлетворительной по качеству. Она используется чаще всего для производства недорогих школьных карандашей. Древесина сосны, джелутонга и кедра (сибирского и калифорнийского) считается высококачественной, дорогой и используется для производства специальных художественных карандашей.
Процесс изготовления деревянного корпуса для карандаша состоит из нескольких операций. Прежде всего, потребуются готовые бруски древесины. Они торцуются по длине будущих карандашей с припусками на механическую обработку и усушку. Деревянные заготовки распиливаются на отдельные дощечки на многопильном станке и пропитываются парафином в автоклавах для улучшения механических свойств готового изделия. Толщина каждой дощечки составляет половину толщины готового изделия. При паровой обработке из дощечек удаляются смолы, а древесина приобретает светло-коричневый цвет с розовым оттенком.
После чего дощечки просушиваются в «колодцах», куда они складываются при помощи станка. Используемый способ укладки позволяет увеличить площадь дощечки, которая соприкасается с горячим паром. С одной стороны, это оптимизирует процесс производства, а с другой – позволяет максимально удалить влагу из сырья. «Колодцы» переставляются в сушильные комнаты, где они находятся на протяжении 72 часов. Затем дощечки вынимаются и сортируются. Во время сортировки удаляется брак (расколовшиеся заготовки, неправильно распиленные дощечки и т. д.). Пропитанные различными составами и высушенные дощечки сортируются и калибруются по размерам.
На каждой дощечке делаются канавки или желобки для грифеля, а затем на нее ровным слоем наносится клей ПВА. После чего выполняется сборка карандаша: в одну из двух дощечек вкладывается грифель, а затем он накрывается второй дощечкой. При этом сам стержень не приклеивается к доске, а удерживается за счет натяга «оболочки».
Так как диаметр стержня немного больше диаметра канавки, то большое значение имеет правильное сжатие дощечки в специальном устройстве – струбцине, где осуществляется склейка карандашей. Согласно технологии производства, для карандашей определенного размера и типа используется свой показатель давления для запрессовки. Отклонение от рекомендуемых показателей приводит к большому количеству брака: карандаши просто ломаются под прессом.
Получившиеся блоки поступают на фрезерно-пропускную линию, где они разделяются на карандаши при помощи ножей. Вид ножа определяет форму будущего карандаша – граненую, овальную или круглую. Затем почти готовые карандаши отправляются на сортировку по конвейерному транспортеру. Сортировщики проверяют каждый карандаш, выявляя и изымая бракованную продукцию.
Полученные в результате опрессовки заготовки распиливаются по длине карандаша, выравниваются, шлифуются, грунтуются и покрываются краской и лаком. Поверхность карандаша вскрывается краской и лаком методом протяжки (экструзии), а его торцы – окунанием. В первом случае карандаш пропускается через грунтовочный аппарат. Сначала он движется в одну сторону при одновременном нанесении лака или краски, а потом на другом конце конвейера переворачивается и возвращается обратно. Это помогает создать ровное и равномерное покрытие.
Карандаши темных цветов покрываются краской минимум в пять слоев, а лаком – в четыре. В светлые цвета карандаш окрашивается минимум в семь слоев краски и четыре лака. Но в идеале, чтобы поверхность карандаша была ровной, без подтеков и «заусениц», общее количество слоев лака должно быть не менее семи-восьми (чем больше слоев, тем дороже готовое изделие). Максимальное количество слоев – 18.
Для окрашивания торцов карандашей применяется так называемая окунальная машина. С ее помощью рама с карандашами аккуратно опускается в бак с краской. Но в некоторых случаях краска и лак не требуются. Например, карандаши с корпусом из кедра поступают в продажу без дополнительной обработки древесины. Считается, что сама фактура дерева достаточно красива и не требует покраски и лакировки. Обозначение твердости грифеля наносится на карандаш путем ударного горячего тиснения с использованием цветной фольгированной ленты.
