Из чего делают грифель карандаша. Как это сделано, как это работает, как это устроено
В далеком 1912 году по указу царского правительства в Томске была создана фабрика, где пилили кедровую дощечку для карандашей, производимых на территории всей страны.
И сегодня «Сибирская карандашная фабрика» – единственный на территории бывшего Советского Союза производитель карандашей и карандашной дощечки из сибирского кедра, древесина которого применяется для производства карандашей высшей ценовой категории. Осенью прошлого года продукция «Сибирской карандашной фабрики», пройдя экспертизу комиссии, стала лауреатом конкурса «Лучшие товары и услуги Томской области», а затем и дипломантом всероссийского конкурса «100 лучших товаров России».
Как же производят карандаши, получившие столь массовое и заслуженное признание?
ПОДГОТОВКА
Производство карандашей начинается с лесной биржи, где складируется заготовленный кедр. Сейчас здесь находится больше трех тысяч кубов дерева. В прошлом году областные власти очень помогли фабрике в обеспечении материалом и в этом году здесь планируют произвести около 85 миллионов карандашей.
– Древесина, которую мы закупаем, поступает к нам не в результате варварской рубки, – говорит Анатолий Лунин, директор фабрики. – В подавляющем большинстве это санитарная рубка перестоявшегося кедра, который уже не дает орех. Кедр растет до 500 лет, но шишки на нем появляются где-то до 250-летнего возраста, после чего он начинает умирать, его поражают различные насекомые. Если срубить его в этот период, быстрее вырастет новый кедр.
До момента распила бревна проходят обязательную подготовку: каждое бревно нужно вымыть, чтобы пристывшие куски земли или глины с камнями случайно не повредили пилы. Для этого дерево с лесной биржи помещают и выдерживают в специальном бассейне с теплой водой. Летом его здесь держат недолго, до двадцати минут, но в зимний период бревно находится в бассейне до тех пор, пока не оттает – на это может уходить до трех часов. А через 369 часов или 16,5 суток и 26 различных технологических операций из бревна получатся готовые карандаши.
На лесопилке из бревна делают вот такой брус:
Производство деревянного карандаша чрезвычайно требовательно к качеству материала, в дело идет только чистая прямая древесина. И если для столярных изделий наличие таких дефектов, как, например, сучки, не катастрофично, то карандаш из такого дерева уже не сделать. Поэтому сказать заранее, сколько карандашей получится из одного бруса, очень сложно.
Чтобы уменьшить количество отходов, на предприятии ищут разные способы увеличения глубины переработки древесины. Один из таких способов – расширение ассортимента выпускаемой продукции. Так, из дощечки, которая не годится для производства карандаша, к лету планируют наладить выпуск деревянных пазлов-раскрасок для детей и средств от моли. Что-то идет на производство коротких карандашей, как для магазинов «IKEA», а часть, на производство вот таких деревянных шампуров:
Полученный из бревна брус распиливают на короткие отрезки, каждый из которых затем распускают на десять дощечек. Чтобы все дощечки были одинаковыми, их нужно откалибровать. Для этого их прогоняют через специальный станок. На выходе из него дощечки имеют одинаковый размер и строго перпендикулярные грани.
Затем откалиброванные дощечки помещают в автоклав. По своему внешнему виду он напоминает бочку, к которой подведено множество труб разного диаметра. При помощи этих труб в камере можно создавать вакуум, нагнетать давление и подавать внутрь всевозможные растворы. В результате этих процессов из дощечки удаляются содержащиеся в ней смолы, и древесина импрегнируется (пропитывается) парафином. На сегодняшний день это не самый простой, но один из самых эффективных способов улучшить важные свойства материала и защитить дерево от вредного воздействия окружающей среды.
«Облагороженные» после обработки в автоклаве карандашные дощечки остается как следует просушить, а затем – отправить непоредственно на карандашное производство. На этом процесс изготовления дощечки можно считать завершенным.
Так выглядят дощечки после обработки в автоклаве
– Основной принцип и технология производства с тех пор как в Томске начали делать карандаши, не меняется, – говорит Анатолий Лунин. – Все процессы на нашей фабрике хорошо отлажены. Модернизация оборудования выражается в замене некоторых узлов, или переходе на более экономичные моторы, использование новых фрез. Приходят какие-то новые материалы, мы что-то меняем в приемке и оценке, но сама технология остается неизменной.
ПРОИЗВОДСТВО
Готовая дощечка поступает в цех белого карандаша, где для начала в ней на станке нарезают канавки, куда затем будут уложены стержни (слово «белый» в данном случае означает то, что карандаш на данном этапе еще не окрашен). Дощечки подаются с одной стороны станка, по дороге их поверхность шлифуется для склейки, особой фрезой в ней выпиливаются углубления. На ближнем краю станка дощечки автоматически укладываются в стопку. Толщина отшлифованной дощечки с нарезанными канавками составляет 5 мм, что равно половине толщины будущего карандаша.
На следующем этапе дощечки склеивают попарно между собой, чтобы получился один карандашный блок. Станок плавно подает первую дощечку и укладывает стержни в ее канавки. Вслед за этим из другого устройства «выезжает» вторая дощечка, уже смазанная водорастворимым клеем, и аккуратно ложится на первую. Получившиеся карандашные блоки зажимают в пневматическом прессе и стягивают струбцинами.
Если дощечку на фабрике изготавливают самостоятельно, то стержень, в основном, закупают в Китае. Там его начали производить по «сухой» технологии, которая не требует обжига в печи при высокой температуре. Вследствие этого, себестоимость стержня оказалась настолько низкой, что львиная доля производителей карандаша перешла именно на такой стержень.
