Графитовые стержни для письма были известны уже в эпоху расцвета древнегреческой культуры, но впоследствии они были забыты. Лишь в XVI веке возродилось старинное ремесло. В трактате Конрада Гесслера о минералах, вышедшем в 1565 г., есть описание графитовых стержней. Между классической древностью и поздним средневековьем люди, если они не желали иметь дело с чернилами, писали стержнями из свинца и олова. Нам такое занятие не пришлось бы по вкусу. Впрочем, и нашим предкам оно, видимо, не доставляло удовольствия.
Именно так он выглядел карандаш XVI века. В то время в английском графстве Камберленд открыли необычное месторождение графита. Необычность его заключалась в том, что куски графита были на редкость большими. А чем они больше, тем правильнее кристаллы, тем чище материал. Стержни, которые делали из камберлэндского графита, писали очень хорошо. Делали их так: графит распиливали на тонкие пластинки, шлифовали и разрезали на палочки, которые вставляли в дерево или тростник.
Месторождение между тем истощалось. Стержни стоили все дороже. Наконец, крупные самородки графита стали такой же редкостью, как алмазы в несколько каратов. И вновь люди стали писать палочками из мягких металлов.
Но графиту суждено было покорить пишущий и рисующий мир. Правда, не в чистом виде, а в смеси с глиной. В 1790 г. француз Жак Конте предложил делать карандашные стержни по керамической технологии. Он смешивал порошок графита с пластичной массой из глины и воды, уплотнял массу на прессе и продавливал ее через сапфирное сопло. Получалась темная круглая нить, которую резали на стержни и обжигали, подобно гончарным изделиям, чтобы она стала прочной.
Эта технология многократно усовершенствовалась, но до недавнего времени принципиально не менялась. Прежде всего потому, что она удобна. Затем - благодаря доступности сырья: не нужны крупные куски графита. Наконец, она дает возможность получать отменные карандаши. Те самые, что в разговорной речи называют простыми, а в изданиях для специалистов - чернографитными
Графит-полимер. Так же, как и алмаз: оба они кристаллические полимеры. Ископаемые угли, древесный уголь, сажу считают аморфными полимерами углерода. На самом деле и они построены из очень мелких, деформированных кристаллов.
Графит и ископаемые угли - это как бы углеродные скелеты древних растительных организмов. Синтетический графит и сажа - углеродные скелеты нефтяных углеводородов. И природа, и человек создают графит по единому методу — строя полимерную цепочку из одних только атомов углерода. Впрочем, так можно получить и алмаз. Но для этого придется построить трехмерный полимер, структуру которого надо изображать пространственной моделью. Чтобы изобразить структуру графита, достаточно бумажного листа, потому что она двумерна. Атомы углерода в графите образуют гигантские плоские сетки из шестичленных циклов - бензольных ядер.
Атомы углерода в плоской сетке графита связаны между собой прочными химическими связями. Но отдельные слои сетки удерживаются одна подле другой уже не химическими, а гораздо более слабыми молекулярными силами. Поэтому строение графита чешуйчатое, поэтому он мягок и скользок на ощупь.
Цвет графита - серо свинцовый. Чтобы сообщить карандашной массе черноту, в рецептуру вводят немного сажи или древесного угля. Молекулы пигментов содержат, кроме углерода, небольшое количество кислорода и водорода. Только из них сделать карандаш нельзя, потому что строение у черных пигментов не чешуйчатое, они не скользят по бумаге.
Собственно, рассказывая о чешуйчатом строении графита, мы уже ответили на этот вопрос, но лишь отчасти ясно, отчего слои графита легко отделяются один от другого, но почему они остаются на бумаге? Потому, что в целлюлозе, из которой состоит бумага, есть гидроксильные группы, и когда карандаш скользит по бумаге, между этими группами и отслоившимися молекулами графита возникают водородные связи, более прочные, чем связи между отдельными молекулами-слоями графита.
Правда, чернографитный стержень состоит не из одного графита. В нем, как уже говорилось, есть связующее - глина. Но это существа дела не меняет. У глины, как у графита, слоистая структура, и на бумаге остается след обоих веществ.
Чтобы закончить разговор о молекулярных связях - один абзац о том, почему карандашная линия стирается резинкой. При механическом воздействии - трении - нарушаются силы, соединяющие отдельные частицы графита. В то же время возникают временные и непрочные молекулярные связи графита с поверхностью резинки. В результате резинка попросту вытаскивает графит из бумаги, в идеально а случае не нарушая вовсе бумажной поверхности.
Все наверное, знают эти обозначения 6Т - самый твердый карандаш, 6М - самый мягкий. А между ними есть еще 5Т, 4Т, ЗТ, 2Т, СТ, ТМ, М, 2М, ЗМ, 4М и 5М.
Ответ на первый вопрос: нет, невелика. Все карандашные стержни не выходят за пределы двух ступенек шкалы твердости Мооса (№ 1- тальк, № 2 - гипс). Определяют же твердость стержней, царапая ими эталонные плитки из сплава свинца с оловом или измеряя износ на специальном приборе.
А вот чтобы ответить на второй вопрос - отчего карандаши получаются разной твердости,- надо коротко рассказать, как делают стержни.
Самая ответственная операция в производстве стержней - помол графита. Чем мельче будут частицы, тем более гладкими получатся стержни, тем лучше они будут писать.
Механические способы помола требуют длительного времени, и все равно достаточно мелких частиц не получается. Поэтому применяют механохимические методы, в вибрационную или струйную мельницу вводят поверхностно- активное вещество, которое смачивает измельченные частицы и не дает им вновь слипаться. В результате размеры частиц графита получаются ничтожными - около одного микрона.
Для наглядности хотелось бы сравнить их с чем-нибудь известным, но даже самая тонкая пудра грубее, чем карандашный графит. А вот глину измельчать не надо, она и так достаточно мелка: у ее частиц субмикроскопические размеры. Графит смешивают с глиной. От того, в каком соотношении смешивают, и зависит твердость будущего стержня. Самый твердый получится из чистой глины, самый мягкий - из чистого графита Конечно, обе эти крайности абсурдны. Просто в 6Т очень мало графита, в 6М его очень много.
