Papier carbone

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Contexte

Le papier carbone est un appareil reprographique peu coûteux utilisé pour faire une seule copie en même temps que l'original, comme dans les reçus de transaction par carte de crédit, les documents juridiques, les manuscrits, les lettres et autres formulaires simples.

Même jusqu'au vingtième siècle, la copie de documents à des fins commerciales était un processus difficile et laborieux. Les commis à la copie, comme les scribes des églises et des bureaux du gouvernement avant eux, étaient courants dans les bureaux d'affaires du XIXe siècle.

La première tentative de copie de correspondance commerciale importante est attribuée à l'ingénieur écossais James Watt, qui a amélioré la machine à vapeur. Watt n'aimait pas faire confiance aux scribes pour copier des lettres commerciales, alors il inventa une méthode pour presser un papier de soie qui avait été humidifié avec des liquides spéciaux sur un original, qui avait été écrit à l'aide d'une encre spéciale. En 1779, il était prêt à commercialiser le procédé, mais cela n'a pas marché.

En 1806, Ralph Wedgwood a inventé le Stylographic Manifold Writer. Un papier saturé d'encre d'imprimante a été placé entre un morceau de papier de soie et un morceau de papier ordinaire. Un stylet en métal a ensuite gratté une empreinte sur le papier de soie, créant une copie qui se lisait correctement et une autre qui était un miroir image, bien que facilement lisible à travers le papier de soie mince. Il fallait préparer les copies de cette manière car les stylos de l'époque (les plumes) n'appuyaient pas assez fort, et les crayons pouvaient s'effacer. Vers 1820, il devint possible d'utiliser du papier encré sur une seule face et un crayon indélébile pour produire l'original. Ce premier papier carbone n'a pas été un énorme succès, apparemment parce que les propriétaires d'entreprise, craignant la contrefaçon, préféraient les articles écrits à l'encre.

En 1823, Cyrus P. Dakin a commencé à fabriquer des charbons, des papiers enduits d'huile et de noir de carbone. Dans les années 1860, Lebbeus H. Rogers tenta de vendre ces charbons à des entreprises, mais ce n'est qu'avec l'invention de la machine à écrire en 1867 que le papier carbone fut accepté (les machines à écrire produisaient une copie plus propre ainsi qu'un original de qualité) . Rogers fabriquait à l'origine du papier carbone en plaçant du papier sur une table en pierre et en le badigeonnant d'un mélange contenant du noir de carbone (suie), de l'huile et du naphta (un hydrocarbure liquide). Plus tard, il a développé une machine qui appliquait de la cire chaude sur le papier carbone, supprimant ainsi le brossage manuel.

La production de papier carbone est restée essentiellement la même depuis les avancées technologiques de Rogers. Dans un manuel de fabrication pittoresque publié au début de ce siècle, le papier carbone est décrit comme étant composé de divers pigments, notamment du noir de carbone, et de la cire ou des huiles appliquées au pinceau sur du papier fin et résistant. Alors que le papier carbone moderne est fabriqué en utilisant essentiellement la même formule, les fabricants se sont concentrés sur l'augmentation de la propreté du processus et l'amélioration de la qualité de la reproduction en utilisant des matériaux plus raffinés.

Matières premières

Un morceau de papier carbone typique se compose d'une feuille de papier qui a été imprégnée de carbone et prise en sandwich entre deux feuilles de papier ordinaire. Tous les composants sont standards, à l'exception de la tôle enduite qui effectue la reprographie. Son revêtement est composé de plusieurs matériaux dont le plus important est le noir de carbone. Le noir de carbone est un très L'ingrédient clé du papier carbone est le noir de carbone. Pour le fabriquer, de l'air et un hydrocarbure (comme l'huile de pétrole) sont introduits dans un four. Dans le four, une partie de l'huile de pétrole subit une combustion, aidant à élever la température jusqu'à 3 000 degrés Fahrenheit et provoquant la décomposition de l'hydrocarbure non brûlé en noir de carbone. Le noir de carbone est ensuite refroidi à l'eau et récupéré en le mettant dans un cyclone centrifuge ou un filtre à manches. forme fine, sphérique et amorphe de carbone qui n'est pas aussi cristalline que le graphite. Principalement du carbone, il contient également de petites quantités d'oxygène, d'hydrogène et de soufre. Le noir de carbone adhère au papier à l'aide de diverses cires. Le papier de carbone noir à usage unique familier (le type utilisé pour les reçus de carte de crédit, par exemple) est enduit d'un mélange généralement composé de cire de paraffine (33 %), d'huile minérale (25 %), de noir de carbone (15 %), de kaolin ou kaolin (12%), cire de montan (8%), cire de carnauba (6%), et violet de méthyle ou violet de gentiane (1%). Le papier carbone à usage unique, moins courant, est généralement recouvert d'un mélange composé de bleu de fer (21 %), de cire de paraffine (20 %), de vaseline (20 %), d'huile minérale (15 %), de cire de carnauba (10 %), argile à porcelaine (10 %) et cire de montan (4 %).

