Каландрирование — это технологический процесс непрерывной обработки рулонных или листовых материалов (бумаги, ткани, полимерных плёнок, резиновых смесей, металлической фольги) путём их пропускания через систему вращающихся валков (каландр), в результате чего материалу придаются требуемые свойства: гладкость, глянец, равномерная толщина, уплотнение или нанесение покрытия.
Сущность процесса и назначение
Каландрирование относится к механическим методам отделки и формования. Ключевой принцип заключается в однократном или многократном прохождении материала через регулируемый зазор между двумя или несколькими обогреваемыми (либо охлаждаемыми) валками. Под действием высокой температуры и давления материал деформируется, его поверхность сглаживается, а внутренняя структура уплотняется. Цели варьируются в зависимости от отрасли:
- в бумажном производстве — повышение гладкости, лоска и плотности бумаги;
- в текстильной промышленности — придание ткани блеска, мягкости или, напротив, жёсткости, создание эффекта «тиснения»;
- в переработке полимеров — получение плёнок и листов точной толщины, дублирование, нанесение рельефа;
- в резинотехнической отрасли — формование резиновых смесей в листы, нанесение резины на тканевую основу (обкладка корда).
Устройство каландра
Основу каландра составляют массивные валки, изготовленные из высококачественной стали или специального чугуна. Их поверхность тщательно шлифуется, а для получения зеркального глянца может полироваться до оптической чистоты. Валки обогреваются паром, горячей водой, маслом или электрическими нагревателями; в ряде процессов требуется охлаждение водой. Один из валков обычно неподвижен, остальные могут перемещаться в вертикальной или горизонтальной плоскости для точной установки межвалкового зазора. Усилие прижима создаётся гидравлическими, пневматическими или механическими системами.
Важнейшим конструктивным элементом является система компенсации прогиба валков, без которой толщина материала по ширине рулона была бы неравномерной. Бомбировка (придание бочкообразной формы), перекрещивание осей и устройства противоизгиба обеспечивают равномерный зазор по всей длине валка, достигающей нескольких метров.
Классификация каландров
Каландры различают по количеству и расположению валков, а также по функциональному назначению. Конфигурация подбирается под тип материала и желаемый эффект.
| Тип каландра | Конфигурация валков | Особенности | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Двухвалковый | Вертикальная или горизонтальная пара | Простейшая конструкция, минимальные габариты | Лабораторные работы, тонкое выравнивание пленок |
| Трехвалковый | Г-образное, наклонное или вертикальное (классическое) | Один зазор используется для пропитки, другой — для калибровки | Производство резинотканевых лент, обкладка корда |
| Четырехвалковый | F-образное, Z-образное, L-образное | Позволяет подавать материал с разных сторон, удобен для многокомпонентного дублирования | Изготовление многослойных пленок, линолеума, искусственной кожи |
| Пятивалковый и более | S-образная последовательность | Максимальное число зон обработки; часто валки имеют индивидуальный привод | Особо ответственная отделка бумаги (суперкаландр), получение сверхтонких полимерных мембран |
| Суперкаландр | Вертикальный ряд из 8–12 валков (стальные и бумажные/эластичные чередуются) | Чередование жёстких и упругих валков обеспечивает глубокую прогладку с эффектом лощения | Высокоглянцевая мелованная бумага, пергамин |
| Тиснильный (гофрировочный) каландр | Два валка: стальной гравированный и эластичный прижимной | На поверхности металлического валка выгравирован рисунок, переносимый на материал | Тиснение обоев, декоративных плёнок, кожзаменителей |
Технологические параметры процесса
Качество и свойства конечного продукта определяются строгим соблюдением режимов. Основными управляемыми параметрами выступают:
- Температура валков. Обычно находится в диапазоне от 60 до 250 °C в зависимости от термопластичности материала. Для бумаги достаточно 100–160 °C, для полиолефинов — 180–250 °C.
- Удельное давление в зазоре. Измеряется в линейных единицах (кгс/см) и достигает 100–600 кгс/см, а в суперкаландрах может превышать 800 кгс/см.
