Каландрование

Каландрование — это технологический процесс обработки материалов (преимущественно текстильных, бумажных, полимерных и резиновых) путём пропускания их между двумя или несколькими вращающимися валами (каландрами) с целью придания определённых физико-механических свойств, изменения толщины, плотности, гладкости, блеска или текстуры поверхности. Относится к методам каландровой обработки, широко применяется в лёгкой, целлюлозно-бумажной, химической и полиграфической промышленности.

История

Происхождение каландрования связано с развитием текстильного производства. Первые упоминания о механических устройствах для уплотнения и лощения тканей относятся к Древнему Китаю и средневековой Европе, где использовались ручные прессы с каменными или деревянными валами. В XVIII веке, с началом промышленной революции, появились механические каландры, приводимые в движение водяными колёсами или паровыми машинами. В 1790-х годах в Англии были запатентованы первые конструкции каландров для отделки хлопчатобумажных тканей.

В XIX веке технология распространилась на бумажную промышленность, где каландрование стало использоваться для придания бумаге гладкости и глянца. В XX веке, с развитием химии полимеров, каландрование стало основным методом переработки поливинилхлорида (ПВХ), резиновых смесей и других эластомеров в листовые материалы. В СССР каландрование активно применялось на предприятиях резинотехнической промышленности (например, Ярославский шинный завод, Кировский завод «Красный треугольник») и в производстве искусственных кож.

Устройство и принцип действия

Основным элементом каландрования является каландр — машина, состоящая из двух или более валов, расположенных параллельно друг другу. Валы могут быть стальными, чугунными, чугунными с хромированным покрытием, а также с резиновой или полимерной облицовкой. В зависимости от назначения, валы могут быть гладкими, рифлёными, перфорированными или иметь специальный профиль.

Основные типы каландров по расположению валов

• Двухвалковые — простейшая конструкция, используется для предварительного уплотнения или калибровки.
• Трёхвалковые — наиболее распространённый тип, позволяет регулировать зазор между валами и создавать равномерное давление.
• Четырёхвалковые — применяются для получения тонких и высококачественных плёнок, а также для многослойных материалов.
• Многовалковые (до 10–12 валов) — используются в бумажной промышленности для суперкаландрования (высокоглянцевого лощения).

Принцип работы

Материал (ткань, бумага, полимерная лента, резиновая смесь) подаётся в зазор между вращающимися валами. За счёт трения и давления происходит деформация материала: он уплотняется, разглаживается, приобретает заданную толщину и текстуру. Температура валов может регулироваться (нагрев или охлаждение) для изменения свойств обрабатываемого материала. Скорость вращения валов, зазор между ними и давление определяют конечные характеристики продукта.

Классификация видов каландрования

Каландрование классифицируется по нескольким признакам: типу обрабатываемого материала, целям обработки и температурному режиму.

По типу обрабатываемого материала

• Текстильное каландрование — обработка тканей для придания гладкости, блеска, водоотталкивающих свойств или тиснения рисунка. Включает операции: лощение, тиснение, мерсеризация (частично).
• Бумажное каландрование — уплотнение бумаги и картона, повышение гладкости и глянца. Различают машинное каландрование (на бумагоделательной машине) и суперкаландрование (отдельная операция).
• Резиновое каландрование — получение резиновых листов, обкладка корда, нанесение резиновых покрытий на ткани. Используется в шинной промышленности, производстве конвейерных лент, рукавов.
• Полимерное каландрование — производство плёнок и листов из ПВХ, полиэтилена, полипропилена, полистирола. Применяется для изготовления линолеума, искусственной кожи, упаковочных материалов.

По целям обработки

• Гладкое каландрование — придание ровной, гладкой поверхности.
• Тиснение — нанесение рельефного рисунка (например, имитация кожи, дерева) с помощью гравированных валов.
• Лощение — получение высокого блеска за счёт сильного давления и нагрева.
• Каландрирование (в узком смысле) — калибровка толщины и плотности материала.
• Склеивание — соединение нескольких слоёв материалов (например, ткани и плёнки) под давлением.

По температурному режиму

• Холодное каландрование — без нагрева валов, применяется для уплотнения и калибровки.
• Горячее каландрование — с нагревом валов (обычно до 100–200 °C), используется для термопластичных материалов (ПВХ, резины) и для активации клеевых слоёв.

Применение в различных отраслях

Лёгкая промышленность

В текстильном производстве каландрование является финишной отделочной операцией. Оно позволяет улучшить внешний вид ткани, скрыть дефекты переплетения, придать ей устойчивость к сминанию и загрязнениям. В производстве нетканых материалов (например, спанбонд, геотекстиль) каландрование используется для термоскрепления волокон.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Каландрование бумаги и картона — ключевой этап, определяющий их печатные свойства. Гладкая поверхность обеспечивает лучшее восприятие краски, уменьшает впитывание и повышает чёткость изображения. Суперкаландрование применяется для высококачественных мелованных бумаг (например, для глянцевых журналов).

Химическая промышленность

Каландрование полимеров — основной способ производства гибких листовых материалов. Из ПВХ-пасты (пластизоля) методом каландрования изготавливают плёнки для натяжных потолков, обоев, рекламных баннеров, искусственной кожи. Резиновые смеси каландрируют для получения листовых заготовок, которые затем используются в шинной промышленности, производстве уплотнителей, технических пластин.

Полиграфия

В полиграфии каландрование применяется для обработки запечатанных листов — придания им глянца, защиты от истирания (лакирование с каландрованием). Также используется для тиснения фольгой.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность (непрерывный процесс, скорость до 100 м/мин и более).
• Возможность точного контроля толщины и плотности материала (до долей миллиметра).
• Широкий диапазон получаемых текстур и свойств (от матовой до глянцевой поверхности).
• Относительно низкая энергоёмкость по сравнению с другими методами (например, экструзией).

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования (каландры — сложные и металлоёмкие машины).
• Ограничения по толщине обрабатываемого материала (обычно от 0,05 до 5 мм).
• Необходимость предварительной подготовки материала (например, нагрев резиновой смеси).
• Износ валов, требующий регулярной шлифовки или замены.

Интересные факты

• Первые каландры для бумаги были созданы в 1830-х годах в Германии и Франции. Они представляли собой стопки из 5–8 чугунных валов, которые приводились в движение от паровой машины.
• В производстве искусственной кожи (дерматина) каландрование позволяет имитировать не только гладкую поверхность, но и сложные фактуры — например, кожу рептилий или замшу.
• В резиновой промышленности каландрование часто комбинируют с дублированием — нанесением резиновой смеси на тканевую основу (корд) для шин.
• В XXI веке появились цифровые каландры с компьютерным управлением, позволяющие менять рисунок тиснения в реальном времени без остановки процесса.

Источники

1. Технология текстильного производства / Под ред. А. П. Жукова. — М.: Легкая индустрия, 1980.
2. Бумага и картон: технология производства / В. И. Комаров, А. В. Смирнов. — СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2005.
3. Переработка резиновых смесей / В. А. Шаповалов, А. Н. Гаврилов. — М.: Химия, 1998.
4. Полимерные плёнки и листы: производство и применение / Под ред. Ю. А. Михайлова. — М.: Научные основы и технологии, 2012.
5. Каландры и каландрование // Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1973.