История создания бумаги насчитывает вот уже не одну тысячу лет, и по сей она остается самым распространенным средством передачи информации графическим или символьным способом. Но также она нашла свое применение и в быту, в качестве упаковочного материала, в оформлении интерьеров и в гигиенических целях.
С ее помощью через рисунки передавались графические изображения. Если в прошлом это могли быть первые схематичные наброски предметов и явлений окружающих людей, то сейчас на бумаге печатают фото с высокой детализацией, максимально приближенно отображающие окружающую действительность.
Но если говорить о письменности, то она возникла гораздо раньше, чем на свет появилась бумага. В прошлом у этого материала было множество альтернатив. Некоторые из них, если говорить честно, были гораздо более долговечны. Но и у бумаги находились свои плюсы, которые позволили ей обрести столь повсеместное распространение. Происходил этот процесс крайне неоднородно. Если в Китае о бумаге знали еще до нашей эры, то европейские цивилизации приобщились к ней только к средним векам.
Изготовление бумаги видоизменялось с приходом новых технологий. Причем это обуславливалось как требованиями новой технологии печати, так и способами ее получения. Если раньше для ее производства требовалось перерабатывать ткани, то с приходом периода промышленной революции и открытием целлюлозы все изменилось.
Нельзя недооценивать значение бумаги в развитии общества - через художественную литературу и научные публикации. Доступность книг сыграла огромную роль в образовании, что приблизило технический прогресс.
В нынешнее время роль бумаги уменьшается, но даже с приходом электронного документооборота все значимые бумаги имеют свое материальное воплощение, будь то денежные банкноты или какие-либо удостоверения.
Для чего нужна бумага
В современном мире мы используем изделия из бумаги в своем ежедневном обиходе, порой даже не задумываясь об этом. Мы встречаем ее дома и на работе. Она используется для рекламы, на ней печатаются чеки за купленные товары, и, в конце концов, чаще мы расплачиваемся за покупки бумажными банкнотами.
История бумаги первоначально предполагала использовать ее для сохранения и передачи знаний. Сейчас эта роль отдана книгам, брошюрам, газетам и прочей печатной продукции информационного характера.
В оформительских целях бумага используется для производства настенных обоев, печати фотографий и в качестве основы для картин и гравюр.
Как материал для упаковки используется Из него изготавливают как огромные коробки для транспортировки товаров, так и небольшие пакетики с соком или молоком.
Бумага с и прочими степенями защиты используется для важных документов, которые предусмотрены в единственном экземпляре: паспорта, свидетельства о регистрации, лицензии и прочее. Производство бумаги по подобным технологиям используется и для изготовления денежных знаков.
Бумага в виде ленты используется для снятия показателей измерительных приборов в медицине и науке. Особенно это характерно для техники, которая не предназначена для работы с цифровыми носителями.
Взгляд в прошлое
Древние изображения животных и охоты на них, сделанные первобытными племенами, можно встретить на стенах пещер. Первая дошедшая до нас египетская письменность тоже гравировалась на каменных плитах. Они были тяжелы, и работа с ними требовала определенной сноровки от мастера. С развитием металлургии стали использовать металлические пластины, но текст каждый раз приходилось наносить на форму отливки, что тоже было неудобно.
В Междуречье придумали более удобный материал для записи. Шумеры использовали глиняные таблички для своей клинописи. Это был достаточно удобный способ: по мягкой глине удобно писать, высохшие таблички были относительно легки. Но они были достаточно хрупкими.
Но древние египтяне в третьем тысячелетии до нашей эры придумали папирус, который по праву можно считать предшественником бумаги. Его изготавливали из одноименного растения, произрастающего у берегов Нила. Для непосредственного производства использовалась внутренняя волокнистая часть, которую отделяли от стебля. Отделенные слои волокна накладывали поперечно относительно друг друга и помещали под пресс. В качестве связующего материала выступали как сам сок растения и мутная нильская вода, богатая иловыми отложениями и тиной, так и размягченный хлебный мякиш. Полученные листы склеивали между собой в свиток. Это был хороший способ хранения записей, папирус был легок, удобен в транспортировке, и на нем можно было записать тексты объемного содержания.
Рождение бумаги
Создание первой бумаги из китайского шелка произошло предположительно еще до нашей эры. Но ее точное место происхождения и время возникновения неизвестно. В ходе археологических раскопок были обнаружены клочки бумаги в захоронении, которое относилось к эпохе, предшествовавшей правлению династии Хань. Но первая бумага, так же, как папирус, была очень дорога. Поэтому в то время в ходу были более распространены деревянные таблички, на которых выжигался текст нагретым наконечником пера.
Достоверно известно, что в 105 году советнику императора пожаловали титул министра и прочие почести за вклад в усовершенствование На ее производство шли только отбракованные коконы или обрезки ткани, полученные из луба древесины шелковицы. Их разделяли на мелкие кусочки, после чего измельчали в ступке почти до состояния порошка. Полученную массу смешивали с чистой водой в однородную кашицу, которую затем выкладывали в формирующее бамбуковое сито. Рамки по его бокам задавали размер листа, а отверстия способствовали вентиляции, притоку воздуха и, как следствие, быстрому просыханию. Чтобы разгладить сетчатый рисунок, бумагу помещали между двумя отшлифованными каменными поверхностями. Таким образом, она одновременно получалась гладкой и тонкой.
После изобретения этого способа дальнейший процесс создания бумаги усовершенствовался довольно быстро. В технологии производства стали применять специальные связующие составы на основе крахмала и клея природного происхождения, что делало бумагу более прочной. А основой стали не только шелковое волокно, но и прочие хлопковые и льняные ткани, а также пеньковая нить, которая обычно шла на изготовление веревок.
Альтернатива бумаге
Вместе с учением буддизма из Китая происходило распространение книг на тесно контактирующие с ним Корею и Японию, соответственно, они перенимали и опыт в бумажного производства. Также изготовление бумаги и технологию ее создания освоили соседние страны Средней Азии и Ближнего Востока. Но на европейский континент бумага попала только после завоевания арабами Испании.
Естественно, до ее распространения использовались альтернативные материалы для записи текстов. Еще с античных времен дорогой папирус заменяли пергаментом и восковыми табличками.
Последние представляли собой деревянные пластинки, на которые тонким слоем наносили воск. Инструмент для письма представлял собой твердую металлическую палочку, одна сторона которой была заострена для нанесения букв, а второй, плоской, происходило соскабливание, после чего текст можно было писать заново. Данный способ широко применялся для обучения письменности и создания записей временного характера вплоть до Средних веков.
Для более долговременного применения использовался пергамент из шкур животных особой выделки. В кожевенном производстве кожу овец или коз замачивали в щелоке, размягчали и спрессовывали. Основное преимущество пергамента было в том, что он позволял писать на нем с двух сторон. Поэтому первые европейские книги были сделаны именно из него.
В древней Руси использовалась березовая береста. Но, к сожалению, до наших дней дошло только небольшое число грамот, написанных на ней.
Предшественники современной бумаги
История создания бумаги в ее современном виде не существовала вплоть до 18 века. Отличались технологии ее производства в зависимости от используемого материала, будь то тряпье или древесина.
Попытки использовать непосредственно волокна древесины не давали существенного результата. Хотя в Китае с успехом применялся бамбук еще в конце первого тысячелетия нашей эры.
Преимущественным сырьем для книжной бумаги служила старая макулатура и изношенная одежда из холщовых тканей. Вот на газеты шел более дешевый материал, например, солома. Дошло до того, что возникал их дефицит, некоторые страны даже вводили запрет на вывоз тряпья. А в Америке возникла ситуация, когда книгопечатники продавали книги только тем, кто приносил им сырье на переработку. Под влиянием такого ажиотажного спроса цены на него росли, что приводило к возникновению черных рынков.
Измельченное сырье помещалось в большой чан с водой, после чего тщательно перемешивалась до состояния взвеси, когда частицы размещались в смеси более-менее однородно. Первоначально использовался ручной труд, а работа черпальщика была очень уважаема. Он следил, чтобы полуфабрикат достигал требуемого состояния, после чего выкладывал кашицу на специальное сито.
Чуть позже появились колесо которых приводило в движение вал. Его механическая энергия передавалась на измельчение сырья для бумажной массы. Каждая мельница для обозначения эксклюзивности своего производства использовала оттиск или водяной знак. На металлическом сетчатом черпаке нашивался проволокой какой-либо знак, который проявлялся на бумажной массе после высыхания.
