/
Автор: Воробьев Д.В.
Теги: брошюровочно-переплетное производство металлизация производство зеркал стекольные работы канцелярские принадлежности полиграфическое производство книгопечатание полиграфия книжное дело издательское дело
ISBN: 5-8122-0126-9
Год: 2000
Текст
Д; В. Воробьев
ТЕХНОЛОГИЯ ПОСЛЕПЕЧАТНЫХ ПРОЦЕССОВ
Министерство образования Российской Федерации Московский государственный университет печати
Д.В.Воробьев
Технология послепечатных процессов
Издание четвертое, переработанное и дополненное
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 281400 «Технология полиграфического производства»
Москва Издательство МГУП 2000
УДК 686.12
ББК 37.88
В 75
Рецензент—В.И. Зинин, главный инженер ГМП Первой Образцовой типографии
Воробьев Д.В.
В 75 Технология послепечатных процессов: Учебник. — М.: Изд-во МГУП, 2000. 393 с.: ил.
ISBN 5-8122-0126-9
В учебнике излагаются теоретические основы процессов деформирования, склеивания, сушки, старения и механики разрушения полимеров, технология отделочных процессов при переработке оттисков в листовые и книжные издания и изделия и технология брошюровочно-переплетных процессов в производстве изданий в обложке и в переплетной крышке, приведены требования к отделочным и переплетным материалам, полуфабрикатам и готовой продукции, намечены направления совершенствования конструкции книжных изданий и технологии их изготовления. Рекомендуется для студентов полиграфических вузов и факультетов, инженерно-техническим работникам издательств и типографий.
ISBN 5-8122-0126-9
ББК 37.88
©Д.В.Воробьев, 2000
©Московский государственный университет печати, 2000
3
Оглавление
Предисловие.......................................9
Введение..........................................10
Раздел 1. Теоретические основы технологии отделки печатной продукции и технологии брошюровочно-переплетных процессов................................19
1.1. Основы теории деформирования полимеров....19
1.1.1. Виды деформации полимеров...............19
1.1.2. Упругая деформация......................21
1.1.3. Высокоэластическая деформация...........22
1.1.4. Вынужденная высокоэластическая деформация...................................23
1.1.5. Пластическая деформация.................24
1.1.6. Особенности деформационных свойств бумаги и картона.............................26
1.2. Основы теории склеивания полимеров.........27
1.2.1. Процессы склеивания.....................27
1.2.2. Клеи и клеевые композиции, применяемые в ТБПП...........................28
1.2.3. Ъшы клеевых соединений..................31
1.2.4. Этапы склеивания. Смачивание и прилипание......................34
1.2.5. Теории адгезии и склеивания.............36
1.2.6. Схватывание и закрепление клеевого слоя.42
1.2.7. Технология склеивания...................46
1.2.8. Оценка технологических свойств клеев....51
1.2.9. Факторы, определяющие прочность и долговечность клеевых соединений...........55
1.2.10. Старение клеевых соединений............59
1.3. Основы теории сушки полуфабрикатов и продукции....................................61
1.3.1. Объекты и способы сушки.................61
1.3.2. Особенности процесса сушки .............63
1.3.3. Виды влажных тел........................64
1.3.4. Формы связи влаги с материалом..........65
1.3.5. Влаго- и теплоперенос во влажных материалах...................................68
1.3.6. Исследование процесса сушки.............75
1.3.7. Требования к полуфабрикатам и изделиям.
после сушки..............................78
4
1.3.8. Конвективная сушка.....................80
1.3.9. Радиационно-конвективная сушка.........83
1.3.10. Кондуктивная сушка....................89
1.3.11. Сушка в высокочастотном электромагнитном поле........................91
1.3.12. Плазменная сушка......................95
1.3.13. Технологические факторы, влияющие на скорость сушки............................96
1.4. Основы теории долговечности и механики разрушения полимеров.........................98
1.4.1. Основы теории долговечности полимеров..98
1.4.2. Основы механики разрушения............ 103
Раздел 2. Отделка листовой печатной продукции.... 106
2.1. Лакирование оттисков...................... 106
2.1.1. Технология лакирования ............... 107
2.1.2. Контроль качества отлакированных оттисков ... 108
2.1,3. Факторы, влияющие на качество лакирования................................. 109
2.2. Припрессовка полимерной пленки............ ПО
2.2.1. Способы получения пленочного полимерного покрытия и их сравнительная характеристика ..111
2.2.2. Клеевой способ припрессовки.......... 112
2.2.3. Бесклеевой способ припрессовки....... 116
2.2.4. Экструзионный способ ламинирования. Припрессовка лакового слоя................. 118
2.2.5. Факторы, влияющие на качество оттисков с припрессованной пленкой.................. 120
2.3. Имитация металлических покрытий на оттисках ... 123
2.3.1. Бронзирование оттисков............... 123
2.3.2. Печатание металлизированными красками. 125
2.3.3. Тиснение металлизированной фольгой.... 126
2.4. Механические способы отделки............. 128
2.4.1. Гфенирование......................... 128
2.4.2. Биговка.............................. 129
2.4.3. Перфорация........................... 133
2.4.4. Высечка.............................. 135
Раздел 3. Изготовление простых тетрадей......... 139
3.1. Сталкивание листов....................... 140
3.1.1. Технология сталкивания............... 140
3.1.2. Факторы, влияющие на точность и производительность сталкивания........... 141
5
3.2. Подрезка и разрезка листов................. 143
3.2.1. Технология подрезки и разрезки......... 144
3.2.2. Сущность явлений при разрезке листов . 146
3.2.3. Факторы, влияющие на точность разрезки. 147
3.2.4. Факторы, влияющие на выбор геометрии, стойкость и частоту смены ножей.............. 150
3.2.5. Факторы, влияющие на стойкость и частоту смены марзанов..................... 153
3.3. Фальцовка листов........................... 156
3.3.1. Технология фальцовки................... 157
3.3.2. Оценка качества фальцовки.............. 159
3.3.3. Сущность явлений при фальцовке......... 161
3.3.4. Факторы, влияющие на качество и производительность фальцовки .............. 165
3.4. Прессование, упаковка и складирование тетрадей...................................... 168
3.4.1. Технология прессования и упаковки тетрадей ... 169
3.4.2. Оценка качества прессования............ 172
3.4.3. Факторы, влияющие на коэффициент спрессованности тетрадей..................... 173
3.4.4. Сущность явлений при прессовании тетрадей .. 176
3.4.5. Складирование тетрадей................. 178
Раздел 4. Изготовление сложных тетрадей........... 180
4.1. Изготовление и приклейка форзацев.......... 180
4. Ы.Тйпы форзацев и область их применения.... 181
4.1.2. Изготовление и приклейка форзацев к тетрадям или блоку......................... 185
4.1.3. Факторы, влияющие на прочность склейки и долговечность форзацев..................... 188
4.2. Изготовление и присоединение вклеек........ 191
4.3. Комплектовка дробных частей листа.......... 193
4.4. Технология изготовления тетрадей с вклейками и дробными частями листа.......... 195
Раздел 5. Изготовление книжных блоков............. 198
5.1. Технология комплектовки книжных блоков..... 199
5.1.1. Ручная комплектовка вкладкой........... 199
5.1.2. Ручная комплектовка подборкой...........200
5.1.3. Машинная комплектовка блоков............202
5.1.4. Организация труда при различной загрузке подборочных машин....................204
6
5.1.5. Факторы, влияющие на производительность комплектовки блоков..........................206
5.1.6. Контроль качества комплектовки...........207
5.2. Технология скрепления книжных блоков .......208
5.2.1. Поблочное шитье нитками..................211
5.2.2. Потетрадное шитье нитками................212
5.2.3. Факторы, влияющие на прочность потетрадного шитья нитками...................218
5.2.4. Шитье блоков проволокой..................222
5.2.5. Теоретические основы шитья проволокой...228
5.2.6. Факторы, влияющие на прочность скрепления блоков проволокой.................229
5.2.7. Клеевое бесшвейное скрепление блоков с фрезерованием корешка......................231
5.2.8. Клеевое бесшвейное скрепление блоков с частичным разрушением фальцев..............239
5.2.9. Клеевое бесшвейное скрепление блоков без разрушения корешковых фальцев............240
5.2.10. Оценка качества блоков, скрепленных КБС 242
5.2.11. Факторы, влияющие на прочность и долговечность КБС
с фрезерованием корешка...................244
5.2.12. Швейно-клеевое скрепление книжных блоков...............................251
5.2.13. Механическое скрепление книжных блоков.254
Раздел 6. Обработка книжных блоков..................258
6.1. Технология полной обработки книжных блоков .259
6.1.1. Многократный обжим корешка и блоков.....259
6.1.2. Заклейка корешка книжных блоков..........261
6.1.3. Факторы, влияющие на качество блоков в процессе заклейки, сушки
и обжима корешка...........................264
6.1.4. Обрезка блоков с трех сторон.............268
6.1.5. Кругление корешка и отгибка фальцев или краев....................................271
6.1.6. Приклейка к корешку блока ленточки-закладки, корешкового материала, капталов и бумажной полоски. Окантовка корешка блока.............277
Раздел 7. Изготовление обложек и переплетных крышек ... 284
7.1. Типы, конструкция, оформление и области применения обложек и переплетных крышек........284
7
7.1.1. Типы и конструкция обложек и крышек....284
7.1.2. Области применения обложек и переплетных крышек.......................................288
7.2. Переплетные материалы и требования к ним...291
7.2.1. Обложечные материалы..................292
7.2.2. Переплетный картон....................292
7.2.3. Материалы для отстава ................293
7.2.4. Материалы пластмассовых крышек .......293
7.2.5. Покровные материалы...................294
7.2.6. Требования к переплетным материалам...294
7.3. Раскрой обложечных и переплетных материалов .... 295
7.3.1. Раскрой картона.......................296
7.3.2. Раскрой рулонных материалов...........299
7.4. Изготовление обложек и сборка переплетных крышек............................301
7.4.1. Сборка переплетных крышек.............303
7.4.2. Изготовление редко применяемых крышек.304
7.4.3. Изготовление пластмассовых переплетных крышек.......................................305
7.5. Коробление переплетных крышек.............306
7.5.1. Причины коробления крышек.............307
7.5.2. Факторы, влияющие на коробление крышек.309
7.5.3. Способы устранения коробления крышек..311
7.5.4. Оценка качества готовых крышек........314
Раздел 8. Полиграфическое оформление переплетных крышек...............................316
8.1. Блинтовое тиснение........................318
8.2. Тиснение полиграфической фольгой..........320
8.2.1. Общая характеристика тиснения фольгой..320
8.2.2. Индексация и ассортимент фольги.......321
8.2.3. Технология тиснения фольгой ..........322
8.3. Конгревное тиснение ......................324
8.3.1. Комбинированное тиснение..............325
8.4. Штампы и матрицы для тиснения...........326
8.5. Сущность явлений при тиснении...........328
8.6. Оценка качества тиснения................333
8.7. Факторы, влияющие на качество тиснения...335
8.7.1. Влияние режима на качество тиснения....335
8.7.2. Влияние технологических факторов на качество тиснения.........................339
8.8. Печатание на переплетных крышках..........342
8.9. Другие способы полиграфического оформления переплетных крышек...........................345
Раздел 9. Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции.................348
9.1. Крытье обложкой ........................348
9.2. Вставка блоков в крышки.................350
9.3. Завершающие переплетные операции........353
9.3.1. Прессование и сушка книг.............354
9.3.2. Штриховка книг.......................356
9.3.3. Оценка качества вставки, обжима и штриховки книг............................357
9.3.4. Обертывание книг суперобложкой.......359
9.4. Упаковка и хранение книжных изданий......361
9.4.1. Виды упаковки книжных изданий.........361
9.4.2. Маркировка, транспортировка и хранение книжно-журнальной продукции 366
Раздел 10. Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг............................368
10.1. Методы и средства контроля качества полуфабрикатов ТБПП..........................368
10.2. Недостатки методов и средств контроля..370
10.3. Объективные методы контроля качества полуфабрикатов и книг........................374
10.4. Оценка качества готовых книг...........377
10.4.1. Оценка прочности и долговечности изданий... 378
10.4.2. Факторы, влияющие на прочность связи обложки и крышки с блоком и долговечность изданий.....................................380
10.4.3. Факторы, влияющие на срок службы книжных изданий.............................383
Заключение......................................387
Литература......................................390
Список сокращений, принятых в учебнике..........392
Предисловие
Учебник написан в соответствии с программой дисциплины «Технология брошюровочно-переплетных процессов» (ТБПП) по специальности 281400 «Технология полиграфического производства», утвержденной Учебно-методическим объединением по образованию в области полиграфии, издательского дела и книговедения, и рассчитан на студентов технологических факультетов полиграфических вузов или факультетов и может быть полезен инженерно-техническим работникам издательств, типографий и полиграфического машиностроения.
В основу содержания учебника положена значительная часть материалов, изложенных в изданиях 1971, 1979 и 1989 годов, которые были написаны по программам, планам-проспектам и под редакцией автора, однако темы, относящиеся к самостоятельной дисциплине «Проектирование и расчетТБПП», изъяты, а разделы «Изготовление сложных тетрадей», «Скрепление книжных блоков», «Обработка книжных блоков» и глава «Основы теории долговечности и механики разрушения полимеров» написаны заново. Изложению технологии отделки оттисков иТБПП предшествует теоретический раздел, так как процессы деформирования, склеивания и сушки используются уже при отделке оттисков. В последующих разделах рассмотрены технология отделки оттисков и технология переработки оттискод и переплетных материалов в готовые листовые комплектные и в книжные издания в обложках и в переплетных крышках. В части ТБПП отдельные операции излагаются в их технологической последовательности, что, по мнению автора, облегчает усвоение дисциплины.
Терминология и размерности приведены в соответствие с ГОСТ, ОСТ и отраслевыми ТУ, а обозначения параметров и расчетных формул — в соответствие с рекомендациями Международной организации по стандартизации ИСО. В учебнике использованы материалы научно-исследовательских разработок кафедры технологии печатных и послепечатных процессов МГУП и публикации в отраслевых журналах за последнее десятилетие.
Введение
Технология (от греческого techne — искусство, мастерство, умение) есть совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Задача технологии как науки—выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов. Технология брошюровочно-переплетных процессов заключается в последовательной переработке полуфабрикатов-оттисков и более двадцати видов переплетных материалов в готовые книжные издания в обложке и в переплетной крышке.
Так как любое книжное издание состоит из двух конструктивных узлов, книжного блока и обложки или переплетной крышки, а блок может состоять из простых и сложных тетрадей, то завершающая стадия современного книжного производства предусматривает параллельное их изготовление, после чего выполняется их надежное соединение (крытье или вставка), и заключительные операции. Для книжных изданий в переплетной крышке, рассчитанных на относительно большой срок службы и интенсивное пользование, характерны также операции по обработке книжных блоков, число которых может достигать двенадцати. Книжные блоки изданий в обложке не обрабатываются, а операция обрезки изданий обычно является завершающей.
Брошюровочно-переплетные процессы (БПП) по своей сути являются сборочно-монтажными. При их проведении продукция печатных процессов в результате многозвенной переработки превращается в книжное издание в виде кодекса — скрепленных в корешке листов печатного материала, покрытых обложкой или переплетной крышкой. Такая конструкция обеспечивает длительную сохранность содержащейся в ней информации, свободный доступ к любой ее части, делает издание удобным при хранении и пользовании, а вместе с операциями полиграфического оформления и эстетически привлекательным.
Введение
И
Переработка оттисков в готовые книжные издания и изделия на многих операциях связана с процессами деформирования, склеивания и сушки печатных и переплетных материалов, которые по своей физико-химической природе и свойствам относятся к двум разным классам веществ—к капиллярно-пористым колло-идным(бумага, картон, корешковыеипокровныематериалыидр.) и к типичным коллоидным телам (лаки, клеи, переплетные краски). Эти тела имеют различные внутреннее строение, состав, плотность (объемную массу), пористость, по-разному изменяют свои деформационные свойства с изменением влажности материала и поэтому по-разному реагируют на внешнее воздействие в процессах переработки полуфабрикатов БПП. По этим причинам качество полуфабрикатов и готовой продукции отделочных и брошюровочно-переплетных процессов во многом зависит от режимов проведения технологических операций (температуры материалов и полуфабрикатов, времени воздействия и скорости нагружения) и так называемых технологических факторов — композиции, виду отделки, степени проклейки и влажности волокнистых материалов, химической природы и состава клеев и других показателей.
Для глубокого понимания существа явлений, происходящих в операциях деформирования, склейки и сушки, необходимо воспользоваться знаниями, полученными из фундаментальных и смежных дисциплин — физики, органической, физической и коллоидной химии и полиграфических материалов. Знание существа явлений позволит управлять технологическим процессом, но для этого необходимо четко прослеживать за изменениями основных свойств и важнейших показателей качества полуфабрикатов, знать, как влияют режимы обработки и исходные свойства материалов и полуфабрикатов на конечный результат — прочность, долговечность, раскрываемость, качество полиграфического оформления и внешний вид готовой книги.
Конструкции листовых и книжных издании. К листовым изданиям относятся газеты, плакаты, карточные и комплектные издания. Конструкция плаката, карточного издания и газеты достаточно проста. Первые два вида изданий состоят из одного или нескольких листов, подрезанных и обрезанных по формату. Лист или листы газеты имеют вид одно- или двухсгибной тетради, а при большом объеме — вид блока, скомплектованного вкладкой из односгибных тетрадей. Буклет всегда состоит из одного листа с числом сгибов не менее двух. Комплектное издание состоит из двухузлов конструкции: скомплектованного блока, состоящего из отдельных листов одинакового формата, и папки или бандероли (бумажной обертки, склеенной узкими краями).
12
Книжные издания в обложке состоят также из двух узлов — книжного блока и обложки, состоящей из одного (возможно — из трех) элемента, скрепленного с блоком проволокой или клеем. Книжные издания в переплетной крышке кроме блока и крышки обязательно имеют еще от трех до шести соединительных элементов конструкции: корешковый или окантовочный материал, два каптала, бумажную полоску или гильзу, два форзаца. Книжный блок состоит из одной или нескольких (иногда —до десятков) тетрадей или из отдельных листов, подобранных в определенной последовательности и скрепленных нитками, проволокой и (или) клеем, а блок изданий в переплетной крышке — ис помощью корешкового или окантовочного материала, капталов, бумажной полоски или гильзы. Переплетная крышка состоит из одного, четырех или шести конструктивных элементов: картонных сторонок, отставай покровного материала, скрепленных клеем; покровный материал может состоять из трех элементов — тканевого корешка и двух покровных сторонок. Соединяется крышка с блоком с помощью корешкового или окантовочного материала и форзацев, промазанных клеем.
Схемы конструкций изданий: а— комплектного; б— книжного в обложке; в — книжного в переплетной крышке; 1 — книжный блок; 2 — обложка;
3 — переплетная крышка; 4 — папка; 5 — книжные тетради; 6 — форзац;
7 — корешковый материал; 8— каптал; 9 — бумажная полоска;
10 — проволочная скоба; 11 — клей; 12 — комплект листовых изданий
Введение
13
Краткая история развития конструкции книги и ТБПП. Конструкция древней книги определялась системой письма, спецификой писчего материала и инструмента для письма. В различные отрезки времени в различных регионах для письма использовались глиняные плитки, березовая кора, пальмовые листья, покрытые воском дощечки, но наибольшее значение в становлении и развитии мировой культуры письма сыграли папирус, пергамент и бумага. Писчий материал папирус изготавливался в Египте из сердцевины тростника, в изобилии растущего в долине Нила: сердцевина стебля разрезалась на узкие полоски, которые после высушивания склеивали в два слоя крест-накрест соком растения, получая листы и длинные (до 45 м) ленты. Текст и рисунки наносились тростниковой палочкой или пером (каламом) черной или красной краской и, позже, чернилами. Листы папируса нельзя было складывать пополам (фальцевать), поэтому книги из папируса имели форму свитков, которые закрепляли на палках и хранили в кожаных футлярах или в ящиках. Такая форма книги возникла в IV тысячелетии до н.э.
Более современная и удобная в обращении конструкция книги в виде кодекса появилась в I в. до н.э. и своим происхождением обязана, видимо, полиптиху — своеобразной записной книжке из скрепленных между собой дощечек, покрытых воском, применявшейся в Древнем Риме для письма заостренной палочкой. Конструкция кодекса для рукописной книги стала возможна благодаря появлению новых видов писчего материала — пергамента (особо выделанной кожи мелких животных, II в. до н.э.) и бумаги (в Китае — в начале I в. н.э., в Самарканде — в VIII в., в Западной Европе — в XIII в. н.э.), допускающих фальцовку.
Рукописные книги-кодексы сами переписчики составляли из тетрадей (вложенных друг в друга сложенных пополам листов), объем которых достигал 20 и 24 страниц. После заполнения текстом тетради нумеровались, комплектовались по порядку, сшивались тонкими сухожилиями или толстыми нитками и покрывались обложками из пергамента или кожи. Наиболее ценные книги защищали жесткой переплетной крышкой, которую делали из нескольких склеенных листов папируса или пергамента, а позже — из деревянных досок, обтянутых кожей или тканью.
С изобретением и развитием книгопечатания (до конца XV в. за первые 50 лет книгопечатания в Европе было издано более 10 млн. книг) брошюровочно-переплетные работы выполнялись в многочисленных переплетных мастерских с применением простейших устройств и инструментов. Шитье блоков производилось на швейном станке [уставке], заклейка и сушка корешка —
14
в деревянных тисках, обрезка—гобелемс копьевидным или дисковым ножом, тиснение на переплетной крышке готовой книги — штемпелями, филетами, дорожниками, роликами и наборным латунным шрифтом, закрепленным в шрифткассе.
Технология брошюровочно-переплетных процессов bXV-XIXb. в Западной Европе и в России значительно отличалась от таковой в странах Ближнего Востока. В Западной Европе и в России фальцовка выполнялась переплетной косточкой после чего корешковый фальц тетрадей обколачивался на металлической плите. Книжный блок сшивали толстыми и прочными нитками на связках— полосках кожи, специально выделанных сухожилиях, позже — на пеньковых шнурах, которые в натянутом состоянии закреплялись в швейном станке, а в сшитом блоке образовывались на корешке поперечные выступы (бинты). Заклейка и последующая сушка корешка производилась жидким костным клеем в тисках при несильном сжатии, обеспечивающем определенную глубину проникания клея и ширину склейки смежных тетрадей блока. Концы связок сшитого блока прикреплялись к деревянным или, позже, к картонным сторонкам переплетной крышки, после чего корешок блока и сторонки переплетной крышки оклеивались покровным материалом—пергаментом, кожей, парчой, тканью с загибкой краев материала на внутренней стороне крышки. К внутренней стороне переплетной крышки уже практически переплетенной книги приклеивались форзацы, после чего книга несколько часов выдерживалась в прессе, что обеспечивало ее высокую компактность и длительное сохранение формы. Тиснение на крышке нагретыми инструментами, прикрепление к крышке металлических накладок и застежек выполнялись на вполне готовой книге.
На Ближнем Востоке и на юге России книжные блоки сшивали нитками без связок, а наиболее утолщенные швы прятали в углубления, пропилы, сделанные в скомплектованном блоке. Сторонки переплетной крышки делали из картона, причем крышку составляли из трех сторонок, чтобы третья сторонка закрывала передний обрез блока и частично переднюю сторонку. Для скрепления крышки с блоком использовали ткань, а корешок крышки делали полым, не склеивали с корешковым материалом, чтобы позолота на корешке не трескалась и не отслаивалась при пользовании книгой.
Бурное развитие книгопечатания уже во второй половине XV в. способствовало разделению труда печатника и переплетчика, созданию в типографиях переплетных цехов или самостоятельных мастерских и брошюровочно-переплетных предприятий,
Введение
15
которые выполняли заказы издателей или книголюбов — в соответствии с их вкусом и финансовыми возможностями. В течение четырех с лишним веков массового производства печатной продукции брошюровочно-переплетное производство оставалось мануфактурным, ручным, с использованием простейших инструментов и устройств.
Первыми в середине XIX в. были механизированы наиболее трудоемкие и физические тяжелые операции — обрезка книжного блока и тиснение на переплетных крышках, затем операции фальцовки отпечатанных листов и шитья книжных блоков. Механизация шитья книжных блоков способствовала появлению новых видов швейного скрепления блоков и применению новых переплетных материалов: шитью на марле без связок, использованию сравнительно тонких ниток на швейных машинах и тонкой стальной проволоки на проволокошвейных машинах. Во второй половинеXX в. получили промышленное применение принципиально новые способы скрепления книжных блоков — клеевое бесшвейное и швейно-клеевое (с шитьем тетрадей в процессе фальцовки и клеевым скреплением тетрадей блока), а также новые переплетные материалы: различные покровные материалы на бумажной и нетканой основе с прочным и износостойким полимерным покрытием, прочные и тонкие (с малой линейной плотностью) нитки из синтетических волокон, термонити, быстрозакрепляющиеся дисперсионные клеи и термоклеи.
Первые автоматизированные блокообрабатывающие агрегаты и крышкоделательные машины стали применять на крупных полиграфических предприятиях в конце XIX—начале XX в., а в 1948 г. в ГМП «Первая Образцовая типография» (Москва) вступила в строй первая поточная линия, выполняющая все операции от шитья блоков до упаковки готовых книг в едином ритме. В состав поточной линии входили полуавтоматическое оборудование, блокообрабатывающий агрегат, сушильные устройства и пять транспортеров для передачи блоков и готовых книг на последующие операции. Вскоре подобные поточные линии были организованы во многих крупных типографиях, а в последующие десятилетия они были заменены автоматизированными поточными линиями, выполняющими все операции от обжима сшитых блоков до укладки готовых книг в стопу в режиме непрерывного потока. Применение клеевого бесшвейного скрепления блоков позволило начинать непрерывное поточное производство с комплектовки блоков, а при использовании термоклея завершать его упаковкой книг.
16
В современном крупносерийном производстве малообъемных изданий в обложке основу автоматизированной поточной линии составляет вкладочно-швейно-резальный агрегат, максимальная техническая скорость которого может составлять от 150 до 333 цикл/мин. Поточные линии для изготовления изданий среднего и большого объема в обложке, включающие агрегаты клеевого бесшвейного скрепления, при работе с термоклеем могут работать со скоростью до 300 цикл/мин. Максимальная техническая скорость поточных линий по изготовлению изданий в переплетной крышке при клеевом бесшвейном скреплении блоков может достигать 166 цикл/мин, а на линиях по изготовлению и обработке сшитых книжных блоков — 55 цикл/мин.
Укрупненные схемы ТБПП. Для изготовления большинства листовых изданий требуется не более трех отделочных и заключительных операций, после выполнения которых они уже являются готовой продукцией и поступают на упаковку. Так, например, при обработке оттисков газетных изданий, печатаемых на рулонных ротационных печатных машинах, применяют лишь разрезку и фальцовку бумажной ленты, при изготовлении плакатов — только подрезку для удаления контрольных шкал и приводочных меток, при изготовлении буклетов — подрезку и фальцовку, карточных изданий — подрезку, разрезку, иногда — перфорацию и фальцовку, кругление уголков. При изготовлении комплектных изданий число отделочных и заключительных операций достигает 5-7. Здесь часто применяется лакировка оттисков и папки и иногда — бронзирование, обязательны подрезка и разрезка листов, комплектовка издания, биговка папки и укладка комплекта листов в папку.
При изготовлении книжных изданий, в зависимости от их конструкции и уровня полиграфического исполнения, число брошюровочно-переплетных операций для изданий в обложке может достигать 14, а для изданий подарочного типа в переплетной крышке может превышать 50. В современной технологии брошюровочно-переплетных процессов книжный блок комплектуют из простых и сложных тетрадей: к последним до изготовления блока присоединяются дробные части бумажного листа, иллюстрации, печатаемые отдельно от текста, и форзацы. К началу изготовления книжного блока все тетради должны быть готовы, поэтому печатание и фальцовка будущих сложных тетрадей выполняются в первую очередь. Два основных узла книжной конструкции — книжный блок и обложка, книжный блок и переплетная крышка — изготавливаются параллельно, а затем
Введение
17
соединяются вместе на операциях крытья блоков обложкой и вставки блоков в переплетную крышку, после чего следуют заключительные и отделочные операции.
Для успешного усвоения технологии брошюровочно-переплетных процессов многозвенную цепочку технологических операций по изготовлению книжных изданий в обложке и в переплетной крышке целесообразно представить в виде укрупненных блок-схем, каждый блок (комплекс операций) которых рассматривается в разделах 3-9 учебника.
Блок-схема ТБПП изданий в обложке
Блок-схема ТБПП изданий в переплетной крышке
8. Упаковка
Каждый блок укрупненных схем (кроме «6. Обрезка изданий») является комплексом операций, состав которых определяется в основном конструкцией изданий, уровнем их полиграфического оформления, толщиной книжных блоков и степенью механизации и автоматизации производства.
Раздел 1. Теоретические основы технологии отделки печатной продукции и технологии брошюровочно-переплетных процессов
В технологии отделки оттисков и в ТБПП в 30 различных операциях, от припрессовки полимерной пленки к оттискам до штриховки готовых книг, материалы, полуфабрикаты, издания и изделия испытывают силовое воздействие, сопровождающееся обратимыми и необратимыми деформациями сжатия, растяжения, изгиба и сдвига. Целенаправленное силовое воздействие в этих операциях позволяет получить удобные в работе или необходимые размеры заготовок и конфигурацию деталей, готовых изданий и изделий, изменить фактуру поверхности и плотность материалов, обеспечить надежную склейку деталей и облегчить проведение последующих операций, уменьшить нагрузки на швейное и клеевое скрепление при пользовании книжным изданием, продлить срок его службы.
Процессы склеивания используются в 18 операциях — от припрессовки полимерной пленки к оттискам до вставки блоков в крышки и наклейки ярлыков на упаковку. По крайней мере в трех операциях ТБПП — при приклейке форзацев, заклейке корешка блоков и клеевом бесшвейном скреплении — качество склеивания определяет прочность и долговечность книжных изданий, а в других случаях оно обеспечивает надежное и быстрое соединение деталей книжной конструкции при минимальных затратах финансов, материалов и производственного времени.
Процессы сушки неразрывно связаны с процессами склеивания деталей клеями, содержащими влагу, а инженерно грамотное их проведение позволяет получить требуемое качество полуфабрикатов на последующих операциях, связанных с процессами деформирования, резко сократить сроки выпуска заказов.
1.1. Основы теории деформирования полимеров
1.1.1. ВИДЫ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРОВ
Всякое силовое воздействие на материал сопровождается деформацией —изменением его формы, объема и плотности, а его
20
Раздел 1
конечный результат зависит от величины силового воздействия, химической природы и физико-механических свойств материала, За редким исключением (кроме полиграфической проволоки, алюминиевой и бронзовой пудры) печатная бумага и все переплетные материалы являются органическими веществами и относятся к классу полимеров, причем основные материалы — бумага и картон — состоят в основном из целлюлозы и древесной массы. Многие виды бумаги в своем составе содержат клеящие вещества (золи), обычно эфиры олигомера канифоли, и минеральные наполнители — белые мелкодисперсные порошки оксидов титана, цинка, гидроксида алюминия или каолина. Их наличие, безусловно, влияет на конечный результат действия внешней силы, но основное влияние на процессы деформирования, на качество полуфабрикатов и продукции оказывают основные компоненты — целлюлоза и древесная масса.
Деформация полимеров сопровождается деформацией и перемещением молекул полимера или их агрегатов. Современная теория деформирования полимеров рассматривает четыре вида деформации — упругую, высокоэластическую, вынужденную высокоэластическую и пластическую, — которые по мере нагружения деформируемого тела возникают и в разной степени изменяют его размеры и определяют конечный результат силового воздействия. В плотных и однородных по структуре материалах по мере возрастания деформирующей силы и напряжения в теле возникает упругая деформация е , затем высокоэластическая ев, вынужденная высокоэластическая евв и пластическая еп, сумма которых определяет полную деформацию тела е:
£ = (1.1)
Если материал имеет неоднородную структуру и плотность, то в разных его участках в один и тот же момент времени могут развиваться два, три и даже все четыре вида деформации.
В теории деформации материалов пользуются понятием относительной деформации (%)
S = [0o4)/Qm (1-2)
где 1о и 1д—размеры тела до и после (или в момент) деформирования, м.
Это удобно, так как величина е практически не изменяется при изменении размера 1о. На практике, в производственных условиях пользоваться этим понятием неудобно, так как необходимо сделать два измерения (1о и 1д) и три арифметических дей
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 21
ствия. Для оценки качества полуфабрикатов в ТБПП важен конечный результат деформирования тетрадей, блоков, переплетных крышек, который регламентируется нормативными документами и может быть определен одним измерением, без арифметических действий, с помощью металлической линейки или индикаторного глубиномера. По этим причинам в производственных условиях пользуются понятием абсолютной остаточной деформации Adoc, выражаемой в единицах длины—мкм, мм, см. Абсолютную остаточную деформацию, состоящую из вынужденной высокоэластической и пластической деформаций (Adoc=AdBB + +Adn) следует измерять не сразу, а через 0,5-2 ч после снятия нагрузки.
1.1.2. УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
При получении упругой деформации необходимо преодолеть силы ионного, молекулярного взаимодействия или химических связей. Большие по величине, эти силы действуют на малых расстояниях, а при их преодолении упорядоченная структура материала разрушается. По этим причинам относительная упругая деформация в кристаллах, требующая значительно меньших напряжений, чем это необходимо для преодоления химических связей в молекулах, не превышает 0,2% от полной деформации тела. В полимерах упругая деформация может составлять 0,1-1,0% от величины обратимой деформации:
еу = (0,001 - 0,01) • (еу + ев) < 0,01еоб. (1.3)
Связь между элементарными частицами в кристаллической решетке неорганических веществ и в кристаллических образованиях полимеров много слабее химической связи в молекулах, поэтому упругая деформация первой возникает и исчезает при приложении и снятии нагрузки. Зависимость упругой деформации от напряжения описывается законом Тука
о = Ееу, (1.4)
где о—напряжение, Па; Е— модуль Юнга, Па. Модуль Юнга (модуль упругости) численно равен напряжению, изменяющему размер деформируемого тела в 2 раза.
Кристалличность целлюлозы естественного происхождения оценивается в 70%, но в процессе переработки в полиграфических и других материалах она снижена примерно вдвое, до 35%. Считая, что упругая деформация в полимерах на основе целлю
22
Раздел 1
лозы затрагивает лишь кристаллические образования, подсчитаем ее долю при обрыве бумажного полотна в рулонной печатной машине:
еу = д[р .fcKpfcy = 0,009 0,35 0,01 = 3,15 10"5 ~ 0,003%, (1.5) где Д1р = 0,09% — удлинение бумаги № 1 при разрыве в машинном направлении; кк = 35% — кристалличность бумаги, состоящей из целлюлозы; 1с = 1% — максимальная доля упругой деформации в полимерах.
Это немногим более 0,03 мм на 1 м длины полотна—величина, которой можно пренебречь.
В процессе блинтового и конгревного тиснения обратимая деформация сжатия картона за счет его пористой структуры может достигать 35%, поэтому абсолютная упругая деформация сжатия толстого картона будет равна
Ady =К гоб ккр ку =3,0- 0,35- 0,35- 0,01 ~ 0,004 мм, (1.6) где К= 3,0 мм — максимальная толщина переплетного картона; еоб = 35% — относительная обратимая деформация картона.
Полученное значение более чем на порядок превышает точность измерительных инструментов, которыми рекомендуется оценивать качество тиснения на переплетных крышках.
1.1.3. ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Высокоэластическая деформация характерна только для полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии. Она возникает при наличии гибких макромолекул и обусловлена возможностью изменения их формы под действием внешней силы.
Полимеры могут находиться в высокоэластическом состоянии в интервале температур от их температуры стеклования Т до температуры текучести Т. В интервале температур Т — Т есть относительно малая по величине переходная температурная область, в которой высокоэластическая деформация при малом времени действия механических и электромагнитных полей может и не развиться. Эта температурная область характеризуется температурой механического стеклования Тм, которая больше Т, но значительно меньше температуры текучести. При переходе через Тм деформационные свойства полимера резко изменяются. При относительно малых напряжениях в полимере, находящемся в стеклообразном и высокоэластическом состоянии ниже Тм, возникает только упругая деформация с модулем
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
23
упругости порядка 2-6 ГПа (20-60 тс/см2), выше Тм возникают как упругая, так и высокоэластическая составляющие обратимой деформации.
Если упругая деформация сопровождается изменением средних межатомных и межмолекулярных расстояний и деформацией валентных углов полимерной цепи, то высокоэластическая деформация—ориентацией и перемещением звеньев гибких цепей; по величине она практически равна полной обратимой деформации, так как превышает упругую в 100-1000 раз. При деформации полимера в несколько процентов высокоэластическая деформация пропорциональна напряжению, но высокоэластический модуль Ев зависит от скорости нагружения. В высокоэластичных материалах (в полимерных пленках, резинах) этот модуль зависит от скорости и при деформации в сотни процентов.
После снятия нагрузки релаксация напряжения в линейных полимерах с течением времени приводит к полному исчезновению напряжения, а в сшитых полимерах — к достижению отличного от нуля напряжения. При тиснении на переплетных крышках штампом комнатной температуры время релаксации деформации не превышает 3 ч, а при тиснении нагретым до 100-150°С штампом релаксация деформации не наблюдается.
1.1.4. ВЫНУЖДЕННАЯ ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
При высоких нагрузках высокоэластическая деформация твердых полимеров, находящихся в кристаллическом или высокоэластическом состоянии, может перерасти в вынужденную высокоэластическую деформацию евв, которая развивается и ниже температуры механического стеклования Тм. В этом случае деформация полимеров происходит вследствие быстрого перемещения цепей макромолекул или в результате взаимного смещения относительно крупных элементов надмолекулярной структуры. Этот вид деформации может достигать сотни процентов и сохраняться длительное время после снятия нагрузки.
Процесс вынужденной высокоэластической деформации в аморфных полимерах объясняется релаксационной теорией. Время релаксации t, характеризующее скорость перегруппировки сегментов макромолекул и скорость высокоэластической деформации, зависит от абсолютной температуры Т, энергии активации Uo, определяемой потенциальными барьерами, которые преодолевают эти элементы структуры при переходе из одного равновесного состояния в другое:
24
Раздел 1
U0-ao
tp=t0-e^, (1-7)
где t0 — постоянная, c; a — постоянная, зависящая от объема сегмента цепочечной молекулы, м3; к= 1,38 10-23Дж/К—постоянная Больцмана; Т— абсолютная температура, К; о — напряжение, Па.
При низких температуре и напряжении время релаксации может стать гораздо больше времени наблюдения, поэтому высокоэластическая деформация воспринимается необратимой.
Вынужденную высокоэластическую деформацию иногда ошибочно отождествляют с пластической, так как по внешнему признаку они схожи. При нагревании до температуры стеклования или при набухании полимера, например, во влажном воздухе она полностью исчезает, а полимер восстанавливает свою форму.
1.1.5. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Пластическая деформация у твердых полимеров проявляется при высоких напряжениях и (или) температурах и обусловлена необратимым перемещением макромолекул или их агрегатов. Она всегда сопровождается развитием высокоэластической деформации, что усложняет ее наблюдение и качественную и количественную оценку. При пластической деформации любое твердое вещество утрачивает свойства, определяемые понятиями «твердость» и «жесткость», приобретает свойство текучести, которое характеризуется вязкостью и описывается уравнением Ньютона
t = t|v, илиг| = т/у, (1.8)
где т — тангенциальное (касательное) напряжение, Па; т| — динамическая вязкость, Па с; v — градиент скорости относительного перемещения соседних слоев жидкости, м/(с м) = с-1.
У полимеров, проявляющих признаки течения при высоких нагрузках, зависимость между напряжением и скоростью деформации для сравнительно небольшого диапазона скоростей может быть описана степенным законом
d£/dt = yon, (1.9)
где cte/dt— скорость относительной деформации, %/с; у < 1, п > 3 — константы.
При постоянной скорости деформации напряжение с течением времени изменяется по кривой с максимумом (рис. 1.1), так
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
25
как в деформируемом полимере одновременно протекают два процесса — развитие высокоэластической деформации, повышающее напряжение, и тиксотропное (обратимое) разрушение структуры полимера, приводящее к его снижению.
По мере разрушения структуры полимера напряжение стабилизируется, но с увеличением скорости деформации оно возрастает.
При испытаниях полимеров на сжатие необратимую деформацию характеризуют условным показателем пластичности
Время
Рис. 1.1. Изменение напряжения в полимере во времени при постоянных температуре Т и скорости деформации со = cte/dt (со2 > CDj)
fc,. =(d0-d2)/(d14-d2). (1.10)
где d0, dj и d2 — соответственно толщина образца — начальная, под нагрузкой Fn после снятия нагрузки и восстановления.
Бумага и переплетные материалы на основе целлюлозы при нормальной, нормируемой ГОСТом влажности порядка 5-10% вряд ли способна к пластической деформации, вязкому течению, описываемому уравнениями (1.8) и (1.9). Целлюлоза, основной компонент бумаги, — сравнительно жесткоцепный полимер, температура плавления которого выше температуры термической деструкции, а нагревание ее свыше температуры стеклования (около 220°С) может привести лишь к разложению макромолекул. Термическая деструкция целлюлозы начинается уже при температуре 150°С; при температуре от 170°С она окисляется молекулярным кислородом, а при температуре свыше 300°С происходит пиролиз.
В сухой целлюлозе практически все ОН-группы целлюлозы участвуют в образовании водородных связей между молекулами в микро-, макрофибриллах и в волокнах. Энергия водородной связи весьма высока (в воде при 0°С она равна 20 кДж/моль), поэтому вероятность разрыва водородных связей при деформировании материалов на основе целлюлозы маловероятна. Связь между волокнами бумаги и картона осуществляется за счет значительно более слабых ван-дер-ваальсовых сил, а в бумаге № 2 и № 3 и в переплетном картоне, содержащих относительно гру
26
Раздел 1
бые и шероховатые волокна древесной массы, и за счет сил трения. Преодоление этих сил может сопровождаться относительным смещением волокон; в процессах разрезки и тиснения возможно разделение волокон на фибриллы и микрофибриллы, но этот процесс следует отнести к механической деструкции надмолекулярной структуры, но не к вязкому течению в жидкостях. При склеивании бумаги и картона клеями с большим содержанием воды водородные связи между молекулами целлюлозы заменяются мостиковыми связями через диполи воды. Такая связь сравнительно легко может быть разрушена при силовом воздействии, но это уже другой материал — «папье-маше» [18, 24, 29,31].
Гладкий срез бумаги и картона, получаемый в процессах разрезки, перфорации и высечки, не может служить свидетельством наличия в них пластической деформации, так как механическое разрушение надмолекулярной структуры, раздвижение агрегатов микрофибрилл на половину их длины обеспечивает класс шероховатости поверхности, соответствующий высшему классу чистоты механической обработки 14в, полированной поверхности (0,025-0,032 мкм).
1.1.6. ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ БУМАГИ И КАРТОНА
Бумага и картон микронеоднородны по всем трем направлениям — машинному (долевому), поперечному и толщине. При их изготовлении волокна бумажной массы ориентируются преимущественно по машинному направлению, вдоль движения сетки бумагоделательной машины, причем в большей степени по сеточной (нижней) стороне. На сеточной стороне этих материалов всегда меньше волокон малого размера, проклеивающих веществ и наполнителей. Из-за односторонней ориентации волокон прочность бумаги в машинном направлении больше, чем в поперечном, а относительное удлинение при растяжении и увлажнении — меньше. При складывании листа бумаги пополам перпендикулярно машинному направлению она, в зависимости от композиции, теряет от 20 до 80% прочности. С учетом этих особенностей строения раскрой всех конструктивных деталей книжных изданий из бумаги и картона следует делать долевым: машинное направление должно быть вдоль корешка.
Упаковка волокон целлюлозы и древесной массы в бумаге и картоне неплотная: от 40 до 60% их объема занимают поры и капилляры, которые в воздушно-сухих материалах заполнены воздухом и на 5-10% по массе—адсорбированной водой. Порис
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
27
тое строение этих материалов определяет важную их особенность при деформировании: если при растяжении вплоть до разрыва относительное удлинение воздушно-сухих материалов не превышает 4,2%, то деформация сжатия может превышать 50%. Вследствие этого в процессах прессования тетрадей, блоков и книг и при тиснении на переплетных крышках при снятии нагрузки происходит быстрое и значительное восстановление размеров материалов в основном за счет расширения защемленного в порах и капиллярах воздуха и обратимой высокоэластической деформации. Относительно малое, на 3-5%, повышение влажности материалов и наличие мелкодисперсных наполнителей ослабляют связи между волокнами, заметно пластифицируют материалы, приводят к значительным остаточным деформациям при одинаковых нагрузках.
1.2. Основы теории склеивания полимеров
1.2.1. ПРОЦЕССЫ СКЛЕИВАНИЯ
Склеивание—получение неразъемного соединения материалов при помощи промежуточного слоя — адгезива. Это весьма распространенная операция в процессах отделки оттисков, в технологии брошюровочно-переплетных процессов и в производстве этикеток и некоторых видов упаковки. Процесс склеивания широко используется при клеевой и бесклеевой припрессовке полимерных пленок к оттискам, при изготовлении сложных тетрадей, скреплении и обработке книжных блоков, сборке переплетных крышек, крытье блоков обложкой, вставке блоков в крышки, при упаковке листовой и книжной продукции, в производстве самоклеящихся этикеток и коробок.
Процессами склеивания пользовались в Древнем Египте с III тысячелетия до н.э. для изготовления материала для письма — папируса, а с I в. до н.э. в Древнем Риме и в Греции — для скрепления блоков рукописных книг в форме кодекса и изготовления для них переплетов. В качестве клея использовались растительные и животные клеи — сок растений (папируса, гевеи и др.), крахмальные клейстеры, получаемые завариванием зерен или муки пшеницы, кукурузы, маиса, риса и бульонами, полученными при варке мездры или костей животных. Крахмальные и костные клеи на некоторых операциях брошюровочно-переплетных процессов применяются и сейчас, но примерно с середины
28
Раздел 1
XX в. их существенно потеснили синтетические вещества и композиции.
Основными достоинствами процессов склеивания являются дешевизна, доступность и простота скрепляющего материала, простота технологии получения клеевого соединения, его высокая прочность и долговечность при сохранении гибкости, эластичности, что немаловажно для конструкции книжных изданий. Клеевые соединения имеют и недостатки, к которым следует отнести: у клеев на водной основе — требование длительной естественной сушки или высокие энергетические затраты искусственной сушки, ухудшение эксплуатационных свойств в процессах потери влаги и старения.
1.2.2. КЛЕИ И КЛЕЕВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТБПП
При изготовлении сложных тетрадей применяются клеи растительного происхождения и синтетические клеи с относительно малой липкостью и большим открытым временем. Если приклейка форзацев, иллюстраций и 4-страничных дробных частей листа выполняется вручную, то обычно используют крахмальный клей, а при работе на автоматах—латексный с добавлением костного клея, обеспечивающего хорошую липкость. Концентрацию и вязкость клея подбирают так, чтобы ширина клеевого соединения соответствовала требованиям нормативных документов.
Склейку крайних тетрадей блока на ниткошвейном оборудовании выполняют клеем на основе натриевой соли карбоксиме-тилцеллюлозы (NaKMLQ с добавлением поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) для повышения прочности склейки. Этот клей содержит более 90% воды и имеет большое открытое время, но достаточно прочная склейка обеспечивается при длительном продвижении сшитых блоков по выводному столу ниткошвейного оборудования.
На операции заклейки корешка книжных блоков применяются клеи, обеспечивающие прочную и эластичную склейку фальцев тетрадей, длительное сохранение формы арочного свода корешка раскрытой книги. Примерно до середины XX в. на этой наиболее ответственной операции брошюровочно-переплетных процессов применялся костный клей, но в последующие годы его заменила ПВАД. В зависимости от условий нанесения клея и вида тиражной бумаги используется 33-50%-ная гомополимер-ная грубодисперсная ПВАД, содержащая в качестве пластифи
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
29
катора до 7% дибутилфталата по отношению к сухому остатку. Если заклейка корешка выполняется на станках типа БТП-3, то используют дисперсию с содержанием сухого остатка не более 33%, так как более концентрированный и вязкий клей не способен проникать между фальцами тетрадей, остается лишь на наружных сгибах. В современных клеемазальных устройствах, позволяющих наносить высоковязкие клеи пленкой требуемой толщины, на этой операции используют примерно 40%-ную ПВАД.
С целью экономии ПВАД иногда разбавляют 4%-ным метилцеллюлозным клеем (вплоть до соотношения 1:3) или используют латексно-казеиновый клей, который обеспечивает достаточно долговечную склейку блоков, изготовленных из бумаги для высокой печати № 1 и № 2.
При клеевом бесшвейном скреплении со срезкой корешковых фальцев и при заклейке корешка блоков, состоящих из тетрадей, сшитых термонитями, используют неразбавленную высоковязкую ПВАД, содержащую около 50% сухого остатка, обеспечивающую высокую липкость, малое время схватывания и большую прочность клеевого соединения.
Во всех перечисленных случаях клеи относительно высоких концентраций применяются тогда, когда книжные блоки состоят из мелованной или высококлееной бумаги.
На операциях приклейки к корешку блока марли и капталобумажной полоски, а также при сборке переплетных крышек важную роль играют липкость клея и малое время схватывания. Этими качествами в полной мере обладают концентрированные (52-64%) и горячие (50-60°С) растворы желатина или костного клея; синтетические клеи, к сожалению, пока не могут конкурировать с животными клеями по этим показателям. Чистый костный клей (с добавлением глицерина, буры и терпенеола) используется только при сборке переплетных крышек, причем концентрация клея подбирается в зависимости от площади склейки и упругих свойств покровных материалов крышки. Более концентрированный (64%-ный) раствор используется при крытье картонных сторонок тканевым корешком, менее концентрированный 60%-ный —при сборке цельнотканевых крышек, а 52%-ный—при крытье штуковок бумажными покровными сторонками или сторонками из покровного материала на бумажной основе.
При приклейке к корешку блока упрочняющих деталей (корешкового материала и капталобумажной полоски) и при сборке переплетных крышек с покровным материалом на бумажной
30
Раздел 1
основе клеи могут иметь относительно меныпую липкость, поэтому на этих операциях обычно используются костно-латексные и латексно-желатиновые клеевые композиции, содержание латексного клея в которых, в зависимости от требуемой липкости, колеблется от 14,5 до 72,6%. Относительно дорогой технический желатин обычно используется как добавка для повышения липкости и клеящей силы клеевых композиций.