Смесь графита с глиной продавливают через сопло и непрерывную черную змейку автоматически режут на отдельные стержни. А потом отправляют в печь. Глины для карандашей состоят из каолинита. При высоких температурах из него выделяется вода и образуется плотный полимер. Поэтому стержень становится прочным, водостойким и более упругим, твердость его возрастает на одну - полторы градации.
Но из-за испарения воды стержень после обжига буквально насыщен мельчайшими сообщающимися между собой порами, проведенная им линия прерывиста и неравномерна. Приходится пропитывать обожженный стержень восками - годным, японским, карнаубским - или воскоподобными веществами вроде стеарина. Кстати, такие вещества заодно улучшают сцепление написанного с бумагой и уменьшают трение при письме.
Стержень нельзя облачать в любую древесную одежду - ни ель, ни береза для этого не подходят. К древесине для карандашной оболочки предъявляют очень жесткие требования. Мягкость, легкость и прочность - вещи очевидные. Помимо этого волокна должны быть прямыми и плотными. Древесина должна хорошо обрабатываться на станках, не крошиться, строгаться ножом или бритвой, полироваться. Теперь, видимо, будет ясно, почему лишь немногие древесные породы годятся для карандашей.
Лучшие из лучших - южный красный кедр, растущий в Калифорнии, и кипарис. Не будем даже задерживать внимание на этой экзотике; в нашей стране используют древесину сибирского кедра, реже - липы, тополя, ольхи. Казалось бы, запасы такой древесины огромны. Но если бы деревья рубили только ради карандашей. К тому же в карандашном производстве древесина расходуется очень неэкономично: до 90% идет в отходы.
Древесину обязательно по радиусу распиливают на дощечки и облагораживают — у натурального кедра выравнивают его темно коричневый цвет, а остальные, менее благородные сорта пропитывают красителем под цвет кедра. А еще древесину пропитывают воскоподобными веществами, чтобы она лучше резалась и в заточенном виде была гладкой.
Наконец, заключительные операции, отделочные. Первая из них - окраска.
Не только дети, но и взрослые обгладывают карандаши. Поэтому краска должна быть абсолютно нетоксичной. Обычно используют нитролаки, по сути своей - растворы целлулоида. Из него делали и делают детские игрушки, так что в безвредности можно не сомневаться… Может быть, одной из причин, по которой даже взрослые держат иногда карандаш во рту, служит освежающий запах камфары, содержащейся в целлулоиде.
Последнее дело - поставить маркировку. На карандаш накладывают бронзовую фольгу (бумага, слой воска, слой клея, бронзовый порошок) и ударяют нагретым штампом с выгравированной надписью. Воск плавится, покрытие отделяется от бумаги и приклеивается к карандашу.
Честно говоря, процесс изготовления карандашей выглядит несколько громоздким. И больше всего возни с глиной: сначала ее надо отмучивать, потом из-за нее вести обжиг… Между тем можно найти и не глиняный каркас для графита. Уже выдано немало патентов на синтетические связующие для карандашной массы.
Между прочим, первые стержни с феноло-альдегидными полимерами были изготовлены на московской фабрике им. Красина в годы войны. Сейчас можно уверенно говорить о том, что глина в карандаше - анахронизм и что сейчас чаще ее заменяют полимеры, не требующие обжига. Так же как и оболочку карандашей часто заменяют на полимерные и что очень важно, оболочку из них можно делать одновременно со стержнем, на одной машине, но с двумя головками: первая выдавливает графитовый стержень, другая облачает его в полимер.
Удалов Дмитрий
Научно- исследовательская работа. История создания карандаша. Графит. Какой карандаш лучше?
IV городские научные чтения
им. И.В.Курчатова
Тема: Из чего сделан карандаш?
Удалов Дмитрий
Ученик 4 «Б» класса
МОУ «СОШ № 21»
Научный руководитель:
Барадачева И.Г.
учитель высшей категории
МОУ «СОШ № 21»
Озерск
2010 г.
Введение …………………………………………………………………3
1. Теоретическая часть
1.1. История появления карандаша…………………………………..……5
1.2. Тайгинское месторождение графита на Урале…………..….… .…6 1.3. Технология изготовления карандаша……………………..…….….7
2. Практическая часть …………………………………………………..8
Заключение ………………………………………………………….… ..10
Литература ……………………………………………………………….11
Приложения …………………………………………………………… 12
Введение.
Не похож на человечка,
Но имеет он сердечко,
И работе круглый год
Он сердечко отдает.
Пишет он, когда диктуют,
Он и чертит, и рисует.
А сегодня вечерком
Он раскрасит мне альбом. (Карандаш)
Казалось бы, чего только не придумано для письма или рисунка! Гусиные и металлические перья, чернила и тушь , шариковая ручка, фломастер. Но все равно и в рюкзачке первоклассницы, у художника и чертежника, бухгалтера и плотника, и на столе председателя правления банка всегда найдется несколько простых карандашей. Поистине универсальная вещь - пишет всегда и везде: и в перевернутом виде, и на морозе, и под водой, и в космосе. Карандаш в рекламе не нуждается. Справедливо. Карандаш, как хлеб. Его не замечают, когда он есть. А когда его нет... В первые дни Отечественной войны карандашная фабрика г.Москвы начала выпускать военную, более необходимую, казалось бы, продукцию - боеприпасы. И в городе исчезли карандаши. Последовало указание правительства ни на один день не останавливать карандашное производство. Не уменьшилась потребность в карандашах и в наше время. Статистика утверждает, что человеку в год нужно не менее 10 штук.
Интересно, что:
одним обыкновенным деревянным карандашом можно провести линию длиной в 56 км или написать более 40 тыс. слов;
самый большой в мире карандаш длиной 12 метров, весом - 24 центнера;
самый маленький карандаш в мире чуть меньше двух сантиметров;
более 14 миллиардов карандашей производятся в мире каждый год - из этого количества можно обогнуть нашу планету 62 раза.
из одного большого дерева можно сделать приблизительно 300 000 карандашей .
