Суперкаландр: устройство и применение в бумажной промышленности¶

Суперкаландр — это высокопроизводительный отделочный агрегат непрерывного действия, применяемый в целлюлозно-бумажной промышленности для придания бумаге и картону высокой гладкости, лоска, плотности и равномерной толщины путём многократного пропускания полотна через чередующиеся валы с высокой температурой и давлением.

Суперкаландр является разновидностью каландра, но отличается от обычного машинного каландра увеличенным числом валов (обычно от 8 до 16) и использованием чередующихся упругих и твёрдых валов, что обеспечивает более интенсивное и равномерное сглаживание поверхности. Основная задача суперкаландра — не столько уплотнение бумаги, сколько её глянцевание и выравнивание микронеровностей, что критически важно для печатных видов бумаги (например, мелованной, офсетной, журнальной) и некоторых видов упаковки.

¶Устройство и принцип действия

Конструктивно суперкаландр состоит из следующих основных узлов:

• Станина — массивная литая или сварная рама, воспринимающая значительные нагрузки.
• Валы — чередующиеся валки двух типов: твёрдые (стальные, чугунные, иногда хромированные) и мягкие (упругие, с полимерным или хлопчатобумажным покрытием).
• Механизм давления — гидравлическая система, создающая линейное давление в зоне контакта валов.
• Привод — электродвигатель с редуктором, обеспечивающий вращение валов с регулируемой скоростью.
• Система терморегуляции — подача пара или горячей воды внутрь твёрдых валов для нагрева поверхности.
• Разматывающее и наматывающее устройства — для подачи полотна и смотки готовой продукции.

Принцип действия основан на пропускании бумажного полотна через зазоры (ниппели) между валами. Бумага проходит последовательно через все пары валов, при этом мягкий (упругий) вал деформируется под давлением, увеличивая площадь контакта с бумагой. Это создаёт эффект «полировки»: под действием тепла и давления волокна целлюлозы размягчаются, а поверхностный слой (например, мелованное покрытие) уплотняется и приобретает зеркальный блеск.

¶Типы валов

Ключевое различие между суперкаландром и другими каландрами — сочетание валов:

• Твёрдые валы — стальные, обычно с закалённой и отшлифованной поверхностью. Они могут быть полыми для пропускания теплоносителя.
• Мягкие (эластичные) валы — имеют покрытие из специальной бумажной массы (прессшпана), хлопчатобумажной ткани или современных полимерных композиций (полиуретан, нейлон). Покрытие насаживается на металлическую сердцевину и шлифуется. Именно мягкий вал, деформируясь, обволакивает неровности бумаги, обеспечивая равномерное давление по всей площади.

¶Классификация суперкаландров

В зависимости от назначения и конструкции выделяют несколько типов:

1. Бумажные суперкаландры — предназначены для обработки бумаги с односторонним или двусторонним мелованием, а также неклееных бумаг. Работают при температурах до 150–180 °C и линейных давлениях до 350 кН/м.
2. Картонные суперкаландры — отличаются большей шириной (до 8 метров) и способностью обрабатывать более толстые и жёсткие материалы (картон для складных коробок, этикеточный картон). Часто имеют меньшее число валов (6–10) из-за высокой жёсткости полотна.
3. Суперкаландры для специальных видов бумаги — например, для пергамента, парафинированной или влагопрочной бумаги, где требуется специфический режим обработки (например, без нагрева).

Отдельно выделяют мягкие каландры (soft-nip calenders), которые являются упрощённой версией суперкаландра с меньшим числом валов (обычно 2–4) и используются для промежуточной отделки на самой бумагоделательной машине.

¶Применение в промышленности

Основная область применения — финишная отделка бумаги на отдельной стадии производства (выносной суперкаландр) или встроенная в технологическую линию (инлайн-суперкаландр). Основные виды продукции:

• Мелованные бумаги (для глянцевых журналов, каталогов, рекламной полиграфии) — суперкаландр придаёт им высокий глянец и гладкость, необходимые для качественной цветной печати.
• Офсетные и офисные бумаги — повышение гладкости улучшает впитываемость чернил и снижает пыление при печати.
• Упаковочные материалы — бумага и картон для сигаретной, пищевой и парфюмерной упаковки, где требуется высокая лощёность и барьерные свойства.
• Специальные бумаги — например, основа для фотобумаги, термобумага, пергамент.

¶Технологические режимы

Качество обработки зависит от трёх параметров:

• Линейное давление (удельная нагрузка на 1 см ширины) — увеличивает уплотнение и глянец.
• Температура валов — размягчает волокна и покрытие, ускоряет процесс.
• Скорость протяжки — обычно составляет 300–1000 м/мин в зависимости от типа бумаги.

Превышение допустимых температур или давления может привести к «замаливанию» (прилипанию бумаги к валу), образованию тёмных полос или снижению прочности бумаги. Поэтому современные суперкаландры оснащаются автоматическими системами контроля профиля толщины и температуры, а также устройствами для быстрой смены мягких валов.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам суперкаландров относят:

• Высокое качество поверхности (гладкость до 2000–3000 сек по Бекку).
• Равномерность толщины и плотности по ширине полотна.
• Возможность регулировки блеска от матового до высокоглянцевого.

Недостатки:

• Высокая энергоёмкость (нагрев и привод).
• Значительный износ мягких валов, требующий периодической перешлифовки (обычно раз в 1–3 месяца).
• Ограничение по влажности: бумага должна иметь влажность 5–8 %, иначе происходит её пересушивание и ломкость.

¶Историческая справка

Первые каландры с чередующимися валами появились в конце XIX века. Современный суперкаландр с большим числом валов и системой парового обогрева был разработан в начале XX века в Германии и США для производства глянцевой журнальной бумаги. Массовое внедрение суперкаландров в бумажную промышленность произошло в 1920–1930-е годы с ростом тиражей иллюстрированных изданий. В СССР суперкаландры выпускались на заводе «Петрозаводскбуммаш» и устанавливались на крупнейших целлюлозно-бумажных комбинатах (например, Кондопожском, Соликамском).