При ручной вставке блоков в переплетные крышки и при машинной вставке, если требуется подправка положения крышки относительно книжного блока, используют клеи с большим открытым временем, обеспечивающие хорошее скольжение деталей и конструктивных узлов книги друг относительно друга. На этой операции немаловажное значение имеет также стоимость раствора клея, поскольку из-за большой площади склейки расход клея достаточно велик: при средних форматах изданий, в зависимости от впитывающей способности материалов крышки, расходуется до 12 кг клея на 1000 книг. По этим причинам применяют растворы полимеров, имеющие при малой концентрации высокую вязкость, — 10%-ный раствор NaKMIJ, или 9%-ный крахмальный клейстер. Последний применяют в тех случаях, когда клей NaKMH, не обеспечивает хорошего скольжения, например если переплетные крышки изготовлены из шероховатых и сильно впитывающих клей материалов — картона с малой плотностью и ткани с открытой фактурой.
Карбоксиметилцеллюлозный клей имеет слабую адгезию к поливинилхлориду, поэтому, если вставка блоков происходит в пластмассовые крышки или крышки с покровным материалом с поливинилхлоридным лицевым покрытием, клей на основе NaKMIJ, смешивают в отношении 1:1с латексно-костным клеем. Такой же клей, имеющий сравнительно малое открытое время, применяется в тех случаях, когда подправка блока относительно переплетной крышки после вставки не нужна. Для увеличения прочности клейки форзацев с каландрированным картоном и тканевым покрытием переплетных крышек в клей на основе NaKMIJ, вводят до 10% ПВДД.
При вставке блоков в переплетные крышки с припрессованной полимерной пленкой или с покровным материалом с поливинилхлоридным покрытием для повышения прочности склейки форзацев с загибкой покровного материала применяют сополимерную дисперсию винилацетата с дибутилмалеинатом.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
31
1.2.3. ТИПЫ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
По виду конструкции клеевые соединения, применяемые в технологии отделки печатной продукции и в ТБПП, можно разделить на четыре группы: 1) плоские, 2) Ш-образные, 3) Т-образные, 4) комбинированные (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Ъшы клеевых соединений: а—плоское; б—Ш-образное;
в — Т-образное; гид — комбинированные; 1 — бумага, оттиск или картон; 2 — тетради; 3— листы блока; 4 — полимерная пленка или покровный материал; 5 — клеевой слой; 6 — корешковый материал или обложка;
7 — окантовка
в
3
5
6
Плоское склеивание применяется при припрессовке полимерной пленки к оттискам, сборке переплетных крышек типа 5, 7, 8, вставке блоков в крышки, приклейке форзацев, иллюстраций и дробных частей бумажного листа к тетрадям. Это относительно простой тип клеевого соединения, требующий нанесения тонкого и равномерного слоя клея на всю поверхность одной из склеиваемых деталей и приведения ее в плотный контакт с другой деталью. Этот вид клеевого соединения требует минимального расхода клея в расчете на единицу площади склейки. При склейке невпитывающих полимерных пленок с гладкой бумагой прочная склейка обеспечивается при толщине клеевого слоя от 30 до 55 мкм в зависимости от гладкости бумаги. При склейке друг с другом пористых материалов с шероховатой поверхностью (бумаги, картона, переплетных покровных материалов) технологически необходимая толщина клеевого слоя возрастает до 60-90 мкм при механизированной склейке, а при ручной сборке деталей—до 150 мкм. В то же время плоское склеивание на операциях припрессовки полимерной пленки и сборки переплетных крышек требует значительного расхода клея из-за большой площади склейки. Например, при сборке крышек большого формата на рулонной крышкоделательной машине за смену расходуется более 230 кг костного клея.
Клеевые соединения Ш-образного типа применяются в процессах скрепления и обработки книжных блоков, скрепленных швейным или швейно-клеевым способом.
32
Раздел 1
Рис. 1.3. Схема расчета толщины клеевого слоя Ш-образного клеевого соединения: d. — толщина тетради; dK — ширина клеевого полукольца; Rc — средний радиус полукольца; а — угол охвата при dK = const
Площадь склейки Sc каждой пары тетрадей книжного блока по корешковым фальцам тетрадей зависит от толщины бумаги блока d6, высоты блока после обрезки и числа страниц в тетрадях Ст и может быть определена по площади полуцилиндра:
Sc=7id6sCT/4, (1.11)
где в—высота блока.
Для наиболее употребительных видов бумаги толщиной от 60 до 125 мкм и книжных изданий форматов от 60x90/32 до 84х 108/16 площадь клейки клеевого слоя с бумагой изменяется в пределах от 1,1 до 5,9 см2. Толщина клеевого слоя Ш-образного клеевого соединения неравномерна по сечению (рис. 1.3): на вершинах корешковых фальцев тетрадей она имеет форму полукольца толщиной dK, а на стыках тетрадей в областях ABXBB2 она имеет форму клина с вогнутыми поверхностями. На участке дуги ВГБ3 толщина воздушно-сухого клеевого слоя может быть определена по формулам
__SCC 180° nRca
fcyHP4-cT
(1.12)
(1-13)
где8сс — площадь сечения клеевого слоя, мм2; Rc — средний радиус полукольца, мм; а ~ 130° — угол охвата фальцев клеевым
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
33
слоем при dK = const; ку — коэффициент усадки клеевого слоя после сушки; Нр — норма расхода клея, г/мм2; рк — плотность клея в момент нанесения, г/мм3.
Клеевой слой на вершинах корешковых фальцев тетрадей книжного блока необходим для более надежной последующей склейки корешкового материала или обложки с блоком и для сохранности формы корешка при пользовании книгой. При норме расхода неразбавленной ПВАД порядка 350 г/м2 толщина слоя клея в момент нанесения примерно равна 0,27 мм, а сухой пленки — около 0,2 мм. При шитье блоков на марле или приклейке корешкового материала норма расхода клея и толщина клеевой пленки увеличиваются примерно на 20 %.
При пользовании готовым книжным изданием клинообразный клеевой слой и наружные листы тетрадей блока испытывают максимальные нагрузки, причем максимальные напряжения возникают на «острие» (в точке В) клина и убывают по мере приближения к сечениям БгА и Б2А, где возрастают вновь. Разрушение клеевого соединения происходит вследствие разрыва пленки, ее отслаивания или отслаивания поверхностного слоя бумаги. Прочность и долговечность Ш-образного клеевого соединения во многом зависят от полноты заполнения клеем клинообразного пространства между корешковыми фальцами тетрадей блока, которая изначально зависит от типа конструкции блоко-заклеечного оборудования, концентрации и вязкости клея и др. (см. подразд. 6.1.3).
Т-образный тип клеевого соединения применяется при клеевом бесшвейном скреплении. Площадь склейки книжного блока только по торцам листов весьма мала: в среднем она примерно в 15 раз меньше, чем при склейке тетрадей блока по фальцам. Фрезерование корешка позволяет повысить площадь склейки торцевой поверхности листов с клеевой пленкой и листов друг с другом за счет проникновения клея на некоторую глубину между листами. Общая площадь склейки листов блока при соблюдении режимов фрезерования возрастает в 4-7 раз, но прочность и долговечность Т-образного клеевого соединения при этом возрастают в гораздо меньшей степени по следующим причинам: 1) механическое воздействие фрезы приводит к частичному разрушению связей между волокнами бумаги в корешковой зоне; 2) напряжения, возникающие в клеевом слое между листами блока при открывании книги, многократно выше, чем напряжения изгиба в клеевом слое на поверхности корешка. Большие напряжения растяжения, возникающие в клеевом слое между
34
Раздел 1
листами блока при раскрывании книги, приводят к его быстрому разрушению, после чего функцию обеспечения долговечности скрепления блока принимает на себя клеевой слой на поверхности корешка. С учетом этого норма расхода клея при КБС примерно в 2 раза выше, чем при заклейке корешка блока, состоящего из тетрадей.
Комбинированные клеевые соединения, сочетающие Ш- или Т-образное с плоским, применяются при окантовке корешка в процессе швейно-клеевого скрепления блоков и при крытье блоков обложками вроспуск. Окантовка корешковой части блока значительно повышает прочность и долговечность клеевого бес-швейного и швейно-клеевого скрепления блоков и одновременно служит корешковым материалом, обеспечивающим прочную связь переплетной крышки с блоком. Крытье обложкой вроспуск при клеевом бесшвейном скреплении повышает надежность скрепления крайних листов блока и обложки с блоком, а при шитье проволокой втачку играет и декоративную роль, закрывая проволочные скобы.
Четыре типа клеевых соединений имеют различную геометрическую форму, различные толщину и равномерность клеевого слоя, а клеевые композиции — разные состав, концентрацию и вязкость основных компонентов, требуют разных энергетических и финансовых затрат при их получении. В готовой книге они испытывают различные по виду и величине силовые и атмосферное воздействия и в большой степени определяют срок службы книжного издания. В связи с этим операции склеивания, от изготовления сложных тетрадей до соединения переплетной крышки или обложки с блоком, требуют от инженера-технолога и исполнителя самого внимательного отношения к точности соблюдения технологии и режимов всех процессов склеивания.
1.2.4. ЭТАПЫ СКЛЕИВАНИЯ. СМАЧИВАНИЕ И ПРИЛИПАНИЕ
Процесс склеивания протекает в три этапа (прилипание, схватывание, закрепление), в течение которых образуется прочное неразъемное соединение, сохраняющее длительное время свои высокоэластические свойства в готовом изделии. Необходимым условием прилипания (адгезии) является смачивание жидкой клеевой композицией (раствором, дисперсией или расплавом) твердой поверхности склеиваемых материалов (субстрата). Без смачивания клеевое соединение невозможно: клей будет собираться в виде капель, и его невозможно будет распределить равномерным тонким слоем по поверхности тела.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
35
Большинство клеев, применяемых в ТБПП, — это водные растворы или дисперсии полимеров. Капля такого клея, нанесенная на поверхность материала, под действием поверхностного натяжения на границах раздела фаз образует с горизонтальной поверхностью тела краевой угол смачивания 0. Если твердое тело смачивается водой или водным раствором и дисперсионной средой, то при условии
O<cos0< + 1 или О = 0 = л/2
(1-14)
тело называют гидрофильным, а при -1 < cos 0 <0—гидрофобным.
Такие материалы брошюровочно-переплетного производства, как бумага, картон, переплетные ткани, полиграфическая марля, гидрофильны и хорошо смачиваются клеями, в которых дисперсной средой или растворителем является вода. Однако гидрофильность бумаги зависит от ее проклейки: клееная бумага (офсетная, иллюстрационная, обложечная) и высококлееная картографическая бумага
Рис. 1.4. Зависимость краевого угла смачивания от концентрации ПВАД для различных видов бумаги: 1 — для высокой печати № 1; 2 — для высокой печати № 1;
3 — для офсетной печати № 2;
4 — для офсетной печати № 1
хуже смачиваются такими клеями (рис. 1.4), и поэтому прочность клеевого соединения этих видов бумаги значительно ниже, чем у неклееных и слабоклееных видов.
Угол смачивания бумаги и
переплетных материалов клеем не является постоянной величиной, сравнительно быстро уменьшается со временем с момен
та нанесения капли на горизонтальную поверхность материала. Объясняется это следующими причинами. Уравнение Юнга —Дюпре cos 0 = (о2 з — ot 2)/о1 2 с точки зрения современной физики некорректно, так как в нем не учтено требование первого закона Ньютона (ZF= 0) и результат действия вертикальной составляющей силы Oj 2 и силы тяжести капли тд. Первая сила, не уравновешенная никакой другой силой, отрывает периметр капли от горизонтальной поверхности, а вторая «сплющивает» каплю, заставляя ее растекаться. Кинетика изменения угла сма
36
Раздел 1
чивания зависит не только от поверхностных натяжений на границах трех фаз, но и в значительной степени от шероховатости поверхности (показателя гладкости) и пористости, кинетики впитывания жидкости твердым телом. Из этого следует, что при оценке меры смачивания необходимо указывать время отсчета значений угла смачивания 0 с момента нанесения капли жидкости на поверхность твердого тела.
1.2.5. ТЕОРИИ АДГЕЗИИ И СКЛЕИВАНИЯ
Прочность и долговечность клеевого скрепления (см. подразд. 1.4) зависят от прочности так называемого адгезионного шва и когезионной прочности воздушно-сухого клеевого слоя и бумаги. Зарубежными и отечественными учеными разработано несколько теорий адгезии и склеивания, которые образование адгезионного шва объясняют различными явлениями.
Механическая теория. Согласно этой теории, жидкий клей заполняет капилляры, поры и трещины склеиваемых материалов, образуя после затвердевания прочное соединение, которое благодаря многочисленным шипам и заклепкам в цилиндрических и конических капиллярах и порах или внедрению ворсинок в клеевой слой может противостоять усилиям растяжения, сжатия и сдвига. Прочность адгезионного шва, по этой теории, зависит от суммарной площади взаимного контакта, которая определяется величиной макронеровностей поверхности тела, количеством и размером пор и капилляров, глубиной проникания в них клея.
Физика явлений смачивания поверхности и капиллярного впитывания формально подтверждает выводы механической теории: прочность склейки и глубина впитывания зависят от значений поверхностного натяжения, краевого угла смачивания, радиуса капилляров и температуры клея [см. формулы (1.26) и (1.27)], однако эти параметры могут определять прочность адгезионного шва и в явлениях, рассматриваемых другими теориями адгезии. Механическая адгезия играет существенную роль при склеивании пористых материалов, но ею нельзя объяснить прочное склеивание гладких поверхностей и материалов, не имеющих пор и капилляров.
Химическая теория. Согласно химической теории, адгезионный шов образуется при химическом взаимодействии адгезива и субстрата за счет их главных валентностей. При химической связи расстояние между атомами в молекуле соединения
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
37
не превышает 0,2 нм (от 0,11 нм в соединении С = О до 0,155 нм в соединении С — С), что обеспечивает энергию связи в пределах 4,0-105 — 8,5-105 Дж/моль. При склеивании бумаги и переплетных материалов химического взаимодействия между клеем и материалами не происходит.
Молекулярная теория. Согласно этой теории, предложенной Маклореном, адгезия — чисто поверхностный процесс, обусловленный адсорбцией определенных звеньев молекул клея поверхностью материала. Образование адгезионного шва происходит в две стадии. Первая стадия—это миграция больших молекул клея из раствора или расплава к поверхности материала в результате макроброуновского движения, когда полярные группы молекул клея приближаются к активным полярным группам или к активным центрам поверхности материала. Вторая стадия — это химическая сорбция, образование химико-адсорбционного соединения. При расстояниях, меньших 2,0 нм, между молекулами адгезива и субстрата начинают действовать силы межмолекулярного притяжения, которые достигают максимального значения при расстоянии 0,3-0,4 нм. При повышении температуры клея или материала обе стадии процесса протекают быстрее.
Адсорбционная связь обусловлена ван-дер-ваальсовыми силами, взаимодействием ион — диполь или образованием водородной связи. Энергия этих связей достаточно велика: у дисперсионных сил — порядка 500 Дж/моль, у водородной связи — около 4,2-104 Дж/моль. При адсорбции образуется слой ориентированных молекул, причем толщина слоя может достигать 1 мкм в зависимости от вида клея. По мере удаления от поверхности субстрата ориентация молекул постепенно нарушается из-за их теплового движения. Прочность такого адгезионного шва зависит от концентрации активных групп и центров и намного превышает когезионную прочность в слое неориентированных молекул, связь между которыми обусловлена побочными валентностями.
Для получения прочного клеевого соединения степень полимеризации вещества клея должна находиться в пределах 50-300, так как при меньшей степени полимеризации адгезия мала из-за скольжения цепочечных молекул, а при большей — затрудняется адсорбция, клеевая пленка становится твердой и жесткой. В соответствии с этой теорией при подборе клея к материалу следует учитывать правило Дебройна: высокая адгезия возможна лишь тогда, когда оба полимера либо полярны, либо неполярны, и затруднена, когда один полярен, а другой неполярен.
38
Раздел 1
Чтобы адсорбционное соединение не нарушалось при высыхании и усадке клея и противостояло напряжениям растяжения и сдвига, влагосодержание клеевой композиции не должно быть слишком высоким, а вязкость — слишком низкой.
В исследованиях проф. И.Р.Клячко (МПИ, ныне МГУП) по изучению механизма взаимодействия клеев и связующего печатных красок с целлюлозой бумаги была подтверждена возможность образования химико-адсорбционных соединений.
Электрическая теория. По этой теории, предложенной Б.В.Дерягиным и Н.А.Кротовой, система тел адгезив-субстрат отождествляется с конденсатором с разноименно заряженными обкладками, между которыми действуют кулоновские силы взаимного притяжения. Двойной электрический слой и контактная разность потенциалов образуются вследствие плотного контакта двух тел с разными уровнями энергии электронов. Наиболее высоки уровень энергии электронов и контактная разность потенциалов в проводниках, но при их разъединении электроны из-за высокой проводимости проводников успевают вернуться к донору, поэтому электрическая адгезия материалов с высокой проводимостью невозможна.
В полупроводниках и диэлектриках донорами и акцепторами валентных электронов могут служить активные функциональные группы, обусловливающие адсорбционную адгезию полимеров. При быстром (выше 0,1 м/с) расслаивании таких материалов в сухой и разреженной атмосфере наблюдается эмиссия электронов в виде лавинного электрического разряда вблизи границ отрыва. Работа электрической адгезии в этом случае определяется энергией заряженного конденсатора и может достигать значений порядка 3,8 • 104 Дж/моль.
Подразумевается, что прочность адгезионного шва должна быть максимальной у полимеров с высокой полярностью, различной природой, низкой проводимостью, однако на практике высокая адгезия достигается при склеивании полимеров, близких по химической природе, неполярных, с достаточно высокой проводимостью. Можно предположить, что электрическая адгезия имеет место лишь в тех случаях, когда склеиваются несовместимые (нерастворимые друг в друге) полимеры.
Диффузионная теория. Диффузионная теория, разработанная С.С.Воюцким, объясняет высокую прочность адгезионного шва наличием молекулярных сил, действующих между взаимо-переплетенными молекулами, причем главную роль в обеспечении молекулярного контакта играет диффузия цепочечных мо
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
39
лекул или их сегментов. Способностью к диффузии обладают преимущественно молекулы адгезива, но возможна и взаимная диффузия, если материал способен растворяться или набухать в растворе клея. В процессе взаимной диффузии (растворения) полимеров исчезают границы между фазами и образуется объемный шов, представляющий собой постепенный переход от одного полимера к другому. Взаимное растворение полимеров протекает достаточно быстро, если выполняется правило Деб-ройна, однако вследствие локальной и сегментальной диффузии возможна адгезия и в том случае, когда адгезив неполярен, а субстрат полярен. Локальная диффузия объясняется неоднородной структурой материала: неполярные участки длинных полярных молекул занимают значительный объем, что приводит к микрорасслаиванию полярного полимера. Сегментальная диффузия — это диффузия концевых сегментов молекул одного
полимера по поверхности другого.
Подвижность молекул, скорость диффузии и прочность адгезионного шва зависят от температуры (рис. 1.5) и времени контакта адгезива и субстрата, а также от молекулярной массы, полярности и кристалличности полимеров. Диффузионная адгезия резко возрастает с уменьшением в молекуле клея содержания коротких боковых ответвлений.
Диффузия жидкостей и твердых тел в естественных условиях протекает крайне медленно, поэтому высокая
Рис. 1.5. Зависимость удельной работы адгезии от температуры материалов
адгезия может быть достигнута лишь при длительном контакте — за несколько десятков часов или суток, или при высокой (более 60°С) температуре. При высоких температуре и давлении скорость диффузии многократно возрастает, поэтому закономерно предложение, что закрепление полиграфической фольги при тиснении в режиме до 150°С и давлении 30-45 МПа происходит вследствие диффузии адгезионного слоя фольги. Однако на электронных микрофотографиях среза конгревного тиснения в со
40
Раздел 1
четании с полиграфической фольгой при увеличении х 12000, полученных автором, следов диффузии адгезива в обложечную бумагу не обнаружено.
Диффузионными явлениями нельзя объяснить высокую адгезию при склеивании высокомолекулярными клеями кристаллических тел (например, металлов) и переохлажденных жидкостей (стекла, фарфора), более высокую адгезию волокон целлюлозы по сравнению с адгезией каучуков.
Электрорелаксационная теория склеивания. Электроре-лаксационная теория склеивания предложена Н.И.Москвити-ным. Автор теории утверждает, что аутогезия (сцепление однородных тел) — это частный случай адгезии, а адгезия — частный случай более общего явления — когезии. Сцепление однородных и разнородных тел по их поверхности и в объеме происходит за счет сил электрического характера, но эти силы не обязательно должны быть электростатическими, определяющими взаимодействие обкладок молекулярного электроконденсатора.
Силы взаимодействия между молекулами, атомами, ионами, функциональными группами обеспечены химическими и водородными связями, ван-дер-ваальсовыми силами. Несмотря на различие этих сил, все они имеют один и тот же механизм действия, и физическая природа их одна и та же — это взаимодействие электрических полей, создаваемых в основном валентными электронами и протонами атомов. Различаются эти силы в основном тем, что энергия их связей убывает по-разному с расстоянием: у индукционных и дисперсионных сил очень быстро, у электровалентных — ионных сил — очень медленно.
Удельная работа отрыва и расслаивания склейки Ао (Дж/м2) затрачивается на преодоление электрических сил сцепления Аэ и на деформацию системы адгезив — субстрат Ад:
АО=АЭ+АД. (1.15)
Работа отрыва склейки Ао в значительной степени зависит от скорости отрыва и и от угла а приложения деформирующей силы F: Ао(и, а). При увеличении обоих параметров работа отрыва многократно возрастает, причем не менее 85% работы отрыва затрачивается на объемную деформацию системы адгезив — субстрат: Ад > 0,85 Ао.
Зависимость работы отрыва от скорости и угла приложения силы и высокие ее значения при максимальных величинах и и а обусловлены в основном затратой работы на деформацию
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
41
межмолекулярных связей в объеме полимеров, участвующих в склейке, те. релаксационными потерями энергии. Релаксационные процессы влияют не только на работу отрыва, но и на конечный результат склеивания полимеров в процессах лакирования, припрессовки полимерной пленки и в брошюровочнопереплетном производстве, улучшая или ухудшая прочность системы адгезив — субстрат. В процессах обработки полуфабрикатов и в готовом изделии клеевое соединение при малых скоростях нагружения ведет себя как жидковязкое тело, при относительно высоких скоростях — как упруговысокоэластичное тело, в котором время релаксации напряжений значительно больше времени действия внешней силы, а при предельно высоких скоростях, при которых полимеры не успевают релаксировать, —как упругое твердое тело, подчиняющееся закону 1ука.
Электрорелаксационная теория расширяет спектр сил, обусловливающих адгезию, подробно рассматривает факторы, влияющие на удельную работу адгезии, объясняет явления, происходящие при разрушении соединений, образованных как вследствие адсорбции, так и соединений, образованных благодаря диффузии.
Каждая теория рассматривает только одно явление, лежащее в основе процесса образования адгезионной связи; единой теории адгезии нет и, видимо, быть не может. Склеиваемые материалы настолько разнообразны по химической природе, физическому состоянию, микро- и макроструктуре, что в подавляющем большинстве случаев нельзя говорить о наличии только одного явления в процессах адгезии, следует учитывать действие двух или нескольких факторов.
В брошюровочно-переплетных процессах, при склеивании шероховатых, пористых, волокнистых материалов, содержащих целлюлозу, макромолекулы которой имеют активные гидроксильные и альдегидные группы, решающим в механизме адгезии являются механическая и адсорбционная связи. Диффузионные явления могут иметь решающее значение в процессах припрессовки полимерной пленки, особенно клеевым способом, когда клеевой слой находится в длительном контакте с невпитывающим материалом при повышенной температуре, а склейка в каландре происходит при высоких температуре и давлении, а также в других случаях, когда используются непористые материалы, а в склейке участвуют взаиморастворимые полимеры.
42
Раздел 1
1.2.6. СХВАТЫВАНИЕ И ЗАКРЕПЛЕНИЕ КЛЕЕВОГО СЛОЯ
Схватыванием называется такое состояние жидкого клея, при котором клеевая пленка способна удерживать приклеиваемую деталь, преодолевая ее силу тяжести или упруговысокоэластические силы. Это свойство достигается в пределах так называемого открытого времени, по истечении которого открытая поверхность клеевого слоя теряет липкость.
Первое условие схватывания. В современной технологии склеивания слой клея наносят на одну деталь, к которой спустя некоторое время присоединяют другую. За это время клей должен приобрести достаточную липкость и не потерять ее из-за впитывания и испарения растворителя или дисперсионной среды, коагуляции, охлаждения и затвердевания полимера с учетом того, что максимальная липкость каждой клеевой композиции достигается при определенных значениях концентрации и температуры; исходные влагосодержание и температуру клея при этом значительно повышают.
На основании вышеизложенного можно сформулировать первое условие схватывания:
в момент присоединения второй детали клей должен иметь достаточную липкость и сохранять текучесть.
Время достижения оптимальной липкости и машинное время, отведенное на выполнение данной операции, должны быть взаимно согласованы, иначе это приведет к частым остановкам оборудования, снижению качества полуфабрикатов. При конструировании машины следует учитывать время достижения оптимальной липкости реального клея, а при эксплуатации существующего оборудования необходимо подбирать или корректировать рецептуру клея и его рабочую температуру в соответствии с машинным временем.
О времени достижения оптимальной липкости можно судить по открытому времени клея — времени с момента нанесения клея на деталь до потери им липкости, так как липкость становится оптимальной незадолго до полной ее потери. На машинных операциях обычно используют клеи с малым открытым временем, а на ручных—с большим. В последнем случае это позволяет рабочему выполнять сначала промазку большой партии деталей клеем, а затем их соединение.
Второе условие схватывания. После соединения деталей сопротивление клеевого слоя растяжению и сдвигу неравномер
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 43
но по сечению: максимальное сопротивление оказывают поверхностные слои, минимальное — внутренние, которые не участвуют в образовании адгезионного шва. При механической адгезии это объясняется повышением концентрации полимера в поверхностных слоях клея вследствие избирательного впитывания капиллярами материалов дисперсионной среды или растворителя, а при диффузии — уменьшением концентрации твердой фазы. Молекулярная теория этот факт объясняет постепенным нарушением ориентации молекул адгезива по направлению от поверхности склейки к середине толщины клеевого слоя. При выполнении операций приклейки упрочняющих деталей к корешку блока на блокообрабатывающем оборудовании и крытье блоков обложкой на крытвенных машинах разрушающая сила, стремящаяся сдвинуть приклейку при горизонтальном прерывистом движении транспортера с полуфабрикатом, складывается в основном из силы инерции и силы аэродинамического сопротивления приклейки. Эти силы, отнесенные к площади склейки, вызывают в клеевом слое напряжения, стремящиеся сдвинуть приклейку.
Чтобы не произошло смещения приклейки, должно быть выполнено второе условие схватывания:
сопротивление клеевого слоя сдвигу ос (Па), обусловленное адгезией и когезией клея, должно превышать напряжения от силы инерции и горизонтальной составляющей аэродинамической силы приклейки:
2ma + cSnpRv2
. (1.16)
где т—масса приклейки, кг; а—ускорение, м/с2; с—аэродинамический коэффициент, зависящий от соотношения размеров приклейки и угла атаки; Sn — площадь лобового сопротивления приклейки, м2; рв = 1,205 кг/м3 — плотность воздуха при нормальных условиях; Sc — площадь склейки, м2.
Третье условие схватывания. В рассмотренном выше примере в вертикальном направлении перпендикулярно поверхности клеевого слоя действует в основном сила тяжести приклеиваемых деталей. При выполнении технологических операций окантовки тетрадей с форзацами, окантовки корешка блоков и загибки покровного материала на внутреннюю сторону переплетных крышек основной по величине является сила упругости увлажненного клеем материала. Отнесенная к площади
44
Раздел 1
(1.17)
склейки, эта сила вызывает в клеевом слое напряжения, стремящиеся отогнуть клапаны материала. Чтобы не произошло нарушения склейки, должно быть выполнено третье условие схватывания:
сопротивление клеевого слоя отрыву, обусловленное когезией клея, должно превышать напряжения от силы тяжести приклейки или от силы упругости материала:
та
где оо — напряжение отрыва или отгибки приклейки, Па; g = =9,80665 м/с2—ускорение силы тяжести.
На этапе схватывания склеиваемые детали должны быть неподвижны друг относительно друга. Повышенное внешнее давление (прижим приклеек) способствует принудительному проникновению вязкого клея в поры и макрокапилляры материалов и повышению прочности склейки.
Закрепление клеевого слоя. Закрепление клеевого слоя происходит вследствие перехода клея из жидкого состояния в твердое. Для истинных и коллоидных растворов (золей) и для дисперсий полимеров (гетерогенных систем) это связано с гелеобразованием (образованием студня, или геля) при впитывании растворителя или дисперсионной среды в капилляры склеиваемых материалов и испарением. Гелеобразование обусловлено тем, что в объеме клея образуется пространственная молекулярная или фазовая сетка (каркас), которая придает ему основное свойство твердого тела — прочность — и лишает его свойства жидкости — текучести.
На ранней стадии образования клеевого слоя, в процессе схватывания, происходит коагуляция поверхностных слоев клея. Это может быть вызвано быстрой потерей влаги из-за капиллярного впитывания и, в случае склейки ПВАД материалов на основе целлюлозы, адсорбцией стабилизатора волокнистым материалом. При дальнейшем удалении влаги взаимодействие между частицами полимера и дисперсионной среды заменяется взаимодействием между частицами полимера и когезионные силы растут. В момент замены коагуляционных контактов на прочные адгезионные и когезионные контакты утрачивается понятие вязкости (т| -н> оо), текучесть заменяется прочностью, резко возрастает сопротивление клеевого слоя деформациям растяжения и сдвига.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
45
Схватывание — весьма быстротечный процесс: от момента нанесения клея до присоединения приклеиваемых деталей на различных операциях и оборудовании оно длится от 0,6 до 3,5 с. Закрепление клеевого слоя (раствора или дисперсии), как правило, процесс длительный. Время закрепления зависит от вида клея, его относительного влаго-содержания, общего количества влаги, внесенной с клеем, впитывающей способности склеиваемых материалов, наличия свободной поверхности испарения. Полное закрепление Ш-образного клеевого соединения при расходе 33%-ной ПВАД порядка 530 г/м2 и есте
ственной сушке длится не менее 7 суток (рис. 1.6), в течение которых из клея и блока удаляется вся влага, внесенная с клеем.
В большинстве случаев в условиях поточного производства для передачи полуфабрикатов на после-дующие операции всю влагу, внесенную с клеем, можно и не удалять: достаточно удалить лишь часть ее, соблюдая условие т|к = о®. Это количество влаги, при котором клей приобретает свойства твердого тела, можно определить на основе анализа кривых разбавления (рис. 1.7).
По гипотезе, предло
женной автором, вязкость жидкотекучих клеев, лаков и красок определяет не содержание твердой фазы (смолы, полимера), а
Рис. 1.6. Зависимость прочности склейки тетрадей блока от времени естественной сушки при использовании 33%-ной ПВАД: 1 — Северо-Донецкого завода; 2 — Новгородского завода
Рис. 1.7. Кривые разбавления клея или лака
46 Раздел 1
объемная концентрация растворителя или дисперсионной среды. Если зависимость вязкости раствора и дисперсии от концентрации полимера т|(Кп) имеет сложную форму кривой, которая не поддается математической обработке [29. Di. 5], то зависимость вязкости от объемной концентрации разбавителя (воды и органических растворителей) т|к(Кр) имеет форму гиперболы, приподнятой над осью абсцисс на величину вязкости разбавителя и сдвинутой влево на величину -К*. Для одного вида клеев и лаков с разным содержанием основных компонентов твердой фазы семейство гипербол сходится нижними ветвями в одной точке (А на рис. 1.7), соответствующей вязкости «чистого» растворителя. Зависимость т|к(Кр) описывается уравнением
(По-Пр)(1-К„)
П“=П>+ 1+с-кр ’ d-18)
„ По-Пк-(По-Пр) Кр
(Л.-ЛР)КР ' (Ы9)
-к =l/c, (1.20)
где т| и т|к—вязкость неразбавленного клея (лака) и при разбавлении Кр, Па с; т| — вязкость разбавителя, Па с; Кр — относительная объемная концентрация разбавителя; С — константа, характеризующая время закрепления клея.
1.2.7. ТЕХНОЛОГИЯ СКЛЕИВАНИЯ
Технология склеивания предусматривает последовательное выполнение четырех операций, не считая раскроя склеиваемых деталей и приготовления клеевой композиции: нанесение клея, соединение деталей, прижим приклеек и сушка (при использовании термоклея — охлаждение). В классической технологии склеивания клей наносится тонкими слоями на обе склеиваемые детали в два приема, причем первым слоям клея дают полностью, «на отлип», высохнуть. После повторного нанесения клея на обе детали их сразу же точно фиксируют одну относительной другой, закрепляют в тисках и в зажатом состоянии оставляют до полного затвердевания клеевого слоя.
Цель первого нанесения клея—обеспечить смачивание и хорошее прилипание (адгезию) клеевого слоя, заполнить мелкие углубления на поверхности материалов и закрыть устья капил
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
47
ляров и пор, исключить или уменьшить до минимума впитывание клея при повторном его нанесении. Повторное нанесение клея обеспечивает надежность клеевого соединения, так как процесс адгезии заменяется аутогезией (см. подразд. 1.2.5), сцеплением одинаковых материалов, которое обеспечивает благодаря одинаковому составу и строению максимальное число точек молекулярных контактов и прочность клеевого соединения.
Первое нанесение клеевых слоев требует использования относительно жидкого и маловязкого клея, так как с увеличением содержания в клее жидкой фазы краевой угол смачивания уменьшается (см. рис. 1.4), а глубина впитывания клея возрастает. При повторном нанесении клея целесообразно использовать более концентрированный клей, обеспечивающий малое растекание, высокую аутогезию клеевого соединения и когезию клеевого слоя, более быстрое его закрепление. Такая технология позволяет уменьшить расход клея и ускоряет процесс сушки, экономит энергетические затраты, так как сушка двух тонких слоев клея завершается во много раз быстрее, чем одного, но вдвое более толстого слоя из-за быстрого образования на открытой поверхности твердого слоя, плохо пропускающего пары растворителя.
В машинной технологии в подавляющем большинстве случаев процесс склеивания упрощают: клей наносят одним толстым слоем только на одну деталь, к которой спустя некоторое время присоединяют другую. Данная технология уменьшает число операций по нанесению клея, сокращает время между нанесением клея и соединением деталей, но требует длительной последующей сушки, так как клеевой слой не имеет открытой поверхности испарения. Другой существенный недостаток — требование строгого подбора концентрации и вязкости клеевой композиции, которые обеспечивали бы хорошее впитывание клея и смачивания поверхности склеиваемых материалов и одновременно — получение толстого слоя клея, достаточного для заполнения капилляров и пор двух склеиваемых деталей. Эти требования противоречивы, так как первые два могут быть выполнены при использовании маловязкого клея с большим содержанием растворителя, а третье — при применении концентрированного высоковязкого клея.
В мелкосерийном производстве клей наносят на полуфабрикаты плоской кистью (флейцем) или щеткой. При плоском склеивании заготовки листовых материалов укладывают стопой на
48
Раздел 1
макулатурном листе бумаги, а промазку верхней заготовки выполняют движениями кисти от ее середины к краям, чтобы избежать затекания клея на боковые грани стопы. Соединение деталей обычно производит другой рабочий. На узкие полоски деталей клей наносится иным способом: клеем покрывают большой лист цинка или оцинкованной жести, на него укладывают несколько десятков заготовок и приглаживают их к клеевому слою, прикрыв макулатурным листом; снимают полоски по мере надобности. При приклейке форзацев, 4-страничных дробных частей листа и приклейных иллюстраций их промазывают по корешковому полю полоской клея шириной 3-4 мм, для чего стопу деталей, распущенную на нужный размер «лесенкой», промазывают на краю стола, прикрыв верхнюю деталь макулатурным листом. Заклейку корешков книжных блоков выполняют, уложив блоки стопой на краю стола, корешком к себе. Прижав стопу одной рукой, другой рукой клей втирают между фальцами тетрадей вращательными и поступательными движениями кисти, добиваясь полного и равномерного покрытия корешков и заполнения промежутков между фальцами тетрадей. После заклейки блоки раскладывают стопой корешками в разные стороны для их просушки.
В среднесерийном производстве промазку листовых заготовок выполняют на клеемазальном станке типа БКОУ, который устанавливают в изголовье длинного стола с ленточным транспортером, который доставляет промазанные клеем заготовки рабочим, расположенным по бокам стола. Такая организация производства вполне оправдана при изготовлении переплетных крышек для пропусков, удостоверений, зачетных книжек, различных альбомов малого и большого формата и др.
В автоматизированном оборудовании, применяемом в средне- и крупносерийном производстве, клей наносится в сравнительно простых по конструкции клеемазальных устройствах, состоящих из резервуара с клеем, клеевых цилиндров и ракельного механизма. Толщина клеевого слоя в них регулируется величиной зазора между цилиндрами или между цилиндром и ракелем. При плоском и Т-образном склеивании такая конструкция вполне удовлетворяет требованиям технологии склеивания к толщине клеевого слоя, концентрации полимера и вязкости клеевой композиции, но для Ш-образного клеевого соединения они непригодны. При малых значениях концентрации и вязкости клеевая пленка имеет малые толщину и прочность, а при
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
49
Рис. 1.8. Зависимость прочности склейки тетрадей блоков, заклеенных на станках типа БТП, от концентрации ПВАД
больших их значениях клей остается на вершинах фальцев тетрадей, не проникая между ними, площадь склейки на фальцах уменьшается и прочность клеевого соединения падает (рис. 1.8).
Операция заклейки корешка сшитых книжных блоков была механизирована в 50-х и автоматизирована в 70-х годах XX в. Конструкция блокозаклеечных станков Л .В.Фрейдина (ГМП «Первая Образцовая типография», г. Москва) отличалась простотой и ротационным принципом действия,
более высокой, чем при ручной заклейке, производительностью: от 6,6 до 13,8 тыс. блоков в смену в зависимости от формата и толщины блока и организации производства.
Станки типа БТП (БТП-2, БТП-3 и БЗ-150), которые серийно выпускал Харьковский завод «Полиграфмаш» (Украина) и которыми к концу 1980-х гг. были оснащены многие типографии СССР, имеют и существенный недостаток: из-за низкой вязкости и соответственно низкого расхода клея (малой толщины и когезионной прочности сухой клеевой пленки) прочность склейки тетрадей не превышает 0,5 кН/м. Вынужденная, примерно 1,5-кратная «экономия» этими станками клея приводит к 1,8-2,8-кратной (в зависимости от степени проклейки бумаги) потере прочности склейки тетрадей, которую ПВАД позволяет получать при оптимальных концентрации и расходе клея (см. подразд. 6.1.3). В агрегатах БЗР поточных линий «Книга» машиностроители учли рекомендации О.Б.Купцовой [18. С. 193], снабдив клеемазальное устройство ракелем для снятия излишков клея с корешка блока и неподвижными щетками для втирания клея между фальцами тетрадей (рис. 1.9, в). При эксплуатации агрегатов выяснилось, что высоковязкий клей не успевает стекать с неподвижных щеток за цикл работы агрегата, накапливается на них, что потребовало снизить вязкость, концентрацию и расход клея, который составил всего 40% от оптимального его количества.
50
Раздел 1
Рис. 1.9. Схемы устройств для заклейки корешка блоков: а— блокозаклеечно-го станка БТП-3; б— агрегата БЗР-270; в — заклеечно-сушильного автомата
RB; 1 — блок; 2 — направляющая стенка; 3 — клеенаносящий валик;
4 — клеевой валик; 5 — зажимная пластина или лента; 6 — ракель; 7 — щетка
В клеемазальном устройстве заклеечно-сушильного автомата RB (фирма «Колбус», Германия) для втирания клея между фальцами тетрадей используется вращающаяся щетка, прилипший к которой клей снимается специальным ракелем (рис. 1.9, в). Этот тип клеемазального устройства позволяет наносить требуемое количество высоковязкого клея, обеспечивающее высокую когезионную прочность клеевого соединения.
В последние десятилетия ведущие фирмы, производящие оборудование для клеевого бесшвейного и швейно-клеевого скрепления блоков, в какой-то мере стали использовать в клеемазальных устройствах принцип классической технологии склеивания, применять двукратное нанесение клея разной концентрации с промежуточной интенсивной, но кратковременной сушкой корешка, что, безусловно, позволяет повысить долговечность Т-и Ш-образных клеевых соединений.
Технологические требования к клеям. Для успешного проведения процесса склеивания, получения требуемой прочности
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
51
склейки и необходимых деформационных свойств при выполнении последующих операций, связанных с силовым воздействием на полуфабрикаты, клеевые композиции должны удовлетворять следующим требованиям:
1) хорошо смачивать склеиваемые материалы и иметь высокую адгезию, обеспечивающую прочное соединение клеевой пленки со склеиваемыми материалами;
2) иметь определенные концентрацию и вязкость, обеспечивающие достаточную глубину проникновения клея в поры и капилляры материалов, и определенную толщину клеевого слоя;
3) иметь определенное открытое время, в течение которого клей сохраняет липкость, обеспечивающую возможность присоединения другой детали;
4) иметь определенное время охватывания, обеспечивающее надежную фиксацию детали в нужном положении до проведения последующей операции или закрепления клеевого соединения;
5) образовывать прочную и эластичную пленку, не разрушающуюся при дальнейшем силовом воздействии на полуфабрикаты;
6) иметь стабильные свойства в течение смены или изготовления тиража;
7) иметь невысокую стоимость, не повышать значительно себестоимость готовой продукции.
1.2.8. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЛЕЕВ
Многие виды клеев и клеевых композиций приготавливают из сырья в лабораториях типографий. Это позволяет всегда иметь свежеприготовленный клей с известными свойствами, получать стабильное качество полуфабрикатов и продукции, экономить на материалах. В условиях отечественной полиграфии исключением являются ПВАД и термоклей, которые типографии приобретают готовыми к употреблению. Однако ПВАД различных марок и даже одинаковых марок, но разных заводов-изготовителей и сроков изготовления могут существенно различаться по технологическим свойствам. В зимнее время обычно приобретают непластифицированную дисперсию, так как пластифицированная ПВАД при перевозке и хранении при низкой температуре может потерять клеящую способность, поэтому пластификацию выполняют в типографии, строго соблюдая ее технологию: пластификатор (дибутилфталат) вводят тремя-четырьмя равными порциями в течение 3-4 ч при непрерывной работе механической мешалки, работающей со скоростью
52
Раздел 1
50 ± 10 об/мин. Клей можно использовать в работе не менее чем через сутки, так как для полной диффузии жидкого пластификатора в частицы твердого полимера требуется длительное время.
Плотность ПВА, равная 1,19 г/см3, выше плотности дисперсионной среды (в основном воды), поэтому при длительном хранении ПВАД на дне емкости образуется плотный осадок, который не всегда целиком удается поднять перемешиванием. При хранении этого клея в емкости с открытой или негерметично закрытой крышкой на поверхности образуется резинообразная корка затвердевшей дисперсии, что также приводит к уменьшению содержания сухого полимера в клее и к частичной потере его клеящей способности. Эти обстоятельства требуют регулярной проверки содержания сухого вещества в клее, которая выполняется по методике ГОСТ 18992-80.
Оценка концентрации поливинилацетата в дисперсии производится в лаборатории с использованием аналитических весов, сушильного шкафа типа СШ-3, эксикатора с прокаленным хлористым кальцием и четырех дюралюминиевых чашек с низкими (8-10 мм) бортами и плоской шлифованной наружной поверхностью дна. При испытании небольшое количество клея (около 1 г) наносится на донышки двух чашек и придавливается донышками двух других чашек, чтобы получить тонкий равномерный слой клея и исключить испарение дисперсионной среды при определении массы навесок. После взвешивания, перед сушкой, чашки сдвигают за бортики и укладывают в сушильном шкафу клеевым слоем кверху. Сушку непластифицирован-ной дисперсии производят при 115°С в течение 30 мин, а пластифицированной — при 100°С в течение 15 мин. После сушки и перед взвешиванием чашки с высохшим клеем охлаждают в эксикаторе. Концентрация ПВА (сухого остатка) рассчитывается по формуле
_ (тс -Г71)100%
•^ПВА —
т0-т
(1.21)
где т— масса пары чашек до нанесения клея, г; то — масса чашек с навеской клея до сушки, г; тс — масса чашек с сухим остатком, г.
Если расхождение между параллельными определениями превышает 0,3%, то процедуру определения следует повторить.
Определение условной вязкости клеев и лаков. Вязкость готовой клеевой композиции или лака определяет глубину их
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 53
проникновения в капилляры пористых материалов, стабильность технологического процесса, расход клея или лака на тираж, адгезионную и когезионную прочность клеевого соединения или полимерного покрытия, поэтому показатель вязкости на каждую операцию и тип оборудования регламентируется Технологическими инструкциями [2]. Измерения динамической вязкости (т|, Па с) и кинематической вязкости [v, кг/(мс)] требуют применения сравнительно сложных и дорогих приборов и их квалифицированного обслуживания, поэтому делаются лишь в научных разработках. В производственных условиях пользуются понятием условной вязкости (УВ, с), для определения которой применяются простые по конструкции вискозиметры: воронки ВЗ-1 и ВЗ-4 (ГОСТ 8420-75) и кружка ВМС.
С помощью кружки ВМС определяют условную вязкость концентрированных клеев и лаков по времени истечения примерно 122 мл жидкости, объем которой заключен между двумя малыми боковыми отверстиями, через отверстие в дне диаметром 3/8" (около 9,5 мм). Воронкой ВЗ-4 определяют условную вязкость низковязких жидкостей — разбавленных клеев, лаков, красок флексографской и глубокой печати. В этом вискозиметре УВ определяется по времени истечения 100 мл жидкости через отверстие длиной и диаметром по 4 мм. ГОСТ 8420-75 оговаривает пределы измерения условной вязкости: от 20 до 150 с, так как в этих пределах зависимость УВ (ц, v) близка к линейной, а погрешность измерения незначительна. Если значения УВ окажутся больше 150 с, то условную вязкость следует измерять кружкой ВМС, а если меньше 20 с—то воронкой ВЗ-1 с диаметром отверстия 2,5 мм.
Определение прочности и долговечности клеевых соединении. Прочность и долговечность т- и ш-образного скреплений определяют прочность и долговечность всего книжного издания, поэтому этим показателям качества в ТБПП уделяют особое внимание. Прочность клеевого скрепления листов и тетрадей в книжном блоке оценивается по удельному усилию их вырыва из блока или из готовой книги:
f = F/b, (1.22)
где F— разрывное усилие, Н; b—высота книжного блока после обрезки, м.
Испытание на прочность (по зарубежной терминологии — пулл-тест) в лабораториях крупных полиграфических предприятий производят на разрывных машинах типа РМБ-30, снаб
54
Раздел 1
женных зажимами с широкими (до 230 мм) губками. При определении прочности клеевого бесшвейного скрепления блоков методика испытания предусматривает вырыв из блока трех листов: 15-х от начала и от конца и из середины. В расчет принимается среднее арифметическое значение прочности 3-5 образцов. Качество КБС по этому показателю оценивается по четырехбалльной шкале, разработанной институтом «Адгезив Продакте» (США):/> 0,725 кН/м (кгс/см) — отличное;/= 0,625 - 0,725 кН/м — хорошее; f = 0,45 4-0,625 кН/м — удовлетворительное; f < <0,45 кН/м — неудовлетворительное.
Испытание на долговечность (рис. 1.10, б) производится на малогабаритных приборах типа ПНП-2 (Россия), FT («флекс-тест» фирм«Колбус», «Зиглох», Гёрмания) и др., в которых средний лист или тетрадь подвергается многократному изгибу по месту склейки на 120-170° без их натяжения, с постоянным или непрерывно возрастающим натяжением. Если сила натяжения листа или тетради в процессе испытания не изменяется, то долговечность клеевого соединения измеряется в циклах прибора, а в приборах с возрастающим натяжением листа или тетради она измеряется удельной силой вырыва в кН/м (кгс/см). Испытание клеевого соединения на многократный изгиб (перелистывание) без
Рис. 1.10. Схема испытания клеевого скрепления: а — на прочность; б — на долговечность; 1 — блок или книга; 2 — лист или тетрадь;
3 — зажим для блока или книги; 4 — зажим для листа или тетради;
5 — стол; а — угол качания стола
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
55
натяжения отнимает много времени (порядка 1-3 ч), дает очень большой разброс данных (до 100-300%) и не отвечает реальным условиям эксплуатации книжных изданий.
Испытание на долговечность с непрерывно возрастающей нагрузкой быстротечно, но к его недостатку следует отнести то, что в повторных измерениях и у разных объектов доля потери прочности клеевых соединений от многократного изгиба оказывается различной. От указанных недостатков в значительной степени свободна методика определения долговечности клеевых соединений, разработанная И.К.Корниловым [13], по которой лист блока или тетрадь подвергается кратковременному (в течение 50 циклов) перелистыванию при максимальном (порядка 1,5-2,0 кН/м) натяжении, сохраняющем половину запаса прочности в испытании на перелистывание, после чего определяется остаточная прочность клеевого соединения на разрыв. При данной методике за нормы долговечности могут быть приняты нормативы института «Адгезив Продакте», сниженные вдвое: от 0,37 до 0,23 кН/м в зависимости от требуемого уровня качества.
1.2.9. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Прочность и долговечность каждого типа клеевых соединений зависят от целого ряда специфических факторов, которые рассматриваются в соответствующих темах, посвященных конкретным операциям склеивания в ТБПП. Здесь рассматриваются лишь те факторы, которые являются общими для всех клеевых соединений. К ним относятся: шероховатость поверхности склеиваемых материалов, концентрация, вязкость и температура клея, толщина клеевой пленки, давление при склеивании.