Чтобы грифель карандаша не ломался внутри корпуса, на фабрике применяют технологию дополнительного проклеивания стержня специальной клеевой системой. После этой операции склеенные блоки выдерживают в специальной сушильной камере несколько часов.
В камере довольно жарко. Горячий воздух нагнетается вентилятором, поддерживая температуру порядка 35-40 градусов. Древесине нужно хорошо просохнуть, чтобы в дальнейшем карандаш за один проход стал гладким и получил нужную геометрию. Карандаш с «простым» грифелем сохнет здесь не менее двух часов, а цветной – не менее четырех. Из-за того, что цветной содержит больше жировых веществ, ему требуется больше времени, чтобы просохнуть.
По прошествии этого времени блоки разбирают, укладывают в тележки с указанием всех дальнейших параметров и отправляют на следующий станок, который разделит их на отдельные карандаши.
Своей формой станок похож на тот, который делает канавки в дощечках, но у него есть и свои особенности. Заготовки помещают в загрузочный бункер. Они проходят по транспортным узлам, торцуются, пилятся и на выходе получается привычный деревянный карандаш, только еще не окрашенный.
Двойная фреза, которая разделяет блоки, задает и форму будущего карандаша, причем делается это все за один проход. Именно от типа профиля режущей фрезы зависит то, каким будет карандаш – шестигранным или круглым.
Совсем недавно на фабрике освоили производство трехгранного карандаша. Оказалось, что спрос на такую форму растет. Покупателей привлекает эргономичность и естественность расположения пальцев на гранях, что, безусловно, облегчает обучение письму детей.
Рядом со станком стоит рабочий стол сортировщицы. Ее задача – перебрать сделанные карандаши, отобрать «годные» и отделить дефектные. К дефектам относятся сколы стержня на торце, шероховатости, ожоги древесины и тому подобное. Над столом висит памятка с нормами по браку. В каждый стоящий на столе лоток помещается 1440 карандашей.
Отсортированные карандаши на специальном лифте поднимаются на следующий этаж, где их будут красить.
ПОКРАСКА И УПАКОВКА
Краску закупают в сухом виде и разводят до нужной густоты в лаборатории красок. Сама покраска происходит достаточно быстро. Устройство непрерывно выталкивает окрашенные карандаши на конвейер. Длина и скорость движения транспортерной ленты рассчитаны таким образом, чтобы карандаш высыхал, пока движется на ней. Доезжая до противоположного конца конвейера, карандаши попадают в один из трех приемников, откуда они отправляются обратно на следующее покрытие.
В среднем каждый карандаш покрывается тремя слоями краски и двумя слоями лака – здесь все зависит от желания заказчика. Покрасить карандаш можно тоже практически в любой цвет. Фабрика выпускает наборы из шести, двенадцати, восемнадцати и двадцати четырех цветов. Некоторые карандаши покрывают только лаком.
После покраски, карандаши отправляют в цех финишной отделки. В этом месте они приобретают тот окончательный вид, в котором дойдут до потребителя. На карандаши наносят штамп, надевают ластик и затачивают.
Способов нанесения штампов довольно много, но на «Сибирской карандашной фабрике» это делают с помощью фольги разных цветов. Такой метод называется термостатированием. Рабочая часть станка нагревается, и штамп через фольгу переносится на карандаш – так он не будет облезать и марать руки. Сам штамп может быть любым, его специально заказывают у гравировщика. В зависимости от сложности, на его изготовление уходит около пяти дней.
На часть карандашей, если это необходимо, надевают ластик.
Последняя операция – это заточка. Затачиваются карандаши на шлифовальной шкурке, надетой на барабан и движущейся с большой скоростью. Это происходит очень быстро, буквально за считанные секунды.
Кроме заточки станок можно настроить на выполнение вальцовки – обработки обратной торцевой части карандаша под небольшим наклоном. Теперь карандаши готовы к упаковке, их отправляют в следующее помещение. Там карандаши собирают в набор, складывают в коробоку и направляют потребителю.
Упаковку под нужное количество карандашей печатают в Новосибирске. Она поступает в плоском виде, поэтому сначала ей придают объем. Потом через комплектовочные станки необходимое количество карандашей раскладывают в заданной цветовой гамме. Специальный станок позволяет собирать набор из двенадцати цветов. В конце карандаши раскладывают по коробочкам.
На вопрос, не планирует ли фабрика, по примеру китайских предприятий, перейти на производство карандаша из более дешевых пород дерева или пластмассы Анатолий Лунин признается:
– Я подумывал попробовать сделать экономичный карандаш из низкосортной осины, но это другая технология, и пускай уж китайцы этим занимаются. Меня больше интересует тема увеличения полезного выхода за счет повышения качества переработки древесины. А с точки зрения экологии, производить что-либо лучше из возобновляемого сырья. Пластмассовый карандаш никогда не сгниет, а деревянный за несколько лет полностью разложится.
Остается только пожелать, чтобы в век глобальной компьютеризации нашлось место простому деревянному карандашу.
Карандаш — настолько распространенная вещь, что кажется ничем не примечательным и простым инструментом для рисования. Однако, чтобы его изготовить используется достаточно сложная технология производства. Об этом малоизвестном процессе мне и хочется рассказать.
Этапы производства карандашей можно поделить на две части: изготовление грифеля и изготовление деревянной оболочки, в которую он вставляется.
Грифель карандаша производится из смеси порошков графита и специальной глины. Сам же графитовый порошок изготавливается из грифельного сланца. Смесь графита и глины тщательно перемешивается с водой, потом высушивается, затем снова перетирается в порошок, а в конце вновь добавляется небольшое количество воды до образования густой пасты. От соотношения графита и глины в этой пасте будет зависеть твердость карандаша. Чем больше глины — тем тверже будет карандаш. Но степень твердости еще будет зависеть от другого процесса, который я опишу ниже.