Из Испании бумажное дело перекочевало в другие европейские страны. Итальянские мастера научились экспериментировать с химическими реактивами. Бумага белая получалась при обесцвечивании хлором, а использование органического клея из сваренных костей животных позволило не впитывать чернила.
В допетровскую эпоху наша страна закупала бумагу из Франции и Италии, и только в 1714 году заложили первую водяную мельницу для механизации производственного процесса. Но, несмотря на некоторое отставание Европы от Азии, именно там придумали способ создания гербовой бумаги с водяными знаками, которой не было ни у китайцев, ни у арабов.
Целлюлоза и промышленная революция
История создания бумаги претерпела большие изменения после изучения состава древесины и появления рулонной бумаги без следа сетки.
Открытие целлюлозы в 1719 году принадлежит французскому химику Рене Реомюру. Именно он впервые предложил ее использование в Целлюлоза представляет собой плотный слой полимерных молекул глюкозы, которые создают защитный барьер в составе клеточной оболочки. Процесс ее выделения из древесины или травяного волокна происходит под действием реактивов, расщепляющих менее устойчивые вещества, входящие в состав клеток. Чем больше содержание целлюлозы в растении, тем более плотная получится из нее бумага. Но только с возникновением бумагоделательной машины это сырье стало повсеместно применяться.
Первая машина для изготовления высококачественной бумаги без следов сетки появилась в Англии. Но пока ее все еще изготавливали из отработанного льняного тряпья, которое измельчалось в специальном аппарате под названием "ролл". Бумажную массу выкладывали не на металлическое сито, а на специальную ткань плотного плетения. Полученные листы назвали "ватманом" в честь владельца фабрики, они приобретали характерную шероховатость и бархатистость. Это позволило возникнуть техники акварели для написания живописи, подвинув лидирующее положение холста и масляных красок.
Но спрос на бумагу был огромен. Чтобы увеличить ее количество, возникли бумагоделательные машины. Роллы измельчали опилки, отходы которые затем помещались в кислотную или щелочную среду, где происходила реакция расщепления древесных волокон и выделялась целлюлоза. Полученная масса бумажного полуфабриката разбухала, хорошо впитывая воду. После чего ее уже условно можно было считать необработанной бумагой. Но для придания формы кашицу прокатывали между двумя противоположно вращающимися валами с медной сеткой. Таким образом возникла бумага в рулонах. А просто бумага получалась после разрезания ее специальными ножами. Данный процесс позволил создавать бумагу определенного размера и плотности в огромном количестве почти автоматическим способом.
В зависимости от ее предназначения в состав бумажной массы вводились специальные добавки. Например, светочувствительными компонентами обрабатывалась специальная бумага "фото", именно с этим связано то, что проявление фотоснимков осуществлялось в комнате с красным цветом освещения. А красители придавали листам требуемые оттенки.
Роль бумаги в развитии человечества
Долго время производство бумаги оставалось коммерческой тайной ограниченного круга владельцев. Процесс ее изготовления был чрезвычайно трудоемок. История бумаги, как и использование ее, была привилегией представителей состоятельного класса, которые вели переписку, читали книги, повышали свой уровень образования.
Чем более доступными становились бумажные носители, тем скорее росли темпы обретения новой информации широким кругом людей. К примеру, Марко Поло написал книгу о своих путешествиях, ее прочитали тысячи людей, и их картина окружающего мира расширилась. Дарвин описал свои умозаключения о происхождении видов, которые пришли к нему еще в юности, когда он отправился в экспедицию на корабле «Бигль».
Так повышался уровень образованности общества, что косвенно приблизило сегодняшний уровень развития. Развивалось книгопечатание, отпала необходимость в рукописных текстах, позже появились печатные машинки, а в компьютерную эпоху - принтеры.
Современные виды бумаги
История создания бумаги для рисования не претерпела больших изменений. Для творчества все так же востребована шероховатая бумага ручного и промышленного производства. При ее выборе в первую очередь учитывают, какова абсорбирующая способность, как были измельчены волокна. Чем они крупнее, тем более бумага будет махриться при соскабливании.
Офисная легкая бумага в первую очередь предназначена для лазерной или картриджной принтерной печати. Копирование осуществляется по аналогичной технологии. Но раньше для этих целей использовалась копировальная бумага, одна сторона которой покрыта тонким слоем красящего пигмента. Сейчас она применяется только для одновременного дублирования рукописного текста справок и квитанций.
Печать цифровых изображений сильно повлияла на такую вещь, как бумага. Фото, напечатанные на ней, имеют как глянцевую поверхность, так и матовую. Исходя из того, лазерный или струйный принтер, выбирают разные виды бумаги по плотности. Также качество бумаги нужно учитывать при использовании определенных чернил, заправленных в картридж.
Одноразовые бумажные носовые платки более практичны, чем их тканевые собратья. Рулонная туалетная бумага выпускается уже не первый век. А в Америке известен случай, когда вместо рулона выпускались томики дешевой поэзии из мягкой бумаги для гигиенических целей. Некоторых это приводило в недоумение, но производитель изначально задумал совместить эти два процесса.
Бумага картон гофрированного типа изготавливается из относительно дешевого сырья - соломы. Прочность достигается за счет сложенного гармошкой слоя, расположенного между двумя листами картона. Таким образом, давление, оказываемое весом предметов, рассредоточивается за счет упругого слоя, устойчивого к деформациям. Но такой картон имеет видимые включения волокон, из-за пористой текстуры коробки из него деформируются под воздействием воды, хотя во всех остальных случаях они очень удобны для транспортировки.
Для упаковки пищевой продукции используется технология "Тетра Пак". Внутренний слой пакета, контактирующий с влажной средой, покрыт тонким слоем пищевой фольги. А внешний является ярким картоном с глянцевой поверхностью, на который нанесены название, состав и прочее.
Перспективы
Бумажные носители информации отживают свой век. Несмотря на то что чтение все еще очень популярно, бумажные книги, журналы и газеты покупаются все реже. Происходит их постепенное вытеснение электронными аналогами.
Показания измерительных приборов все чаще хранятся в электронной форме. Да и документы проще создавать в цифровом виде, а затем подтверждать их подлинность с помощью сертификатов.
А вот применение бумаги в качестве упаковочного материала постоянно растет: коробки, различные упаковки, оберточная бумага....
Во всех отраслях, где использование материального носителя будет дешевле, бумага найдет свое место. Также не стоит забывать о ее применении в художественной сфере. Несмотря на очевидное преимущество компьютерной графики, картины, украшающие интерьер, в большинстве случаев все же пишутся на бумаге или холсте.
И хотя бумага уходит из некоторых сфер жизни, она все еще остается весьма востребованной в других.
Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает следующие основные операции: аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включений и узелков; напуск массы на сетку; формование бумажного полотна на сетке машины; прессование влажного листа и удаление избытка воды: сушку; машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.
Аккумулирование. Приготовление бумажной массы проводят в размольно-подготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов,- составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в мешальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается). При выпуске бумаги в мешальный бассейн подается также канифольный клей. Сульфат алюминия в этот бассейн обычно не подается. Он прибавляется в машинном бассейне в уже хорошо перемешанную с клеем массу. Назначение аккумулирования бумажной массы - непрерывно поддерживать однородность и стабильность ее качества и обеспечить бесперебойную работу машины в течение некоторого времени. Концентрация массы в бассейне 2,5- 3,5%.
Из мешального бассейна бумажная масса подается в машинный бассейн с циркуляционным устройством. В современных системах непрерывной подготовки бумажной массы при использовании автоматически действующей контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры вместимости мешального и машинного бассейнов принимается из расчета работы машины в течение 30- 40 мшг.
Рафинирование Л Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей па машину в аппаратах непрерывного действия - конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной.
При выработке технических бумаг (конденсаторной, папиросной, бумаги-основы для копирования и др.) массу подвергают домалыванию и рафинированию на двух или трех конических мельницах, устанавливаемых последовательно. В мельницах степень помола массы возрастает от 0,5 до 2,5-3°ШР.
Подача массы на бумагоделательную машину. По выходе из машинных бассейнов масса при концентрации 2,5- 3,5 % дозируется и направляется на бумагоделательную машину. Перед поступлением на машину она разбавляется оборотной водой, очищается от посторонних загрязнений, а также от узелков и комочков. Для поддержания постоянной массы 1 м2 вырабатываемой бумаги необходимо, чтобы в единицу времени на сетку машины поступало одно и то же количество массы, при этом скорость -м ашины должна быть постоянной. Скорость машины изменяют при переходе на выработку другого вида бумаги.
