Finiture superficiali della carta con lisciatura e calandratura

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Lunardi Lorenzo (Marchi Sarego)

Scuola Interregionale di tecnologia per tecnici Cartari Via Don G. Minzoni, 50 37138 Verona

Relazione finale 7째 Corso di Tecnologia per tecnici cartari 1999/00

1- Premessa 2- Concetto di stampabilità della carta 2.1 - La stampa rotocalco 2.2 - La stampa offset 3- Fattori che incidono sulla qualità del supporto 3.1 - Fattori legati alla preparazione dell’impasto.

3.2 - Fattori legati alla gestione della M.C. continua.

4- Minimizzazione della rugosità del foglio di supporto 4.1 - Differenza tra liscia di macchina e calandra 4.2 - Definizione di liscio 4.2.1 - Lisciometro Bendtsen 4.2.2 - Lisciometro Bekk 4.3 - Definizione di lucido 5- La lisciatura 5.1 - Descrizione di una normale liscia 5.2 - Soft-calenders per lisciatura 5.3 - Costruzione delle liscie di macchina 5.4 - Durezza dei cilindri 5.5 - Cilindri riscaldati a vapore 5.6 - Il bombè dei cilindri 5.6.1 - Cilindro Kuester 5.6.2 - Cilindro Nipco 5.7 - I coltelli raschiatori e la pulizia con liquidi 5.8 - Rettifica dei cilindri 5.9 - Cura della liscia 5.10 - Difetti della liscia 6- Cenni sulla tecnologia della lisciatura monolucida 7- Principi fisico-meccanici legati alla calandratura 8- Influenza delle cariche 9- Influenza dell’umidità 10- Operazione di bagnatura della carta 11- Influenza della temperatura 12- Caratteristiche che deve avere una calandra 12.1 - I cilindri elastici 12.2 - Raccomandazioni per l’uso corretto delle presse elastiche 12.3 - I cilindri rigidi 12.4 - Manutenzione e pulizia dei rulli rigidi 12.5 - Controllo della larghezza del Nip 12.6 - Dispositivi di pressione e di sollevamento 12.7 - Cilindri di introduzione della carta tra i nip 12.8 - Posizione del cilindro motorizzato 12.9 - Avvolgitore 13- Pratica di conduzione della calandra 14- Soft-calenders per la carta lucida 15- Conclusioni

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- INDICE -

1. PREMESSA La carta è notoriamente un materiale molto versatile; non c’è branca della nostra vita organizzata, dall’industria, al commercio, ai servizi, che non la utilizzi per una miriade di scopi. Tuttavia le sue caratteristiche meccaniche e superficiali non potrebbero soddisfare alle richieste di qualità tecnologiche via via più differenti e sempre più specializzate se non dopo trattamenti di trasformazione e finitura specifici e finalizzati all’uso per cui essa è destinata.

Queste operazioni indicate con il termine generico di trattamenti di finitura superficiale della carta, vanno dalle semplici operazioni meccaniche, quali lisciatura e calandratura, all’accoppiamento con altri fogli, all’impregnazione, e patinatura.

A questo punto è d’obbligo introdurre un concetto cartario molto importante ossia quella che è la macchinabilità di una carta destinata alla trasformazione ed alla stampa.

Per macchinabilità di una carta si intende la sua idoneità a passare attraverso delle macchine dapprima di trasformazione e poi di stampa senza dar luogo ad inconvenienti. Due parametri che giocano un ruolo molto importante sono il liscio e la rugosità superficiale.

Il supporto cartaceo in genere, anche quello dalla superficie meglio livellata, presenta sempre delle irregolarità sotto forma di avvallamenti e fasce; se la carta non è patinata ciò è dovuto a fibre o aggregati di fibre che sporgono rispetto al livello medio della superficie; se la carta è patinata, le irregolarità sono dovute ai sistemi di distribuzione della patina più o meno condizionati anche dal supporto. Le qualità risultanti dei successivi trattamenti di trasformazione dipendono molto dal liscio e dalla rugosità del supporto. Così come anche in stampa la superficie della carta è l’elemento condizionante ai fini dell’ottenimento di una buona qualità. Per ottenere una stampa uniforme e lucente lo stampatore deve dosare la quantità dell’inchiostro in modo direttamente proporzionale alla rugosità della carta. Una carta poco porosa provocherà problemi di assorbimento e porrà quindi i presupposti per avere il difetto di controstampa e comunque tempi di essiccazione molto lunghi; al contrario, una carta molto assorbente non darà problemi di essiccazione, ma la stampa risulterà poco brillante, con una densità massima piuttosto bassa.

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2. CONCETTO DI STAMPABILITÀ DELLA CARTA Per essere idonea alla stampa, la carta deve possedere determinate caratteristiche fisico-meccaniche; l’insieme di queste va sotto il nome di stampabilità. Dire che la carta ha una buona stampabilità è fare un’affermazione vaga in quanto i vari processi di stampa impiegano tecniche diverse l’uno dall’altro. Pertanto possiamo solo elencare alcune caratteristiche che deve possedere la carta al fine di essere stampata con buoni risultati: - assorbire la giusta quantità d’inchiostro; - fare in modo che l’inchiostro si asciughi nel tempo desiderato al fine di evitare la controstampa; - mantenere una buona stabilità dimensionale; - possedere buone caratteristiche meccaniche; - buona resistenza allo strappo superficiale ed assenza di spolvero; - bassa abrasività; - scarsa tendenza a formare o raccogliere cariche elettrostatiche per non attirare la polvere elemento disturbante in stampa durante l’inchiostrazione; - buona macchinabilità.

Una carta che possiede la caratteristica di stampabilità deve essere in grado di dare una buona “qualità di stampa” cioè la capacità di avvicinarsi il più possibile al modello ideale che si vuole riprodurre. Dei vari tipi di processi di stampa che si eseguono sulla carta, prenderò in esame i due che vengono maggiormente utilizzati, la stampa rotocalco e la stampa offset.

2.1 LA STAMPA ROTOCALCO La rotocalcografia è un processo di stampa incavografico a trasferimento diretto, la cui forma (cilindro che trasferisce i grafismi alla carta) è costituita da un cilindro in acciaio rivestito in rame inciso e poi solitamente cromato. I grafismi sono costituiti da cellette incise nel cilindro-forma e separate tra loro da delle sottili pareti o coste, sulle quali poggia la racla (lama raschiante), che ha il compito di asportare l’eccesso di inchiostro che si deposita sul cilindro-forma

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durante la rotazione, immerso solo in parte nella vaschetta contenente l’inchiostro liquido. In definitiva si tratta di un processo di stampa diretto ad inchiostrazione a riserva meccanica. Dalle cellette l’inchiostro viene trasferito per contatto al supporto cartaceo con l’ausilio di un pressore in gomma che ha lo scopo di fare aderire la carta alla forma inchiostrata. In questo tipo di utilizzo la carta deve possedere una buona comprimibilità e soprattutto un buon liscio; queste due caratteristiche fanno si che il supporto cartaceo possa aderire in tutta la sua superficie al cilindro forma inchiostrato e consenta un trasferimento preciso dei grafismi secondo il grado di intensità stabilito a priori nella fase di preparazione dell’incisione tramite le teste di incisione. Se questo non avviene otterremo una stampa disomogenea a causa del verificarsi del fenomeno dei cosiddetti “punti mancanti”.

La carta per rotocalco inoltre deve riuscire a prelevare tutto l’inchiostro contenuto nelle cellette della forma inchiostrata senza esercitare sul cilindro pressore una pressione eccessiva. Questo fatto esige tre condizioni: - la capacità della carta di ricevere l’inchiostro; cioè una certa affinità con l’inchiostro dovuta alla superficie della carta; - la porosità della carta all’inchiostro che permette all’inchiostro di ancorarsi; - la porosità della carta all’aria che consente l’evacuazione dell’aria dagli alveoli affinché la carta possa prelevare l’inchiostro dal fondo degli alveoli stessi.

Se la carta è troppo assorbente, l’inchiostro anziché stendersi avrà la tendenza a penetrare il tessuto e ad attraversarlo. Se la carta non è abbastanza assorbente, il solvente dell’inchiostro evaporerà prima che l’inchiostro sia tutto ancorato; ne seguirà un effetto perlinato di stampa e una cattiva resistenza allo sfregamento in quanto la miscela formata da colorante e resina resterà in superficie e sarà soggetta al polveramento.

2.2 LA STAMPA OFFSET Il termine offset identifica un processo di stampa di tipo planografico, nel quale l’immagine viene trasferita dalla forma inchiostrata ad un cilindro intermedio rivestito di tessuto gommato (caucciù) e da questo al supporto

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cartaceo; procedimento di stampa a trasferimento indiretto con inchiostrazione a riserva chimica.

Poiché il tessuto gommato del cilindro caucciù si adatta molto bene alla superficie della carta, il procedimento offset permette di ottenere buoni risultati anche su carte e cartoni ruvidi; un altro vantaggio della stampa indiretta è la maggior durata della forma di stampa, non venendo questa a contatto con il supporto, in tutti i casi leggermente abrasivo. Il grado di lucido elevato della carta, nella stampa offset favorisce il contrasto ed il risultato dei colori.

Il suo procedimento di stampa è caratterizzato dall’utilizzo di una forma con i grafismi e contrografismi giacenti sullo stesso piano. La possibilità di inchiostrare i primi senza "sporcare" i secondi, si basa sul comportamento fisicochimico contrapposto che essi hanno: i grafismi sono ricettivi all’inchiostro, i contrografismi lo rifiutano. La capacità dei contrografismi di rifiutare l’inchiostro è determinata dal fatto che questi vengono preventivamente inumiditi e quindi possiedono nel momento della fase di bagnatura una superficie di tipo idrofila.

La superficie contenente i grafismi invece rifiuta l’acqua di bagnatura essendo di tipo idrofoba, in questo modo utilizzando un inchiostro particolare (grasso), riusciremo a farlo aderire solamente alla superficie idrofoba, cioè a quella dei grafismi. Le caratteristiche di una carta destinata a questo tipo di stampa sono piuttosto varie. Come già detto il liscio è di fondamentale importanza, in quanto una carta con un buon grado di liscio permette allo stampatore di lavorare con una pressione di esercizio tra forma di stampa e telo gommato (caucciù) minore.

Le altre caratteristiche di una carta offset sono le seguenti: - un tenore costante di umidità; - una buona collatura, sia in impasto per ridurre l’assorbimento dell’acqua di bagnatura, sia in superficie per legare meglio le fibre e quindi diminuire lo spolvero; - il lato lungo deve essere parallelo alla direzione della fibra, in modo da poter compensare in macchina (nel senso dello sviluppo del cilindro di stampa) le variazioni dimensionali, che sono maggiori nel senso trasversale della fibra.

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3. FATTORI CHE INCIDONO SULLA QUALITÀ DEL SUPPORTO 3.1 FATTORI LEGATI ALLA PREPARAZIONE DELL’IMPASTO CHE INFLUENZANO LA RUGOSITÀ DEL SUPPORTO Regolando alcuni parametri della raffinazione si possono produrre notevoli trasformazioni delle materie fibrose. Oltre ad influenzare molte caratteristiche della carta (formazione e processo produttivo), la raffinazione dell’impasto influenza il comportamento del foglio nelle successive lavorazioni, come la planarità del foglio durante la stampa o nei trattamenti superficiali.

Generalmente all’aumentare della raffinazione aumentano i legami interfibra, aumentando così la compattezza del foglio. Al contrario diminuisce la permeabilità all’aria dovuta alla chiusura degli spazi interfibra, e la rugosità del figlio diminuisce presentando una superficie più liscia.