Нам было интересно узнать, какие карандаши предпочитают ученики нашей школы, как их используют, знают ли, из чего сделаны карандаши. С этой целью было проведено анкетирование среди учащихся 4, 8 и 11 классов МОУ «СОШ № 21». (см. Приложение № 1) Ученики отвечали на ряд вопросов, касающихся использования ими простых карандашей. Результаты оформлены в виде диаграмм (см. Приложение № 2). Нас удивило, что не все учащиеся знают, из чего сделан карандаш. Правильно смогли ответить на этот вопрос в 4 классе - 3 человека (10%), в 8 классе - 11 человек (50%), в 11 классе - 18 человек (90%). Исходя из недостаточной осведомленности учащихся в этом вопросе, мы решили выполнить данную работу.
Цель работы: узнать, из чего сделан карандаш.
Задачи:
изучить специальную литературу (выяснить историю появления карандаша, технологию его изготовления; узнать о месторождениях графита Челябинской области, способе добычи и переработки графита, его основные свойства);
провести практическую работу (наблюдение за добычей графита, анкетирование учащихся, конкурс на лучший карандаш);
сравнить полученные результаты;
выявить наиболее популярный карандаш среди учащихся.
Объект исследования: простой карандаш.
Практическая значимость данный материал можно использовать на уроке окружающего мира по теме «Полезные ископаемые Урала», ИЗО по теме «История создания карандаша», классном часе «О бережном использовании леса» и др.
Методы исследования:
1) описательный;
2) экспериментальный;
3) количественный;
4) сопоставительный.
Карандаш - такой обыденный предмет. Первый пишущий инструмент, который нам доверили взрослые. Он прост и уж совсем не загадочен. В самом деле?
А сколько, например, ему лет? И не занимал ли вас когда-нибудь вопрос: а как же в него запихивают грифель? И что было, когда карандаша не было? С этого, пожалуй, и начнем.
1.1 История создания карандаша.
Кто же и когда подарил миру этот удивительный предмет?
История карандаша начинается с XIV века. Сам принцип - твердое вещество, оставляющее темный след на картоне, пергаменте или бумаге, - был известен очень давно. В качестве пишущего материала использовали металлы: серебро - для людей побогаче, свинец - для тех, кто не мог похвастаться достатком. Именно такими пишущими приборами делали свои наброски такие мастера графики, как Дюрер, Ван Дейк и Боттичелли.
Прототипы современных графитных карандашей появились в XVI веке. Тогда впервые для письма применили графит.
Графитовое месторождение впервые открыли в Англии, причём совершенно случайно: пастухи из местности Камберленд открыли в земле темную массу, которую использовали для того, чтобы метить овец. След от этих стержней был четче и ярче, чем от свинцовых прутков аналогичного назначения, широко использовавшихся для письма и рисования в те годы. Графит - черный блестящий мягкий минерал, состоящий из углерода. На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черного цвета. Это минерал, будто самой природой предназначенный для письма. И название его происходит от греческого «графо» - пишу. На этот материал скоро обратили внимание художники и коммерсанты, быстро наладившие на английских улицах торговлю тонкими пластинками и кусочками графита, начали изготавливать из него тонкие заостренные на конце палочки и использовать их для рисования. Графит стали применять повсеместно и настолько массово, что месторождения стали стремительно иссякать. По приказу королевского двора графит можно было добывать лишь несколько недель в году, чтобы не истощать его запасы. А в конце XVIII века английский парламент ввёл строжайший запрет на вывоз драгоценного графита. За нарушение этого запрета наказание было очень суровым, вплоть до смертной казни .
Конечно, пользоваться графитом было очень неудобно - руки пачкались! Приходилось обматывать графит веревкой, бумагой, а то и просто зажимать между дощечек.
Идея заковать в футляр легко оставляющий след на бумаге, не пачкающий руки, графит, принадлежит французскому изобретателю и бизнесмену Николя Жак Конте (1775 год). Конте изобрел технологию изготовления графитового стрежня из смеси порошкообразного графита, сажи, глины и воды. После перемешивания смесь заливали в деревянную форму и воду выпаривали. Производились карандаши вручную. Поэтому стоимость графитовых карандашей была немалой. Такие карандаши могла позволить себе лишь придворная знать.
Первые карандаши были круглого сечения. Сегодня трудно себе представить, но изобретатели потратили не одно десятилетие, чтобы решить проблему скатывания карандаша со стола. Лишь в конце XIX века граф Лотар фон Фаберкастл догадался сделать корпус карандаша шестигранным - для более устойчивого положения на наклонных поверхностях для письма. Он же является автором стандартной длины и диаметра карандаша.
В историю карандаша вписал свою страницу и великий русский ученый Михаил Ломоносов. Ведь в России есть и графит, и дерево - и вот в одной из деревень Архангельской губернии появилась мануфактура, производящая карандаши из графита в деревянной оболочке.
1.2 Тайгинское месторождение графита на Урале.
В России открыто немало месторождений графита. На Урале месторождения графита расположены на окраине г. Златоуста и в 12-14 км к югу от г.Кыштыма - Тайгинское месторождение. (см. Приложение № 3)
В 1939 году в Кыштым прибыла геолого-разведочная партия Уральского геологического управления во главе с геологом З.И.Кравцовой, которая обследовала район г. Кыштыма и в 1940 году установила запасы руды кристаллического графита у озера Тайги в 15 км от г. Кыштыма (см. Приложение № 4). Начавшаяся Великая Отечественная война поставила задачу быстрейшего освоения залежей кристаллического графита. Кристаллический графит— это аккумуляторы на боевых самолетах, кораблях, танках. Это — броневая сталь, сверхпрочные огнеупорные сплавы, это - сырье для развития средств связи: приемников, передатчиков, телефонов. Совет народных комиссаров обязал наркомат промышленности стройматериалов СССР немедленно приступить к строительству Тайгинского графитового комбината. В сентябре 1941 года на берегу озера Тайги в условиях дождливой, холодной осени и суровой зимы развернулась стройка. Строители, жившие в палатках, полуземлянках, временных бараках, расчищали промплощадку, вели линию электропередач, строили корпус обогатительной фабрики, котельную, столовую, подсобные цеха, прокладывали железнодорожную ветку, завозили и монтировали оборудование. Одновременно со строительством комбината отрабатывалась технология получения графита. В мае 1942 года начали добывать руду, а 27 июня 1942 года на озеро Темное приземлился самолет, экипаж которого принял на борт первую партию графита, подарок кыштымских графитчиков армии и флоту. В годы Великой Отечественной войны комбинат был единственным предприятием, давшим стране тысячи тонн ценной продукции.