Шероховатость поверхности. Наиболее прочно склеиваются материалы с развитой шероховатой поверхностью, так как более шероховатые поверхности лучше смачиваются клеем, имеют большую площадь контакта с адгезивом и, следовательно, большую поверхность склейки, а острые вершины микронеровностей, обладающие повышенным запасом свободной энергии, являются активными центрами притяжения молекул адгезива. Большинство переплетных материалов имеет достаточно развитую поверхность, поэтому к механической обработке поверхности склейки прибегают лишь при клеевом басшвейном скреплении с фрезерованием корешковых фальцев, когда малая площадь торцов листов не может обеспечить достаточно надежную склейку.
56
Раздел 1
Птадкие и невпитывающие материалы (прозрачные полимерные пленки и полимерные покрытия покровных переплетных материалов) при склейке с бумагой требуют особых мер по увеличению смачивания их клеем и повышения адгезии за счет введения в клей поверхностно-активных веществ и (или) растворителей, обеспечивающих набухание полимера и диффузию адгезива в субстрат.
Концентрация клея. Прочность клеевого соединения в наибольшей степени определяет концентрация полимера в клеевом растворе или в дисперсии: клей наибольшей концентрации применяют в тех случаях, когда необходима максимальная прочность склейки, например при клеевом бесшвейном скреплении. Большая концентрация сухого вещества в клее обеспечивает максимальное число молекулярных контактов между адгезивом и субстратом, малое время схватывания и закрепления клеевого слоя, высокую адгезионную и когезионную прочность клеевого соединения, минимальные затраты времени и энергии на процесс сушки. При малом содержании сухого остатка в клее и большом содержании влаги в процессе сушки клеевого соединения неизбежна большая усадка, связанная с потерей влаги, так как в общем случае объем тела и его линейные размеры пропорциональны его влагосодержанию:
V = Vo • (l + pvW), (1.23)
l = l0(l + ₽M (1.24)
₽v=3pt, (1.25)
где V — объем сухого тела, м3; 1о — линейные размеры тела, м; Pv— коэффициент объемной усадки; Р( — коэффициент линейной усадки, м; W— влагосодержание тела, %.
Вязкость клея. Вязкость жидкости, определяемая уравнением Ньютона (1.8), характеризует ее подвижность, текучесть под действием любой, даже весьма малой нагрузки, в том числе и под действием собственной силы тяжести. Вязкость «холодного» клея, применяемого при комнатной температуре, зависит от молекулярной массы и строения молекул полимера, концентрации полимера в растворе или в дисперсии. Полимеры, образующие истинные растворы (крахмал, метилцеллюлоза, NaKMLQ, дают высоковязкие клеи при малых концентрациях сухого вещества (порядка 10%), а дисперсии полимеров — при довольно высоких (порядка 50%).
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
57
Показатель вязкости определяет глубину проникания клея в капилляры, толщину клеевого слоя и, главное, стабильность технологического процесса в конкретных условиях производства. Зависимость вязкости клея от концентрации растворителя и твердого полимера [см. формулу (1.18) и рис. 1.7] позволяет в ряде случаев оценивать технологические свойства клеев не по их концентрации, а по условной вязкости, которую в цеховых условиях можно проконтролировать с помощью простейших вискозиметров — кружки ВМС или воронки ВЗ-4. Рабочая вязкость клея определяется условием нанесения клея (кистью или клеемазаль-ным устройством, типом клеемазального устройства; см. подразд. 1.2.7), требуемой толщиной клеевой пленки и должна устанавливаться в соответствии с пористостью материалов. Diy-бина впитывания h (м) клея в капилляры материала без учета влияния силы тяжести определяется по формуле Уошборна
h Rt
V 2г|
(1.26)
где о — поверхностное натяжение клея, Н/м; 0 — краевой угол смачивания, рад; R — радиус капилляра, м; t — время, с; ц — вязкость клея, Па- с.
При склеивании листовых пористых материалов клей должен проникать не более чем на половину толщины листа. Вязкость клеев и лаков может быть уменьшена разбавлением соответствующими растворителями (см. рис. 1.8).
Температура клея. С повышением температуры возрастает подвижность молекул, уменьшаются поверхностное натяжение и вязкость клея. Вязкость клея с высокой рабочей температурой, например костного, может быть уменьшена нагреванием, так как зависимость между вязкостью и температурой обратная:
г| = С-еи/('ег), (1.27)
где С—константа жидкости; е = 2,71828 — основание натуральных логарифмов; U—энергия активации вязкого течения, Дж; к= =1,38 10-23Дж/К—постоянная Больцмана; Т—температура, К.
Так как вязкость жидкости уменьшается с повышением температуры более значительно, чем поверхностное натяжение, то увеличивается и глубина проникновения клея в поры и капилляры материалов. Рабочая температура термоклеев, применяемых при клеевом бесшвейном скреплении, устанавливается на 70-105°С выше интервала температур их плавления, чтобы к
58
Раздел 1
моменту крытья блока обложкой они не потеряли липкость. Рабочая температура костных клеев находится в пределах 50-60°С. При температуре ниже 45°С прочность склейки значительно уменьшается из-за потери клеем липкости, а длительное нагревание клея при температуре свыше 70°С ведет к деструкции глю-тина и потере клеящей силы.
Толщина клеевого слоя. Влияние толщины клеевой пленки на прочность склейки неоднозначно. При использовании клеев на основе истинных растворов полимеров в чрезмерно толстых клеевых пленках в процессе потери ими влаги и отверждения происходит значительная усадка клеевого слоя, которая предопределяет возникновение в клеевом шве больших усадочных напряжений. Под действием усадочных напряжений в толще клеевого слоя образуются поры и трещины, которые становятся центрами концентрации напряжений и, по теории механики разрушения (см. подразд. 1.5), первопричиной потери прочности материалов при приложении внешней силы. При использовании неразбавленных дисперсионных клеев образование клеевого шва происходит при минимальной потере влаги и незначительной по величине усадке. Клеевые пленки на основе линейных полимеров, молекулы которых имеют высокую гибкость, высокоэластичны, поэтому усадка в них благодаря релаксационным процессам не вызывает больших усадочных напряжений. Прочность всех материалов на разрыв пропорциональна площади их сечения, а при постоянной ширине испытуемого образца пропорциональна его толщине. Поэтому при клеевом бесшвей-ном скреплении клей наносится на корешок блока относительно толстым слоем (порядка 0,7 мм), обеспечивающим требуемую прочность и долговечность книжного издания.
Давление при склеивании. После соединения склеиваемые детали рекомендуется обжать. Повышенное давление способствует более полному контакту адгезива с материалом, получению равномерной по толщине клеевой пленки, в которой в процессе эксплуатации не будут возникать высокие локальные напряжения, приводящие к быстрому разрушению склейки. Оптимальное давление для различных клеев и материалов колеблется в широких пределах—от 3 до 200 кПа. Однако даже незначительное давление порядка 100 кПа (1 кгс/см2) при обжиме корешка изданий в обложке значительно повышает прочность клеевого бесшвейного скрепления. В автоматизированном книжном производстве время прижима приклеек может не превышать одной
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
59
секунды, но при ремонте библиотечных книг наибольшую их прочность и долговечность обеспечивает заклейка и длительная сушка корешка в зажатом состоянии до полного отверждения клеевого слоя.
1.2.10. СТАРЕНИЕ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Основы теории старения полимеров и механики разрушения твердых тел излагаются в подразд. 1.4 и 1.5, но здесь уместно изложить некоторые специфические причины относительно быстрого разрушения клеевых соединений, которые часто приводят к преждевременному разрушению конструкции книжных изданий.
В подразд. 1.2.6 отмечалось, что с момента закрепления клеевого слоя прочность клеевого скрепления деталей в течение длительного времени, порядка 7 суток, непрерывно возрастает, что, по нашему, мнению объясняется спецификой потери влаги в типично коллоидных телах (клеях, лаках, красках) в процессе сушки. При образовании клеевого шва адгезионные слои и слой открытой поверхности клея сравнительно быстро теряют влагу за счет впитывания в капилляры склеиваемых материалов или вследствие испарения с открытой поверхности. Контактный и поверхностный слои коллоидного тела уже в первые секунды процесса склеивания теряют свойства жидкости, образуют твердые корки, затрудняющие процессы впитывания и испарения растворителя или дисперсионной среды. Со временем число молекулярных или дисперсионных твердых слоев возрастает, а скорость миграции через них жидкой фазы замедляется по закону, описываемому уравнением Д.В.Воробьева:
mt =т0 /exp[(2u0t + at2 )/(2kT)J, (1.28)
где то — масса растворителя в начальный момент сушки, кг; mt — масса растворителя в момент времени t, кг; е = 2,71828 — основание натуральных логарифмов; vo — начальная скорость испарения, %/с; а— константа замедления процесса (а< 0); t— время сушки.
Процесс потери влаги коллоидными телами длится бесконечно долго, так как градиент влагосодержания со временем непрерывно уменьшается, вследствие чего равновесное влагосодер-жание в телах достигается при t = ©о. По этой причине изотермы десорбции и сорбции (см. рис. 1.14) никогда не совпадают.
60
Раздел 1
С потерей дисперсионной среды или растворителя клеевые пленки многих полимеров становятся хрупкими. Чтобы избежать этого, в клей вводят сорбент растворителя или нелетучий пластификатор. Для многих полимеров и олигомеров (поливинилацетат, эпоксидно-диановая смола и др.) хорошим пластификатором является дибутилфталат, который хорошо удерживается пленкой поливинилацетатного клея: она теряет не более 2% массы пластификатора в год. Однако при склейке пористых материалов из-за диффузии в подложку потеря пластификатора может достигать 50% в год, что значительно сокращает долговечность клеевого соединения. Для костного клея лучшим пластификатором является его растворитель—вода. Чтобы избежать потери воды-пластификатора, в костный клей вводят глицерин, обладающий гигроскопическими свойствами. Хорошо сорбируя влагу из влажного воздуха, глицерин теряет эту способность в сухом помещении при влажности воздуха менее 40%. Кроме того, глицерин ухудшает физико-механические свойства клеевого слоя, поэтому его содержание в клее не должно превышать 4%. При достижении критического содержания растворителя и пластификатора клеевое соединение теряет свои высокоэластические свойства и быстро теряет прочность в процессе эксплуатации.
Клеи растительного и животного происхождения (крахмальный, костный, технический желатин) подвержены разрушительному воздействию микроорганизмов, особенно при высокой температуре и влажности воздуха, в условиях субтропического и тропического климата. Чтобы предотвратить плесневение и гниение клеевого соединения, в раствор клея вводят антисептики, однако срок их действия не превышает пяти лет.
Потеря прочности клеевого соединения может быть обусловлена и химическими преобразованиями макромолекул под действием тепла, кислорода и озона, солнечного света, ионизирующего излучения и т. д., в результате которых происходит деструкция молекул или образование разветвленных или трехмерных структур — «сшивание». В наибольшей степени таким преобразованиям подвержены карбоцепные полимеры, содержащие ненасыщенные связи. Для продления срока службы клеевых соединений в такие клеи в процессе их изготовления вводят ингибиторы — антиоксиданты, термостабилизаторы и т.д., — в зависимости от механизма структурных преобразований, которые примерно в 10 раз снижают скорость потери прочности клеевым соединением. Быстрая потеря прочности клеевых соединений характерна для термоклеев, при плавлении которых под дейст
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
61
вием тепла и кислорода воздуха происходит цепная реакция окисления, сопровождающаяся образованием гидрооксидов и деструкцией молекул. Этот процесс, правда значительно медленнее, протекает и в клеевом соединении, поэтому термоклеи не применяют для скрепления блоков изданий, рассчитанных на большой срок службы.
Эксплуатационные требования к клеям и клеевым соединениям. Для обеспечения высокого качества книжной продукции клеи и клеевые соединения должны удовлетворять следующим требованиям:
1) клеевой слой должен быть нейтральным или слабокислым (pH = 5-^-9), чтобы не разрушать материалы на основе целлюлозы, не изменять их цвета и не обесцвечивать оттиски;
2) клеи должны быть светлыми или прозрачными, чтобы не образовывать пятен и не ухудшать товарный вид издания;
3) клеи не должны иметь неприятного запаха, сохраняющегося в готовом издании;
4) клеевые соединения должны иметь высокоэластичную пленку, не разрушающуюся при хранении, транспортировке и при пользовании изданием;
5) прочность клеевого соединения должна быть равна или больше прочности соединяемых материалов;
6) время старения клеевого соединения должно быть равно или больше проектируемого срока службы издания.
1.3. Основы теории сушки полуфабрикатов и продукции
1.3.1. ОБЪЕКТЫ И СПОСОБЫ СУШКИ
Объекты сушки. Сушка — это теплофизический и технологический процесс удаления избыточной влаги из влажных материалов. Процесс сушки называют теплофизическим, потому что избыточная влага удаляется из материалов благодаря физическим процессам — испарению или сублимации (кипение недопустимо, так как может привести к разрушению материала), в процессе которых между материалом и окружающей средой происходит обмен теплом и массой — так называемый тепломассообмен. Этот процесс является и технологическим, так как при сушке меняются структурно-механические и технологические свойства материалов.
Раздел 1
62
В полуфабрикатах брошюровочно-переплетного производства избыток влаги содержит клеевой слой и увлажненные им склеиваемые волокнистые материалы, если при склеивании используются клеи на водной основе. Избыток влаги в клее и материалах затрудняет или делает невозможным проведение последующих операций, поэтому полуфабрикаты после склеивания сушат. В отделочных процессах сушат адгезив, нанесенный на прозрачную полимерную пленку перед ее припрессовкой, а также оттиски после нанесения на них лакового покрытия. В брошюровочно-переплетных процессах сушат тетради после приклейки форзацев, блоки после заклейки и окантовки корешка, приклейки корешкового материала и капталобумажной полоски, переплетные крышки после сборки, книжные издания после крытья блоков обложками и после вставки блоков в переплетные крышки или после обжима и штриховки книг.
Способы сушки. Тетради с приклейками, переплетные крышки и книги перед упаковкой обычно сушат в естественных условиях. В этом случае полуфабрикаты и издания получают энергию, необходимую для испарения избыточной влаги, от окружающего воздуха благодаря естественной конвекции. Процесс этот очень длительный (естественная сушка полуфабрикатов при пооперационной обработке занимает до 90% производственного времени) и не всегда обеспечивает требуемое качество.
Для ускорения процесса в поточном производстве применяют различные способы сушки: конвективную, радиационно-конвективную, кондуктивную, в высокочастотном электромагнитном поле, плазменную (см. подразд. 1.3.8.-1.3.12). Каждый из этих способов характеризуется скоростью подачи тепла, интенсивностью процесса и жесткостью режима, которые определяют продолжительность сушки, энергетические затраты и технологические свойства высушенного материала, имеет свои достоинства и недостатки. Многообразие полиграфических материалов и различные требования к их технологическим свойствам не позволяют рекомендовать какой-то один способ сушки: для получения лучшего технологического и технико-экономического эффекта в каждом отдельном случае целесообразно использовать тот или иной способ или комбинированные способы.
Искусственная сушка полуфабрикатов, по сравнению с естественной позволяет: 1) многократно сократить продолжительность процесса обработки полуфабрикатов и сроки выпуска продукции; 2) обеспечить высокое и постоянное качество (влагосо-держание и физико-механические свойства) полуфабрикатов и
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 63
снизить процент брака на последующих операциях; 3) включить операцию сушки в поток, не меняя его ритма и такта при изменении технологических факторов; 4) совмещать сушку с транспортировкой, используя специальные сушильные устройства. Сокращение срока выпуска изделий и снижение брака способствуют повышению эффективности производства—снижению себестоимости, росту производительности труда, увеличению суммы прибыли, росту рентабельности и фондоотдачи.
Искусственная сушка имеет и недостатки: большой расход электроэнергии, громоздкость сушильныхустройств, необходимость для их обслуживания дополнительной рабочей силы. Однако в условиях непрерывного поточного производства повышение его эффективности перекрывают эти затраты. В некоторых случаях искусственная сушка может и не дать сколько-нибудь заметного экономического и качественного эффекта. Например, нет необходимости подвергать искусственной сушке тетради с приклейками и окантованными форзацами, поскольку они успевают высохнуть в связанных пачках, прежде чем попадут на операцию комплектовки блоков, а важнейшие показатели качества этих полуфабрикатов — прочность и долговечность склейки — практически не зависят от способа сушки. Трудно также интенсифицировать процесс перераспределения влаги в готовом книжном издании. Попытки ускорить сушку изданий в переплетных крышках не дали положительных результатов, хотя решение этой проблемы позволило бы значительно сократить сроки выпуска многообъемных изданий.
1.3.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ
В процессе сушки избыточная влага из влажного материала удаляется испарением. В жидкости, как и в газах, при любой температуре, отличающейся от абсолютного нуля, всегда имеется некоторое число молекул, обладающих наибольшей кинетической энергией, которые, оказавшись вблизи открытой поверхности жидкости, способны преодолеть поверхностное натяжение и покинуть жидкость. Средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул уменьшается, следовательно, уменьшается и температура жидкости. Таким образом, испарение является эндотермическим процессом; на испарение единицы массы жидкости необходимо затратить удельную теплоту парообразования г (Дж/кг), которую жидкость получает от окружающего воздуха или от специального теплоносителя. Моле-
64
Раздел 1
кулы пара, покинувшие жидкость, переходят в окружающий воздух вследствие концентрационной диффузии - движения молекул под влиянием перепада относительной концентрации какого-либо компонента смеси. Концентрационная диффузия пара и воздуха взаимна: одновременно молекулы воздуха диффундируют к поверхности жидкости под влиянием относительной концентрации воздуха. По мере удаления от поверхности жидкости этот так называемый молекулярный перенос, осуществляемый отдельными молекулами независимо друг от друга, постепенно заменяется молярным переносом, осуществляемым некоторыми объемами, те. конвекцией. На расстоянии от поверхности жидкости порядка 1 мм конвекция становится доминирующим способом переноса пара.
Испарение свободной, не связанной с материалом жидкости характеризуется тремя особенностями: 1) испарение происходит в молекулярном поверхностном слое, так называемом зеркале испарения; 2) влага перемещается к зеркалу испарения только в виде жидкости; 3) перемещение массы жидкости к зеркалу испарения осуществляется в основном молярным переносом — конвекцией — ив меньшей степени молекулярным переносом — броуновским движением; 4) на испарение затрачивается лишь теплота парообразования.
Во влажных телах только часть влаги свободна, а значительная ее часть более или менее прочно связана с материалом: движение связанной влаги внутри твердого тела затруднено пространственной структурой (каркасом) тела. Прочность связи влаги с материалом и механизм ее движения внутри твердого тела зависят от вида тел (см. подразд. 1.3.4). Пространственная структура тел и различные формы связи влаги с материалом определяют особый механизм испарения и движения влаги внутри тела: она может перемещаться не только в виде жидкости, но и в виде пара (см. подразд. 1.3.5), причем перенос пара может быть как молярным, так и молекулярным; испарение может происходить в относительно толстом слое, в так называемой зоне испарения (см. подразд. 1.3.6).
1.3.3. ВИДЫ ВЛАЖНЫХ ТЕЛ
Все влажные тела теория сушки разделяет на три вида: капиллярно-пористые, типичные коллоидные и капиллярно-пористые коллоидные.
Капиллярно-пористые тела, или хрупкие гели. Для них характерно то, что они впитывают любые смачивающие их жид
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
65
кости. При удалении влаги они становятся хрупкими, мало изменяют свои размеры и объем, могут быть превращены в порошок. В полиграфических материалах к таким материалам относятся ксерографический тонер, пигменты печатных и переплетных красок, противоотмарочный порошок.
Типичные коллоидные тела, или эластичные гели. Для них характерна способность поглощать в больших объемах близкие по полярности жидкости, значительно увеличивая свои размеры и объем. При повышении температуры степень набухания неограниченно возрастает. При удалении влаги такие тела значительно сжимаются, но сохраняют свои эластические свойства. К типичным коллоидным телам относятся фотослои, копировальные слои, печатные и переплетные краски, клеи и лаки.
Капиллярно-пористые коллоидные тела. Это тела, обладающие свойствами капиллярно-пористых и типичных коллоидных тел. Стенки их капилляров эластичны, капилляры при удалении влаги сужаются. При сушке поверхностные слои тела дают большую усадку, вследствие чего капилляры становятся коническими, обращенными отверстиями меньшего радиуса наружу, что способствует перемещению влаги к поверхности тела. К таким телам относятся бумага, картон, нетканые материалы, переплетные ткани и нитки.
1.3.4. ФОРМЫ СВЯЗИ ВЛАГИ С МАТЕРИАЛОМ
При удалении избыточной влаги из влажного тела происходит нарушение ее связи с материалом, на что затрачивается определенное количество энергии, величина которой зависит от формы связи влаги с материалом. Формы связи влаги с материалом классифицированы на три группы: химическую, физико-химическую и физико-механическую.
Химическая связь. Для химической связи характерно то, что вода связывается с материалом в строгих соотношениях. Она бывает ионная (в гидрооксидах) и молекулярная (в кристаллогидратах). В процессе сушки, при нагревании до 120-150°С, химически связанная вода не удаляется, так как энергия химической связи велика. Химически связанная вода удаляется при прокаливании, но при этом нарушается химический состав и изменяются физико-механические свойства материала.
Физико-химическая связь. При этом виде связи вода связана с телом в различных, не строго определенных соотношениях. Физико-химическая связь бывает адсорбционная и осмотическая.
66
Раздел 1
Адсорбционная связь характерна для типичных коллоидных тел. При поглощении типичным коллоидным телом жидкости ее молекулы адсорбируются молекулами и мицеллами внешней и внутренней поверхностей клеток коллоидного тела. Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты набухания Q (Дж), которая рассчитывается по формуле
<L29)
где U—влагосодержание тела, кг/кг (см. подразд. 1.3.5.); а, b— постоянные.
Наибольшее количество теплоты выделяется при образовании первого мономолекулярного слоя. Энергия этой связи, порядка 3,5-103 Дж/моль, сравнима с энергией химической молекулярной связи в кристаллогидратах (до 8,4-103 Дж/моль). Последующие слои связаны менее прочно: по мере поглощения жидкости теплота набухания уменьшается, пока толщина слоя полимолекулярной адсорбции не достигнет нескольких сотен диаметров молекул. При сушке сначала удаляются наружные по отношению к стенкам клеток коллоидного тела слои адсорбированной влаги; последующие слои удаляются лишь при больших затратах теплоты. Мономолекулярный адсорбционный слой при сушке не удаляется.
Адсорбционно связанная вода по сравнению со свободной имеет иные свойства: она не растворяет соли и потому является диэлектриком, обладает повышенной плотностью и свойствами упругого твердого тела; мономолекулярный адсорбционный слой не замерзает даже при температуре -78°С. Свойства последующих адсорбционных слоев постепенно приближаются к свойствам свободной жидкости.
Количество адсорбционно связанной жидкости и максимальная теплота набухания зависят от природы коллоидного тела: желатин и костный клей адсорбционно связывают до 50% влаги, крахмал — 32%; максимальная теплота набухания у различных тел колеблется в пределах 7,4-105-2,6-106 Дж/кг.
Осмотическая связь. В процессе набухания коллоидные тела — желатин и костный клей — поглощают до 2000% воды в расчете на сухое вещество, но лишь 50% воды связывают адсорбционно, а остальную влагу—осмотически вследствие разности осмотических давлений внутри и снаружи замкнутых клеток. К осмотической связи относится и структурная— связь жидкости, захваченной при образовании геля. Поглощение жидкости
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 67
в обоих случаях происходит без выделения тепла, следовательно, при сушке для удаления осмотически и структурно связанной жидкости необходимо затратить лишь теплоту парообразования.
Физико-механическая связь. Для этого вида связи характерно то, что вода удерживается телом в неопределенных соотношениях, а энергия связи невелика. Здесь различают связи в микрокапиллярах, в макрокапиллярах и связь смачивания.
Связь в микрокапиллярах. Микрокапиллярами называют капилляры с радиусом до 10-7 м. В процессе адсорбции толщина слоя адсорбированной влаги может достигать 10-7 м. В капиллярах такого же радиуса адсорбированные пленки сливаются и в сквозных, без дна, капиллярах образуют, в случае смачивающей жидкости, вогнутые мениски. Давление насыщенного пара над вогнутым мениском всегда меньше давления насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости. Это различие давлений насыщенного пара растет по мере уменьшения радиусов капилляров и менисков и становится заметным в микрокапиллярах. Насыщенный пар над мениском микрокапилляра оказывается пересыщенным и конденсируется, поэтому микрокапилляры способны сорбировать влагу из влажного воздуха и достаточно прочно ее удерживать. Радиус микрокапилляров сравним со средней длиной свободного пробега молекул в газах, что определяет особый механизм переноса парообразной влаги — путем эффузии (см. подразд. 1.3.5).
Связь в макрокапиллярах. В капиллярах с радиусом более 10~7 м адсорбированный слой жидкости может образовывать мениск только на дне замкнутого, несквозного капилляра. Давление насыщенного пара над таким мениском с точностью до 1% равно давлению пара над плоской поверхностью, поэтому макрокапилляры не сорбируют влагу из влажного воздуха. Если они заполняются водой при влажной обработке полуфабриката, то в процессе естественной сушки отдают всю влагу влажному воздуху.
Связь смачивания. Связь смачивания — это связь прилипания при непосредственном соприкосновении воды с поверхностью гидрофильного непористого тела.
Влага смачивания и макрокапилляров является свободной и легко удаляется при сушке; удельная энергия этих видов связи равна теплоте парообразования.
68
Раздел 1
1.3.5. ВЛАГО- И ТЕПЛОПЕРЕНОС ВО ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛАХ
Основные понятия и определения технологии сушки. Перенос влаги всегда связан с переносом тепла: перенос некоторого объема или отдельных молекул воды и пара, обладающих запасом внутренней энергии, означает и перенос тепла, поэтому процессы влаго- и теплопереноса рассматриваются в их неразрывной связи. Интенсивность переноса влаги и тепла, которая определяет интенсивность и скорость сушки, зависит от разности потенциалов влаго- и теплопереноса. Потенциалы влаго- и теплопереноса находятся в линейной зависимости от температуры и влагосодержания тела и от давления пара, поэтому в расчетах интенсивности и скорости сушки они заменяются градиентами температуры, влагосодержания и давления. Пользоваться понятием градиентов удобнее, так как механизм влаго- и теплопереноса может быть скрыт от исследователя и технолога, а градиенты можно вычислить.
Влагосодержание и влажность материалов. Влагосодержа-нием тела U (кг/кг) называют отношение массы влаги к массе сухого вещества, содержащегося во влажном теле:
тп тп - тп
__в _ т с
шс тс
(1.30)
где тв — масса влаги, кг; тс — масса сухого вещества, кг; тт — масса влажного тела, кг.
Локальным влагосодержанием и (кг/кг) называют влагосодержание данной точки (бесконечно малой массы) влажного тела. В технологии сушки влагосодержание материала или полуфабриката выражают в процентах:
W = —100% = тт т<: 100%.
тс
(1.31)
Влагосодержание U (или и) изменяется от 0 до ©о, W— от 0 до о©. Если влага равномерно распределена во всем объеме материала или полуфабриката, то 0,01 W= U= и.
В ГОСТах, технических условиях и технологических инструкциях обычно указывается влажность материалов. Влажность материалов <рм — это отношение массы влаги, содержащейся во влажном материале, к массе влажного материала, выраженное в процентах:
<рм =^Ь.-1оо%=Шт т<: юо%. т_ т_
(1.32)
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 69
Влажность материалов изменяется от О до 100%. Влагосодер-жание и влажность связаны между собой соотношением
Ж = 100<рм/(100-<рм). (1.33)
Потенциалы иразности потенциалов тепло- и влагоперено-са. Потенциалом теплопереноса является абсолютная температура данной точки тела Т (К). Интенсивность переноса тепла определяется разностью потенциалов теплопереноса, те. разностью температур различных точек тела: ДТ= Т} - Т2. Потенциал влагопереноса 0в (°М) определяется по формуле
0в =(U-b)/cm, (1.34)
где °М — влагообменный или массообменный градус; b— постоянная; ст—удельная изотермическая влагоемкость, кг/(кг°М), аналогичная понятию удельной теплоемкости.
Для абсолютно сухого тела постоянная b и потенциал влагопереноса 0в равны нулю: при и= О Ь = О и 0в = О. Интенсивность переноса влаги зависит от разности потенциалов влагопереноса Д0в = 0в1 - 0в2.
В случае молярного переноса влаги в макрокапиллярах потенциалом влагопереноса является капиллярный потенциал Т (Дж/кг), а интенсивность влагопереноса зависит от разности капиллярных потенциалов ДТ = - Т2. Капиллярный потенци-
ал определяется из уравнения
2ocos0
(1.35)
где о — поверхностное натяжение жидкости, Дж/м2; 0 — краевой угол смачивания, рад; рж — плотность жидкости, кг/м3; R— радиус капилляра, м.
Для абсолютно сухого тела при и=О Тс = max, при максимальном влагосодержании = 0.
В тонких (<10-7 м) пленках адсорбированной в капиллярах жидкости потенциалом молярного переноса является расклинивающее давление рр (Па), а интенсивность влагопереноса зависит от разности расклинивающих давлений Дрр = рр1 - рр2. Расклинивающее давление, обусловленное силами взаимодействия молекул жидкости и стенок капилляра, определяется из уравнения
Pp=A/dn3, (1.36)
где А = 5-10‘7 Дж—постоянная: dn — толщина пленки, м.
70
Раздел 1
Потенциалом молекулярного переноса осмотической жидкости через стенки клеток коллоидного тела является осмотическое давление 17 (Па), а интенсивность влагопереноса зависит от разности осмотических давлений AI7 = 171 - П2.
Градиенты тепло- и влагопереноса. Температурный градиент gradT(K/M) — это отношение разницы абсолютных температур АТ (К) различных участков тела к расстоянию между ними:
qradT = (7] - Т2 )/1 = АТ/I. (1.37)
Градиент влагосодержания grad и [кг/(кгм)] и градиент давления gradp (Па/м) определяются аналогично:
qradu = (u1 -u2)/l = Au/l, (1.38)
qradp = (p, - p2 )/l = &p/l. (1.39)
Градиенты gradT, grad и и gradp являются векторными величинами. Векторы градиентов направлены от участков тела с меньшими температурой, влагосодержанием и давлением к участкам с большими значениями этих параметров.
Интенсивность теплообмена, влагопереноса и сушки, скорость сушки. Интенсивность теплообмена между теплоносителем и влажным телом характеризуется плотностью теплового потока q (Вт/м2)—тепловым потоком, приходящимся на единицу площади поверхности тела. Процесс перемещения влаги внут-ри тела характеризуется интенсивностью влагопереноса JB [кг / (м2- с)] — массой влаги, прошедшей через единицу площади поперечного сечения тела за единицу времени. Скорость удаления влаги в процессе сушки характеризуется интенсивностью сушки, а если площадь открытой поверхности тела нельзя измерить, то скоростью сушки. Интенсивность сушкиJ [кг/(м2 с)] — это масса влаги, удаленной с единицы площади поверхности тела за единицу времени, а скорость сушки Nc [кг/(кг с); %/с] — изменение влагосодержания тела за единицу времени.
Виды влагопереноса во влажных телах. Если интенсивность теплообмена между теплоносителем и влажным телом невелика, тело насыщено влагой, то сушка происходит в изотермических условиях, а испарение влаги с поверхности тела создает в нем градиент влагосодержания. Движение влаги только под действием градиента влагосодержания называют диффузией. Под этим термином подразумеваются различные виды молярного и молекулярного переноса свободной и связанной жидкости. В зависимости от вида тел и форм связи влаги с материа
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
71
лом различают капиллярную диффузию и пленочное движение, а также концентрационную и избирательную диффузии.
В макрокапиллярах переменного радиуса свободная жидкость движется вследствие капиллярной диффузии— молярного движения под действием разности капиллярных потенциалов; в телах с монокапиллярной структурой (при R = const) капиллярная диффузия отсутствует. Если слой жидкости, адсорбированной на стенках капилляров, имеет различную толщину, то имеет место пленочное движение — молярный перенос связанной жидкости под действием разности расклинивающих давлений. В растворах и дисперсиях возможна концентрационная диффузия— молекулярное движение свободной жидкости макрокапилляров и клеток коллоидного тела под действием разности концентраций компонентов, аналогичное концентрационной диффузии воздуха и пара. Избирательная диффузия— это молекулярное движение осмотически связанной жидкости через полупроницаемую стенку клеток коллоидного тела вследствие разности осмотических давлений внутри и снаружи клеток. В процессах диффузии влага движется от участков с большим влагосодержанием к участкам с меньшим влагосо-держанием в направлении, противоположном вектору градиента влагосодержания.
При малом влагосодержании тела и (или) при интенсивном подводе тепла возникает температурный градиент. Движение влаги под действием температурного градиента называют термодиффузией. Этот термин объединяет пять видов переноса влаги: капиллярную термодиффузию жидкости, термодиффузию пара, тепловое пленочное движение жидкости, тепловое скольжение жидкости и тепловое скольжение пара.
Капиллярная термодиффузия — это молярное движение жидкости макрокапилляров под действием разности капиллярных потенциалов, которая возникает и в капиллярах постоянного радиуса вследствие понижения поверхностного натяжения с повышением температуры. Термодиффузия пара — это движение в макрокапиллярах молекул, обладающих большой кинетической энергией, к менее нагретым участкам. Тепловое скольжение жидкости — это молекулярное движение тонкого пристеночного слоя вследствие различного теплосодержания (энтальпии) пристеночного слоя и всей массы жидкости, заполняющей капилляр. Тепловое скольжение пара— это движение тонкого пристеночного слоя вдоль неравномерно нагретой стенки капилляра, которое происходит под действием составляющей
72
Раздел 1
сил противодействия от ударов молекул газа о стенки капилляра. Тепловое пленочное движение— это молярное движение адсорбированной на стенках капилляров жидкости вследствие понижения сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела с повышением температуры.
В процессах капиллярной термодиффузии жидкости и термодиффузии пара влага движется от участков с большей температурой к участкам с меньшей температурой, в направлении, противоположном вектору температурного градиента, а при тепловом скольжении и тепловом пленочном движении — по направлению вектора. В микрокапиллярах при больших температурных градиентах интенсивность теплового скольжения приближается по величине к интенсивности других видов влагопереноса.
При температуре тела более 100°С (и при меньшей, если тело при сушке в высокочастотном электромагнитном поле нагревается изнутри) интенсивное парообразование приводит к тому, что парциальное давление насыщенного пара становится больше барометрического давления окружающего воздуха. Возникающий при этом градиент давления становится причиной движения пара вследствие фильтрационного переноса, бародиффузии и эффузии пара.
Фильтрационный перенос—это молярное перемещение пара в виде ламинарного или турбулентного потока, характерное для макрокапилляров. Бародцффузияхзрзктерна для газовых смесей, состоящих из компонентов с разной молекулярной массой М. У сухого воздуха Мв = 29, а у пара Мп = 18. В процессе бародиффузии молекулы пара (с меньшей молекулярной массой) перемещаются в область пониженного давления — наружу, а молекулы окружающего воздуха движутся внутрь макрокапилляров. В микрокапиллярах эти виды движения заменяются эффузией— молекулярным переносом, в котором молекулы пара воздуха движутся независимо друг от друга, постоянно сталкиваясь со стенками капилляра, со скоростью, которую они приобрели при входе в устье капилляра. При радиусе капилляра 10-7м, когда его размер приближается к средней длине свободного пробега молекул, интенсивность эффузии в 1,5 раза выше бародиффузии.
При наличии градиента давления пар перемещается от участков с высоким давлением к участкам с меньшим давлением, в направлении, противоположном вектору градиента давления. Воздух в процессах бародиффузии и эффузии перемещается по направлению вектора gradp.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 73
Интенсивность всех видов влагопереноса7в [кг/(м2 с)] при наличии градиентов gradu, gradTn gradp определяется по уравнению
jB = -D • рс (qradu + кт • qradT)- кр • qradp, (1.40)
где D — коэффициент диффузии, м2/с; рс — плотность сухого тела, кг/м3; кт—относительный коэффициент термодиффузии: кт = Dt/D, 1/К; Dr — коэффициент термодиффузии, м2/(с • К); кр — коэффициент молярного переноса, с/м.
При малой интенсивности теплообмена последний член уравнения отсутствует. Коэффициенты D и кт зависят от вида тел, форм связи влаги с материалом, влагосодержания и температуры тела.
Особенности влагопереноса в различных телах. В капиллярно-пористых телах влага в основном связана в макро- и микрокапиллярах, но имеется также незначительное количество адсорбционной влаги. Коэффициент диффузии капиллярно-пористого тела возрастает с увеличением влагосодержания и температуры тела. Относительный коэффициент термодиффузии капиллярно-пористого тела зависит от влагосодержания и температуры, причем характер кривых кт(17) определяется видом влагопереноса. Для большинства тел он увеличивается с повышением влагосодержания, достигает наибольшего значения, затем остается постоянным или уменьшается.
Влагоперенос в коллоидных тела. Для коллоидных тел характерны адсорбционная, осмотическая связи и связь влаги в микрокапиллярах, средний радиус которого того же порядка, что и размер молекул и мицелл коллоидного тела. Диффузия влаги в коллоидном теле складывается из концентрационной и избирательной диффузии и пленочного движения жидкости. Коэффициент диффузии коллоидного тела D зависит от влагосодержания: с повышением влагосодержания он несколько увеличивается, достигает максимума, затем уменьшается (рис. 1.11, а).
Рис. 1.11. Зависимость коэффициента диффузии влаги от влагосодержания: а— типичного коллоидного тела (желатина); б — капиллярно-пористого коллоидного тела
74
Раздел 1
Термодиффузия влаги в коллоидном теле складывается из теплового скольжения и теплового пленочного движения жидкости, а также теплового скольжения и эффузии пара. Относительный коэффициент термодиффузии коллоидных тел зависит от влагосодержания и температуры. Эта зависимость имеет четко выраженный максимум, положение которого определяет границу между адсорбционной и осмотической связями влаги. С повышением температуры относительный коэффициент термодиффузии уменьшается.
Осмотически связанная влага легко удаляется лишь с поверхности коллоидного тела. Движение ее внутри тела замедлено, так как на пути к поверхности она преодолевает многочисленные стенки клеток или, оказавшись в межклеточном пространстве, движется как влага микрокапилляров. Попытки интенсифицировать процесс сушки приводят к образованию поверхностной корки: наружные слои быстро обезвоживаются, дают сильную усадку, роговеют, теряют способность пропускать влагу. По этим причинам сушку коллоидных тел следует проводить при умеренных градиентах влагосодержания и температуры.
Влагоперенос в капиллярно-пористых коллоидных телах. В капиллярно-пористых коллоидных телах могут быть все формы связи влаги с материалом и, следовательно, все виды влагопереноса. Для капиллярно-пористого коллоидного тела, имеющего осмотическую влагу, зависимость коэффициента диффузии от влагосодержания имеет три участка (А, Б и В, рис. 1.11,6), максимум и минимум, так как в процессе сушки сначала удаляется влага макрокапилляров практически одинакового диаметра, затем осмотическая, а при малом влагосодержании (менее 0,3 кг/кг) — влага микрокапилляров и полимолекуляр-ной адсорбции. На участке А кривой D (и) коэффициент диффузии возрастает с увеличением влагосодержания, при этом влагоперенос наиболее прочных форм связи (влаги полимолекуляр-ной адсорбции и микрокапилляров) происходит в виде пара и жидкости. Снижение коэффициента D на участке Б объясняется тем, что при данном влагосодержании молекулярный перенос вследствие избирательной диффузии преобладает над молярным переносом в макрокапиллярах. Резкое повышение коэффициента D при больших значениях влагосодержания (участок В кривой) и соответствующее падение относительного коэффициента термодиффузии свидетельствуют о том, что при данном влагосодержании жидкостью заполняются макрокапилляры практически одинакового радиуса. Характер изменения
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
75
относительного коэффициента термодиффузии капиллярнопористых коллоидных тел в зависимости от влагосодержания аналогичен изменению относительного коэффициента термодиффузии капиллярно-пористых тел.
1.3.6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ
Методика исследования процесса сушки. Контролировать процесс сушки в производственных условиях весьма трудно, поэтому кинетику сушки полуфабрикатов изучают в лабораторных сушильных устройствах—специальных шкафах-термостатах, в которых воспроизводят исследуемый способ и режим сушки. Для периодического или непрерывного контроля за количеством удаленной влаги из высушиваемого образца, в соответствии с требуемой точностью эксперимента, используют рычажные (квадрантные), пружинные или коромысловые весы. Чтобы повысить точность эксперимента, применяют систему оптического отсчета, которая на один-два порядка повышает чувствительность весов и позволяет регистрировать массу тела или массу удаленной влаги в любой момент времени.
В процессе эксперимента регистрируются режимы сушки, температура поверхности и центральных участков образца и его масса через равные промежутки времени. По массе влажного и высушенного до постоянной массы образца расчетным путем (1.32) определяют его влаго-содержание в соответствующие моменты времени сушки. Результаты исследования оформляют в виде кривых сушки — графиков зависимости влагосодержания тела от времени сушки, а также температурных кривых—графиков зависимости температуры поверхности и центральных участков тела от времени сушки (рис. 1.12) или от влагосодержания тела. Графическим дифференцированием кривой сушки по среднему влагосодержанию тела по-
Рис. 1.12. Типичная кривая сушки влажных материалов (I) и кривая
76
Раздел 1
AdW
и/р 1/ц
—► Влагосодержание
Время сушки Ч—
Рис. 1.13. Типичные кривые скорости сушки влажных материалов
лучают кривые скорости сушки — зависимость интенсивности или скорости сушки от влагосодержания тела (рис. 1.13).
Периоды сушки. Анализ кривых сушки, температурных кривых и кривых скорости сушки позволяет разделить весь процесс на два основных периода. В первом периоде, называемом периодом постоянной температуры тела, существует небольшой участок прогрева, на котором в течение короткого промежутка времени температура тела достигает темпера-туры мокрого термометра tM (температуры адиабатного на
сыщения) и в дальнейшем остается постоянной; влагосодержа-ние тела несколько уменьшается, а скорость сушки быстро растет, достигая постоянного максимального значения. При малой интенсивности теплообмена между теплоносителем и влажным телом первый период характеризуется отсутствием температурного градиента (gradT = О), так как температура поверхности материала tn и его центральных слоев t одинакова и равна температуре мокрого термометра: tn = t = tM. Наиболее слабо связанная влага макрокапилляров и осмотическая влага перемещаются к поверхности тела в виде жидкости под действием градиента влагосодержания grad U. Первый период продолжается до некоторого критического влагосодержания (точки К1 на рис. 1.12и 1.13).
Начиная с критического влагосодержания W, наступает второй период—период повышающейся температуры тела. Во втором периоде понижение влагосодержания тела происходит по некоторой кривой, асимптотически приближающейся к равновесному с данными внешними условиями влагосодержанию W. Температура поверхности тела начинает расти и при приближении к равновесному влагосодержанию достигает температуры окружающей среды tc. Температура центральных участков тела также растет, но более медленно, — возникает температурный градиент gradT, направление которого противоположно
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
77
вектору градиента влагосодержания grad U. Таким образом, второй период сушки характеризуется ростом температуры тела, наличием температурного градиента, непрерывнымуменьшением скорости сушки, при этом влага движется к зоне испарения сначала в виде смеси воды и пара, а затем только в виде пара. Последнее свидетельствует о том, что удаляется наиболее прочно связанная влага микрокапилляров и полимолекулярной адсорбции.
Кривые скорости сушки во втором периоде бывают шести различных типов, три из которых представлены на рис. 1.13. Ъш кривой зависит от вида и толщины тела, формы связи влаги с материалом, интенсивности подвода тепла. Кривая типа I характерна для листовых волокнистых материалов — бумаги и тонкого картона, кривые типа II — для тканей с открытой фактурой, а типа III — для капиллярно-пористых тел. Кривые более сложного вида свидетельствуют о том, что тело имеет сложную структуру, влагу различных форм связи. В этом случае отмечается вторая точка перегиба кривой, положение которой по отношению к оси влагосодержания позволяет получить количественную оценку содержания влаги различных форм связи. Именно поэтому кривые скорости сушки строят не по времени, а по влагосодержанию, пренебрегая неудобством чтения кривых скорости сушки справа налево.
Зона испарения. В первом периоде сушки, когда тело насыщено влагой, испарение происходит с поверхности тела, но во втором периоде, начиная с критического влагосодержания поверхность испарения свободной жидкости (влаги макрокапилляров капиллярно-пористого тела, осмотической влаги коллоидного тела) оказывается на некоторой глубине от поверхности тела. Однако влага прочных форм связи продолжает испаряться во всем объеме, расположенном над поверхностью испарения. Резкой границы между поверхностью испарения и последующими слоями нет: наибольшее количество жидкости испаряется с поверхности испарения, но частично и по всей толщине поверхностного слоя, постепенно уменьшаясь от поверхности испарения к поверхности тела; испарение происходит не в «зеркале», а в зоне испарения — поверхностном слое значительной толщины. С понижением влагосодержания тела зона испарения постепенно углубляется внутрь тела. Углубление зоны испарения с течением времени сушки происходит примерно по линейному закону.
78 Раздел 1
1.3.7. ТРЕБОВАНИЯ К ПОЛУФАБРИКАТАМ И ИЗДЕЛИЯМ ПОСЛЕ СУШКИ
Требования к объектам сушки. Если сухой материал находится во влажном воздухе, то его наружная поверхность и капилляры сорбируют влагу из воздуха. Когда давление пара у поверхности материала рп становится равным парциальному давлению водяного пара в воздухе рс, наступает состояние динамического равновесия. Если рп > рс, происходит десорбция. Влаго-содержание, соответствующее равновесному состоянию, называется равновесным влагосодержанием. Значения равновесного влагосодержания различны для процессов сорбции и десорбции (кривые 1 и 2 на рис .1.14). Оно зависит от вида тела и форм связи влаги с материалом, относительной влажности и температуры воздуха. Равновесное с нормальными условиями (tc = 20 ± 2°С, фс = 60 ± 5%) влагосодержание материалов можно определить по изотермам десорбции, полученным при tc = 20°С. Для капиллярно-пористых коллоидных тел (печатной бумаги и многих переплетных материалов) оно составляет 6-8,5% (точка А на рис. 1.14), а для коллоидных тел (клеев и лаков) — около 9%. Оптимальное, технологически необходимое влагосодержание полуфабрикатов W, должно быть на 3-5% выше равновесного с нормальными условиями и составлять 9-13% (точ-
Влажность воздуха, % ка Б на рис. 1.14), так как при
„ повышенном влагосодержа-
Рис. 7 Л 4. Изотермы сорбции 1 и десорбции 2 слабоклееной бумаги нии материалов облегчается
проведение всех технологических операций, связанных с деформированием полуфабрикатов. Однако во всех случаях силового воздействия на полуфабрикат нежелательно, чтобы влагосодержание бумаги и картона превышало 15%, а клеевого слоя — 18%, та как при большем вла-госодержании механическая прочность волокнистых материалов резко падает, а клеевые пленки сохраняют или приобретают липкость.
Материалы готовых изделий должны иметь влагосодержание, соответствующее равновесному при нормальных условиях, так
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
79
как если процесс массообмена будет завершаться в готовом изделии, то могут произойти потеря прочности и компактности, коробление сторонок крышки, потеря товарного вида на завершающих операциях и на перевалочных операциях при складировании.
Продолжительность сушки. Если технологически необходимое влагосодержание W нанести на ординату кривой сушки, полученной при применяемых в сушильном устройстве способе и режиме сушки, то отрезок прямой WA (см. рис. 1.12) с достаточной точностью определит продолжительность сушки tc, т.е. время, в течение которого среднее влагосодержание материалов полуфабриката при данных способе и режиме сушки достигнет значения, необходимого для успешного выполнения последующих технологических операций.
Особенности сушки полуфабрикатов брошюровочно-переплетного производства. Каждый материал требует индивидуального подхода в части выбора способа, режима и продолжительности сушки до получения технологически необходимого или равновесного с атмосферными условиями влагосодержания. В брошюровочно-переплетном производстве сушка, как правило, не конечная технологическая операция, а полуфабрикаты и изделия состоят из двух и более видов материалов, различных по природе, строению и прочности связи влаги с материалом. Следует подчеркнуть следующие особенности процесса сушки в ТБПП: 1) при сушке удаляется мало влаги, так как влага вносится с клеем, масса которого составляет незначительную часть массы полуфабриката; 2) необходимо удалить только часть влаги, внесенной с клеем; 3) влагу можно не удалять, а лишь более равномерно распределить ее по объему полуфабриката или изделия; 4) процессы увлажнения и сушки протекают практически одновременно; 5) сушке подвергаются одновременно тела двух видов — коллоидное и капиллярно-пористое коллоидное, начальное влагосодержание которых различно, а конечное должно быть примерно одинаковым.
Первые три особенности являются причиной того, что интенсивность сушки J [кг/(м2 с)] полуфабрикатов и изделий очень мала. Последние две особенности определяют сложный вид кривых скорости сушки во втором периоде и то, что сушку надо проводить при умеренном подводе тепла, так как оба вида тел чувствительны к высокой температуре и к градиентам температуры и влагосодержания. Все это определяет сложность технологического процесса сушки и невозможность дать строгие рекомендации по его проведению после каждой операции склеивания, для каждой комбинации используемых материалов. С уче
80
Раздел 1
том этих особенностей инженер-технолог должен корректировать технологический процесс сушки каждого полуфабриката, меняя продолжительность сушки, а в непрерывном поточном производстве — и режимы сушки.
1.3.8. КОНВЕКТИВНАЯ СУШКА
Общая характеристика способа. Конвективной называют сушку, при которой теплоносителем является нагретый или комнатной температуры воздух, обычно подаваемый к высушиваемому телу вентиляторами. Интенсивность конвективного теплообмена дк (Вт/м2) в первом периоде сушки, когда коэффициент конвективного теплообмена ак[Вт/(м2 К)] не зависит от влагосодержания тела, равна
qK=aK(Tc-Tn). (1.41)
Полученное телом тепло расходуется на нагревание сухого вещества и на испарение влаги. Если пренебречь теплом, идущим на нагревание тела, ввиду его малости, то интенсивность конвективной сушкиДДкг/(м2-с)] в первом периоде можно определить по уравнению
л=^=^(тс-т>ор-РПА--М п-42)
'll п \ J
где Ln — удельная теплота парообразования, Дж/кг; Dp — коэффициент диффузии пара, отнесенный к разности давлений, с/м; рп — парциальное давление пара у поверхности материала, Па; <рс — относительная влажность воздуха, %.