Non è sempre vero che una raffinazione più spinta diminuisce il grado di rugosità, poiché questa caratteristica é legata al tipo di cellulosa utilizzata, più o meno raffinabile.

L’utilizzo di sostanze minerali dette “cariche”, un tempo considerate erroneamente solo come un metodo semplice per ridurre i costi, è oggi giustamente riconosciuto come un metodo valido per ottenere miglioramenti importanti nelle caratteristiche della carta oltre che ad un risparmio in termini di utilizzo di materia prima.

La presenza di materie di carica nella carta migliora la stampabilità, intendendo con questo termine la riduzione dei punti mancanti nella stampa rotocalco, la riduzione della “percezione della stampa sulla superficie opposta al foglio” e l’aumento della nitidezza dell’immagine nella stampa offset. Questi miglioramenti possono essere attribuiti direttamente alle materie di carica oppure ad alcune proprietà della carta, come il liscio, che però a sua volta è influenzato dalla presenza o meno di cariche.

Le materie di carica, se aggiunte in modo appropriato, migliorano il liscio, cioè uniformano le irregolarità della superficie del foglio e in tal modo si favorisce un più completo contatto con la forma stampante.

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3.2 FATTORI LEGATI ALLA GESTIONE DELLA MACCHINA CONTINUA CHE INFLUENZANO LA RUGOSITÀ DEL SUPPORTO I fenomeni che danno luogo alla formazione del foglio sono molto complessi. Essenzialmente la formazione consiste nel far depositare sulla tela di formazione fibre che si intrecciano e si sovrappongono fra di loro. Man mano che l’acqua drena per gravità attraverso le maglie della tela, e si costituisce il feltro di carta, si ha un rallentamento sempre maggiore del drenaggio naturale dell’acqua e si rende così necessario un drenaggio sempre più forzato tramite alcuni elementi posti sotto la tela stessa (foils, vacum foils, casse aspiranti), affinché possa proseguire la rimozione dell’acqua dallo strato di sospensione fibrosa.

All’uscita della cassa d’afflusso si trova la tavola di formazione (forming board) che ha il compito di rendere meno violento il drenaggio e di permettere che il primo assestamento dell’impasto avvenga in modo non troppo turbolento, contribuendo anche ad aumentare la ritenzione.

Dopo la tavola di formazione troviamo i listelli drenanti o folis in materiale sintetico o in ceramica, i quali presentano un piano di lavoro leggermente inclinato lungo la direzione di macchina.

La tela, dopo il primo contatto con lo spigolo d’entrata del foil, tende a staccarsi creando una depressione, che è regolata scegliendo l’angolo più adatto per il drenaggio desiderato e/o il tipo di listello da impiegare. L’angolo d’inclinazione aumenta mano a mano che si procede con la formazione, cioè con l’ispessirsi del foglio. Quando lo spessore del foglio raggiunge un certo limite, l’azione dei foils non è più sufficiente a drenare l’acqua; a questo punto intervengono dapprima i vacum foils o listelli drenanti a basso vuoto, ossia cassette di foils chiuse con scarico collegato ad una gamba barometrica e le casse aspiranti costituite da un cassetto chiuso con un coperchio formato da listelli di materiale sintetico. Ciascuna cassetta aspirante è collegata ad un impianto d’aspirazione opportunamente regolato a basso vuoto e collegato ad una gamba barometrica che ne regola l’aspirazione; per cui sia nei vacum foils che nelle cassette aspiranti si viene a creare una differenza di pressione atmosferica sulla parte superiore del foglio e di depressione in quella inferiore dovuta al fatto che il nastro fibroso è poroso e quindi permette il passaggio di un flusso d’aria.

Anche questa operazione va ad incidere sulla superficie finale del foglio ed in modo particolare sul liscio e questo sarà tanto più accentuato quanto è

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basso il vuoto applicato. Solitamente quest’ultimo è progressivo ossia aumenta dalla prima cassetta aspirante fino all’ultima.

In questa zona della tavola piana sparisce lo specchio d’acqua sulla tela e comincia a passare aria attraverso il foglio; alla fine del processo di formazione troviamo il cilindro aspirante che ha la funzione di estrarre ulteriore acqua dal foglio in modo che questo abbia una sufficiente resistenza per poter essere staccato e trasferito alla zona delle presse.

Le varie aspirazioni contribuiscono ad esaltare l’effetto marcatura e del doppio viso, quindi una buona conduzione di tutti questi elementi può determinare la diversità del grado di liscio tra i due lati del foglio.

La sospensione fibrosa proveniente dalla cassa d’afflusso è molto diluita, per cui quando il getto arriva sulla tela si ha il passaggio, attraverso le maglie di essa, di tutti gli elementi di dimensioni inferiori (fini, cariche) fino a quando l’intreccio fibroso che mano a mano si forma trattiene anche i componenti di dimensioni minori. In tavola piana questa differenza di ritenzione (lato tela meno ricco di fini e cariche) dà luogo al fenomeno del doppio viso: il foglio di carta presenta una superficie più liscia sul lato tela che sul lato feltro. A ciò contribuisce anche la tendenza delle fibre ad orientarsi nella direzione di macchina (senso di fibra); sul lato tela tale tendenza è più evidente, mentre è in modo più casuale sul lato feltro, favorendo così maggiormente il fenomeno del doppio viso.

Per ovviare al difetto del doppio viso si fa ricorso all’impiego di prodotti chimici che favoriscono la ritenzione dei fini e delle cariche; questi prodotti oltre a contribuire alla soluzione di questo problema portano un miglioramento della scolantezza sulla tela e quindi del grado di secco all’entrata della sezione presse, con un miglioramento della velocità in macchina continua. Altri fattori che sono di natura puramente meccanica e che hanno lo scopo di favorire il drenaggio, ma soprattutto di correggere il fenomeno del doppio viso sono stati inizialmente l’introduzione del cilindro ballerino situato tra le casse aspiranti, adatto per macchine lente, e oggi della doppia tela più comunemente chiamata “telino”.

Un altro punto della macchina continua dove la rugosità del foglio può essere condizionata è nella zona della pressatura posta subito dopo la tavola piana. La rugosità del foglio può essere condizionata dalla tipologia delle presse, dai feltri impiegati, dal loro materiale di costruzione, dalla superficie che va a

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contatto con la carta, quindi dal loro grado di condizionamento in macchina, dalla superficie delle presse e dalla pressione di esercizio.

I cilindri delle presse possono essere infatti rivestiti con materiali diversi e presentano superfici differenti quali granito lucidato o materiali sintetici assolutamente privi di porosità e microrugosità.

Esercitando pressioni elevate si riuscirebbe ad eliminare più acqua dal foglio mentre aumenta il pericolo di avere una marcatura da parte del feltro e delle presse, peggiorando quindi il fenomeno del doppio viso.

All’uscita delle presse il foglio contiene ancora una buona quantità di acqua, che viene allontanata per evaporazione portando il foglio a contatto con la superficie dei cilindri essiccatori riscaldati internamente con vapore.

Nella fase iniziale dell’essiccamento è molto importante che la temperatura dei cilindri non sia eccessivamente elevata per evitare uno schok termico del nastro fibroso con una conseguente adesione dello strato superficiale del foglio al cilindro essiccatore comportando conseguentemente fenomeni di spolvero di fibre e quindi aumento della rugosità del foglio.

La rugosità del foglio può venire compromessa anche nella zona della size-press posta tra la preseccheria e la postseccheria.

In questo stadio il nastro di carta passa attraverso dei cilindri a contatto dove viene trattato superficialmente con colle, amido, patina .

All’uscita due cilindri per effetto meccanico della pressione applicata, il tipo di prodotto steso e la sua viscosità si può verificare un leggero strappo superficiale del foglio, compromettendo così il grado di liscio.

Dopo la size-press si trovano altri cilindri essiccatori (post-seccheria) che portano la carta all’umidità finale richiesta.

Quando la carta lascia la seccheria, anche se tutte le operazioni precedenti sono state effettuate correttamente e scrupolosamente, ha entrambe le superfici non perfettamente lisce per cui, generalmente, viene trattata con la liscia di macchina o con la calandra che hanno lo scopo di modificare la qualità superficiale della carta rendendola più lisca ed incrementandone, a seconda dei casi, il grado di lucido tramite un’azione di schiacciamento. Dopo queste lavorazioni la carta può essere arrotolata sull’arrotolatore di fine macchina.

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4. MINIMIZZAZIONE DELLA RUGOSITÀ DEL FOGLIO DI SUPPORTO La lisciatura e la calandratura del foglio sono due operazioni analoghe di trasformazione e finissaggio della carta che vanno a correggere la superficie del foglio mediante l’azione meccanica di pressatura del foglio di carta fra coppie di cilindri che girano ad alte velocità al fine di lisciarlo, rendendone più costante la massa volumica, ed aumentandone il grado di lucido; tuttavia esse si differenziano fra loro per il tipo di rivestimento dei cilindri ed il numero di cilindri impiegati, pressione d’esercizio, temperature e quindi differenziando i risultati finali del trattamento della carta, relativi essenzialmente al liscio ed al lucido.

4.1 DIFFERENZA TRA LISCIA DI MACCHINA E CALANDRA Nel caso della lisciatura questa dà origine a risultati meno pronunciati e si può effettuare nella zona finale della macchina continua. A differenza della calandra dispone solamente di una serie di cilindri in ghisa lucidata a specchio o nel caso delle soft-calenders per lisciatura, rivestiti con materiale sintetico, dotati di un sistema di bombatura variabile e quindi a profilo controllato (si rimanda il trattamento della bombatura al paragrafo successivo).

Questa operazione, comunque, non riesce a sostituire le prestazioni offerte dalla calandratura perché le variazioni che si riescono ad ottenere interessano solamente la parte superficiale del foglio, sulla quale si cerca di eliminare le imperfezioni che si generano nella fase di formazione del foglio sulla tela e durante il passaggio del nastro di carta nella zona di pressatura umida e di essiccamento. Questa operazione viene applicata in particolare su carte naturali e patinate. Nel caso delle patinate lo scopo è di dare un grado di liscio predefinito; nel caso delle naturali per migliorarne la superficie e quindi la stampabilità, o per diminuirne la porosità.

L’operazione di calandratura, cioè di calibratura, effettua sia la lisciatura e sia la lucidatura della carta che si rendono necessarie quando si vuole ottenere l’effetto di lucido e delle stampe di un certo livello qualitativo. Per ottenere quindi una carta con superfici particolarmente lisce si fa passare il nastro di carta nella calandra. La macchina è costituita nelle sue linee essenziali da una serie di cilindri sovrapposti alternativamente duri (ghisa in conchiglia lucidati) e morbidi

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(carta lana o rivestimento sintetico). La calandra può funzionare a freddo o a caldo con pressione o peso proprio. È dotata anch’essa di uno o due cilindri a bombé controllato (il primo al top e l’ultimo in basso) al fine di ottenere buone planarità in ogni condizione di pressione. In questo caso il liscio e il lucido della carta vengono ottenuti per il forte schiacciamento e per l’azione di sfregamento dei cilindri in ghisa contro i cilindri morbidi che hanno la funzione di frizionare il foglio.

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4.2 DEFINIZIONE DI LISCIO La superficie della carta, anche quella fabbricata con le tecnologie più avanzate, presenta irregolarità, che si possono descrivere come solchi ed avvallamenti. Se la carta è naturale, questa caratteristica è causata da fibre o aggregati di fibre che si dispongono in modo disordinato e casuale durante la formazione del foglio.

Anche l’umidità relativa dell’ambiente influisce fortemente sul liscio della carta; nel caso in cui l’umidità relativa sia elevata (più del 50%) le fibre che costituiscono il foglio si rigonfiano e fanno rinvenire la superficie del foglio, attenuandone di molto il liscio.