На современных бумагоделательных машинах массу 1 м 2 вырабатываемой бумаги поддерживают постоянной автоматическими регуляторами. На бумагоделательную машину массу подают с помощью насоса и ящика постоянного напора. Масса, поступающая на бумагоделательную машину, разбавляется водой в смесительном насосе. Разбавление необходимо, во-первых, для последующей очистки массы, так как из густой массы трудно удалять загрязнения, и, во-вторых, для лучшего формования бумаги на сетке бумагоделательной машины.
Система подготовки и подачи массы на машину обеспечивает постоянство композиции, концентрации массы, степени помола, не допускает осаждения волокон, выделения проклеивающих и наполняющих веществ, а также контролирует расход бумажной массы, поступающей на машину, предварительно прошедшей тщательную очистку и деаэрацию. В качестве очистного оборудования широко применяются конические вихревые очистители и узлоловители закрытого типа.
Формирование бумажного листа на сетке бумагоделательной машины. Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 ма бумаги, рода волокна и степени помола массы . Обычно для ускорения процесса формования бумажного полотна концентрацию, бумажной массы, поступающей на сетку, повышают с увеличением массы 1 м 2 бумаги. При отливе тонкой бумаги требуется более сильное разбавление массы, при этом волокна дольше задерживаются в водном слое на сетке во взвешенном состоянии и тем самым условия формования бумажного полотна улучшаются. Такие же условия формования полотна создаются и при выработке высокопрочных видов бумаги. Так, для получения высокопрочной мешочной бумаги массой 1 м 2 70 и 80 г концентрация массы в напорном ящике должна быть 0,15-0,3 %.
На процесс обезвоживания массы существенное влияние оказывает степень ее помола. Масса с более высокой степенью помола (жирная) труднее отдает воду на сетке машины, поэтому в этом случае бумагу вырабатывают при меньшем разбавлении массы. Понижение разбавления при отливе бумаги из жирной массы не ухудшает формования листа, так как волокна легче и лучше диспергируются и медленнее оседают на сетку. Например, при выработке тонкой туалетной бумаги массой 1 м 2 8-12 г из массы очень садкого помола ее разбавляют до 0,1 %, тогда как при выработке конденсаторной бумаги массой 1 м2 8-12 г из массы очень жирного помола ее концентрация обычно составляет 0,25-0,28%.
Напуск массы на сетку. Эта операция осуществляется при помощи напускного устройства - напорного ящика. Для нормальной работы машин при скоростях 450-500 м/мин требуется напор массы в напорном ящике 2,5-Зм, при скорости 600 м/мин - около 4,2 м и т. д. Напускное устройство обеспечивает напуск бумажной массы па бесконечную сетку, движущуюся в направлении от грудного к гауч-валу, с одинаковой скоростью и в одинаковом количестве по всей ширине сетки. Напуск массы осуществляется почти параллельно сетке без всплесков. Скорость напуска массы па сетку должна быть па 5-10 % ниже скорости сетки. Если скорость массы значительно отстает от скорости сетки, то увеличивается продольная ориентация волокон (ориентация в машинном направлении) и прочность бумаги в продольном направлении. Если же скорость напуска массы выше скорости сетки, то образуются наплывы массы, которые ухудшают качество бумаги. Равномерность напуска массы на сетку является одним из важных факторов получения бумаги с равномерным просветом, по которому судят о качестве процесса формования бумажного листа. Чем равномернее просвет, тем качественнее отлив бумаги.
Формование бумажного листа (отлив). Формование, или отлив, бумажного листа представляет собой процесс объединения волокон в листовую форму с созданием определенной объемной капиллярно-пористой структуры. Этот процесс осуществляется на сеточной части бумагоделательной машины постепенным и последовательным удалением воды из бумажной массы (обезвоживанием). Режим обезвоживания, начинаемый в начале сеточного стола и закапчиваемый сушкой бумаги в сушильной части, на всех этапах технологического процесса оказывает существенное влияние на качество бумаги и производительность машины.
На быстроходных машинах обезвоживание бумажной массы в начале сеточного стола протекает настолько интенсивно, что ухудшается качество бумаги: увеличиваются промой волокна, проклеивающих, наполняющих и красящих веществ. Поэтому обезвоживание замедляют установкой формующей доски шириной 400- 800 мм и вместо обычных регистровых валиков в начале сеточного стола - желобчатых валиков. Замедление обезвоживания способствует лучшей беспорядочной ориентации волокон в слое водно-волокнистой суспензии на сетке и обусловливает получение бумаги с лучшим просветом и равномерностью свойств в машинном и поперечном направлениях.
Далее слой суспензии, транспортируемый бесконечной сеткой, последовательно проходит над регистровыми валиками или гидропланками, где постепенно обезвоживается под действием слабого вакуума, создаваемого этими обезвоживающими элементами и напором массы на сетке. По мере удаления воды слой суспензии сгущается, образуется определенная структура бумажного полотна в виде слоя волокнистой массы на сетке концентрацией 2-4 %. Обезвоживание такого слоя с помощью вакуума, создаваемого регистровыми валиками или гидропланками, затрудняется. Поэтому дальнейшее обезвоживание проводят с помощью отсасывающих ящиков, в которых создается вакуум с помощью вакуум-насосов, причем от первого к последнему ящику вакуум повышается. Разрежение в ящиках устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги, оно находится в пределах 2-3 кПа. После отсасывающих ящиков сухость бумажного полотна составляет 8- 10 %. Затем полотно бумаги обезвоживается в конце сеточного стола на гауч-вале под действием вакуума в отсасывающей камере, а иногда и давления прижимного вала, устанавливаемого над гаучвалом. Вакуум в камере гаучвала может составлять от 20 до 80 кПа.
В зависимости от вида вырабатываемой продукции сухость бумажного полотна после сеточной части равна 12-22 %. Сформованное бумажное полотно с указанной сухостью имеет определенную структуру и прочность, называемую прочностью в мокром состоянии. Этой прочности достаточно, чтобы полотно можно было передать в прессовую часть машины для дальнейшего обезвоживания. Обезвоживание механическим отжимом воды в прессах после достижения сухости 12-22 % более эффективно, чем обезвоживание повышением вакуума. В то же время чем больший вакуум создается в отсасывающих ящиках и гауч-вале, тем больше высасывается мелкого волокна, проклеивающих наполняющих и других веществ из стороны бумажного полотна, прилегающей к сетке. Это и является причиной усиления разносторонности бумаги.
Прессование. После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 30- 42 %- Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Важное значение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части.
Прессовать бумажное полотно нужно при постепенно возрастающем линейном давлении от 176 до 784 Н/см длины прессового вала. Это обеспечит сохранение его структуры. Например, при выработке газетной бумаги давление на первом прессе 343- 441 Н/см длины вала, на втором 441-490 Н/см и на третьем 490- 539 Н/см. При повышении скорости машины длительность прессования сокращается, и степень обезвоживания бумажного полотна уменьшается.
Во время прессования бумажное полотно не только обезвоживается, но и уплотняется. При этом увеличивается площадь контакта и силы сцепления между волокнами. Кроме того, изменяется.р яд свойств бумаги: растет объемная масса, снижается пористость, воздухопроницаемость, впитывающая способность, увеличивается механическая прочность на разрыв, излом и продавливание, повышается прозрачность и т. д.
Прессовая часть бумагоделательной машины должна работать с максимальной нагрузкой, так как повышение на 1 % сухости бумажного полотна после прессов снижает расход пара на. 5 % и позволяет уменьшать число сушильных цилиндров в сушильной части машины на 4-5 %. Кроме того, обезвоживание бумажного полотна в сушильной части в 10-12 раз дороже, чем в прессовой, и в 60-70 раз дороже, чем обезвоживание на сетке.
Сеточную и прессовую части машины называют мокрой частью. Из общего количества воды, удаляемой из бумажного полотна на машине, на сеточную часть приходится 94-96 %, на прессовую 3-4 %. Дальнейшее обезвоживание (сушка) бумажного полотна происходит в сушильной части машины.
Сушка. В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости 92-95% В процессе сушки удаляется 1,5-2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50-100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.
Бумажное полотно, проходя по сушильным цилиндрам, поочередно соприкасается с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облегчения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушильные цилиндры примерно на 180°.
Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80-85 %, на быстроходных до 60-75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4-15°. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем па быстроходных. С повышением скорости машины количество испаряемой воды па участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается.
Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе. При выработке некоторых видов бумаги из 100 %-ной сульфатной целлюлозы, например мешочной, температуру последних цилиндров не снижают. Температурный режим сушки устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Для выработки большинства видов температура сушильных цилиндров составляет 100- 115°, а для некоторых видов 80-100 °С. Повышение температуры сушильных цилиндров ускоряет процесс сушки. Следовательно, сушку нужно вести при максимально допустимой температуре, которая не ухудшает качество бумаги.
Для интенсификации сушки в сушильной части применяют закрытые колпаки скоростной сушки с сопловым обдувом бумажного полотна горячим воздухом. Значительный эффект, особенно на скоростных машинах, наблюдается от применения синтетических сеток (вместо сукон). Благодаря открытой структуре сеток интенсифицируется процесс парообразования с поверхности бумажного полотна, облегчается вентиляция сушильной части и существенно увеличивается срок службы одежды. Для бумаг с ярко выраженной пористой структурой (санитарно-бытовых видов бумаги, фильтровальных картонов и др.) эффективной оказалась сушка прососом воздуха сквозь полотно, осуществляемая на специальных перфорированных цилиндрах.
Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92-95 %, а температура 70-90°С. Для обеспечения высококачественного каландрирования и хорошей намотки полотна в конце сушильной части устанавливают холодильные цилиндры, охлаждаясь на которых, бумажное полотно впитывает влагу и увлажняется на 1-2 %
Отделка. После сушки бумажное полотно с целью уплотнения и повышения гладкости проходит через машинный каландр, состоящий из расположенных друг над другом -2 8 валов. Полотно, огибая поочередно валы каландра, проходит между ними при возрастающем давлении. Современные машинные каландры снабжаются механизмами прижима, подъема и вылегчивания валов. Нижний вал и один из промежуточных выполняются с регулируемым прогибом, что позволяет применять высокие давления в захватах валов при сохранении равномерности давления по ширине полотна. Пройдя каландр, бумажное полотно непрерывно наматывается на тамбурные валы в рулон диаметром до 2500 мм. Перезаправка с одного тамбурного вала на другой осуществляется при помощи специальных механизмов и устройств.
После бумагоделательной машины бумага поступает на продольно-резательный станок и далее к упаковочной машине. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаги для печати, писчей и технической пропускают через суперкаландр.
Размещение бумагоделательных машин. Бумаго-и картоноделательные. машины размещаются на двух этажах. Основные узлы машины, где формируется, обезвоживается и наматывается полотно, размещаются на втором этаже, а вспомогательное оборудование технологических коммуникаций - на первом. На первом этаже устанавливается также оборудование для переработки мокрого (гауч-мешалка) и сухого (гидроразбиватель) брака, станция централизованной смазкн и др.
С.Н. Иванов
ТЕХНОЛОГИЯ
Издание третье
ШКОЛА БУМАГИ МОСКВА 2006
ISBN 5-86472-161-1
Технологиябумаги. Изд. 3-е. Иванов С.Н., 2006, стр. 696.
В учебном пособии описаны процессы производства бумаги, применяемое оборудование и его работа. Изложены теория и технология процессов: размола, проклейки, наполнения, применения связующих материалов и влагопрочных смол, крашения, очистки, отлива, прессования, сушки и каландрирования бумаги. Рассмотрены волокнистые материалы, применяемые для выработки бумаги, и типы бумагоделательных машин. Дана методика технологических расчетов и приведены практические данные по отдельным вопросам производства.
Таблиц 68, иллюстраций 257, формул 163, библиографий 326.
Книга переиздана в рамках проекта «ШКОЛА БУМАГИ» к 105-летию со дня рождения автора - Сергея Николаевича Иванова.
Организаторы проекта выражают благодарность спонсорам 3-его издания книги Иванова С.Н. «Технология бумаги»:
ООО «Австрийская бумага» - Генеральный директор Никольский Андрей Николаевич – оплата электронной верстки и макета издания;
ЗАО «Балтийская целлюлоза» - Генеральный директор Баскин Григорий Львович – оплата полиграфических работ;
«Краснокамская бумажная фабрика – филиал ФГУП «ГОЗНАК» - Директор Агафонов Александр Николаевич – офсетная бумага ВХИ «Г» 65 г/м2 на внутренний блок книги.
ОАО «Каменская бумажно-картонная фабрика» - Директор Арзуманян Арзум Ашотович – картон переплетный толщиной 2 мм.
ОАО «Щелковская фабрика технических тканей» - Генеральный директор Бондарчук Юрий Валентинович – переплетный материал на обложку: ледерин на тканевой основе.
ООО «Редакция журнала «Целлюлоза. Бумага. Картон.»- Главный редактор Шварц Александр Ефимович – информационная поддержка.
Выражаем благодарность за помощь и активное участие в издании книги: Никольскому Николаю Георгиевичу и Острерову Михаилу Анатольевичу.
ИВАНОВ Сергей Николаевич
ПРЕДИСЛОВИЕКТРЕТЬЕМУИЗДАНИЮ
С выпуском книги профессора, доктора технических наук С.Н. Иванова «Технология бумаги» преодолен своеобразный «вакуум» в сфере информации для специалистов ЦБП. Следует отметить, что за последние 30 – 35 лет подобных учебных и научно-тех- нических трудов не издавалось.
Особенно важно, что книга издана в период высокого спроса на информацию, как для производственных специалистов, так и для высших учебных заведений. Ценность и значение книги подтверждается тем, что последнее издание, вышедшее тиражом 11 тысяч экземпляров, давно уже невозможно где-нибудь приобрести.
Учитывая то, что за последние годы российская целлюлозно-бумажная промышленность начала подниматься на ноги и по-
лучать значительное развитие, особенно за счет сравнительно небольших предприятий, возникла потребность в такой технической специальной литературе в большом объеме.
Автор книги «Технология бумаги» С.Н. Иванов обладал исключительно большим опытом, знаниями в области производства бумаги и картона, пройдя большую практическую школу. Он работал на ряде предприятий, таких как Марийский и Окуловский комбинаты, Краснокамской фабрике «ГОЗНАК», а также преподавал на кафедре целлюлозно-бумажного производства Лесотехнической Академии, передавая свой богатый производственный и научный опыт студентам и аспирантам.
Книга охватывает полный комплекс технологических процессов бумажного производства – размола, проклейки, наполнения, крашения, отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины, прессования, сушки, каландрирования бумаги и картона; устройства оборудования, проведения и организации технологических процессов бумажного производства, а также практические рекомендации по эксплуатации оборудования.
Широта охвата рассматриваемых вопросов и глубина разработки как теоретических, так и практических вопросов бумажного производства ставит книгу С.Н. Иванова в ряды лучших трудов по бумажному производству не только в России, но и за рубежом. Книга С.Н. Иванова «Технология бумаги» была издана в ряде европейских стран с развитой целлюлозно-бу- мажной промышленностью.
Приобретая настоящую книгу, Вы будете обладать широкими знаниями и информацией в области технологии производства бумаги.
ПРИГОТОВЛЕНИЕБУМАЖНОЙМАССЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ
Исторический обзор
Бумага является упруго-пластическим, капиллярнопористым листовым материалом, состоящим главным образом из мелких растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами сцепления. Соединение мелких волокон в бумажное полотно производится обычно методом осаждения и фильтрации на сетке бумагоделательной машины из сильно разбавленной в воде волокнистой суспензии. Затем бумажное полотно подвергается прессованию, сушке и отделке. Для придания бумаге необходимых свойств к размолотому волокнистому материалу добавляют минеральные наполнители, гидрофильные или гидрофобные проклеивающие вещества, красители и другие химикаты. С этой же целью готовую бумагу подвергают дополнительной отделке или специальной обработке.
В последнее время, кроме обычного способа изготовления бумаги, находит все большее применение так называемый «сухой» способ, при котором волокна соединяются в лист бумаги методами текстильного производства в отсутствии воды. Все большее практическое значение для изготовления специальных видов бумаги приобретает также применение различных синтетических и искусственных волокон взамен растительных. Независимо от способа производства волокна в бумажном листе связаны между собой поверхностными силами сцепления, что отличает бумагу от текстильного материала.