Более 60 лет предприятие Уралграфит (см. Приложение № 5) производил природный графит для предприятий различных отраслей промышленности:
Для металлургии - производство тиглей, противопригарных красок;
Для машиностроения - электроды, смазочные материалы теплоизоляционный материал, аккумуляторные батареи;
Для производства ядерной техники;
Для производства карандашей.
Потребность в графите обусловлена его особыми физическими свойствами: огнеупорностью, кислотостойкостью, высокой электропроводностью, мягкостью и пластичностью.
Технология добычи и переработки графита следующая: графит добывается открытым способом в карьерах. Грузится экскаваторами и доставляется на фабрику автосамосвалами Белаз. (см. Приложение № 6). Графит поступает на мельницу, где он пройдет три стадии дробления. Далее происходит отмывка графита от примесей, при которой графит всплывает на поверхность, а примеси опускаются на дно. Собранный с поверхности графит сушится, размалывается, классифицируется и упаковывается в бумажные мешки.
Из Тайгинского графита выпущено большое количество карандашей.
В настоящее время в связи с экономическим кризисом и большой конкуренцией с зарубежными фирмами, Уралграфит сворачивает свое производство.(см. Приложение № 7)
1.3 Технология изготовления карандашей.
Хоть карандаш и называется простым, но это довольно-таки технологичный продукт. Для изготовления одного карандаша проводится свыше 80 производственных операций.
Стержень - основная рабочая часть карандаша. При производстве карандашей сухой порошок графита смешивают с глиной и водой. Чем больше глины, тем тверже карандаш, больше графита — мягче грифель. В зависимости от количества глины карандашные стержни имеют различную степень твёрдости - Т (твердый), М (мягкий), ТМ (твердо-мягкий). После образования из смеси тестообразной пасты ее пропускают через формовочный пресс, получая тонкие липкие веревочки. Их распрямляют, разрезают по размеру, сушат и направляют в печь для обжига. Готовые стержни отправляются на карандашную фабрику.
При производстве простых карандашей важно подобрать подходящую древесину. Самый дешевый материл - ольха, затем идут липа, тропическая или европейская сосна, диера тонкоребристая, произрастающая только в тропических лесах.. Самые хорошие карандаши производят из калифорнийского кедра, у нас используется древесина сибирского кедра.
Процесс изготовления карандашей начинается с производства карандашной дощечки (см. Приложение № 8). Для улучшения свойств древесины, карандашные дощечки подвергаются термальной обработке с последующим пропитыванием парафином. При изготовлении карандашей на карандашных дощечках фрезеруют канавки полукруглого сечения для стержней. Обработанные дощечки укладываются в стопу.
Сборку карандашей производят на клеильном оборудовании. В канавку дощечек укладывают стержни, закрывают их другими дощечками, с нанесенным на них слоем клея. Полученные блоки зажимают и выдерживают определенное время в тепловой камере. Затем торцы блоков шлифуются на станке, убирая выступающие концы стержней и неровности склеенных пар дощечек. После шлифования блоки имеют прямоугольную форму и ровные торцы. Заключительная часть процесса производства карандашей - фрезеровка карандашей заданной формы (круглые, граненые) специальным режущим инструментом. Итак, карандаш готов.
На корпус карандаша должно быть нанесено не менее семи слоев краски, в противном случае на его поверхности образуются «заусенцы». Чем карандаш дороже, тем большим количеством слоев краски он покрыт. Идеальным покрытием считается покрытие, состоящее из 18 слоев.
В настоящий момент к производству карандашей предъявляются значительные требования с точки зрения их экологической безопасности. Рекомендуется применять лаки на водной основе.
Сегодня производится более 300 видов карандашей для различных видов деятельности. Существуют карандаши для нанесения надписей на стекле, ткани, целлофане, пластмассе и кинопленке. Существуют карандаши, используемые в строительстве и оставляющие след на поверхности, находящейся на открытом воздухе в течение нескольких лет.
В настоящее время в мире существует большое количество фирм, выпускающих карандаши. Как вы думаете, сколько предприятий в России заняты производством карандашей? Всего четыре. Два из них находятся в Москве. Остальные два в Томске и Славянске.
2. Практическая часть.
По результатам анкетирования среди учащихся 4, 8 и 11 классов МОУ «СОШ № 21» предпочтения были отданы следующим карандашам (см. Приложение № 9):
1 место - «Конструктор» Россия (12 чел.)
« Koh-i-Noor» Чехия (12чел.)
2 место - « Nixon» Австрия (7чел.)
3 место - «EVOLUTION» Франция (6 чел.)
80 % учащихся отметили в анкетах (см. Приложение № 2), что данные карандаши удобные, хорошо пишут.
Данные карандаши стали участниками конкурса «Супер - карандаш», который прошел в моем 4 «Б» классе. Ученики были разделены на 4 экспертные группы, которые проводили наблюдения и замеры. У каждой группы был один испытуемый образец. Три конкурсанта сделаны из древесины («Конструктор», «Koh-i-Noor», « Nixon») и один пластиковый (« EVOLUTION»), причем пластиковая и оболочка, и грифель.. Для чистоты эксперимента участники конкурса (карандаши) были обернуты в бумагу и пронумерованы. (см. Приложение №10). Все карандаши имели одинаковую твердость (ТМ), стандартные размеры. Исследовательским группам были предоставлены одинаковые принадлежности: линейка, точилка, ластик (см. Приложение №10) Экспертиза было проведена по двум направлениям - оценивался материал и грифель.
Материал
Качество древесины, из которой изготовлен корпус карандаша, влияет на то, как будут выглядеть готовые изделия, и насколько легко карандаши будут затачиваться. Для карандаша очень важно: какова древесина на вид, какого цвета, как хорошо держит грифель. Качество древесины обеспечивает ровную аккуратную стружку.
У материала оценивались:
1.Цвет
2. Плотность.
3. Стружка
Грифель
Соблюдение технологий производства также влияет на прочность стержня и его потребительские характеристики. Грифель должен иметь высокую степень прочности, не должен крошиться и должен легко стираться ластиком. Также при производстве особо тщательно должна соблюдаться технология замешивания смеси для грифеля, ее неоднородность и содержание посторонних примесей может привести к царапанию бумаги при работе карандашом.