Карандаши поступают в продажу в двух видах – заточенными и незаточенными. Продукция первого вида упаковывается в коробки исключительно вручную, а второго – вручную и с помощью специального автоматического и полуавтоматического оборудования. На полуавтоматической машине можно упаковывать около 15 тысяч карандашей за смену, на автомате – более чем в десять раз больше. Автоматы фасуют коробки по шесть или двенадцать карандашей в каждой. Производительность оборудования для упаковки карандашей составляет, в среднем, 350-550 упаковок в час.
Итак, на качество и, следовательно, стоимость готового продукта влияет точное соблюдение технологического процесса при производстве грифеля и корпуса и при осуществлении сборки. Стержень карандаша должен располагаться строго по центру корпуса. Если центровка грифеля нарушена, то при заточке он будет срезаться неравномерно и рисовать таким карандашом будет невозможно.
Для заточки карандаша также важен тип используемой древесины. Материал плохого качества крошится, а древесина липы, сосны или кедра дает ровную аккуратную стружку при заточке изделия. Большое значение имеет качественная двойная проклейка грифеля. Она защищает стержень от деформации внутри корпуса. Такому карандашу не страшно падение даже с большой высоты. «Правило восьми слоев» обеспечивает не только эстетический внешний вид изделия из ольхи, липы или тополя, но и защищает от заноз. И, безусловно, особое значение имеет безопасность используемых на производстве материала – от древесины до краски и лака. В частности, для производства карандашей используется только безопасный лак на водной основе.
Общая стоимость необходимого оборудования для производства простых и цветных карандашей начинается с 2,5 млн. руб. Во столько обойдется самая дешевая подержанная линия (скорее всего, в неполной комплектации). Прибавьте к этому затраты на аренду производственных помещений (минимум 50 кв. метров для маленького производства), оплату коммунальных расходов, заработную плату работникам.
Для работы на производстве карандашей понадобятся следующие специалисты: калибровщик дощечек, заточник карандашей, стержней и палочек, комплектовщик карандашей и стержней, красильщик карандашей, машинист печатной машины, оператор автоматической линии изготовления белого карандаша, обжигальщик графитовых стержней, оператор автоматов сборки карандашей, оператор вальцовочной линии, оператор дисперсионных смесителей по приготовлению стержневой массы, отделочник карандашей на автомате, прессовщик карандашных блоков, прессовщик стержней, пропитчик карандашных дощечек, пропитчик стержней, размольщик карандашной массы, раскатчик стержней, резчик нитей стержней, смесительщик, сортировщик в производстве карандашей, сушильщик стержней, шихтовщик, шлифовщик стержней, штемпелевщик карандашей. Конечно, точное количество и виды специалистов, которые потребуются для работы на фабрике, зависят от размеров производства, ассортимента, используемых технологий и бюджета.
Готовая продукция реализуется, как правило, через оптовые компании. Выпускаемые партии карандашей слишком большие, поэтому работать с розничными сетями напрямую производителям нецелесообразно.
Точные сроки окупаемости бизнеса по производству карандашей назвать сложно. В первую очередь, они зависят от объема производства и первоначального стартового капитала. Кроме того, в течение первого времени вся прибыль, скорее всего, будет вкладываться в продвижение своей продукции на рынке, так как конкуренция среди производителей простых и цветных карандашей очень высока (особенно среди западных производителей, с которыми отечественные фабрики пока не могут конкурировать по качеству производимой ими продукции). Минимальный срок окупаемости по некоторым данным составляет от 2-3 лет (для мелкого предприятия).
Лилия Сысоева
- портал бизнес-планов и руководств
О технологии изготовления карандашей
Карандаш (от тюрк. кара - чёрный и таш,-даш - камень), стержень из угля, свинца, графита, сухой краски (часто в оправе из дерева или металла), который служит для письма, рисования, черчения.
Первое описание карандаша было сделано Конрадом Геснером из Цюриха в 1565 г. в своем "Трактате о ископаемых". В нем было приведено детальное строение карандаша, показывающее деревянную трубку, в которую вставлен кусочек графита.