Интенсивность конвективной сушки в зависимости от применяемых режимов может изменяться в широких пределах, но по сравнению с другими способами сушки остается всегда невысокой, так как коэффициент конвективного теплообмена мал, а температуру воздуха нельзя увеличивать беспредельно. Конвективная сушка обеспечивает «мягкий режим» — малые значения температуры и градиентов температуры и влагосодержания, что исключает разрушение структуры материала; для нее характерны большая продолжительность сушки и малые энергетические затраты. Этот способ применяется при сушке коллоидных тел (лаков, клеев), когда другие способы сушки могут привести к порче материала. Применяется он и для сушки других видов тел в случаях, когда длительность процесса не имеет существенного значения, а также в сочетании с другими способами, когда необходимо получить менее жесткий режим.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
81
Режим сушки. Режимами конвективной сушки являются термодинамические параметры воздуха — температура, скорость движения и влажность воздуха.
ИнтенсивностьjK [кг/(м2- с)] и скорость сушки N} (%/с) в первом периоде, согласно уравнению (1.44), пропорциональны разнице температур ДТ= Т - Т = Т - Тм. С увеличением Т растет и ДТ, поэтому скорость сушки в первом периоде пропорциональна температуре воздуха (рис. 1.15) и может быть выражена формулой
ЛГ,=ЛГ0 •(!+₽. О
(1-43)
где Nj — скорость сушки в первом периоде при температуре tc, %/с; No — скорость сушки в первом периоде при 0°С, %/с; — термический коэффициент скорости сушки, К-1.
Рис. 1.15. Зависимость скорости конвективной сушки от температуры воздуха
Безгранично повышать температуру воздуха даже в первом периоде сушки нельзя по следующим причинам. Температура поверхности материала равна температуре мокрого термометра только при t<70°C. При tc>70°C Т > >Тм, уменьшается величина ДТ= Т - Тп [см. формулу (1.42)] и создается значительный температурный градиент внутри материала, направленный противоположно градиенту влагосодержания. В
результате рост скорости сушки отстает от роста температуры, появляется опасность порчи материала у коллоидных тел — образования поверхностной корки, растрескивания, снижения прочности. Температура воздуха при сушке полуфабрикатов, склеенных латексными клеями, не должна превышать 45°С. При использовании клеев на животной основе температура воздуха не должна превышать 70°С, а при сушке фотослоев на сильно задубленном желатине — 90°С.
При увеличении скорости движения воздуха повышается коэффициент теплообмена ак, заметно возрастают интенсивность и скорость сушки полуфабрикатов в первом периоде (рис. 1.16). Во втором периоде скорость движения воздуха мало влияет на скорость сушки. В процессе сушки воздух целесообразно пода-
82
Раздел 1
вать через сопла с узкой (5 мм) щелью: сопловое дутье позволяет значительно увеличить скорость движения воздуха и при скоростях до 100 м/с резко интенсифицировать процесс сушки, если направление струи перпендикулярно поверхности испарения. Объясняется это тем, что если
0 1 2 3 4 5 ^ поток воздуха направлен пер-
Скорость воздуха, м/с пендикулярно поверхности
Рис. 1.16. Зависимость скорости испарения, то по сравнению
конвективной сушки от скорости с параллельным потоком
движения воздуха можно получить более чем
двукратное увеличение скорости сушки. Кроме того, при высокой скорости воздушного потока граничный поверхностный слой диффузионного теплообмена толщиной около 1 мм разрушается, вследствие чего молекулярный перенос влаги заменяется более интенсивным молярным переносом, диффузия заменяется конвекцией.
С увеличением скорости движения воздуха растут затраты электроэнергии, а также давление воздушного потока на поверхность тела: при скорости воздуха 2,5 м/с оно составляет 5 Па, а при 20 м/с — 350 Па. Поэтому при скорости движения воздуха более 2,5 м/с полуфабрикаты должны быть надежно закреплены на транспортере, а при скорости свыше 20 м/с необходима звукоизоляция сушильного устройства.
Из уравнения (1.42) видно, что чем меньше влажность воздуха, тем выше интенсивность и скорость сушки в первом периоде. Изменение влажности воздуха влечет за собой изменение скорости и продолжительности сушки, требует изменения других режимных параметров, чтобы сохранить постоянным вла-госодержание полуфабрикатов на выходе сушильного устройства. При исследовании процессов сушки влажность воздуха должна обязательно регистрироваться. Во втором периоде влажность воздуха практически не влияет на скорость сушки. Уменьшить влажность воздуха при t = const можно отсосом воздуха из сушильного устройства.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 83
1.3.9. РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНАЯ СУШКА
Радиационно-конвективная сушка является комбинированным способом, в котором теплоносителем являются электромагнитные волны инфракрасного и видимого диапазонов и окружающий тело воздух.
Свойства инфракрасных волн. Генераторами инфракрасных электромагнитных волн являются любые нагретые, обычно твердые тела — точечные, линейные или плоские излучатели. Если температура излучателя Ти не превышает 875 К, то спектр испускания целиком располагается в инфракрасной зоне, а длина волны, соответствующая максимуму излучения, по закону Вина* равна 3,31 мкм. Такие излучатели обеспечивают максимальный энергетический кпд, минимальный расход энергии в расчете на 1 кг испаренной влаги, удобны для сушки тел с большим влагосодержанием. Недостатком их является большая тепловая инерционность, т.е. большое время разогрева и охлаждения. Когда из полуфабрикатов удаляется незначительное количество влаги и теплоэнергетический показатель сушильного устройства не имеет решающего значения, для сокращения продолжительности сушки применяют практически безынерционные лампы «для сушки» или кварцевые инфракрасные лампы КИ-200-1000 с температурой нити накала 2500 К. Длина волны максимального излучения = 1,15 мкм этих ламп располагается близ инфракрасной границы видимого спектра. Энергетический кпд их около 70%, поскольку часть энергии расходуется на видимое излучение.
Плотность потока излучения в соответствии с законом Стефана — Больцмана** зависит от абсолютной температуры излучателя, а последняя—от потребляемой мощности Р. Инфракрасные лучи подчиняются законам геометрической оптики и, в частности, закону облученности и законам отражения. Если излучатель точечный, то средняя облученность тела Еср определяется по формуле
*Длина волны, соответствующая максимуму излучения Хм, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела Т. А,м = С/Т, где С = 2,898 10-3 м • К — постоянная Вина.
**Плотность потока излучения всех длин волн 4х (Вт/м2) спектра испускания абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры: ¥ = оТ, где о = 5,67 10~8 Вт/(м2 • К4) — постоянная Стефана — Больцмана.
84
Раздел 1
Ecp=Pcosacp/.RH2, (1.44)
где acp — средний угол падения энергетического пучка, рад; R„ — расстояние до излучателя, м.
Для линейных и плоских излучателей облученность характеризуется угловым энергетическим коэффициентом [см. формулу (1.45)], который учитывает долю использования плотности потока излучения и зависит от соотношения площадей нагреваемого тела и излучателя и расстояния между ними.
Чтобы полнее использовать поток излучения, повысить коэффициент кт и выровнять облученность от точечных и линейных излучателей, применяют плоские, цилиндрические, параболические и эллиптические рефлекторы, устанавливаемые за излучателем. Плоские отражатели, дающие расходящийся отраженный пучок, в сушильных устройствах не применяются. Параболические рефлекторы успешно применяются в прожекторах и в фарах автомобилей, дают параллельный отраженный пучок инфракрасных и видимых лучей. Они могут быть эффективно использованы в сушильных устройствах, если полуфабрикаты движутся вдоль оси отражения или перпендикулярно ей, но непрерывным потоком. В сушильно-передающих устройствах СПУ и СПУ-270 поточных линий «Книга» и «Книга-270» применение параболических отражателей для 21 кварцевой ин-фраксной лампы не дало ощутимого эффекта по двум причинам: 1) полуфабрикаты (сшитые книжные блоки после первичной обработки) двигались перпендикулярно осям ламп и отражателей, при этом суммарная ширина отражателей составляла лишь малую часть пути движения полуфабрикатов; 2) при обработке блоков изданий форматом от 70x90/32 до 84х 108/16 использовалось лишь 46-72% прямых лучей от нитей накала кварцевых ламп.
Эффективность использования отраженных лучей рефлекторами различной формы может быть определена значением коэффициента использования отраженных лучей кол = а/(2я), где a — плоский угол при линейном излучателе, определяющий долю используемых отраженных лучей. Наибольшее значение коэффициента кол у эллиптических рефлекторов, дающих сходящийся отраженный пучок (рис. 1.17). По данным автора, при использовании эллиптических отражателей продолжительность сушки блоков, заклеенныхПВАД, сокращается в 1,6-1,7 раза по сравнению с отражателями других типов. Эллиптические отражатели наиболее эффективны при движении полуфабрикатов
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 85
вдоль оси излучателя или в момент выстоя полуфабриката перед излучателем при поперечном движении транспортера. Если
Рис. 1.17. Использование отраженных лучей различными рефлекторами: а—параболическим; б—эллиптическим; в — цилиндрическим
86
Раздел 1
полуфабрикаты движутся непрерывным потоком в направлении, перпендикулярном оси излучателя, то кратковременный интенсивный нагрев от сфокусированного пучка дает эффект импульсного режима сушки. Чтобы избежать местного перегрева, плоскость движения полуфабрикатов и вторая фокальная плоскость эллипсоида должны быть разнесены на величину в соответствии с определяющим размером В.
По разработкам кафедры ТП и ПП МГУП эллиптические отражатели кварцевых ламп могут быть заменены более простыми в изготовлении цилиндрическими. Они могут быть успешно применены в тех случаях, где нет необходимости точной фокусировки отраженных лучей и объект сушки располагается вне плоскости фокусировки изображения излучателя.
Инфракрасные лучи поглощаются поверхностью тела, проникая на глубину от 0,1 до 7,0 мм в зависимости от размеров и структуры капилляров, однако максимальная глубина проникновения тепловых лучей в ткани, бумагу и картон не превышает 1,0 мм. Глубина проникновения лучей увеличивается с уменьшением длины волны (с повышением т’) и с уменьшением влагосодержания тела. Независимо от глубины проникновения лучей поверхность материала в начале процесса сушки прогревается значительно сильнее внутренних слоев. Это вызывает интенсивное испарение влаги с поверхности тела и большой температурный градиент, направленный к поверхности испарения.
Общая характеристика способа. Интенсивность радиационно-конвективного теплообмена qpK (Вт/м2) в первом периоде сушки равна
Чрк = -Тп4)+ак (Тс-Тп), (1.45)
где кт—угловой коэффициент, зависящий от вида излучателя и взаимного расположения излучателя и тела; ап — коэффициент поглощения; Г — абсолютная температура излучателя, К; Т — абсолютная температура поверхности тела, К.
Первый член уравнения характеризует радиационный теплообмен, а второй — конвективный. В общем потоке тепла доля конвективного теплообмена составляет всего 1,5-3,0%, однако конвективная составляющая теплообмена позволяет изменять величину и направление вектора температурного градиента, регулировать температуру поверхности тела, интенсивность и жесткость режима сушки.
Для этого способа характерны значительные затраты электроэнергии, высокая плотность теплового потока, в 30-70 раз превышающая плотность потока при конвективной сушке, и
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
87
большие температурные градиенты (2-5 К/мм). Поэтому скорость сушки примерно на порядок выше, а продолжительность сушки меньше. Однако рост скорости сушки не пропорционален коли
честву полученного телом тепла, так как он зависит от скорости перемещения влаги под влиянием градиентов температуры и влагосодержания, направленных, как правило, противоположно и определяемых видом тела и режимами сушки. Радиационно-кон
вективная сушка применяется тогда, когда нужна малая продолжительность сушки и нет опасности порчи материала. В отделочных и брошюровочно-переплетных процессах она используется в лакировально-сушильных автоматах, в оборудовании для клеевой припрессовки полимерной пленки, в заклеечно-сушильном оборудовании поточных линий и в секциях агрегатов клеевого бесшвейного скрепления при изготовлении книжных изданий.
Особенности сушки различных тел. При сушке коллоидных
тел градиенты температуры и влагосодержания на протяжении всего процесса направлены противоположно. В начале процесса температурный градиент оказывается доминирующим, и под его
влиянием влага перемещается по направлению потока тепла в глубь тела, увеличивая градиент влагосодержания. Со временем grad [Установится больше kT grad П[см. формулу (1.40)], доминирую
щим становится градиент влагосодержания, и тогда направление потока влаги изменяется на обратное: она начинает перемещаться навстречу потоку тепла, к зоне испарения, и общее влагосодержание тела постепенно уменьшается.
В капиллярно-пористых и капиллярно-пористых коллоидных телах сильно нагретые воздух и пар выходят из макрокапилляров, а более холодный влажный воздух из пограничного слоя в них засасывается. При этом поверхностные слои тела охлаждаются, а максимум температуры оказывается на некоторой глубине от поверхности тела (рис. 1.18). В тонких телах точки максимумов температуры
Рис. 1.18. Распределение влагосодержания и температуры в материале при радиационно-конвективной сушке
88
Раздел 1
могут совпасть, тогда градиенты gradTи grad [/совпадут по направлению, что приведет к быстрому удалению влаги.
Режимы сушки. Режимами радиационной составляющей радиационно-конвективной сушки являются мощность излучателя, расстояние от излучателя до поверхности высушиваемого тела, а при прерывистом облучении — продолжительность периода облучения и его соотношение с так называемым периодом отлежки. С увеличением мощности излучателя и уменьшением расстояния до излучателя скорость сушки возрастает, а продолжительность уменьшается (рис. 1.19). При увеличении
Рис. 1.19. Зависимость продолжительности радиационно-конвективной сушки блоков от мощности кварцевого излучателя (а), расстояния до кварцевого излучателя (б): 1 — блоки из офсетной бумаги № 1; 2 — из бумаги для высокой печати № 1
мощности излучателя и уменьшении расстояния до него режим сушки становится более жестким: увеличиваются температура поверхности материала и температурный градиент, особенно во втором периоде сушки. Это может привести к ухудшению технологических свойств полуфабрикатов или к их порче—растрескиванию, обугливанию и даже сгоранию. В то же время, как показали исследования, проведенные в МГУП автором, если сушка блоков, заклеенных ПВАД, заканчивается в тот момент, когда из блока удаляется только 60% влаги, внесенной с клеем, прочность клеевого скрепления тетрадей увеличивается по мере роста энергетической облученности поверхности корешка. Это объясняется тем, что интенсивный нагрев до температуры стеклования поливинилацетата (29°С) способствует взаимной диффузии шарообразных частиц поливинилацетата друг в друга и
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 89
диффузии адгезива в субстрат, в результате чего возрастает когезионная и адгезионная прочность клеевого соединения.
Импульсный режим облучения. Радиационно-конвективную сушку целесообразно проводить с перерывами в облучении. В этом случае в период облучения Тб тело получает тепло, необходимое для испарения влаги, а в период отлежки Тт охлаждается вследствие испарения жидкости за счет аккумулированного тепла. Так как испарение происходит в поверхностных слоях, то в период отлежки температура поверхности тела Т резко снижается, поэтому температурный градиент меняет свое направление и уже не замедляет, а ускоряет перенос влаги в зону испарения под действием градиента влагосодержания. При обдуве поверхности тела сравнительно холодным воздухом (Т < Тп) модуль температурного градиента в период отлежки увеличивается, повышается и интенсивность перемещения влаги к зоне испарения. Импульсное облучение делает режим менее жестким, снижает общее значение градиентов gradTn grad 17, уменьшает вероятность опасного перегрева и растрескивания тела, дает значительную экономию электроэнергии.
Оптимальное значение Тб зависит от интенсивности подвода тепла, вида и влагосодержания тела: чем больше мощность излучателя и меньше влагосодержание тела, тем меньше должен быть период облучения при прочих равных условиях. Оптимальное значение периода отлежки определяется скоростью диффузии влаги в теле: чем меньше коэффициент диффузии (например, в капиллярно-пористых коллоидных телах), тем больше должен быть Тот. При выборе оптимального соотношения Тоб/Тот нужно стремиться к тому, чтобы зависимость между вла-госодержанием тела и периодом облучения была линейной.
По данным исследований, проведенных автором в МГУП, импульсная сушка блоков инфракрасными лампами после заклейки корешка может дать 1,5-3-кратную экономию электроэнергии, если период облучения лежит в пределах 0,5-2,0 с, а отношение Тб/Тт > 3; однако при Тоб/Тот > 8 продолжительность сушки блоков значительно увеличивается.
1.3.10. КОНДУКТИВНАЯ СУШКА
Общая характеристика. При кондуктивной сушке теплоносителем является твердое нагретое тело, с которым объект сушки находится в плотном контакте. Передача тепла, необходимого для нагревания материала, подвергаемого сушке, в первом
90
Раздел 1
периоде сушки происходит за счет теплопроводности обоих тел; во втором периоде, когда общее влагосодержание тела мало, — в
основном переносом массы пара.
Температура контактирующей поверхности влажного тела Т уже в начале процесса сушки близка к температуре излучателя
Ти, а температура последующих слоев вследствие низкой теплопроводности материала значительно ниже (рис. 1.20), поэтому создается высокий температурный градиент (около 20 К/мм), всегда направленный к контактирующей поверхности и способствующий переносу влаги к зоне испарения. Непосредственный подвод тепла и высокий градиент температуры обеспечивают высокую скорость сушки тонких материалов, которая может быть на один-два порядка выше скорости конвек-
Рис. 1.20. Распределение температуры и влагосодержания тела при кондуктивной сушке
тивной сушки. Контактирующий слой и слой открытой поверхности в начале процесса сушки быстро теряют влагу, поэтому центральные участки на всем протяжении процесса имеют максимальное влагосодержание. При этом от центра к контактирующей поверхности действует градиент влагосодержания, препятствующий переносу влаги, а от центра к открытой поверхности — способствующий ее удалению. Температура открытой поверхности Тп уже в первом периоде сушки значительно выше температуры мокрого термометра и во всех сечениях со временем сушки возрастает, поэтому при длительном контакте с горячей поверхностью теплоносителя возникает опасность перегрева и порчи материала.
Кондуктивный способ передачи тепла и сушки применяется в процессах припрессовки полимерных пленок к оттискам, при приклейке каптальных тесем к бумажной ленте и в процессах тиснения. В мелко- и среднесерийном производстве изданий в обложке, скрепляемых клеевым бесшвейным способом с применением ПВАД, контактный обогрев корешка после крытья блоков обложкой на плите, нагретой до 90°С, позволяет сократить время естественной сушки полуфабрикатов перед их трехсторон
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 91
ней обрезкой и время изготовления тиража. Применение этого способа для сушки крышек исключается, так как односторонняя подача тепла неизбежно приводит к их короблению. Неприемлем этот способ и для сушки заклеенных блоков, так как клеевой слой исключает возможность контакта с нагретым клеем.
Режим сушки. Плотность теплового потока дкд (Вт/м2), полученного телом при кондуктивной сушке, определяется по формуле
qm^(rK-Tn)/dM, (1.46)
где X — теплопроводность материала, Вт/(м • К); dM — толщина тела, м.
Режимом кондуктивной сушки является температура теплоносителя Т, а теплопроводность X и толщина материала dM—технологическими факторами процесса. При прочих равных условиях чем больше температура теплоносителя и теплопроводность влажного тела, тем выше скорость сушки. Формула (1.46) справедлива, когда температура теплоносителя не превышает 60°С, так как при Т> 60-85°С изменяется механизм переноса массы и тепла: создаются градиент влагосодержания grad U и градиент общего давления gradp.
При температуре нагревателя выше 150°С контакт полуфабрикатов с нагретым телом не должен быть длительным из-за разрушения целлюлозы бумаги, картона или ткани. В случае кондуктивного нагрева корешка после крытья блоков обложкой длительный контакт приводит к пожелтению обложки и ее отпариванию из-за интенсивного парообразования в клеевом слое.
1.3.11. СУШКА В ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
Общая характеристика способа. Влажные материалы можно рассматривать как полупроводники или диэлектрики (те. материалы с удельным сопротивлением соответственно около 10_1-10-8 и 10"9-10-15 Ом-м) с включением некоторого количества слабых электролитов. Если диэлектрик поместить в высокочастотное электромагнитное поле, то полярные молекулы диэлектрика будут совершать колебательные движения, так как электрическая составляющая поля создает пару сил, стремящуюся ориентировать оси молекул в направлении вектора напряженности поля. Явление поворота полярных молекул под действием электрической составляющей электромагнитного поля называется дипольной поляризацией. Кроме дипольной
92 Раздел 1
поляризации бывают также ионная и электронная поляризации, вызванные смещением ионов и деформацией электронного облака. Во влажных телах, имеющих включения электролитов, каждое включение ведет себя подобно гигантской поляризованной молекуле, что вызывает структурную поляризацию, а явления электролиза и электроосмоса—электрическую поляризацию.
Ориентации полярных молекул препятствуют их тепловое движение и силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому дипольная поляризация имеет релаксационный, запаздывающий характер с периодом релаксации 10-13-10"7 с. Период электронной релаксации равен 10-16-10-14 с, ионной — 10-14-10"12 с, структурной— 10-8-10"3с, электрической— КУ4-! (У2 с. Если период релаксации больше периода электромагнитных колебаний, то поляризация сопровождается большим выделением тепла, дает возможность получить мощные источники тепла, равномерно распределенные внутри тела.
Количество теплоты, выделившейся при высокочастотном нагреве за единицу времени в единице объема тела, QB4 (Вт/м3), определяется по формуле
QB4=2m0knvU2/d\ (1.47)
где с0 = 8,85 • 10-12Ф/м — электрическая постоянная; кп = ег • tg8n
— коэффициент диэлектрических потерь; ег—диэлектрическая
проницаемость материала; 8п — угол диэлектрических потерь, рад; v — частота поля, Гц; U — действующее напряжение, В; d—расстояние между обкладками конденсатора, м.
При сушке тел в высокочастотном электромагнитном поле температура наружных слоев тела меньше, чем центральных, из-за интенсивного испарения и связанного с ним охлаждения поверхностных слоев. Поэтому уже в начальной стадии процесса имеется температурный градиент, который быстро увеличивается и всегда направлен от
Рис. 1.21. Распределение поверхности испарения к центру температуры и влагосодержа- тела, способствуя удалению влаги ния в теле при сушке в ВЧ-поле (рис. Т 1). Термодиффузия влаги в моменты времени
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 93
под действием температурного градиента создает градиент влагосодержания, который на всем протяжении процесса оказывает сопротивление переносу влаги к зоне испарения. При интенсивном прогреве скорость парообразования во много раз превышает скорость переноса пара внутри тела, поэтому при температуре тела свыше 60°С возникает градиент общего давления, который во втором периоде сушки становится доминирующим фактором в механизме переноса влаги.
При высоких градиентах температуры, влагосодержания и давления возникают опасные напряжения внутри материала, поэтому, чтобыуменыпить абсолютные значения градиентов и избежать появления внутренних трещин и одновременно снизить расход электроэнергии примерно в 2 раза, поверхность тела рекомендуется прогревать с использованием комбинированных способов подвода тепла. Комбинированная высокочастотно-конвективная сушка переплетных крышек успешно применялась в типографии «Красный пролетарий» в 1950-е гг.: крышки полностью высыхали за 60 с, не коробились и в дальнейшем не плесневели.
Высокочастотный нагрев корешковой зоны книжных блоков используется в крупносерийном производстве книжных изданий в обложке и в переплетной крышке. В заклеечно-сушиль-ных автоматах, в заклеечно-окантовочных агрегатах и в агрегатах клеевого бесшвейного скрепления различных зарубежных фирм кратковременный высокочастотный нагрев корешка сочетается с естественной досушкой и охлаждением полуфабрикатов на длинном транспортере при передаче их на операцию обрезки. В конце 1980-х гг. Киевским филиалом ВНИИ полиграфии совместно с СКВ ТОЗ «Кристалл» была разработана закле-ечно-сушильная установка БЗШ-270 с высокочастотным сушильным модулем, рассчитанная на среднесерийное производство. Рабочий конденсатор в ней длиной около 2 м состоит из двух гребенок, изготовленных из медных прутков высотой 180 мм, установленных с разной частотой по ходу движения транспортера с книжными блоками, что позволило отрегулировать интенсивность высокочастотного нагрева, скорость парообразования и избежать потери прочности клеевого соединения.
Режимы сушки. В производственных условиях режимами сушки могут быть мощность излучателя (часть используемой мощности) и время нахождения полуфабриката в высокочастотном электромагнитном поле, так как частоту электромагнитных колебаний в сушильных устройствах изменять нельзя: Европейским стандартом для медицины, науки и техники отведена очень
94
Раздел 1
узкая полоса частот v = 27,12 МГц ± 0,6%. Эта частота не может быть оптимальной для всех высушиваемых материалов, твердых тел и находящихся в них или на их поверхности жидкостей, тем более что нагревать желательно не твердое тело, а только жидкость, чтобы сообщить ей энергию, необходимую для испарения. В Саратовском государственном техническом университете под руководством В.Б.Байбурина проводится работа по применению более высоких частот электромагнитного излучения в брошюровочно-переплетном производстве — в диапазонах высокой частоты (до 50 МГц) и в диапазоне сверхвысокой частоты (СВЧ) (до 2000 МГц) — с целью повышения эффективности использования генераторов ВЧ и СВЧ и уменьшения энергетических затрат. Использование иных частот, кроме разрешенных Европейским стандартом, возможно лишь при достижении полной изоляции высокочастотных электромагнитных колебаний в закрытом корпусе, не пропускающем их в окружающее пространство. В сушильных устройствах непрерывного действия с этой целью используются металлические экраны, отражающие ультракороткие электромагнитные волны, и специальные материалы, поглощающие это излучение; для приема полуфабрикатов и вывода продукции из сушильного устройства применяют-
Для регулирования интенсивности сушки и времени облучения полуфабрикатов генераторы ВЧ и СВЧ составляют из нескольких маг-нетронов, которые могут подключаться к волноводам секционно. Время высокочастотной сушки может изменяться регулировкой скорости движения транспортера с полуфабрикатами.
Технологические параметры. Скорость высокочастотной сушки в значительной степени определяется электростатическими характеристиками высушиваемых материалов — их
ся специальные СВЧ-фильтры.
Рис. 1.22. Зависимость коэффициента диэлектрических потерь от влагосодержания тела и частоты ВЧ-поля для материалов с преобладанием капиллярной (1) и адсорбционной (2) влаги
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 95
диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая проницаемость материала определяется его плотностью (объемной массой), влагосодержани-ем и температурой, а также частотой электромагнитного поля. Тангенс диэлектрических потерь зависит от удельного электрического сопротивления материала (следовательно, от природы и влагосодержания тела) и от напряженности поля. Значение коэффициента диэлектрических потерь кп зависит от формы связи влаги с материалом, влагосодержания тела и частоты поля [см. формулу (1.47) и рис. 1.22]. Зависимость электростатических характеристик материалов от их влагосодержания определяет различную скорость сушки полуфабрикатов с разным начальным влагосодержанием. Поэтому если на выходе из сушильного устройства необходимо получить полуфабрикаты с одинаковой конечной влажностью (и деформационными свойствами), то и в сушильное устройство они должны поступать с одинаковым начальным влагосодержанием.
1.3.12. ПЛАЗМЕННАЯ СУШКА
При этом способе сушки теплоносителем является низкотемпературная (около 1500 К) плазма—открытое пламя газовых горелок. Если пламя непосредственно касается поверхности высушиваемого тела, то плазменную сушку можно рассматривать как комбинацию радиационно-конвективной и кондуктивной сушки, так как пламя одновременно является подвижной средой, источником излучения инфракрасных электромагнитных волн и нагревателем. Плотность теплового потока qn (Вт/м2), полученного телом при плазменной сушке, определяется по формуле
<?„=<?„„(1-48)
где qpK и qKA рассчитываются по формулам (1.45) и (1.46).
Скорость плазменной сушки очень высока, так как достаточно высоки температура пламени и энергия частиц ионизованного раскаленного газа и продуктов его горения. Контакт тела с открытым газовым пламенем должен быть кратковременным, поскольку температура пламени значительно выше температуры самовоспламенения многих полиграфических материалов. Этот способ может быть использован при сушке корешков заклеенных блоков. В целях пожарной безопасности используются специальные автоматические устройства, выключающие газовые горелки при остановке транспортера с полуфабрикатами.
96
Раздел 1
Скорость сушки можно регулировать изменением высоты пламени, изменением расстояния от горелок до поверхности тела. Длительность сушки может регулироваться шириной пламени и изменением скорости движения транспортера с полуфабрикатами.
1.3.13. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ СУШКИ
На скорость и продолжительность сушки полуфабрикатов оказывают влияние технологические факторы, которые могут изменяться в процессе работы. Если не учитывать их влияния и соответственно не изменять режим сушки, то полуфабрикаты могут оказаться пересушенными или не досушенными, что неизбежно приведет к ухудшению качества продукции на после
дующих операциях.
Сушка блоков. К технологическим факторам, влияющим на скорость сушки блоков после заклейки корешка, после приклейки корешкового материала и капталобумажной полоски, после окантовки корешка, относятся: природа и влагосодержание применяемого клея, толщина клеевого слоя; объемная масса, отделка и проклейка бумаги блока; объем тетрадей блока; наличие и
тип корешкового и окантовочного материала.
От природы клея зависят энергия связи влаги в коллоидном
теле и оптимальная концентрация сухого вещества, влагосодержание рабочего раствора клея. Влагосодержание ПВАД, применяемой для заклейки корешка и при клеевом бесшвейном скреплении, сравнительно невелико—от 100 до 200% (при содер-
▲ жании cvxoro остатка от 50 до
Рис. 1.23. Зависимость интенсивности j и продолжительности tc радиационно-конвективной сушки блоков от концентрации ПВАД
33%). Основная часть влаги в ПВАД, связанная капиллярными силами, легко удаляется при испарении и впитывании в бумагу.
При использовании клея повышенной концентрации, с относительно меньшим влагосо-держанием, затрудняется миграция влаги в клеевом слое, снижается интенсивность j[Kr/(M2 • с)] и увеличивается продолжительность сушки полуфабрикатов tc (с), если количество клея, нанесенного на единицу поверхности, остается постоянным (рис. 1.23). Суве-
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
97
личением расхода клея Рк (кг/м2) данной концентрации с клеем вносится больше влаги, поэтому скорость сушки возрастает, но вместе с этим увеличивается и ее продолжительность, так как
при увеличении толщины клеевого слоя миграция влаги из центральных слоев к периферии затрудняется.
Из многочисленных показателей тиражной бумаги, регламентированных ГОСТом, для сушки имеют значения те, которые в конечном счете определяют ее пористость и гидрофильность. В производственных условиях об этих показателях бумаги можно судить по ее композиции, отделке, объемной массе и степени проклейки. Как правило, бумага, содержащая древесную массу (№ 3 и № 2), машинной гладкости с малой (до 0,80 г/см3) объемной массой, имеет более крупные капилляры по сравнению с бумагой, содержащей только целлюлозу (№ 1), каландрированной и высококаландриро-
Рис. 1.24. Кривые радиационноконвективной сушки блоков для различных видов бумаги:
1 — офсетной № 2 машинной гладкости; 2 — типографской № 1 каландрированной; 3 — типографской № 2 машинной гладкости
ванной с большой объемной массой. Поскольку влага макрока-
пилляров легко удаляется при сушке, то продолжительность сушки блоков, изготовленных из бумаги с большим количеством макрокапилляров, меньше, чему блоков, изготовленных из бумаги, содержащей большое количество микрокапилляров (рис. 1.24).
Степень гидрофильности печатной бумаги зависит от ее проклейки, поэтому характер перемещения влаги в процессах увлажнения и сушки у клееной и неклееной бумаги различный: миграция влаги в бумаге с высокой проклейкой затруднена, в связи с чем продолжительность сушки блоков, изготовленных из офсетной и иллюстрационной бумаги, выше, чем у блоков, изготовленных из неклееной и слабоклееной бумаги (см. рис. 1.24, кривая 1).
При увеличении объема тетрадей, составляющих книжный блок, и наличии корешкового материала необходимо увеличить
98
Раздел 1
расход клея Рк (г/м2), вследствие чего увеличиваются толщина клеевого слоя и продолжительность сушки. Наличие капталобумажной полоски или окантовочного материала препятствует перемещению влаги к зоне испарения, что также ведет к увеличению продолжительности сушки.
Сушка корешка изданий в обложке. На скорость сушки полуфабрикатов после крытья блоков обложкой влияют толщина, композиция, объемная масса, вид отделки и проклейки обложечной бумаги. При конвективной и высокочастотной сушке ее продолжительность тем меньше, чем меньше толщина, объемная масса и проклейка обложечной бумаги. Если слабоклееная обложечная бумага имеет малую объемную массу и большое количество макрокапилляров, то она хорошо впитывает влагу клея, поэтому при кондуктивном нагреве корешка парообразование происходит в бумаге обложки, что способствует перемещению влаги в глубь блока. Толстая обложечная бумага с высокой проклейкой плохо воспринимает влагу клея, поэтому парообразование происходит в клеевом слое. В этом случае миграция влаги под действием градиента влагосодержания происходит в сторону обложки, что при интенсивном нагреве может привести к ее отпариванию.
1.4. Основы теории долговечности и механики разрушения полимеров
1.4.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ
Прочность и долговечность книжных изданий зависят от многих показателей и прежде всего от прочности и долговечности исходных материалов, технологии и режимов их переработки в полуфабрикаты и готовые издания, а за пределами полиграфического предприятия — от условий хранения и эксплуатации. Подавляющая часть материалов книжной конструкции относится к классу полимеров, исключением являются лишь полиграфическая проволока, проволока для спиралей и гребенок, применяемые для скрепления книжных блоков, и некоторые неорганические вещества, входящие в состав клеевых композиций. В связи с этим основные положения теории долговечности полимеров обязательны для изучения на факультете полиграфической технологии, так как знания физической природы разрушения полимеров и факторов, определяющих срок
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции... 99
службы книжно-журнальных изданий, весьма полезны в повседневной деятельности инженера-технолога полиграфического производства.
Долговечностью полимеров называют продолжительность времени от момента нагружения до разрушения полимерного тела. Механизмом разрушения полимеров первым заинтересовался Галилео Галилей, который установил, что разрушающая нагрузка при растяжении деревянных брусьев не зависит от их длины, но пропорциональна площади их сечения. Уже на первых этапах науки о прочности материалов, в развитие которой внесли свой вклад P.tyK, Ш.Кулон, А.Сен-Венан, О.Мор, было установлено, что разрушение тела происходит в тот момент, когда некоторые параметры (напряжение, деформация) достигают критического значения. Однако глубинный механизм причин разрушения полимеров на молекулярном уровне был изучен лишь во второй половине XX в.
Основное положение теории долговечности полимеров утверждает, что долговечность полимеров зависит от величины приложенной нагрузки (напряжения о, Па), времени ее действия t (с) и температуры Т(К) полимера. Зависимость прочности от времени действия нагрузки характерна для всех материалов, но у полимеров она ощутима уже в области температур, близких к нормальной комнатной.
Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что логарифм долговечности полимеров от напряжения при постоянной температуре убывает по линейному закону и выражается формулой
(1.49) где t—долговечность, с; о—напряжение, Па; А, а—константы при температуре Т= const.
Для ряда постоянных температур Тзависимость 1g t (о) образует семейство прямых, которые при экстраполяции сходятся в полюсе на уровне lg t = -13. Зависимость 1g £д( 1 /Т) для различных напряжений (рис. 1.25) также образует семейство прямых, которые при экстраполяции пересекаются на ординате в точке lg tA = -13. Наклон прямых 1g у 1/7) позволяет вычислить значение энергии активации процесса разрушения в зависимости от напряжения, а экстраполяцией определить значение начального потенциального барьера Uo ддя о = О, те. для случая, когда полимер не подвергался внешнему воздействию. Зависимость
100
Раздел 1
энергии активации от приложенного напряжения Цо) также имеет линейный характер:
U = U0-ya,
(1.50)
где Uo — начальный потенциальный барьер, кДж/моль; у— коэффициент снижения энергии активации при возрастании напряжения, кДж/(моль-Па).
Рис. 1.25. Зависимость логарифма долговечности от абсолютной температуры полимера при различных напряжениях: > а2 > а3
Таким образом, долговечность полимеров может быть вычислена по формуле академика С.Н.Журкова
, , U0-yv
(1.51)
где tQ = 10"12 + 10-13 — период флуктуации атома, с; к = 1,38 х х10"23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т— абсолютная температура полимера, К.
Эти зависимости позволили разработать кинетическую концепцию термофлуктуационной теории разрушения полимеров, основные положения которой утверждают следующее: 1) процесс разрушения полимеров начинается с момента приложения нагрузки, а в основе его лежит накопление нарушений в молекулярной структуре, на которое и расходуется время жизни материала; 2) величина tQ имеет слабую зависимость от напряжения и температуры тела, но определить его более точно невозможно; 3) значение UQ для многих полимеров близко к энергии распада химических связей в цепных макромолекулах. Коэффициент у, определенный экспериментальным путем, лежит в пределах у =0,12 4- 0,76 м3/кмоль = (20-128) • 10-23см3.
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
101
Формула (1.51) свидетельствует о тесной связи разрушения полимеров с тепловым движением атомов и количественно совпадает с формулой Я.И.Френкеля для среднего времени £ф между двумя последовательными флуктуациями Еф, сосредоточивающимися в каждом атоме:
1ф=1эехр(Еф/кГ), (1.52)
где t = 10-13 с — средний период собственных тепловых колебаний атома в твердых и жидких телах.
Согласно термофлуктуационной теории картина разрушения полимеров заключается в следующем. Напряжение, возникающее в деформируемом теле от действия внешней силы, распределяется по межатомным связям и несколько ослабляет силы сцепления атомов, снижает потенциальный барьер, препятствующий распаду межатомных связей, от Uo до U= Uo - у и. В течение времени t наступают флуктуации с энергией Еф = U, которые и разрывают межатомные связи. Разрывные флуктуации поступают на некоторые атомы сразу после приложения к материалу внешней нагрузки, на другие — позже, но за время t возникнут в большой части атомов и разорвут значительное число связей.
Значение коэффициента t ~ 10-13 с является закономерным, так как множитель в формуле времени ожидания флуктуации энергии должен быть равен ~ 10-13с—периоду собственных колебаний атомов в твердых телах.
Таким образом, в основе процесса разрушения твердых материалов лежит единичный элементарный термофлуктуационный акт, а разрушение материала — это процесс последовательных термофлуктуационных разрывов связей между атомами твердого тела. Внешняя сила в процессе разрушения лишь снижает начальный потенциальный барьер, изменяя расстояния между атомами в молекулах полимера. Тепловое движение атомов способствует разрыву связей, а явление энергетической флуктуации, случаи разрывов межатомных связей, резко увеличивает их число. При отсутствии напряжений в материале энергетические флуктуации вызывают лишь весьма медленное при обычных температурах испарение атомов вследствие деструкции полимера.
Ускоренное разрушение полимеров могут вызвать также химически активные и поверхностно-активные вещества, тепловое, ультрафиолетовое, рентгеновское, а-, р-, у- и другие излучения. Так, например, ультрафиолетовое облучение резко изме-
102
Раздел 1
няет долговечность полимеров при малых напряжениях и практически не влияет на нее при напряжениях более критического значения ок для данного вида излучения (рис. 1.26).
Рис. 1.26. Зависимость долговечности полимера от ультрафиолетового облучения: 1 — без облучения; 2 — при облучении
При облучении полимера скорости деструкции химических связей складываются:
и = ио+ц, (1.53)
где —скорость деструкции вследствие тепловых флуктуаций; v.— скорость деструкции вследствие облучения.
При облучении резко возрастает также скорость ползучести полимеров, те. скорость нарастания деформации материала во времени в режиме постоянного напряжения. Этот факт позволяет утверждать, что долговечность полимеров определяется не деформационно-реологическими процессами, а термофлуктуационным разрывом химических связей.
Основные положения термофлуктуационной теории долговечности полимеров были подтверждены экспериментальными исследованиями с использованием методов электронного парамагнитного резонанса, масс-спектроскопии, электронной микроскопии и др. Были зафиксированы образование свободных радикалов на концах разорванных цепей макромолекул, их реакции с выделением летучих веществ сразу же с момента приложения внешней силы. Установлены неравномерность загрузки молекул полимеров и факт существования молекул с напряжением, превышающим средние значения в десятки и сотни раз. Установлены наличие в полимерах мест неупорядоченной структуры и ослабление в них связей. Сопоставление составов летучих продуктов, выделяющихся из полимеров при механическом
Теоретические основы технологии отделки печатной продукции...
103
разрушении и при термической деструкции, позволяет утверждать, что механическое разрушение можно рассматривать как термическую деструкцию, активированную напряжением вследствие действия внешней силы [24].
1.4.2. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Теория механики разрушения твердых тел исходит из того факта, что прочность любого материала, который не подвергался никакой технологической обработке, в десятки и сотни раз меньше его теоретической прочности, которую можно точно рассчитать, исходя из энергии взаимодействия атомов или ионов, если материал однороден по составу и плотности, не имеет пор и капилляров. В подтверждение этого приводится классический опыт академика А.Ф.Иоффе, сделанный в 1920 г.: после растворения в горячей воде поверхностного слоя кристалла каменной соли его прочность многократно повысилась и оказалась равной 20 тс/см2 ~ 2 ГПа, что всего лишь вдвое меньше теоретической прочности. Отсюда следует, что реальные материалы имеют многочисленные дефекты в своей структуре — царапины, щербины, трещины и другие повреждения в поверхностных слоях и меньшее их число внутри тела. Причину низкой прочности реальных материалов теория механики разрушения объясняет наличием многочисленных дефектов в их структуре. Действительно, совершенствуя структуру материалов (в нитевидных кристаллах, в ориентированных полимерах с повышенной степенью кристалличности), прочность самых разнообразных материалов на один-два порядка удалось повысить.
Разрушение материалов происходит в результате развития в них реальных дефектов. В процессе силовой обработки материалов и при пользовании готовым изделием под действием различных по величине и знаку нагрузок число и длина трещин возрастают. Рост трещин в длину объясняется тем, что при приложении даже относительно небольшой внешней силы на концах трещин возникают максимальные напряжения, способные привести к необратимым пластическим деформациям; наличие концентрации напряжений на концах трещин подтверждено современными методами исследований.
В течение всего срока жизни материала или конструкции трещины в них развиваются устойчиво. При росте трещин реакция материала проявляется в том, что для его разрушения требуются все меньшие нагрузки, а при постоянной нагрузке
104
Раздел 1
скорость развития трещин возрастает. На ускоренное развитие трещин влияют также знакопеременные нагрузки, увеличение скорости приложения силы, понижение температуры тела и наличие химически активной среды. Развитие трещин занимает значительный период, предшествующий разрушению, так как в начале процесса скорость развития трещин в 107 -108 раз меньше, чем на заключительном этапе.
При достижении в материале некоторого критического напряжения ок развитие трещин становится неустойчивым, что приводит к быстрому разрушению конструкции. Критическое напряжение ок в материале для трещины определенной длины можно вычислить по уравнению А.А.Гриффитса, полученному им при использовании закона сохранения энергии:
ок4 = с, (1.54)
где I—длина трещины, м; С—константа материала.
В случае хрупкого разрушения показатель С может быть определен из физико-механических характеристик материала.
Рост трещин происходит по трем схемам нагружения деформируемых тел (рис. 1.27).
Рис. 1.27. Схемы нагружения твердых тел: а— отрывная форма; б— форма поперечного сдвига; в— форма продольного сдвига
В материалах, нагружаемых по первой схеме (рис. 1.27, а), поверхности трещин расходятся прямо друг от друга. При второй форме нагружения (рис. 1.27, б) поверхности трещины скользят друг по другу перпендикулярно переднему краю трещины, а при третьей форме нагружения (рис. 1.27, в) поверхности трещины скользят друг по другу в противоположных направлениях параллельно переднему краю трещины. Первая форма
нагружения характерна для раскрытой книги, для обычного ее положения в процессе пользования. При плохой раскрываемости книги, когда пользователь разглаживает или перегибает книгу, этот вид нагружения клеевого соединения тетрадей или листов блока может привести к его разрушению. Вторая форма нагружения характерна для процессов биговки, перфорации, высечки и тиснения, а третья — для ножничного реза, используемого, например, в картонорубилках.
Раздел 2. Отделка листовой печатной продукции
Отделкой листовой печатной продукции называют различные процессы, направленные на улучшение ее потребительских свойств — товарного вида, эстетического восприятия, износостойкости, водостойкости, удобства пользования и т.п. К отделке относятся лакирование, припрессовка полимерной пленки, бронзирование, комбинированное тиснение и так называемые механические способы отделки-тренирование, биговка, перфорация, высечка. Отделочные процессы широко применяются в производстве этикеток и картонной упаковки, листовых рекламных и изоизданий, книжных изданий улучшенного и подарочного типов.
2.1. Лакирование оттисков
Лакирование—это нанесение на оттиск (на всю поверхность листа, за исключением кромок, или только на места красочного изображения) прозрачного бесцветного лака—раствора смолы (олигомера), полимера в подходящем летучем растворителе, жидкого олигомера, затвердевающего при введении инициатора или катализатора реакции полимеризации, под действием ультрафиолетовых лучей или электронных пучков. Во время лакирования жидкий маловязкий лак заполняет макропоры и углубления на поверхности оттиска, покрывает вершины макронеровностей запечатанной поверхности, повышая ее гладкость после высыхания. При достаточной толщине сухого лакового слоя поверхность лаковой пленки может возвышаться над вершинами выступов и закрывать их, принимая вид зеркальной поверхности. Благодаря высокому относительному показателю преломления и прозрачности, высокой гладкости поверхности лакового слоя световой поток, отраженный от бумаги, картона и красочного покрытия и прошедший сквозь лаковый слой и вышедший из него, становится более или менее упорядоченным, приближается по типу к зеркально отраженному. Вследствие этого показатель светимости оттиска заметно возрастает и
Отделка листовой печатной продукции
107
по зрительному восприятию оттиск становится более насыщенным.
Гладкая и эластичная поверхность лакированного оттиска более износо- и влагостойка, так как смола лакового покрытия, армированная волокнами бумаги или картона, и поверхностные волокна печатного материала, скрепленные смолой, обладают высокой гидрофобностью и хорошо противостоят трению о другие поверхности.
2.1.1. ТЕХНОЛОГИЯ ЛАКИРОВАНИЯ
Технология лакирования достаточно проста: в лакировальном автомате, состоящем из плоскостапельного самонаклада, лакировального и сушильного устройств и стапельной приемки, лак наносится валиком равномерным тонким слоем на лист и высушивается. При подготовке лакировального автомата к работе под офсетной резинотканевой пластиной декеля на цилиндре закрепляется поддекельная приправка из такой же отработанной пластины и переплетного картона суммарной толщиной 3,2-3,7 мм. Размеры приправки должны быть по меньшей мере на 5 мм меньше размеров лакируемых оттисков.
Лакировать следует оттиски, отпечатанные на относительно толстых и гладких видах бумаги с объемной массой не ниже 0,90 г/см3, поверхностной плотностью не менее 80 г/м2. При двукратном лакировании объемная масса бумаги оттисков должна быть не менее 0,70 г/см3. Оттиски, поступающие на лакировку, должны быть выдержаны до полного закрепления красочного слоя, отпечатаны без применения противоотмарывающих порошков и жидкостей, иметь незапечатанные поля по передней кромке шириной не менее 20 мм и ровные, без повреждений, кромки.
Лак должен хорошо смачивать чистую бумагу и красочный слой оттиска, полностью заполнять углубления и поры на ее поверхности, но не должен проникать в толщу бумаги. Высохший лак должен представлять собой эластичную, гладкую, прозрачную (с коэффициентом пропускания не менее 0,90), бесцветную пленку, не искажающую цветовую гамму оттиска. Лаковая пленка при высыхании и в процессе старения не должна давать усадку, приводящую к скручиванию и короблению продукции, не должна изменять свои оптические и физико-механические свойства (изменять цвет, становиться хрупкой) в течение всего срока службы изделия или издания.
108
Раздел 2
Для лакирования применяются спиртовые, водные, спиртоводные и другие лаки, например затвердевающие под действием ультрафиолетового облучения. Водные и спиртоводные лаки находят ограниченное применение (лак ПВК-4—для этикеточной продукции, ИЛ-2 — для игральных карт), так как присутствие воды может быть причиной скручивания, коробления и низкой водостойкости лакированной продукции. Широкое распространение получил спиртовой лак ЦГФ-595, состоящий из циклогексанонформальдегидной смолы, канифоли и поливинилбутираля (в качестве пластификатора), растворенных в техническом этиловом спирте. Условная вязкость лака устанавливается в соответствии с гладкостью бумаги: для мелованной бумаги с гладкостью 400-1200 с она должна составлять 17-25 с по вискозиметру ВЗ-4, для обложечной с гладкостью 110-300 с — 20-30 с, для офсетной с гладкостью 80-170 с — 25-30 с. Если вследствие испарения летучего растворителя вязкость лака оказывается завышенной, то лак разбавляют техническим этиловым спиртом.
В процессе работы лакировального автомата приемщик непрерывно, а машинист периодически оценивают качество отлакированной продукции и при необходимости регулируют работу лаконаносящего устройства, режим сушки, корректируют вязкость лака.
Отлакированные листы укладываются на поддон стопой высотой не более 1,0 м и выдерживаются на нем не менее суток до передачи отлакированной продукции на последующие операции.
Для повышения лоска и глянца иногда прибегают к повторному лакированию и (или) к каландрированию лакового покрытия, пропуская отлакированный и сухой оттиск через каландр, прессовую пару, состоящую из обрезиненного и стального полированного валов. Стальной вал нагревается до 100-150°С, а в каландре создается большая — 50-60 кН (5-6 тс) — сила прессования.
2.1.2. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛАКИРОВАННЫХ ОТТИСКОВ
После настройки лакировальной машины и получения продукции высокого качества машинист утверждает один лист у мастера участка или цеха. Этот лист служит эталоном качества до конца изготовления тиража. В течение смены машинист периодически (каждые 1,5-2 ч работы) оценивает качество отлакированных оттисков по следующим единичным показателям
Отделка листовой печатной продукции
109
качества: отсутствию липкости, равномерности лакового покрытия (отсутствию полос, просветов, пузырей, затеков), отсутствию загрязнений, окраски, прозрачности, степени лоска, прочности закрепления лакового покрытия, отсутствию скручивания и коробления.