Per determinare il liscio della carta ci sono modi empirici e strumentali.

Una valutazione soggettiva del liscio può essere eseguita facendo scorrere le dita della mano sulla superficie del foglio di carta. La sensazione che si ricava permette di stabilirne talune caratteristiche del liscio, ad esempio un tatto vellutato. Si può anche osservare la superficie della carta illuminata da una luce radente e con un microscopio utilizzando un forte ingrandimento. Il risultato di tali prove però non garantisce obbiettività in quanto è un sistema di valutazione soggettivo; pertanto ci si affida a dati che si ricavano da una determinazione strumentale, che si effettua con lisciometri di vario tipo.

I più utilizzati sono quelli a flusso d’aria, nei quali si fa passare una quantità d’aria fra la superficie della carta ed un’altra superficie dura e perfettamente liscia, ad esempio il vetro, ad essa aderente. L’aria passa negli interstizi presenti nella superficie del foglio in quantità tanto minore quanto più gli interstizi sono piccoli e cioè quanto più la carta è liscia. Come indice numerico del liscio della carta si può assumere la quantità d’aria fluita nell’unità di tempo (lisciometro BENDTSEN); oppure il tempo che occorre per l’efflusso di una quantità stabilita d’aria (lisciometro BEEK) 4.2.1 LISCIOMETRO BENDTSEN Il lisciometro Bendtsen è usato per la determinazione del liscio, l’apparecchio è del tipo a flusso d’aria; al contrario del lisciometro Bekk, quello Bendtsen lavora in pressione e l’aria sfugge verso l’esterno dopo che se ne è misurata la quantità.

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Per l’esecuzione della prova si adagia la carta su una lastra di vetro perfettamente levigata, quindi si appoggia su di essa la testina di misura, con la lamina contro la superficie del foglio. Fra questo e l’orlo della lamina sfugge l’aria che giunge dall’interno della testina, in quantità tanto minore quanto più piccole sono le irregolarità superficiali della carta, cioè quanto più essa è liscia.

La portata dell’aria, (flusso) è letta su uno dei tre rotametri di scala di misura variabile e quindi più conveniente; espressa in centimetri cubi al minuto, è la misura del liscio della carta. Con il lisciometro Bendsten, in realtà si misura la ruvidità della carta, perché il dato è tanto più alto quanto la carta è più ruvida.

4.2.2 LISCIOMETRO BEKK Il lisciometro Bekk è destinato principalmente alla determinazione del liscio della carta. Esso è del tipo a flusso d’aria. Il passaggio dell’aria avviene per aspirazione, dall’esterno verso una camera nella quale esiste una pressione ridotta. Parte essenziale dell’apparecchio è un disco di vetro perfettamente piano e levigato, forato al centro. La corona circolare ha l’area di 10 cm quadrati mentre il foro ha la sezione di 1 cm quadrato. Il foro comunica con una camera cilindrica nella quale per mezzo di una pompa a vuoto si può creare una pressione ridotta di mezza atmosfera. Questa camera è collegata a sua volta con un tubo monometrico a mercurio, che permette di leggere la depressione esistente nella camera.

Per l’esecuzione della misura, si poggia la provetta sul disco, con il lato da provare contro il vetro, quindi si sovrappongono un disco di gomma e un piattello metallico caricato con una pressione di 1 kg/cm quadrato per mezzo di un dispositivo a leva. Si produce nella camera del vuoto una depressione leggermente superiore a 380 mm Hg e si collega la camera con il disco di vetro.

L’aria fluisce dall’esterno all’interno dell’apparecchio attraverso gli interstizi esistenti fra il disco di vetro e la superficie della carta, (tanto più lentamente quanto più la carta è liscia), la colonna di mercurio del manometro comincia a scendere. Quando il menisco del mercurio passa davanti al primo tratto, scatta il contasecondi, che si ferma quando il menisco passa davanti al secondo tratto. Si legge il tempo, con l’approssimazione di 0,2 sec. Si solleva il braccio di pressione e si toglie la provetta, l’apparecchio è pronto per una seconda prova. Il risultato della prova, espresso in secondi, rappresenta il liscio Bekk della carta.

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4.3 DEFINIZIONE DI LUCIDO Il lucido, come il colore, non è una proprietà fisica delle superfici, ma è la sensazione che un osservatore prova quando il suo occhio è colpito dalla luce riflessa direzionalmente da una superficie. La superficie lucida per eccellenza è quella dello specchio perfetto, il quale riflette tutta la luce che cade su di esso formando un’immagine esatta dell’oggetto da cui proviene la luce. Si potrà pertanto dire che una superficie è tanto più lucida quanto più il suo comportamento si avvicina a quello di uno specchio nella sua capacità di riflettere la luce. Il lucido della carta è determinato solitamente illuminando il foglio con un fascio di raggi paralleli, secondo un angolo d’incidenza ben stabilito e misurando l’intensità della luce riflessa secondo un angolo uguale a quello d’incidenza. Lo strumento utilizzato è il glossometro. Il primo dato costruttivo di un glossometro è l’angolo d’incidenza della luce, che può variare a seconda del tipo di carta da esaminare. Esistono infatti apparecchi con angoli di 20°,45°,60°,75°.

Siccome l’intensità della luce riflessa aumenta fortemente con l’angolo d’incidenza, si tende ad esaminare le carte poco lucide con angoli d’incidenza elevati e quelle molto lucide con angoli bassi. Siccome il lucido della carta è di rado molto alto, la maggior parte degli apparecchi hanno adottato l’angolo di 75°.

Con questo angolo si misurano le carte calandrate, le carte patinate e le carte pergamin. Ad esempio le carte patinate gloss hanno valori di lucido più alti

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di un’eventuale altra carta tipo matt in quanto il caolino, come pigmento nella formulazione della ricetta patina, ha particelle di struttura lamellare che agiscono come specchietti elementari meglio di quanto non facciano le particelle rotondeggianti del carbonato di calcio.

5. LA LISCIATURA All’uscita della seccheria in quasi tutte le macchine continue è presente un sistema di lisciatura della carta. Si tratta di un’operazione che ha lo scopo di aumentare il grado di liscio e di dare al manufatto una massa volumica costante.

Nel caso di carte trattate superficialmente, ad esempio con patinatura, il sistema di lisciatura si compone generalmente, oltre alle lisce di fine macchina prima dell’arrotolatore, di una preliscia posta all’uscita della seccheria.

In entrambi i casi le lisce hanno il compito di correggere il profilo del supporto o della carta finita comprimendo la superficie del foglio rendendolo più liscio e di spessore regolare ed uniforme senza doppio viso al fine di favorire l’operazione di trattamento superficiale o di stampa nel caso in cui si tratti di carta naturale. Per lisciarlo il foglio viene introdotto nel nip (punto di contatto) dei cilindri della liscia dove viene sottoposto ad un’azione di pressatura ed eventualmente di riscaldamento. Il grado di liscio viene distinto dal cartaio con le seguenti espressioni: non lisciato, lisciato di macchina, lisciato, molto lisciato.

Lisciato di macchina significa che le caratteristiche superficiali della carta sono state più o meno influenzate dal suo passaggio attraverso i cilindri della liscia di macchina: tali cilindri possono essere costruiti in ghisa dura in conchiglia con superfinitura superficiale, riscaldati e non, e/o rivestiti in gomma di mescola speciale (soft-calender o Mat), che consentono di raggiungere elevati gradi di liscio riducendo limitatamente il volume specifico del foglio (la cosiddetta mano “VSA”) ed ottenere anche un buon grado di lucido conseguente alla lisciatura. Il foglio abbandona la seccheria con una superficie relativamente liscia. Con la fuoriuscita del vapore dal foglio la superficie viene violentemente tormentata, cioè si irruvidisce ancor di più. Il grado di ruvido viene ulteriormente aumentato dalle estremità delle fibre sporgenti dalla superficie del foglio nonché dalla marcatura dei feltri. Può quindi essere necessario spianare queste irregolarità in

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modo tale che la superficie diventi più liscia al fine di favorire i successivi trattamenti del foglio. Per questo si hanno due possibilità: - sottoporre la carta ad una elevata pressione, eventualmente con impiego di calore e quindi in condizioni di temperatura in modo da ripiegare le fibre sporgenti onde uniformarle alle altre, rimediando così alle irregolarità (lisciatura a pressione); - aggiungere alla pressione ed eventualmente al calore l’impiego dell’attrito di un corpo liscio a contatto con la carta (lisciatura a frizione o calandratura fuori macchina).

In ambo i casi il successo della lisciatura dipende dalla malleabilità e dall’umidità del foglio. Mediante un aumento ottimale dell’umidità, il foglio di carta acquisisce una certa deformabilità plastica che consente di ottenere una buona lisciatura.

Durante il processo di pressatura nella liscia si ha un addensamento del foglio. Questo comporta un aumento del peso specifico ed una maggiore trasparenza e quindi perdita in opacità. Il volume specifico (mano) tende a ridursi del 30% e anche più, mentre la superficie viene modificata grazie ad un allungamento longitudinale del 0,5 % nel senso di marcia e del 0,2 % in quello trasversale. Corrispondentemente quindi si riduce anche la grammatura, seppur di poco.

5.1 DESCRIZIONE DI UNA NORMALE LISCIA Il numero dei cilindri di una liscia dipende dal tipo di carta prodotta e dal fatto che la continua sia munita di una o due liscie.

Solitamente per le carte di tipo naturali la liscia si compone di 10 cilindri disposti come segue: - cilindro inferiore con diametro di 1000 mm.

- un cilindro adiacente all’inferiore con diametro di 600 mm.

- sette cilindri intermedi con diametro di 450 mm.

- un cilindro superiore con diametro di 600 mm.

Le spalle delle liscie possono essere del tipo chiuso, nel quale i supporti dei cilindri sono inseriti fra due montanti; l’inserimento e la rimozione dei

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cilindri avviene dall’alto e, se un cilindro nella parte inferiore della liscia deve essere cambiato, bisogna togliere prima tutti quelli al di sopra di esso. Oppure le spalle possono essere del tipo aperto , in cui i cilindri sono fissati contro la faccia delle spalle e, in questo caso, è possibile togliere qualsiasi cilindro nella direzione di macchina, senza lavorare sui rimanenti.

5.2 SOFT-CALENDERS PER LISCIATURA Nel momento in cui uno dei due cilindri che compongono la liscia è rivestito di un materiale sintetico di tipo morbido entriamo nella famiglia delle soft-calenders. Sono macchine in cui il nip di lisciatura si sviluppa grazie ad una combinazione di cilindri morbidi/duri che a seconda della configurazione adottata permettono di agire su un solo lato o su entrambi i lati della carta.

La tecnologia della lisciatura soft permette di raggiungere carichi lineari che superano i 350 N/mm e di raggiungere velocità oltre ai 1500 m/min e temperature superficiali oltre ai 200°C con rivestimenti morbidi dei cilindri la cui durezza varia dai 75° ai 95° Shore. La scelta di una corretta durezza del rivestimento del cilindro garantisce il livello desiderato di uniformità superficiale con un minimo aumento di densità migliorando contemporaneamente a seconda della configurazione adottata il profilo del liscio e del lucido.

Alcune configurazioni delle soft-calenders sono le seguenti:

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Le caratteristiche superficiali possono inoltre venire migliorate con l’utilizzo di sistemi soffianti vapore che possono essere installati sotto e/o sopra il foglio alla sommità dell’entrata del nip al fine di correggere un’eventuale carenza di umidità del foglio necessaria per conferirne la plasticità necessaria per ottenere un buon liscio e lucido.