Изобретение бумаги обычно связывают с именем китайца Цай-Луня и относят к 105 г. н. э. Однако, как показали последние исследования, первое упоминание о бумаге относится к 12 г. н. э., а в 76 г. н. э. на ней уже печатали книги . Цай-Лунь обобщил имеющийся опыт изготовления бумаги и усовершенствовал способ ее производства. Сырьем для бумаги сначала служиливолокнаживотногопроисхождения(шелк-сырециотходышелка), а затем стали использоваться волокна растительного происхождения: лубяных волокон тутового дерева и конопли, бамбука, соломы и др., а также тряпье.
В древние времена взамен бумаги для письма применяли папирус – материал, который изготовляли в Египте из растения Cyperus papyrus , произраставшего в низовьях Нила. Стебель этого растения, имеющий трехгранную форму в сечении, разрезали на куски и расщепляли на пластинки, которые затем склеивали между собой клеем. Так получали лист папируса, который затем уплотняли, ударяя по нему деревянными молотками, сушили на солнце, разглаживали гладким камнем и склеивали в длинные полосы.
Хотя по своему внешнему виду и составу папирус близок к бумаге, однако технология его изготовления совсем иная. Производство папируса возникло не менее чем 5500 лет тому назад (сохранились свитки папируса, насчитывающие около 5450 лет).
В ряде европейских стран бумага получила свое название от корня сло-
ва папирус: das Papier (по-немецки), le papier (по-французски), the paper (по-английски) и т. д.
Термин бу мага, возможно, происходит от восточного названия хлопчатника «бумаг», из которого изготовляли бумагу, а может быть от итальянского слова «бомбицина», которым именовали очень рыхлую, пухлую и шероховатую бумагу, вырабатываемую арабами. Этот вопрос еще точно не выяснен .
На протяжении семнадцати столетий, с момента изобретения технологического процесса производства, бумагу изготовляли исключительно ручным, кустарным способом, который мало совершенствовался. Громадным толчком к дальнейшему развитию производства бумаги послужило изобретение книгопечатания Иоганном Гутенбергом в 1453 г.
В XVII в. в Голландии был применен новый, более производительный размалывающий аппарат – ролл, заменивший устаревшую и малопроизводительную толчею, а конец XVIII века ознаменовался изобретением самочерпки – машины, заменившей ручной труд рабочих-черпальщиков, изготовлявших бумагу. Изобретение самочерпки, или бумагоделательной машины, французом Луи Робером (1799 г.) положило начало стремительному росту бумажной промышленности и в немалой степени содействовало всеобщему росту культуры и прогрессу человечества.
Рост бумажного производства, последовавший вслед за изобретением бумагоделательной машины, натолкнулся на острый недостаток волокнистого сырья, так как тряпья, из которого вырабатывалась бумага, было недостаточно уже и при старом, кустарном производстве бумаги. Наступил сырьевой голод, заставивший основательно заняться поисками новых источников сырья для производства бумаги. Эти поиски увенчались успехом с изобретением способов производства волокнистых полуфабрикатов из древесины. В середине прошлого столетия были открыты способы производства сначала древесной массы, затем натронной и сульфитной целлюлозы и, наконец, сульфатной целлюлозы. С этого момента бумажное производство получило неисчерпаемые источники сырья и стало развиваться быстрыми темпами. За 165 лет своего существования, с момента введения
машинного производства бумаги, бумажная промышленность проделала громадный путь развития и превратилась в одну из передовых отраслей промышленности.
Первая бумагоделательная машина, сконструированная Луи Робером и работавшая некоторое время на бумажной мануфактуре в городе Эссоне во Франции, была очень примитивна (рис. 1). Она состояла из бесконечной сетки, натянутой на двух деревянных валиках, которые располагались над деревянным черпальным бассейном, и приводилась в движение вручную вращением валика от рукоятки. Над черпальный бассейном вращалось
Рис. 1. Бумагоделательная машина Луи Роббера:
1 – сетка;2 – валики;3 – черпальный бассейн;4 – черпальное колесо;5 – отражательный щит;6 – накат
черпальное колесо, изготовленное из тонких медных полос, которое зачерпывало разбавленную водой волокнистую массу из чана, отбрасывало на отражательный щит и выливало ее на движущуюся сетку. Сырая бумага наматывалась на накат, откуда ее периодически снимали. Длина медной сетки 3,4 м , ширина 0,64м . Машина была далеко не совершенной и по своей производительности лишь ненамного превосходила ручную выработку. Тем не менее сам принцип, заложенный в конструкцию машины, – непрерывный отлив бумажной массы на движущейся сетке – оказался прогрессивным и был использован в последующих конструкциях бумагоделательных машин, созданных братьями Фурдринье и Донкиным. Поэтому имя Луи Робера вполне заслуженно почитается как имя изобретателя машины, сыгравшей в истории техники такую же огромную роль, как типографский станок или паровая машина.
Луи Робер не смог создать промышленной установки бумагоделательной машины. Это сделали конструкторы англичане Сили и Генри Фурдри-
нье, а также заводчик Бриан Донкин, купивший совместно с французским промышленником Дидо патент у Луи Робера за 24 700 франков. Технические знания и опыт в машиностроении помогли им значительно усовершенствовать первоначальную конструкцию машины Роббера и создать бумагоделательную машину, нашедшую широкое промышленное применение. Первая бумагоделательная машина Донкина была установлена в Англии в городе Фрогморе в 1804 г., а в 1805 г. была установлена вторая такая же машина в городе Гартфордшайре. С этого времени бумагоделательные машины стали быстро входить в практику бумажной промышленности, они появляются, кроме Англии, во Франции, Германии и в России.
Первые машины Донкина (рис. 2) не имели сушильной части, состояли только из сеточной, прессовой частей и наката. Вначале отсутствовали
Рис. 2. Первая бумагоделательная машина Донкина:
1 – черпальный чан; 2 – лоток; 3 – сетка; 4 – декельный ремень; 5 – гауч-пресс; 6 и 7 – прессы; 8 – накат
даже отсасывающие ящики. Сырое полотно бумаги, снятое с машины развешивали для просушки на открытом воздухе. Сушильная часть машины была введена только в 1823 г., причем вначале сушильные цилиндры были открытыми и обогревались изнутри жаровнями с углем. Пар для обогрева сушильных цилиндров стали использовать несколько позже. В 1826 г. француз Кансон применил вакуум-насос для отсасывающих ящиков сеточной части, что резко повысило эффективность обезвоживания бумажного полотна на сетке и позволило повысить скорость машины. Из дальнейших усовершенствований бумагоделательной машины отметим изобретение эгутера (ровнителя), позволившего получать бумагу с водяными знаками (Маршалл, 1826 г.), введение сначала плоских (1830 г.), а затем цилиндрических узлоловителей для очистки массы (Франке, 1856 г.), песочницы (Берг, 1838 г.) и ряд других усовершенствований, которые сделали бумагоделательную машину одни из наиболее совершенных агрегатов в промышленности. Это дало основание Карлу Марксу в своем труде «Капитал»1 назвать бумагоделательную машину образцом механизированного непрерывно действующего агрегата.
1 Маркс К. Капитал, т. I, Госполитиздат, 1952, стр. 387.
Наряду с усовершенствованием длинносеточной столовой машины в первой половине XIX столетия были сделаны и другие важные изобретения по созданию новых типов бумагоделательных машин. Так, в 1805 г. Иосиф Брама сконструировал цилиндровую машину, в 1827 г. Эдельхейзер разработал конструкцию самосъемочной машины. В этот же период было предложено несколько типов бумагоделательных машин для выработки бумаги листами.
В конце XIX и в XX столетии были сделаны дальнейшие усовершенствования бумагоделательной машины, которые дали возможность значительно повысить ее скорость, увеличить выработку бумаги и почти полностью автоматизировать процесс работы машины. В результате этого были созданы машины производительностью до 500 т бумаги и до 1000т картона в сутки.
Этим успехам содействовали следующие основные усовершенствования:
1) создание многодвигательного электрического привода бумагоделательной машины, заменившего громоздкий групповой привод с ременной передачей (1908 г.);
2) замена простых линеек для напуска массы на сетку напорным ящиком высокого давления (1911 г.);
3) замена гауч-пресса отсасывающим валом (1908 г.) и внедрение отсасывающих валов в прессовой части машины;
4) создание накатов барабанного типа, заменивших неудобные фрикционные накаты, тормозившие повышение скорости бумагоделательной машины:
5) автоматизация управления отдельными частями машины и процессами ее работы (управление движением сеток и сукон, натяжение сукон, заправка бумаги, ведение процесса сушки бумаги, регулирование концентра-
ции массы, ее температуры, кислотности среды, веса 1 м 2 бумаги и т. п.).