Затем, эта паста поступает на специальное оборудование, похожее на экструдер. Графитовая паста продавливается через формообразующие отверстия штампа и на выходе можно увидеть всем знакомый стержень карандаша. Однако, до готового стержня ему еще далеко.
Получившуюся заготовку грифеля просушивают. Затем обжигают при высоких температурах в специальной печи. Во время обжига графит и глина соединяются, а стержень твердеет. Как я писал выше, от этого процесса в значительной степени будет зависеть твердость карандаша. Чем выше температура обжига — тем тверже будет карандаш. Чем меньше глины в составе грифеля и чем меньше температура обжига — тем карандаш будет мягче. Как известно, на карандашах указывется твердость либо английскими буквами, либо русскими. Английская «H» означает «твердый», а английская «B» означает «мягкий». Соответственно русская буква «Т» означает твердый, а русская буква «М» — «мягкий». Существует еще разная степень твердости карандаша. Например, 2B или 2М — это двойная мягкость, а 2H или 2Т — двойная твердость. Всего различают около 17 степеней твердости карандаша: от 8М до 8Т.
После обжига графитовые стержни укладываются в специальные деревянные заготовки будущих карандашей. Эти заготовки представляют собой деревянные пластины, толщиной в половину карандаша. Они изготавливаются, как правило, из кедра или липы. Эта древесина мягкая и обладает волокнами, хорошо подходящими для изготовления карандашей. Из каждой такой дощечки-заготовки получается либо 6, либо 8 карандашей, в зависимости от стандарта производства. Соответственно, в этих дощечках пропиливаются 6 — 8 канавок, для графитовых стержней карандаша.
Далее в пропиленные канавки укладываются стержни. Затем, деревянная пластина со стержнями накрывается точно такой же пластиной сверху. Графитовые стержни оказывается между двумя деревянными пластинами. Стержни надежно закрепляются в деревянной оболочке двумя способами: либо посредством клея, либо за счет сдавливания деревянных половин будущего карандаша. Сами половины в обоих случаях соединяются посредством клея и пресса.
На следующем этапе производства эти заготовки поступают на специальный станок, фрезы которого имеют зубья в виде половин шестигранника, либо половин круга. Такими фрезами распиливается деревянная заготовка со стержнями, и одновременно придается шестигранная или круглая форма получившимся карандашам.
Ну вот, теперь карандаш почти готов! Но его еще не покрасили. Покраску делают специальными эмалями. А когда карандаш уже окрашен, на нем делается маркировка с указанием производителя, степени мягкости карандаша и т. п. Такое тиснение производится посредством краски или фольги.
Вот такой он — непростой процесс изготовления, казалось бы, простого карандаша.
Секреты сложного производства простых предметов.
В то время как технический прогресс с бешеной скоростью меняет мир, расширяя его границы и наши представления о нем, мы порой перестаем замечать обычные вещи, которые окружают нас повседневно.
Несмотря на простоту своей конструкции, которая почти не меняется вот уже несколько столетий, карандаш совсем не прост в производстве. Одна из последних карандашных фабрик в Америке General Pencil с 1889 года создает из графита, дерева, воска и краски предметы, которые можно найти во всех художественных и канцелярских магазинах страны: простые и акварельные карандаши, уголь для рисования, пастельные мелки и другие.
Стержни карандашей делают из смеси графитового порошка и глины, смешанных с водой, которые перемешивают несколько часов. Готовую массу пропускают через гидравлический пресс и нарезают на заготовки одинаковой длины. Все это немного похоже на приготовление лапши. Разная толщина грифелей достигается применением различного диаметра штампов.
Заготовки пока мягкие и гибкие, потому что в них осталась вода. Их нагревают в печи для того, чтобы они затвердели. Чем больше время нагрева, тем выше твердость будущего карандаша.
Кстати, в России различают три типа твердости (мягкий, твердый и твердо-мягкий), в Европе — четыре (появляется промежуточный вариант между твердым и твердо-мягким), а в США — уже пять (добавляется еще вариант супертвердого карандаша).
Обжиг грифеля в зависимости от желаемой градации осуществляется при температуре от 800 до 1200 °С. Графитовый песок используют, чтобы равномерно распределить жар при нагревании грифелей в печи. После песок высыпают для последующей переработки.
После нагрева стержни помещают вот в такие перфорированные банки и окунают на 12 часов в емкость с горячим воском. Частицы воска заполняют все поры в стержне и способствуют более мягкому скольжению грифеля по бумаге. Кстати, средство, используемое для так называемой жирующей ванны, тоже влияет на твердость карандаша. Для самых твердых грифелей применяется воск, для полумягких — стеарин, а для мягких — кондитерский жир.
Остывшие стержни. Чуть позже их вложат в деревянные заготовки, склеят и сформируют карандаш. Как это выглядит, будет видно на примере пастелей ниже.
Подвал, где рабочие обрабатывают графит, — это вселенная серого цвета: люди в серых рубашках серыми руками скармливают серым машинам серые ингредиенты. Мужчина, изображенный на снимке внизу, работает на фабрике уже 47 лет. Машина позади него обрабатывает графит и древесный уголь.
Другие помещения фабрики радуют более яркими красками. Цветные (пастельные) стержни делают так же, как и графитовые, с применением белой глины (каолина), а вместо графита добавляют пигменты.
Станок, который превращает пастель в мягкие трубочки, напоминающие спагетти, обычно обрабатывает один цвет целую неделю. Затем его тщательно очищают, чтобы подготовить к другому цвету. Белые мелки, один из фирменных продуктов компании, делаются в особой машине отдельно от остальных цветов.
На фото хрупкие цветные стержни, изготовленные вручную, осторожно вкладывают в кедровые планки.
