연필

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배경

가장 오래되고 가장 널리 사용되는 필기구 중 하나인 연필은 선사 시대에 백악질 암석과 까맣게 탄 막대를 사용하여 동물 가죽과 동굴 벽과 같은 다양한 표면을 그리는 데 사용되었습니다. 그리스인과 로마인은 평평한 납 조각을 사용하여 파피루스에 희미한 선을 그렸지만 1400년대 후반이 되어서야 오늘날 연필의 직접적인 조상이 개발되었습니다. 약 100년 후, 암석에서 부드럽고 광택이 나는 광맥으로 나타나는 흔한 광물인 흑연이 영국 북서부의 Borrowdale 근처에서 발견되었습니다. Borrowdale 광산은 수백 년 동안 유럽에 흑연을 공급했습니다. 그러나 사람들은 흑연과 납을 구별할 수 없었기 때문에 전자를 "흑연"이라고 불렀습니다. 막대 또는 스트립으로 절단된 흑연은 강도와 ​​편안한 핸들을 제공하기 위해 꼬기로 무겁게 싸여 있습니다. 연필심이라는 완성품은 꽤 유명했다. 16세기 후반에 흑연 주위에 나무 조각을 붙이는 방법이 독일에서 발견되었고 현대 연필이 형태를 갖추기 시작했습니다. 1779년에 과학자들은 이전에 납이라고 생각했던 물질이 실제로는 흑연("쓰다"를 의미하는 그리스어 "graphein"에서 유래)이라고 명명한 미세결정질 탄소의 한 형태임을 결정했습니다. 흑연은 순수한 탄소의 세 가지 천연 형태 중 하나이며 나머지는 석탄과 다이아몬드입니다.

18세기 후반에 Borrowdale 광산은 고갈되었고 흑연이 덜 풍부해지면서 연필을 만들기 위해 다른 재료를 혼합해야 했습니다. 프랑스의 화학자 Nicolas Jacques Conte는 가루 흑연, 가루 점토 및 물을 혼합하고 성형하고 구울 때 완성품이 순수한 흑연처럼 매끄럽게 쓴다는 것을 발견했습니다. Conte는 또한 점토와 흑연의 비율을 변화시키면 더 단단하거나 더 부드러운 필기구가 생성될 수 있음을 발견했습니다. 흑연이 많을수록 연필이 더 검고 부드러워집니다. 1839년 독일의 Lothar von Faber는 흑연 페이스트를 같은 두께의 막대로 만드는 방법을 개발했습니다. 그는 나중에 연필 나무를 자르고 홈을 파내는 기계를 발명했습니다. Borrowdale에서 한때 풍부했던 흑연 공급원이 고갈된 후, 다른 흑연 광산이 점차 전 세계적으로 설립되었습니다.

이러한 광산 중 다수가 미국에 설립되었으며, 1812년 전쟁이 영국 수입품을 종식시킨 후 최초의 미국 연필이 1812년에 제조되었습니다. 매사추세츠 주 콩코드의 캐비닛 제작자인 William Monroe는 연필을 만들기에 충분할 정도로 정확하게 나무 판금을 자르고 홈을 파내는 기계를 발명했습니다. 그 무렵 미국 발명가 Joseph Dixon은 단일 삼나무 실린더를 반으로 자르고 흑연 코어를 반쪽 중 하나에 배치한 다음 두 반쪽을 다시 접착하는 방법을 개발했습니다. 1861년 Eberhard Faber는 뉴욕시에 미국 최초의 연필 제조 공장을 세웠습니다.

오늘날 연필의 경도는 숫자나 문자로 표시됩니다. 대부분의 제조업체는 1에서 4까지의 숫자를 사용하며 1이 가장 부드럽고 가장 어두운 표시를 만듭니다. 2번연필(중간정도)은 일반 필기용으로 사용합니다. 연필은 때로는 가장 부드러운 6B에서 가장 단단한 9H까지 문자로 등급이 매겨집니다. 연필에 지우개를 부착하는 아이디어는 1872년 Joseph Rechendorfer가 보고한 $100,000에 1858년 미국 특허를 구입한 미국인 Hyman W. Lipman에게로 거슬러 올라갑니다.

연필 제조의 첫 번째 단계는 흑연 코어를 만드는 것입니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 흑연 혼합물을 적절한 크기의 다이 개구부를 통해 강제로 통과시키는 압출입니다.