Прототипы карандаша - вставлявшиеся в металлические зажимы свинцовые и серебряные (дававшие тёмно-серый тон) штифты - употреблялись в 12-16 вв. В 14 веке художники рисовали в основном палочками, изготовленными из свинца и жести, их называли "серебряными карандашами".С 16 в. распространились графитные карандаши (штрих которых обладает малой интенсивностью и лёгким блеском) и карандаши из порошка жжёной кости, скрепленного растительным клеем (даёт сильный чёрный матовый штрих).
В 17 веке графит обычно продавали на улицах. Покупатели, в основном художники, зажимали эти графитовые палочки между кусочками дерева или веточками, обворачивали их в бумагу или обвязывали бечевкой. В Англии стержень представлял из себя палочку из мягкого графита, годного для рисования, но не для письма. В Германии графитовый порошок перемешивали с клеем и серой, получая, таким образом, стержень не самого высокого качества. В 1790 г. были изобретены деревянные карандаши французским учёным Н. Конте.Одновременно чех И. Гартмут предложил изготовлять пишущие стержни из смеси измельченного графита и глины. В принципе этот метод лежит и в основе современной технологии производства карандашей.
Современное производство: На первый взгляд карандаш кажется простым предметом, состоящим из пишущего стержня и деревянной оболочки. Но для того, чтобы изготовить один карандаш, проводится более 80 производственных операций в течение 11 дней. Кроме того, на ассортимент выпускаемой фабрикой продукции используется более 70 наименований сырья и материалов. В основном это природные пищевые вещества и продукты.
Оболочка для карандашей Древесина для изготовления оболочки карандашей должна обладать рядом специфических свойств:
Быть легкой, мягкой и прочной, не ломаться и не крошиться в процессе изготовления карандашей.
Иметь одинаковое сопротивление разрезанью волокон как вдоль, так и поперек, не должна расслаиваться.
Срез при резании острым ножом должен быть гладким, блестящим, стружка должна завиваться, не скалываться и не ломаться.
Древесина должна быть малогигроскопичной, т.е. не должна поглощать влагу. Всем этим качествам соответствует виргинский можжевельник, произрастающий в США.
Ни одна из древесных пород, произрастающих в России, в полной мере не соответствует всем этим требованиям. Наиболее близкой по своим свойствам и строению является древесина кедра и липы, но для применения в карандашном производстве ее необходимо предварительно подвергнуть специальной обработке – парафинированию (т.е. облагораживанию).
Доски распиливаются на бруски, бруски торцуются по длине на длину карандаша с припусками на механическую обработку и усушку, а затем на многопильном станке бруски распиливаются на дощечки. После этого дощечки пропитываются парафином в специальных автоклавах. Эта процедура позволяет улучшить механические и чиночные свойства будущего карандаша. На пару из дощечек удаляются все смолы, а легнин древесины при взаимодействии с паром меняет свою окраску на розовато-коричневатую. Затем дощечки тщательно просушиваются. Для просушки их складывают в специальные «колодцы» с помощью станка. Специальный способ укладки дощечек для сушки позволяет увеличить площадь дощечки, соприкасающуюся с агентом сушки - горячим паром, а следовательно, максимально тщательно высушить их. Колодцы помещаются в сушильные помещения на 72 часа. После просушки они сортируются - отбраковываются треснувшие дощечки, дощечки, распиленные не по тому волокну и пр. «Облагороженные» парафином и высушенные дощечки сортируются и калибруются – на них наносятся «желобки» (канавки) для стержней. Графитный стержень изготавливается из смеси глины с графитом. Предварительно глину очищают. Для этого в специальных дробилках ее измельчают, затем перемешивают с теплой водой в особых мельницах. Разведенную в воде глину в процессе обработки заливают жидким стеклом, которое, оседая, выносит из нее все примеси – камушки, веточки, песок и т.п. А далее по рецептуре в глину добавляется графит, причем для каждой градации своя рецептура. Смесь перемешивается со связующим веществом – апаратином, сваренным из крахмала.