У грифеля проверялись:
1.Центровка
2. Крошится при письме или нет.
3. Как стирается ластиком.
4. Царапает при письме бумагу или нет.
5. Экономичность (расход грифеля за 5 минут работы).
6. Ломкость.
В ходе конкурса были проведены наблюдения и опытные испытания, результаты которых занесены в таблицу (см. Приложение № 11).
1 место - карандаш под номером №4 «EVOLUTION» Франция
2 место - карандаш под номером №3 « Koh-i-Noor» Чехия
И карандаш под номером №2 « Nixon» Австрия
3 место - карандаш под номером №1 «Конструктор» Россия
Победителем стал карандаш «EVOLUTION». Как мы помним, это был пластиковый карандаш. На самом деле, в настоящий момент пластиковые карандаши очень популярны. Главными достоинствами пластиковых карандашей является их небольшая стоимость и абсолютная безопасность при поломке. В отличие от деревянных аналогов они не способны образовывать острые края на месте слома.
Сравним полученные результаты (см. Приложение № 12). Выявилось несовпадение опроса учащихся и результатов конкурса. В чем же причина? Скорей всего выбор школьниками и их родителями деревянных карандашей обусловлен их экологической безопасностью. Даже взрослый человек иногда ловит себя на неприличном занятии - сидит и грызет карандаш. А что говорить о детях! 50 % опрошенных учащихся имеют привычку брать в рот (грызть) карандаш (см. Приложение № 2).
Однако, здесь могут быть и другие причины. В анкетах 20 % учащихся отметили, что выбрали карандаш, учитывая, что он дешевый, красивый, оказался случайно (см. Приложение № 2). Значит, необходимо изучить экономическую сторону вопроса (стоимость карандашей), их дизайн (цвет, качество покраски) и др. Возможно, это будет темой моего дальнейшего исследования.
Заключение
Выполнив работу, мы узнали, из чего сделан карандаш. Карандаш - это письменная принадлежность, сделанная из деревянной палочки со стержнем из смеси глинистой массы с графитом (С. Ожегов “Толковый словарь русского языка”).
Поставленные нами задачи выполнены: изучив специальную литературу, мы узнали историю появления карандаша, технологию его изготовления; познакомились с месторождением графита на Урале, способом добычи и переработки графита, его основными свойствами; провели практическую работу (наблюдение за добычей графита, анкетирование учащихся, конкурс на лучший карандаш).
Данный материал можно использовать на уроке окружающего мира по теме «Полезные ископаемые Урала», ИЗО по теме «История создания карандаша», классном часе «О бережном использовании леса» и др.
Литература
Заточи карандаши и рисуй, черти, пиши. Отчего и почему? - 2005, № 12
Куликова Р. Ивашка в деревянной рубашке. Читайка - 2008, № 9
Сколько лет карандашу? А почему? 2004, № 7
Ильин М., Сегал Е. Рассказы о том, что тебя окружает. кн. 2 Откуда приходят вещи. М., 1985
Дитрих А. Почемучка. М., 1993
Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас М.,1992г.
Источники
ru.wikipedia.org - свободная энциклопедия, статья "Карандаш"
evolutsia.com - "История карандаша"
shkolazhizni.ru - статья "Чем наши предки писали-чертили-рисовали?
Приложение №1
Анкета учащегося…..класса.
У тебя в пенале лежит простой карандаш. Он:
1.- обычный
Автоматический
Круглый
Шестигранный
С резинкой
Без резинки
2. Почему ты выбрал именно этот карандаш?
Красивый
Удобный
Хорошо пишет
Дешевый
Оказался случайно
3. Какой фирмы твой карандаш? (название)
4. Для чего чаще всего ты используешь простой карандаш?
Рисую
Подчеркиваю
Черчу
5. Берешь ли ты карандаш в рот? Грызешь его?
Да
Нет
6. Исписываешь ли ты карандаш до конца?
Да
Нет
7. Почему «да»?
Удобный
Хорошо пишет
Привыкаю
Почему «нет»?
Не удобно писать маленьким карандашом
Теряю
Выбрасываю, дешевый, не жалко
8. Знаешь ли ты из чего сделан карандаш?
Нет
Да
9. Если знаешь, назови, что используется при его производстве.
Приложение № 2
Приложение № 3
Приложение № 4
Приложение № 5
Приложение № 6
Об истории шариковой ручки фиксики вам уже рассказали в мультфильме.
А теперь поговорим о другом предмете, которым мы пользуемся так же часто - о карандаше. Узнаем,
чем рисовали в старину, и как материал для наших карандашей помогли найти... овцы. Заглянем на карандашную фабрику, разберемся, как палочка-стержень попадает внутрь деревянного корпуса, почему карандаши называются мягкими и твердыми - и многое другое.
Когда-то, давным-давно, таких карандашей, как сейчас, не было. До 16 века художники рисовали «серебряным карандашом». Тоненькую серебряную проволочку припаивали к ручке или вкладывали в специальный футляр - кожаную трубочку. Когда проволочка стиралась, кожу на конце трубочки обрезали, и «серебряный карандаш» становился короче. Правда, стереть написанное таким карандашом было нельзя - и художнику, сделавшему неверный штрих, приходилось перерисовывать все заново. Да и через некоторое время серебристые линии или буквы становились коричневыми.
Существовал и свинцовый карандаш - тонкая палочка из свинца. Но свинцовая палочка оставляет на бумаге серый, не слишком четкий след. Кроме того, свинец - вредное для здоровья вещество. В те времена, правда, об этом мало кто знал, и школьники нередко писали свинцовыми карандашами.
А у тех карандашей, которыми пользуемся мы с вами, стержень сделан из графита. Это особая разновидность каменного угля. Впервые графит обнаружили… пастухи из английского графства Камберленд. Они заметили, что когда белые овцы трутся боками о камни местных скал, их шерсть становится черной.
Узнав о «пачкающих скалах», англичане сперва решили, что камберлендские скалы тоже содержат свинец. И попробовали использовать его для производства карандашей. Мастера вручную вытачивали из этого «свинца» стержни, которые потом оборачивали тесьмой. Работа была непростой - один мастер за день мог сделать всего два-три карандаша. Англичане очень дорожили «камберлендским свинцом», вывозить его с Британских островов было запрещено под страхом смертной казни. Но уж очень хорошими получались карандаши - вскоре о них узнала вся Европа, и материал для стержней стали тайно вывозить из Англии.