Полнота сушки лакового покрытия проверяется после охлаждения отлакированного оттиска: палец не должен прилипать к лакированной поверхности. Прочность закрепления лакового покрытия оценивают по однократному перегибу листа лицевой поверхностью наружу: лаковое покрытие не должно при этом отслаиваться от поверхности оттиска. Все остальные показатели качества оцениваются визуально.
2.1.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ЛАКИРОВАНИЯ
В классической технологии лакирования, которую столяры применяли задолго до изобретения книгопечатания, лак на шлифованную, чистую и обеспыленную поверхность дерева наносили в несколько слоев с промежуточной сушкой. Первый тонкий слой жидкого лака обеспечивает хорошее смачивание поверхности материала, глубокое проникание лака в поры и капилляры, а после сушки — хорошее сцепление лакового слоя с поверхностью изделия. Второй тонкий слой лака позволяет заполнить все крупные углубления поверхности, но вершины макронеровностей целиком не закрывает; после сушки второго слоя они удаляются шлифованием. Относительно ровный, гладкий и блестящий слой получается лишь после нанесения и сушки по крайней мере третьего слоя. Такая технология позволяет сократить общее время сушки, так как три тонких слоя высыхают многократно быстрее, чем один слой втрое большей толщины, испарение летучего растворителя из которого затрудняется из-за образования толстой труднопроницаемой для его молекул поверхностной корки (см. подразд. 1.3.5).
Классическая технология лакирования неприемлема в современном массовом производстве печатной продукции из-за больших затрат времени и труда. В подавляющем большинстве случаев лакирование оттисков на бумаге с гладкой поверхностью осуществляют за один прием, сравнительно толстым слоем лака, тщательно подбирая его концентрацию, вязкость и среднюю толщину покрытия с учетом технологических факторов лакируемого материала—гладкости, объемной массы и толщины бумаги или картона.
110
Раздел 2
Концентрация и вязкость лака при определенной настройке лакировального аппарата определяют толщину лакового слоя на оттиске, которую подбирают с учетом объемной массы и гладкости бумаги или картона оттисков. При лакировании оттисков, отпечатанных на материалах с большой объемной массой (> 0,9 г/см3), каландрированных, высококаландрированных и мелованных, с малой пористостью и высокой (300 с и более) гладкостью, для получения гладкого и блестящего покрытия получают при использовании малоконцентрированного низковязкого лака, разбавляя исходный лак ЦГ-595 техническим этиловым спиртом в соотношении 0,55 кг (около 0,7 л) на 1 кг лака.
При лакировании оттисков, отпечатанных на пористой и шероховатой бумаге с малой объемной массой (0,80 г/см3 и менее) и низкой гладкостью, лакированную продукцию удовлетворительного качества можно получить лишь ограничив впиты-ваемость лака в капилляры материала и увеличив толщину лакового слоя на оттиске. Это достигается применением относительно малоразбавленного лака [не более 0,4 кг (0,5 л) на 1 кг лака] или двукратным лакированием, при котором нанесение второго слоя лака может осуществляться малоконцентрированным низковязким лаком.
2.2. Припрессовка полимерной пленки
Припрессовка полимерной пленки—это прочное соединение бумаги или тонкого картона и оттисков на этих материалах с прозрачным бесцветным пленочным материалом. Сравнительно толстое (от 17 до 50 мкм) полимерное покрытие не только улучшает товарный вид, лоск поверхности, насыщенность оттиска, но и делает лицевую поверхность абсолютно влагонепроницаемой, значительно повышает прочность дублированного материала на истирание, изгиб и разрыв. По этим причинам заранее запечатанная бумага с припрессованной полимерной пленкой широко применяется при изготовлении обложек типа 2 и 3 и переплетных крышек типов 5 и 7 для изданий, рассчитанных на средний и большой срок службы и требующих красочного внешнего оформления. Наиболее широкое применение припрессовка полимерной пленки получила в производстве картонной упаковки для пищевой промышленности, но при этом полимерное покрытие наносится не на лицевую, а на внутреннюю незапечатанную поверхность, так как основное его назначение -
Отделка листовой печатной продукции
111
обеспечить водонепроницаемость материала и герметизацию емкости после ее заполнения жидким пищевым продуктом.
2.2.1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОЧНОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
В мировой практике используется три способа соединения пленочного полимерного материала с бумагой или картоном: 1) склейка полимерной пленки с бумагой или картоном с помощью лаков или клеев (клеевой способ); 2) припрессовка дублированной (двухслойной) пленки, один слой которой имеет значительную меньшую температуру плавления, чем другой, и в процессе припрессовки исполняет функцию термоклея (бесклее-вой способ); 3) нанесение на бумагу или картон расплава полимера, который в момент нанесения исполняет роль термоклея, а при охлаждении и затвердевании — и защитного покрытия (экструзионный способ). Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки в части трудовых, энергетических и финансовых затрат, что должно обязательно учитываться при проектировании отделочного производства.
Клеевой способ припрессовки первым нашел промышленное применение и широко стал использоваться на крупных и средних полиграфических предприятиях. Его несомненное достоинство заключается в том, что он позволяет использовать любую подходящую по технологическим и эксплуатационным свойствам однослойную, относительно дешевую полимерную пленку. Недостатки способа - это использование в качестве клея растворов смол или полимеров в быстролетучих, токсичных и пожароопасных растворителях, требующих специальных защитных мер, длительной сушки и высоких энергозатрат, а также невысокая скорость припрессовки, громоздкость и относительно высокая сложность оборудования.
Бесклеевой способ припрессовки свободен от основных недостатков клеевого способа и дает возможность организовать припрессовку в мелкосерийном производстве на простом оборудовании, но требует применения специальных двухслойных пленок, толщина и стоимость которых значительно выше, чем однослойных. Для толстых двухслойных пленок из-за низкой их теплопроводности кондуктивный подвод тепла малоэффективен и может привести к скручиванию продукции и значительным отходам на технологические нужды производства.
112
Раздел 2
Экструзионный способ позволяет использовать довольно дешевое сырье — гранулы полимера — и наносить очень тонкий (5-7 мкм) слой расплава на максимальной (свыше 100 м/мин) скорости. В способе так называемой коэкструзии, использующей систему из нескольких экструдеров, можно получать за один прием пленки сложной структуры, что позволяет реализовать лучшие свойства каждого полимера (низкую температуру плавления полиэтилена, высокую прочность лавсана, высокую гладкость и блестящую поверхность целлофана и т.п.). Его недостатки — сравнительная сложность оборудования, требующая высококвалифицированного обслуживания, и использование рулонных материалов, поэтому его достоинства проявляются лишь в крупносерийном производстве при достаточно большой годовой загрузке предприятия, например в производстве переплетных покровных материалов и упаковки пищевых продуктов.
2.2.2. КЛЕЕВОЙ СПОСОБ ПРИПРЕССОВКИ
Технология клеевой припрессовки состоит из семи или восьми выполняемых последовательно операций: 1) раскрой полимерной пленки; 2) нанесение клея на пленку; 3) сушка клеевого слоя; 4) припрессовка пленки к оттискам; 5) выдержка дублированного полуфабриката в рулоне; 6) разрезка рулона на листы; 7) обрезка листов в стопе с четырех сторон или 8) подрезка и разрезка стопы на части.
При клеевом способе припрессовки применяют однослойные полипропиленовую, полиэтилентерефталатную (лавсановую) и триацетатную пленки толщиной от 10 до 40 мкм. Триацетатную пленку используют только для отделки листовых изданий, для отделки переплетных крышек она не применяется из-за малой прочности. Раскрывают полимерную пленку на бобинорезальных машинах типа 2БП-120 (Кизилюртовский ЗПМ, Россия) или на токарных станках, используя вместо резца нож специальной заточки. Ширина рулонов подготовленной к припрессовке пленки должна быть на 10 мм меньше размера передней кромки листов, поступающих в позицию припрессовки. При раскрое должна быть обеспечена плотная намотка рулонов, без смещения кромок на торцах, а при раскрое на токарных станках— без сварки (слипания) кромок.
Нанесение клея на пленку, сушка и припрессовка пленки к бумаге или оттискам производятся на машинах для клеевой припрессовки, из которых в России наибольшее распространение
Отделка листовой печатной продукции
ИЗ
получили машины «Дуофан» (фирма «Бильхефер», Германия). Машина состоит из клеевого аппарата, сушильной камеры, каландра, листового самонаклада оттисков и системы проводки рулонной полимерной пленки через клеевой аппарат, сушильную камеру и каландр и смотки продукции в рулон.
Клей должен быть прозрачным, бесцветным и обладать хорошей адгезией как к бумаге и картону, так и к полимерной пленке, имеющей обычно гладкую и невпитывающую поверхность. По отношению к полимерной пленке клей должен иметь химическое сродство или содержать растворители, вызывающие набухание и частичное растворение пленки, или взаимную диффузию полимерных материалов. В качестве клея обычно используют подходящие бесцветные прозрачные лаки (см. подразд. 2.1.1 и табл. 2.1). Так, для припрессовки триацетатной пленки применяют клей на основе поливинилацетатного лака С-8, для припрессовки полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленки— лак на основе смолы ТФ-82.
В клеевом аппарате машины «Дуофан» клей наносится обрезиненным валиком равномерным и тонким слоем. Толщина клеевого слоя и рабочая вязкость клея подбираются с учетом его состава, вида и гладкости бумаги или картона, наличия и площади запечатанной поверхности оттиска. Расходы клея — 15-20 г/м2 (12-15 г/м2 по сухому остатку), причем большее значение соответствует незапечатанным и менее гладким, более пористым видам бумаги и картона. Условная вязкость клея может колебаться в пределах 17-50 с по вискозиметру ВЗ-4. Виды бумаги с малой гладкостью для полного заполнения углублений и впадин макронеровностей поверхности требуют применения клея наименьшей вязкости, а мелованной и запечатанной по всей поверхности—клея максимальной вязкости. Толщина клеевой пленки и расход клея также определяются гладкостью бумаги оттисков: чем выше гладкость бумаги, тем меньше требуется клея для получения надежной склейки полимерной пленки с оттиском. Например, при припрессовке триацетатных и полипропиленовых пленок клеем на основе лака БАВ-4 к мелованным бумагам с гладкостью свыше 1500 с, по сравнению с припрессовкой этих пленок к офсетной бумаге с гладкостью порядка 80 с, расход клея сокращается с 45 до 28,8 г/м2, т.е. на 36%.
В процессе припрессовки клеевой слой оказывается замкнутым между бумагой, слабо проницаемой для паров растворителя или дисперсионной среды клея, и абсолютно непроницаемой
Таблица 2.1
Режимы припрессовки полимерных пленок
Вид и толщина пленки Клей Температура сушки, °C Сила прижима, кН Температура каландра, °C Скорость припрессовки, м/мин
основа условная вязкость, с
Клеевой способ Лавсановая. 10-20 мкм Смола ТФ-82 17-28 40-50 15-30 100-110 7-18
То же Лак БАВ-4м 22-25 40-50 25-30 105-110 15-18
Полипропиленовая То же 22-25 50-60 25-30 50-60 10-18
Триацетатная, 17-25 мкм Лак БАВ-4м 18-22 60 25-30 50-60 10-15
Триацетатная, 40 мкм (с двух сторон) ЛакС8, ВА-558 28-30 40-50 15-20 80 18
Диацетатная Лак БАВ-4м 18-20 40-50 20-25 50-60 6-10
Бесклеевой способ Лавсан- полиэтилен ПНЛ-3, 25 мкм 40 110-120 7-18
П ол иэти лен-цел л офан ПЦ-2, 32-34 мкм — — — 40 100-120 7-18
П ол иамид- пол иэтил е н ПА-ПЭ, 40-45 мкм — — 20 125 9-12
Припрессовка лакового слоя Лавсановая, 25 мкм Смола ПА 25-50 70-74 20-30 100-130 8-12
Раздел 2
Отделка листовой печатной продукции 115
полимерной пленкой. Поэтому, чтобы избежать длительной сушки склейки после припрессовки, перед склейкой пленки с оттиском клей высушивается, но не до потери липкости. Для сушки клеевого слоя применяют радиационно-конвективный способ: сушильное устройство оборудуется несколькими группами инфракрасных нагревателей, каждая из которых может включаться отдельно от другой, приточно-вытяжной вентиляцией и эксгаустером, предназначенным для удаления паров растворителей, содержащихся в клее. Режим сушки (включением разного числа нагревателей и регулировкой скорости перемещения полимерной пленки в сушильной камере) устанавливается так, чтобы клей перед припрессовкой сохранял липкость.
Припрессовка полимерной пленки производится каландром, состоящим из обрезиненного вала и стального полированного вала, снабженного регулируемым нагревом. Сила прессования также регулируется и контролируется прибором, отградуированном в единицах силы (кН или кгс). Одновременно с полимерной пленкой с подсушенным клеевым слоем из плоскостапельного самонаклада подаются оттиски непрерывным каскадным потоком, с небольшим (до 10 мм) нахлестом друг на друга, чтобы лента полимерной пленки не прилипала к обрезиненному валу каландра. Режим припрессовки устанавливается в зависимости от технологических факторов—вида пленки, гладкости бумаги и др.
После припрессовки полимерной пленки дублированный материал сматывается в рулон. В полую втулку готового рулона вставляют металлическую ось, с помощью которой рулон подвешивается в специальной стойке так, чтобы он не касался пола. В таком положении рулон выдерживается не менее суток, прежде чем будет отправлен на разрезку и последующие операции. В процессе вылеживания происходит перераспределение остатков растворителя в толще дублированного материала, своеобразная досушка клеевого и адгезионного слоев. Одновременно протекают и практически заканчиваются релаксационные процессы, вызванные температурным и силовым воздействием всего процесса припрессовки. Вылеживание способствует повышению прочности склейки полимерной пленки с бумагой или картоном и уменьшает величину деформации или устраняется вовсе скручивание и коробление дублированного материала.
При малой годовой загрузке предприятия разрезку рулона на листы производят вручную специально заточенным ножом, а при высокой загрузке — на автомате типа ВТШ/102 (фирма «Бильхефер», Германия). После разрезки листы укладываются на
116
Раздел 2
платформу стопой, высота которой не должна превышать 1,0 м, так как более высокая стопа может рассыпаться при толчках во время транспортировки. Через сутки, если не наблюдается скручивания и коробления листов, выполняют обрезку или подрезку и разрезку листов в стопе на части на одноножевой бумагорезальной машине.
2.2.3. БЕСКЛЕЕВОЙ СПОСОБ ПРИПРЕССОВКИ
При бесклеевом способе припрессовки применяют двухлой-ные полимерные пленки. К двухслойным полимерным пленкам предъявляются такие же требования, как и к пленкам для клеевой припрессовки: при умеренной толщине они должны быть бесцветны и прозрачны, иметь зеркально-гладкую поверхность, быть прочными и износостойкими. Термопластичный слой двухслойных пленок в расплавленном состоянии должен хорошо заполнять все углубления макронеровностей бумаги или картона и обеспечивать высокую адгезию к ним и к красочному слою оттиска. Он должен иметь определенную температуру размягчения, которая должна быть выше температуры воздуха в экстремальных условиях эксплуатации издания или изделия, но не превышать значительно температуру деструкции целлюлозы оттиска и резины эластичного вала каландра. В готовой продукции термопластичный слой не должен значительно увеличивать толщину и жесткость дублированного материала и ухудшать его потребительские свойства. В качестве клеевого слоя двухслойных пленок используют полиэтилен, полиолефины, сополимеры этилена с винилацетатом и сплавы полимеров на основе полиолефинов. Для лицевого слоя дублированных пленок используют те же полимеры, что и для клеевого способа припрессовки, и даже целлофан, который из-за низких прочностных свойств однослойных пленок давно не применяется для отделки печатной продукции.
Технология бесклеевой припрессовки. Бесклеевая припрессовка пленки к рулонной бумаге и печатной продукции шириной до 720 мм выполняется на автоматах типа БП-72у (Шад-ринский ЗПМ, Россия). Автомат рассчитан на припрессовку пленки толщиной от 20 до 50 мкм со скоростью до 20 м/мин, снабжен каландром, в котором поддерживается температура до 150°С и обеспечивается сила прижима до 40 кН (4 тс). При нагреве в каландре термоплавкий слой пленки переходит из твердого в жидкое вязкотекучее состояние и под действием давле
Отделка листовой печатной продукции
117
ния, развиваемого в полосе контакта, заполняет макро- и микроуглубления и устья капилляров бумаги, смачивает ее поверхность и красочный слой оттиска, вступает с ним в адгезионное взаимодействие. При выходе из полосы контакта и охлаждении термоплавкий слой затвердевает, при этом адгезионные слои приобретают новые качества, отличные от исходных: поверхностный слой бумаги или оттиска становится монолитным, так как отдельные волокна и зерна наполнителя скреплены прочным, эластичным и прозрачным адгезивом, а слой прозрачного полимера армирован волокнами бумаги или картона. По этим причинам проклеенные, лакированные и дублированные материалы имеют большую прочность при одинаковой площади сечения, чем исходные волокнистые материалы и пленка адгезива.
В случае применения полиэтилен-полиамидной пленки (ПЭ-ПА) термоплавким клеевым слоем служит полиэтилен, интервал температур плавления которого составляет 95-105°С. Температура каландра устанавливается примерно на 25°С выше средней температуры плавления; сила прижима в каландре устанавливается минимальной, а скорость припрессовки—максимальной, при которой обеспечивается высокое качество дублированного материала по основным показателям.
Достижение максимальной технической скорости припрессовки двухслойной пленки лимитируется пределом прочности пленки на растяжение при динамических нагрузках и скоростью подачи тепла к поверхностным слоям контактирующих материалов. Если в этом процессе теплоносителем является стальной цилиндр каландра, оборудованный электронагревательным устройством, то поток тепла, нагревающий оба материала и расплавляющий адгезионный слой, за короткое время контакта с нагретой поверхностью стального цилиндра должен преодолеть толщу дублированной пленки, оба слоя которой (и особенно полиэтилен в твердом состоянии) имеют низкие коэффициенты тепло- и температуропроводности. Попытки повысить плотность теплового потока за счет повышения температуры теплоносителя [Г в формуле (1.46)] приводят к изменению деформационных свойств — возрастанию усадки лицевого слоя двухслойной пленки и скручиванию готовой продукции.
В каландрах автоматов нового поколения для бесклеевой припрессовки двухслойных полимерных пленок следует изменить подачу тепла к термопластичному слою; кондуктивный и радиационно-конвективный способы передачи тепловой энергии це
118
Раздел 2
лесообразно использовать лишь при подводе тепла со стороны термоплавкого слоя. Решение этой проблемы позволит существенно повысить скорость бесклеевой припрессовки двухслойных пленок.
2.2.4. ЭКСТРУЗИОННЫЙ СПОСОБ ЛАМИНИРОВАНИЯ. ПРИПРЕССОВКА ЛАКОВОГО СЛОЯ
Экструзионный способ. Экструзия (от латинского extrusio — выталкивание) — это способ получения изделий или покрытий из полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии, в виде расплава. В соответствии с терминологией ГОСТ 19112 «облагораживание бумаги (картона) нанесением на ее поверхность полимера методом расплава» называется ламинированием. Однако составители стандарта ошиблись: за рубежом и в России ламинированием называют облагораживание, защиту от внешнего воздействия бумаги, картона, оттисков, документов и т.п. независимо от способа прочного соединения тонкой полимерной пленки с листовым материалом или изделием.
Экструзионный способ при ламинировании заключается в непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую щель экструдера на движущееся полотно печатного, переплетного или упаковочного материала. В экструзионных поливочных машинах ротационного принципа действия термопластичный полимер, применяемый в виде гранул, расплавляется в экструдере и через его щелевую головку наносится на предварительно нагретое полотно основы. Расплав прижимается к бумаге или картону в каландре, валы которого располагаются горизонтально, разглаживается и охлаждается при огибании полотном стального полированного цилиндра, охлаждаемого проточной водой. В способе коэкструзии, использующем систему из двух-пяти экструдеров, можно получать за один прием пленки сложной структуры, различной толщины и с разными потребительскими свойствами. Ротационный принцип действия и автоматизированный электронный контроль за режимом технологического процесса и качеством продукции позволили уже в конце 1980-х гг. получить скорость работы оборудования 115 м/мин, которая примерно на порядок превышает скорость клеевой и бесклеевой припрессовки, обеспечивая высокую рентабельность производства.
Экструзионный способ получения прозрачного полимерного покрытия широко применяется в производстве упаковочных
Отделка листовой печатной продукции
119
материалов и изделий, некоторых видов рекламных изданий и может быть использован при изготовлении переплетных покровных материалов на бумажной основе.
Припрессовка лакового слоя. Способ припрессовки лакового слоя был разработан ВНИИ полиграфии и в нормативных изданиях называется нанесением полимерного покрытия методом переноса [2]. По виду применяемых материалов и технологии этот вариант отделки бумаги и оттисков является припрессовкой сухого лакового слоя и выполняется на оборудовании для клеевой припрессовки полимерных пленок. По данной технологии жидкий спиртовой лак, содержащий 9-10% полиамидной смолы ПА 6/66-3, наносится на временную подложку (гладкую и прочную полимерную пленку), высушивается до потери липкости, припрессовывается к бумаге или оттиску и сматывается в рулон. После двухдневной выдержки склейки в рулоне пленку-основу отделяют от бумаги или оттиска и, если она не повреждена, используют многократно. Чтобы не повредить отлакированную продукцию при отделении временной подложки, последняя должна иметь высокую прочность на разрыв. Для получения гладкого и блестящего покрытия лаковый слой должен хорошо смачивать временную подложку, но его адгезия к ней должна быть умеренной, чтобы при отделении подложки вероятность повреждения лакового покрытия и подложки была минимальной. Лак должен удовлетворять обычным требованиям, предъявляемым к лакам для непосредственного лакирования, из которых главными являются высокая адгезия к бумаге и к красочному слою и высокая прочность сухого лакового слоя.
К достоинствам способа припрессовки лакового слоя следует отнести то, что в нем используется относительно дешевое сырье, а не готовый лак, использование одного оборудования для двух способов отделки и возможность получения гладкого и блестящего покрытия на шероховатой поверхности при малой толщине сухого клеевого слоя, так как этот показатель определяется не степенью заполнения жидким лаком всех углублений и покрытия вершин неровностей на поверхности полуфабриката, а гладкостью поверхности временной подложки. Недостатки способа — наличие дополнительной операции отделения временной подложки, значительные расходы на временную подложку, поскольку на технологические нужды производства расходуется от 10 до 50% ее стоимости, и возможность появления дефектов, характерных для технологии бесклеевой припрессовки.
120
Раздел 2
Охрана труда и техника безопасности. При лакировании, припрессовке лакового слоя и клеевом способе припрессовки полимерной пленки используются летучие органические растворители, вредные для здоровья людей, загрязняющие атмосферу, пожаро- и взрывоопасные. По этим причинам участок лакировки и припрессовки полимерной пленки и лака располагают в отдельном помещении, оборудованном по категории Шб в противопожарном отношении, общей и местной (над клеевым и лакировальным аппаратами, сушильной камерой и каландром) вентиляцией во взрывобезопасном исполнении. В помещении должна поддерживаться температура в пределах 18-20°С и влажность воздуха 40-60%.
2.2.5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ОТТИСКОВ С ПРИПРЕССОВАННОЙ ПЛЕНКОЙ
Оценка качества продукции с припрессованной пленкой. После наладки машины и получения качественной продукции машинист утверждает один экземпляр оттиска у мастера, этот оттиск служит эталоном при контроле качества продукции в процессе изготовления тиража. В течение смены машинист, мастер участка и контрольный мастер периодически, через каждые 1,5-2 с работы, контролируют качество продукции по следующим показателям: гладкости поверхности; плотности припрессовки пленки (отсутствию пузырей, полос, складок, блесток); прочности припрессовки; отсутствию скручивания и коробления; прозрачности пленки на оттиске; соответствию цветовой гаммы эталону.
Птадкость поверхности, прозрачность пленки, соответствие цветовой гаммы эталонному оттиску и отсутствие дефектов плотности припрессовки оцениваются визуально, причем отсутствие пузырей и блесток контролируется также перед разрезкой рулона на листы и перед отправкой продукции на последующие операции — через двое-трое суток после припрессовки. Прочность закрепления пленки на оттиске в цеховых условиях проверяют двумя приемами: по отрыву пленки от бумаги и складыванию листа пленкой внутрь с проглаживанием сгиба ногтем. Отслаивание пленки на пробельных участках оттиска должно происходить по бумаге, а пленка на сгибе не должна отслаиваться. В сомнительных случаях, а также при отработке новых вариантов технологии прочность закрепления определяется в лабораторных условиях на динамометре; она должна быть в пре
Отделка листовой печатной продукции
121
делах 0,2-0,7 даН/см (кгс/см). Объективным критерием хорошего адгезионного взаимодействия клея с бумагой и полимерной пленкой может служить также коэффициент упрочнения системы К :
ус
Кус=/ск/(/б+/п), (2.1)
где/ск — прочность слейки дублированного материала, кН/м; /о — прочность бумаги, кН/м (кгс/см);^ — прочность полимерной пленки, кН/м (кгс/см).
При правильном подборе клеевой композиции, режимов сушки и припрессовки Кус > 1.
На качество продукции с припрессованной пленкой влияют режимы припрессовки и технологические факторы. К режимам относятся факторы внешнего воздействия, с помощью которых технолог может изменить ход технологического процесса с целью повышения качества, уменьшения трудовых и энергетических затрат, сокращения срока обработки тиража. К технологическим факторам относятся те, по которым полуфабрикаты отличаются друг от друга и требуют изменения режимов технологического процесса, чтобы повысить качественные и экономические показатели. В процессах припрессовки полимерной пленки и лакового слоя к режимам припрессовки относятся сила прижима Fb каландре, температура каландра tK, скорость припрессовки и, а к технологическим факторам — толщина, гладкость, объемная масса бумаги, наличие красочного слоя и вид печати.
Режимы припрессовки. Сила прижима, регистрируемая манометрами в гидравлической системе каландра, обеспечивает определенное давление в прессовой паре, необходимое для смятия и сглаживания вершин макронеровностей бумаги, приведения в полный контакт смыкающихся поверхностей полимерной пленки и бумаги, вдавливания адгезива (клея или лака), находящегося в вязкотекучем состоянии, в углубления и поры бумажной поверхности, обеспечивает достаточную плотность и прочность припрессовки. Среднее значение технологически необходимого давления припрессовки может быть вычислено по формуле рср = F/S, где S — площадь контакта в прессовой паре, которая может быть определена по диаметру цилиндров и жесткости резины в прессовой паре каландра. Она зависит от технологических факторов — гладкости и объемной массы бумаги, вязкости адгезива в момент прижима.
Чем больше сила и давление прижима, тем выше гладкость поверхности, плотность припрессовки и прочность закрепления пленки, но вместе с этим линейно возрастают деформация рас
122
Раздел 2
тяжения пленки по ее машинному направлению и вероятность скручивания готовой продукции. Температура каландра при всех способах припрессовки устанавливается в соответствии с температурой размягчения сухого лака или средней температурой плавления термопластического полимера, используемого в качестве адгезива. С повышением температуры каландра повышается температура лицевого слоя пленки, адгезива и бумаги, при этом повышается пластичность склеиваемых материалов и понижается вязкость адгезива, что способствует повышению прочности закрепления, плотности припрессовки и гладкости лицевой поверхности полимерной пленки. Вместе с тем с повышением температуры каландра линейно возрастает усадка полимерной пленки в готовой продукции, которая может вызвать ее скручивание и коробление.
Скорость припрессовки полимерной пленки и лакового слоя определяет производительность оборудования, время контакта лицевого слоя с теплоносителем и время силового воздействия на склеиваемые материалы в каландре. С повышением скорости припрессовки возрастает сменная производительность оборудования, но при этом уменьшаются количество теплоты, полученной склеиваемыми материалами, и температура всех слоев контактируемых материалов. Это способствует уменьшению усадки лицевого слоя и скручивания склейки, но вместе с этим понижается и прочность склейки пленки с красочным слоем оттиска и с бумагой.
Технологические факторы. Толщина бумаги определяет ее жесткость, сопротивление изгибу и величину абсолютной остаточной деформации поверхностных слоев, которую можно получить при данном режиме припрессовки. Как правило, относительно толстая бумага (от 200 мкм), толщина которой в 5-10 раз превышает толщину полимерного покрытия, не скручивается и не коробится после лакировки и припрессовки полимерной пленки и лакового слоя. Для сглаживания ее поверхности обычно требуются несколько меньшие температура и сила прижима в каландре, чем при припрессовке пленки к относительно тонкой бумаге.
Гладкость бумаги. Бумага пониженной гладкости (80-300 с) имеет на своей поверхности значительные углубления, поры, макронеровности. Чтобы обеспечить высокую плотность припрессовки при клеевом способе и при припрессовке лакового слоя, при такой бумаге требуется большей толщины слой клея или лака, что достигается повышением исходных концентрации
Отделка листовой печатной продукции
123
и вязкости. При всех способах припрессовки полимерной пленки и лакового слоя менее гладкая бумага требует увеличения температуры и силы прижима каландра, что обеспечивает повышение пластичности материалов, более полное сглаживание вершин макронеровностей бумаги, большую глубину проникания адгезива в бумагу
Объемная масса бумаги. Бумага с высокой (0,9-1,2 г/см3) объемной массой — мелованная, иллюстрационная, для глубокой печати — требует повышенной температуры и силы прижима каландра, чтобы обеспечить плотный контакт подсушенной клеевой пленки, расплава полимера или лака с оттиском, так как для получения одинаковых остаточных деформаций такая бумага требует больших давлений.
Красочный слой на бумаге и вид печати (красочность, полнота заполнения площади бумажного листа) значительно влияют на прочность закрепления лака и пленочного материала на оттиске. Фоновая печать и многокрасочные оттиски намного ухудшают смачивание поверхности запечатанной бумаги клеем и расплавом, снижают плотность припрессовки и прочность закрепления полимерной пленки на оттиске. Как правило, такие оттиски требуют повышения температуры и силы прижима каландра, чтобы обеспечить достаточную плотность и прочность припрессовки.
2.3. Имитация металлических покрытий на оттисках
Имитация металлических покрытий под золото и серебро применяется в крупносерийном производстве этикеток, поздравительных открыток и адресов, картонной упаковки товаров высокого качества, для оформления обложек книжных изданий популярных серий, в мелко- и среднесерийном производстве факсимильных листовых и книжных изданий — репродукций старинных икон, рукописных книг и др. Для этих целей, в зависимости от уровня оформления и тиража, применяются бронзирование, печатание металлизированной краской, тиснение металлизированной фольгой, часто в сочетании с конгревным тиснением.
2.3.1. БРОНЗИРОВАНИЕ ОТТИСКОВ
Бронзированием называют нанесение бронзовой или алюминиевой тонкодисперсной пудры на свежеотпечатанный оттиск.
124
Раздел 2
Бронзированием можно отделывать оттиски, отпечатанные на клееной каландрированной и высококаландрированной бумаге с проклейкой 1,5 ± 0,25 мм и гладкостью не менее 100 с. Бумага машинной гладкости для этого вида отделки непригодна, так как пудру невозможно полностью удалить с пробельных элементов шероховатой бумаги. Бронзирование выполняют последним прогоном, когда красочная пленка основного изображения прочно закрепилась и не воспринимает металлическую пудру.
Непосредственно перед бронзированием под золото и серебро получают оттиск краской соответствующего тона: при бронзировании под золото — желтого, под серебро — сине-серого. Краска должна быть вязкой, липкой (растекаемость 38-40 мм, липкость около 3 мДж/см) и быстросохнущей, для чего после получения подходящего тона в нее вводят крепкую полиграфическую олифу и сиккативную пасту—по 14,5% от общей массы.
Для бронзирования применяют бронозовую пудру марок БПП, БПК и БПЛ и алюминиевую марки ПАК-1 и др. Размеры тонких чешуеобразных частиц бронзовой пудры от 40 до 60 мкм (у специальных видов — от 20 до 50 мкм), алюминиевой — от 20 до 40 мкм.
В мелкосерийном производстве бронзирование производят вручную, нанося пудру ватным тампоном легкими крестообразными движениями. Излишки пудры снимают чистым ватным тампоном. Производится это обязательно под вытяжкой, чтобы летучие частицы металлической пудры не попали в дыхательные пути рабочего. В крупносерийном производстве этикеток и бумажной упаковки бронзирование производят на автоматах, которые подсоединяют к печатным машинам, обеспечивая непрерывное поточное производство (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема бронзировального автомата: 1 — оттиск; 2 — бункер с металлической пудрой; 3 — накатные валики; 4 — растирочные щетки;
5 — очистные ремни; 6 — очистные валы; 7 — приемное устройство
Отделка листовой печатной продукции
125
Технология машинного бронзирования включает следующие основные операции: 1) печатание краской желтого или сине-серого тона; 2) нанесение металлической пудры на свежеотпечатанный оттиск; 3) втирание пудры в красочный слой; 4) удаление излишков пудры; 5) полировка металлизированного слоя оттиска; 6) удаление остатков пудры с двух сторон бумажного листа. Первая операция выполняется на машине плоской офсетной или высокой печати, а все последующие—на бронзировальном автомате, который можно агрегатировать с любой печатной машиной. Бронзировальный автомат состоит из системы проводки оттисков, шести исполнительных устройств и высокостапельной приемки готовой продукции. Нанесение металлической пудры на оттиск выполняется пудронакатным устройством, состоящим из бункера, дукторного вала и двух накатных валиков. Втирание пудры и полировка металлизированного слоя производится двумя системами щеток, движущимися возвратно-поступательно и перпендикулярно оси движения оттисков; очистка оттиска и тыльной стороны бумажных листов выполняется бесконечными пудроочистительными ремнями, расположенными параллельно щеткам, а на выходе из бронзировальной камеры — очистными валами.
Накатные валы, очистительные ремни и валы бронзироваль-ного автомата покрыты плюшем, чтобы избежать смазывания оттиска. Степень прижима первой группы растирочных щеток к оттискам постепенно возрастает по ходу продвижения оттисков в машине. Для полного удаления металлической пудры с пробельных участков оттисков на плюшевое покрытие второй группы очистительных ремней с помощью форсунок наносится водный раствор глицерина; работа форсунок автоматизирована, причем периодичность их включения может регулироваться в широких пределах. Растирочные щетки и очистительные ремни периодически промывают авиационным бензином, а полотно транспортера—техническим этиловым спиртом.
2.3.2. ПЕЧАТАНИЕ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫМИ КРАСКАМИ
Основное отличие металлизированных полиграфических красок состоит в том, что красящее вещество имеет плотность, примерно в 3 и 9 раз превосходящую плотность связующего, в связи с чем краски, готовые к употреблению, распространения не получили, так как такие краски довольно быстро расслаиваются с образованием плотного осадка на дне емкости. Металли
126
Раздел 2
зированные краски изготавливают в виде твердообразных паст с минимальным содержанием невысыхающего связующего. Перед употреблением пасту разжижают крепкой олифой и вводят кобальтовый сиккатив, чтобы обеспечить высокую липкость, минимальную растекаемость и быстрое закрепление на оттиске. Запас готовой к употреблению металлизированной краски должен быть минимальным, так как быстрая полимеризация связующего ведет к ухудшению, а через одни-двое суток и к потере печатных свойств.
Металлическая пудра, играющая роль пигмента, предъявляет особые требования к связующему и печатной бумаге: они должны быть нейтральными, так как даже невысокая их кислотность приводит к быстрой потере металлического блеска оттисков. Повышенную кислотность обычно имеет немелованная бумага, поэтому при отделке оттисков печатанием бронзовой и алюминиевой красками следует пользоваться мелованной бумагой, которая к тому же обеспечивает высокий блеск запечатанной поверхности. Другие важные требования к печатной бумаге — высокая прочность на выщипывание, так как липкость металлизированных красок высокая. В остальном технология печатания металлизированными красками практически ничем не отличается от технологии печати обычными красками, содержащими органические пигменты.
2.3.3. ТИСНЕНИЕ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОЙ ФОЛЬГОЙ
Тйснение металлизированной фольгой на бумаге и тонком картоне в отечественной полиграфии применялось крайне редко, в основном при изготовлении праздничных поздравительных открыток, но с возрождением рыночной экономики этот способ отделки оттисков интенсивно развивается. Тйснение полиграфической фольгой — сравнительно дорогой способ отделки, так как фольга дороже металлизированной краски и металлической пудры, а процессы тиснения уступают процессам печатания по производительности.
Для имитации металлических покрытий на различных материалах применяют два типа полиграфической фольги, которые по отечественной терминологии называются «бронзовая» (независимо от материала металлической пудры) и «юбилейная». Наиболее употребляемые виды отечественной «бронзовой» фольги — универсальная серии № 114-01 и 184-01, предназначенная для тиснения на переплетных материалах с поливинилхло
Отделка листовой печатной продукции
127
ридным покрытием, а «юбилейной»—№313,313Ми284. Серия № 313 предназначена для тиснения на офсетной и мелованной бумаге, а серия № 313М отличается приглушенным блеском. Серия № 384 предназначена для тиснения на изобразительных открытках и материалах с поливинилхлоридным покрытием. Рекомендуемые интервалы температур штампа при тиснении «бронзовой» фольгой 100-130°С, «юбилейной» фольгой— 100-120°С. Приглушенный блеск оттисков «бронзовой» и «юбилейной» фольгой серии М, по мнению художников-оформителей, подчеркивает строгость изделия или издания.
Цвет «юбилейной» фольги создается за счет цвета напыленного алюминия и прозрачного бесцветного или окрашенного лака, поэтому оттиски этим видом фольги имеют высокий металлический блеск и любые оттенки различных благородных металлов за счет оттенков прозрачного лака. Металлизированная и бронзовая фольга примерно на 10-15% дороже цветной, что вместе с ярким видом оттисков в какой-то мере определяет области их применения—производство упаковки дорогих товаров, рекламных изданий, поздравительных открыток и этикеток.
Развитие рыночных отношений выявило реальные затраты на переплетные материалы и многотрудную работу переплетчиков, поэтому цена книжных изданий в переплетной крышке по отношению к ценам на другие продукты потребления возросла в несколько раз. Это привело к резкому сокращению выпуска книжных изданий в переплетной крышке и относительному росту производства книжных изданий в обложке. Рыночные отношения потребовали от издательств и более внимательного отношения к оформлению обложек — обложки стали многоцветными, лакированными, часто с комбинированным тиснением «юбилейной» фольгой и конгревным тиснением, которое применяется за рубежом преимущественно в производстве картонной упаковки.
Тйснение полиграфической фольгой и конгревное тиснение подробно рассматриваются в подразд. 7.3, здесь же целесообразно изложить лишь особенности отделки листовой печатной продукции. Чтобы снизить себестоимость сравнительно сложного и дорогого по материалам комбинированного способа тиснения, на современном оборудовании за один цикл работы получают сразу несколько одинаковых оттисков, в случае тиснения на обложках — от 2 до 8 в зависимости от формата издания и обложек. При подготовке позолотного пресса к работе это требует высокой точности размещения штампов и, самое главное, точ-
128
Раздел 2
ного совмещения матриц со штампами. Сравнительно простым решением проблемы является способ изготовления матриц после закрепления штампов в прессе с использованием пастообразных олигомеров или полимеров, затвердевающих при введении инициатора полимеризации.
Немаловажным элементом технологии подготовки позолотного пресса к работе является также размещение штампов, занимающих малую площадь по отношению к площади единицы листового полуфабриката. Для экономии полиграфической фольги расстояние между штампами в направлении движения ленты фольги в прессе должно быть таким, чтобы соответствующий размер штампов с учетом припуска в 5 мм укладывался целое число раз в расстояние между штампами.
2.4. Механические способы отделки
Механическими способами отделки листовой печатной продукции называют все способы силового воздействия на полуфабрикаты с целью изменения фактуры и рельефа их поверхности, сопротивления изгибу, размеров и конфигурации, уменьшения прочности на разрыв. Рассматриваемые ниже способы отделки расположены в порядке возрастания степени механического воздействия на бумагу и картон. Технология подрезки и разрезки листов в стопе и все операции механического воздействия на объемные полуфабрикаты рассматриваются в разделах, относящихся к технологии брошюровочно-переплетных процессов.
2.4.1. ТРЕНИРОВАНИЕ
Тренирование — это изменение фактуры или создание определенного рельефа у тонкого рулонного или листового материала и на оттисках. Оно применяется при изготовлении специальных видов бумаги и картона, в производстве упаковки престижных товаров и редко—при изготовлении репродукций и открыток высокого качества. Технология гренирования во многом аналогична технологии конгревного тиснения, но величина рельефа лицевой поверхности материала или оттиска невелика, обычно меньше толщины материала, подвергаемого отделке.
В массовом производстве тренированных материалов прессовая пара представляет собой латунный каландр из двух стальных валов. На поверхность одного вала регулярный рельефный рисунок наносится электронным гравированием, травлением
Отделка листовой печатной продукции
129
медного покрытия или набивкой комплектом пуансонов. Второй цилиндр играет роль матрицы, он имеет плотное бумажное покрытие, контррельеф на котором получают постепенным вдавливанием рельефного изображения на малой скорости работы каландра. В среднесерийном производстве, при работе на позолотных прессах штамп изготавливают ручным гравированием, травлением листовой меди или латуни после получения на пластине копии изображения, стойкой к действию хлорного железа. В качестве матрицы могут быть использованы картон поверхностной плотностью от 250 до 1000 г/м2, твердая резина, кожа и специальная паста, затвердевающая при введении инициатора полимеризации. Вид матрицы подбирается с учетом вида рисунка и материала для тренирования: картонная — для простых изображений на тонкой бумаге и металлической фольге, на толстой бумаге и картоне, резиновая — для мелких рисунков на жесткой бумаге, полимерная — для любых рисунков на мягкой бумаге и полимерных пленках.
Рекомендуемая влажность бумаги и картона в процессе тренирования— 10%. В процессе тренирования регулируются температура, сила прижима и скорость вращения каландра, которые и определяют время силового и теплового воздействия на деформируемый материал. Эти параметры, как и режимы кон-гревного тиснения (см. подразд. 8.3), определяют качество продукции — внешний вид и сохранность полученного рельефного рисунка.
Разновидностью тренирования является воспроизведение фактуры мазка при факсимильном воспроизведении картин масляной живописи. По технологии УкрНИИСВП (Украина) для репродукций, печатаемых в масштабе 1:1, тиснение рельефа выполняется на плоскопечатных машинах с гальваностереотипов, полученных с каучуковой матрицы. Рельеф мазка на репродукциях, выполненных в уменьшенном масштабе (например, на открытках), воспроизводят с гравированных вручную штампов по обычной технологии конгревного тиснения.
2.4.2. БИГОВКА
Биговка — это нанесение на тонкий (до 3 мм) листовой материал или фальцуемую тетрадь прямых углубленно-выпуклых линий, облегчающих изгиб полуфабриката на последующих операциях. Биговка широко применяется в производстве картонной упаковки и тары, при изготовлении поздравительных от
130
Раздел 2
крыток, пригласительных билетов, временных пропусков, а в брошюровочно-переплетных процессах — при изготовлении обложек для книжных и папок для комплектных изданий, картонных переплетных крышек типа 6, папок для различных документов и др. Она необходима в тех случаях, когда из-за большой толщины и жесткости материала и полуфабриката нельзя получить требуемые точность и внешний вид сгиба.
Биговка выполняется на универсальных перфорировально-биговальных станках типа 2УПБ-500 (Харьковский ЗПМ, Украина) или в секциях фальцевальных машин. На универсальных станках биговка выполняется плоским тупым ножом и опорной планкой с пазом, а в фальцмашинах—дисковым инструментом и двумя опорными дисками (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схемы биговки плоским ножом (а) и дисковыми инструментами (б): 1 — стол; 2 — плоский нож; 3 — опорная планка; 4 — упор; 5 — толстая бумага, картон или фальцуемая тетрадь; 6 — дисковый нож;
7 — опорные диски
При переналадке биговального станка и биговальных инструментов секций фальцевальной машины регулируются глубина и ширина бига в соответствии с толщиной и прочностными свойствами обрабатываемого материала, а также положение бига или бигов по отношению к его верной кромке. В фальцмашинах при необходимости меняют и толщину дискового ножа: в сменных инструментах фальцмашин предусматривается два комплекта дисковых ножей толщиной 0,8 и 2,0 мм соответственно для биговки тонких и толстых материалов и тетрадей. В каждом комплекте по четыре ножа, диаметры которых различаются на 0,5 мм, что позволяет изменять глубину бига в преде
Отделка листовой печатной продукции
131
лах 0-2,0 мм. В биговальных станках глубина бига может изменяться плавно ограничением нижнего положения ножа.
Птубина бига является важнейшим показателем настройки оборудования, так как она определяет внешний вид и прочность полуфабриката и изделия. В процессе биговки биговальный нож
с закругленным лезвием продавливает волокнистый материал в паз колодки или в промежутки между ножом и опорными дисками на некоторую глубину; при этом происходит растяжение наружных и сжатие внутренних слоев волокнистого материала. Деформации растяжения и неизбежные деформации сдвига на краях бига приводят к частичному разрыву связей между волокнами, а деформации сжатия — к уплотнению материала. Весь процесс биговки протекает в три стадии (рис. 2.3). На первой стадии плавное нарастание усилия биговки сопрово
Рис. 2.3. Изменение силы продавливания и прочности материала в процессе биговки: 1 — сила продавливания; 2 — прочность на изгиб; I, II, III— стадии процесса биговки
ждается пропорциональным увеличением плотности и прочности материала на разрыв и уменьшением прочности на изгиб. На второй стадии при незначительном изменении прилагаемой нагрузки прочность материала на разрыв стабилизируется, а скорость падения прочности на изгиб в 2,5-3 раза уменьшается. Для третьей стадии характерно быстрое падение прочности материала на растяжение при относительно малых нагрузках.
При малой глубине бига изгибание полуфабриката под прямым углом приводит к разрыву наружных слоев на выпуклой стороне бига, а при избыточной глубине — к разрывам на внутренней его стороне (области Jh IIIна рис. 2.4). Оптимальные значения глубины бига соответствуют второй стадии биговки, когда разрыва поверхностных слоев бига при изгибе полуфабриката не происходит, а прочность материала на разрыв и изгиб стабильна и выше первоначальной. У малопрочного картона второй стадии биговки может и не быть: если участок стабиль
132
Раздел 2
ной прочности материала отсутствует, то получить продукцию без разрушения поверхностных слоев бига невозможно. Пригодность картона для биговки можно определить по значению коэффициента кпб:
fcn6=(hB-hH)/dM, (2.2)
где hB — наибольшая глубина бига, при которой не разрушается его внутренняя поверхность при изгибе полуфабриката на 90°; hH—наименьшая глубина бига, при которой не разрушается его наружная поверхность, мм; dM — толщина материала, мм.
Рис. 2.4. Зависимость ширины бига от его глубины и области глубины бига: I— недостаточной; II— оптимальной; III— избыточной
Продукцию высокого качества можно получить при значения кпв = 0,304-0,60. При меньших его значениях вероятность выпуска дефектной продукции резко возрастает [6].
Ширина паза биговальной колодки и расстояние между опорными дисками Ьп должны быть больше толщины биговального ножа по крайней мере на толщину материала, если его пористость не менее 50%. Однако большие сдвиговые деформации на краях бига в процессе биговки при малых зазорах между ножом и краями опор могут привести к резкому падению прочности и даже к разрушению полуфабриката. Оптимальным считается зазор, соответствующий относительной деформации сжатия материала порядка 25%, поэтому ширину паза и ширину линии бига устанавливают из соотношения
bn=d„+l,5dM, (2.3)
где dH — толщина ножа, мм; dM — толщина материала, мм.
Отделка листовой печатной продукции
2.4.3. ПЕРФОРАЦИЯ
133
Перфорация — это просечка в малой стопе листов бумаги, тонкого картона, оттисков, в фальцуемой тетради или в книжном блоке, состоящем из отдельных листов (долей), цепочки расположенных на одной линии и близко друг от друга щелеообраз-ных, круглых или прямоугольных отверстий сравнительно небольшого размера. Перфорацию в виде щелеобразных отверстий выполняют в фальцевальных машинах и в фальцаппаратах книжно-журнальных ротаций с целью устранения утолщений на сгибах и диагональных морщин, облегчения выхода воздуха из замкнутых полостей в процессах фальцовки и прессования тетрадей. Она выполняется дисковыми зубчатыми ножами с односторонней или двусторонней заточкой (рис. 2.5, а) с углом заточки соответственно 20° и 30°. Полный комплект дисковых зубчатых ножей позволяет получить щелевые отверстия длиной от 1 до 48 мм с промежутками от 1 до 5 мм.
Рис. 2.5. Схемы перфорации: а—дисковые зубчатые ножи и виды их заточки; б — щелевых отверстий в фальцаппаратах; в — фасонных отверстий в перфорационных машинах; 1 — перфорирующий нож; 2 — опорные кольца;
3 — стопа листов, тетрадь или часть блока; 4 — перфорирующая гребенка;
5 — перфорирующая матрица
Перфорация мелких круглых и щелеообразных отверстий делается для удобства пользования некоторыми видами документов (квитанционными и чековыми книжками), календарями-ежедневниками, марками — для отрыва по мере надобности
134
Раздел 2
листа от блока, уголка или марки от листа. Перфорация сравнительно крупных (от 4 до 8 мм) круглых, овальных и прямоугольных отверстий необходима при использовании скрепления блоков спиралями и гребенками в производстве различных изданий книжного типа и беловых товаров.
Перфорацию фасонных отверстий в зависимости от формата листовой продукции и объема производства осуществляют на настольных перфорационных станках с ручным приводом, полуавтоматах типа 2УПБ-500 (Харьковский ЗПМ, Украина) и на автоматах АР-600 (фирма «Ренц Машиненбау», Германия) или ЕХ380/610/700 (фирма «Джеймс Берн Интернэшнл», Швеция). Скорость работы автоматов—от 140 до 80 цикл/мин в зависимости от длины обрабатываемых листов (этот определяющий размер, выраженный в мм, указан в трехзначном шифре различных моделей оборудования). За один цикл работы автоматы могут обрабатывать стопку бумаги или картона толщиной до 2,5 мм.