La tecnologia delle soft-calenders si è sviluppata inoltre nel settore delle carte ad alto grado di lucido con sistemi che possono essere applicati sia in linea e che fuori linea. Si rimanda la trattazione di questa tipologia di macchine al capitolo 15.

5.3 COSTRUZIONE DELLE LISCE DI MACCHINA I cilindri della liscia sono in ghisa a grana fine che può essere lucidata a specchio. I cilindri sono fusi in conchiglia e lo spessore nello strato superficiale indurito è tale da permettere una lunga durata e molte rettifiche. Si usa ghisa perché questa, a seconda della rapidità del raffreddamento dopo la fusione, può assumere due strutture ben distinte: se il raffreddamento è rapido si ottiene una ghisa bianca a grana fine e se è lento, si ha della ghisa grigia. La differenza fra le due strutture è data dal comportamento del carbonio; la ghisa ne contiene circa il 3,5% che precipita sotto forma di grafite, dando alla struttura un aspetto grigiastro nel caso del raffreddamento lento. Il raffreddamento in conchiglia mantiene il carbonio in soluzione dando luogo alla formazione di un carburo di ferro estremamente resistente alla abrasione. In questo caso la frattura ha un aspetto biancastro. Durante il processo di fabbricazione di un cilindro di liscia, il corpo viene raffreddato in una forma metallica mentre i perni lo sono nella sabbia. La superficie cilindrica si raffredda rapidamente ed è molto dura, mentre la ghisa all’interno ed i perni si raffreddano più lentamente dando luogo a ghisa grigia che, pur essendo meno resistente alla pressione, è molto più resistente alle sollecitazioni meccaniche. Si noti che è impossibile indurire di nuovo la superficie consumata di un cilindro di liscia.

Alcuni costruttori forniscono cilindri con rivestimento in acciaio inossidabile che si applica direttamente alla ghisa con un processo di saldatura per uno spessore di circa 10 mm. La durezza finale del rivestimento in acciaio inossidabile dopo le rettifiche e la lucidatura è di 81-87 shore contro i 68-72 dei cilindri fusi in conchiglia.

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5.4 DUREZZA DEI CILINDRI La durezza superficiale dei cilindri si misura con l’apparecchio shore. Un cilindro normale usato che non sia stato sottoposto a corrosione o abrasione eccessiva, ha una durezza superficiale che va dai 68 ai 72 shore. Se le condizioni di lavoro lo richiedono, la durezza può arrivare fino ai 75-80 shore.

5.5 CILINDRI RISCALDATI A VAPORE Alcuni cilindri che compongono la liscia sono usualmente cavi e muniti di testate vapore agli estremi per l’alimentazione di vapore, da 2 a 8 atmosfere di vapore, a seconda dei casi. Nel caso delle lisce a 10 cilindri, i cilindri riscaldati vengono disposti fra due cilindri normali mentre nel caso delle soft e super calenders sono riscaldati i cilindri senza rivestimento, ed il loro effetto principale è quello di aumentare il grado di lucido del foglio; tuttavia si può avere anche l’effetto negativo di asciugarlo e per questo è bene tenere la pressione di vapore al minimo necessario Alcuni cilindri sono cavi ed al loro interno si fa circolare acqua fredda al fine di raffreddare la superficie del mantello la quale deposita condensa sul foglio, con conseguente miglioramento del liscio per effetto di un aumento della plasticità, ma con conseguente perdita di lucido e spessore.

5.6 IL BOMBÈ DEI CILINDRI I cilindri della liscia vengono rettificati con un bombé per compensare la freccia elastica dei cilindri stessi, causata dal peso proprio e da eventuale sovraccarico applicato al cilindro superiore. Il bombé dato al cilindro inferiore dipende dal peso proprio di tutti i cilindri più il sovraccarico applicato. Il bombé viene dato in modo che la generatrice superiore del cilindro a contatto con il rullo sovrastante sia orizzontale. Usualmente i cilindri intermedi sono rettificati cilindrici. È importante ricordare che il bombé viene eseguito in funzione di un carico ben definito e quindi cambiando il numero dei cilindri che lavorano in una liscia, e volendo sempre un carico uniforme lungo tutta la fascia, bisognerà variare anche il profilo di bombatura.

Un sistema che trova grande utilizzo in cartiera al fine di effettuare delle alterazioni convenienti sul profilo di bombatura si effettua applicando aria fredda al centro ed aria calda alle estremità del cilindro per ridurne il bombé, e viceversa

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per aumentarlo. In qualche caso, il problema della deformazione sotto carico del cilindro inferiore è stato parzialmente risolto con l’uso di rulli antiflessione.

Un cilindro di questo tipo ha un mantello normale di ghisa conchiglia, sostenuto da un albero passante di acciaio. L’albero, che ha un diametro metà circa di quello del mantello, è montato alla pressa o a caldo nel mantello. Esso sostiene quest’ultimo in due punti in modo che, sotto carico, l’albero si flette ed il mantello rimane quasi dritto. Questo tipo di cilindro non ha quindi bombé e viene usato per quei tipi di carta per i quali si debba variare il numero dei cilindri nella liscia. Si hanno dei cilindri antiflessione in continue che producono carta a 500 mt/min su una larghezza che va dai 3 m ai 5 m e diametri che vanno dai 600 ai 900 mm.

Al di là di questa bombatura che possiamo definire statica ossia fissa, studi meccanici hanno introdotto due nuovi concetti in termini di bombatura ossia il cilindro Kuester ed il cilindro Nipco i quali permettono variazioni di tipo continuo e radicale.

5.6.1 CILINDRO KUESTER È costituito da un albero centrale fisso, su di esso sono supportati due cuscinetti che delimitano la larghezza del cilindro e consentono al mantello esterno di girare. Tramite due barre di bronzo longitudinali l’interno del cilindro si divide in due camere indipendenti una dall’altra e percorse entrambe da olio.

Tale passaggio dà origine ad una certa pressione uniforme su tutta la larghezza

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del cilindro. Nelle due camere si hanno pressioni diverse e quindi si crea una differenza di pressione (Dp). La curvatura o bombè del cilindro si ottiene appunto agendo su questo Dp. Come si può notare dalle figure, se la pressione è maggiore in B il cilindro sarà curvato verso l’alto (Kuester inferiore); se invece la pressione è maggiore in A il cilindro sarà curvato verso il basso (Kuester superiore).

5.6.2 CILINDRO NIPCO Il cilindro Nipco ha la stessa funzione del cilindro Kuester, ma permette di effettuare una regolazione della bombatura in maniera più settoriale ed in varie zone del cilindro. Esso è costituito al suo interno da una serie di pistoncini oleodinamici distribuiti su tutta la larghezza del mantello lungo la linea del Nip ed hanno la possibilità di ricevere pressioni d’olio differenziate per più settori

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(normalmente 6). Ciò permette di correggere abbastanza facilmente eventuali irregolarità che si possono evidenziare sulla larghezza del rotolo di carta.

5.7 I COLTELLI RASCHIATORI E LA PULIZIA CON LIQUIDI I coltelli sui cilindri della liscia hanno due funzioni: - evitare che il foglio avvolga i cilindri in fase di rottura - mantenere i cilindri puliti e lucidi Il corpo dei coltelli raschiatori è molto robusto al fine di evitare deformazioni e vibrazioni. Le lame sono di materiale metallico flessibile, fusioni di acciaio da molle, bronzo, ecc., inserite al corpo in una feritoia o fissate con dispositivi a molla. È molto importante fare attenzione che le lame siano ben allineate e che i portalama non siano distorti, altrimenti la superficie dei cilindri potrebbe essere segnata. L’angolo della lama rispetto al cilindro deve essere misurato con calibro in modo da non danneggiare il cilindro pur assicurandone la pulizia superficiale. La lama viene sollevata con dispositivi pneumatici nelle macchine moderne e a mano in quelle di vecchia progettazione. Ad evitare che

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sostanze estranee si fermino fra coltello e superficie del cilindro, è ormai di uso normale fare oscillare i coltelli attraverso dispositivi meccanici ad albero eccentrico o con sistemi pneumatici o idraulici. Si è notato che con i coltelli oscillanti la superficie dei cilindri si mantiene in condizioni migliori che con quelli fissi.

Per quanto riguarda la pulizia dei cilindri questa si deve fare manualmente con stracci impiegando liquidi come kerosene, gasolio, petrolio. È assolutamente proibito intervenire sulla superficie della liscia manualmente con qualsiasi tipo di materiale abrasivo se non solamente in fase di tornitura.

5.8 RETTIFICA DEI CILINDRI -

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tutti i cilindri della liscia devono venire rettificati, assicurandosi che i difetti superficiali siano eliminati in tutti i cilindri in quanto un eventuale marcatura superficiale presente anche in un solo cilindro si trasferirà in poco tempo di esercizio sulla superficie degli altri. dopo la rettifica, i cilindri, ad eccezione di quello inferiore, dovrebbero avere una superficie perfettamente cilindrica e quanto più concentrica è possibile con i perni. durante la rettifica bisogna assicurarsi con scrupolo che tutti i difetti siano allontanati dalla superficie del cilindro. prima di effettuare la rettifica di un cilindro bisogna attendere che esso si raffreddi. effettuare la rettifica con una rettificatrice priva di vibrazioni per evitare segni di mola sui cilindri controllare nella liscia il contatto perfetto dei cilindri, disponendo una luce posteriormente ad essi: se i cilindri sono stati rettificati a dovere non deve passare luce.

5.9 CURA DELLA LISCIA -

se si fa marciare la liscia senza carta, la superficie dei cilindri assume ruvidità ed un’usura anormale.

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sollevare i cilindri in modo che non vi sia contatto tra di essi durante fermate lunghe della continua, ciò per evitare deformazioni dei cilindri e formazione di ruggine o corrosione lungo le generatrici di contatto, avendo cura di togliere acqua e vapore prima di rompere il foglio; fermare il ventilatore di raffreddamento. togliere immediatamente i fogliacci di rottura che bloccano la liscia in quanto un cilindro fermo ha un zona di usura piatta o subisce una bruciatura superficiale. pastiglie di carta umida, macchie di catrame ecc.. che aderiscono alla superficie del cilindro devono essere tolte immediatamente per evitare sfaccettature dello stesso. controllare periodicamente i cuscinetti e il livello dell’olio di lubrificazione: eventuali loro difetti possono far si che uno o più cilindri subiscano uno spostamento assiale che porta a cuscinetti surriscaldati i quali a loro volta trasmettono calore alla testata del cilindro facendone aumentare il diametro e di conseguenza si avranno rotoli con bordi molli. per evitare il fenomeno della barratura dei cilindri di una liscia nuova, basta metterla in funzione senza immettervi calore, farla girare fino a che la temperatura di tutti i cilindri sia uniforme. i cilindri che non vengono adoperati nella liscia (di scorta) devono essere puliti e subire un trattamento antiruggine con materiale che formi un film protettivo sulla superficie.

5.10 DIFETTI DELLA LISCIA -

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ANNERIMENTO DEL FOGLIO. Se l’umidità nel foglio alla liscia è eccessiva, si avrà annerimento o la marezzatura (mottling) con la conseguenza di un assorbimento disomogeneo dell’inchiostro in fase di stampa. Si può evitare tutto questo con un appropriato uso del vapore negli essiccatori.

TAGLI ALLA LISCIA. Se il foglio non è sufficientemente teso fra gli essiccatori contigui le tele essiccatrici tese provocheranno delle pieghe ai bordi del foglio, lungo le quali si verificheranno tagli al passaggio in liscia.

Lo stesso può avvenire quando il tiro alle presse è insufficiente: i bordi si piegano nella zona di contatto delle presse e si tagliano in liscia.