Certains papiers carbone peuvent être réutilisés. Ceci est pratique pour une utilisation dans les livres de vente, par exemple, car une seule feuille de papier carbone est nécessaire pour rédiger les reçus de plusieurs ventes. Le carbone crayon soluble dans l'huile réutilisable produit une copie indélébile. Il est généralement enrobé d'un mélange de talc (39 %), de cire de carnauba (23 %), d'huile de saindoux (16 %), d'acide oléique (15 %) et de base de bleu victoria (7 %). Le papier carbone crayon pigmenté réutilisable produit une copie effaçable. Il est enduit d'un mélange qui se compose généralement de bleu milori (25 %), de cire de carnauba (20 %), d'huile minérale (16 %), de vaseline ambrée (11 %), de vaseline (11 %), de bleu de fer tonifiant (10 % ) et cire de paraffine (7%). Le carbone de la machine à écrire est également réutilisable et, en raison de la force de frappe élevée de la clé de la machine à écrire, il utilise du noir de carbone de meilleure qualité et des ingrédients plus fins que le papier carbone à usage unique ou le papier carbone. Il est généralement enduit d'une encre composée de cire de carnauba (32 %), d'huile minérale (26 %), de noir de carbone (12 %), de vaseline ambrée (6 %), de cire d'abeille (5 %), de cire d'ouricure (5 %) , cire d'ozokérite (5 %), acide oléique (3 %), toner violet pigmenté (3 %), colorant cristal violet (2 %) et base bleu victoria (1 %). Pour une protection supplémentaire, il a également une cire de support composée de cire de carnauba (40 %), de cire d'ouricury (40 %) et de cire microcristalline (20 %).

Le processus de fabrication

L'ingrédient le plus important du papier carbone, le noir de carbone, a changé ces dernières années. Avant 1940, 90 pour cent du noir de carbone produit aux États-Unis était composé de canaux ou de carbone par impact, où de minuscules jets de flamme de gaz atteignaient (frappaient) une surface métallique froide, telle qu'un canal de fer (ou rainure). La suie résultant de la combustion partielle a ensuite été grattée, produisant des particules de carbone d'environ 10 ^-8 mètres de diamètre Cette superbe méthode de création de noir de carbone fin fut cependant abandonnée en 1976, en raison d'une forte augmentation du prix du gaz naturel. Le procédé actuel de production de noir de carbone utilise le procédé au four, décrit ci-dessous. Le noir de carbone fini est ensuite appliqué sur du papier à l'aide d'une série de rouleaux offset.

Faire du noir de carbone

• 1 Un hydrocarbure (tel que l'huile de pétrole) et de l'air sont introduits dans une chambre. Une partie de l'hydrocarbure subit une combustion incomplète, augmentant la température à l'intérieur de la chambre Deux méthodes utilisées pour produire du papier carbone unique sont la méthode Mayer et la méthode flexographique. Les deux méthodes sont similaires en ce que les deux comportent du papier se déplaçant autour d'une série de rouleaux, dont l'un entre en contact avec un bac à encre au carbone. à 2 012 à 3 092 degrés Fahrenheit (1 100 à 1 700 degrés Celsius). A cette température, l'hydrocarbure non brûlé se décompose en noir de carbone.
• 2 Le noir de carbone nouvellement créé est acheminé vers un refroidisseur, où il est aspergé d'eau. La fine substance noire est ensuite récupérée à l'aide d'un cyclone centrifuge ou d'un filtre à manches.