Таблица 1
Показатели машины Луи Робера и современной машины для выработки крафт-мешочной бумаги
Современная |
||
Наименование показателей | ||
выработки |
||
мешочной |
||
Производительность, т в сутки. . . . . . . . . . . . . | ||
Рабочая скорость, м/мин . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Ширина сетки, м | ||
Длина сетки, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Число сушильных цилиндров. . . . . . . . . . . . . . . | ||
Мощность двигателей переменной части, квт . . . . . . . | ||
Вес машины, т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Длина машины, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
Наряду с этим были созданы более совершенные аппараты для очистки массы перед машиной: вихревые очистители, центриклинеры и селектифайеры, новые типы высокопроизводительных узлоловителей. За последнее время значительно усовершенствована конструкция напорного ящика. Создан напорный ящик закрытого типа, обеспечивающий надлежащее формование бумаги при скорости бумагоделательной машины, превышающей 1000 м /мин . Значительно усовершенствованы сеточная, прессовая,
Рис. 3. Современная бумагоделательная машина
сушильная части машины и системы вентиляции. Широкое применение получили вентиляционные установки с использованием тепла уходящего воздуха. Все эти усовершенствования и многие другие, о которых будет сказано далее, привели к созданию современной бумагоделательной машины (рис.3).
Чтобы оценить путь развития бумагоделательной машины, сравним первую машину Луи Робера и современную бумагоделательную машину
Прибавим к этому, что машина Робера была установлена в небольшой комнате, тогда как современная бумагоделательная машина требует для своей установки громадного зала длиной свыше 150 м , шириной около 27м и высотой около 25м . Несмотря на гигантские размеры, эта машина, как и машина Робера, обслуживается пятью рабочими.
Одновременно с развитием конструкции бумагоделательной машины совершенствовалась и технология бумажного производства, создавалось новое оборудование для размола, проклейки и наполнения массы, отделки бумаги и других процессов. В 1858 г. Иосифом Жорданом была сконструирована коническая мельница, которая впоследствии превратилась в один из основных размалывающий аппаратов непрерывного действий. В 1862 г. в Германии завод Гаубольд выпустил многовальный суперкаландр для отделки бумаги. В 1870 г. француз Верни создает саморезку гильотинного типа для разрезания бумаги на листы. Позже появились продольно-реза- тельные станки и ротационные саморезки, обладающие высокой производительностью. Создавались новые конструкции станков, внедрялись новые методы отделки бумаги. Бумага стала находить все большее применение в промышленности и в быту.
С введением машинного способа производства ручной отлив бумаги при помощи специальных черпальных форм, который был единственным способом производства бумаги на протяжении 17 веков, утратил свое значение и начал исчезать. В настоящее время, способ ручного черпания является редкостью. Он сохранился только для производства некоторых специальных видов бумаги: чертежного ватмана, документных бумаг с локальным знаком и т. п. Серьезного промышленного значения этот способ выработки не имеет.
Возникновение бумажного производства в России относится к XVI веку. Но о существовании первой бумажной мельницы на реке Уче в Московском уезде нам мало что известно. Более определенные сведения имеются о постройке в 1655 г. и работе бумажной мельницы на реке Пахре в слободе Зеленой.
Производство бумаги в России начало развиваться при Петре I, по указу которого было выстроено несколько бумажных мельниц под Москвой и около Петербурга. Благодаря его заботам бумажная промышленность в России по своему уровню не уступала заграничной. Появились такие крупные бумажные мануфактуры, как Полотнянозаводская (1720 г.) и Ярославская; на каждой из них работало по 500 рабочих.
Первая бумагоделательная машина в России булла установлена на Петергофской гранильной фабрике в 1817 г. Монтажными работами, которые велись русскими мастеровыми, руководил англичанин Вестингаузен, представитель фирмы Донкина. Многие части машины были изготовлены на Петербургском чугунолитейном заводе. С этого времени в России получает развитие машинный способ производства бумаги. Тем не менее бумажная промышленность, несмотря на большие сырьевые ресурсы, до Великой Октябрьской социалистической революции в России не получила должного развития.
В годы первых пятилеток бумажные фабрики Советского Союза были реконструированы и оснащены новой техникой. Было построено несколько современных целлюлозно-бумажных комбинатов, впервые создана маши-
Конечно, за многие столетия развития бумажного производства, технология изготовления бумаги претерпела значительные изменения, хотя принципы формирования бумажного полотна не изменилось. Революционным явилось изобретение мелованной бумаги - покрытия бумажной основы специальной пастой на основе каолина.
Каждому лесопромышленному комплексу, каждому целлюлозно-бумажному комбинату выделены определенные лесные массивы, так называемые сырьевые базы. Эти лесные кладовые и обеспечивают предприятия древесным сырьем на многие годы. Обычно сырьевые базы находятся в постоянной и непрерывной эксплуатации. В зоне заготовок на месте срубленных деревьев чаще всего сажают молодняк. Он вырастает к тому времени, когда в сырьевой базе начинают иссякать запасы старой древесины. Прибавляется лес и за счет естественного возобновления.
Древесина поступает на целлюлозно-бумажные предприятия, как правило, издалека. Лишь немногие предприятия имеют сырьевые базы поблизости. Лес сплавляется по рекам и озерам в плотах, связанных из пучков бревен, доставляется на предприятия на самоходных баржах, судах, называемых лихтерами. Широко практикуется доставка древесины в любое время года по железной дороге. Возят ее из ближайших леспромхозов и автомобильным транспортом - мощными тягачами-лесовозами. На целлюлозно-бумажные предприятия доставляется древесное сырье в виде щепы в специальных щеповозах. Щепу получают из древесных отходов на месте рубки леса или на деревообрабатывающих предприятиях.
Из воды, судов, вагонов древесину выгружают, укладывают в штабеля и подают на распиловку специальные краны - портальные, кабельные, козловые, мостовые. На бирже работают мотовозы, бульдозеры, тракторы, лесотаски.
Связки длинных бревен, поднятых краном либо из воды, либо из штабеля, поступают на разделочный стол. Рассортированные на площадке стола бревна, увлекаемые по одному захватами транспортера, движутся одно за другим в горизонтальном положении к мощным циркуляционным пилам распиловочного узла, называемого слешером. В одно мгновение пилы разделывают бревна на стандартные (1,2 м, 1,5 м) отрезки - балансы. Те скатываются со слешера на другой движущийся конвейер и попадают в огромный вращающийся металлический барабан, где древесина проходит гигиеническую обработку. Балансы трутся друг о друга и о жесткие ребра барабана и освобождаются от коры и грязи. Снятая с древесины кора проваливается в щели между ребрами барабана, отвозится в отвал, а затем сжигается в топке котла. Полученная тепловая энергия используется для производственных целей. Освобожденные от коры балансы прямо из окорочного барабана подаются по конвейеру в рубительные машины. Их назначение - измельчать кругляк в мелкую щепу.
У рубительной машины 10-16 острых ножей-пластин, укрепленных на стальном тяжелом диске. Диск вращается с огромной скоростью и делает до 7 тысяч отрубов в минуту. Чтобы изрубить толстый полутораметровый, отрезок бревна, машине нужно всего 2-3 секунды. Получается щепа длиной примерно 15 мм, шириной 25 мм и толщиной 5 мм. Дальнейший путь щепы - в котел. По ленточному транспортеру подается на варку. Варят целлюлозу в котлах непрерывного и периодического действия. Агрегаты работают круглосуточно, без остановок. Непрерывным способом вырабатывают преимущественно сульфатную целлюлозу для технических видов бумаги и картона. В стационарных вертикальных котлах периодического действия получают сульфитную целлюлозу. Она идет на изготовление печатных видов бумаги - типографской, офсетной, для глубокой печати.
Крепкая варочная кислота, горячий пар и высокое давление энергично наступают на лигнин, прочно скрепляющий в древесине растительные волокна, и растворяют его. При этом древесина теряет больше половины своего веса. Освобожденные от лигнина волокна образуют волокнистую массу - целлюлозу.
Ниже кратко описан процесс производства наиболее распространенного вида бумаги - мелованной.