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CORIANDOLI ALLA LISCIA. Sono pezzettini di carta che aderiscono alla superficie del cilindro. Essi provocano una marcatura della carta e devono essere rimossi o intervenendo manualmente o agendo sul coltello raschiatore.

BORDI MOLLI. Dovuti probabilmente a bombè insufficiente dei cilindri pressa CENTRI MOLLI. Dovuti probabilmente a bombè eccessivo alle presse.

FASCE DURE E MOLLI. Quando il foglio si avvolge all’arrotolatore, è facile rilevare disuniformità di volume a cui corrispondono fasce dure e molli nel rotolo. Le zone dove il volume è alto corrispondono a fasce dure in quanto lo spessore maggiorato del foglio aumenta la tensione di avvolgimento. Le variazioni di volume nel foglio sono dovute alla parte umida della continua e un’azione di correzione che l’operatore alla liscia può fare è quella di modificare il diametro dei cilindri variandone la temperatura con aria fredda.

Dove si ha una fascia molle sul rotolo significa che il foglio in quel punto è più sottile. Attraverso ad un sistema di ventilazione con portate fino a 200 m3/min con una pressione di 0,1 atmosfere che aspira aria fredda dall’esterno della cartiera e la convoglia in un distributore ad ugelli a portata regolabile intervallati a distanze di 10-15 cm l’uno dall’altro e con aperture di insuflaggio di circa 20mm a 14°C di temperatura, posizionati parallelamente alla liscia. L’operatore di macchina posiziona il getto d’aria fredda contro i cilindri della liscia in corrispondenza della fascia riducendone così leggermente il diametro frutto di dilatazione per effetto del calore di attrito; conseguentemente anche la pressione sul foglio diminuirà, permettendo al volume di aumentare. Al contrario in alcuni casi viene usata aria calda soffiata sui cilindri al fine di favorirne la dilatazione per correggere le fasce dure del rotolo. Nel caso delle soft-calenders non è necessario avere un dispositivo di aria di raffreddamento dei cilindri in quanto l’azione di deformazione del mantello viene fatta intervenendo sulle pressioni interne settoriali dei sistemi di regolazione della bombatura. Vedi paragrafo 5.6 e seguenti.

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6. CENNI SULLA TECNOLOGIA DELLA LISCIATURA MONOLUCIDA La carta cosiddetta monolucida è quella carta che presenta una superficie perfettamente liscia e lucida ed una superficie ruvida. Questa carta trova ampie applicazioni come carta da avvolgere, da imballo, per buste, per manifesti ecc. Il principio su cui si basa la produzione della carta monolucida consiste in un preessiccamento del nastro di carta che viene poi fatto passare su un cilindro essiccatore di grande diametro. Perché il nastro di carta aderisca bene alla superficie di questo cilindro al lato della introduzione viene premuto contro la superficie del cilindro da una cosiddetta pressa del monolucido. Nel pressare sulla superficie del monolucido si completa l’essiccamento della carta. La carta diventa lucida in corrispondenza della superficie che è a contatto con la superficie del cilindro monolucido.

Per ottenere la lisciatura e la lucidatura ad un solo lato si approfitta della capacità di ritiro del foglio, solo parzialmente disidratato in seccheria, e quindi di un’azione di sfregamento della carta contro la superficie del monolucido. La pasta umida da carta ha la proprietà di ritirarsi durante l’essiccamento. Quanto più la carta è grassa tanto più il ritiro è elevato e viceversa. Le carte molto grasse si ritirano quando possono farlo senza impedimenti fino all’80% della loro dimensione iniziale. Se un foglio, avente capacità di ritiro e con il 60% ca. di umidità, viene steso e pressato contro un cilindro di grande diametro (cilindro monolucido) in modo che le forze di aderenza dovute al contatto con la sua superficie ostacolino la riduzione dimensionale conseguente al suo ritiro, il foglio stesso si metterà in tensione dando origine ad un fenomeno di lisciatura e lucidatura al lato sopradetto. Il grado di lucido dipende dalla capacità di ritiro del foglio di carta a contatto con il cilindro, propria della natura e dello stato del materiale fibroso, dalla lunghezza della circonferenza del cilindro, dalla pressione all’ingresso e dall’adesività del foglio sulla superficie del monolucido, dalla finitura superficiale del cilindro e dal suo riscaldamento: dipende perciò anche dalla conducibilità termica del materiale di base del mantello e dall’efficienza dell’impianto di alimentazione del vapore e di scarico delle condense. Minore è il diametro del cilindro e la pressione esercitata all’ingresso del foglio e minore sarà l’aderenza dello stesso al cilindro e minore quindi

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l’effetto monolucido sulla carta. L’adesione si verifica in quanto, all’inizio, c’è un sottile film d’acqua tra foglio e monolucido. All’essiccarsi della carta, questo film diventa sempre più sottile e si ha un aumento dell’adesione che, in fine, ha luogo direttamente fra carta e metallo: quando la carta si asciuga del tutto, il ritiro la staccherà dal monolucido. L’adesione viene regolata dalla plasticità del foglio quando viene a contatto del cilindro e dalla superficie del cilindro stesso. Il lucido ed il liscio del foglio dipendono dall’adesione: se questa e forte e uniforme, lucido e liscio saranno buoni. Se l’adesione non è uniforme, come ad esempio se la superficie del cilindro è sporca, l’adesione e quindi il lucido saranno scadenti.

Oltre a ciò, poiché l’acqua evaporata può lasciare il foglio solo dal lato opposto a quello a contatto con il cilindro detta superficie verrà ininterrottamente tormentata e irruvidita dalle goccioline di vapore che fuoriescono dal foglio durante l’essiccamento, accrescendo così il fenomeno del doppio viso di lisciatura.

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7. PRINCIPI FISICO-MECCANICI LEGATI ALLA CALANDRATURA Per soddisfare le esigenze di un mercato che ha sempre più bisogno di tipi di carte più performanti in termini di lucido, liscio, e spessore, si rende necessario l’utilizzo di una macchina che sia in grado di esaltare queste caratteristiche. Nell’operazione di calandratura si sfruttano due principi meccanici: la pressione e l’effetto di frizionamento che si produce con il contatto di materiali di diversa durezza superficiale, ed inoltre, in molti casi, il riscaldamento dei cilindri in ghisa. La carta, per effetto delle materie prime impiegate, fibra di cellulosa, collanti, cariche minerali, ecc., e per il complesso processo di fabbricazione in macchina continua, possiede una struttura disomogenea nella quale si alloggiano anche grandi quantità di spazi vuoti. La pressione applicata riduce queste imprecisioni della struttura, eliminara l’aria e dà uno spessore più uniforme. Inoltre la pressione esercitata sui cilindri, che sono di materiale diverso e quindi di durezza diversa, da origine ad una deformazione superficiale del rullo più morbido (vedi disegno A) detta nip di calandra.

L’effetto meccanico che si manifesta sul foglio di carta è il frizionamento e dipende da quanto si deformano e diminuiscono di diametro nella zona centrale del nip i cilindri elastici a contatto con la carta (vedi disegno B), la quale si trova a contatto con due superfici di durezza e rugosità diverse. Questa deformazione dipende anche dalla pressione applicata, dalla durezza del cilindro elastico e dalla differenza di diametro dei cilindri. I cilindri in ghisa sono infatti di raggio inferiore rispetto a quelli elastici e questo fattore determina una maggiore capacità di deformazione del cilindro elastico nei confronti di quello in ghisa.

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Come possiamo vedere dai disegni precedenti, la differenza graduale dei diametri che si manifesta dall’inizio della zona di contatto dei due cilindri provoca differenti velocità periferiche nelle varie zone. In entrata avremo una decelerazione che dura fino al punto centrale del nip, mentre in uscita si produce un’accelerazione fino al raggiungimento del diametro nominale del rullo elastico.

La carta, che tende ad aderire al rullo elastico, in quanto più ruvido di quello metallico, subisce così un frizionamento e viene a manifestarsi sulla superficie del foglio a contatto del cilindro in ghisa un notevole aumento del grado di lucido. Quanto descritto sopra, inoltre innesca molte altre lavorazioni fisiche e meccaniche, che possono essere positive o negative in relazione all’utilizzo finale della carta. L’effetto della pressione e della larghezza del NIP che nella calandra può raggiungere anche 8 mm, interviene sullo spessore del foglio rendendolo più uniforme in tutta la sua larghezza, variando però i valori di tutte le resistenze meccaniche che si erano riscontrate prima di tale lavorazione.

Aumenta notevolmente il grado di liscio della superficie, diminuisce la permeabilità all’aria ed ai grassi. Si manifesta una diminuzione del volume specifico, un abbassamento del bianco e dell’opacità. Inoltre durante questa lavorazione si manifestano notevoli aumenti di temperatura dovuti agli attriti, che possono causare inscurimenti superficiali della carta.

La carta contenente un certo grado di umidità, durante il suo passaggio tra le presse, svolge due compiti molto importanti per la durata dei rulli elastici: raffredda e mantiene pulita la superficie dei cilindri. Sarà quindi preferibile ottenere dalla carta le caratteristiche desiderate di lucido liscio e spessore agendo sulla pressione, senza saltare alcun nip di contatto. Inoltre, in base a ricerche e prove effettuate sulla calandratura, si può affermare che la carta subisce un forte aumento del lucido e del liscio già dopo pochi passaggi e i nip successivi possono attenuare difettosità impartite da marcature presenti nei cilindri elastici delle posizioni superiori della calandra. Un maggior numero di cilindri utilizzati garantisce quindi un lucido maggiore, riduce l’effetto delle marcature e per questo garantisce una maggior stabilità delle proprietà della carta e in particolare un liscio più uniforme. Tutte queste considerazioni vanno tenute presenti al fine di operare nel modo corretto per ottenere sulla carta le caratteristiche richieste dall’utilizzatore finale. Si può infatti utilizzare la macchina in modo diverso, a seconda delle diverse tipologie di carta da produrre.

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8. INFLUENZA DELLE CARICHE Durante la fabbricazione della carta vengono aggiunte all’impasto delle sostanze minerali che hanno il compito di migliorare talune proprietà del supporto cartaceo ed abbassare i costi di produzione. Queste sostanze infatti hanno un prezzo molto più basso della cellulosa. Con l’introduzione di una quantità corretta di carica si ottengono i seguenti miglioramenti: - aumento dell’opacità; - aumento del grado di bianco; - maggior stabilità dimensionale; - risparmio in cellulosa.

Queste sostanze hanno inoltre il vantaggio di migliorare notevolmente l’effetto della calandratura. Si deve comunque tenere presente l’utilizzo finale della carta e scegliere la sostanza di carica più idonea alla tipologia di carta da realizzare. Utilizzando ad esempio il carbonato di calcio otterremmo un foglio con un grado di bianco ed una voluminosità elevata; durante la calandratura però il carbonato di calcio da origine ad un grado di lucido inferiore a quello ottenibile con il caolino e questo dipende dalla struttura fisica della sostanza carica. Nel primo caso le particelle hanno una forma simile a cubetti che durante la formazione del foglio si dispongono in modo disordinato e visto il loro alto spessore danno origine ad un foglio molto voluminoso; nel caolino queste particelle sono di struttura lamellare, scaglie piatte, che durante la formazione del foglio sulla tela riescono a distribuirsi sulla superficie in modo più uniforme aumentando così l’opacità e dando origine ad un foglio meno voluminoso.

Durante l’azione di calandratura le particelle di caolino si lasciano lucidare maggiormente, di conseguenza avremmo un foglio con un grado di bianco inferiore ma molto lucido.