В немецком городе Нюрнберге в 1761 году открылась фабрика, где «свинцовые» стержни начали заключать в деревянную оболочку - и карандаш приобрел почти точно такой же вид, в каком мы его знаем сейчас. Однако лишь в конце восемнадцатого века ученые-химики разобрались, что в этих стержнях нет никакого свинца, а сделаны они из особого минерала. Тут-то ему и дали название «графит» - от греческого слова grafo - пишу.
Но стержни из чистого графита, хотя и давали красивую четкую линию, были все же слишком мягкими. В 1790 году венский мастер Йозеф Хардмут смешал пыль графита с глиной и водой и обжёг эту смесь в печи. Потом он основал предприятие по выпуску карандашей Koh-i-Noor - карандаши этой фирмы есть у многих из вас дома и сейчас. И примерно в то же во время во Франции свой способ производства карандашных стержней нашел ученый-изобретатель Николя-Жак Конте. Он был еще и художником, поэтому прекрасно знал, каким должен быть хороший карандаш. Конте придумал изготавливать для стержней смесь из графита, глины, крахмала, сажи и воды. Добавляя то больше, то меньше глины, ученый выяснил, что можно делать стержни более твердыми, чтобы чертить тонкие и светлые линии, или более мягкими - тогда линии получались темнее и жирнее. Чем больше добавлено глины, тем тверже стержень.
Возьмите набор простых карандашей - на каждом из них обозначено, какой он твердости. На твердых карандашах стоит маркировка - русская буква Т («твердый») или латинская «Н» (“hard” - английское слово, которое тоже значит «твердый»). А на мягких - русская М (мягкий) или латинская B (“black” - «черный» - как мы помним, более мягкий стержень дает более темную, черную линию). К самым твердым и мягким стержням добавляется цифра - 2M, 3Т. Есть и карандаши средней твердости - на них пишут ТМ (или HB) - «твердо-мягкий».
Ну хорошо, а как же графитовый стерженек попадает внутрь деревянного корпуса? Попробуем заглянуть на карандашную фабрику! Мы увидим, что глина, графит и дерево не сразу превращаются в карандаш. Их путешествие по фабрике из машины в машину — целая цепь превращений.
Сначала надо глину и графит мелко-мелко размолоть. Потом смешать с клеем, чтобы он связывал вместе частички графита, не давал им рассыпаться. И снова растереть в порошок, из которого получатся графитные палочки. Но в порошке между частичками графита и глины остаются соринки или пузырьки воздуха. Если от них не избавиться, палочка выйдет ломкая - карандаш придётся то и дело чинить. Чтобы выгнать пузырьки воздуха, порошок сильно сдавливают специальным прессом. Получаются круглые толстые столбики — болванки. Эти болванки продавливают сквозь сито с очень маленькими дырочками. Соринки остаются на сите, а крошечные частички графита и глины проходят сквозь дырочки - получается тонкая чёрная вермишель. Из нее опять делают болванки — но уже чистые, без всякого сора, без пузырьков воздуха. Эти-то болванки и превращают в стержни для карандашей.
Чтобы сделать из толстенькой болванки тонкую палочку-стержень, надо ее продавить сквозь малюсенькую дырочку.
Болванка протискивается сквозь нее, худеет и вытягивается в тонкую, длинную нить. Нить режут на кусочки. Но кусочки эти мягкие, они ещё для карандаша не годятся. Их надо высушить и обжечь в печи, чтобы они стали твёрдыми. А потом пропитать жиром, чтобы они писали чётко, а не бледно.
Наконец получилась та самая графитная палочка, которая сидит внутри карандаша. Теперь нам нужно, чтобы она оказалась в деревянном корпусе.
Корпус для карандаша можно делать из разных пород дерева (а сейчас их нередко делают и из пластмассы) - хотя самые хорошие карандаши получаются из сибирского кедра. Станок режет деревянную заготовку на одинаковые дощечки. Чтобы будущий карандаш не ломался, и его легче было чинить, дощечки пропитываются парафином. Делается это в специальных аппаратах - автоклавах. На пару из дощечек удаляются все смолы, а древесина под действием пара меняет свою окраску на розовато-коричневатую. Затем дощечки тщательно просушиваются.
После этого в каждой дощечке еще один станок проводит шесть дорожек - для шести графитных палочек. Графитные палочки ложатся на дощечку в приготовленные для них дорожки. А сверху их закрывают другой такой же дощечкой - как крышкой. И обе дощечки склеивают. Если очень внимательно рассмотреть готовый карандаш, можно найти место склейки двух половинок.
Посмотри, как из кедровой дощечки получается шесть карандашей:
1 — в обеих дощечках сделаны канавки; 2 — в канавки вложены графитные палочки, и дощечки склеены; 3 — дощечка прошла через станок; видно, что она скоро превратится в шесть карандашей; 4 — а здесь уже вместо дощечек появились карандаши.
Получается сразу шесть сросшихся карандашей. Еще одна машина разрезает дощечку на шесть шестиугольных палочек. Внутри каждой палочки сидит графитный стерженёк. Это уже готовый карандаш, только пока не очень красивый — некрашеный, шероховатый. Чтобы похорошеть, он должен ещё пойти в машины, которые сделают его гладким и покроют блестящим цветным лаком или краской — обязательно в несколько слоев.
А потом карандаш попадёт в последнюю машину, где на него нанесут клеймо - название, рисунок, обозначение твердости. Вот теперь карандаш совсем готов - родился, получил имя и может отправляться с фабрики в магазин, а из магазина — к вам домой.
Так делаются простые карандаши. А как получаются цветные? В них вместо графита в грифелях используется мел со специальным клеем (каолин) и красящим веществом. Кстати, смесь для стержней цветных карандашей проходит обжиг в печи один раз, а вот графитовые стержни для простых карандашей обжигаются дважды.
Вот сколько работы нужно, чтобы сделать обычный карандаш! Так что берегите свои карандаши, не торопитесь их выбрасывать, даже когда они становятся совсем коротенькими.
В далеком 1912 году по указу царского правительства в Томске была создана фабрика, где пилили кедровую дощечку для карандашей, производимых на территории всей страны.