Fabrication unique de papier carbone
(méthode Mayer)

• 3 Un grand rouleau de papier couché (appelé rouleau de moulin) se déroule et passe sur un autre rouleau (le rouleau de dope) posé dans un bac d'encre au carbone. Le bac à encre a été chauffé entre 168,8 et 179,6 degrés Fahrenheit (76 et 82 degrés Celsius). Lorsque le papier passe sur ce rouleau, l'encre chauffée est transférée sur une face du papier.
• 4 Ensuite, le papier passe sur une tige d'égalisation, qui racle le papier couché pour le lisser et éliminer l'excès d'encre. La tige d'égalisation peut être lisse ou striée. Le papier passe ensuite sur un autre rouleau, le rouleau réfrigérant, qui refroidit et solidifie l'encre sur le papier. Enfin, le papier terminé est enroulé sur un autre rouleau.
• 5 Dans le cas de formulaires commerciaux multiples, le papier carbone est collé sur un autre formulaire, le papier doit donc avoir une bande non couchée sans carbone où l'adhésif peut être appliqué. Pour accomplir cela dans la méthode Mayer, une bande de métal est simplement placée au bon endroit sur le rouleau de dope. Cette partie du rouleau ne prélève donc aucune encre du bac à encre pour passer sur le papier.

Méthode flexographique

• 6 Une autre méthode, appelée méthode flexographique, peut également être utilisée pour produire du papier carbone à usage unique. Tout d'abord, un rouleau de dope est enduit d'encre de carbone à partir d'une casserole chauffée en dessous. Un rouleau doseur entre en contact avec le rouleau de dopage et La dernière étape de la fabrication du papier carbone est la perforation. Ceci est effectué automatiquement par une machine de traitement par carbonisation ponctuelle et comprend à la fois les perforations entre les feuilles de papier carbone et les minuscules trous (produits par refente) le long des bords du papier. presse l'encre à une épaisseur uniforme. L'encre est ensuite transférée sur un troisième rouleau, le rouleau d'impression.
• 7 Pendant ce temps, le papier est alimenté depuis un rouleau de laminoir sur un rouleau d'impression qui entre en contact avec le rouleau d'impression, le troisième rouleau mentionné à l'étape 5 ci-dessus. Lorsque ces deux rouleaux entrent en contact, l'encre du rouleau d'impression passe sur le papier du rouleau d'impression. Le papier passe ensuite sur un rouleau refroidisseur qui solidifie l'encre, avant d'être enroulé sur le rouleau de rembobinage. Pour de nombreux formulaires commerciaux produits avec la méthode flexographique, une rainure peu profonde est formée sur le rouleau d'impression. Lorsque cette rainure entre en contact avec le papier sur le rouleau d'impression, aucune encre n'est transférée.

Perforation

• 8 La dernière étape de la fabrication du papier carbone à usage unique est la perforation. Tout d'abord, le carbone et les formulaires imprimés sont découpés pendant leur assemblage. Ensuite, les énormes rouleaux de papier carbone sont découpés en formes ou en feuilles de la bonne taille. Si nécessaire, des trous de ligne peuvent également être perforés dans le papier. Toutes ces opérations sont effectuées automatiquement par une machine de traitement par carbonisation ponctuelle. Enfin, le papier est empilé, emballé et expédié au client.

Papier carbone pour machine à écrire

Le papier carbone pour machine à écrire diffère du papier carbone à usage unique en ce qu'il a généralement un revêtement d'encre et une cire de support, ainsi que du matériel imprimé au dos. Dans ce procédé de production, une installation flexographique comprenant un rouleau de dopage, un rouleau de dosage, un rouleau d'impression et un rouleau d'impression fournit les moyens d'imprimer au verso du papier qui a été fourni à partir d'un rouleau de laminoir. Après impression, le papier passe sur un rouleau d'enduit pour recevoir une couche d'encre au carbone qui est lissée avec une tige d'égalisation comme dans la méthode Mayer. Ensuite, le papier se déplace vers un rouleau de dopage à la cire, qui le recouvre de cire de support. Comme dans les autres méthodes, un rouleau refroidisseur solidifie ensuite la cire. Un rouleau de polissage en feutre est parfois utilisé pour améliorer l'apparence du produit avant qu'il ne soit enroulé sur un rouleau de rembobinage.

