Каландрирование

Каландрирование — это технологический процесс обработки материалов (преимущественно листовых или плёночных) путём пропускания их через зазор между вращающимися валами (каландрами) для придания заданной толщины, гладкости, плотности, глянца или определённой текстуры поверхности. Широко применяется в резиновой, бумажной, текстильной, полимерной и пищевой промышленности.

История

Прообразы каландров использовались ещё в XVIII веке для отделки тканей и бумаги. Первые промышленные каландры для обработки резины были созданы в середине XIX века, что связано с развитием производства резиновых изделий (шин, обуви, технических пластин). В 1839 году Чарльз Гудьир открыл вулканизацию, что потребовало создания оборудования для равномерного нанесения резиновых смесей на тканевую основу. К концу XIX века каландры стали стандартным оборудованием на бумажных фабриках — для придания бумаге лоска и уменьшения её пористости. В XX веке, с развитием полимерной химии, каландрирование стало основным методом получения плёнок из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена и других термопластов.

Устройство и принцип работы

Основной элемент каландра — два или более вала, расположенных горизонтально, вертикально или под углом. Валы могут быть стальными, чугунными, с хромированной поверхностью или облицованными резиной. Внутри валов часто циркулирует теплоноситель (вода, масло) или хладагент для поддержания заданной температуры.

Принцип действия:

1. Материал (расплав полимера, резиновая смесь, влажная бумага) подаётся в зазор между вращающимися валами.
2. Вращение валов создаёт сдвиговое усилие, которое вытягивает материал в тонкий слой.
3. Величина зазора определяет конечную толщину продукта.
4. Температура валов и скорость вращения регулируются в зависимости от свойств материала.

Типы каландров по расположению валов

• L-образные — валы расположены в форме буквы L, что обеспечивает удобство загрузки.
• Z-образные — валы расположены зигзагообразно, что позволяет обрабатывать материал с двух сторон.
• F-образные — модификация L-образных с дополнительным валом для улучшения качества поверхности.
• Горизонтальные — классическая схема с двумя или тремя валами в одной плоскости.

Классификация

По назначению

• Листовальные каландры — для получения листов и плёнок заданной толщины (резина, пластик).
• Отделочные каландры — для придания поверхности глянца, тиснения или текстуры (бумага, ткань).
• Дублирующие каландры — для соединения двух или более слоёв материалов (например, резины с тканью).
• Прокатные каландры — для уплотнения и выравнивания сыпучих или пастообразных масс (пищевые продукты, порошки).

По количеству валов

• Двухвалковые — простейшие, используются для грубой обработки или калибровки.
• Трёхвалковые — наиболее распространены в резиновой промышленности.
• Четырёхвалковые — применяются для высокоточного каландрирования полимерных плёнок.
• Многовалковые (до 10–12 валов) — в бумажной промышленности для суперкаландрирования.

Применение

Резиновая промышленность

Каландрирование — ключевая операция при производстве:

• резиновых технических пластин (прокладки, транспортёрные ленты);
• прорезиненных тканей (накидки, лодки, тенты);
• заготовок для шин (корд, протекторные ленты).

Полимерная промышленность

Изготовление плёнок и листов из термопластов:

• ПВХ-плёнки (линолеум, искусственная кожа, упаковка);
• полиэтиленовые плёнки (сельскохозяйственные, строительные);
• листовой полистирол, полипропилен, АБС-пластик.

Бумажная промышленность

Каландрирование бумаги (суперкаландрирование) придаёт ей:

• повышенную гладкость и лоск (мелованная бумага, журнальная);
• сниженную пористость (для печати с высокой линиатурой);
• равномерную толщину (для офисной бумаги).

Текстильная промышленность

• Придание ткани блеска (муар, атлас) или матовости.
• Тиснение рисунка на ткани.
• Фиксация пропиток (водоотталкивающих, антистатических).

Пищевая промышленность

• Вальцевание шоколадной массы, сахарной пудры, сухого молока.
• Получение тонких листов из теста (для печенья, крекеров).

Технологические параметры

Основные регулируемые параметры каландрирования:

• Температура валов — от 20 °C (холодное каландрирование) до 200 °C (горячее для термопластов).
• Скорость вращения — от 0,5 до 100 м/мин (зависит от вязкости материала).
• Зазор между валами — от нескольких микрометров (для плёнок) до десятков миллиметров (для толстых листов).
• Давление — достигает 100–300 кН/м (для бумажных каландров).

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая производительность (непрерывный процесс).
• Возможность получения тонких (до 10–20 мкм) и широких (до 3–4 м) листов.
• Хорошее качество поверхности (глянец, равномерность).
• Относительно низкая стоимость оборудования по сравнению с экструзией для некоторых материалов.

Недостатки:

• Ограничения по толщине (свыше 5–10 мм каландрирование затруднено).
• Высокие нагрузки на валы (требуются прочные и точные подшипники).
• Сложность переработки высоковязких или термочувствительных материалов.
• Необходимость последующей термофиксации (для полимеров) или сушки (для бумаги).

Интересные факты

• Первый бумажный каландр был запатентован в Англии в 1820 году.
• В резиновой промышленности каландры часто работают в паре с экструдерами для подачи смеси.
• Для получения сверхтонких плёнок (менее 5 мкм) используются каландры с зазором, регулируемым с точностью до 1 мкм.
• В процессе каландрирования полимеров может происходить ориентация макромолекул, что улучшает механические свойства плёнки в направлении вытяжки.

Источники

1. Технология резиновых изделий / Под ред. А. С. Кузьминского. — М.: Химия, 1985.
2. Переработка пластмасс / Под ред. В. К. Крыжановского. — СПб.: Профессия, 2005.
3. Бумага и её производство / И. А. Крылов, В. И. Комаров. — М.: Лесная промышленность, 1988.
4. Оборудование для переработки пластмасс и резины / В. Н. Красовский, А. М. Воскресенский. — М.: Машиностроение, 1999.
5. Пищевые технологии / Под ред. А. П. Нечаева. — М.: Колос, 2007.