На сегодняшний день «Сибирская карандашная фабрика» – единственный на территории бывшего Советского Союза производитель карандашей и карандашной дощечки из сибирского кедра, древесина которого применяется для производства карандашей высшей ценовой категории.
Как же производят карандаши, знакомые нам с самого детства?
Производство карандашей начинается с лесной биржи, где складируется заготовленный кедр. Сейчас здесь находится больше трех тысяч кубов дерева. Областные власти очень помогли фабрике в обеспечении материалом и в этом году здесь планируют произвести около 85 миллионов карандашей.
Древесина, которую мы закупаем, поступает к нам не в результате варварской рубки, – говорит Анатолий Лунин, директор фабрики. – В подавляющем большинстве это санитарная рубка перестоявшегося кедра, который уже не дает орех. Кедр растет до 500 лет, но шишки на нем появляются где-то до 250-летнего возраста, после чего он начинает умирать, его поражают различные насекомые. Если срубить его в этот период, быстрее вырастет новый кедр.
До момента распила бревна проходят обязательную подготовку: каждое бревно нужно вымыть, чтобы приставшие куски земли или глины с камнями случайно не повредили пилы. Для этого дерево с лесной биржи помещают и выдерживают в специальном бассейне с теплой водой. Летом его здесь держат недолго, до двадцати минут, но в зимний период бревно находится в бассейне до тех пор, пока не оттает – на это может уходить до трех часов. А через 369 часов или 16,5 суток и 26 различных технологических операций из бревна получатся готовые карандаши.
На лесопилке из бревна делают вот такой брус:
Производство деревянного карандаша чрезвычайно требовательно к качеству материала, в дело идет только чистая прямая древесина. И если для столярных изделий наличие таких дефектов, как, например, сучки, не катастрофично, то карандаш из такого дерева уже не сделать. Поэтому сказать заранее, сколько карандашей получится из одного бруса, очень сложно.
Чтобы уменьшить количество отходов, на предприятии ищут разные способы увеличения глубины переработки древесины. Один из таких способов – расширение ассортимента выпускаемой продукции. Так, из дощечки, которая не годится для производства карандаша, планируют наладить выпуск деревянных пазлов-раскрасок для детей и средств от моли. Что-то идет на производство коротких карандашей, как для магазинов «IKEA», а часть, на производство вот таких деревянных шампуров:
Полученный из бревна брус распиливают на короткие отрезки, каждый из которых затем распускают на десять дощечек. Чтобы все дощечки были одинаковыми, их нужно откалибровать. Для этого их прогоняют через специальный станок. На выходе из него дощечки имеют одинаковый размер и строго перпендикулярные грани.
Затем откалиброванные дощечки помещают в автоклав. По своему внешнему виду он напоминает бочку, к которой подведено множество труб разного диаметра. При помощи этих труб в камере можно создавать вакуум, нагнетать давление и подавать внутрь всевозможные растворы.
В результате этих процессов из дощечки удаляются содержащиеся в ней смолы, и древесина импрегнируется (пропитывается) парафином. На сегодняшний день это не самый простой, но один из самых эффективных способов улучшить важные свойства материала и защитить дерево от вредного воздействия окружающей среды.
«Облагороженные» после обработки в автоклаве карандашные дощечки остается как следует просушить, а затем – отправить непосредственно на карандашное производство. На этом процесс изготовления дощечки можно считать завершенным. Так выглядят дощечки после обработки в автоклаве
Основной принцип и технология производства с тех пор как в Томске начали делать карандаши, не меняется, – говорит Анатолий Лунин. – Все процессы на нашей фабрике хорошо отлажены. Модернизация оборудования выражается в замене некоторых узлов, или переходе на более экономичные моторы, использование новых фрез. Приходят какие-то новые материалы, мы что-то меняем в приемке и оценке, но сама технология остается неизменной.
Готовая дощечка поступает в цех белого карандаша, где для начала в ней на станке нарезают канавки, куда затем будут уложены стержни (слово «белый» в данном случае означает то, что карандаш на данном этапе еще не окрашен). Дощечки подаются с одной стороны станка, по дороге их поверхность шлифуется для склейки, особой фрезой в ней выпиливаются углубления. На ближнем краю станка дощечки автоматически укладываются в стопку. Толщина отшлифованной дощечки с нарезанными канавками составляет 5 мм, что равно половине толщины будущего карандаша.
На следующем этапе дощечки склеивают попарно между собой, чтобы получился один карандашный блок.
Станок плавно подает первую дощечку и укладывает стержни в ее канавки. Вслед за этим из другого устройства «выезжает» вторая дощечка, уже смазанная водорастворимым клеем, и аккуратно ложится на первую. Получившиеся карандашные блоки зажимают в пневматическом прессе и стягивают струбцинами.
Если дощечку на фабрике изготавливают самостоятельно, то стержень, в основном, закупают в Китае. Там его начали производить по «сухой» технологии, которая не требует обжига в печи при высокой температуре.
Вследствие этого, себестоимость стержня оказалась настолько низкой, что львиная доля производителей карандаша перешла именно на такой стержень.
Чтобы грифель карандаша не ломался внутри корпуса, на фабрике применяют технологию дополнительного проклеивания стержня специальной клеевой системой. После этой операции склеенные блоки выдерживают в специальной сушильной камере несколько часов.
В камере довольно жарко. Горячий воздух нагнетается вентилятором, поддерживая температуру порядка 35-40 градусов. Древесине нужно хорошо просохнуть, чтобы в дальнейшем карандаш за один проход стал гладким и получил нужную геометрию. Карандаш с «простым» грифелем сохнет здесь не менее двух часов, а цветной – не менее четырех. Из-за того, что цветной содержит больше жировых веществ, ему требуется больше времени, чтобы просохнуть.
По прошествии этого времени блоки разбирают, укладывают в тележки с указанием всех дальнейших параметров и отправляют на следующий станок, который разделит их на отдельные карандаши.
Своей формой станок похож на тот, который делает канавки в дощечках, но у него есть и свои особенности. Заготовки помещают в загрузочный бункер.
Они проходят по транспортным узлам, торцуются, отпиливаются и на выходе получается привычный деревянный карандаш, только еще не окрашенный.