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9. INFLUENZA DELL’UMIDITÀ Un altro fattore di primaria importanza è la quantità d’acqua che il supporto cartaceo deve contenere prima della fase di calandratura. L’acqua contenuta nella carta ha un effetto plastificante sulle fibre ed esercita un’azione diretta sui legami interfibra. Per questo motivo un supporto con un contenuto d’acqua superiore alla quantità che non va bene normalmente per altre lavorazioni, nella calandratura offre dei risultati migliori in termini di lucido e liscio. Allo stesso tempo, un contenuto d’acqua troppo elevato, può dare origine ad un inscurimento superficiale. Esiste poi un altro problema legato alla quantità e all’uniformità d’acqua contenuta nel supporto da calandrare, ossia la formazione nella bobina calandrata di zone con durezza disomogenea. Questo difetto, se il profilo di grammatura è costante e le condizioni operative di macchina sono ottimali (stato di usura e condizionamento dei cilindri elastici), il più delle volte è da attribuire ad un profilo d’umidità incostante. Il peso della carta e lo spessore, infatti, variano aumentando o diminuendo in relazione alla quantità d’acqua in essa contenuta. Durante la calandratura oltre all’azione meccanica di pressione e frizione, la carta subisce un’azione termica nella quale parte dell’umidità in essa contenuta evapora. Nel caso in cui ci siano delle fasce più umide localizzate, può quindi avvenire una situazione iniziale di maggior appiattimento della parte più umida, dando luogo ad un abbassamento di spessore, seguita da un effetto contrario dovuto al raffreddamento dei cilindri in queste zone più bagnate. Per effetto di questo raffreddamento localizzato delle presse il nastro di carta subirà un’azione più blanda ed aumenterà quindi di spessore, determinando così delle fasce più dure.

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10. OPERAZIONE DI BAGNATURA DELLA CARTA Esistono due grandi famiglie di carte: - carte patinate - carte naturali Le carte patinate in genere non necessitano di una fase di umettazione o bagnatura prima della calandratura. La loro particolare costituzione che comprende la presenza di leganti, influisce positivamente sulla plasticità del supporto e consente di ottenere buoni risultati in termini di lucido e di liscio anche con valori di umidità non eccessivamente elevati. È sufficiente quindi avere cura di produrre in macchina continua se si ha un sistema di patinatura in linea, o in patinatrice una carta con un contenuto di umidità assoluta che si avvicini al 6/7%. Nelle carte naturali, per le quali si desideri ottenere dei gradi di lucido elevati, si rende indispensabile produrre in macchina continua un supporto molto secco allo scopo si non avere grosse variazioni del profilo di umidità e compiere successivamente un’operazione di bagnatura prima della calandratura.

Per effettuare questa operazione si utilizza una macchina chiamata umettatrice o bagnolo.

Essa è composta da uno svolgitore e da un avvolgitore dove la carta viene svolta e riavvolta umida. Tra lo svolgitore e l’avvolgitore è installato il gruppo umidificatore formato da un rullo messo a bagno in una vaschetta piena d’acqua (rullo tuffante); appoggiato ad esso nella parte superiore è posta una spazzola di forma cilindrica (bagnolo) composta da fili di fibre sintetiche.

La velocità di rotazione di questa spazzola è fissa e per effetto del contatto con il cilindro tuffante bagnato, asporta l’acqua che si è trascinata dietro il rullo tuffante e la spruzza sulla superficie della carta che si trova sulla sua traiettoria.

In genere il bagnolo gira ad una velocità fissa e per variare la quantità d’acqua spruzzata sulla carta si varia il numero di giri del rullo tuffante. In questo modo avremmo la seguente relazione: più giri del cilindro tuffante corrisponde ad una maggior quantità d’acqua spruzzata. La percentuale d’acqua che si dà alla carta in umettatrice varia a seconda delle caratteristiche che deve avere la carta dopo la

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calandratura e va dal 7% fino al 25% di umidità assoluta per carte molto trasparenti e chiuse.

Con tale conformazione si può facilmente immaginare l’impossibilità di regolare il sistema in maniera settoriale e rendere precisa la bagnatura per ridurre eventuali difettosità che potrebbero accentuarsi con la calandratura. È stata creata a questo proposito un secondo tipo di umettatrice che si differenzia dalla prima solo per la modalità di applicazione dell’acqua. Al posto della spazzola e del cilindro tuffante possiede una cassa d’acciaio sulla quale sono montati degli ugelli che coprono l’intera superficie ed ognuno di essi ha la possibilità di spruzzare una quantità d’acqua diversa. Questo sistema sfrutta l’utilizzo dell’aria compressa, che aumentando o diminuendo di pressione mediante regolatori, fa aumentare o diminuire la quantità d’acqua in uscita da ogni singolo ugello creando così un profilo di umidità adeguato alle richieste che si presentano durante la calandratura.

Al termine di questa operazione per uniformare l’umidità all’interno di tutto il rotolo è necessario attendere per un tempo che va da un minimo di due ore fino a otto-dieci ore per carte pergamino, prima di effettuare l’operazione di calandratura. Durante questa attesa è bene avere a disposizione un’attrezzatura che ci consenta di disporre le bobine in modo che non tocchino il suolo in quanto i rotoli bagnati hanno una durezza inferiore a quelli prodotti sul pope della macchina continua e per questa ragione se accatastati o disposti sul pavimento possono ovalizzarsi superficialmente diventando così causa di forti vibrazioni successivamente durante la lavorazione in calandra.

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11. INFLUENZA DELLA TEMPERATURA Per effetto della compressione che i cilindri in ghisa esercitano sulle presse elastiche, si verificano attriti e gran parte di questi attriti si trasformano in calore. La temperatura aumenta proporzionalmente alla pressione applicata, alla velocità ed all’elasticità dei cilindri elastici. Per alcuni tipi di carte che non necessitano di molto calore per raggiungere le caratteristiche desiderate, la temperatura ottenuta dall’autoriscaldamento dei cilindri risulta quindi sufficiente.

Se però serve una temperatura superiore, ad esempio per raggiungere un grado di secco più elevato all’uscita della calandra con alte velocità, si è costretti ad utilizzare cilindri riscaldati. Il riscaldamento dei cilindri in ghisa è necessario quando si esercita una pressione lineare bassa che quindi non riesce a generare un sufficiente surriscaldamento dei cilindri, oppure quando si vogliono ottenere dalla carta effetti speciali di calandratura, ad esempio, un’alta trasparenza e densità elevata. Per ottenere queste caratteristiche si utilizzano normalmente presse elastiche con una durezza elevata che danno quindi deformazioni minime.

Il riscaldamento dei cilindri in ghisa dà origine a problematiche legate a dilatazioni termiche. Il diametro esterno varia infatti con l’aumentare ed il diminuire della temperatura. È necessario, allo scopo di ottenere dei buoni risultati di calandratura, effettuare delle misurazioni periodiche su tutta la superficie lineare dei cilindri in ghisa, per verificare che non ci siano variazioni rilevanti di temperatura.

Il vapore che viene insufflato nei cilindri in ghisa, viene prodotto dalla centrale termica. Il vapore saturo possiede temperature che sono in relazione alla pressione di utilizzo: ad esempio in macchina continua sono sufficienti 3 kg/cm2 di pressione per raggiungere una temperatura di circa 130°C sufficienti ad essiccare la carta. Durante la calandratura, per la quale occorrono temperature più elevate nell’ordine dei 180°C, il vapore viene spillato ad una pressione superiore che può arrivare fino a 12 kg/cm2. L’utilizzo del vapore provoca anche problematiche di carattere meccanico perché il processo della satinatura è discontinuo e quindi implica variazioni frequenti di temperatura. Dette variazioni provocano sovente perdite dagli introduttori di vapore causate dalle continue dilatazioni a cui sono sottoposte. Sebbene sia possibile, mediante l’utilizzo di valvole elettromagnetiche, mantenere in certa misura il livello oscillante della

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temperatura ai suoi valori massimi e quindi regolare la fornitura di vapore, il livello di calore che si ottiene sui cilindri in ghisa non è possibile mantenerlo in modo così costante quanto sarebbe auspicabile e necessario per l’uniformità dell’effetto di calandratura.

Nelle macchine di recente fabbricazione e che per tipologia di lavorazione non necessitano di temperature superiori a 140-150°C, si è realizzato un sistema di riscaldamento che utilizza un liquido, che può essere acqua o olio. Questo sistema ha il vantaggio di ovviare a taluni problemi di sicurezza che l’utilizzo del vapore presenta, inoltre, mediante sensori di temperatura posti in entrata ed in uscita dai cilindri si riesce a mantenere una temperatura costante ed uniforme su tutta la superficie del mantello in ghisa. Il liquido viene introdotto da un lato del cilindro ed esce dal lato opposto. Con questo sistema si può facilmente immaginare come durante la percorrenza della superficie interna del cilindro il liquido perda potere calorifico. Per risolvere questo problema è necessario introdurre il liquido in ordine di percorrenza alternata da un lato all’altro dei cilindri. Questo sistema può essere impiegato anche per raffreddare i cilindri in ghisa; il circuito infatti in questo caso è sdoppiato ed il liquido utilizzato è l’acqua. In un circuito il liquido viene riscaldato, nell’altro invece viene fatto passare attraverso un sistema di raffreddamento e successivamente inviato ai rulli metallici, oppure alle presse elastiche che a loro volta possono esigere questo tipo di raffreddamento, facendo passare l’acqua attraverso il tubo costituente l’anima del cilindro che si trova in contatto ravvicinato con il rivestimento elastico.

Particolare importanza riveste il numero dei cilindri con i quali la carta viene a contatto, infatti durante la lavorazione essa sottrae calore alle presse evitando che la temperatura si innalzi eccessivamente.

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12. CARATTERISTICHE CHE DEVE AVEREUNA CALANDRA La calandra meccanicamente è formata da due robuste spalle, alle quali vengono fissate un’alternanza di presse elastiche e di cilindri rigidi in ghisa. La calandra classica è composta solitamente da dodici cilindri, mentre la supercalandra è dotata da un numero maggiore di cilindri sovrapposti che possono arrivare fino a sedici. Nella parte superiore normalmente si può trovare un terrazzo sul quale è posto lo svolgitore, costituito da due supporti che servono a sostenere l’anima su cui è avvolta la bobina di carta. Lo svolgitore può essere motorizzato nei due sensi di svolgimento; in questo modo possiamo caricare il rotolo dritto o rovescio (senso di rotazione di macchina),risolvendo così problematiche dipendenti da fasce o cordonature che possono cambiare all’interno del rotolo l’ordine delle due superfici. Successivamente il nastro di carta viene a contatto con un cilindrino in acciaio, che può essere dotato di un sensore a cella di carico. La cella di carico in questione ha lo scopo, una volta che l’operatore ha impostato il tiro che vuole dare al nastro di carta, di mantenere questo tiro costante; essa quindi rivela i kg/cm di forza necessaria per l’avanzamento del nastro di carta e tramite un’apparecchiatura elettronica agisce aumentando o diminuendo la frenatura applicata dallo svolgitore sulla bobina di carta e mantenendo costante questo valore. La struttura centrale è costituita da un pacchetto di cilindri rigidi ed elastici, posti uno sopra l’altro in modo alternato fino a raggiungere circa metà della calandra dove troviamo due presse elastiche contigue chiamate anche gemelle (normalmente la posizione è più bassa della metà perché nel posizionamento si tiene conto dell’effetto sommatorio del peso dei cilindri che va ad influire sulla pressione che si viene a creare nella parte più bassa della calandra e quindi agisce direttamente sui valori del lucido della carta).

Lo scopo di queste due presse elastiche accoppiate l’una contro l’altra, è quello di far si che la superficie del supporto cartaceo inverta il lato (tela o feltro) di contatto con i cilindri rigidi ed elastici, durante la sua discesa attraverso i cilindri.