Графитовые стержни прочнее пастельных, поэтому их укладывает в заготовки специальный станок.
Второй слой дерева полностью закрывает грифель карандаша. Получившийся «бутерброд» скрепляют клеем, зажимают в прессе и сушат.
После нанесения краски карандаши возвращаются конвейером для покрытия следующим слоем (всего их обычно четыре).
Карандаши для редакторов обычно заточены с обеих сторон: одна оставляет красные пометки, другая — синие. Грифели внутри — двух разных цветов, и краски тоже две. Подставки с карандашами, которые вы видите, скоро перевернут и окунут в голубую краску.
Обычные карандаши, заточенные с одной стороны, могут снабжаться ластиками или просто наконечниками-заглушками.
Металлические кольца, с помощью которых на карандаши крепятся ластики, называются феррулами.
На этом конвейере феррулы и ластики соединяются с карандашами.
На некоторые карандаши устанавливаются гладкие металлические колпачки — без феррулы и ластика.
Заточка готовых карандашей происходит с помощью высокоскоростной шлифовальной ленты.
Наконец, карандаши очищают, фасуют и упаковывают. Готовые изделия отправляются в магазин, чтобы стать полезными и надежными помощниками своих хозяев.
Каждый из нас с ранних лет, занимаясь творчеством, или же на школьных уроках сталкивался с таким предметом как карандаш. Чаще всего люди относятся к нему как к чему-то обычному, как к простой и полезной вещи. Но мало кто задумывался, насколько сложен технологический процесс его производства.
Между прочем, при производстве карандаш проходит через 83 технологические операции, при его изготовлении используется 107 видов сырья и материалов, а цикл производства составляет 11 дней. Если на все это еще посмотреть со стороны целой линейки продукции, то рисуется сложное налаженное производство с тщательным планированием и контролем.
Для того чтобы увидеть своими глазами процесс производства карандашей, мы отправляемся на Московскую фабрику имени Красина. Это старейшее карандашное производство в России. Фабрика основана в 1926 году при поддержке правительства.
Основной задачей правительства была ликвидация безграмотности в стране, а для этого необходимо было сделать канцелярские принадлежности доступными. После развала Советского Союза фабрика Красина осталась единственным производителем карандашей на территории СНГ с полным циклом производства. Это значит, что на фабрике производится все – от грифеля до конечной продукции – карандашей. Давайте поближе познакомимся с процессом производства карандашей.
Для производства карандашей на фабрику поступают специально обработанные и уложенные дощечки из липы. Но перед тем как они будут задействованы, необходимо сделать пишущие стержни.
Перейдем в цех изготовления карандашных стержней. Пишущие стержни изготавливаются из смеси глины с графитом. Подготовка необходимой смеси начинается с таких вот технологических установок, где производится измельчение глины. Измельченная глина по конвейеру отправляется на следующий участок производства.
На следующем участке установлены специальные мельницы, где глина более мелко размалывается и смешивается с водой.
Установки для приготовления смеси глины с графитом. Здесь смесь для будущих стержней избавляется от примесей и готовится к дальнейшей переработке.
Стоит отметить, что при производстве грифелей используются только природные вещества, что позволяет считать производство экологически чистым. Установка для прессования смеси. Из получаемых полуфабрикатов получают стержни. Отходов у производства фактически нет, так как они их используют вторично.
На этом участке производства получают уже сами стержни, но, чтобы они попали в карандаш, над ними будет проведен еще ряд технологических операций.
Сама технология получения стержней – напоминает экструдирование. Тщательно подготовленную и перемешанную массу выдавливают через специальный штамп с отверстиями.
После этого заготовки для пишущих стержней укладывают в специальную тару.
И сушат в шкафу в течении 16 часов.
После этого стержни тщательно сортируют вручную.
Так выглядит рабочее место по сортировке стержней. Это очень сложная и кропотливая работа. За настольной лампой спят кошки.
После сортировки стержни прокаливаются в специальном шкафу. Температура отжига составляет от 800 до 1200 градусов Цельсия и напрямую влияет на конечные свойства стержня. От температуры зависит твердость карандаша, которая имеет 17 градаций – от 7Н до 8В.
После отжига стержни под особым давлением и температурой заполняются жиром. Это необходимо для придания им необходимых пишущих свойств: интенсивности черты, легкости скольжения, качества заточки, легкость стирания ластиком. В зависимости от требуемого значения твердости стержня могут применяться: саломас, кондитерский жир или даже пчелиный и карнаубский воск.
Выходная продукция участка производства стержней.
После этого стержни попадают на сборку. Вот на таких станках подготавливаются дощечки для карандашей. В них выпиливаются канавки под установку пишущих стержней.
Режущая часть станка вытачивает канавки в дощечках.
Дощечки автоматически поступают в такую вот обойму.
После этого на другом станке стержни укладываются в заранее подготовленные дощечки.
После укладки половинки дощечек склеиваются клеем ПВА, и их оставляют сохнуть под прессом. Суть этой операции в том, что сам стержень не приклеивается к дощечкам. Его диаметр больше, чем диаметр канавки, и для того чтобы конструкция замкнулась – необходим пресс. Стержень же будет держаться в древесине не за счет клея, а за счет натяга деревянной оболочки (специально созданного таким образом преднапряжения в конструкции карандаша).
После высыхания заготовку распиливают специальными фрезами на отдельные карандаши.
Карандаши постепенно распиливаются за несколько циклов обработки.
На выходе получаются уже готовые, но не окрашенные карандаши.
Уже на этом этапе закладывается форма карандаша за счет типа профиля режущей фрезы.
Далее на специальных линиях проходит огрунтовка поверхности карандаша. При покраске карандашей применяются эмали, изготовленные на самом заводе. Эти эмали производятся из безопасных для человека компонентов.
Линия по покраске карандашей.