Отливка бумаги
Предварительно приготовленная целлюлозная масса наносится на сетку бумагоделательной машины через набор сопел, каждое из которых имеет управляемую подачу. В этот момент в смеси содержится только 5-7 % целлюлозы и 93-95% воды. По мере прохождения сетки через машину, вода удаляется и формируется бумажное полотно. Отсюда возникли понятия "лицевой" и "сеточной" стороны бумаги. На наиболее современных бумагоделательных машинах применяется "двухсеточная" система формирования полотна - целлюлозная масса подается между двух сеток и применяется вакуумная система сушки. Таким образом, бумажное полотно имеет две практически идентичные стороны.
Каландрирование
Следующим этапом производства является каландрирование. Каландры прессуют бумагу, сушат её и придают полотну гладкость. Именно в этот момент полотно и становится бумагой. От степени каландрирования зависят две характеристики бумаги: пухлость и непрозрачность. Чем более спрессована бумага, тем она менее пухлая и менее непрозрачная. С другой стороны, при малой степени каландрирования, сильно страдает гладкость бумаги. Поэтому, при производстве высококачественной мелованной бумаги очень важен баланс между гладкостью основы и непрозрачностью. Особенно важен этот баланс для тонких бумаг, где количество наносимого мела сравнимо с содержанием собственно целлюлозы.
Мелование
Большинство современных мелованных сортов бумаги покрыты двумя или тремя слоями мела. Меловое покрытие придает бумаге дополнительную гладкость. Кроме того, меловое покрытие делает бумагу мелкопористой, что в конечном счёте приводит к тому, что при печати оттиск имеет более яркие краски по сравнению с печатью на офсетной бумаге без покрытия. Более детально о пористости бумаги будет рассказано ниже.
Обычно бумагу мелуют в три приема: первый тонкий слой мела наносят прямо в бумагоделательной машине, в то время, как остальные два слоя наносят на отдельной машине. Такая технология имеет несколько преимуществ. Во-первых, первый слой мела наносится на влажную основу, что увеличивает прочность покрытия. Во-вторых, этот первый слой является своего рода "грунтовкой", на которую последующие слои ложатся значительно равномернее.
Основное мелование происходит на отдельной установке. Меловая паста может наноситься на бумагу двумя способами: либо наливаться на поверхность с последующим выравниванием ножом (шабером), либо напыляться с помощью ряда форсунок. Последний метод предпочтителен, так как он дает большую равномерность нанесения мела по всей ширине полотна.
Финальное каландрирование или отделка
Мелованная бумага приобретает свои поверхностные свойства после каландрирования. Процесс практически полностью аналогичен каландрированию бумаги-основы. Отличие состоит в том, что, в зависимости от производимого сорта - глянцевой или матовой бумаги, - применяют тот или иной набор валов. Наиболее современные фабрики оснащены так называемыми "Янус-каландрами". В отличие от суперкаландра, рассмотренного выше, "Янус-каландр" позволяет регулировать усилие прижима каждого вала. Кроме того, каждый вал покрыт пластиком, что делает каландрирование более "мягким". С помощью "Янус-каландра" достигается лучший компромисс между гладкостью и пухлостью бумаги. Если же требуется получить тиснёную бумагу, то делают еще одно каландрирование между специальными профильными валами.
Перемотка
В зависимости от ширине бумагоделательной машины, готовое полотно имеет ширину от 2,5 до 9 метров и длину в несколько километров. Такой рулон обычно называют "тамбур". Поскольку листорезательные линии не могут резать такие широкие рулоны, бумагу перематывают на более узкие ролики, в зависимости от требуемых форматов листов. Фабрики стараются компоновать заказы так, чтобы сумма ширин маленьких рулонов была максимально близка к ширине тамбура. В противном случае, остается так называемый "спутник" нестандартного формата.
Резка и упаковка
Большинство мелованной бумаги поставляется в листах, причем упакованных в пачки. Такая упаковка максимально защищает бумагу от внешних воздействий при хранении и транспортировке. Как правило, бумажные фабрики оснащены наиболее современным и точным резальным оборудованием. Тем не менее, часть глубокой печати или ротационной офсетной печати с горячей сушкой (HSWO). Применение подобной бумаги для листовой офсетной печати может вызвать проблемы.
Прогресс не стоит на месте. Как видим, все части бумагоделательной машины были усовершенствованы, увеличена ширина полотна, стали применятся суперкаландры, обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Бумага сегодня - это самый многофункциональный материал.
Бумага – очень древнее изобретение. Её знали в Древнем Китае. Отцом бумаги считают китайца Пай Луня, который придумал бумагу в 105 году новой эры. Делали её тогда так: клочки шелковой ваты, тряпье, старые рыболовные сети измельчали и бросали в чан с водой, взбалтывали, пока не получалась однородная, водянистая кашеобразная масса, которую черпали бамбуковой сеткой. Осадок, оставшийся лежать ровным слоем на сетке, просушивали. Этот принцип работает и сегодня, изменились только средства производства, масштабы, скорости и сырье.
В России бумага появилась в XIV веке. До этого времени писали на пергаменте.
Бумага – это тонкие и ровные листы или ленты материала, состоящего в основном из целлюлозных волокон (древесная целлюлоза, древесная масса, волокна хлопка, льна, макулатурная масса и некоторые другие вспомогательные добавки). Длина растительных волокон, из которых образована бумага, 1-2 мм при диаметре около 25 мкм. Масса одного квадратного метра бумаги достигает 250 грамм.
По определению, бумага – это пористо-каппилярный плоскостной искусственно созданный материал, доступный для проникновения воздуха, влаги и красок При размачивании в воде обычные сорта бумаги теряют свою механическую прочность, при пропитке керосином или маслами прочность бумаги не меняется. Это убеждает в том, что целлюлозные волокна в бумаге соединены между собой главным образом водородными связями.
Свойства бумаги зависят от волокнистого состава, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклейки, а также технологии отлива и отделки, благодаря чему бумага получается с разными свойствами.
Состав и технология изготовления бумаги
Состав бумаги: размолотое целлюлозное волокно, древесная масса, отбеленный и измельченный каолин, клей, подцветку смешивают в нужных пропорциях.
В качестве наполнителя печатной бумаги применяют главным образом каолин – белую фарфоровую глину или тальк – соединение из класса силикатов. Диоксид титана используют в производстве мелованных бумаг. Оксид цинка используется как наполнитель для специальных видов бумаги.
Благодаря наполнителям бумага становится ровной, гладкой, непрозрачной, пластичной, капиллярной и менее пористой.
Бумагу отливают из бумажной массы на бумагоделательной машине, работающей со скоростью до 800 м/мин и состоящей из четырех составных частей:
1. сеточная часть: бумажная масса потоком поступает на сетку машины. Формирующийся из кашеобразной массы тонкий волокнистый слой постепенно освобождается от воды на сеточной части.
2. прессовая часть: здесь вода отжимается давлением прессов.
3. сушильная часть: бумажная лента, прижимаясь к сушильным цилиндрам, доводится до сухости 95%. В сушильной части встраивают клеильный пресс для поверхностной проклейки бумаги, что необходимо для бумаг, используемых для печати с применением увлажнения (литография, фототипия, офсетная печать).
4. отделочная часть с накатом бумаги (намотка в рулоны): три-восемь полированных чугунных цилиндров уплотняют бумагу, делая её поверхность ровнее.
В процессе технологии изготовления бумаги, когда бумажная масса потоком поступает на движущуюся сетку бумагоделательной машины, волокна, увлекаемые потоком, принимают преимущественно расположение, когда их оси совпадают с направлением движения сетки машины. Поэтому свойства бумажного листа в продольном и поперечных направлениях будут несколько различны, а именно – прочность бумаги будет выше в продольном направлении.
Приём определения направления волокон бумаги
1) Если мы разорвем бумагу по длине и по ширине листа, то разрыв по направлению движения сетки бумагоделательной машины будет ровным, а в поперечном направлении разрыв будет неровным (драным). Направление ровного разрыва бумаги и есть направление отлива бумаги.
2) отрезать одинаковые полоски по длине листа и по его ширине. Положить одну полоску на другую. Выравнить. Взять в руку большим и указательным пальцами. Вытянуть руку под прямым углом перед собой. Та полоска, которая свисать будет меньше и определяет направление отлива бумаги.
Верхняя (лицевая) сторона бумаги, не соприкасающаяся с сеткой бумагоделательной машины, будет гораздо ровнее сеточной. Сеточная сторона имеет меньше наполнителя, частично уходящего из бумаги вместе с промывными водами.