기존의 나무 연필 외에도 많은 다른 연필이 널리 사용됩니다. 1880년대 초, 숫돌을 갈 필요가 없는 연필에 대한 검색은 자동, 추진 또는 반복 연필로 다양하게 불리는 연필의 발명으로 이어졌습니다. 이 악기는 금속 또는 플라스틱 케이스를 가지고 있으며 나무 케이스 연필에서 볼 수 있는 것과 유사한 리드를 사용합니다. 케이스 내부의 금속 나선에 박힌 리드는 금속 스터드가 고정된 막대로 제자리에 고정됩니다. 캡을 비틀면 막대와 스터드가 나선형으로 아래쪽으로 이동하여 리드가 포인트를 향하게 합니다. 20세기 초에는 흑연 코어가 안료 또는 염료와 바인더의 조합으로 대체된 색연필이 개발되었습니다. 오늘날 색연필은 70가지 이상의 색상으로 제공되며 7가지 노란색과 12가지 파란색이 있습니다. 그러나 40여 개국에서 연간 60억 개의 속도로 제조되는 삼나무 케이스의 연필심은 계속해서 볼펜을 포함한 모든 경쟁 제품보다 많이 팔리고 있습니다.

원자재

연필에서 가장 중요한 성분은 대부분의 사람들이 계속 납이라고 부르는 흑연입니다. 흑연과 점토를 결합하는 Conté의 방법은 여전히 ​​사용되며 왁스 또는 기타 화학 물질도 때때로 추가됩니다. 오늘날 사용되는 거의 모든 흑연은 천연 흑연과 화학 물질의 제조 혼합물입니다.

연필을 만드는 데 사용되는 나무는 반복되는 숫돌을 견딜 수 있어야 하고 쪼개지지 않고 쉽게 자를 수 있어야 합니다. 대부분의 연필은 다년간 엄선된 목재인 삼나무(특히 캘리포니아 삼나무)로 만들어집니다. 삼나무는 향이 좋고 휘거나 모양이 변하지 않으며 쉽게 구할 수 있습니다. 일부 연필에는 지우개가 있습니다. 지우개는 페룰로 고정되어 있습니다. 금속 케이스는 접착되어 있거나 금속 갈퀴로 고정되어 있습니다. 지우개 자체는 부석과 고무로 구성됩니다.

제조
프로세스

이제 상업적으로 사용되는 대부분의 흑연은 채굴이 아닌 공장에서 만들어지기 때문에 제조업체는 밀도를 쉽게 제어할 수 있습니다. 흑연은 만드는 연필의 종류에 따라 점토와 혼합됩니다. 흑연을 많이 사용할수록 연필은 부드러워지고 선은 더 진해집니다. 색연필의 경우 점토에 안료를 첨가하고 흑연을 거의 사용하지 않습니다.

흑연 가공

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1 흑연을 완성된 상태로 만드는 데 두 가지 방법이 사용됩니다. 첫 번째는 흑연과 왁스 혼합물을 금형을 통해 강제로 밀어 스파게티 같은 끈을 만든 다음 정확한 치수로 자르고 오븐에서 건조시키는 압출 방식입니다. 두 번째 방법에서는 흑연과 점토 혼합물을 빌렛 프레스라고 하는 기계에 붓습니다. 프레스 상단에 플러그가 놓이고 하단에서 금속 램이 올라와 혼합물을 "빌렛"이라고 하는 단단하고 단단한 실린더로 압착합니다. 그런 다음 빌릿을 기계 상단에서 제거하고 압출 프레스에 넣어 금형을 통과하도록 하여 스트립을 잘라냅니다. 연필용 나무 케이스를 만들기 위해 사각형 판을 만든 다음 판에 홈을 자릅니다. 다음으로, 흑연 막대를 한 슬랫의 홈에 삽입한 다음 빈 홈이 있는 두 번째 슬랫을 흑연으로 채워진 슬롯 상단에 접착합니다. 샌드위치에서 적당한 크기의 연필을 자르고 지우개와 금속 페룰을 붙입니다. 연필심의 크기. 크기에 맞게 절단된 코어는 컨베이어 벨트를 따라 이동하고 물통에 수집되어 연필 나무에 삽입되기를 기다립니다.