Для изготовления стержней необходима стержневая масса определенной температуры и влажности. Ни в коем случае нельзя допустить пересыхания смеси, иначе она будет как камень и приведет к износу оборудования - не хватит давления пресса. Вымешанное тесто из глины и графита винтовым прессом прожимается для формовки через специальное оборудование – вальцы с тремя разными зазорами. Делается это для измельчения и перетирания массы, усреднения влажности по объему и удаления пузырьков воздуха. Толщина слоя теста сначала составляет 1мм, при повторной обработке 0.5мм, затем 0.25мм. Потом тесто пропускается через фильеру с дырочками, образуя так называемую «лапшу». «Лапша» формируется в цилиндры, а из них на прессе через алмазную волоку продавливается стержень нужного диаметра и длины. Стержни окончательно высушиваются в специальных сушильных шкафах в очень симпатичных бочонках – непрерывно вращаясь в течение 16 часов. По истечении этого процесса влажность стержня составляет примерно 0,5%. Затем стержни прокаливаются в печи в специальных тиглях. Вместо крышки тигли со стержнями засыпаются этим же «сырьем». Плотность наполнения тиглей влияет на качество стержней. Обжиг необходим для того, чтобы выжечь в стержне связующее вещество и спечь глину для образования каркаса.
Степень твердости (градация) карандаша от 6м до 7т зависит от соотношения глины, температуры и продолжительности обжига и состава жирующей ванны. В зависимости от градации стержня обжиг производится при температуре от 800 до 1200 градусов. После обжига проводится операция жировки: поры, образовавшиеся после выжига связующего, под давлением при определенной температуре заполняются жиром, воском или стеарином. На некоторых фабриках в качестве сырья используются пищевые и кондитерские жиры, связующие вещества. (например, апаратин изготавливается из крахмала). Выбор вещества для жировки зависит от градации (твердости) стержня. Для мягких карандашей используется кондитерский жир, для твердых – воск. Промежуточные значения твердости, например, ТМ достигаются жировкой стеарином. Стержни больших диаметров изготавливаются на вертикальных прессах кладки.
Стержни для цветных карандашей изготовляются из смеси пигментов, наполнителей, жирующих веществ и связующего. «Сборка» Стержни укладываются в желобки подготовленной дощечки и накрываются второй дощечкой. Дощечки склеиваются между собой клеем ПВА, но сам стержень к доске не клеится, а держится за счет натяга дощечки. Диаметр стержня немного больше диаметра желобка, поэтому очень важно правильно сжать дощечки в специальном механизме (струбцине), где и происходит склейка будущих карандашей. Для каждого типоразмера карандаша определен свой показатель давления для запрессовки, чтобы не сломать стержень. Далее обрабатываются торцы склеенных дощечек – подравниваются, удаляются остатки клея.
На фрезерно-пропускной линии блоки разделяются на карандаши. От формы ножей зависит форма будущего карандаша – круглый он получится, граненый или овальный. А «новорожденные» карандаши отправляются по конвейерному транспортеру на сортировку. Сортировщица проверяет («катает») все карандаши, выискивая и ликвидируя брак. Затем карандашам следует «одеться» - отправиться на покраску. Покраска Отделка поверхности карандашей осуществляется методом экструзии (протяжки), а отделка торца – окунанием. Экструзия – это процесс прохождения карандаша через грунтовочный аппарат. В конце конвейера карандаш переворачивается, чтобы нанесение следующего слоя краски или лака происходило с другого конца. Так достигается равномерное покрытие. Нанесение темных цветов производится 5 раз краской и 4 раза лаком, светлых – 7 раз краской и 4 раза лаком. А для отделки торца используется окунальная машина. Плавными вращательными движениями окунальщица опускает раму с карандашами в бак с краской. Маркировка карандашей осуществляется методом ударного горячего тиснения. Заточка карандашей производится автоматически. Все карандаши маркируются. Упаковка заточенных карандашей производится вручную, незаточенных – вручную и автоматически: на автоматах и полуавтоматах. На полуавтомате за одну полную смену можно упаковать 15 тысяч карандашей, на автомате – 180 тысяч. Автоматы способны укладывать в коробки как по 6, так и по 12 карандашей.