Исполнительными инструментами на перфорационном оборудовании являются перфорирующая гребенка, состоящая из металлического корпуса, в котором закреплено несколько десятков пуансонов, и работающая с ней в паре перфорирующая матрица, пластина со сквозными отверстиями, форма которых с минимальным зазором повторяет форму пуансонов гребенки. В процессе перфорирования перфорирующая матрица неподвижна, а перфорирующая гребенка совершает возвратно-поступательные движения, те. используется ножничный принцип реза. В комплекте оборудования имеются сменные перфорирующие инструменты с различной формой, размерами и шагом пробиваемых отверстий.
При смене заказа переналадка оборудования включает следующие операции: 1) замену перфорирующих инструментов; 2) установку или наклейку упора, определяющего положение линии перфорации по отношению к верной кромке листа. При работе на автоматах регулируются передние и боковые упоры, фиксирующие точное положение листа или малой стопы при работе перфорирующей гребенки, положение перфорационного узла относительно передних упоров, а также плоскостапельный самонаклад и приемно-выводное устройство по формату и толщине листов или стопы. Смена перфорирующих инструментов на автоматах длится не более 15 мин, а полная переналадка—22-32 мин.
Чтобы полнее использовать возможности оборудования, перфорацию следует производить полной приверткой (стопой) с учетом деформационных свойств материала. Число листов Ал, ко
Отделка листовой печатной продукции
135
торое можно перфорировать одновременно, определяется по формуле
^-EM/(TdM.lNn), (2.4)
где FM — максимальное усилие, развиваемое оборудованием, Н; т — тангенциальное напряжение (сопротивление срезу) в мате-, риале при перфорации, Па; dM — толщина одного листа материала, м; I—длина кромки (периметр) пуансона, м; Nn — число пуансонов, перфорирующих материал.
Сопротивление срезу бумаги и картона в процессе перфорации зависит от их состава по волокну, плотности и влажности материала. При влажности этих материалов, равновесной с нормальными атмосферными условиями, сопротивление срезу изменяется в пределах 25-35 МПа. С увеличением влажности от О до 23% сопротивление срезу у бумаги и картона, не содержащих наполнителей, уменьшается по линейному закону, примерно на 9% при увеличении влажности на 5%. С учетом этой закономерности перфорирование картона и бумаги целесообразно производить при их влажности порядка 8-12%.
2.4.4. ВЫСЕЧКА
Высечка — это придание печатной продукции, картонным заготовкам, буклетам, книжным изданиям в обложке сложной конфигурации в соответствии с их конструкцией или с замыслом художника. Высечка является обязательной операцией при изготовлении многих видов этикеток, упаковок, картонной тары, игрушек, почтовых конвертов, применяется также в рекламных изданиях и изданиях для детей дошкольного и младшего школьного возраста, изготовляемых по специальному заказу издательства.
Для получения изделий и изданий сложной формы применяют три способа высечки, в которых используют принципы ножевой резки подвижным и неподвижным фигурным ножом и ротационной высечки (рис. 2.6).
Принцип ножевой резки с движущимся возвратно-поступательно фигурным ножом используется в тигельных прессах тяжелого типа. Высекальные прессы тяжелого типа позволяют обрабатывать листовые полуфабрикаты большого формата, различной толщины и жесткости; на прессах с программным управлением штамп после каждого цикла перемещается в новое положение, что позволяет на оттисках располагать несколько десятков одинаковых изображений малого формата. Они универ
136
Раздел 2
сальны, могут обрабатывать любую продукцию, но скорость их работы невелика, поэтому применяются преимущественно в производстве крупноформатной упаковки и тары.
Рис. 2.6. Схемы высечки: а — ножевой резки; б— неподвижным ножом; в — ротационной. 1 — неподвижная плита; 2— подвижная плита;
3 — фигурный нож; 4 — упор; 5 — марзан; 6 — полуфабрикат; 7—толкатель;
8 — опорный вал
Ножи для ножевой высечки на тигельных прессах изготавливаются из узкой (порядка 25 мм) полосовой высокоуглеродистой стали марки У8 и др. различной твердости: сталь твердостью 60 ед. по Роквеллу используется для ножей с большим радиусом закругления, а твердостью 54 ед. — с малым радиусом закругления. Если высечка делается по периметру заготовки или изделия, то выполняется односторонняя заточка лезвия (одно-или двухгранная, см. рис. 3.4) и нож изгибается по контуру рисунка фаской наружу, в сторону обрезков. При высечке отверстий («окон») лезвие затачивается также с одной стороны, но нож изгибается фаской внутрь, в сторону отсекаемой части заготовки или изделия. Если обе части объекта обработки являются деталями изделия (например, мозаичной головоломки), то заточку лезвия делают двусторонней, двух- или четырехгранной. После гибки концы ножа свариваются, а место сварки обтачивается и шлифуется. ГЪтовый нож крепится в колодке из толстой многослойной фанеры, в которой заранее пропиливается фигурный паз по форме ножа.
При подготовке тигельного высекального пресса к работе на его нижней плите устанавливаются или приклеиваются упоры, обеспечивающие точное совмещение высечки с контуром изображения оттисков, и марзан, обеспечивающий полноту высечки и предотвращающий повреждение кромки лезвия ножа в процессе высечки. Высекальный нож с помощью фанерной колодки крепится к верхней плите пресса с учетом расположения
Отделка листовой печатной продукции
137
оттиска и картонной заготовки упаковочного материала на его нижней плите. Чтобы обеспечить высокое качество продукции и долгосрочную эксплуатацию дорогого оборудования, высе-кальный нож следует располагать близ центра приложения силы, которая на тигельных прессах при полной нагрузке составляет несколько МН (десятков тонн-силы).
Принцип ножевой высечки с неподвижным фигурным ножом (рис. 2.5, б) используется в малогабаритных и простых по конструкции полуавтоматах, исполнительные механизмы которых (толкатель с гидравлическим приводом, сквозной фигурный нож, желоба укладки и приемки) располагаются под небольшим, порядка 15°, наклоном к горизонту. Сам принцип продавливания стопы заготовок через сквозной нож не позволяет делать ножи сложной конфигурации, поэтому он используется преимущественно в массовом производстве этикеток, карманных календарей и другой продукции прямоугольной формы с закругленными углами. Фигурные ножи изготавливают из более широкой (порядка 100 мм) полосовой стали, а для готовых ножей делаются специальные оправки или к ним привариваются детали, необходимые для надежного крепления к корпусу гидросистемы толкателя или приемного стола.
Простая конструкция прессов с неподвижным ножом требует малого времени на переналадку при смене заказа: необходимы лишь смена ножа и регулировки положения накладного стола и стенки по отношению к ближайшим кромкам лезвия ножа. Производительность высекальных прессов с неподвижным ножом довольно высока: полуавтомат типа ПВЭ-2М Зарайского филиала ГФ «Полиграфресурсы» за один цикл работы обрабатывает стопу высотой 10-12 см, те. несколько сотен экземпляров заготовок. К недостаткам этого принципа высечки можно отнести относительную сложность изготовления ножа из широкополосной стали, сравнительно сложную систему его крепления, малые размеры (площадь до 2 дм2) получаемых изделий.
Ротационный принцип высечки (рис. 2.6, в) предполагает использование фигурного ножа, режущая кромка которого расположена на цилиндрической поверхности, и цилиндрической твердой опоры — марзана. Этот принцип требует очень высокой точности изготовления исполнительных инструментов, поэтому ножи делаются из высококачественной калиброванной стали с применением лазерного гравирования на прецизионном оборудовании. Цилиндрические ножи делаются из отрезков тонкостенной трубы или из листовой стали. В последнем случае
ножи устанавливаются на цилиндрах, снабженных электромагнитной системой крепления. Ротационная высечка может выполняться на специальном оборудовании или в секциях рулонных машин спецвидов печати. Приводка высечки (совмещение контуров лезвия ножа и многоцветного оттиска) выполняется обычными средствами, используемыми в рулонных печатных машинах, — регистровыми валиками, изменяющими длину пути бумажного полотна от печатной секции до секции высечки, и осевым смещением рулона.
Способ ротационной высечки находит широкое применение в массовом производстве самоклеящихся этикеток, при изготовлении которых высечка делается только на толщину материала этикеток, а защитная антиадгезионная подложка служит своеобразным марзаном для цилиндрического фигурного ножа. Этот способ высечки требует больших затрат на приобретение специального оборудования и изготовление ножей, но высокая производительность, возможность агрегатирования с печатанием и гуммированием оттисков и автоматизации наклейки фигурных этикеток на изделия делают этот способ вполне конкурентоспособным в производстве различных этикеток.
Раздел 3. Изготовление простых тетрадей
Номенклатура переработки листовой печатной продукции в книжные издания, включающая отделочные и брошюровочно-переплетные процессы, содержит более 70 различных операций, необходимых для превращения оттисков в единицу упаковки основной продукции книжных типографий. В зависимости от объема, конструкции, уровня художественного и полиграфического оформления, требований к прочности и долговечности число и состав операций могут значительно изменяться, но все их можно сгруппировать в семь-восемь комплексов из последовательных операций, которые на определенной стадии, при наличии исходных материалов и задела полуфабрикатов, могут выполняться самостоятельно. На крупных полиграфических предприятиях эти комплексы с целью улучшения организации производства выделены в цехи или отделения крупного цеха, а в учебнике они сгруппированы в разделах, что способствует усвоению содержания дисциплины ТБПП и самого понятия «технология»: это не только совокупность методов обработки, изменения свойств и формы материала или полуфабриката в процессе производства продукции, но и строгий перечень и последовательность операций, изъятие и перестановка которых могут привести к потере важных потребительских свойств изделия, а в переплетных процессах — книжного издания.
Комплектовка книжного блока не из отдельных листов, а из тетрадей — это не только дань старинной технологии переплетения рукописных и старопечатных книг, но и технологическая необходимость. Изготовление книг, скомплектованных из тетрадей, а не из отдельных листов (долей), позволяет уменьшить трудоемкость и вероятность ошибок при комплектовке блока, выбрать способ его скрепления и обработки, обеспечивающие хорошую раскрываемость, высокую прочность и долговечность книги. Книжные блоки технологически и экономически целесообразно составлять из 32-, 16- и 8-страничных так называемых простых тетрадей, получаемых соответственно при четырех-, трех- и двухсгибной перпендикулярной симметричной фальцовке, так как это обеспечивает минимальные затраты времени и труда на операциях по изготовлению блоков, высокую прочность швейного скрепления и хорошее качество
140
Раздел 3
механической обработки корешка, полное использование технологических возможностей печатных машин и минимальные затраты в допечатных процессах, позволяет получить максимальную прочность и долговечность книг.
Изготовление простых книжных тетрадей из оттисков, получаемых на листовых печатных машинах, включает операции сталкивания, подрезки и разрезки листов на части, фальцовки, прессования и обвязки тетрадей и их складирования до момента готовности всех конструктивных деталей книжного блока к дальнейшей переработке.
3.1. Сталкивание листов
Выравнивание кромок различных листовых материалов и оттисков по двум смежным торцам стопы выполняется с целью повышения надежности работы самонакладов печатных, отделочных и фальцевальных машин и качества продукции одноножевых бумагорезальных машин. Оно необходимо в тех случаях, когда сдвиг листов в стопе из-за неточной работы приемно-выводного устройства листорезальных и листовых печатных машин или небрежной транспортировки превышает допуски на величину сдвига листов для бесперебойной работы самонакладов, на формат и точность разрезки листовых материалов и продукции. Сталкиванию подвергаются незапечатанная бумага, оттиски и различные листовые переплетные материалы перед печатанием, отделкой, разрезкой и фальцовкой.
3.1.1. ТЕХНОЛОГИЯ СТАЛКИВАНИЯ
Сталкивание листов производится вручную, на сталкива-тельных полуавтоматах и на автоматизированных комплексных системах, в которые входит сталкивательный автомат. Сталкивание листов вручную выполняется на горизонтальном столе с ровной и гладкой поверхностью, ширина которого несколько больше диагонали обрабатываемых листов. При ручном сталкивании рабочий переносит малую (удобную в работе) стопу листов с поддона на сталкивательный стол, особыми приемами образует между листами стопы «воздушную смазку», распускает стопу «лесенкой», выравнивает ее мягкими ударами о поверхность стола поочередно по кромкам верного угла, после чего ладонью вытесняет воздух между листов и укладывает стопу на стол самонаклада, резальной машины или на другой поддон. На
Изготовление простых тетрадей
141
столкнутой стопе верные кромки помечают цветным карандашом или, если бумага предназначена для печати обложек и открыток, срезкой верного угла на величину до 10 мм от его вершины. При запечатывании лицевой стороны листа верный угол отмечают специальной меткой—узкой полоской длиной до 3 кв. на боковой кромке листа. Метки в стопе образуют хорошо заметную полосу на торцевой грани.
При ручном сталкивании труд рабочего тяжел и непроизводителен: каждую стопку бумаги он поднимает и опускает на поверхность стола от 2 до 6 раз, обрабатывая за смену до 4 т бумаги. На малых и средних полиграфических предприятиях для сталкивания используют простые по конструкции и доступные по цене сталкивательные станки. Такой станок имеет массивное основание, стол с двумя низкими стенками-упорами, систему раздува листов и электропривод, обеспечивающий вибрацию стола в процессе сталкивания. При работе стол занимает наклонное положение, а листы благодаря воздушной смазке и собственной силе тяжести выравниваются о боковые стенки. Загрузку сталкивательного станка следует производить малыми стопами, так как при большой массе стопы эффективность раздува листов значительно снижается, а время выравнивания листов по боковым стенкам возрастает. Современные средние и крупные полиграфические предприятия используют автоматизированные комплексные системы, обслуживающие процессы сталкивания, разрезки и все связанные с ними перевалочные операции (см. подразд. 3.2).
После сталкивания листы бумаги и оттиски должны быть сосчитаны и уложены стопами по 500 экземпляров на поддоны в штабели, высота которых не должна превышать 1,6 м. Стопы следует отделять друг от друга полосками цветной бумаги для оценки объема выполненной работы и количества имеющейся в наличии бумаги или полуфабрикатов.
Бумага и полуфабрикаты после сталкивания оцениваются по единственному показателю качества—точности сталкивания. Листы в стопе должны быть столкнуты (выровнены) точно, с допуском 3 мм для бумаги и 4 мм для переплетной ткани. Точность сталкивания определяется визуально при «пересыпке» стопы по верным кромкам.
3.1.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТОЧНОСТЬ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАЛКИВАНИЯ
Точность и производительность ручного и машинного сталкивания листов зависят от формата, поверхностной плотности,
142
Раздел 3
объемной массы, гладкости и влажности бумаги, а также от средней величины первоначального смещения листов и состояния их кромок.
Листы большого формата менее удобны в работе и при прочих равных показателях имеют большую массу, поэтому для сталкивания берется стопка бумаги с меньшим числом листов, чем при среднем и малом формате. Производительность сталкивания при этом снижается на 17-20%. У бумаги с высокой поверхностной плотностью при прочих равных условиях выше масса, толщина и жесткость, что оказывает двоякое влияние на трудоемкость операции: с одной стороны, необходимо сталкивать стопки бумаги с меньшим числом листов, но, с другой стороны, толстые и жесткие листы бумаги сравнительно легко выравниваются по кромкам. По этим причинам с ростом поверхностной плотности бумаги на каждые 20% производительность сталкивания бумаги поверхностной плотностью свыше 90 г/м2 снижается примерно на 5%. Сталкивание листов тонких видов бумаги с малой поверхностной плотностью затрудняется из-за их малой жесткости. При выравнивании листов о твердую поверхность стола или стенок сталкивательного станка вероятность сминания их кромок значительно возрастает. С учетом этого нормы выработки на сталкивание бумаги с поверхностной плотностью ниже 55 г/м2 снижены примерно на 17%. Тонкие, с малой поверхностной плотностью виды бумаги (например, папиросная поверхностной плотностью 16 г/м2) сталкивать вообще невозможно, их выравнивают наколкой каждого листа на иглы.
Листы каландрированной и мелованной бумаги с высокой гладкостью хорошо скользят друг по другу и легко сталкиваются. Высококаландрированную с гладкостью более 300 с и мелованную бумагу перед подрезкой и разрезкой можно вообще не сталкивать, а выравнивать, приталкивая к подавателю и упору при укладке стопы на столе одноножевой бумагорезальной машины.
Повышенная влажность бумаги затрудняет сталкивание, так как при этом снижается ее жесткость и возрастает коэффициент трения. При низкой (менее 5%) влажности бумага легко электризуется при плотном контакте и трении листов. Накопление зарядов при электризации приводит к слипанию листов, что затрудняет выполнение основных операций сталкивания. Оптимальная для данного технологического процесса влажность
Изготовление простых тетрадей
143
бумаги, равная 7-8%, может быть достигнута при нормальной относительной влажности воздуха в цехе (60 ± 5)% и после акклиматизации бумаги в течение суток.
Большой первоначальный сдвиг листов, волнистые, замятые и поврежденные кромки листов затрудняют сталкивание. Вместе с тем при загрузке плоскостапельных самонакладов печатных, отделочных и фальцевальных машин сталкивания можно и не производить, если первоначальный сдвиг листов не превышает 3 мм. При загрузке круглостапельных самонакладов фальцевальных машин сталкивания можно не производить и при большем (до 10 мм) смещении кромок листов.
3.2. Подрезка и разрезка листов
В современном полиграфическом производстве стремятся использовать печатные машины большого (84х 108 см) и двойного (1 ООх 140 см) форматов. На бумажном листе формата 1 ОООх 1400 мм можно отпечатать 81 открытку формата А6 (105x148 мм) и 64 страницы книжного издания формата 70x100/16. Если при этом необходимо получить тетради объемом в 32 (16, 8) страницы, то листы перед фальцовкой необходимо разрезать на две (4,8) части. В общем случае число частей N4, на которые необходимо разрезать запечатанные листы бумаги перед фальцовкой, определяется по формуле
^Ч=СЛ/СТ, (3.1)
где Сл — число страниц в бумажном листе; Ст—число страниц в тетради.
В ряде случаев перед разрезкой листов на части делают и их подрезку — удаляют кромки с целью придания листам точных размеров, прямоугольной формы и ровных краев. Эта операция обязательна д ля многоцветных оттисков листовых изданий (буклетов, листовок, карт, плакатов, этикеток и др.), так как приво-дочные метки и контрольные шкалы на полях должны быть удалены до разрезки оттиска на части. Подрезка и разрезка листовых материалов производятся на одноножевых бумагорезальных машинах, они универсальны и используются д ля подрезки и разрезки не только бумаги и оттисков, но и различных переплетных материалов. Резальные машины состоят из массивной станины, регулируемого (при сборке) по наклону стола, электромеханического или гидравлического привода, основных исполнительных механизмов — балки прижима, ножа и подавателя,
144
Раздел 3
системы фоторелейной защиты, которая вместе с соблюдением принципа занятости двух рук при пуске машины обеспечивает резальщику полную безопасность работы. На полиграфических предприятиях, в зависимости от формата и вида обрабатываемых материалов, эксплуатируются резальные машины с длиной реза от 55 до 176 см и максимальной высотой стопы до 165 мм, с различной степенью электронного и компьютерного оснащения. Они оснащены автоматизированными системами установки подавателя и контроля расстояния от подавателя до линии реза. Машины с гидравлическим приводом балки прижима имеют также систему контроля величины давления балки прижима в процессе разрезки.
3.2.1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДРЕЗКИ И РАЗРЕЗКИ
Разрезка бумаги, оттисков и переплетных материалов выполняется по макету, который мастер участка размечает с помощью металлической линейки или рулетки с ценой деления 1 мм и затем утверждает своей подписью. В простых случаях (например, при подготовке бумаги к печати, разрезке больших листов на малые и равные доли и т.п.), если задание известно, резальщик может работу выполнить сам, воспользовавшись калькулятором и индикацией положения подавателя на пульте управления машины или ранее записанной программой разрезки.
Ознакомившись с макетом, резальщик определяет рациональный порядок разрезки, если это необходимо, составляет и записывает в память машины программу разрезки, устанавливает подаватель на положение первого реза, после чего снимает с поддона малые стопы листов и заполняет ими стол машины, приталкивая их короткой верной гранью к подавателю, а длинной — к одному из боковых упоров. Уложив стопу максимально возможной для данных условий высоты, резальщик пускает машину, устанавливает подаватель на новый размер, при необходимости разворачивает стопу для разрезки вдоль длинной стороны, убирает обрезки, а по окончании разрезки укладывает продукцию на другой поддон.
Предельная высота разрезаемой стопы определяется не только технической характеристикой резальной машины, но и требуемой точностью разрезки, видом материала и техническим состоянием машины. Печатная бумага, как правило, может разрезаться привертками максимальной высоты, которые содержат от 750 до 1500 листов. Необходимая точность разрезки прихо-
Изготовление простых тетрадей
145
рошей настройке новой машины может быть достигнута, если в стопе 500 листов мелованной бумаги, 350 листов коленкора, 300 листов ледерина, не более 250 листов переплетных материалов на бумажной основе. При работе на изношенном оборудовании и разрезке очень гладких материалов, способных самопроизвольно скручиваться и рассыпаться в высокой стопе, число листов в привертке по сравнению с максимально возможным необходимо уменьшать на 25-50%.
Подрезку незапечатанной бумаги следует производить сначала по короткой грани стопы, приталкивая короткую верную грань к подавателю, после чего, если это необходимо, по другой короткой грани, приталкивая к подавателю уже подрезанную грань. Только после этого можно подрезать длинные грани сто-
пы, приталкивая подрезанной короткой гранью к одному из боковых упоров. Разрезку листов запечатанной бумаги на любое число частей рекомендуется делать в следующем порядке: стопу сначала приталкивают короткой верной гранью к подавателю и последовательно разрезают ее на полосы, после чего все полосы разрезают на части, притолкнув их длинной верной гранью к подавателю, а короткой — к
Рис. 3.1. Схема подрезки и разрезки оттисков: 1р — 4 р — порядковые номера резов при подрезке; 5р — Юр — порядковые номера разрезки на полосы и на части; ВК — верные кромки
боковому упору. При раскрое покровных материалов и запечатанных листов с обложками, открытками, бланками, этикетка-
ми сначала делают подрезку со всех четырех сторон, а затем разрезку (рис. 3.1). Если ширина отрезаемых полос меньше 160 мм, следует применять специальную подставку-угольник, которая придвигается к отрезаемой части стопы, чтобы она не рассыпалась. При срезке углов покровных сторонок и материалов для переплетных крышек следует использовать специальный шаблон-угольник, прикрепляемый к подавателю. После разрезки запечатанных форзацев их верхний обрез помечается цветным карандашом или фломастером.
Качество подрезки и разрезки резальщик контролирует периодически через каждый 1-1,5 ч по следующим показателям:
146
Раздел 3
точности размеров и отсутствию косины по длине и ширине листов, гладкости обреза стопы (отсутствию шероховатости, полос, волнистости), отсутствию слипания листов и следов прижимной балки, полноте разрезки и ровности кромок нижних листов стопы. Размерные показатели качества контролируются металлической линейкой или рулеткой с миллиметровыми делениями, а остальные показатели — визуально.
Допуски на точность обрезки: ±1,0 мм на размеры листов и 1 мм на 1 м длины обрезанной кромки на косину.
3.2.2. СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ ПРИ РАЗРЕЗКЕ ЛИСТОВ
Нож, врезаясь в стопу, развивает значительное давление, которое на несколько порядков превосходит давление балки прижима, поэтому листы под кромкой лезвия прогибаются (рис. 3.2), причем в верхней части стопы больше, чем в нижней. Величина прогиба листов под лезвием, зависящая от объемной массы, толщины и высокоэластических свойств разрезаемого материала, оказывает заметное влияние на точность разрезки. При деформировании стопы кромкой лезвия в листах возникают контактные напряжения сжатия, быстро возрастающие по мере внедрения лезвия в стопу. Когда напряжение под лезвием достигает предела прочности материала, начинается его разрушение и разделение листа. Для бумаги предел прочности при сжатии составляет примерно 200 МПа (2 тс/см2). При таком напряжении наступает механическая деструкция надмолекулярной структуры материала на основе целлюлозы вследствие преодоления сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей, смещения волокон и разделения их на фибриллы и микрофибриллы (см. подразд. 1.1.5) без признаков течения. Такой вид разрушения дает гладкий обрез.
При дальнейшем движении ножа уже надрезанная часть листа отжимается клинообразной кромкой лезвия, в результате чего возникают растягивающие напряжения, значения которых максимальны у имеющегося уже надреза. Предел прочности волокнистых материалов на растяжение обычно во много раз меньше передела прочности на сжатие, для печатной бумаги он не превышает 30 МПа (294 кгс/см2), поэтому при наличии растягивающих напряжений волокнистые материалы разрушаются в основном за счет нарушения связей между волокнами.
Если материал разрушается только в результате растягивающих усилий, то разделение стопы происходит на некотором рас
Изготовление простых тетрадей 147
стоянии от кромки лезвия, т. е. идет процесс «раскалывания» стопы с образованием так называемой «опережающей трещины». В относительно толстой и гладкой бумаге опережающая трещина может возникнуть только в нижней части каждого листа. При разрезке тонких и шероховатых материалов с малой объемной массой опережающая трещина может простираться на толщину нескольких листов. Разрушение материалов за счет нарушения связей между волокнами с образованием опережающей трещины приводит к получению шероховатого обреза.
Рис. 3.2. Схема деформации стопы и листов при разрезке: 1 — стопа;
2 — стол; 3 — подаватель; 4 — прижим; 5 — нож; 6 — ножедержатель;
I— номинальный размер разрезки; S — сила реакции листов стопы;
Т— сила реакции отрезаемой части стопы; LM — опережающая трещина
3.2.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТОЧНОСТЬ РАЗРЕЗКИ
Точность разрезки листов в стопе при тщательном сталкивании, точной установке размера и плотном приталкивании стопы к подавателю зависит от высоты стопы и длины реза, геометрии и остроты ножа, силы прижима стопы балкой прижима, вида и влажности бумаги, состояния машины.
Высота стопы. С увеличением высоты стопы увеличиваются отклонения в размерах и косина листов, причем зависимость
148
Раздел 3
величины отклонений в размерах и косины от высоты имеет вид степенной функции с показателем степени больше единицы. Если необходимо повысить точность разрезки вдвое, то высоту стопы в ущерб производительности необходимо уменьшить примерно на 1/3.
Длина реза. Точность разрезки не зависит от длины реза лишь в том случае, если косина листов измеряется как относительная величина и выражается в процентах. Если же косину листа по линии реза выражают в абсолютном значении как разницу размеров двух противоположных кромок, смежных с линией реза, то следует считать, что косина листов пропорциональна длине реза.
Геометрия и острота ножа. При двойной прямолинейной заточке уменьшается сила трения фаски ножа об отрезаемую часть стопы, уменьшается лобовая составляющая сила резания и повышается точность разрезки. С увеличением угла заточки ножа отклонение в размерах и косина листов возрастают по линейному закону, так как увеличиваются вероятность вытягивания листов из-под балки прижима и сила реакции отрезаемой части стопы на фаску ножа. По мере затупления ножа разность в размерах листов возрастает.
Сила прижима стопы. С увеличением силы прижима прижимной балкой точность разрезки, как правило, возрастает, так как уменьшается вероятность вытягивания листов из-под балки прижима. Силу прижима следует регулировать в зависимости от вида разрезаемого материала, причем главными показателями, требующими изменения силы прижима, являются объемная масса (плотность), толщина и гладкость материала.
Объемная масса, толщина и гладкость материалов. Каландрированная, с большой (0,85 г/см3 и выше) объемной массой и гладкостью свыше 120 с бумага точно разрезается при малой силе прижима. При большой силе прижима материалов с большой объемной массой лезвие ножа значительно отклоняется в сторону отрезаемой части, нижние листы стопы могут получаться длиннее верхних, больше установленного размера. Бумага машинной гладкости с малой объемной массой требует большей силы прижима: при малой силе прижима верхние листы сильно прогибаются под кромкой лезвия и могут оказаться больше установленного размера. Наиболее точно разрезаются материалы с большой плотностью и толщиной, с гладкой поверхностью, так как при разрезке гладких материалов сила реакции Г (см. рис. 3.2) отрезаемой части стопы весьма мала.
Изготовление простых тетрадей
149
Влажность материалов. С повышением влажности волокнистых материалов снижаются их сопротивление резанию, прочность на растяжение и сжатие, точность разрезки возрастает. Вместе с тем при высокой влажности повышается коэффициент трения материалов, затрудняется смещение отрезаемой части стопы фаской ножа. Это приводит к защеплению ножом отрезаемой части стопы и к снижению точности разрезки. Оптимальная влажность для бумаги составляет 7-8%.
Состояние и условия эксплуатации машины. Современные бумагорезальные машины, снабженные электронной цифровой индикацией положения подавателя, при остром ноже и правильно подобранной силе прижима позволяют резать самые разнообразные материалы с очень высокой точностью, если соблюдаются основные правила их монтажа и эксплуатации. В одноножевых резальных машинах два их конструктивных узла — станина и стол — не скрепляются жестко друг с другом. В собранной машине стол передней частью опирается на призмы горизонтальной опоры станины, а задней — на стойку, играющую роль регулировочного винта. При установке станины крайне важно соблюдать три условия: 1) станина должна быть установлена так, чтобы вершины призм располагались на одной горизонтальной линии; 2) плоскость ножа должна быть строго вертикальной; 3) плоскость стола должна быть строго горизонтальной, а угол между плоскостями ножа и столом — прямым (рис. 3.3). Соблюдение этих условий в большинстве случаев требует подливки фундамента под станину с использованием ватерпаса, чем обычно пренебрегают.
Рис. 3.3. Схема монтажа резальной машины: 1 — плоскость ножа; 2 — плоскость стола; 3 — призма станины;
4 — стойка стола
150
Раздел 3
В машинах старых конструкций и в относительно новых, находящихся в интенсивной эксплуатации, возможен люфт перемещения подавателя. Чтобы исключить влияние люфта подавателя на размеры разрезанных листов, окончательную установку размера следует делать движением подавателя к линии реза. При разрезке больших листов на большое число полос и полос на доли следует: 1) по возможности уменьшить силу прижима; 2) после каждого реза стопу приталкивать к подавателю.
Никогда не следует производить разрезку затупившимся ножом. Слипшиеся кромки листов и неровные кромки нижних листов в стопе значительно повышают процент брака на последующих операциях, а разрезка тупым ножом приводит к значительным перегрузкам и быстрому износу резальной машины. Перед установкой сменного ножа следует очистить плоскость ножедержателя от загрязнений, так как неплотное, с перекосом, прилегание плоскости ножа к ножедержателю может быть причиной значительного различия размеров верхних и нижних листов после их разрезки.
3.2.4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ, СТОЙКОСТЬ И ЧАСТОТУ СМЕНЫ НОЖЕЙ
Острота ножа и его долговечность во многом определяют производительность операции и качество полуфабрикатов. Если затупившийся нож приходится менять дважды в смену, то на эту непроизводительную операцию тратится почти 10% оперативного времени. Стойкость ножа, выражаемая в погонных метрах реза, приблизительно может быть определена по числу резов до затупления ножа. Она зависит от материала ножа, формы и угла заточки, качества заточки и правки ножа и вида разрезаемого материала.
Материал ножа. Ножи бумагорезальных машин делают двухслойными, причем режущую часть — из износостойкой вольфрамовой, хромованадиевой или другой стали, твердость которой должна быть не менее 55 ед. по Роквеллу. Применяются также ножи повышенной износостойкости с твердосплавной режущей кромкой, для заточки которых необходим специальный станок с алмазным заточным инструментом.
Форма ножа. На отечественных полиграфических предприятиях традиционно применяют прямолинейную заточку ножей (рис. 3,4, а) с утлом заточки около 20°. Однако эта форма заточки не является оптимальной: фаска ножа в процессе разрезки
Изготовление простых тетрадей
151
листов испытывает значительные нагрузки со стороны отрезаемой части стопы и сравнительно быстро сошлифовывается при трении о кромки листов. При двухгранной заточке лезвия (рис. 3.4, б) с шириной малой грани порядка 2 мм сила трения фаски ножа об отрезаемую часть стопы уменьшается в 15-18 раз, многократно повышается и стойкость ножа, так как кромка лезвия имеет форму, близкую к естественной, которую ножи приобретают по мере затупления (рис. 3.4, в). Двойная прямолинейная заточка ножей вовсе не является сложной, ее настоятельно следует рекомендовать к применению, так как она способствует повышению точности разрезки и повышению срока службы машины.
Рис. 3.4. Формы ножа: а— прямолинейной заточки; б— двойной прямолинейной заточки; в—кромки лезвия естественного затупления
Угол заточки ножа. Нож с малым углом заточки преждевременно тупится, а при разрезке твердых материалов и выкрашивается. Максимальные стойкость ножа и качество разрезки обеспечиваются тогда, когда угол заточки правильно соотносится с видом материала. Для разрезки тонких и мягких видов бумаги и картона рекомендуется угол заточки р = 16-19°, для толстых и жестких (с большой поверхностной плотностью и объемной массой) — 21-22°, для бумаги с припрессованной пленкой и прессшпана— 23-24°. Угол заточки ножей рекомендуется контролировать с помощью специальных шаблонов или путем измерения ширины фаски линейкой с пластмассовым упором и сопоставления ее с номограммой (рис. 3.5).
152
Раздел 3
Рис. 3.5. Шаблон и номограмма для определения угла заточки ножа
Качество заточки и правки. Качество заточки ножа зависит от вида применяемых абразивных инструментов, режимов заточки и квалификации исполнителя. Чем выше качество заточки, тем больше стойкость ножа и качество полуфабрикатов после разрезки.
Качество заточки и правки, как и понятия «острый» и «тупой» нож, не имеет точного определения. Режущая кромка ножа в процессе приработки и эксплуатации приобретает форму четырехгранной призмы с вершиной, лежащей на биссектрисе угла заточки лезвия (см. рис. 3.4, в). В научных разработках форму кромки лезвия приблизительно считают полуцилиндрической, а мерой остроты (затупления) ножа — радиус закругления. В процессе работы ножа радиус закругления увеличивается от 4 до 35 мкм, причем в процессе затупления ножа по чистоте обрезов различают три периода. В первом периоде приработки лезвия радиус закругления увеличивается до 10 мкм, на поверхности обреза остаются мелкие полосы от заусенцев, которые исчезают через 50-200 разов. В периоде нормальной работы обрезы чистые, а радиус закругления увеличивается до 25 мкм. В периоде затупления ножа точность разрезки понижается и ухудшается внешний вид обрезов: появляются бахрома, шероховатость, волнистость, а кромки листов слипаются. При появлении признаков затупления ножа фаску и заднюю плоскость ножа
Изготовление простых тетрадей 153
рекомендуется протирать парафином, подправлять лезвие шлифовальным бруском, а при ухудшении качества полуфабрикатов, особенно при слипании кромок листов в стопе, нож необходимо заменить.
Вид разрезаемого материала. Затупление лезвия ножа при разрезке материалов с малой объемной массой (плотностью) и твердостью происходит в основном из-за абразивных свойств разрезаемых материалов. Скорость затупления и стойкость ножа при разрезке бумаг зависят прежде всего от их объемной массы (косвенно от вида отделки и гладкости, см. рис. 3.6, а) и зольности — содержания наполнителей (рис. 3.6, б).
Рис. 3.6. Зависимость стойкости ножа от гладкости (а) и зольности (б) бумаги
Представленные зависимости позволяют судить о качестве ножей бумагорезальных машин. Ножи из хорошей инструментальной стали при правильно выбранном угле и высоком качестве заточки и правки должны выдерживать от 350 до 4000 резов в зависимости от вида бумаги, разрезаемой полными привертками.
3.2.5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТОЙКОСТЬ И ЧАСТОТУ СМЕНЫ МАРЗАНОВ
Частота смены марзанов мало влияет на производительность процесса разрезки листов, так как время смены марзанов составляет менее 1% от оперативного времени. В то же время точность
154
Раздел 3
установки марзанов в пазу стола машины и ножа по отношению к марзану существенно влияет на качество разрезки нижних листов стопы, а неточная установка ножа и марзана может в несколько раз увеличить частоту смены и общее время перестановки марзанов. Долговечность марзанов зависит в основном от вида материала, из которого они изготовлены, и глубины врезания ножа в марзан.
Глубина врезания ножа в марзан. При замене изношенного новый марзан должен быть установлен в бумагорезальной машине так, чтобы верхняя его поверхность находилась в одной плоскости с поверхностью стола, с тем чтобы при перемещении стопы нижние листы не заминались. Нож при этом должен быть установлен так, чтобы в нижнем своем положении он врезался в марзан на минимальную величину, на 0,1-0,2 мм превышающую допуск на прямолинейность режущей кромки, который для ножей длиной до 1 м составляет 0,2 мм и для большей длины — 0,3 мм. Таким образом, для разрезки нижних листов стопы необходимая и достаточная глубина врезания ножа в марзан составляет 0,4-0,5 мм в зависимости от длины ножа.
По рекомендации технологических инструкций глубина врезания ножа в марзан не должна превышать 1 мм, но при этом уже при первом резе в марзане образуется щель шириной 0,36 мм (рис. 3.7), в которую при последующих резах края 2-3 нижних листов отрезаемой части стопы будут вдавливаться, как бы
Рис. 3.7. Схема разрезки нижних листов стопы: а— при первом резе; б— при последующих резах; 1 — лезвие ножа; 2 — стол; 3 — листы
Изготовление простых тетрадей
155
увеличивать толщину клина лезвия, стремиться отогнуть лезвие в сторону подавателя, а под действием лезвия расширять щель. Уже через несколько десятков резов щель становится настолько широкой, что нижние листы не разрезаются, а разрываются ножом, поэтому кромки листов становятся рваными, с бахромой. Это служит сигналом к тому, чтобы переставить марзан в новое положение или заменить его.
Материал марзанов. В качестве марзанов используют бруски, полосы или фасонные отливки из различных пластмасс. Полиэтиленовые и капроновые марзаны изготавливают в виде брусков квадратного сечения (рис. 3.8, а), а капроновые и полиамидные — в виде брусков Т-образного сечения, которые затем вставляются в специальный стальной корпус-держатель (рис. 3.8,6). При изготовлении марзанов из эпоксидно-диановой смолы состав (смесь смолы, пластификатора и отвердителя) заливают в пазы Н-образного держателя (рис. 3.8, в). На малых предприятиях используют поливинилхлоридные или полипропиленовые марзаны в виде полос, нарезанных из листового материала и прикрепленных к деревянному или металлическому бруску мелкими гвоздями, шурупами или винтами (рис. 3.8, г) или вставленных в держатель, имеющий паз в виде «ласточкина хвоста».
Рис. 3.8. Конструкция различных марзанов: 1 — марзан; 2 — корпус марзана (держатель); 3 — планка; 4 — брусок
156
Раздел 3
Для увеличения срока службы марзаны изготавливают квадратного сечения, чтобы в прямоугольном пазу стола машины использовать металлическую планку 3, которую по мере износа марзана переставляют с одной стороны корпуса или бруска марзана на другую. Отработанные поливинилхлоридные марзаны могут быть восстановлены горячим прессованием, капроновые — переплавкой (в первичную капроновую крошку допускается вводить до 30% отработанных марзанов), а эпоксидные—заливкой прорезей от ножа свежим составом, на что расходуется около 10 г смолы.
Срок службы поливинилхлоридных марзанов при правильной установке глубины врезания ножа в марзан составляет 5-6, капроновых—8-10, эпоксидных—8-50 машино-смен.
3.3. Фальцовка листов
При изготовлении простых тетрадей, форзацев, четырехстраничных листовок и буклетов используются преимущественно простые варианты фальцовки: одно-, двух-, трех- и четырехсгиб-ные перпендикулярные, симметричные или со шлейфом. Первый сгиб образует две доли бумажного листа, четырехстраничную тетрадь, а последующие сгибы вдвое увеличивают число долей и страниц в тетради. Число долей D и страниц Ст в тетради зависит от числа сгибов и числа одновременно фальцуемых листов:
D = N^2Z, (3.2)
CT=2Nn D = N„2z+\ (3.3)
где z — число сгибов; Nn — число одновременно фальцуемых листов.
Наиболее трудоемка эта операция в производстве книг, журналов и многообъемной рекламной продукции книжного типа, рекламных буклетов и листовок. При печати изданий на рулонных ротационных машинах фальцовка отпечатанных листов исключается из схемы брошюровочно-переплетных процессов, так как выполняется фальцаппаратами этих машин. В зависимости от вида продукции, поверхностной плотности бумаги, тиража и объема производства фальцовку бумаги и оттисков производят вручную, на малоформатных настольных или на стационарных кассетных и комбинированных фальцевальных машинах.
Изготовление простых тетрадей
3.3.1. ТЕХНОЛОГИЯ ФАЛЬЦОВКИ
157
Ручная фальцовка. Ручная фальцовка применяется на малых полиграфических предприятиях, при малой загрузке фальц-отделения, малых тиражах и допечатках. Ее выполняют переплетной косточкой-гладилкой на горизонтальном столе с шириной столешницы, несколько большей диагонали листов. Стопу оттисков высотой до 6 см укладывают на столе сигнатурой со звездочкой вверх. Сигнатура со звездочкой должна располагаться в правом верхнем углу при двухсгибной фальцовке и в нежней половине листа — при трех- и четырехсгибной. Стопу немного распускают, образуя «лесенку» на левом ее краю, чтобы листы легко отделялись с правой стороны. В процессе фальцовки незапечатанной бумаги рабочий правую половину листа накладывает на левую, выравнивает по боковым и нижним кромкам, проглаживает сгиб гладилкой снизу вверх и поворачивает сложенный пополам лист сгибом к себе. Далее эти операции повторяются в таком же порядке до получения готовой тетради, но перед четвертым (или перед третьим при фальцовке бумаги толщиной более 90 мкм) сгибом верхний сгиб разрезается ножом, чтобы предотвратить образование морщин в верхнем корешковом углу разворота тетрадей. При фальцовке незапечатанной бумаги в один сгиб одновременно фальцуют по 5-10 листов — в зависимости от толщины бумаги.
Машинная фальцовка. Фальцовка массовой продукции производится на автоматических кассетных или комбинированных фальцевальных машинах. Фальцевальные машины состоят из круглостапельных, плоскостапельных или палетных самонакладов, обеспечивающих полистную подачу бумаги или оттисков, транспортных столов с механизмами равнения листа и фальцуемой тетради, кассетных (или кассетного) и ножевых фальцевальных аппаратов и приемно-выводных устройств.
Перед обработкой каждого тиража производится переналадка всех исполнительных механизмов фальцмашины. Регулиров-ки на самонакладе и транспортных столах выполняются с учетом формата, толщины и массы фальцуемых листов, а в фальц-секциях — с учетом варианта фальцовки, толщины бумаги и полуфабриката, упругих свойств бумаги. В самонакладах стопу бумаги или оттисков располагают по оси машины так, чтобы по первому транспортному столу листы двигались короткой верной кромкой вперед, а длинной верной кромкой приталкивались к
158
Раздел 3
направляющей (выравнивающей) линейке. Регулируется также система раздува и полистной подачи листов, контрольного устройства, предотвращающего одновременную подачу двух листов. На транспортном столе направляющая линейка устанавливается так, чтобы передняя кромка листов в момент подхода к первой фальцсекции была строго параллельна оси подающих фальцваликов. Это обеспечивается не только точным положением линейки относительно верной кромки движущегося листа, но и подбором грузовых шариков: чем выше поверхностная плотность, толщина и жесткость листа, тем больше должна быть масса сменных пластмассовых, стеклянных, фарфоровых или металлических шариков в обойме направляющей линейки.
В первой фальцсекции упоры кассеты устанавливаются с учетом положения первого сгиба относительно короткой верной кромки листа, а при параллельных сгибах—и упоры соответствующих кассет; все остальные кассеты закрываются заглушками (дефлекторами). После этого регулируются зазоры между фальцваликами в соответствии с требуемым вариантом фальцовки, толщиной, объемной массой, видом отделки и зольностью бумаги. В упрощенном виде величина зазора между фальцваликами определяется по формуле
Z = (3.4)
где d— толщина бумаги, мкм; кп = 0,60-0,85 — коэффициент плотности бумаги, минимальные значения которого соответствуют видам бумаги с объемной массой 0,65-0,75 г/см3, машинной гладкости, без наполнителей, а максимальные — бумаге с объемной массой 1,10-1,25 г/см3, высококаландрированной, высокозольной и мелованной. В современных фальцмашинах регулировка зазоров между фальцваликами упрощена, осуществляется с помощью одинарной или сфальцованной в соответствии с числом сгибов полоской тиражной бумаги, которую вставляют не между фальцваликами, а между площадкой станины и зажимным рычагом механизма регулировки. В кассетных фальцмашинах во всех последующих фальцсекциях peiy-лировки аналогичны.
В комбинированных фальцмашинах при регулировке ножевых фальцсекций регулируется положение бокового и передних упоров и расстояние между фальцваликами в соответствии с толщиной фальцуемой тетради, которую она будет иметь после прохождения данной фальцсекции.
Изготовление простых тетрадей
159
При трех- и четырехсгбиной фальцовке бумаги толщиной более 90 мкм (и при фальцовке тонкой бумаги в 5 сгибов) обычно применяется биговка или перфорация полуфабрикатов (см. подразд. 2.4.2 и 2.4.3), что требует установки биговальных и перфорирующих ножей и опорных дисков во второй или в последующих фальцсекциях. Перфорация улучшает условия образования третьего и последующих сгибов за счет местного разрушения бумаги по линии будущего фальца и уменьшения в связи с этим сопротивления бумаги изгибу в ослабленном сечении. Сквозные просечки в листе важны и для последующих сгибов, так как они облегчают выход воздуха из петли и замкнутых полостей тетради, уменьшая вероятность появления диагональных морщин, неустранимых утолщений корешковых фальцев у верхнего края тетрадей. Однако при перфорации фальцуемых листов повышается процент брака из-за невозможности перефальцовки неправильно сфальцованных тетрадей, снижается примерно на 5% производительность машин из-за увеличения риска намотки листов на фальцвали-ки, а машина загрязняется бумажной пылью. Эти недостатки отсутствуют при биговке листов.
Возникающая при биговке деформация снижает жесткость листа по линии бига и, что особенно важно, жесткость предыдущего сгиба в месте пересечения его с линией биговки. Биговка значительно облегчает условия образования сгибов и является эффективным средством повышения качества фальцовки тетрадей: она повышает точность фальцовки, способствует образованию плотно затянутых фальцев, обеспечивает высокий коэффициент спрессованности тетрадей.
В процессе фальцовки на машинах с круглостапельным самонакладом машинист периодически загружает верхний стол самонаклада листами, приталкивая их к боковому упору и распуская «лесенкой» со сдвигом в 1,5-2 мм, следит за работой механизмов машины и качеством сфальцованных тетрадей.
3.3.2. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ФАЛЬЦОВКИ
Качество сфальцованных тетрадей и односгибных деталей книжных изданий оказывает существенное влияние на надежность работы и производительность оборудования на последующих операциях и в конечном счете — на удобочитаемость, долговечность и товарный вид издания. В процессе работы фальцовщик оценивает качество фальцовки многосгибных тетрадей
160
Раздел 3
по следующим показателям: правильной последовательности страниц; точности размеров и отсутствию косины корешковых полей; точности размеров верхних полей; плотности затяжки фальцев; степени их обжатия; отсутствию складок, морщин, повреждений; наличию перфорации в верхнем сгибе у тетрадей четырехсгибной перпендикулярной фальцовки; ширине шлейфа; точности размеров форзацев и других деталей и листовок по ширине и высоте; точности положения сгиба у форзацев с рисунком и окаймляющими рамками.
Правильная последовательность страниц в тетради— безусловный показатель качества, нарушение которого бракует издание. Точность фальцовки оценивается как равенство полей на смежных страницах, совмещение краев смежных полос или колонцифр, а для незапечатанной бумаги — как совмещение кромок долей листа. Допуск на точность фальцовки и отсутствие косины — 1,5-3,0 мм в зависимости от формата издания и объема тетрадей.
Плотность затяжки фальцев. Плотностью затяжки фальцев называют плотность прилегания корешковых сгибов друг к другу всех односгибных долей тетради. Неплотная затяжка фальцев — одна из причин снижения плотности шитья и шитья не по фальцам («обшивки фальцев»), что значительно снижает долговечность книжного издания. Плотность затяжки фальцев может быть определена с помощью прибора, разработанного автором, на котором индикаторным толщиномером последовательно измеряются толщина половины сфальцованной тетради и расстояние от наружного до внутреннего корешкового сгиба у нижнего края тетради. Плотность затяжки фальцев вычисляется по формуле
n,=dT/(2lKC), (3.5)
где dT — толщина тетради, мм; 1кс — расстояние между наружным и внутренним корешковыми сгибами, мм.
Степень обжатия фальцев может быть определена коэффициентом их спрессованности [см. формулу (3.7)], определенным при минимальном давлении порядка 1 кПа (10 гс/см2), но его номинальное значение и допуски для тетрадей после фальцовки не установлены.
Отсутствие складок и морщин. Этот показатель качества оценивается визуально и поэтому субъективно, а допустимое их число и величина рельефа не установлены. Считается, что они не должны портить внешнего вида разворотов книги и недопус
Изготовление простых тетрадей 161
тимы в факсимильных, сувенирных, подарочных, юбилейных изданиях.
Наличие перфорации верхнего сгиба— безусловный показатель качества тетрадей четырехсгибной перпендикулярной фальцовки. Отсутствие перфорации в таких тетрадях приводит к образованию глубоких морщин, является грубым нарушением технологической дисциплины.
Ширина шлейфа важна для четкой работы самонакладов вкладочно-швейных и ниткошвейных автоматов, раскрывание тетрадей в которых при накидке на транспортер происходит с помощью шлейфа. Этот показатель измеряется металлической линейкой с миллиметровыми делениями (ГОСТ 427-75). Номинальное значение ширины шлейфа 8 мм, допуск ±2 мм.
3.3.3. СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ФАЛЬЦОВКЕ
Деформации при первом сгибе. В любом варианте фальцовки при получении первого сгиба бумага подвергается деформации изгиба. В зависимости от типа фальцевальных аппаратов сгиб образуется или на воронке, или на лезвии ножа, или в кассете, после чего формируется и уплотняется клапаном и колодкой или фальцваликами, для чего зазор в фальцваликах устанавливается несколько меньше суммарной толщины долей фальцуемого листа.
При изгибе листа толщиной d (рис. 3.9, а) по окружности радиусом R наружные по отношению к нейтральной линии слои бумаги подвергаются деформации растяжения, а внутренние — деформации сжатия. Относительная деформация растяжения при этом будет равна
с lA~lH d
(3-6)
где 1н—длина нейтральной линии листа; 1д—длина деформированных слоев листа.