나무 케이스 만들기

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2 삼나무는 일반적으로 뒤틀림을 방지하기 위해 이미 건조, 염색 및 왁스 처리되어 공장에 도착합니다. 그런 다음 통나무를 "슬랫"이라고 하는 좁은 스트립으로 절단합니다. 길이는 약 7.25인치(18.4센티미터), 두께는 0.25인치(0.635센티미터), 너비는 2.75인치(6.98센티미터)입니다. 슬랫을 피더에 넣고 일정한 속도로 움직이는 컨베이어 벨트에 하나씩 떨어뜨립니다.

3 그런 다음 평평한 표면을 제공하도록 슬랫을 대패질합니다. 그런 다음 각 슬랫의 한쪽 길이를 따라 흑연 두께의 절반 깊이인 평행한 반원형 홈을 만드는 커터 헤드 아래를 통과합니다. 계속해서 컨베이어 벨트를 따라 슬랫의 절반이 접착제 층으로 코팅되고 절단된 흑연이 이러한 슬랫의 홈에 놓입니다.

4 접착제가 없고 홈에 흑연이 없는 슬랫은 다른 벨트에 올려져 이를 픽업하고 뒤집는 기계로 운반하므로 홈이 아래를 향하도록 벨트 위에 놓입니다. 그런 다음 두 개의 컨베이어 벨트가 만나고 접착되지 않은 각 슬랫은 접착제와 흑연이 있는 슬랫 위에 놓여 샌드위치를 ​​형성합니다. 컨베이어 벨트에서 샌드위치를 ​​제거한 후 금속 클램프에 넣고 유압 프레스로 압착한 다음 접착제가 마를 때까지 함께 고정된 상태로 둡니다. 연필이 마르면 끝이 잘려서 과도한 접착제를 제거합니다.

연필 모양 만들기

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5 다음 단계는 샌드위치가 실제로 연필이 되는 모양입니다. 샌드위치는 컨베이어 벨트에 놓고 벨트 위와 아래에 하나씩 두 세트의 커터를 통해 이동합니다. 샌드위치 위의 커터는 상단 절반을 자르고 하단 세트는 하단 절반을 자르고 완성된 연필을 분리합니다. 대부분의 연필은 육각형이므로 연필이 표면에서 굴러 떨어지는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 샌드위치 한 개로 육각형 연필이 6~9개 나옵니다.

최종 단계

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6 연필을 자른 후 사포로 표면을 매끄럽게 하고 바니시를 바르고 말립니다. 이것은 연필을 바니시 통에 담근 다음 펠트 디스크를 통과시켜 과도한 바니시를 제거하는 바니시 기계로 수행됩니다. 건조 후 원하는 색상이 나올 때까지 연필을 계속해서 반복합니다. 마지막으로 연필은 마무리 코팅을 받습니다.

7 연필은 다시 한 번 성형기를 통해 컨베이어 벨트로 보내져 연필 끝에 쌓인 과도한 바니시를 제거합니다. 이 단계는 또한 모든 연필의 길이가 동일한지 확인합니다.

그런 다음 8개의 지우개를 부착하고 "페룰"이라고 하는 둥근 금속 케이스로 연필에 고정합니다. 페룰은 먼저 접착제나 작은 금속 갈래로 연필에 부착된 다음 지우개를 삽입하고 페룰을 주변에 고정합니다. 마지막 단계에서 가열된 강철 다이가 각 연필에 회사 로고를 누릅니다.

색연필

색연필은 심에 흑연 대신 염료 및 안료와 같은 착색 물질이 포함되어 있다는 점을 제외하고는 흑필 연필과 거의 동일한 방식으로 생산됩니다. 먼저 안료에 접착제로 점토와 껌을 가한 다음 왁스에 담가 연필을 매끄럽게 만듭니다. 연필이 형성되면 중앙 혼합물의 색상에 따라 외부를 칠합니다.

품질 관리

연필은 제조 과정에서 컨베이어 벨트를 따라 이동하기 때문에 대중에게 배포되기 전에 철저히 조사됩니다. 작업자는 기능 장애가 있는 연필을 버리도록 교육을 받고 프로세스가 완료되면 선택한 번호를 날카롭게 하고 테스트합니다. 일반적인 문제는 샌드위치의 접착제가 때때로 접착되지 않는다는 것입니다. 그러나 이러한 골칫거리는 일반적으로 샌드위치를 ​​자를 때 발생합니다.