Контроль качества Входной контроль всего сырья и материалов и технологический контроль процесса производства и готовой продукции осуществляется лабораторией. Химики проверяют все досконально! Они же составляют рецептуры грунтов. Кстати, продукция одной известной фабрики проверяется даже на контакт со ртом, как детские пустышки! Во 2-й половине 19 в. появились, а в 20 в. получили большое распространение механические, или автоматические карандаши. По пишущим свойствам и технологии производства карандаши делят на графитные (чёрные), цветные, копировальные и пр., по назначению - на школьные, канцелярские, чертёжные, рисовальные, столярные, гримерные, карандаши для ретуши, маркировки и отметок на различных материалах. Особые виды карандашей - сангина и пастель. В России выпускаются графитные чертёжные карандаши нескольких степеней твёрдости; степень твёрдости обозначается буквами М (мягкий), Т (твёрдый) и МТ (средней твёрдости), а также цифрами перед буквами. Большая цифра означает большую степень твёрдости или мягкости. За рубежом вместо буквы М употребляют букву В, а вместо Т - Н. Автоматические карандаши по конструкции делят на: винтовые - с подачей пишущего стержня вращением одной из деталей; цанговые - с зажимом пишущего стержня разрезной втулкой-цангой и подачей стержня нажимом кнопки; многоцветные - с двумя, четырьмя и более стержнями, выдвигаемыми поочерёдно из магазина.
Карандашами мы пользуемся начиная с детского сада. 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. Но при этом есть и общие моменты, которые являются основополагающими для производственного процесса.
Какое дерево?
Классический деревянный карандаш имеет важный компонент - древесину, от качества которой зависит эксплуатация этого аксессуара. Понятно, что не каждое дерево годится для этих целей. В прошлом в промышленности использовалась древесина вирдижнского или красного кедра, который относится к роду можжевельников. Длинные волокна, отсутствие сучков, легкость в обработке - вот что привлекало внимание в этом материале. Но ввиду дороговизны европейские и американские бренды, производящие карандаши, стали использовать древесину калифорнийского кедра. Причем на ее основе создаются высококачественные изделия, которые используются в графических и художественных целях.
В большинстве случаев карандаши изготавливаются из ольхи, липы, сосны, калифорнийского и сибирского кедра, а также такого редкого дерева, как джелутонг. Из какого дерева делают карандаши в нашей стране? В большинстве случаев из ольхи и липы, которых на территории России огромное количество.
Ольха не является самым прочным материалом, зато у нее равномерное строение, что делает проще процесс обработки и сохраняет естественный природный цвет. Что касается липы, то она отвечает всем эксплуатационным требованиям, а потому используется при производстве и дешевых, и дорогих карандашей. За счет 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 орех.
Стержень: какая основа?
Производство карандашей ведется с применением специального стержня. состоит из трех компонентов - графита, сажи и ила, к которым часто добавляются органические связующие. Причем графит является постоянным компонентом, в том числе и цветным, так как именно грифель оставляет на бумаге след.
Стержни создаются из тщательно подготовленной массы, которая имеет определенную температуру и влажность. Важно, чтобы смесь не пересыхала, так как это скажется на износе оборудования. 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 их только прокалить в специальных тиглях. Затем стержни подвергаются обжигу, а после него выполняется жировка: образовавшиеся поры под давлением и при конкретной 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. Здесь 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 ведется с учетом потребительских свойств изделий. Так, дешевые 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.
Этап подготовки древесины
Производство карандашей ведется из хорошо отобранной древесины, которая обрабатывается для получения брусков. Обязательно выполняется торцевание брусков по длине карандаша, причем нужно учитывать припуски, так как произойдет усушка материала. На специальном многопильном станке выполняется распил брусков на дощечки, которые подвергаются пропитке парафином в специальных автоклавах. Эта процедура способствует улучшению механических свойств будущего изделия.
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.
Какая оболочка?
От оболочки зависит простота и красота карандаша. Так как делают карандаши из дерева, то она должна отвечать следующим требованиям:
- Мягкости, прочности и легкости: в процессе эксплуатации оболочка не должна ломаться или крошиться, как и весь корпус.
- Не расслаиваться под воздействием природных факторов.
- Иметь красивый срез - гладкий и блестящий, при этом сама стружка не должна ломаться.