Двойная фреза, которая разделяет блоки, задает и форму будущего карандаша, причем делается это все за один проход. Именно от типа профиля режущей фрезы зависит то, каким будет карандаш – шестигранным или круглым.
Совсем недавно на фабрике освоили производство трехгранного карандаша. Оказалось, что спрос на такую форму растет. Покупателей привлекает эргономичность и естественность расположения пальцев на гранях, что, безусловно, облегчает обучение письму детей.
Рядом со станком стоит рабочий стол сортировщицы. Ее задача – перебрать сделанные карандаши, отобрать «годные» и отделить дефектные. К дефектам относятся сколы стержня на торце, шероховатости, ожоги древесины и тому подобное. Над столом висит памятка с нормами по браку. В каждый стоящий на столе лоток помещается 1440 карандашей.
Отсортированные карандаши на специальном лифте поднимаются на следующий этаж, где их будут красить.
Краску закупают в сухом виде и разводят до нужной густоты в лаборатории красок. Сама покраска происходит достаточно быстро.
Устройство непрерывно выталкивает окрашенные карандаши на конвейер. Длина и скорость движения транспортерной ленты рассчитаны таким образом, чтобы карандаш высыхал, пока движется на ней.
Доезжая до противоположного конца конвейера, карандаши попадают в один из трех приемников, откуда они отправляются обратно на следующее покрытие.
В среднем каждый карандаш покрывается тремя слоями краски и двумя слоями лака – здесь все зависит от желания заказчика. Покрасить карандаш можно тоже практически в любой цвет. Фабрика выпускает наборы из шести, двенадцати, восемнадцати и двадцати четырех цветов. Некоторые карандаши покрывают только лаком.
После покраски, карандаши отправляют в цех финишной отделки. В этом месте они приобретают тот окончательный вид, в котором дойдут до потребителя. На карандаши наносят штамп, надевают ластик и затачивают.
Способов нанесения штампов довольно много, но на «Сибирской карандашной фабрике» это делают с помощью фольги разных цветов. Такой метод называется термостатированием. Рабочая часть станка нагревается, и штамп через фольгу переносится на карандаш – так он не будет облезать и марать руки. Сам штамп может быть любым, его специально заказывают у гравировщика. В зависимости от сложности, на его изготовление уходит около пяти дней.
На часть карандашей, если это необходимо, надевают ластик.
Последняя операция – это заточка. Затачиваются карандаши на шлифовальной шкурке, надетой на барабан и движущейся с большой скоростью. Это происходит очень быстро, буквально за считанные секунды.
История изобретения графитовых карандашей уходит своими корнями в далекий шестнадцатый век, когда английские пастухи нашли в земле неподалеку от своей деревни странную черную массу, которая очень напоминала уголь, но почему-то совсем не хотела гореть. Вскоре новому материалу все же нашли применение - из него стали делать тонкие палочки, которые можно было использовать для рисования, так как они оставляли хорошие четкие следы на холсте или бумаге. Однако эти палочки не получили широкого распространения, потому что были весьма непрактичны: они часто ломались и пачкали пальцы. Все изменилось лишь тогда, когда в 1863 году в Германии был сделан первый в мире деревянный карандаш, форма которого почти не изменилась за прошедшие столетия и сохранилась до наших дней.
Производственный процесс на современной карандашной фабрике состоит из нескольких десятков отдельных технологических операций. Для изготовления одного карандаша используются около ста видов различных расходных материалов, а времени на это уходит не менее десяти дней.
Основными материалами для производства карандашей являются графит, глина, цветные пигменты и полимеры. Все они используются для изготовления «сердца» карандаша - его пишущего стержня.
Вторая, не менее важная составляющая каждого карандаша - это деревянная оболочка, надежно защищающая стержень от механических повреждений, а наши руки - от графитовой пыли. Далеко не каждая древесина подходит для такого ответственного дела. Карандаши изготавливают только лишь из ольхи, липы, сосны и кедра.
Производство любого карандаша начинается на лесопилке, где бревна очищают от коры и делают из них брус. Далее брус нарезают короткими кусками, каждый из которых затем распиливают на дощечки заданной толщины.
Дощечки сортируют, отбраковывают нестандартные, собирают в пачки подходящие и загружают их в автоклав. Там дощечки окончательно высушивают, а затем пропитывают парафином.
Подготовленные таким образом дощечки поступают в следующий цех, где их пропускают через сложный станок, который одновременно шлифует их поверхность и делает на ней с одной стороны параллельные тонкие и длинные канавки. В эти углубления впоследствии будут укладываться стержни будущих карандашей.
Тем временем в другом цеху уже изготавливаются пишущие стержни. Делают их из смеси графита и глины, которые измельчают в тончайший порошок. Затем порошок смешивают с водой и формуют стержни, выдавливая полученное «тесто» через тонкие отверстия, проделанные в специальном штампе, примерно так же, как делают спагетти. Потом полуфабрикаты стержней сушат, после чего их запекают при температуре около одной тысячи градусов в специальной электрической печи.
После отжига стержни пропитывают жиром. Делается это для того, чтобы потом стержнями можно было писать.
Готовые стержни отправляют в сборочный цех, где автомат будет укладывать их в уже вырезанные в дощечке канавки, а потом сверху будут помещать вторую смазанную клеем дощечку таким образом, чтобы края канавок в верхней и нижней частях точно совпадали. Получившиеся карандашные «бутерброды» складывают в стопки и стягивают их струбцинами для того, чтобы клей хорошо "схватился" и обе половинки намертво приклеились друг к другу.
Стопки несколько часов сушат при температуре 40 градусов, затем струбцины снимают и дощечки отвозят к станку, который их уже разделит на отдельные карандаши. Там же карандашам придадут привычную для нас круглую или шестигранную форму и аккуратно обрежут торцы.
Готовые «голые» карандаши после этого отправляются на покраску. Чтобы новые карандаши были гладенькими и блестящими, их красят не один раз, а три и даже иногда четыре, а потом еще несколько раз покрывают лаком. Там же в покрасочном цехе на карандаши наносят маркировку и логотип фирмы.
Яркие, блестящие, пахнущие свежей краской карандаши перевозят в фасовочный цех, где их раскладывают по картонным коробочкам, которые затем упаковывают в большие ящики и отправляют в магазины.