Я думаю, что в магазинах мы много раз видели подарочные карандаши, окрашенные красочными разводами. Оказывается, чтобы их так окрасить, применяется целая специально разработанная технология. Вот небольшой фрагмент процесса их покраски.
При посещении покрасочного цеха мне довелось увидеть партию карандашей для поставки правительству РФ нового образца. Кончик карандаша символизирует наш государственный флаг. Карандаши сохнут в специальных технологических рамках. Регулярность рядов выглядит очень необычно и притягивает.
После покраски карандаши укладывают в партии для отправки на следующие участки фабрики.
Смотреть на тысячи карандашей, покрашенных по фирменной технологии завода, доставляет огромное удовольствие. Это очень необычное зрелище.
Технологическая линия отделки поверхности.
Шкафчик для хранения штампов. Здесь хранятся штампы для всего ассортимента выпускаемой продукции.
При необходимости перед фасовкой карандаши затачивают на специальном станке. На фотографии отображена промежуточная стадия заточки.
Меня поразила скорость работы станка. Карандаши падали в поддон непрерывным потоком. Сразу вспомнились все личные неудачные попытки точить карандаши. От этих воспоминаний этот станок начал внушать еще больше уважения.
Фабрика выпускает и вот такие интересные карандаши овальной формы, применяемые при строительстве и ремонте.
Массивы складированных карандашей выглядят очень необычно и притягивающее. Такого больше нигде не увидишь.
На участке упаковки карандаши сортируются и фасуются вручную. Здесь царит особая атмосфера. Люди работают тихо и молча. Многие работники имеют непрерывный стаж работы на фабрике более 40 лет.
На фабрике есть своя оснащенная лаборатория, в которой испытывается продукция в течении всего производственного цикла и отрабатываются новые технологии производства. На снимке – прибор Амслера для определения сопротивления на излом пишущих стержней.
Перед уходом я зашел в комнату с демонстрационными стендами продукции фабрики. Эмблема фабрики вызывает какую-то ностальгию. Ведь эти карандаши знакомы каждому из нас с детства.
Фабрика выпускает несколько линий продукции. Профессиональная серия карандашей для художников, декораторов и дизайнеров.
Образцы карандашей поставляемых правительству РФ. Для оформление карандашей выбран рисунок под цвет стандартных малахитовых настольных приборов работников правительства РФ. Но кроме этого они имеют и другие отличия от обычных карандашей: во-первых их форма выполнена с максимальным учетом эргономики руки взрослого человека, а кроме того в них применяется особый стержень типа "люмограф" для пометок на полях и в ежедневнике, он не размазывается рукой, но хорошо стирается ластиком без повреждения бумаги.
Карандаши для инженерного черчения:
Оригинальная сувенирная продукция фабрики.
Посещение фабрики было очень увлекательным и познавательным. Мне было очень интересно увидеть, сколько оригинальных технологий и труда вкладывается в изготовление казалось бы такого простого предмета как карандаш.
Я хочу выразить огромную благодарность главному технологу производства Марине за помощь и разъяснение технологических процессов на производстве. В конце посещения фабрики, ее руководство подарило редакции Ридуса свои фирменные карандаши, в том числе и поставляемые правительству Российской Федерации.
Удалов Дмитрий
Научно- исследовательская работа. История создания карандаша. Графит. Какой карандаш лучше?
Скачать:
Предварительный просмотр:
IV городские научные чтения
им. И.В.Курчатова
Тема: Из чего сделан карандаш?
Удалов Дмитрий
Ученик 4 «Б» класса
МОУ «СОШ № 21»
Научный руководитель:
Барадачева И.Г.
учитель высшей категории
МОУ «СОШ № 21»
Озерск
2010 г.
Введение …………………………………………………………………3
1. Теоретическая часть
1.1. История появления карандаша…………………………………..……5
1.2. Тайгинское месторождение графита на Урале…………..….… .…6 1.3. Технология изготовления карандаша……………………..…….….7
2. Практическая часть …………………………………………………..8
Заключение ………………………………………………………….… ..10
Литература ……………………………………………………………….11
Приложения …………………………………………………………… 12
Введение.
Не похож на человечка,
Но имеет он сердечко,
И работе круглый год
Он сердечко отдает.
Пишет он, когда диктуют,
Он и чертит, и рисует.
А сегодня вечерком
Он раскрасит мне альбом. (Карандаш)
Казалось бы, чего только не придумано для письма или рисунка! Гусиные и металлические перья, чернила и тушь , шариковая ручка, фломастер. Но все равно и в рюкзачке первоклассницы, у художника и чертежника, бухгалтера и плотника, и на столе председателя правления банка всегда найдется несколько простых карандашей. Поистине универсальная вещь - пишет всегда и везде: и в перевернутом виде, и на морозе, и под водой, и в космосе. Карандаш в рекламе не нуждается. Справедливо. Карандаш, как хлеб. Его не замечают, когда он есть. А когда его нет... В первые дни Отечественной войны карандашная фабрика г.Москвы начала выпускать военную, более необходимую, казалось бы, продукцию - боеприпасы. И в городе исчезли карандаши. Последовало указание правительства ни на один день не останавливать карандашное производство. Не уменьшилась потребность в карандашах и в наше время. Статистика утверждает, что человеку в год нужно не менее 10 штук.
Интересно, что:
одним обыкновенным деревянным карандашом можно провести линию длиной в 56 км или написать более 40 тыс. слов;
самый большой в мире карандаш длиной 12 метров, весом - 24 центнера;
самый маленький карандаш в мире чуть меньше двух сантиметров;
более 14 миллиардов карандашей производятся в мире каждый год - из этого количества можно обогнуть нашу планету 62 раза.
из одного большого дерева можно сделать приблизительно 300 000 карандашей .
