Тайны твердости "НВ" и мягкости "8B". Старинные рецепты с костным клеем и современные технологии — раскладываем грифель на молекулы!
Основной состав грифеля карандаша (правильнее называть его "стержень") – это смесь графита (или сажи) и глины, связанная вместе с помощью связующего вещества. Пропорции этих компонентов и тип связующих определяют твердость или мягкость грифеля. Вот детальный разбор:
1. Основные Компоненты:
- Пигмент (Цветообразующий компонент):
Графит (Черный грифель): Природный или синтетический. Это основная составляющая, обеспечивающая серый цвет и оставляющая след на бумаге. Качество и тонкость помола графита сильно влияют на гладкость письма и насыщенность линии.
Сажа (Черный грифель): Используется как дополнение или частичная замена графита в самых мягких и черных грифелях (например, 8B, 9B) для усиления глубины черного тона.
Цветные пигменты (Цветные грифели): Вместо графита используются тонко помолотые неорганические или органические пигменты (оксиды металлов, фталоцианины и др.) для получения различных цветов.
- Наполнитель/Регулятор твердости:
Глина (Каолин): Ключевой компонент для регулировки твердости. Чем больше глины в смеси, тем тверже грифель. Глина связывает частицы графита и после обжига образует твердый каркас. Используется специальная очищенная белая глина (каолин), не содержащая примесей железа, которые могли бы окрасить грифель.
- Связующее Вещество (Пластификатор и Склеивающий агент):
Это самый важный после пропорции графит/глина компонент, обеспечивающий целостность стержня до и после обжига, а также влияющий на его прочность и пластичность при письме.
Старые/Традиционные Связующие:
Костный клей (Животный клей): Исторически широко применялся. Придавал прочность, но делал грифель более хрупким и чувствительным к влаге. Требовал точного контроля при производстве.
Крахмал (Картофельный, Кукурузный): Также использовался как связующее и загуститель суспензии. Мог придавать некоторую пластичность, но после обжига его связующие свойства ослабевали.
Воск (Пчелиный, Карнаубский): Добавлялся в небольших количествах (особенно в мягкие грифели) для улучшения скольжения по бумаге и водостойкости. Служил скорее добавкой, чем основным связующим.
Современные Связующие:
Полимерные дисперсии (Латексы): Наиболее распространены сегодня (например, на основе стирол-бутадиена - SBR, или акрилатов). Ключевые преимущества:
Высокая эластичность: Делают грифель значительно менее ломким, устойчивым к ударам и падениям.
Водостойкость: Улучшают сопротивляемость влаге.
Стабильность: Обеспечивают однородность смеси и свойств готового грифеля.
Упрощают процесс: Легче дозируются и смешиваются с пигментно-глиняной суспензией.
Целлюлозные эфиры (КМЦ - Карбоксиметилцеллюлоза, Гидроксиэтилцеллюлоза - HEC): Используются как загустители и вторичные связующие, улучшающие реологические свойства смеси (ее текучесть и формуемость) и иногда как связующее в дополнение к полимерам.
Современные воски и жирные кислоты: Тщательно подобранные синтетические воски и стеараты (например, стеарат кальция) добавляются в основном для улучшения скольжения (glide) и водостойкости следа, а также как смазки в процессе экструзии. Не являются основным связующим каркасом. - Вода: Используется для формирования однородной суспензии (шлама) из всех сухих компонентов перед формованием стержня. Удаляется на этапе сушки и обжига.
- Добавки (Необязательные, но часто используемые):
Уголь древесный: Иногда добавляется в художественные грифели для придания более глубокого черного оттенка и матовости.
Смазки: Специальные добавки (кроме восков) для облегчения экструзии.
Пенообразователи: В грифелях для механических карандашей для улучшения их "стираемости" ластиком.
2. Принцип Регулировки Твердости/Мягкости:
- Основной принцип: Соотношение Графит : Глина.
Мягкий грифель (B, 2B, 4B, 6B...): Много графита, мало глины. След жирный, черный, легко стирается, но грифель быстрее стачивается и более хрупкий. Требует больше связующего (полимера) для когезии.
Твердый грифель (H, 2H, 4H...): Мало графита, много глины. След светлый, тонкий, грифель медленнее стачивается, более устойчив к поломке, но может царапать бумагу. Связующего требуется меньше, так как глина сама по себе после обжига создает прочный каркас.