- Древесина должна быть стойкой к влаге.
Какое оборудование?
Производство карандашей ведется с использованием разнопланового оборудования. Например, очистка глины, из которой впоследствии будет создаваться графитный стержень, требует наличия специальных мельниц и дробилок. Обработка перемешанного теста ведется 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 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.
Просушка
Как делают карандаши? В производственном процессе важную роль играет просушка. Она выполняется в специальных колодцах с помощью станков, причем 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.
Как изготавливают карандаши на производстве дальше? 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 граненой, или овальной формы. Важную роль играет крепление грифеля в деревянном корпусе: это должно делаться прочно и надежно, что снижает риск выпадения элементов грифеля. Упругий клей, который используется для связки, делает грифель прочнее.
Особенности покрытия
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.
Качество окраски: от чего зависит?
Качество окраски зависит от того, насколько отвечают установленным требованиям сами лакокрасочные материалы, правильно ли налажена грунтовочная машина, соблюдены ли сроки сушки карандашей на ленте. Любая карандашная фабрика использует быстросохнущие составы, которые образуют на поверхности твердую, прочную и эластичную пленку, хорошо сцепляющуюся с поверхностью древесины.
Окраска выполняется специальными грунтовочными красками, которые обладают определенной вязкостью и содержат в себе пигменты. Если пигментная часть будет большой, это снизит блеск пленки и потребует дальнейшее нанесение на поверхность нитролака. Даже простые карандаши подвергаются лакированию с использованием нитроцеллюлозного глянцевого лака.
Если карандаш темных оттенков, то он окрашивается как минимум в 5 слоев и в 4 слоя лака. Для достижения светлых оттенков используется сочетание 7 слоев краски с 4 слоями лака. При этом для равномерного и аккуратного покрытия важно, чтобы поверхность имела максимум 18 слоев. Окрашивание торцевых частей карандашей выполняется в окунальной машине, в которую опускается рама с расположенными на ней карандашами.
Оправа карандаша
В зависимости от того, как делают карандаши и из каких материалов, может варьироваться и их оправа. В традиционном варианте грифель имеет деревянную оправу, однако современный рынок предлагает широкий выбор изделий в пластиковом, лакированном и даже бумажном корпусе. С одной стороны, это прибавляет им красоты и необычности, с другой, при падении от таких карандашей мало что останется.
Уже после покраски карандаши подвергаются финишной отделке. Для этого используются различные штампы и фольга разных цветов. Называется данный процесс обработки термостатированием.
Какая твердость?
Все цветные и простые карандаши отличаются твердостью грифеля, что находит отражение в их маркировке. Выбирать их нужно так: чем более плотная и твердая бумага, тем более твердым должен быть графитный стержень. Но слишком твердый графит может повредить бумагу. В России можно купить карандаши следующей маркировки:
- М - мягкий.
- Т - твердый.
- ТМ - твердо-мягкий.
О маркировке следует знать при выборе карандашей для создания чертежей или рисования в соответствующей технике.
Особенности цветных карандашей
Из чего делают карандаши простые, мы уже разобрались. Теперь нужно понять, когда и как появились Известно, что первые изделия с цветным грифелем появились еще в 1820 году, правда, кто их изобрел, так и осталось загадкой. В основе цветного грифеля лежит сочетание соединяющего вещества, цветных пигментов и наполнителя. В качестве соединяющего вещества выступает клей каолин, за счет которого формируется и форам грифеля. В качестве цветных пигментов используются хорошо измельченные цветные материалы высокого качества, причем пигмент может быть органической или неорганической основы. Сами цветовые пигменты создаются на основе материалов, которые обладают стойкостью к выгоранию под влиянием солнечных лучей и экологической безопасностью. На сегодняшний день карандаши выпускаются в 36 цветовых оттенках соответственно международной шкале оттенков Pantone. Что касается наполнителей, то в этом качестве используются каолин и мел, которые подвергаются тщательному измельчению.
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 свои фирменные карандаши, в том числе и поставляемые правительству Российской Федерации.
Небольшое видео о том, как делают карандаши.