Нам было интересно узнать, какие карандаши предпочитают ученики нашей школы, как их используют, знают ли, из чего сделаны карандаши. С этой целью было проведено анкетирование среди учащихся 4, 8 и 11 классов МОУ «СОШ № 21». (см. Приложение № 1) Ученики отвечали на ряд вопросов, касающихся использования ими простых карандашей. Результаты оформлены в виде диаграмм (см. Приложение № 2). Нас удивило, что не все учащиеся знают, из чего сделан карандаш. Правильно смогли ответить на этот вопрос в 4 классе - 3 человека (10%), в 8 классе - 11 человек (50%), в 11 классе - 18 человек (90%). Исходя из недостаточной осведомленности учащихся в этом вопросе, мы решили выполнить данную работу.
Цель работы: узнать, из чего сделан карандаш.
Задачи:
изучить специальную литературу (выяснить историю появления карандаша, технологию его изготовления; узнать о месторождениях графита Челябинской области, способе добычи и переработки графита, его основные свойства);
провести практическую работу (наблюдение за добычей графита, анкетирование учащихся, конкурс на лучший карандаш);
сравнить полученные результаты;
выявить наиболее популярный карандаш среди учащихся.
Объект исследования: простой карандаш.
Практическая значимость данный материал можно использовать на уроке окружающего мира по теме «Полезные ископаемые Урала», ИЗО по теме «История создания карандаша», классном часе «О бережном использовании леса» и др.
Методы исследования:
1) описательный;
2) экспериментальный;
3) количественный;
4) сопоставительный.
Карандаш - такой обыденный предмет. Первый пишущий инструмент, который нам доверили взрослые. Он прост и уж совсем не загадочен. В самом деле?
А сколько, например, ему лет? И не занимал ли вас когда-нибудь вопрос: а как же в него запихивают грифель? И что было, когда карандаша не было? С этого, пожалуй, и начнем.
1.1 История создания карандаша.
Кто же и когда подарил миру этот удивительный предмет?
История карандаша начинается с XIV века. Сам принцип - твердое вещество, оставляющее темный след на картоне, пергаменте или бумаге, - был известен очень давно. В качестве пишущего материала использовали металлы: серебро - для людей побогаче, свинец - для тех, кто не мог похвастаться достатком. Именно такими пишущими приборами делали свои наброски такие мастера графики, как Дюрер, Ван Дейк и Боттичелли.
Прототипы современных графитных карандашей появились в XVI веке. Тогда впервые для письма применили графит.
Графитовое месторождение впервые открыли в Англии, причём совершенно случайно: пастухи из местности Камберленд открыли в земле темную массу, которую использовали для того, чтобы метить овец. След от этих стержней был четче и ярче, чем от свинцовых прутков аналогичного назначения, широко использовавшихся для письма и рисования в те годы. Графит - черный блестящий мягкий минерал, состоящий из углерода. На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черного цвета. Это минерал, будто самой природой предназначенный для письма. И название его происходит от греческого «графо» - пишу. На этот материал скоро обратили внимание художники и коммерсанты, быстро наладившие на английских улицах торговлю тонкими пластинками и кусочками графита, начали изготавливать из него тонкие заостренные на конце палочки и использовать их для рисования. Графит стали применять повсеместно и настолько массово, что месторождения стали стремительно иссякать. По приказу королевского двора графит можно было добывать лишь несколько недель в году, чтобы не истощать его запасы. А в конце XVIII века английский парламент ввёл строжайший запрет на вывоз драгоценного графита. За нарушение этого запрета наказание было очень суровым, вплоть до смертной казни .
Конечно, пользоваться графитом было очень неудобно - руки пачкались! Приходилось обматывать графит веревкой, бумагой, а то и просто зажимать между дощечек.
Идея заковать в футляр легко оставляющий след на бумаге, не пачкающий руки, графит, принадлежит французскому изобретателю и бизнесмену Николя Жак Конте (1775 год). Конте изобрел технологию изготовления графитового стрежня из смеси порошкообразного графита, сажи, глины и воды. После перемешивания смесь заливали в деревянную форму и воду выпаривали. Производились карандаши вручную. Поэтому стоимость графитовых карандашей была немалой. Такие карандаши могла позволить себе лишь придворная знать.
Первые карандаши были круглого сечения. Сегодня трудно себе представить, но изобретатели потратили не одно десятилетие, чтобы решить проблему скатывания карандаша со стола. Лишь в конце XIX века граф Лотар фон Фаберкастл догадался сделать корпус карандаша шестигранным - для более устойчивого положения на наклонных поверхностях для письма. Он же является автором стандартной длины и диаметра карандаша.
В историю карандаша вписал свою страницу и великий русский ученый Михаил Ломоносов. Ведь в России есть и графит, и дерево - и вот в одной из деревень Архангельской губернии появилась мануфактура, производящая карандаши из графита в деревянной оболочке.
1.2 Тайгинское месторождение графита на Урале.