Средний грифель (HB, F): Сбалансированное соотношение графита и глины. Наиболее универсален. - Влияние связующего: Современные полимерные связующие позволяют создавать грифели, которые остаются достаточно прочными даже при высоком содержании графита (в мягких марках), уменьшая их ломкость по сравнению со старыми рецептами на животном клее. В твердых марках они добавляют немного пластичности, уменьшая царапаемость.
3. Старые Рецептуры и Технологии:
- Ранние методы (До Конте): Чистый графит (например, из месторождения в Борроудейле) распиливали на пластинки и вставляли в деревянные пазы. Никакого смешивания или связующих.
- Изобретение Н. Ж. Конте (1795): Революция! Графит измельчали в порошок, смешивали с водой, глиной (каолином) и животным клеем (часто костным). Смесь формовали в стержни, сушили и обжигали в печи при высоких температурах (800-1200°C). Обжиг спекал глину, выжигал органическое связующее, придавая стержню прочность. Пропорции графита и глины определяли твердость. Это основа классической технологии на многие десятилетия.
- Модификации: Использовались и другие природные связующие – крахмальные клейстеры, камеди. Добавлялись воски и мыла для гладкости письма.
4. Современные Рецептуры и Технологии:
- Сырье: Используются высокоочищенные графит и сажа, тонкодисперсные каолины, синтетические полимерные дисперсии (SBR, акрил), современные воски (карнаубский, синтетические), целлюлозные эфиры.
- Приготовление Шлама:
Сухие компоненты (графит/пигмент, глина, возможно порошковые добавки) тщательно смешиваются.
Добавляется вода и жидкие компоненты (полимерная дисперсия, раствор целлюлозного эфира, расплав воска/стеарата). Смесь интенсивно перемешивается до получения однородной пастообразной массы (шлама) заданной вязкости. - Формование Стержня:
Экструзия (Преобладающий метод): Шлам продавливается под высоким давлением через фильеру (формовочное отверстие) нужного диаметра. Полученная непрерывная "нить" режется на отрезки длиной грифеля. Преимущества: Высокая производительность, возможность делать очень тонкие стержни (для механических карандашей), однородность.
Прокатка (Менее распространено): Шлам раскатывается в тонкий лист, который затем нарезается на полоски и скручивается в стержни. - Сушка: Отформованные сырые стержни сушат для удаления большей части воды. Используются конвекционные сушильные камеры или, все чаще, микроволновая (СВЧ) сушка (быстрее, равномернее).
- Обжиг: Высушенные стержни обжигаются в печах (чаще всего туннельных) при температурах 1000-1200°C. При этом:
Остатки влаги удаляются полностью.
Органические связующие (полимеры, целлюлоза) выгорают (пиролизуются).
Глина (каолин) спекается, образуя твердый керамический каркас, который скрепляет частицы графита и придает стержню основную механическую прочность. Важно: Современные полимеры, хоть и выгорают при обжиге, критически важны на этапе формования и сушки, обеспечивая целостность сырого стержня. После обжига их роль выполняет спекшаяся глина. - Пропитка: Ключевой этап для современных грифелей, особенно мягких и цветных.
Обожженные стержни (теперь пористые из-за выгорания связующего) пропитываются в ваннах с расплавленным воском (часто смесью восков) и/или маслами (льняное, специальные минеральные).
Цель: Заполнить поры, значительно улучшить скольжение по бумаге, сделать след более гладким, насыщенным и водостойким. Особенно важно для мягких грифелей, где графита много, а спекшейся глины мало.
- Закалка/Отпуск: Некоторые производители используют дополнительный нагрев (ниже температуры обжига) для снятия внутренних напряжений в стержне после обжига или пропитки, чтобы уменьшить ломкость.
- Покраска/Маркировка: Готовые стержни окрашиваются в цвет, соответствующий их твердости (по международной или внутренней системе производителя).
Итог:
Современный грифель – это продукт точной химии и технологии. Основа – графит и глина, соотношение которых диктует твердость. Современные полимерные связующие обеспечивают прочность и пластичность на этапах до обжига, после которого их функцию берет на себя спекшаяся глина. Пропитка воском/маслом после обжига критически важна для гладкости письма и качества следа. Старые технологии (животный клей, ручное формование) уступили место высокоавтоматизированным процессам с использованием экструзии, СВЧ-сушки и контролируемого обжига, обеспечивающим стабильно высокое качество грифелей разных степеней твердости.
А у вас есть любимая марка твердости? HB, 2B, а может смелый 8B? Делитесь в комментариях и проверьте прямо сейчас – не ломается ли ваш грифель слишком легко? 😉