- Скорость проводки. Современные линии работают на скоростях от 50 до 1500 м/мин. Скорость влияет на время контакта и степень деформации.
- Межвалковый зазор. Задаётся с микронной точностью; для полимерных плёнок он может составлять 0,1–0,5 мм, для бумажного полотна — сотые доли миллиметра на финишных переходах.
- Натяжение полотна. Контролируется на входе и выходе для предотвращения складок и обеспечения равномерности обработки.
Этапы каландрирования (на примере бумажного производства)
Несмотря на отраслевые различия, общая последовательность операций сохраняется:
- Подготовка материала: бумага-основа снимается с тамбура, пропускается через систему натяжных и направляющих валиков.
- Входной контроль: автоматические датчики измеряют влажность, профиль толщины, натяжение.
- Обработка в каландре: полотно проходит последовательно через все зазоры. В зонах контакта с горячими валками волокна бумаги размягчаются, пластифицируются и прижимаются к поверхности валка, копируя его микрогеометрию.
- Охлаждение: после последнего зазора полотно контактирует с охлаждаемыми цилиндрами для фиксации достигнутой гладкости и предотвращения деформации при намотке.
- Контроль качества в потоке: лазерные датчики глянца, системы машинного зрения проверяют отсутствие дефектов.
- Намотка на накат: готовое полотно сматывается в рулон заданного диаметра.
Применение в различных отраслях
Каландрирование является критически важным звеном в цепочке производства высококачественной бумаги, упаковочных материалов, технических тканей и полимерных изделий. В целлюлозно-бумажной промышленности различают машинное каландрирование (в составе бумагоделательной машины) и отделочное на суперкаландрах. В текстильной отрасли процесс используют для серебрения, муарирования, аппретирования и термофиксации синтетических тканей. В производстве резиновых технических изделий каландры формуют сырую резину в листы, наносят резиновый слой на кордную ткань и выполняют дублирование. Полимерная индустрия применяет каландровые линии для выпуска ПВХ-плёнок, полиэтиленовых листов, термопластичных эластомеров. Даже в металлургии тонкий прокат фольги иногда называют «каландрированием» по аналогии с обработкой давлением в валках.
Исторический экскурс
Прообразы каландров появились в Китае и на Ближнем Востоке ещё в Средневековье для лощения шёлка и бумаги. Первый европейский патент на каландр для отделки тканей был выдан в XVII веке. В XIX веке, с развитием бумагоделательных машин, каландры стали неотъемлемой частью фабрик. Изобретение суперкаландра с чередующимися стальными и бумажными валками совершило переворот в полиграфии, позволив получать бумагу машинной гладкости, пригодную для высокой печати. Современные каландры представляют собой автоматизированные комплексы с компьютерным управлением, системами самодиагностики и предиктивной аналитики на основе промышленного интернета вещей.
Преимущества и ограничения метода
К неоспоримым достоинствам каландрирования относятся:
- непрерывность и высокая производительность процесса;
- возможность точного регулирования физико-механических и эстетических характеристик материала;
- широкая универсальность — от тончайших мембран до толстых технических листов;
- относительно низкая энергоёмкость на единицу продукции по сравнению с экструзионными методами при работе с термопластами.
Недостатки связаны с высокой капиталоёмкостью оборудования (прецизионные валки, мощные станины, сложная гидравлика), потребностью в квалифицированном обслуживании и ограничениями по толщине конечного продукта, свойственными чисто механическому формованию. Кроме того, для ряда полимеров трудно достичь столь же высокой прозрачности, как при поливе из расплава.
Перспективы развития
Тенденции направлены на внедрение сервоприводов, заменяющих механические передачи, что повышает точность синхронизации валков; использование керамических и композитных покрытий, увеличивающих износостойкость; интеграцию систем непрерывного неразрушающего контроля. Разрабатываются «интеллектуальные» каландры, способные в реальном времени компенсировать температурные расширения и износ, а также технологии холодного каландрирования для чувствительных к нагреву наноматериалов. Сочетание каландрирования с аддитивными методами открывает путь к созданию материалов с программируемой микроструктурой поверхности.
(Пока оценок нет)
Загрузка...