В России открыто немало месторождений графита. На Урале месторождения графита расположены на окраине г. Златоуста и в 12-14 км к югу от г.Кыштыма - Тайгинское месторождение. (см. Приложение № 3)
В 1939 году в Кыштым прибыла геолого-разведочная партия Уральского геологического управления во главе с геологом З.И.Кравцовой, которая обследовала район г. Кыштыма и в 1940 году установила запасы руды кристаллического графита у озера Тайги в 15 км от г. Кыштыма (см. Приложение № 4). Начавшаяся Великая Отечественная война поставила задачу быстрейшего освоения залежей кристаллического графита. Кристаллический графит— это аккумуляторы на боевых самолетах, кораблях, танках. Это — броневая сталь, сверхпрочные огнеупорные сплавы, это - сырье для развития средств связи: приемников, передатчиков, телефонов. Совет народных комиссаров обязал наркомат промышленности стройматериалов СССР немедленно приступить к строительству Тайгинского графитового комбината. В сентябре 1941 года на берегу озера Тайги в условиях дождливой, холодной осени и суровой зимы развернулась стройка. Строители, жившие в палатках, полуземлянках, временных бараках, расчищали промплощадку, вели линию электропередач, строили корпус обогатительной фабрики, котельную, столовую, подсобные цеха, прокладывали железнодорожную ветку, завозили и монтировали оборудование. Одновременно со строительством комбината отрабатывалась технология получения графита. В мае 1942 года начали добывать руду, а 27 июня 1942 года на озеро Темное приземлился самолет, экипаж которого принял на борт первую партию графита, подарок кыштымских графитчиков армии и флоту. В годы Великой Отечественной войны комбинат был единственным предприятием, давшим стране тысячи тонн ценной продукции.
Более 60 лет предприятие Уралграфит (см. Приложение № 5) производил природный графит для предприятий различных отраслей промышленности:
Для металлургии - производство тиглей, противопригарных красок;
Для машиностроения - электроды, смазочные материалы теплоизоляционный материал, аккумуляторные батареи;
Для производства ядерной техники;
Для производства карандашей.
Потребность в графите обусловлена его особыми физическими свойствами: огнеупорностью, кислотостойкостью, высокой электропроводностью, мягкостью и пластичностью.
Технология добычи и переработки графита следующая: графит добывается открытым способом в карьерах. Грузится экскаваторами и доставляется на фабрику автосамосвалами Белаз. (см. Приложение № 6). Графит поступает на мельницу, где он пройдет три стадии дробления. Далее происходит отмывка графита от примесей, при которой графит всплывает на поверхность, а примеси опускаются на дно. Собранный с поверхности графит сушится, размалывается, классифицируется и упаковывается в бумажные мешки.
Из Тайгинского графита выпущено большое количество карандашей.
В настоящее время в связи с экономическим кризисом и большой конкуренцией с зарубежными фирмами, Уралграфит сворачивает свое производство.(см. Приложение № 7)
1.3 Технология изготовления карандашей.
Хоть карандаш и называется простым, но это довольно-таки технологичный продукт. Для изготовления одного карандаша проводится свыше 80 производственных операций.
Стержень - основная рабочая часть карандаша. При производстве карандашей сухой порошок графита смешивают с глиной и водой. Чем больше глины, тем тверже карандаш, больше графита — мягче грифель. В зависимости от количества глины карандашные стержни имеют различную степень твёрдости - Т (твердый), М (мягкий), ТМ (твердо-мягкий). После образования из смеси тестообразной пасты ее пропускают через формовочный пресс, получая тонкие липкие веревочки. Их распрямляют, разрезают по размеру, сушат и направляют в печь для обжига. Готовые стержни отправляются на карандашную фабрику.
При производстве простых карандашей важно подобрать подходящую древесину. Самый дешевый материл - ольха, затем идут липа, тропическая или европейская сосна, диера тонкоребристая, произрастающая только в тропических лесах.. Самые хорошие карандаши производят из калифорнийского кедра, у нас используется древесина сибирского кедра.
Процесс изготовления карандашей начинается с производства карандашной дощечки (см. Приложение № 8). Для улучшения свойств древесины, карандашные дощечки подвергаются термальной обработке с последующим пропитыванием парафином. При изготовлении карандашей на карандашных дощечках фрезеруют канавки полукруглого сечения для стержней. Обработанные дощечки укладываются в стопу.
Сборку карандашей производят на клеильном оборудовании. В канавку дощечек укладывают стержни, закрывают их другими дощечками, с нанесенным на них слоем клея. Полученные блоки зажимают и выдерживают определенное время в тепловой камере. Затем торцы блоков шлифуются на станке, убирая выступающие концы стержней и неровности склеенных пар дощечек. После шлифования блоки имеют прямоугольную форму и ровные торцы. Заключительная часть процесса производства карандашей - фрезеровка карандашей заданной формы (круглые, граненые) специальным режущим инструментом. Итак, карандаш готов.
На корпус карандаша должно быть нанесено не менее семи слоев краски, в противном случае на его поверхности образуются «заусенцы». Чем карандаш дороже, тем большим количеством слоев краски он покрыт. Идеальным покрытием считается покрытие, состоящее из 18 слоев.
В настоящий момент к производству карандашей предъявляются значительные требования с точки зрения их экологической безопасности. Рекомендуется применять лаки на водной основе.
Сегодня производится более 300 видов карандашей для различных видов деятельности. Существуют карандаши для нанесения надписей на стекле, ткани, целлофане, пластмассе и кинопленке. Существуют карандаши, используемые в строительстве и оставляющие след на поверхности, находящейся на открытом воздухе в течение нескольких лет.
В настоящее время в мире существует большое количество фирм, выпускающих карандаши. Как вы думаете, сколько предприятий в России заняты производством карандашей? Всего четыре. Два из них находятся в Москве. Остальные два в Томске и Славянске.
2. Практическая часть.
По результатам анкетирования среди учащихся 4, 8 и 11 классов МОУ «СОШ № 21» предпочтения были отданы следующим карандашам (см. Приложение № 9):
1 место - «Конструктор» Россия (12 чел.)
« Koh-i-Noor» Чехия (12чел.)
2 место - « Nixon» Австрия (7чел.)
3 место - «EVOLUTION» Франция (6 чел.)
80 % учащихся отметили в анкетах (см. Приложение № 2), что данные карандаши удобные, хорошо пишут.