Nella prima serie di cilindri la superficie superiore della carta aderisce ai cilindri elastici, dopo le gemelle la stessa superficie andrà invece a contatto con i rulli in ghisa. Questi cilindri, come già spiegato in precedenza, mediante la specularità del loro mantello hanno il compito di conferire il lucido al foglio di

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carta. Nell’estremità superiore ed inferiore della calandra sono alloggiati i cilindri in ghisa anch’essi con superficie speculare che generalmente sono a bombè controllato denominati Kuester o Nipco. Lo scopo dell’introduzione di questi cilindri nelle calandre è quello di correggere la normale tendenza dei rulli a flettersi verso il basso (freccia) sotto l’effetto del proprio peso. Ciò produrrebbe una rotazione irregolare che causerebbe vibrazioni indesiderate e nocive ad alte velocità e variazioni di pressioni sul profilo della pressa stessa.

12.1 I CILINDRI ELASTICI Negli ultimi anni con l’aumento della velocità di esercizio delle calandre e dopo che l’amianto, impiegato per la sua ottima resistenza al calore è stato dichiarato materiale nocivo, le ditte fabbricanti di rivestimenti elastici per cilindri hanno dovuto modificare in modo sostanziale la materia prima utilizzata.

Attualmente i rivestimenti più utilizzati sono composti da percentuali variabili di cotone e lana. La fabbricazione di questi materiali avviene come per la realizzazione del foglio di carta tradizionale e si utilizza una comune macchina continua. Se si vuole ottenere un cilindro che resista bene al calore la percentuale di cotone aumenta e può raggiungere il 100% dando così luogo ai cilindri bianchi. La durezza dei rivestimenti che si utilizzano nelle calandre moderne può variare dagli 82 ai 90° Shore. Il rivestimento nasce dall’unione di migliaia di fogli di questa carta speciale, presagomati, che vengono preventivamente deumidificati in un tunnel d’aria calda, successivamente fustellati ed infilati nell’albero d’acciaio che costituisce l’anima della pressa e sottoposti ad una forte pressione che raggiunge valori di 800 chilogrammi per centimetro quadrato consentendo così di ottenere un corpo unico, duro e resistente. Il tutto viene tenuto bloccato da due flangie laterali che hanno il compito di tenere in pressione tutto il rivestimento.

I cilindri così ottenuti vengono infine sottoposti a rettifica per conferire loro una forma circolare ed una superficie perfettamente liscia e regolare. Questi tipi di rivestimento sono però molto delicati, si ammaccano facilmente e possono resistere fino a temperature inferiori a 120°C. Con temperature di esercizio molto elevate si possono verificare a volte delle bruciature superficiali del rivestimento con pezzi di materiale che si staccano dando origine a dei buchi sulla superficie dei rulli. In questo caso si deve procedere alla tornitura della pressa asportando

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tutto il rivestimento fino ad eliminare completamente la bruciatura in questione.

In alternativa ai cilindri descritti oggi sono in commercio dei rivestimenti particolari, realizzati con materiali sintetici (polimerici) dello spessore di 15/20 mm stesi direttamente sul mantello, che oltre a permettere temperature di lavoro molto elevate, sono caratterizzati da una buona capacità di assorbire le marcature grazie all’alto coefficiente di Poisson (coefficiente di incomprimibilià o deformazione 0,3-0,35 contro il 0,18 della cotone) ed inoltre la loro rettifica si rende necessaria solamente ad intervalli di tempo di 2-6 mesi di esercizio accompagnati da controlli sul profilo ogni 1.000 ore. Essi danno però caratteristiche di lucido inferiori ai cilindri in carta lana, tuttavia, inserendoli nelle posizioni inferiori della macchina, dove il calore è più elevato e dove il rullo ha un compito di finitura, si riescono ad ottenere ottimi risultati. Lo scarso impiego di questi cilindri è essenzialmente dovuto al loro prezzo eccessivo.

12.2 RACCOMANDAZIONI PER L’USO CORRETTO DELLE PRESSE ELASTICHE IMMAGAZZINAGGIO. L’immagazzinaggio dei cilindri elastici non deve mai avvenire in ambiente umido. L’aria deve circolare liberamente tra essi e la temperatura non deve subire brusche variazioni e mai scendere al di sotto dei 15°C. È importante non appoggiare i cilindri sul rivestimento e mantenerli in lenta rotazione con apposita rastrelliera a compensazione delle inevitabili flessioni che si generano quando sono a riposo.

RODAGGIO. La messa in servizio di una calandra nuova o di una pressa con nuovo rivestimento deve essere preceduta da una lavorazione di finitura superficiale secondo la comune pratica adottata in cartiera. La messa in servizio deve avvenire installando inizialmente il cilindro nella posizione più alta della calandra, facendolo ruotare alla velocità di 100/150 m/min caricato del solo peso proprio. I giri di velocità e pressione d’esercizio devono essere aumentati progressivamente fino ai limiti richiesti, facendo attenzione che la temperatura sia uniforme su tutta la superficie della tavola. Si consiglia di prolungare questa fase di rodaggio per circa tre ore. Successivamente il cilindro dovrà occupare con gradualità dall’alto verso il basso le posizioni inferiori della calandra.

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ESERCIZIO. Profili di grammatura, umidità e spessore regolari favoriranno la durata e la resa dei cilindri. I cilindri raffreddati e/o quelli riscaldati della calandra devono garantire uniformità di temperatura su tutta la tavola. I sistemi di raffreddamento e/o riscaldamento devono evitare sbalzi improvvisi di temperatura e devono essere sufficientemente flessibili e rapidi nell’intervento per poter seguire le condizioni di lavoro della calandra che prevede accelerazioni.

Inoltre vi è una parte del rivestimento, la più esterna (bordi) delle presse elastiche, che non è usata durante la calandratura, in quanto esso è più largo del formato carta. Queste zone fuori formato carta vanno incontro a diversi rischi.

Poiché queste zone sono surriscaldate sia dal contatto con i cilindri in ghisa caldi sia per effetto dell’attrito meccanico, anche se la temperatura assoluta del rivestimento rimane sotto la soglia massima ammessa, la situazione può diventare critica se la differenza di temperatura della zona del rivestimento che lavora a contatto con la carta e la zona “fuori carta” raggiunge il massimo T ammesso. Spesso il foglio è umido quando entra nella supercalandra, e perciò mantiene il rivestimento in formato carta ad un temperatura bassa. Spesso i cilindri in alto (i primi sul percorso carta) sono i più riscaldati con il risultato di raggiungere facilmente alte temperature specie nelle zone fuori formato carta.

D’altra parte anche nelle basse posizioni della supercalandra si verificano problemi. I carichi lineari (pressione) sono in questa zona più alti, provocando una più piccola distanza fra il rivestimento e i cilindri in ghisa. Questa distanza diminuisce all’aumentare dell’usura del rivestimento nella zona dove lavora il foglio. La vicinanza del rivestimento con il cilindro riscaldato causa ulteriori problemi per il valore di T già citato e vi possono essere zone di surriscaldamento locale e/o sovrapressione. Quindi per evitare questi problemi ed in particolare solcature di usura sui cilindri si rende necessario effettuare delle oscillazioni trasversali del foglio di carta in modo tale che il lembo estremo non scorra sempre nello stesso punto. Inoltre al fine di evitare i problemi di surriscaldamento sulle estremità delle presse elastiche con conseguente svilupparsi di bruciature localizzate del rivestimento si è soliti effettuare uno smusso alle estremità di circa 2°, e nel caso si utilizzi una oscillazione trasversale del nastro di carta o formati di carta variabili si rendono necessari due smussi, il primo che definiremmo microsmusso di 0,2° ed il secondo di 2° fuori formato carta.

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Se si dovessero avere ancora problemi con la temperatura si rende necessario il raffreddamento dei bordi mediante soffi d’aria.

MANUTENZIONE. La superficie deve essere periodicamente controllata per verificare la presenza di difetti quali ammaccature, ruvidità, fessurazioni o bruciature specie in seguito ad una rottura della carta in fase di calandratura. Per una corretta rigenerazione del rivestimento è importante far raffreddare i cilindri lasciandoli in rotazione lenta per ridurre i rischi di deformazione. Si consideri che lo spessore del materiale da asportare dipende dalla natura e profondità dei danni superficiali. Indicativamente per un manto normalmente usurato (variazione del profilo), è consigliabile asportare al tornio fino a 2mm oltre la profondità dei difetti riscontrati, 0,5 mm per le presse con rivestimento polimerico. Invece, nel caso di particolari marcature localizzate particolarmente severe, è buona norma asportare al tornio fino a 2 volte la profondità dell’area danneggiata. In questo modo anche il materiale sotto la marcatura, che ha ricevuto un’alterazione delle caratteristiche meccaniche, verrà eliminato e vi sarà la sicurezza che non si formi nessun hot spot (vaiolatura). Se la marcatura è molto profonda tanto che nessuna tornitura potrà rimuovere la parte danneggiata o se si è giunti al limite massimo di tornitura rappresentato dal diametro delle flangie esterne, allora sarà necessario effettuare la riparazione presso i fornitori. La tornitura dei cilindri viene effettuata in due fasi diverse: la “sgrossatura” e la “finitura”. Con la sgrossatura si elimina la parte danneggiata o usurata del rivestimento, mentre con la finitura si ottengono la qualità di finitura superficiale del rivestimento.

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PARAMETRI DI TORNITURA: tornitura a secco per le normali presse elastiche ed in presenza di un liquido per tornitura per i rivestimenti polimerici - utensile: sandvik coromat STTCL2525M16 - pastiglia diamante: TCMW 16T 304FL CD 10 PDC TCMW 16 T 308/5 mm sera tools - avanzamento : 0,2 mm/giro - profondità sul raggio tra 0,2 e 1mm - velocità: 200 m/mm al massimo Dopo l’ottenimento del profilo corretto mediante l’utensile, si provvederà alla finitura con una carta 3M Flex diamone tra n°20 e 80 .

Questa carta 3M viene appoggiata su uno spessore di feltri di 10 mm e un supporto concavo il cui diametro deve essere uguale a quello della pressa.

Quest’attrezzatura viene spinta contro la pressa con una forza uguale a quella ottenuta normalmente con la mano: 100N per una superficie coperta di 20 x 25 cm2 con avanzamento tra 10 e 40 cm/sec., cambiando il foglio di carta 3M Diamond ad ogni andata lungo la tavola.

Tolleranze sulla tornitura delle presse. Si considera: - BUONA una pressa con conicità inferiore ai 40 micron e senza picchi sul profilo.

- ACCETTABILE una pressa con conicità inferiore ai 100 micron, senza picchi sul profilo.

- da SCARTARE una pressa con conicità superiore ai 100 micron oppure con presenza di picchi sul profilo.

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Quando si sostituiscono i cilindri elastici è buona norma inoltre avere a disposizione un registro nel quale si riportano i dati relativi ad ogni pressa: - numero pressa; - posizione che occupava nella calandra; - diametro (prima e dopo della tornitura); - numero di ore di lavoro eseguite.

Le tolleranze di conicità infatti anche se limitate, essendo questa una macchina con molti cilindri sovrapposti, subiscono una sommatoria, e se gli errori di conicità si vengono a trovare sempre dallo stesso lato avremo una condizione di operatività della macchina inaccettabile.

12.3 I CILINDRI RIGIDI I cilindri rigidi vengono fabbricati mediante la fusione della ghisa conchiglia in uno stampo. Essi sono cavi al loro interno per permettere di introdurre i tubi di insuflaggio del vapore, oppure l’acqua di riscaldamento o di raffreddamento. Dopo la fase di fusione vengono rettificati e cromati per dare loro la superficie speculare necessaria alla lucidatura della carta. Esistono poi particolari rivestimenti al Tugsteno che hanno una maggior durezza superficiale; questi rivestimenti garantiscono una durata più lunga della superficie dei cilindri.