Относительная деформация сжатия £с внутренней поверхности листа такая же по модулю, но имеет отрицательное значение.
Длина полуокружности нейтральной линии в зоне деформации 1н = tc(jR + d/2), а деформированных поверхностных слоев 1д = =n(R ± (^.Абсолютная деформация растяжения и сжатия поверхностных слоев Д1 = 1д - 1н = d/2, а внутренних слоев понижается до нуля при приближении к нейтральной линии. Это означает,
162
Раздел 3
что при изгибе кроме деформаций растяжения и сжатия, вызывающих в бумаге повышение пористости и уплотнение, неизбежны значительные деформации сдвига, сопровождающиеся относительным смещением волокон, нарушением связей между ними и потерей прочности.
Рис. 3.9. Схема деформирования листов при фальцовке: а — под действием силы тяжести; б— геометрически правильного сгиба; в — реального сгиба при поперечном раскрое
Характерно, что лист бумаги может быть сложен пополам под действием очень малой силы (например, силы тяжести тд своей верхней доли, см. рис. 3.9, а), способной вызвать значительные деформации благодаря большому соотношению плеч СО:АО и СО:ВО действующих моментов сил. Расчеты показывают, что сила тяжести верхней доли листа всего в 0,1 Н (~ 10 гс) вызывает напряжение у линий фальца около 2,5 МПа (25 кгс/см2), убывающее по линейному закону и падающее до нуля на нейтральной линии. Чтобы получить четкий и стойкий сгиб, в процессе фальцовки необходимо приложить давление около 5 МПа (кгс/см2) перпендикулярно поверхности сложенного листа в зоне
Изготовление простых тетрадей
163
фальца. Такое давление у стопы несфальцованных листов вызывает сравнительно небольшую деформацию сжатия (около 30%), но при фальцовке она значительно выше.
Если бы удалось получить геометрически правильный сгиб, как показано на рис. 3.9, б, то при первом сгибе относительные деформации растяжения и сжатия оказались бы равными 100%: при R = 0 е = 1,00 = 100%. Такие деформации, особенно деформации сжатия, нереальны даже теоретически, так как материя в точке В (рис. 3.9, б) не может исчезнуть. Известно, что относительное удлинение бумаги при растяжении не превышает 4,2%. Это означает, что без разрушения структуры бумаги можно получить сгиб по радиусу R=ll,4d~0,8 мм для обычной печатной бумаги. При сжатии печатной бумаги машинной гладкости, пористость которой достигает 60%, при давлении 5 МПа (50 кгс/см2) вытеснить весь воздух и максимально уплотнить структуру не удается; дальнейшее повышение давления приводит к относительному сдвигу волокон, нарушению молекулярных связей между ними и значительному снижению прочности бумаги.
В реальных условиях фальцовки падение прочности разных видов печатной бумаги по сгибу в зависимости от направления раскроя не превышает 30%, ожидаемого 2-3-кратного уменьшения прочности не происходит: очевидно, деформация растяжения и сжатия распространяется на более широкую область листа. При этом концы соседних волокон у наружного сгиба расходятся на значительные расстояния лишь близ поверхности бумаги поперечного раскроя, а во внутренней части сгиба волокна набегают друг на друга, образуя утолщения и многочисленные мелкие складки вдоль линии сгиба (рис. 3.9, в), которые при фальцовке толстой бумаги заметны даже невооруженным глазом.
Характер и величина разрушения связей между волокнами в сгибе различны в тетрадях с долевым и поперечным раскроем. Если сгиб происходит по машинному направлению бумаги, то в зону перегиба попадают в основном боковые разветвления волокон целлюлозы и древесной массы и небольшое количество волокон, оказавшихся под каким-либо углом к машинному направлению из-за сотрясательного движения сетки бумагоделательной машины. Сгиб в этом случае получается довольно четким, стойким, со сравнительно гладким фальцем, без изломов и искривлений.
Если же сгиб перпендикулярен машинному направлению бумаги, то в зону перегиба листа попадает основная масса цел
164
Раздел 3
люлозных волокон, ориентированных по машинному направлению. Наружная поверхность фальца при этом получается шероховатой, так как концы волокон освобождаются от молекулярных связей друг с другом, внутреннее утолщение бывает заметно большим, а линия сгиба — неровной. Сам фальц, несмотря на разрушения около 30% толщины листа, стремится вернуть свою первоначальную форму.
Деформации при втором сгибе. При втором параллельном сгибе условия перегиба внутренней доли листа подобны условиям образования первого сгиба. Наружная доля при этом огибает внутреннюю по радиусу, равному толщине бумажного листа: R=cL Относительная деформация растяжения и сжатия поверхностных слоев наружной доли листа при плотном прилегании листочков в сгибе, рассчитанная по формуле (3.6), ровно в 3 раза меньше, чем у внутренней доли листа, что приводит к меньшему разрушению структуры бумаги, но к большей способности сгиба к самовосстановлению.
Деформации листа при перпендикулярных сгибах. В механизме получения второго перпендикулярного сгиба есть три важные особенности. Первая состоит в том, что жесткость одного края односгибной тетради у сгиба значительно отличается от жесткости остальной ее части. Вследствие этого в кассетных фальцевальных аппаратах происходят неравномерный прогиб бумажной петли перед ее захватом фальцующими валиками и отставание захвата петли у кромки листа, имеющего сгиб. Вторая особенность заключается в том, что наружная доля листа огибает внутреннюю по радиусу, равному толщине листа, и при плотном к ней прилегании оказывается уже внутренней, выжимая ее на величину Cn = nd/ 2, а в многосгибных тетрадях — на величину TidCn/4- 1 (рис. 3.10). Однако по кромке первого сгиба обе доли листа составляют единое целое, поэтому внутренняя доля не может в этом месте сместиться относительно внешней и испытывает от внешней доли листа значительные направления сжатия, направленные по линиям первого сгиба. Третьей особенностью является то, что внутренняя половина листа, связанная с наружным первым сгибом наподобие шарнира, может поворачиваться относительно точки пересечения сгибов и по мере прохождения второго сгиба в фальцваликах постепенно вытесняется из наружной. Так как противоположная от первого сгиба часть листа относительно свободна, она заметно отодви
Изготовление простых тетрадей
165
гается от линии сгиба наружной половины листа. Эти особенности обусловливают снижение точности перпендикулярного сгиба при фальцовке листов в кассетных фальцевальных машинах, а во всех типах фальцаппаратов — неплотную затяжку фальцев и образование диагональных морщин.
При последующих перпендикулярных сгибах предыдущие подвергаются дополнительному уплотнению в фальцваликах, причем если в предыдущей фальцсекции сгиб обжимался сразу (за несколько тысячных секунды), то в следующей секции он обжимается постепенно, по мере прохождения листа между фальцующими ва
Рис. 3.10. Схема выжимания внутренней доли листа при перпендикулярной фальцовке: F— результирующая сил упругости долей листа
ликами с удельным време-
нем 0,07-0,2 с/м. Вероятность образования морщин и складок и неплотной затяжки фальцев при третьем и особенно четвертом перпендикулярном сгибе многократно возрастает.
3.3.4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ФАЛЬЦОВКИ
На основные показатели качества сфальцованных тетрадей (точность фальцовки, степень обжатия фальцев и отсутствие морщин) оказывают влияние режимы фальцовки и технологические факторы. Под режимами фальцовки подразумевается величина зазора между фальцваликами и скорость работы фальцмашины, определяющие величину, время и энергию силового воздействия на фальцуемую бумагу. К технологическим факторам относятся толщина, объемная масса, зольность и влажность бумаги, направление раскроя, число сгибов и вари
166
Раздел 3
ант фальцовки тетради, определяющие деформационные свойства бумаги и полуфабриката. На производительность фальцовки оказывают влияние в основном формат (длина) и толщина бумаги и вариант фальцовки.
Режимы фальцовки. Величина зазора между фалъивалика-ми, предварительно устанавливаемая при подготовке фальцма-шины к работе [см. подразд. 3.3.1 и формулу (3.4)], определяет удельную силу обжима фальцев; в процессе фальцовки она должна дополнительно регулироваться с учетом числа сгибов и варианта фальцовки. Технологически необходимая удельная сила сжатия фальцуемой тетради в фальцваликах должна возрастать с увеличением суммарной толщины и числа обжимаемых фальцев. Чтобы получить высокую степень обжатия фальцев, при 1 -3-сгибной параллельной фальцовке она должна возрастать от 0,12 до 0,40 кН/м (кгс/см), а при 2-4-сгибной перпендикулярной фальцовке — от 0,20 до 2,5 кН/м (кгс/см).
Скорость работы фальцмашины существенно влияет на точность фальцовки тонкой бумаги с малой объемной массой и, следовательно, жесткостью, так как такая бумага легко деформируется в момент равнения листа по упорам кассет и ножевых фальцсекций. Чтобы получить точность фальцовки высокого уровня тонкой бумаги, скорость работы машины приходится снижать.
Другие параметры режимов обработки, влияющие на результат силового воздействия на материалы, — время обжима сгибов и температура материала—в повседневной практике фальцовки существенно не изменяются, поэтому их влиянием на качество фальцовки можно пренебречь.
Технологические факторы. Толщина бумаги. При фальцовке тонкой бумаги меньше абсолютные деформации растяжения и сжатия в сгибах и высокоэластические восстановительные силы, поэтому степень обжатия фальцев у тетрадей из тонкой бумаги при одинаковой удельной силе в фальцваликах всегда выше, чем при фальцовке толстой бумаги. Высокая точность фальцовки тонкой бумаги достигается за счет снижения инерционных нагрузок при снижении скорости работы оборудования.
При перпендикулярной 3-4-сгибной фальцовке относительно толстой бумаги (толщиной более 90 мкм) возрастает сила, действующая на внутренние доли тетради (см. рис. 3.10), что приводит к образованию диагональных морщин на внутренних раз
Изготовление простых тетрадей
167
воротах тетрадей. Разрезка, перфорация или биговка предпоследнего верхнего сгиба позволяют устранить этот дефект, но требуют некоторого снижения скорости работы оборудования.
Объемная масса бумаги. Структура каландрированной, вы-сококаландированной и мелованной бумаги с большой объемной массой (> 0,85 г/см3) многократно и сильно уплотнялась в процессе их производства, поэтому такая бумага позволяет получать четкий фальц и высокую степень его уплотнения при одинаковой удельной силе сжатия в фальцваликах.
Зольность бумаги. В бумаге с большим содержанием наполнителя связь между волокнами целлюлозы ослаблена и значительно нарушается в сгибах, поэтому высокозольная бумага теряет при фальцовке до 80% прочности на разрыв; высокую степень обжатия фальцев у такой бумаги можно получить при малой удельной силе в фальцваликах. При образовании сгибов в бумаге с малым содержанием наполнителей прочность надмолекулярной структуры бумаги изменяется значительно меньше, а прочность на разрыв уменьшается не более чем на 30%. Для получения высокой степени обжатия фальцев у тетрадей из такой бумаги требуется большая удельная сила в фальцваликах.
Влажность бумаги. С увеличением влажности бумаги прочные водородные связи между молекулами целлюлозы в волокнах заменяются относительно слабыми мостиковыми связями через диполи воды (см. подразд. 1.1.5), поэтому при сравнительно малом силовом воздействии на бумагу с повышенной до 10-12% влажностью можно получить значительные остаточные деформации в сгибах при малом разрушении надмолекулярной структуры волокон целлюлозы.
Устройства для увлажнения бумаги перед печатанием и фальцовкой, к сожалению, широкого распространения не получили, но кондиционирование воздуха в печатных цехах и в фальцевальных отделениях может способствовать повышению качества как печати, так и фальцовки.
Направление раскроя. Сгиб получается ровным, гладким, с минимальной потерей прочности бумаги на разрыв, если фальцовка обеспечивает так называемый долевой раскрой, когда машинное направление бумаги совпадает с линией последнего сгиба. Для получения долевого сгиба с высокой степенью обжатия фальцев удельную силу сжатия в фальцваликах следует увеличивать. При поперечном раскрое удельная сила сжатия сгибов в фальваликах должна быть минимальной, так как высокое
168
Раздел 3
давление может вызвать значительное разрушение бумаги на сгибах и снизить тем самым долговечность книжного издания.
Число сгибов и вариант фальцовки. С увеличением числа сгибов от одного до трех для получения высокой степени обжатия фальцев при параллельной фальцовке удельную силу сжатия в фальцваликах необходимо увеличивать примерно трехкратно. Комбинированная и особенно перпендикулярная фальцовка требует многократного увеличения удельной силы обжима в фальцваликах.
Производительность фальцовки. В книжно-журнальном производстве фальцовка — весьма трудоемкая операция, удельный вес которой среди основных операций брошюровочно-переплетных процессов возрастает с увеличением объема книжного издания. При ручной фальцовке листов трудоемкость фальцовки зависит в основном от формата фальцуемых листов и числа сгибов. При изготовлении тетрадей большого формата по сравнению со средним трудоемкость односгибной фальцовки возрастает на 15,6 %, а трехсгибной — на 8,8 %. Увеличение числа сгибов тетрадей от одного до двух и трех сопровождается увеличением трудоемкости изготовления тетрадей среднего формата в 2,2 и 3,5 раза, а тетрадей большого формата—в 2,1 и 3,3 раза.
При машинной фальцовке на трудоемкость операции влияют в основном вариант фальцовки и длина листов. Трудоемкость минимальна при параллельной фальцовке: на современных фальцмашинах она требует 1,3-2,0 мин на 1 тыс. тетрадей в зависимости от длины листа. Двухсгибная перпендикулярная фальцовка повышает трудоемкость фальцовки в 1,25-1,43 раза, а трехсгибная перпендикулярная — в 2,0-2,67 раза по сравнению с параллельной фальцовкой. Полуторакратное увеличение длины листа при параллельной фальцовке повышает трудоемкость операции на 33%, а при перпендикулярной—на 25%. Большая толщина бумаги требует более частой загрузки самонакладов и иногда снижения скорости фальцовки, но трудоемкость операции при этом повышается незначительно. Машинная фальцовка позволяет в 20-100 раз сократить время, необходимое на переработку оттисков на этой операции.
3.4. Прессование, упаковка и складирование тетрадей
В книжно-журнальном производстве имеется несколько объектов прессования: прессуют тетради, книжные блоки, кореш
Изготовление простых тетрадей
169
ки блоков и готовые книги. В 50-60-х гг. прессовали также скомплектованные блоки на прессах тяжелого типа или ротационных обжимных станах, справедливо полагая, что если на операцию шитья блоков нитками будут поступать тетради с плохо обжатыми фальцами, то в готовой книге плотного шитья получить невозможно, так как последующие прессования блока, корешка и книги плотность шитья ослабят. Основная цель этих операций — откалибровать тетради и книжные блоки по толщине, которая в пределах одного заказа может быть различной (более чем на 20%) из-за колебаний толщины бумаги и режимов обработки. Прессование повышает качество полуфабрикатов и производительность операций изготовления и обработки блоков, вставки блоков в крышки и штриховки книг, компактность и долговечность книжных изданий.
Прессование и упаковка тетрадей на этапе их изготовления возникли как промежуточные операции между фальцовкой и комплектовкой блоков — для удобства их транспортировки и хранения на складе полуфабрикатов перед передачей на последующие операции. В производстве многообъемных книжных изданий и рекламных газет эти операции необходимы, так как комплектовка блоков не может быть начата до тех пор, пока все листы не будут отпечатаны и сфальцованы, а тетради укомплектованы дополнительными деталями. К сожалению, такое отношение к этим операциям сохранилось и до настоящих дней, тогда как после отказа от прессования скомплектованных блоков перед шитьем основной целью проведения операции прессования стали закрепление деформаций в местах сгибов и обжим тетрадей с целью их калибровки для надежности работы автоматов на последующих операциях, увеличения плотности шитья, компактности и долговечности изданий, тетради которых сшиты термонитями или блоки — потетрадно нитками.
Обжиму и упаковке необходимо подвергать все многообъемные тетради, в первую очередь те, к которым будут приклеиваться дополнительные детали — форзацы, дробные части бумажного листа, иллюстрации, печатаемые отдельно от текста. Од-носгибные тетради и дополнительные детали книжного блока можно хранить и транспортировать в фурах с решетчатыми стенками и с откидными полками.
3.4.1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕССОВАНИЯ И УПАКОВКИ ТЕТРАДЕЙ
Чтобы обеспечить закрепление деформаций в местах сгибов, многообъемные тетради после фальцовки прессуют в горизон
170
Раздел 3
тальных паковально-обжимных прессах типа БПТ-1,5 (Шадрин-ский ЗПМ, Россия) при укладке тетрадей большой стопой корешками и верхними сгибами («головками») в одну сторону (рис. 3.11, б). Число тетрадей в прессуемой стопе регламентируется в основном ее предельно допустимой массой (8 кг) и удобством счета: для средних форматов в каждой стопе должно быть 500 или 600, а для больших форматов начиная с 70x95/16—200 16-страничных тетрадей; при вдвое большем объеме тетрадей их число в стопе должно быть вдвое меньшим. При изготовлении изданий повышенного качества, печатаемых на высококаландриро-ванной и мелованной бумаге, число тетрадей в стопе необходимо уменьшить соответственно до 200 и 100, так как из-за высокой гладкости бумаги они рассыпаются при укладке в прессе.
Рис. 3.11. Схема прессования тетрадей: а — на вертикальных паковально-обжимных прессах; б — на горизонтальных паковально-обжимных прессах и приемно-прессующих устройствах
В прессах вертикального типа, которые широко распространены на отечественных полиграфических предприятиях, стопы тетрадей обычно составляют из пяти-шести приверток по пятьдесят 32-страничных или по сто 16-страничных тетрадей, которые укладывают в прессе корешками и верхними краями в разные стороны, чтобы они не рассыпались (рис. 3.11, а). Тетради на этих прессах выравниваются лишь по одной вертикальной стенке, а выполнить требование одинаковой укладки удается лишь при уменьшенной высоте стопы. При укладке тетрадей привертками корешками и верхним краем в разные стороны не
Изготовление простых тетрадей
171
Рис. 3.12. Схема укладки опрессованных пачек тетрадей на поддон: 1 — поддон; 2 — тетради;
3 — прокладки; 4 — ремни
обеспечивается должный эффект прессования, так как корешковые и верхние сгибы тетрадей в привертках не имеют необходимого упора в процессе прессования (см. рис. 3.11, а), в связи с тем что толщина торцов смежных приверток в переднем и нижнем краях из-за неплотной затяжки фальцев, неточной фальцовки и наличия шлейфа в 2-4 раза меньше (в зависимости от числа сгибов по корешку и верному краю) общей толщины листов тетрадей.
После укладки стопы тетради тщательно приталкиваются к наклонному столу и стенке пресса. Чтобы не повредить тетради обвязочным ремнем, на крайние тетради укладывают форматные жесткие пластмассовые, дюралюминиевые или фанерные прокладки толщиной 3-5 мм с вырезом в одном углу, чтобы были видны норма и сигнатура упакованных тетрадей. Применение картонных прокладок недопустимо, так как из-за малой их жесткости не обеспечивается равномерное обжатие стопы и происходит смятие крайних тетрадей, часть которых нередко отходит в брак. После кратковременного обжима при давлении порядка 200-400 кПа (2-4 кгс/см2)
стопу скрепляют ремнем с металлической кольцевой пряжкой, подсовывают под ремень на прокладку ярлык с указанием наименования заказа, номера тетради и фамилии (или именного номера) исполнителя и укладывают пачку на поддон. Укладка пачек на поддоне должна производиться так, чтобы передние кромки тетрадей были внутри штабеля, с соблюдением принципа кирпичной кладки, чтобы пачки не рассыпались при максимальной высоте штабеля, равной 2,0 м (рис. 3.12).
Прессование, упаковка и укладка пачек на поддон с использованием паковально-обжимных прессов требует значительных физических нагрузок, поэтому на крупных полиграфических предприятиях используют полуавтоматические паковально-об-жимные устройства и автоматическое оборудование. На рулонных книжно-журнальных печатных машинах Рыбинского ЗПМ
172
Раздел 3
(Россия) используют полуавтоматические горизонтальные пресс-приемки, в которых автоматизированы формирование и прессование стопы, но обвязка и укладка пачек на поддон выполняются вручную. В 80-х гг. фирмы-производители печатного оборудования стали оснащать рулонные машины автоматическими пресс-приемниками, на которых опрессованная стопа обандероливается широкой полипропиленовой лентой, концы которой скрепляются термосваркой.
Частично или комплексно автоматизирована обработка продукции листовых печатных машин: современные фальцевальные машины могут укомплектовываться секциями или самостоятельными автоматами для прессования сфальцованных тетрадей, стопоукладчиками и автоматами для формирования, прессования и обандероливания стопы (например, прессекции PS и PC и автоматы HSB34, PAS66, ASB33 фирмы «Шталь» Германия). Благодаря большой силе прессования (5 кН, 500 кгс) высота стопы после обжима и обандероливания на автомате ASB33, в зависимости от объемной массы бумаги, формата тетрадей и первоначальной высоты стопы, уменьшается на 5-33%. Применение повышенного давления при прессовании и автоматического обандероливания, фиксирующего деформации стопы, полученные при прессовании, позволило значительно повысить качество опрессованных тетрадей. Однако ручной труд при укладке опрессованных пачек на поддон сохраняется.
3.4.2. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРЕССОВАНИЯ
В процессе обвязки или перед укладкой на поддон пачки опрессованных тетрадей необходимо проконтролировать по следующим показателям качества: контрольной высоте пачек, точности выравнивания корешковых фальцев, ау тетрадей со шлейфом— и отсутствию повреждений и деформаций шлейфов. Контрольная высота опрессованных пачек является важнейшим показателем качества при изготовлении книжных изданий, рассчитанных на большой срок службы и (или) интенсивное пользование, поэтому этот показатель рекомендуется контролировать статистическим методом с использованием контрольных карт медиан (см. подразд. 10.3), а измерение высоты пачки — металлической линейкой или рулеткой с упором, фиксирующим начало отсчета. Контрольная высота пачек рассчитывается по формуле (3.7), решенной относительно Н, и устанавливается
Изготовление простых тетрадей
173
мастером участка для каждого тиража. Два других показателя качества контролируют визуально.
Контрольная высота пачек, за вычетом толщины прокладок, определяет объективный показатель качества опрессованных тетрадей, книжных блоков, готовых книг и стопы листов, который называют коэффициентом спрессованное™ Кс. Коэффициент спрессованности — это величина, измеряемая отношением суммарной толщины листов стопы, тетрадей или книжного блока к высоте стопы или толщине блока, освобожденной от действия внешней вилы:
К _Xd_Xd_dCTn _CTpsn I0-3 с Нс Т6 2НС 2HcPv
(3-7)
где d—толщина бумаги, мм; Нс—высота стопы, мм; Тб—толщина блока с прямым корешком, мм; Ст—число страниц в тетради; п— число тетрадей в стопе или в книжном блоке; ps—поверхностная плотность бумаги, г/м2; pv—плотность бумаги, г/см3.
Толщину бумаги берут из данных лабораторного анализа, а в предварительных технологических расчетах, в курсовом и дипломном проектировании она рассчитывается по формуле
d = (ps/pv)10-3. (3.8)
Толщину тетрадей, блоков и книг измеряют толщиномером МГУП с погрешностью 1,0 мм через 10 мин после снятия нагрузки, когда релаксационные процессы практически заканчиваются. При определении коэффициента спрессованности важно, чтобы высота стопы, толщина тетради и блока измерялись при малом и равномерно распределенном по их поверхности давлении, для чего их следует накрывать металлической пластиной, обеспечивающей давление около 100 Па (1 гс/см2).
3.4.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ СПРЕССОВАННОСТИ ТЕТРАДЕЙ
Эффект прессования тетрадей после фальцовки зависит от режима прессования (давления, времени, температуры) и таких технологических факторов, как толщина, объемная масса и влажность бумаги, число страниц в тетрадях и высота стопы.
Режим прессования. С увеличением давления и времени прессованиякоэффициент спрессованности стопы тетрадей возрастает (рис. 3.13).
174
Раздел 3
Рис. 3.13. Зависимость коэффициента спрессованности стопы тетрадей от режима прессования: а— давления; б — времени выдержки опрессованных пачек после обвязки
Давление и время прессования (время выдержки пачек опрессованных тетрадей в связанном состоянии) — факторы взаимо-заместимые: при кратковременном обжиме под большим давлением достигается такой же эффект, что и при длительном воздействии малых нагрузок. Так, при обжиме блоков, корешка блоков и книг после вставки блоков в переплетные крышки на поточных линиях, где важно сокращение цикла обработки, используют первый вариант, обжим же тетрадей, подлежащих длительному хранению на складе полуфабрикатов, и прессование книг после вставки в мелкосерийном производстве целесообразно проводить при малом давлении. На паковально-обжимных прессах сила прессования может достигать 16 кН (1,6 тс), а давление при обжиме тетрадей минимального формата не превышает 1,0 МПа (10 кгс/см2).
Зависимость коэффициента спрессованности Кс от времени хранения обвязанных пачек (рис. 3.13, б) показывает, что для получения высоких значений коэффициента спрессованности пачки тетрадей должны находиться в зажатом состоянии не менее 3-6 ч. С повышением температуры бумаги (при постоянных давлении и влажности бумаги), особенно после достижения температуры механического стеклования tM (см. подразд. 1.1.3), энергия взаимодействия между молекулами и атомами уменьшается, поэтому при приложении внешней нагрузки деформация твердых тел возрастает, но при прессовании тетрадей влиянием этого фактора пренебрегают.
Изготовление простых тетрадей
175
Технологические факторы. Толщина бумаги. Относительное утолщение корешковых сгибов при фальцовке уменьшается при увеличении толщины бумаги и числа одновременно фальцуемых листов [см. подразд. 3.3.3 и формулу (3.6)]. Поэтому чем больше толщина бумаги и число страниц в тетради (при данном варианте фальцовки), тем больший коэффициент спрессованности можно получить при одинаковых режимах прессования. Исследования, проведенные лабораторией брошюровочно-переплетных процессов ВНИИ полиграфии в 50-х гг.,
установили четкую зависимость коэффициента («степени») спрессованности опрессованных тетрадей от толщины бумаги и числа страниц в тетрадях. Рекомендуемые числовые значения контрольной высоты пачек тетрадей после их прессования на паковально-обжимных прессах представлены на рис. 3.14 кривыми 1 и 2.
Рис. 3.14. Зависимость усредненных значений коэффициентов спрессован-ности тетрадей от толщины бумаги: 1и2 — по данным ТИ-56 для 16-и 32-страничных тетрадей соответственно; 3 — по данным замеров в 1980-1997 гг.
С увеличением высоты стопы и объемной массы бумаги возрастает число элементов надмолекулярной структуры и элементарных частиц в единице объема, противодействующих внешнему силовому воздействию, поэтому для получения требуемого коэффициента спрессованности давление прессования должно возрастать. Однако высокое значение объемной массы (более 0,95 г/см3) характерно для бумаги с большим содержанием наполнителей — мелованной и для глубокой печати, которые после прессования тетрадей под большим давлением теряют до 50% прочности на растяжение. При давлении прессования порядка 50-75 кПа (0,5-0,75 кгс/см2), которое применялось на паковально-обжимных прессах первого поколения, увеличение числа страниц в тетрадях вдвое давало прирост коэффициента спрессованности в среднем на 0,12-0,08 в зависимости от толщины бумаги.
Раздел 3
176
В настоящее время благодаря успехам машиностроителей и совершенствованию технологии фальцовки и прессования тетрадей (в частности, за счет повышения давления в фальцваликах и 4-5-кратного повышения давления прессования тетрадей) реальные значения коэффициентов спрессованности тетрадей удалось значительно увеличить (см. кривую 3 на рис. 3.14). Эта кривая—результат обработки результатов обширных исследований, проведенных в 1980-1997 гг. в типографиях и полиграфических комбинатах Москвы, Саратова и ТЪери дипломниками МГУП и МИПК под руководством автора. Исследования проводились с использованием методики статистического контроля качества продукции, причем при обработке данных зависимость коэффициента спрессованности от числа страниц в тетрадях не прослеживалась, во всяком случае она лежит в пределах ошибки измерений и колебаний деформационных свойств бумаг с разными композицией, объемной массой, видом отделки, степенью проклейки и т.д. На основе этих данных составлена табл. 3.1, поскольку рекомендуемые технологическими инструкциями выпусков 1963,1969 и 1982 гг. значения контрольной высоты пачек тетрадей после прессования и обвязки не корректны, так как были получены из значений коэффициентов спрессованности, равных 1,0 и 1,1, которые возможны при давлениях, на один-два порядка больших, на прессах для обжима корешка блоков и прессах тяжелого типа, снятых с производства в 60-х гг.
Таблица 3.1
Контрольная высота пачек тетрадей после прессования и упаковки
Число тетрадей в панке при объеме тетрадей Высота пачек (мм) при толщине бумаги (мкм)
16 с. 32 с. 60 70 80 90 100 120 150
200 100 107 122 138 153 168 200 247
500 250 267 304 344 383 421 500 619
600 300 320 365 413 459 504 600 742
Допуск: плюсовой, от 3 до 20 мм в зависимости от высоты стопы и объемной массы бумаги.
3.4.4. СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПРЕССОВАНИИ ТЕТРАДЕЙ
Коэффициент спрессованности стопы ненагруженных листов и тетрадей значительно меньше единицы (Кс < 1) из-за утолще-
Изготовление простых тетрадей
177
ний в фальцах, воздушных прослоек между листами, шероховатой и волнообразной поверхности листов, соприкасающихся лишь в отдельных точках. По мере нагружения стопы поверхность листов распрямляется, становится более плоской, воздух из пространства между листами постепенно вытесняется, внутренние напряжения возрастают, высота стопы уменьшается (рис. 3.15), а коэффициент спрессованности увеличивается.
Высота стопы несфальцованных листов
Рис. 3.15. Осциллограмма прессования стопы тетрадей: 1 — давление;
2 — высота стопы
Высота стопы, см
при малых давлениях всегда меньше высоты стопы тетрадей,
но при так называемом критическом давлении ркр высота стопы тетрадей становится равной высоте стопы листов и суммарной их толщине, измеренной при таком же давлении. При давлении ниже критического неплотная структура (НС) листов и тетрадей характеризуется изгибно-крутильными деформациями; при критическом и большем давлении листы и тетради имеют плотную структуру (ПС), для которой характерна дефор
мация сжатия.
Для получения заметных остаточных деформаций и увеличения коэффициента спрессованности плотной структуры требуются значительные давления. Критическое давление зависит от композиции (номера), объемной массы и вида отделки бумаги и колеблется в пределах от 150 до 200 кПа (1,5-2,0 кгс/см2), если толщина бумаги измеряется при стандартном давлении 98 кПа(1 Кгс/см2).
В процессе обжима тетрадей, уложенных корешками и верхними краями в одну сторону между двумя плоскопараллельными плитами, наибольшее напряжение возникает в местах утолщения фальцев, благодаря чему в них быстрее протекают ре лак-
178
Раздел 3
сационные процессы и образуется плотно обжатый и стойкий сгиб. По мере возрастания давления прессования контакт между листами становится более плотным, толщина листов посте-
Рис. 3.16. Зависимость высоты стопы тетрадей и суммарной толщины листов < давления: 1 —тетради; 2 — листы
пенно уменьшается вследствие уплотнения структуры бумаги и вытеснения воздуха, находящегося во впадинах поверхности и во всем объеме бумаги (рис. 3.16). Объем воздуха в печатной бумаге зависит от ее вида, номера (композиции), способа отделки, зольности и колеблется в пределах от 60% у газетной до 30% у ме-> лованной бумаги [29].
Благодаря упругим свойствам бумаги относительное уменьшение толщины )т листов по сравнению с уменьшением высоты сто
пы незначительно и становится заметным при очень больших давлениях [около 25 МПа (250 кгс/см2)], при которых толщина листов после снятия нагрузки уменьшается всего на 2,5-5,9%,
тогда как высота стопы — на 31-44%. Давление 25 МПа следует считать предельно допустимым для запечатанной бумаги, так как при большем давлении поверхностные волокна бумаги начи
нают внедряться в пространство между волокнами соседних листов, поэтому листы слипаются, снижается гладкость бумаги. При давлении, равном критическому, коэффициент спрессованности стопы достигает значения Кс = 1,0, а при большем давлении становится большим единицы, достигая значений 1,10-1,20 при предельно допустимом давлении. В процессе прессования тетрадей при давлении 0,2-0,4 МПа (2-4 кгс/см2) коэффициент спрессованности обычно не превышает 0,96. При обжиме корешка книжных блоков до и после заклейки и сушки и давлении порядка 4 МПа коэффициент спрессованности может быть в пределах 1,0-1,1 в зависимости от влажности и температуры корешковой зоны.
3.4.5. СКЛАДИРОВАНИЕ ТЕТРАДЕЙ
Хранение опрессованных и упакованных тетрадей на под донах — традиционный способ для отечественных крупных ти
пографий, но он не единственно возможный и оптимальный в полиграфическом производстве. Серьезный недостаток этого способа складирования и транспортировки полуфабрикатов — необходимость перевалочных операций и тяжелого физического труда при укладке пачек на поддон, отправке тележки с груженым поддоном на склад полуфабрикатов и со склада на последующие операции, загрузке самонакладов форзацприклеечных и подборочных машин и вкладочно-швейно-резальных агрегатов.
На зарубежных полиграфических предприятиях для перевалочных операций и хранения успешно применяются подвижные, на малых колесах, фуры с высокими стенками и откидными полками, которые легко передвигаются по ровному и гладкому полу. При высоком качестве фальцовки тетрадей и односгиб-ных деталей этот вариант складирования может быть с успехом использован на малых и средних полиграфических предприятиях России. Для крупных журнальных и газетных типографий специалисты фирмы «Мюллер — Мартини» (Швейцария) разработали две системы приемки, складирования и питания тетрадями подборочного оборудования и скоростных вкладочно-швейно-резальных агрегатов. Первая система BSF, названная по аббревиатуре указанных операций (Bundle, Stacker, Feeder), предполагает автоматизированные приемку, прессование, упаковку и укладку на поддон пачек тетрадей большого размера, высотой 1,2 м и массой до 80 кг. Транспортировка поддонов на склад полуфабрикатов и на последующие операции производится с помощью электрокаров. Загрузка вкладочно-швейно-резальных агрегатов, оборудованных самонакладами горизонтального типа и большой емкости, производится с применением робототехники. Другая система, названная «PrintRoll», предусматривает использование приемно-питающих устройств, сматывающих каскад тетрадей, поступающих из фальцаппаратов книжно-журнальных и газетных ротаций, с помощью широкой полимерной ленты в рулоны диаметром до 2,2 м. ПринтРоллы транспортируют также электрокарами, но они не требуют перевалочных работ, так как при изготовлении заказа подсоединяются к вкладочно-швейно-резальным агрегатам и становятся их самонакладами.
Раздел 4. Изготовление сложных тетрадей
Сложными называют тетради, отличающиеся от основных (простых) тетрадей блока, имеющих 32, 16 или 8 страниц, иной объем (4,12, 24 или иное число страниц), сложный вариант фальцовки (например, складных карт) или какие-либо дополнительные элементы конструкции — форзацы, приклейные, накидные или вкладные иллюстрации, печатаемые отдельно от текстовой части издания. Изготовление сложных тетрадей требует самостоятельных операций раскроя, фальцовки, приклейки и большего рабочего времени, поэтому к ним приступают заранее, чтобы к началу комплектовки и скрепления книжных блоков все тетради были вполне готовы.
Сложные тетради имеют иную толщину, дополнительные элементы конструкции блока (форзацы, иллюстрации-вклейки) и иные свойства бумаги, что обычно вызывает определенные осложнения при выполнении последующих операций, увеличенные отходы в брак при комплектовке и шитье блоков, неравномерную плотность шитья блоков нитками, ненадежную склейку разнородной бумаги, втяжку тетрадей при обжиме корешка и обрезке блоков, несимметричное кругление корешка. Все это приводит к ухудшению качества готовых книг, к расколу корешка и снижению долговечности изданий. Эти особенности требуют внимательного отношения к данному комплексу операций на этапе проектирования конструкции книжного блока, при выборе материалов и строгого соблюдения требований технологических инструкций, относящихся к степени проклейки, направлению раскроя бумаги, объему вклеек и дробных частей бумажного листа, их месту в книжном блоке и др.
4.1. Изготовление и приклейка форзацев
В справочнике технолога-полиграфиста, часть 6 [25], представлено десять типов форзацев, различающихся конструкцией, числом деталей, способом изготовления и присоединения к тетрадям или к блоку, видом первого и последнего разворотов книги и прочностными свойствами. Четыре типа из десяти рекомендованы технологическими инструкциями [2], а в мировой
Изготовление сложных тетрадей
181
практике изготовления книжных изданий применяется не менее шести типов форзацев. Форзацы, требующие изготовления, могут состоять из одной — четырех деталей, причем в в относительно сложных конструкциях второй деталью обязательно является тканевый фальчик—узкая полоска на корешковом сгибе, позволяющая многократно повысить прочность и долговечность книги.
При внешней простоте конструкции к настоящему времени автоматизировано присоединение к тетрадям или к блокам только трех типов форзацев, но широкое распространение получил лишь один тип—простой приклейной форзац. Все другие типы форзацев находят ограниченное применение в производстве многообъемных дорогих книжных изданий улучшенного и подарочного типов, так как процессы их изготовления и присоединения к блоку требуют значительных затрат ручного труда.
Число и перечень технологических операций по изготовлению и присоединению форзацев к тетрадям или блокам зависят от их конструкции, но при изготовлении наиболее часто применяемых простых приклейных форзацев необходимы три или пять технологических операций: раскрой форзацной бумаги (или оттисков, если форзацы запечатаны), фальцовка форзацев, приклейка форзацев к тетрадям, прессование и упаковка тетрадей с форзацами. Последние две операции не обязательны, если в мелкосерийном производстве для транспортировки и хранения полуфабрикатов используют фуры. В некоторых случаях (при изготовлении книг на автоматизированных поточных линиях) третья операция выпадает из цикла операций по изготовлению сложных тетрадей, так как форзацы присоединяются или приклеиваются к скомплектованному или сшитому книжному блоку.
4.1.1. ТИПЫ ФОРЗАЦЕВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Форзацы классифицируют по их конструкции, способу присоединения к тетрадям или блоку и по виду художественно-полиграфического оформления. По конструкции форзацы делятся на простые, окантованные, составные, «свои» и накидные. Простые форзацы представляют собой односгибную тетрадь, присоединяемую к крайним тетрадям блока или к блоку с помощью узкой полоски клея. Окантованные форзацы отличаются от простых наличием узкой полоски бумаги или коленкора, оклеивающей тетрадь с форзацем по корешку. Составные форза
182
Раздел 4
цы изготавливают из двух долей разной ширины, которые в корешковой зоне склеиваются при помощи полоски коленкора. Такой форзац приклеивается к внутренней стороне тетради и загибается на наружную ее сторону. Свой форзац не требует изготовления: его функции выполняют первые и последние листы книжного блока, которые оставляют незапечатанными. Накидные форзацы представляют собой 8-страничную тетрадь, которая накидывается на книжный блок, скомплектованный вкладкой, и скрепляется с блоком в процессе его шитья.
По способу присоединения к тетрадям или блоку форзацы бывают приклейные, прошивные и пришивные. Приклейные форзацы прикрепляются к крайним или (при комплектовке блока вкладкой) к наружной тетради блока узкой (4-5 мм) полоской клея, прошивные форзацы приклеиваются к внутренней стороне тетрадей до комплектовки блока и прошиваются по сгибу во время шитья блока нитками или проволокой. Пришивные форзацы, являющиеся самостоятельными тетрадями, пришиваются к блоку в процессе его шитья нитками (иногда — проволокой) и склеиваются с тетрадями блока по корешковым фальцам в процессе заклейки корешка.
По виду художественно-полиграфического оформления запечатанные форзацы делятся на тематические, изображения на которых соответствует тематике книги, декоративно-орнаментальные и фоновые.
Технологическими инструкциями по технологии брошюровочно-переплетных процессов рекомендованы к применению «свои», простые приклейки, приклейные с окантовкой и составные прошивные форзацы (рис. 4.1).
Основное назначение форзацев—обеспечить требуемую долговечность издания, в частности достаточную прочность связи переплетной крышки с книжным блоком, способную противостоять возможным динамическим нагрузкам при пользовании книгой. Величина динамических нагрузок объективно зависит только от массы книжного блока и косвенно — от его формата и толщины. Простые по конструкции форзацы требуют минимальных затрат материалов и труда, но их малая прочность на многократный изгиб и растяжение не может обеспечить сохранность книги в течение большого срока службы при интенсивном пользовании. Упрочняющие элементы конструкции форзацев позволяют повысить прочность самого форзаца и прочность связи переплетной крышки с блоком, но требуют применения
Изготовление сложных тетрадей
183
ручного труда при изготовлении сложных тетрадей, что допустимо лишь при малых тиражах. По этим причинам при определении области применения форзацев оговариваются примерные формат и толщина блока, тираж и вид литературы книжного издания.
Рис. 4.1. Форзацы, рекомендованные технологическими инструкциями: а— приклейкой; б — приклейной с окантовкой; в — прошивной составной с тканевым фальчиком; г— «свой»; 1 — тетрадь; 2 — форзац; 3 — широкая сторонка форзаца; 4 - узкая сторонка форзаца; 5 — выклейная сторонка;
6 — окантовка; 7—тканевый фальчик; 8 — клей
«Свои» форзацы рекомендуются к применению в изданиях с толщиной блока до 20 мм, если издание отпечатано на бумаге поверхностной плотностью не менее 100 г/м2 при долевом раскрое тетрадей, когда линии корешковых сгибов тетрадей совпадают с машинным направлением бумаги. Простые приклейные форзацы рекомендуются для изданий с толщиной блока до 30 мм. Приклейные форзацы с окантовкой бумагой рекомендуется использовать при толщине блока свыше 30 мм, а также в тех случаях, когда к первой тетради приклеивается титульная иллюстрация (фронтиспис), в школьных учебниках, в изданиях, отпечатанных на тонкой (поверхностной плотностью менее 50 г/м2) и малопрочной бумаге. Окантованные тканью или нетканым материалом форзацы рекомендуются для энциклопедий и многообъемных справочников, рассчитанных на большой срок службы и интенсивное пользование. Составные прошивные форзацы, отличающиеся большой трудоемкостью изготовления с применением ручного труда, рекомендуется применять в из-
184
Раздел 4
даниях улучшенного и подарочного типов, большого формата (84x108/16 и более) и объема (при толщине блока порядка 40 мм и более) при малых и средних тиражах.
Для различных книжных изданий и беловых товаров могут быть использованы и другие форзацы, представленные на рис. 4.2.
Склеенные с окантовкой форзацы (рис. 4.2, а), изготовление которых производится на автоматах СФШ, позволили в типографии «Печатный Двор» (Санкт-Петербург) оборудование клеевого бесшвейного скрепления для изготовления изданий в обложке успешно использовать и при изготовлении блоков изданий в переплетной крышке. Простой прошивной фор-
1 - тетрадь; 2- форзац; 3 - стороны ( 4 2 « довольно
составного форзаца; 4 — тканевый фальчик;
5-окантовка; 6-клей; 7-нитки широко применяется за рубежом при изготовлении многообъемных справочных изданий большого формата. В начале 80-х гг. фирма «Хункеллер» (Швейцария) выпустила универсальный форзацприклеечный автомат VEA-400 KSU, работающий на «холодном» клее и термоклее, выполняющий приклейку и загибку форзаца на тетрадь, что позволило использовать этот тип форзацев в производстве многотиражных изданий.
Узкие сторонки выклейного форзаца, склеиваемые коленкоровым фальчиком, обычно делаются из цветной или запечатанной с одной стороны бумаги. Сборка этих форзацев и приклейка
к тетрадям производятся вручную, поэтому они применяются
Изготовление сложных тетрадей
185
лишь в мелкосерийном производстве беловых товаров (блокнотов, записных книжек и др.) и книжных изданий подарочного типа.
4.1.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕМ ПРИКЛЕЙКА ФОРЗАЦЕВ К ТЕТРАДЯМ ИЛИ БЛОКУ
Традиционная технология изготовления сложных тетрадей с простыми приклейными форзацами начинается с операции раскроя бумаги для форзацев, при выполнении которой должны соблюдаться по крайней мере три условия: 1) для форзацев должна использоваться специальная форзацная бумага или бумага, близкая к ней по прочностным и деформационным свойствам; 2) поверхностная плотность бумаги должна соответствовать толщине блока и быть в пределах 120-160 г/м2; 3) раскрой бумаги должен быть только долевым: сгиб форзацев должен происходить по машинному направлению бумаги.
Для форзацев используется специальная форзацная бумага (ГОСТ 6742), отличающаяся высокой прочностью на излом (не менее 15 двойных перегибов), высокой проклейкой (0,5-1,0 мм у бумаги марки А, 0,75-1,25 мм у бумаги марки О) и умеренной скручиваемостью при одностороннем увлажнении. Первое требование связано с условиями эксплуатации книжного издания, а два последних—с операцией вставки книжных блоков в переплетные крышки, при выполнении которой во многих случаях применяются клеи с большим содержанием воды. При промазке форзацев таким клеем возможно их скручивание, что затруднит или сделает невозможным выполнение последующих операций. Бумага марки А предназначена для незапечатанных форзацев, а марки О — для печатания офсетным или высоким способами печати.
ГОСТ 6742-79 предусматривает выпуск листовой форзацной бумаги в форматах 500x710, 550x850, 570x850, 620x910 и 720x910 мм с машинным направлением вдоль длинной стороны листов и рулонной бумаги с шириной рулонов 550, 570, 620 и 720 мм. Редакцию ГОСТ 6742-79 вряд ли можно считать удачной: при раскрое листовой форзацной бумаги на заготовки форзацев для восьми форматов (60x90/8, 60x84/8, 84x108/16, 70x100/16, 75x90/16, 70x100/32, 75x90/32 и 84x108/64) отходы при раскрое составят от 19,8 до 35,0% [25]. Применение рулонной бумаги позволяет снизить отходы при раскрое: для последних трех форматов отходы при раскрое рулонной бумаги составляют 6,2-12,5%, но это требует дополнительной операции
186
Раздел 4
раскроя рулонов на листы (и отходов на подрезку и технологические нужды производства), дополнительных затрат времени и труда.
Для ряда форматов (в основном для 1/16и1/64 долей) с целью экономии бумаги форзацы целесообразно выкраивать из бумаги для офсетной печати, прочностные свойства которой должны соответствовать приведенным выше условиям.
Подрезка и разрезка форзацной бумаги выполняется на одноножевых бумагорезальных машинах, длина реза которых может не превышать 120 см. Подрезка форзацной бумаги с двух или с четырех сторон делается во всех случаях, так как ее стандартные размеры по ширине и длине, в соответствии с ГОСТом больше расчетных на 10 мм. Заготовки форзацев, ширина шф и высота вф, должны иметь размеры, соответствующие номинальному формату блока до обрезки:
шф=2Ш, (4.1)
вф=В, (4.2)
где Ш и В—соответственно ширина и высота блока до обрезки, мм. Допуски на размеры форзацных заготовок ± 1 мм по ширине и - 2 мм по высоте. Отрицательный допуск на высоту заготовки обусловлен требованиями к качеству полуфабрикатов на последующих операциях и к готовой книге. При положительном допуске верхний край форзацев после приклейки к тетради может выходить за ее верхний край; на операции шитья блоков это приведет к смещению тетради вниз, так как перед шитьем они выравниваются по верхнему краю — «головке». После обрезки блоков и в готовой книге верхние поля такой тетради окажутся излишне большими, а фальцы внутренних долей тетради не будут срезаны.
Фальцовка форзацев. Операция фальцовки форзацев может выполняться вручную переплетной косточкой-гладилкой. Если сменная выработка мини-типографии не превышает 10 тыс. книг, то с этой операцией успешно справится один фальцовщик: при фальцовке одновременно по нескольку листов с последующей разборкой заготовок за смену он может изготовить до 20 тыс. форзацев. При большей дневной загрузке предприятия фальцовку производят на малоформатных настольных или стационарных кассетных фальцмашинах, например Qutckfolder и Т32 (фирма «Шталь», Германия), применение которых позволит повысить сменную выработку в 3,3-5,3 раза по сравнению с ручным трудом.
Изготовление сложных тетрадей
187
Допуск на точность фальцовки форзацев по положению сгиба равен ±1 мм или на смещение краев — 2 мм. У изданий малых форматов (до 70x100/32) у запечатанных форзацев с рисунком и окаймляющими рамками отклонение сгиба от заданного положения не должно превышать 1 мм.
Приклейка форзацев. В мини-типографиях при сменной выработке предприятия не более 6,5 тыс. книг приклейка форзацев может выполняться вручную на рабочем столе с применением трехгранного наклонного уголка. Большую стопу (2-2,5 тыс.) форзацев рабочий распускает «лесенкой», промазывает ее 9%-ным крахмальным или карбоксиметилцеллюлозным клеем и укладывает на подставке справа, а тетради—слева, после чего поочередно двумя руками укладывает их в уголок. По мере заполнения уголка рабочий специальными приемами увеличивает, если это необходимо, отступ корешковых сгибов форзацев от сгибов тетрадей, обжимает стопу ладонью и откладывает на свободное место стола. Периодически он освобождает стол от готовой продукции, укладывая ее на откидные полки фуры.
На средних и крупных полиграфических предприятиях приклейку форзацев к тетрадям производят на форзацприклеечных автоматах типа КВ (фирма «Колбус», Германия), VEA-400 (фирма «Хункеллер», Швейцария) и ТП-320-4М (Харьковский ЗПМ, Украина), максимальная техническая скорость которых достигает 100 цикл/мин.
Простые прошивные форзацы изготавливаются и приклеиваются к тетрадям на автоматах VEA-400 KSU, полуфабрикатами для которых служат односгибные заготовки, имеющие припуск для загибки и приклейки корешкового края на внутреннюю сторону тетрадей. Приклейные с окантовкой форзацы изготавливаются на универсальных автоматахТП-320-4М.
При ручной приклейке форзацев применяется 9%-ный крахмальный клей с большим (до 20 мин) открытым временем. На форзацприклеечных автоматах применяют быстросхватываю-щие клеи — ПВАД или клеевую композицию на ее основе с добавлением около 30% по массе 9-10%-ного коллоидного раствора натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (NaKMIJ,).