Данные карандаши стали участниками конкурса «Супер - карандаш», который прошел в моем 4 «Б» классе. Ученики были разделены на 4 экспертные группы, которые проводили наблюдения и замеры. У каждой группы был один испытуемый образец. Три конкурсанта сделаны из древесины («Конструктор», «Koh-i-Noor», « Nixon») и один пластиковый (« EVOLUTION»), причем пластиковая и оболочка, и грифель.. Для чистоты эксперимента участники конкурса (карандаши) были обернуты в бумагу и пронумерованы. (см. Приложение №10). Все карандаши имели одинаковую твердость (ТМ), стандартные размеры. Исследовательским группам были предоставлены одинаковые принадлежности: линейка, точилка, ластик (см. Приложение №10) Экспертиза было проведена по двум направлениям - оценивался материал и грифель.
Материал
Качество древесины, из которой изготовлен корпус карандаша, влияет на то, как будут выглядеть готовые изделия, и насколько легко карандаши будут затачиваться. Для карандаша очень важно: какова древесина на вид, какого цвета, как хорошо держит грифель. Качество древесины обеспечивает ровную аккуратную стружку.
У материала оценивались:
1.Цвет
2. Плотность.
3. Стружка
Грифель
Соблюдение технологий производства также влияет на прочность стержня и его потребительские характеристики. Грифель должен иметь высокую степень прочности, не должен крошиться и должен легко стираться ластиком. Также при производстве особо тщательно должна соблюдаться технология замешивания смеси для грифеля, ее неоднородность и содержание посторонних примесей может привести к царапанию бумаги при работе карандашом.
У грифеля проверялись:
1.Центровка
2. Крошится при письме или нет.
3. Как стирается ластиком.
4. Царапает при письме бумагу или нет.
5. Экономичность (расход грифеля за 5 минут работы).
6. Ломкость.
В ходе конкурса были проведены наблюдения и опытные испытания, результаты которых занесены в таблицу (см. Приложение № 11).
1 место - карандаш под номером №4 «EVOLUTION» Франция
2 место - карандаш под номером №3 « Koh-i-Noor» Чехия
И карандаш под номером №2 « Nixon» Австрия
3 место - карандаш под номером №1 «Конструктор» Россия
Победителем стал карандаш «EVOLUTION». Как мы помним, это был пластиковый карандаш. На самом деле, в настоящий момент пластиковые карандаши очень популярны. Главными достоинствами пластиковых карандашей является их небольшая стоимость и абсолютная безопасность при поломке. В отличие от деревянных аналогов они не способны образовывать острые края на месте слома.
Сравним полученные результаты (см. Приложение № 12). Выявилось несовпадение опроса учащихся и результатов конкурса. В чем же причина? Скорей всего выбор школьниками и их родителями деревянных карандашей обусловлен их экологической безопасностью. Даже взрослый человек иногда ловит себя на неприличном занятии - сидит и грызет карандаш. А что говорить о детях! 50 % опрошенных учащихся имеют привычку брать в рот (грызть) карандаш (см. Приложение № 2).
Однако, здесь могут быть и другие причины. В анкетах 20 % учащихся отметили, что выбрали карандаш, учитывая, что он дешевый, красивый, оказался случайно (см. Приложение № 2). Значит, необходимо изучить экономическую сторону вопроса (стоимость карандашей), их дизайн (цвет, качество покраски) и др. Возможно, это будет темой моего дальнейшего исследования.
Заключение
Выполнив работу, мы узнали, из чего сделан карандаш. Карандаш - это письменная принадлежность, сделанная из деревянной палочки со стержнем из смеси глинистой массы с графитом (С. Ожегов “Толковый словарь русского языка”).
Поставленные нами задачи выполнены: изучив специальную литературу, мы узнали историю появления карандаша, технологию его изготовления; познакомились с месторождением графита на Урале, способом добычи и переработки графита, его основными свойствами; провели практическую работу (наблюдение за добычей графита, анкетирование учащихся, конкурс на лучший карандаш).
Данный материал можно использовать на уроке окружающего мира по теме «Полезные ископаемые Урала», ИЗО по теме «История создания карандаша», классном часе «О бережном использовании леса» и др.
Литература
Заточи карандаши и рисуй, черти, пиши. Отчего и почему? - 2005, № 12
Куликова Р. Ивашка в деревянной рубашке. Читайка - 2008, № 9
Сколько лет карандашу? А почему? 2004, № 7
Ильин М., Сегал Е. Рассказы о том, что тебя окружает. кн. 2 Откуда приходят вещи. М., 1985
Дитрих А. Почемучка. М., 1993
Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас М.,1992г.
Источники
ru.wikipedia.org - свободная энциклопедия, статья "Карандаш"
evolutsia.com - "История карандаша"
shkolazhizni.ru - статья "Чем наши предки писали-чертили-рисовали?
Приложение №1
Анкета учащегося…..класса.
У тебя в пенале лежит простой карандаш. Он:
1.- обычный
Автоматический
Круглый
Шестигранный
С резинкой
Без резинки
2. Почему ты выбрал именно этот карандаш?
Красивый
Удобный
Хорошо пишет
Дешевый
Оказался случайно
3. Какой фирмы твой карандаш? (название)
4. Для чего чаще всего ты используешь простой карандаш?
Рисую
Подчеркиваю
Черчу
5. Берешь ли ты карандаш в рот? Грызешь его?
Да
Нет
6. Исписываешь ли ты карандаш до конца?
Да
Нет
7. Почему «да»?
Удобный
Хорошо пишет
Привыкаю
Почему «нет»?
Не удобно писать маленьким карандашом
Теряю
Выбрасываю, дешевый, не жалко
8. Знаешь ли ты из чего сделан карандаш?
Нет
Да
9. Если знаешь, назови, что используется при его производстве.
Приложение № 2
Приложение № 3
Приложение № 4
Приложение № 5
Приложение № 6