12.4 MANUTENZIONE E PULIZIA DEI RULLI RIGIDI Per la pulizia dei rulli metallici si consiglia di strofinare accuratamente con acquaragia o petrolio le parti lisce che sono ricoperte di un prodotto antiruggine, operando con attenzione in modo da non sporcare o deteriorare il rivestimento dei rulli elastici. È severamente proibito intervenire con materiali abrasivi come carta vetro per togliere eventuali sporchi come ad esempio residui di patina.

Controllare sempre lo stato della superficie ed il particolar modo se sono ovalizzati o meno ed eventualmente procedere alla loro tornitura o rettifica. In questo modo si evita di trasmettere alla carta l’aspetto deteriorato della loro superficie e nel secondo caso di far lavorare la calandra con spinte laterali dei rulli con conseguente surriscaldamento dei perni.

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12.5 CONTROLLO DELLA LARGHEZZA DEL NIP Altro controllo che si deve eseguire periodicamente è quello relativo al controllo della superficie di contatto dei cilindri rigidi sulle presse in carta lana.

Per eseguire questa prova (Nip impression) si dispone il pacchetto presse sulla posizione sollevato, si introduce tra la pressa elastica ed il cilindro rigido una striscia di carta carbone e di carta bianca in modo che ricopra tutta la larghezza della tavola, poi, a macchina ferma, si abbassa il pacchetto dei rulli e si dà pressione. Per controllare il risultato ottenuto si ritorna con i rulli sollevati e si osserva la carta bianca introdotta tra i cilindri: l’impronta risultante per controstampa della carta carbone dovrà essere costante su tutta la larghezza della tavola altrimenti indica scompensi di pressioni tra i lati della calandra. È molto importante inoltre effettuare un controllo periodico della condizione superficiale dei cilindri metallici: la loro rettifica regolare migliora il rendimento dei cilindri elastici.

12.6 DISPOSITIVI DI PRESSIONE E SOLLEVAMENTO I cilindri, durante la lavorazione, sono in posizione accostata, successivamente viene applicata loro una pressione mediante pistoni idraulici posti nella posizione superiore della macchina, che si può regolare in modo differenziato sul lato destro e sinistro. Le pressioni che si possono applicare sulla superficie del nip arrivano a valori prossimi ai 500 Kg/cm. Quando si rende necessario sollevare i cilindri, cioè fare in modo che tra di essi non ci sia contatto, si sfrutta l’azione meccanica di una vite filettata situata su ambo i lati della calandra che percorre tutta l’altezza della macchina ed è collegata ai due pistoni di pressione che in questa fase vengono fatti lavorare in maniera inversa mediante delle valvole che invertono il flusso d’olio. Questa vite è dotata di boccole o dadi che sorreggono i vari cilindri e danno la possibilità, agendo nel modo corretto, di creare il giusto gioco tra un rullo e l’altro.

12.7 CILINDRI DI INTRODUZIONE DELLA CARTA TRA I NIP Sia nella parte anteriore che nella parte posteriore della macchina ci sono dei cilindretti che solitamente possono essere di tipo lineare e/o leggermente curvi “gobbi” oppure possono essere strutture vere e proprie che prevedono entrambi. In particolar modo si è soliti posizionare questi pacchetti di stendicarta

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formati da un cilindro liscio o a spirale e un cilindro gobbo, nei primi nip della calandra (quelli più in alto) dove la carta per effetto dello schiacciamento che subisce provoca un allungamento ed un allargamento del formato di circa 2 cm.

Gli stendicarta sono solitamente posti tra i vari nip della calandra ed hanno lo scopo di favorire un’introduzione corretta del nastro di carta tra le presse ed eliminare mediante la loro regolazione eventuali difettosità di profilo della carta che possono dare inconvenienti in fase di calandratura (es: bordo molle, fasce umide).

12.8 POSIZIONE DEL CILINDRO MOTORIZZATO Un tempo si motorizzava il primo cilindro inferiore. Attualmente le moderne calandre satinatici hanno il cilindro motore in terza posizione salendo dal basso ossia nel 2° cilindro metallico. Questa soluzione rispetto alla prima permette di ripartire lo sforzo effettuato da tale cilindro sui due rulli adiacenti, migliorando notevolmente lo sforzo di trazione.

12.9 AVVOLGITORE Nella parte finale della calandra troviamo il sistema motorizzato che consente di avvolgere la carta e di realizzare così una bobina. Anche per l’avvolgitore come per lo svolgitore è necessario che sia presente un sistema di spostamento trasversale alternato. Questo ci consente di salvaguardare il condizionamento delle presse elastiche, in quanto il nastro di carta spostandosi non genera sui rivestimenti delle marcature fisse corrispondenti al bordo del foglio. Inoltre, in presenza di irregolarità della superficie della carta dovute ad imperfezioni del profilo o a fasce umide , si produrrebbero nel rotolo delle cordonature .Questo sistema ci consente di annullare tale effetto. Le creste e gli avvallamenti, con lo spostamento trasversale dei supporti dell’avvolgitore vengono infatti annullati consentendo di realizzare un rotolo con durezza e superficie più uniforme. E importante che questi due elementi (avvolgitore e svolgitore) siano dotati di motori che regolino la loro velocità di esercizio in base alla manovra che si sta eseguendo; ad esempio nel caso del passaggio a mano della carta dove tutto il pacchetto delle presse è sollevato, lo svolgitore motorizzato è determinante per riuscire ad accompagnare la carta fino all’avvolgitore.

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13. PRATICA DI CONDUZIONE DELLA CALANDRA Ora che abbiamo analizzato le parti costituenti della macchina, vediamo in quale modo è preferibile agire per ottenere un prodotto consono alle aspettative del cliente.

Innanzitutto è indispensabile preparare il rotolo in modo che sia possibile introdurre la carta tra le presse della calandra. Allo scopo si fa la “punta”: si riduce il formato partendo dal centro del rotolo ed allargandosi lentamente verso i bordi, facendo in modo di ottenere una lunghezza che ci permetta di passare la carta tra i nip con una certa sicurezza.

Prima di eseguire il passaggio carta è necessario controllare lo schema dei passaggi di cui la carta in lavorazione necessita per raggiungere le caratteristiche desiderate.

Per le carte standard infatti è bene avere a disposizione delle schede tecniche che indichino tutti i fattori da rispettare: - numero di contatti - pressione - velocità - temperatura dei cilindri - quantità d’acqua presente nel supporto Se si esegue la calandratura di un nuovo tipo di carta si dovrà alternare una satinatura di brevi tratti del nastro di carta con delle prove di laboratori, fino all’ottenimento delle caratteristiche richieste.

Nei disegni a pagina seguentie, vediamo due modi di utilizzare la calandra, i quali conferiscono al supporto cartaceo caratteristiche diverse: Disegno A: con la configurazione seguente si realizza una carta che possiede un buon liscio e uno spessore costante ma con un basso grado di lucido.

Il supporto viene satinato ad una umidità assoluta del 6% ottenibile in macchina continua, senza quindi passare dall’umettatrice, con un numero di contatti limitati e senza riscaldare i cilindri in ghisa.

Disegno B: con questo tipo di configurazione la carta in questione, oltre ad avere un profilo costante, raggiunge un grado di lucido elevato.

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Durante la satinatura si possono verificare difettosità sulla bobina in produzione. Per determinare l’origine del difetto, che può essere causato dal supporto oppure dalla calandra, si può eseguire un’operazione molto semplice che ci darà però una risposta immediata. Si carica il rotolo sullo svolgitore al contrario, si esegue la satinatura e si osserva se il difetto riscontrato in precedenza cambia di posizione sulla bobina calandrata. Nel caso che l’imperfezione segua la carta significa che il difetto è da attribuire al supporto, se rimane nello stesso punto è senza dubbio causato dalle presse della calandra.

14. SOFT-CALENDERS PER LA CARTA LUCIDA Un’altra attrezzatura che può trovare applicazione in macchina continua (on line) ma in qualche caso anche fuori dall’ambito della continua è la softcalender per la produzione di carta lucida. Normalmente la tendenza è quella di impiegarla in linea in quanto in questa situazione operativa non necessita di addetti specifici per la sua conduzione, ma può essere controllata e gestita dal

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personale in organico alla stessa macchina continua. La soft-calender è una macchina modulare molto compatta che per la sua particolare progettazione non necessita di molto spazio. Mentre come abbiamo visto per le soft-calender ad un solo nip impiegate principalmente per la lisciatura è possibile produrre una carta con un grado di lucido basso, aumentando il numero di contatti è possibile ottenere un foglio con un lucido maggiore anche se però le caratteristiche che si ottengono dalla carta in questo caso non sono paragonabili a quelle sicuramente più spinte di una normale supercalandra, tuttavia diciamo che per alcune tipologie di carta è molto efficace.

La soft-calender è costituita da un rullo centrale riscaldato, la cui temperatura può raggiungere i 180°C con un sistema di regolazione che gestisce minime variazioni nell’ordine dei +/- 2° C ,e sulla circonferenza sono distribuiti i cilindri elastici, che possono disporre di un sistema di controllo della bombatura variabile in maniera settoriale di tipo Nipco o Kuester. La separazione rapida dei cilindri elastici da quello centrale avviene in meno di 0.2 secondi. Per non creare rotture del nastro di carta durante la fase di chiusura del nip, dispone di un sistema di sincronia con la velocità della macchina continua per mezzo del quale è possibile, anche durante la fase di calandratura, alzare ed abbassare i rulli elastici ad alte velocità senza causare rotture del foglio di carta. La velocità di satinatura è molto elevata e può raggiungere la soglia dei 2.000 m/min. Vista la posizione critica specie quando trova applicazione in continua, per rendere possibili gli interventi di sostituzione delle presse elastiche nel più breve tempo possibile onde evitare perdite di efficienza della macchina continua, questa macchina necessita di un accurato studio della costruzione ed assemblaggio dei singoli particolari che la compongono,al fine di velocizzare tutta la sua gestione.

SOFT-CALENDERS A PIÙ NIP DI CONTATTO

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15. CONCLUSIONI La qualità della carta finita si ottiene per un 80-90% nella parte umida della M.C.; è in questa zona infatti che nel supporto si possono creare delle difettosità che sono in funzione di una cattiva gestione dei componenti della continua stessa ed in particolar modo per ciò che riguarda il profilo d’umidità.

Nel caso delle carte trattate successivamente in superficie ad esempio con patinatura, gioca un ruolo molto importante per quanto riguarda la qualità del prodotto finito la relazione tra le condizioni del supporto cartaceo e l’efficienza dei vari sistemi di trattamento ad esempio formulazione patine, gestione impianti ecc.

Le operazioni di lisciatura e di calandratura hanno lo scopo di ridurre le difettosità della carta ma non sono in grado di rimediarli totalmente anzi in certi casi contribuiscono ad esaltarne l’aspetto. Quindi queste operazioni non devono essere viste come azioni drastiche nei confronti della carta ma bensì come una nobilitazione del prodotto a renderlo più adatto agli impieghi per cui è stato creato.

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BIBLIOGRAFIA ATICELCA ....................... INTRODUZIONE ALLA FABBRICAZIONE DELLA CARTA E. GRANDIS ..... PROVE SULLE MATERIE FIBROSE SULLA CARTA E SUL CARTONE E. GIANNI ................................................................. L’INDUSTRIA DELLA CARTA ATICELCA .................... MANUALE DEL CONDUTTORE DI CONTINUE PER CARTA P. ZANINELLI ........ APPUNTI DEL CORSO DI TECNOLOGIA PER TECNICI CARTARI

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