То есть бумага ортотропна: её свойства несколько отличаются во всех трех измерениях – по ширине, длине и лицу/обороте.
Всё это необходимо учитывать при подготовке бумаги к печатанию и при обработке оттисков в брошюровочно-переплетных и отделочных целях (при разрезке, фальцовке, шитье, высечке и тиснении).
Требования к качеству бумаги
1. достаточная механическая прочность, обеспечивающая нормальные условия выполнения процесса печатания тем или иным способом (отсутствие обрывов бумажного полотна при печатании, минимальность застреваний листов и подачи двойных листов, продолжительное использование печатной продукции без заметного разрушения).
2. незасоренность, характеризующаяся допустимым числом соринок площадью 0,1-0,5 кв.мм каждая в 1 кв.м бумаги
3. толщина, плотность, структура и другие свойства бумаги должны быть однородными не только у листов одной и той же партии, но и внутри каждого листа.
5. листы бумаги должны иметь строго прямоугольную форму. Косина листа не должна превышать 0,2%. Волнистость листов в кипах при их распаковке не допускается.
Свойства бумаги
Допечатные свойства бумаги, как правило, связаны с влажностью, упаковкой и хранением бумаги. Свойства бумаги, называемые печатными, включают характеристики, определяющие прохождение бумаги через бумагопроводящую систему печатной машины, а также свойства, определяющие качество печатного оттиска.
Печатные свойства обеспечивают получение высококачественного оттиска. Основные печатные свойства бумаги:
Белизна
Гладкость
Упругоэластичность
Пластичность
Впитываемость
Непрозрачность
Незасоренность
Прочность поверхностного слоя
Плоскостность.
Эти свойства должны соответствовать условиям того или иного способа печати.
Послепечатные свойства бумаги определяют процессы разрезки, фальцовки, шитья, высечки и тиснения, а также условия и требования прессования полуфабрикатов и их хранения и сушки.
Белизна бумаги:
Высокая степень белизны бумаги весьма желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависят от контрастности запечатанных (текст, иллюстрации) и пробельных участков оттисков.
Степень белизны бумаги зависит от её возможно более полного и равномерного отражения лучей различной длины по всему спектру дневного рассеянного белого света. Чтобы повысить белизну бумаги, устранить возможный желтоватый оттенок, бумагу в процессе изготовления подкрашивают синими и фиолетовыми красителями или вводят в её состав оптические отбеливатели.
Степень белизны некоторых видов бумаги:
Мелованная с оптическим отбеливателем – 84%
Мелованная без оптического отбеливателя – 78%
Чистоцеллюлозная печатная бумага с оптическим отбеливателем – 83%
Тоже самое без – 78%
Печатная бумага с белой древесной массой – 72%
Газетная бумага – 65%
Гладкость бумаги:
Зависит от микрогеометрии поверхности бумаги, то есть рельефа, образованного выступами и впадинами между растительными волокнами и частичками наполнителя.
Глянцевитость или матовость бумаги также зависит от микрогеометрии её поверхности. Очень гладкие бумаги будут глянцевыми, шероховатые – матовыми.
Упругоэластичность:
Под действием рабочего органа машины бумага деформируется, однако в зависимости от степени механического напряжения и целей технологических операций возникают деформации разного характера: упругие, эластические и пластические.
Свойство материала мгновенно изменяет свою форму и размеры под действием соответствующей нагрузки, и после прекращения её действия также мгновенно восстанавливать их называется упругостью. Следовательно, упругие – это мгновенно возникающие, полностью обратимые деформации. Эластичность – это свойство материала изменять форму и размеры под действием нагрузки в течение некоторого времени и постепенно полностью восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия. Свойство же материала сохранять полученную деформацию после снятия механического воздействия, вызывающего его, называется пластичностью.
Упругоэластические свойства положительно сказываются на процессе печатания, но зачастую они бывают недостаточными для надлежащего выравнивания поверхности бумаги в процессе печатания и компенсации неровностей, как печатной формы, так и самой бумаги. Пластические деформации бумаги технологически необходимы при фальцовке, биговке, тиснении.
Эти противоречивые требования к свойствам бумаги решаются созданием различных видов и сортов бумаги. Ведь выбор бумаги для воплощения той или иной идеи на 50% определяет качество её исполнения.
Впитываемость:
Надлежащая впитывающая способность бумаги – важное условие своевременного и полного закрепления краски. Впитывание краски в бумагу определяется её пористо-капиллярным строением.
Впитывающая способность бумаги особенно важна для способов печати и лакирования, где закрепление краски и лака в основном определяется впитыванием, например, глубокая печать, флексографская печать на бумаге, лакирование дисперсионными лаками.
Режим высушивания бумаги на бумагоделательной машине влияет на пористость бумаги. Так при высокотемпературном режиме сушки пористость бумаги возрастает.
Прочность:
Это свойство особенно важно для иллюстрационной, многокрасочной печати.
Прочность бумаги повышается при использовании хорошо разработанной длинноволокнистой бумажной массы, её проклейке карбамидной смолой и крахмалом.
Плоскостность:
Для устойчивой работы листовой печатной машины является безукоризненная плоскостность бумаги. Плоскостность бумаги во многом определяется климатическими условиями её упаковки, транспортировки и хранения.
Бумага не должна подвергаться негативному воздействию влаги и температурным колебаниям. Если бумага хранится в помещении с определенной относительной влажностью без упаковки, защищающей её от атмосферных влияний, то она воспринимает влагу из окружающего воздуха или отдает влагу до тех пор, пока не будет достигнута равновесная влажность.
При поглощении влаги бумагой на её краях образуется выраженная волнистость. Если бумага отдает влагу, то её края загибаются.
1. При печати с использованием нескольких цветных красок на цветной бумаге необходимо учитывать цвет запечатываемого материала.
2. прежде чем печатать на бумаге, она должна пройти акклиматизацию в печатном цехе в течение некоторого времени, чтобы достичь температуры 20-22 и влажности 50-55%. Нельзя вскрывать пластиковую обертку паллеты с листовой бумагой до печатного цеха, если нет отдельного помещения для акклиматизации бумаги.
3. особое внимание необходимо обратить на различие свойств бумаги по длине и ширине листа, ан лице и обороте листа. Это особенно важно при фальцовке и шитье, при припрессовке пленки, при разрезке и др.
4. следует тщательно выбирать бумагу для печати различных изданий разными способами и технологиями.
Характеристики Офисной бумаги:
Бумага для офиса должна отвечать самым высоким требованиям качества печати - использование некачественной бумаги для офиса связано с риском порчи офисной техники. Именно работоспособность офисной бумаги должна играть главную роль при определении эффективности затрат на бумагу.
Многие покупатели при выборе бумаги для офиса руководствуются в первую очередь степенью белизны бумаги. На самом деле качество бумаги для офиса определяется ее физическими, химическими, электростатическими свойствами, а также отделкой. Для удобства категории офисных бумаг обозначаются буквами А, В, С.
А – гарантирует максимальное качество печати и пригодность ко всем технологиям печати. Бумага данной категории предназначена для печати документов «высшего качества». К данной категории относятся такие виды бумаг как HP Printing Paper, Ballet Premier, Maestro Spesial, Data Copy, Xerox Premier.
В – бумага, обеспечивает улучшенное качество печати для всех технологий. Подходит для всех видов офисной техники. Удобна для потребителей, у которых нет больших объемов копирования. Пригодна также для использования в небольших копировальных аппаратах и «капризных» принтерах. К данной категории относятся такие виды бумаг как KYM Lux, Ballet Classic.
С – гарантирует базовую работоспособность сорта на офисном оборудовании, наиболее экономичная бумага с минимально необходимыми параметрами белизны, шероховатости, непрозрачности, жесткости и т.п. Она предназначена в первую очередь для небольших объемов копирования и печати документов с невысоким требованием качеству бумаги. Данную категорию бумаги нельзя использовать при цветной печати в струйных принтерах. К данной категории относятся такие виды бумаг как Xerox Performer, Ballet Universal, SvetoCopy, Maestro Standard.
Цветная офисная бумага может играть весьма важную роль, не просто скрашивая монотонные будни офиса, но и обеспечивая разграничение информации по различным параметрам: степени важности, степени срочности, каналам распространения, типам документов и так далее. Нередко цветную офисную бумагу (особенно плотную) используют в качестве недорогих обложек для брошюр, отпечатанных на офисной технике или цифровых дупликаторах.
Загрузка...