Contrôle qualité

Le principe du papier carbone est simple, mais sa production est difficile. Un fabricant moderne de papier carbone teste la qualité de toutes les matières premières entrantes. Un grand nombre de tests peuvent être appliqués au noir de carbone, notamment pour les pigments et la teneur en soufre. Le noir de carbone sélectionné doit également avoir une granulométrie fine, qui est déterminée en mesurant le diamètre moyen d'une particule de noir de carbone avec un microscope électronique. De plus, il doit avoir une faible absorption d'huile, et le pouvoir absorbant et le pH du noir de carbone sont testés avant utilisation. Les encres sont testées pour la finesse du grain, qui affecte la douceur finale du revêtement. Le liant de cire ne doit pénétrer que légèrement dans le papier et avoir la viscosité appropriée. Pour garantir un lettrage correct, la quantité de cire libérée sous pression est testée. Le papier lui-même doit être lisse, non poreux et exempt de défauts de surface. Même s'il doit s'agir d'un tissu fin, il doit également être solide et dense. Le papier carbone fini doit être exempt de défauts :pas de décalage, d'écaillage, de plis ou de gondolage. Il doit fonctionner correctement; la copie résultante doit être propre et lisible. Le revêtement doit être suffisamment dur pour répondre à l'usage auquel il est destiné ; par exemple, le carbone à usage unique ne nécessite pas un revêtement aussi dur que le carbone pour machine à écrire, qui doit également avoir un revêtement composé de bonne couleur afin qu'il puisse être réutilisé.

D'autres tests existent pour le papier carbone fini. Pour déterminer la quantité d'encre qui a été déposée, un spécimen de papier carbone est sélectionné et pesé. Son dépôt d'encre est ensuite éliminé chimiquement avant d'être repesé. La différence de poids indique la quantité d'encre déposée. Curl est une plainte fréquente concernant le papier carbone, même si le papier carbone est fréquemment enduit des deux côtés (un côté avec du carbone, l'autre avec de la cire de support) pour lutter contre le problème. Pour tester l'ondulation dans différentes conditions, un morceau de papier carbone est placé sur une surface plane et, à température contrôlée, soumis à différentes humidités. La durabilité du papier carbone réutilisable pour machine à écrire est vérifiée en tapant à plusieurs reprises sur un espace jusqu'à ce que le carbone s'use. La propreté de la copie et du papier carbone lui-même est importante. Pour tester le premier, un document est tapé et la copie est examinée pour voir si elle est propre. Pour tester le second, le côté carbone est frotté avec une feuille de papier propre et froissée, qui est ensuite examinée pour voir combien de carbone a déteint. La couleur et l'épaisseur du carbone doivent être inspectées visuellement pour voir si elles répondent aux normes de qualité.

Le futur

En 1991, plus de 62 000 tonnes métriques de papier carbone ont été produites aux États-Unis. Cependant, au cours de la même période, plus de 600 000 tonnes métriques de papier transfert autocopiant ont été fabriquées. Idéal pour les enregistrements manuscrits, le papier autocopiant utilise des feuilles à revêtement chimique qui réagissent sous pression, produisant une image colorée. Bien que le papier autocopiant pèse nettement plus que le papier carbone et soit moins adapté aux documents dactylographiés et informatisés, sa demande augmente au détriment du papier carbone. (Cette demande de papier « ordinaire » peut également être attribuée à la disponibilité croissante de photocopieurs.) Il est probable qu'à mesure que la communication électronique se généralisera, le papier carbone deviendra obsolète. À l'heure actuelle, cependant, il existe une demande suffisante de la part des entreprises qui utilisent du papier carbone pour les reçus de cartes de crédit et les enregistrements informatisés pour assurer la survie de ce produit simple et peu coûteux pendant un certain temps.