Контроль качества тетрадей с форзацами. Тетради с приклеенными форзацами контролируют по следующим показателям качества: 1) величине отступа корешкового сгиба форзаца от корешкового сгиба тетради; 2) ширине склейки; 3) точности совмещения верхнего края форзаца с верхним краем тетради; 4) плотности приклейки окантовки.
188
Раздел 4
Величина отступа форзацев от корешковых краев тетрадей является важнейшим показателем качества полуфабрикатов брошюровочно-переплетных процессов. С целью повышения прочности связи переплетной крышки с книжным блоком приклейку форзацев желательно производить без отступа, но такая приклейка возможна лишь при шитье тетрадей термонитями; при шитье блоков нитками отступ должен быть более 1 мм, так как диаметр прокалывающих игл ниткошвейных автоматов равен 2 мм. Технологическими инструкциями величина отступа установлена равной 1,5 мм с допуском +1 мм, так как возможное смещение тетрадей на качающемся столе ниткошвейных машин может привести к проколам сгиба форзацев, что бракует готовое книжное издание. Учитывая, что этот показатель определяет срок службы издания, допуск на величину отступа следует уменьшить до 0,5 мм. Измеряется величина отступа с помощью измерительной лупы ЛИ-3 (ГОСТ 8309) с ценой делений 0,1 мм. Измерительная линейка по ГОСТ 427-75, рекомендуемая технологическими инструкциями, для этой цели непригодна.
Ширина склейки форзацев с тетрадямитакже является важнейшим показателем качества, так как она определяет прочность склейки форзаца с тетрадью и переплетной крышки с блоком. Она должна быть 4 мм у тетрадей изданий малых форматов и 5 мм у тетрадей средних и больших форматов. Измерение следует производить у верхней и нижней кромок тетрадей, подсунув под форзац узкую цветную полоску бумаги, позволяющую определить край склейки.
Точность совмещения верхних краев форзацев и тетрадей по возможности должна быть полной, чтобы при обрезке блоков равнение происходило по верхнему торцу блоков, а не по кромкам форзацев, а верхние и нижние кромки форзацев полностью срезались вместе с кромками тетрадей блока. Окантовка тетрадей с форзацами должна быть приклеена плотно, без просветов у корешковых сгибов форзацев и тетрадей, так как это приводит к снижению прочности и долговечности книги.
4.1.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СКЛЕЙКИ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ФОРЗАЦЕВ
Прочность и долговечность книжных изданий в переплетной крышке во многом определяются прочностью форзацной бумаги и прочностью склейки форзацев с тетрадями. По исследованиям, проведенным в МГУП, прочность склейки и долговечность
Изготовление сложных тетрадей
189
форзацев зависят от типа форзацев, прочности форзацной бу
маги на излом и разрыв, наличия и вида окантовочного материала, величины отступа форзаца при приклейке, ширины склейки форзаца с тетрадью, положения клеевой полоски, наличия и вида клея на фальцах.
Тип форзацев. При испытаниях на долговечность (по числу многократных открываний переплетной крышки до разрушения форзаца на сгибе) наихудшие показатели имеют книжные издания с простыми приклейными форзацами. Окантовка форзацев бумагой для высокой печати № 1, пергамином и коленкором марки КОФ повышает показатель долговечности в 2-8 раз. Применение составных прошивных форзацев с тканевым фальчиком повышает показатель долговечности книг примерно в 20 раз.
Прочность форзацной бумаги. В испытаниях на прочность и долговечность книг наибольшее значение имеют показатели прочности бумаги форзацев на растяжение и к двойным перегибам. Увеличение толщины бумаги или ее поверхностной плотности в 1,3-1,6 раза дает примерно такое же повышение показателя долговечности книжных изданий.
Величина отступа. Показатель долговечности книжных изданий в наибольшей степени зависит от величины отступа форзацев от корешкового сгиба тетрадей. Если форзацы приклеивались к тетрадям без отступа, то в испытаниях на долговечность без натяжения книги выдерживали более 30 тыс. открываний без признаков разрушения форзацев. При величине отступа всего в 3,5 мм полный разрыв форзацев по сгибу происходит при первых циклах работы прибора (рис. 4.3). Минимальный отступ в 1,5 мм,
Рис. 4.3. Зависимость числа открываний переплетной крышки от величины отступа форзацев: 1 — начало разрушения; 2—конец разрушения
оговоренный технологическими инструкциями, дает 2,5-3-кратное, а вместе с допуском в 1 мм—9-14-кратное снижение долго-
вечности.
190
Раздел 4
Анализ траектории движения швейных инструментов при прошивании первой и последней тетрадей с приклейными форзацами, сделанный С.Н.Козловым (МПИ — МГУП), показал, что при отступе в 0,5 мм вероятность повреждения фальца форзаца первой тетради ничтожна, а при отступе в 1,0 мм полностью исключается. У последней тетради возникновение этого дефекта более вероятно, поэтому для его предупреждения отступ должен быть на 0,5 мм больше и быть равным 1,0 мм с допуском +0,5 мм.
При пользовании книгой быстрее изнашивается форзац первой тетради книжного блока, поэтому к первой тетради форзац следует приклеивать с минимальным отступом а при приклейке к тетрадям, сшитым термонитями, и к блокам, сшитым по-тетрадно нитками, — и вовсе без отступа.
Положение клеевой полоски. Машинисты форзацприкле-ечных автоматов из опасения, что полоска клея может частично оказаться за пределами сгиба форзаца, и возможной склейки тетрадей на приемно-выводном устройстве, довольно часто клеевой ролик устанавливают слишком далеко от корешкового сгиба тетради. Такая практика недопустима, так как отступ клеевой полоски на уменьшение долговечности книги оказывает такое же влияние, как и отступ корешкового сгиба форзаца. Исследование, выполненное А.И. Дубасовым (МГУП) с применением макрофотографии [5], позволило утверждать, что смещение клеевой полоски от корешкового края форзаца при изготовлении приклейных форзацев с окантовкой сводит на нет упрочняющий эффект окантовки, так как из-за образования своеобразного «воздушного мешка» между сгибами форзаца и окантовки склейки в этой зоне, испытывающей наибольшие нагрузки при пользовании книгой, не происходит.
Ширина склейки форзацев с тетрадями также оказывает значительное влияние на прочность связи переплетных крышек с книжными блоками и долговечность книжных изданий. По рекомендациям технологических инструкций она должна быть 4 мм у изданий малых и 5 мм у изданий средних и больших форматов с допуском ± 1 мм. Экспериментальная проверка влияния ширины склейки форзацев с тетрадями на ее прочность, выполненная в МГУП под руководством автора, подтвердила правильность этих рекомендаций: максимум прочности склейки форзацев с тетрадями на разрыв находится при ширине склейки в пределах 4-5 мм.
Изготовление сложных тетрадей
191
Вид клея на фальцах. Исследования, выполненные под руководством А.И.Дубасова, показали положительное влияние ПВАД и отрицательное — костного клея, применяемых при обработке сшитых книжных блоков, на прочность и долговечность связи переплетных крышек с блоками: наличие клеевой пленки ПВАДупрочняет фальцы тетрадей и форзацев, а костного—способствует быстрому их разрушению
4.2. Изготовление и присоединение вклеек
Иллюстрации, печатаемые отдельно от текста, в издательском деле называют вклейками, но в полиграфии такие иллюстрации классифицируют по способу и месту их присоединения к тетрадям. По этим показателям иллюстрации, печатаемые отдельно от текста, подразделяются следующим образом: 1) приклейки; 2) накидки; 3) вкладки; 4) вклейки в разъем тетради; 5) приклейки с окантовкой; 6) вклейки с разрезкой верхней или передней и верхней петель тетради; 7) приклейки на стержень; 8) приклейки на паспарту (рис. 4.4).
Термин «приклейка» означает, что иллюстрация приклеивается поверх тетради, к первой или к последней ее странице. Накидка— это четырех- или восьмистраничная тетрадь, накидываемая на тетрадь большего объема, а вкладка—вкладываемая в середину частично раскрытой тетради. Эти типы вклеек сравнительно просты по технологии присоединения к тетрадям, которое может осуществляться на форзацприклеечных или вкла-дочных автоматах, но в готовой книге они часто представляют неудобства для пользователя, так как располагаются далеко от связанного с ними текста. Вклейки с разрезкой петель позволяют помещать иллюстрации рядом с относящимся к ним текстом, но при этом пять основных операций — разрезка петли (или петель), раскрывание тетради на нужной странице, промазка иллюстрации полоской клея, приклеивание иллюстрации и закрывание тетради — выполняются только вручную. Приклейки на стержень, с окантовкой и на паспарту, по сравнению с первыми четырьмя видами вклеек сопровождаются увеличением числа деталей, клеевых полосок и ручных операций, поэтому их применяют только в факсимильных изданиях и изданиях подарочного типа, выпускаемых малыми и средними тиражами.
Все детали вклеек—иллюстрации, стержни, окантовка и паспарту — должны иметь только долевой раскрой, обеспечиваю-
192
Раздел 4
щий минимальную деформацию склеиваемых материалов при увлажнении клеем и наиболее прочную их склейку. Приклейку иллюстраций на стержень выполняют в тех случаях, когда толщина бумаги вклеек 150 мкм и более. Для стержней применяется бумага поверхностной плотностью 80 г/м2. Приклейка на стержень может быть заменена биговкой корешкового края иллюстрации на расстоянии 6-7 мм от кромки.
Рис 4.4. Типы вклеек: а—приклейка; б— накидка; в — вкладка; г— вклейка в разъем тетради; д — фронтиспис и форзац с окантовкой; е — вклейка с разрезкой петли; ж — приклейка на стержень; з — приклейка на стержень, на паспарту с плюром; 1 — тетрадь; 2 — приклейка; 3 — накидка;
4 — вкладка; 5 — вклейка; 6 — тетрадь простого форзаца; 7 — окантовка;
8 — паспарту; 9 — плюр; 10 — стержень
Для паспарту применяется бумага поверхностной плотностью 160 г/м2 и более, поэтому приклейка их на стержень или биговка обязательны. На паспарту, поступающих на операцию
Изготовление сложных тетрадей
193
сборки и приклейки к тетради, должно быть заранее выполнено печатание или блинтовое тиснение рамки или уголков, облегающих точную приклейку иллюстрации. Приклейка иллюстраций на паспарту выполняется вручную клеевой полоской шириной 3-4 мм, которую наносят на тыльную сторону ее верхнего края. Для предохранения иллюстрации от загрязнения и повреждений к паспарту поверх иллюстрации приклеивают плюр — конденсаторную или папиросную бумагу поверхностной плотностью до 25 г/м2. При закраске обрезов заготовку плюра делают меньше формата издания на 10 мм.
4.3. Комплектовка дробных частей листа
Широкое распространение с середины XX в. рулонных книжно-журнальных печатных машин, снабженных фальцаппаратами, позволяющими при трехсгибной комбинированной фальцовке с подборкой получать 32-страничные тетради удовлетворительного качества, привело к массовому применению в книжном производстве многообъемных тетрадей и вместе с тем значительному увеличению числа книг, имеющих дробные части бумажного листа. Так называют тетради, имеющие иное число страниц, чем основные тетради книжного блока; их объем (от 4 до 28 страниц) должен быть кратным четырем, так как дробные части листа в 2, 6, 10 и т.д. страниц не допускаются.
Дробные части листа весьма неудобны в допечатных и печатных процессах, так как требуют специального спуска полос, дублирования печатных форм, приводят к неполному использованию возможностей формного и печатного оборудования, сокращению прогонного тиража. В брошюровочно-переплетных процессах они требуют выполнения практически всех операций от сталкивания листов до присоединения дробной части к основным тетрадям блока. Наличие их в книжном блоке приводит к снижению плотности шитья и ширины склейки деталей блока, ухудшению качества механической обработки блоков и, как следствие, к быстрой потере формы корешка, значительному уменьшению прочности и срока службы книжного издания.
Для уменьшения отрицательных последствий на качество последующих полуфабрикатов и готовых книг комплектовку дробных частей листа рекомендуется делать так, чтобы толщина сложных тетрадей dCT в книжных блоках была в пределах
dCT = (0,5-1,25)dT, (4.3)
где dT — толщина простых тетрадей блока, мм.
194
Раздел 4
Четырехстраничные дробные части листа не рекомендуется оформлять как накидки и вкладки, так как это приводит к увеличению брака на операциях комплектовки и шитья блоков; их следует приклеивать поверх основных тетрадей блока или к 8- и 16-страничным дробным частям листа (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Комплектовка дробных частей листа в блоке
Объем дробной части листа, с. Объем основных тетрадей
16с. 32 с.
4 Приклейкой Приклейкой
8 Самостоятельной тетрадью Накидкой
12 4 с. приклейкой к 8 с.; ТСФ* 4 с. — приклейкой + +8 с. — накидкой
16 — Самостоятельной тетрадью
20 — 4 с. приклейкой к 16 с.
24 — 8 с. накидкой на 16 с.; ТСФ*
28 — 8 с. накидкой на 16 с. + +4 с. приклейкой к 32 с.; 12 с. накидкой на 16 с.
*ТСФ — тетрадь специальной (комбинированной) фальцовки.
Восьмистраничные дробные части листа могут быть самостоятельными тетрадями, если блоки комплектуются из 16-страничных тетрадей, но если блоки состоят из 32-страничных тетрадей, то они накидываются на 16-страничную дробную часть. Делить одну 32-страничную тетрадь в блоке на две 16-страничных, как это рекомендуется технологическими инструкциями [2], чтобы на одну из них сделать накидку, нецелесообразно, так как при этом не только увеличивается число тетрадей в блоке, но и их различие по толщине, которое из значения dCT < 1,25 dT становится двукратным. 12-страничные дробные части листа могут комплектоваться как 4-страничные приклейки к 8-страничным дробным частям листа или как самостоятельные тетради, полученные трехсгибным комбинированным вариантом фальцовки.
В книжных блоках, состоящих из 32-страничных тетрадей, 16-страничная дробная часть комплектуется самостоятельной тетрадью, а 20-страничная оформляется приклейкой 4-страничной тетради к 16-страничной дробной части листа. 24-странич-
Изготовление сложных тетрадей
195
ная дробная часть оформляется накидкой 8-страничной дробной части на 16-страничную дробную часть или получается при четырехсгибной комбинированной фальцовке. Больше всего дополнительных операций требуют 28-страничные дробные части листа. В одном варианте изготавливается три малообъемных тетради (4-, 8- и 16-страничные), после чего 4-странич-ные приклеиваются к основным тетрадям, а 8-страничные накидываются на 16-страничные дробные части. В другом варианте изготавливаются две дробные части объемом в 12 и 16 страниц, из которых первые накидываются на вторые. Учитывая большие трудозатраты на изготовление 28-страничных дробных частей листа, их применения следует избегать еще на стадии подготовки издания к производству.
Дробные части листа рекомендуется размещать на третьей или четвертой тетради от конца блока или на их месте. Не следует их размещать в начале, в середине и в конце книжного блока, так как эти места испытывают наибольшие напряжения при пользовании книгой. В блоках, скрепленных швейным и швейно-клеевым способами, различная толщина тетрадей приводит к местным изменениям плотности шитья, различию в ширине их склейки, к быстрой потере прочности швейного и клеевого скрепления тетрадей блока при пользовании книгой.
4.4. Технология изготовления тетрадей с вклейками и дробными частями листа
Состав технологических операций по изготовлению тетрадей с вклейками и дробными частями листа может быть значительно различным в зависимости от их конструкции и способа присоединения к тетрадям. Полный перечень операций по изготовлению этих сложных тетрадей включает следующие операции: 1) сталкивание оттисков; 2 ) подрезка и разрезка оттисков на части; 3) фальцовка; 4) разрезка верхнего или переднего и верхнего сгибов тетрадей; 5) присоединение иллюстрации или дробной части листа к основной тетради книжного блока приклейкой, накидкой или вкладкой; 6) прессование и упаковка сложных тетрадей. Большая часть перечисленных операций рассмотрена в разд. 3 учебника, поэтому здесь следует отметить лишь специфику выполнения рассмотренных ранее операций и изложить технологию присоединения новых конструктивных элементов книжного блока к его тетрадям.
196
Раздел 4
Иллюстрации-вклейки и малообъемные (четырех- и восьмистраничные) дробные части листа в большинстве случаев печатают на малоформатных печатных машинах, так как использование печатных машин большого и двойного форматов требует дублирования печатных форм, сокращения прогонного тиража или неполного использования технологических возможностей печатного оборудования. В связи с этим подрезка, разрезка и фальцовка обычно выполняются на малоформатных резальных и фальцевальных машинах. После разрезки и фальцовки иллюстраций-вклеек и дробных частей листа размеры всех полноформатных деталей должны соответствовать формату основных тетрадей блока с отрицательным допуском на ширину и высоту до 2 мм.
Место расположения приклеек в книжном блоке не изменяется, если иллюстрацию или дробную часть листа приклеивать к последней странице предыдущей тетради или к первой странице следующей тетради. Но по ряду причин приклейку следует делать к началу тетрадей: такие тетради наладчицами подборочных машин не будут спутаны с другими, отличающимися лишь цифрами сигнатур и нормой; при выводе из самонаклада подборочной машины приклейки не будут оторваны присосками, отгибающими очередные тетради при их выводе на сборочный транспортер; приклейки к основным тетрадям блока будут сделаны точнее, если выравнивание склеиваемых деталей делается по их верхним кромкам; склейки односторонних иллюстраций будут произведены по оборотным сторонам долей, что улучшает их внешний вид. При приклейке деталей блока к последним страницам тетрадей и равнении их перед склейкой по нижним кромкам верхние кромки деталей могут оказаться ниже верхних кромок основных тетрадей и не будут срезаны при обрезке блоков.
Иллюстрации-вклейки, отпечатанные на мелованной и вы-сококаландрированной бумаге, рекомендуется приклеивать с увеличенным до 3 мм отступом от корешкового края тетрадей, чтобы в процессе заклейки корешка блоков склейка происходила между фальцами тетрадей, а не между тетрадью и приклейкой, так как склейка однородных материалов (аутогезия) всегда прочнее, чем склейка разнородных (см. подразд. 1.2.5).
На малых полиграфических предприятиях, если объем работы по присоединению иллюстраций-вклеек и дробных частей листа не превышает 7,5-15 тыс. экземпляров в смену, операции приклейки, накидки и вкладки выполняют вручную. При ручкой приклейке деталей обычно используется крахмальный клей
с большим открытым временем, позволяющий наносить клеевые полоски сразу на несколько десятков заготовок. Операция приклейки выполняется в наклонном уголке, обеспечивающем выравнивание склеиваемых деталей по корешковым и верхним кромкам. На крупных полиграфических предприятиях для этих работ успешно применяются универсальные форзацприклеечные автоматы КВ (фирма «Колбус», Германия), VEA-400 и VEA-520 (фирма «Хункеллер», Швейцария) и ТП-320-4М (Харьковский ЗПМ, Украина). Трехзначные цифры в марках этих машин означают максимальную высоту (длину по корешку) обрабатываемых деталей. Максимальная техническая скорость этого оборудования равна 100-130 цикл/мин. При работе на автоматах применяют быстросхватывающие клеи — поливинилацетатную дисперсию или клеевую композицию ПВАД с ПаКМЦ.
Контроль качества тетрадей с вклейками и дробными частями листа. Брошюровщик или машинист форзацприкле-ечного автомата перед укладкой тетрадей с вклейками и дробными частями листа в фуры или перед прессованием и обвязкой контролирует их качество по следующим показателям: величине отступа кромки приклеек от корешкового сгиба тетради; ширине склейки; точности совмещения верхнего края приклейки и вклейки с верхним краем тетради. Точность приклейки иллюстрации на паспарту сравнивается с утвержденным эталоном. Отклонения в положении приклеек не должны превышать 1 мм.
Размерные показатели качества приклеек контролируются металлической линейкой с ценой деления 1 мм.
Раздел 5. Изготовление книжных блоков
Под изготовлением книжных блоков подразумеваются две операции — комплектовка блоков и их скрепление, но это ключевые, важнейшие в технологии брошюровочно-переплетных процессов операции, так как качество их выполнения в наивысшей степени определяет главные потребительские свойства изданий книжного типа: удобство пользования и требуемую долговечность.
Комплектовка блоков вкладкой (тетрадь в тетрадь) применяется при изготовлении малообъемных книжных изданий — «тонких» журналов различного читательского назначения, книг для детей дошкольного и младшего школьного возраста, технологических инструкций на отдельные операции, различных документов (членских билетов, зачетных книжек и т.п.) и беловых товаров. Объем таких изданий и изделий обычно не превышает 128 страниц, а толщина блока — 6,5 мм. Толщину книжного блока при комплектовке вкладкой ограничивают потому, что ширина наружных долей бумажного листа после обрезки блока или издания при сгибании внутренних долей по радиусу R (рис. 5.1) уменьшается на величину /, пропорциональную толщине блока:
1 = ОВ-ВС = Ш-ВС-иАВ = пТб/4 = 0,785Тб ^0,8Т6, (5.1)
где Ш — ширина блока до обрезки, мм; Тб — толщина блока, мм.
Рис. 5.1. Схема смещения наружных тетрадей при комплектовке блоков вкладкой: Ш— ширина внутренней тетради; Тб — толщина блока; I — величина сдвига передней кромки наружной тетради
Изготовление книжных блоков
199
В готовой продукции это приводит к значительному уменьшению корешковых полей на внутренних листах, так как даже при условии плотного прилегания в тетрадях и точной фальцовке при толщине блока 5-6,5 мм передние кромки долей листа и полос набора у наружных листов тетрадей смещаются на 4-5 мм, что, безусловно, снижает уровень качества книжных изданий, но вполне допустимо в производстве беловых товаров — еженедельников, общих тетрадей и др.
5.1. Технология комплектовки книжных блоков
Комплектовка блоков вкладкой и подборкой производится вручную, на вкладочно-швейных машинах, на вкладочно-швейно-резальных агрегатах и на подборных машинах, причем при изготовлении изданий в обложке комплектовка вкладкой всегда сочетается с крытьем обложкой.
5.1.1. РУЧНАЯ КОМПЛЕКТОВКА ВКЛАДКОЙ
На малых полиграфических предприятиях при сменной загрузке цеха на операции комплектовки блоков до 18-20 тыс. трехсгибных тетрадей комплектовку вкладкой с крытьем блоков обложкой сможет выполнить один рабочий. Ручная комплектовка книжных блоков вкладкой осуществляется на горизонтальном столе после предварительной проверки стоп тетрадей по норме и сигнатурам пересыпкой их «на веер». Стопы тетрадей располагают с правой стороны стола начальными страницами с сигнатурой вниз, верхними краями к себе и корешками влево (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Схема расположения тетрадей и блоков при ручной комплектовке блоков вкладкой: В — стопа внутренних тетрадей; Н — стопа наружных тетрадей; О — стопа обложек; Б — стопа скомплектованных блоков
200
Раздел 5
Первой справа укладывается стопа внутренних тетрадей, а последней слева — стопа наружных тетрадей. Левее стопы наружных тетрадей укладывается стопа обложек. Для удобства работы стопы тетрадей и обложек делают разной высоты так, чтобы каждая стопа слева была на 1-1,5 см ниже правой. Высота правой стопы не должна превышать 20 см, иначе она при неосторожном движении может рассыпаться. Стопу сфальцованных обложек укладывают в развернутом виде сгибами кверху и верхними краями к себе, так как в сфальцованном виде обложки невозможно уложить сравнительно высокой стопой и трудно отделять по одной в процессе крытья.
При работе брошюровщик правой рукой отделяет верхнюю тетрадь крайней правой стопы и одновременно левой рукой раскрывает верхнюю тетрадь соседней стопы, расположенной слева, после чего вталкивает внутреннюю тетрадь блока в наружную. Затем движения рук повторяются: правой рукой часть скомплектованного блока вталкивается в следующую, раскрытую левой рукой тетрадь третьей стопы и т.д., а весь блок — в раскрытую левой рукой обложку. Скомплектованный и покрытый обложкой блок укладывается на левом краю стола. Когда высота стопы скомплектованных блоков достигнет удобной для дальнейшей обработки величины, ее тщательно сталкивают сначала по верхнему краю, а затем и на корешок и укладывают на соседний рабочий стол проволокошвейной машины или в фуры для отправки на последующие операции или на склад полуфабрикатов .
При изготовлении изданий в переплетной крышке технология комплектовки блоков вкладкой аналогична, но сам процесс комплектовки заканчивается вкладыванием частей блоков в наружные тетради с приклеенными с двух сторон форзацами и окантованными корешками.
5.1.2. РУЧНАЯ КОМПЛЕКТОВКА ПОДБОРКОЙ
Ручная комплектовка книжных блоков подборкой при малом числе тетрадей в блоках, как и при комплектовке вкладкой, выполняется на горизонтальном столе. Перед укладкой на стол рабочий контролирует качество поступающих полуфабрикатов, отбраковывая загрязненные и поврежденные тетради; на корешках или на верхних краях стопы последних тетрадей блока обязательно наносится метка цветным карандашом, чтобы облегчить разделение скомплектованных блоков перед их скреп
Изготовление книжных блоков
201
лением. Эта метка может являться также меткой исполнителя, если комплектовку выполняют два рабочих и более.
Если в блоке не более 8 тетрадей, то стопы тетрадей располагают на столе попарно, на равном расстоянии от рабочего места исполнителя, корешковыми сгибами вправо и верхними краями к себе, в порядке, указанном на рис. 5.3. Комплектовку блоков начинают с последней тетради, укладывая ее правой рукой на столе перед собой, после чего левой рукой укладывают на нее предпоследнюю тетрадь. Далее процесс комплектовки повторяется, пока стопа скомплектованных блоков не достигнет высоты, удобной для последующей обработки.
Рис. 5.3. Схема укладки стоп тетрадей при комплектовке подборкой малообъемных блоков: 1-8— стопы тетрадей; Б — стопа скомплектованных блоков
Если число тетрадей в изданиях более 8, то на рабочем столе устанавливается подставка высотой 10 см, чтобы стопы тетрадей можно было укладывать в два ряда на разной высоте. В первом, дальнем от рабочего, ряду на подставке укладывают стопы тетрадей первой половины блока, размещая их слева направо. Во втором, ближнем, ряду укладывают стопы тетрадей второй половины блока справа налево. Комплектовку блоков начинают с последней тетради, накладывая их на ладонь левой руки или на картонную заготовку соответствующего формата и перемещаясь вдоль стола слева направо и справа налево. За один прием рабочий набирает несколько блоков стопой такой высоты, которая удобна ему в работе.
Если число тетрадей в книжных изданиях более 20, то рабочий стол целесообразно делать П-образным. В этом случае рабочий может выполнять комплектовку сидя на винтовом стуле. При так называемой бестетрадной технологии, когда книжные блоки могут состоять из нескольких десятков листов форматов А4 или А5, на рабочем столе устанавливают двух- или трехъярусную полку с ячейками, в которых можно уложить по нескольку сотен оттисков.
202
Раздел 5
После комплектовки стопы ее сталкивают по верхнему торцу и на корешок, контролируют правильность комплектовки по корешковым меткам, после чего укладывают на соседний стол машины швейного или бесшвейного скрепления блоков. На средних и крупных предприятиях скомплектованные блоки укладывают стопами высотой до 30 см в фуры с откидными полками или на полку каретки подвесного транспортера.
5.1.3. МАШИННАЯ КОМПЛЕКТОВКА БЛОКОВ
На средних и крупных полиграфических предприятиях комплектовку блоков вкладкой производят на вкладочно-швейных машинах и на вкладочно-швейно-резальных агрегатах (ВШРА), а комплектовку подборкой — на подборочных автоматах. Вкла-дочно-швейные машины (рис. 5.4) обслуживают от трех до семи рабочих: машинист и накладчики по числу деталей в издании.
Рис. 5.4. Схема организации рабочих мест при работе на вкладочно-швейной машине: 1 — вкладочно-швейная машина; 2 — накладчики; 3 — машинист; 4 — фуры с тетрадями и обложками; 5 — рабочие столы; 6 — стол для приемки и контроля качества продукции; 7 — фура для готовой продукции
При подготовке вкладочно-швейной машины к работе машинист выполняет переналадку транспортера и швейной секции и устанавливает личный штамп. Накладчики распаковывают пачки сфальцованных тетрадей и обложек, проверяют корешковые метки, нормы и сигнатуры тетрадей, отбраковывают поврежденные тетради и обложки. При работе машины накладчики раскрывают тетради и обложки посередине и накидывают их на цепь постоянно движущегося транспортера. Так как с увеличением числа одновременно накидываемых вручную де-
Изготовление книжных блоков
203
талей число ошибок в работе накладчиков возрастает, то скорость работы машины устанавливается с учетом числа накладов: от 78 цикл/мин при минимальном числе накладов до 62 цикл/мин при максимальном их числе.
При работе на ВШРА изменяются требования к качеству поступающих тетрадей, состав и круг обязанностей обслуживающей агрегат бригады. Тетради, поступающие на переработку в агрегате, должны иметь шлейф (припуск по ширине величиной 8-10 мм), который позволяет самонакладам перед укладкой тетрадей на сборочный транспортер раскрывать их посередине; для стабильности работы самонакладов тетради должны быть хорошо обжаты, иметь коэффициент спрессованности в пределах 0,90-0,96. Так как один накладчик, в зависимости от объема тетрадей, может обслужить от 4 до 5 самонакладов, то их число в бригаде не превышает двух. Накладчики подготавливают тетради и обложки к загрузке в магазины самонакладов, загружают магазины и следят за своевременным их пополнением. Из-за высокой скорости работы ВШРА (120-330 цикл/мин) заключительные операции (приемку, контроль качества и укладку продукции в стопы для упаковки) выполняет приемщик. В обязанности машиниста входят организация работы бригады, переналадка агрегата при смене заказа и наблюдение за его работой.
Подборочные автоматы получили широкое распространение на средних и крупных полиграфических предприятиях, выпускающих книжные издания среднего и большого объемов. Они состоят из 12, 18, 24 или 30 станций, сборочного транспортера и приемно-выводного устройства. Некоторые модели подборочных машин, например 891W (фирма «Шталь-Бремер», Германия), имеют двойную приемку — выклад блоков на противоположные от продольной оси машины стороны. Это позволяет обрабатывать (при увеличении скорости сборочного транспортера вдвое) одновременно два различных издания и полнее использовать технологические возможности подборочного автомата. Модели 891D снабжаются швейными секциями, то есть являются подборочно-швейными автоматами, позволяющими шить проволокой втачку книжные блоки толщиной до 20 мм.
Подборочные автоматы весьма трудоемки в обслуживании: машину с 30 станциями обслуживают 12 рабочих: машинист, помощник машиниста, шесть накладчиков, три приемщика и подсобный рабочий для развязывания пачек тетрадей и подноса тетрадей на рабочий стол машины. Из-за малого расстояния между станциями устанавливать поддоны, фуры или рабочие
204
Раздел 5
столы для подготовки тетрадей перед загрузкой магазинов самонакладов близ каждого рабочего места накладчика не представляется возможным. В связи с этим примерно в полуметре от станций устанавливается один длинный стол, разделенный перегородками на узкие отсеки.
При подготовке автомата к работе расстояние между стенками магазинов устанавливается в соответствии с высотой тетрадей и с зазором в 3-4 мм, чтобы обеспечить свободный вывод тетрадей на сборочный транспортер. В самонакладах зазоры между губками выводных щипцов регулируются на толщину тетрадей.
Перед загрузкой самонакладов накладчики проверяют нормы и сигнатуры тетрадей, отбраковывают поврежденные тетради и укладывают их вертикальными стопами в магазины самонакладов в соответствии с их расположением в книжном блоке (рис. 5.5, а), первыми страницами с нормой и сигнатурой вверх, корешками к сборочному транспортеру и нижними краями по направлению его движения. В начале работы подборочного автомата на приемном столе оказываются блоки с неполным комплектом тетрадей, которые накладчики разбирают на тетради и раскладывают в соответствующие магазины. Приемщик оценивает качество скомплектованных блоков по корешковым меткам и укладывает их стопой высотой до 30 см в фуры или на транспортер, отправляющий их на операцию скрепления. На крупных полиграфических предприятиях подборочные автоматы агрегатируют с автоматами клеевого бесшвейного и швейно-клеевого скрепления, поэтому визуальный контроль скомплектованных блоков отсутствует.
5.1.4. ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ЗАГРУЗКЕ ПОДБОРОЧНЫХ МАШИН
ГЪдовая производительная мощность и рентабельность применения подборочных автоматов зависят от полноты загрузки станций. Если на подборочной машине с 30 станциями комплектуются книжные блоки, состоящие из 16 тетрадей (с числом тетрадей п = Nc/2 + 1, где Nc — число станций), то технологические возможности машины используются лишь на 53,3%. При уменьшении числа тетрадей в блоках до 26-16 возникают и организационные трудности, так как норма обслуживания машины при числе станций до 24 предусматривает сокращение обслуживающего персонала на одного помощника машиниста, одного при
Изготовление книжных блоков
205
емщика и по одному накладчику на каждые пять пустующих станций. Этих рабочих необходимо обеспечить временной работой в цехе, соответствующей их профессии и квалификации.
Если n=Nc/2 ип= Nc/3, то одновременно можно комплектовать два и три блока за один цикл (рис. 5.5, б). В случае применения машин типа 891W (фирма «Шталь-Бремер», Германия) с двусторонней приемкой загрузка магазинов тетрадями разных изданий выполняется по схеме рис. 5.5, в. Простые расчеты показывают, что при самых неблагоприятных условиях, когда общее число тетрадей в блоках обоих изданий П' + п^ (3N + 6)/4, технологические возможности подборочной машины использу-
Рис. 5.5. Варианты машинной комплектовки: а— одного блока за цикл; б - двух блоков; в—двух блоков разных изданий; г— одного блока на двух машинах; 1 — магазин; 2— сборочный транспортер; 3 — блок на приемном устройстве; НТ — номера тетрадей в блоках; ЛТ — ленточный транспортер
206
Раздел 5
ются полнее на 25%. Комплектовка двух разных заказов на одной подборочной машине требует четкой организации на рабочих местах накладчиков и на приемных устройствах, при которой исключалось бы попадание в блоки тетрадей другого заказа. Машины с двусторонней приемкой можно загружать по схеме рис. 5.5, в и тетрадями одного издания, но производительность их при этом не удваивается, а возрастает на 40%, так Как при удвоении скорости сборочного транспортера максимальную техническую скорость машины необходимо снижать на 30%.
Если объем блока превышает число станций подборочной машины на одну или две тетради, то их целесообразно накладывать вручную на стол сборочного транспортера за последующей станцией машины. Если число тетрадей в блоке значительно превышает число станций в машине, то две части блока можно комплектовать раздельно и затем соединять их вручную. Разумеется, такую организацию труда можно применять лишь в единичных случаях, так как промежуточное складирование частей блоков и их соединение требуют значительных трудовых затрат и повышают вероятность брака. В производстве многообъемных рекламных изданий крупных торговых фирм, а также справочников, словарей, энциклопедических изданий число тетрадей в блоках может значительно превышать 30. В таких случаях комплектовку блоков можно производить одновременно на двух подборочных машинах, соединенных ленточным транспортером по схеме рис. 5.5, г. Так как за последние десятилетия ведущие машиностроительные фирмы значительно повысили надежность работы подборочных машин, то на машинах, поставляемых по специальным заказам, можно комплектовать блоки практически любого объема за один прием.
5.1.5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОМПЛЕКТОВКИ БЛОКОВ
Производительность подборочных машин зависит от скорости их работы, числа загруженных станций, качества подготовки тетрадей и числа сложных тетрадей в блоке.
Число станций в машине. С увеличением числа станций в машине и числа загруженных станций вероятность отказа и число остановок из-за неподачи тетрадей, подачи сразу двух тетрадей и по другим причинам повышается, а часовая и сменная производительность (и годовая производительная мощность) уменьшается. Эффективность работы оборудования мож
Изготовление книжных блоков 207
но оценивать в сравнении с работой других видов машин или при иных условиях эксплуатации по коэффициентам технического использования
и • t
1 х Лвыр lcm
ТИ т\ т
Ур'-^м/ч
(5-2)
где Нвыр — норма выработки, блоков (ударов)/ч; tcM — продолжительность смены, ч/см; vp — скорость работы оборудования, цикл (ударов)/мин; Nm/4 — число минут в часе.
Расчеты, выполненные по этой формуле, показывают, что при двукратном увеличении числа станций (от 12 до 24) из-за вынужденных остановок машин при комплектовке блоков среднего формата кти снижается с 0,833 до 0,776, а суммарное время простоя приустранении неполадок возрастает с 16,7 до 22,4%. При большом числе станций в машине машинист не успевает устранять неполадки в машине, поэтому в бригаду включается помощник машиниста.
Качество подготовки тетрадей. Плохо обжатые при прессовании и обвязке стопы тетради, а также склеенные, деформированные и поврежденные тетради вызывают частые остановки машины, понижают коэффициент технического использования и сменную производительность оборудования.
Формат тетрадей. При комплектовке блоков большого формата вероятность остановок подборочной машины из-за низкого качества подготовки тетрадей возрастает, поэтому с увеличением числа станций в машинах от 12 до 24 потери сменной производительности, по сравнению с комплектовкой блоков средних форматов, составляют от 4,7 до 8,5%, для 30-станционных машин—8,9%.
Число сложных тетрадей в блоке. Наличие сложных тетрадей в блоках (иллюстраций, печатаемых отдельно от текста и дробных частей листа), особенно приклеек и накидок, повышает вероятность склейки тетрадей, их различия по толщине и деформации и, как следствие, увеличения числа остановок подборочной машины в процессе комплектовки блоков. Каждая сложная тетрадь (без учета тетрадей с форзацами) снижает сменную производительность комплектовки примерно на 0,5%.
5.1.6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОМПЛЕКТОВКИ
В процессе работы на подборочной машине за качество скомплектованных блоков несут ответственность все члены бригады. Накладчики следят за соответствием укладываемых в ма
208
Раздел 5
газины тетрадей данному заказу наличием форзацев и вклеек, отсутствием перевернутых, грязных и поврежденных тетрадей; на каждую укладываемую в магазин стопу на корешковом или на верхнем сгибе тетрадей ставят индивидуальные метки цветным карандашом. Приемщик контролирует правильность комплектовки блоков по корешковым меткам, в сомнительных случаях сравнивая контролируемый блок с эталонным. Машинист, мастер участка и контрольный мастер периодически оценивают качество поступающих на комплектовку тетрадей и качество скомплектованных блоков по следующим показателям: наличию полного комплекта тетрадей данного издания, отсутствию лишних тетрадей, наличию форзацев и вклеек, правильности взаимного расположения тетрадей в блоке, отсутствию перевернутых, загрязненных, деформированных и поврежденных тетрадей.
Наличие полного числа тетрадей данного издания, расположенных в порядке следования сигнатурных номеров, верхними и корешковыми полями в соответствующие стороны, проверяется визуально по корешковым меткам и сравнением с эталонным экземпляром, подписанным мастером участка. При обнаружении брака дефектные тетради заменяются доброкачественными.
5.2. Технология скрепления книжных блоков
В производстве изданий и изделий книжного типа применяется более 30 вариантов скрепления книжных блоков, которые можно объединить в 14 видов и 5 способов (табл. 5.1): шитье нитками, шитье проволокой, клеевое бесшвейное скрепление (КБС), швейно-клеевое скрепление (ШКС) и механическое скрепление.
У каждого способа есть свои достоинства и недостатки, которые определяют преимущественное его применение в производстве того или иного вида книжной продукции и беловых товаров. В характеристике каждого способа отмечаются финансовые и трудовые затраты на единицу продукции, которые подробно рассматриваются в дисциплине «Проектирование и расчет ТБПП», а также влияние операции скрепления блоков на качество готовой продукции. Наибольшее применение к концу XX в. в России и за рубежом получили потетрадное шитье нитками без марли, шитье проволокой внакидку и клеевое бесшвейное скрепление с фрезерованием корешка.
Потетрадное шитье нитками без марли обеспечивает высокую прочность, долговечность и хорошую раскрываемость книжной продукции. Оно с успехом может применяться в мел-
Изготовление книжных блоков
209
Таблица 5.1
Способы, виды и варианты скрепления блоков
Способ Вид скрепления Вариант скрепления
1 2 3
1 Шитье нитками 1. Поблочное внакидку 1. Дзухниточное 2. Однониточное
2. Поблочное втачку 3. Дзухниточное
3. Потетрадное без марли 4. Простым брошюрным стежком 5. Переставным брошюрным стежком 6. Комбинированным стежком
4. Потетрадное на марле 7. Простым переплетным стежком 8. Переставным переплетным стежком
2. Шитье проволокой 5. Поблочное внакидку 9. Внакидку
6. Поблочное втачку 10. С загибкой ножек скоб 11. Встречными скобами
7. Потетрадное на марле 12. Без перехода 13. С одним переходом 14. С двумя переходами
3. Клеевое бесшвейное скрепление 8. С фрезерованием фальцев 15. Без роспуска, с использованием ПВАД 16. Без роспуска, с использованием термоклея 17. С роспуском листов 18. С армированием корешка
9. С частичным фрезерованием фальцев 19. С перфорацией фальцев 20. С фрезерованием шлицев 21. С фрезерованием средней зоны корешка
10. Без фрезерования 22. Из односгибных тетрадей 23. Со склейкой при фальцовке 24. С нагревом термоплавкого клея
4 Швей но-клеевое скрепление 11. Скрепление тетрадей термонитями 25. С клеевым скреплением блока
210
Раздел 5
Окончание табл. 5.1
1 2 3
5. Механическое скрепление 12. С перфорацией отверстий 26. Спиралями 27. Гёребнками
13. Со сверлением отверстий 28. Винтами 29. Заклепками
14. Упругими устройствами 30. Зам ками-зажимам и 31. Обоймами
ко-, средне- и крупносерийном производстве книг и беловых товаров, так как ведущими машиностроительными фирмами выпускается большое число станков, автоматов и агрегатов, позволяющих механизировать и автоматизировать большую часть брошюровочно-переплетных операций.
Шитье проволокой внакидку широко используется в производстве малообъемных книжных изданий, школьных тетрадей и различных документов благодаря его простоте и малым трудовым и материальным затратам. Шитье проволокой втачку и особенно потетрадное шитье вразъем находят весьма ограниченное применение в связи с успешным развитием клеевых и механических способов скрепления.
Клеевые бесшвейные способы скрепления во второй половине XX в. значительно потеснили швейные способы скрепления блоков благодаря малому числу операций и широкой механизации и автоматизации производства, хорошей раскрываемости готовой продукции, но их недостаток—высокая требовательность к подбору материалов (клея к бумаге), строгое соблюдение режимов технологического процесса, от которых во многом зависят прочность и надежность клеевых соединений и, следовательно, срок службы книжной продукции. Швейно-клеевое скрепление сочетает достоинства швейного и клеевого скреплений (малую трудоемкость и высокие экономические показатели, высокую прочность и хорошую раскрываемость), но в России и в странах СНГ широкого применения, к сожалению, не получило.
Механические способы скрепления блоков применяются преимущественно в так называемой бестетрадной технологии, в мелко- и среднесерийном производстве беловых товаров и некоторых видов книжных изданий( например, каталогов полупроводниковых приборов и другой продукции бурно развивающихся отраслей промышленности), так как позволяют легко удалять отдельные листы и дополнять блок допечатками. Среди них преимущественное распространение получили скрепления гребен
Изготовление книжных блоков
211
ками и спиралями, обеспечивающие полное раскрывание издания или изделия, благодаря массовому выпуску простого и доступного по цене малым предприятиям настольного малогабаритного и простого в обращении оборудования.
Скрепление обоймами и замками имеет ограниченное применение в производстве пластмассовых и картонных папок для хранения различных архивных документов, так как позволяет легко пополнять их содержимое. Ограниченное применение имеют и два вида неразъемных скреплений—винтами и заклепками: они применяются в основном в производстве альбомов для фотографий и марок (кляссеров).
5.2.1. ПОБЛОЧНОЕ ШИТЬЕ НИТКАМИ
Поблочное шитье нитками может выполняться однониточным узловязальным и двухниточным цепочечным швом (рис. 5.6). Для узловязального шитья характерны применение длинных (порядка 10 см) стежков, неплотная их затяжка и наличие свисающих концов нитки в нижней части блока у завязанного узла. Этот вид шитья используется в зарубежной практике при изготовлении малообъемных изданий в обложке и в переплетной крышке, комплектуемых вкладкой и предназначенных для детей дошкольного и младшего школьного возраста. Для скрепления блока обычно бывает достаточно два или три стежка, поэтому трудоемкость скрепления блоков этим видом шитья невысока. В России и в странах СНГ этот вид шитья применения не нашел.
Рис. 5.6. Схема поблочного шитья нитками: а— однониточного внакидку; б — двухниточного втачку; 1 — блок; 2 — нитки
Шитье блоков нитками внакидку двухниточным цепочечным швом осуществляется специальными швейными машина
212
Раздел 5
ми фирмы «Зингер» класса 300 модели 104, в которых шов образуется одной иглой и одним крючком, выполняющим функцию челнока. Длина стежков может регулироваться в пределах от 6 до 11 мм в зависимости от высоты блока: более короткие стежки обычно применяют при изготовлении малоформатных изданий и изделий (например, сберегательных книжек) в обложке. Агрегат «Де Флорес» модели SS/T (фирма «Мак-Кейн», США), в котором осуществляется этот вид скрепления, позволяет обрабатывать блоки форматом от 78x90/32 до 70x100/8 толщиной до 5 мм со скоростью 60-70 блоков/мин. Поточная линия на основе этого агрегата в течение ряда лет успешно эксплуатировалась на ПО «Детская книга» (Москва) в производстве изданий в переплетной крышке для детей дошкольного и младшего школьного возраста.
Поблочное шитье нитками втачку может осуществляться цепочечным двухниточным швом на швейных машинах «тяжелого типа», например класса 222 (Подольский завод, Россия). При осуществлении этого способа скрепления блоков рекомендуется использовать тонкие виды печатной бумаги поверхностной плотностью 50-60 г/м2, тетради—только с долевым раскроем (с машинным направлением вдоль корешка) и прочные нитки из синтетических волокон с большим относительньшудаинением при растяжении, линейной плотностью в пределах 64-82 текс (г/км) и разрывным усилием порядка 15-18 Н (1,5-1,8 кгс). В процессе шитья нитяной шов должен отстоять от края корешка блока на 4-5 мм. При соблюдении этих условий будут обеспечены высокая прочность и хорошая раскрываемость книжных изданий больших и средних форматов.
Шитье нитками втачку довольно широко используется за рубежом в производстве школьных учебников и других изданий для выборочного чтения — энциклопедий, справочников, словарей, технологических инструкций и др. В России этот способ используется в основном при ремонте библиотечных книг.
5.2.2. ПОТЕТРАДНОЕ ШИТЬЕ НИТКАМИ
При потетрадном шитье книжных блоков нитками каждая тетрадь скомплектованного блока скрепляется несколькими (от 3 до 6) стежками, при этом каждый стежок скрепляет соседнюю тетрадь в двух местах одинарной и двойной нитью. Потетрадное шитье производится на специализированных и универсальных ниткошвейных машинах. Специализированные ниткошвейные автоматы рассчитаны на шитье блоков без марли про
Изготовление книжных блоков 213
стым брошюрным стежком, которое применяется в средне- и крупносерийном производстве книжных изданий значительного объема, блоки которых в дальнейшем обрабатываются на автоматизированных поточных линиях и агрегатах, на которых в процессе обработки блоков корешковый материал, обеспечивающий прочную связь переплетной крышки с блоком, не пришивается, а приклеивается. Такие автоматы состоят из самонаклада, седлообразного неподвижного стола с цепным транспортером и вталкивающими роликами, клеевого аппарата, качающегося стола с механизмами прокалывающих игл и шиберов, швейной каретки со швейными и иглами и крючками, нитеподающего устройства и приемного стола с толкающей планкой.
Универсальные ниткошвейные полуавтоматы и автоматы позволяют скреплять блоки двумя видами шитья - на марле и без марли с применением соответственно простых и переставных переплетных и простых и переставных (или комбинированных) брошюрных стежков (рис. 5.7).
в
Рис. 5.7. Виды потетрад-ного шитья нитками: а — простым брошюрным; б — простым переплетным; в — переставным брошюрным; г — переставным переплетным стежками
Переплетное шитье на марле отличается тем, что в процессе потетрадного скрепления блока к корешку пришивается корешковый материал (полиграфическая марля или нетканый материал), предназначенный для надежного скрепления переплетной крышки с блоком. В связи с этим универсальные нитко
214
Раздел 5
швейные машины снабжаются марлеподающим механизмом и устройством для образования между блоками марлевой петли, необходимой для получения марлевых клапанов.
При подготовке ниткошвейной машины к работе магазин самонаклада регулируется по высоте, ширине и толщине тетрадей, а его счетно-распределительное устройство—по числу тетрадей в блоке. По высоте тетрадей регулируется также положение ближайшего поводка цепного транспортера неподвижного стола от вталкивающих роликов, передающих тетради на качающийся стол швейного аппарата. Клеевой аппарат устанавливается по высоте так, чтобы клеевая полоска наносилась на тетради с отступом от корешкового сгиба на 1-1,5 мм. Регулировка толщины и ширины клеевой полоски в швейных машинах не предусмотрена, поэтому их величина при склейке крайних тетрадей, предотвращающей возможный отрыв тетрадей от блока на последующих перевалочных операциях, может регулироваться только изменением состава, концентрации и вязкости клея.
На качающемся столе машины положение фальцобжимного уголка регулируется на половину толщины самой толстой тетради блока, чтобы обеспечить точное положение стежков на корешковых фальцах тетрадей сшитого блока. Важной для качества сшитых блоков является также регулировка проталкивающей планки: величина проталкивания сшитых блоков на приемном столе за цикл работы машины должна быть равна толщине простых тетрадей блока, так как только при этом условии можно получить требуемое натяжение нитей и высокую плотность шитья. Подвижная стенка приемного стола устанавливается по высоте сшитых блоков с минимальным зазором, учитывающим допуски на фальцовку тетрадей.
При смене вида шитья и формата тетрадей производятся переналадки и швейного аппарата. Швейные инструменты устанавливают и закрепляют в соответствии с требуемым видом шитья и высотой блока, используя предварительную разметку одной из тетрадей по установочным таблицам. Комплект швейных игл и крючков размещают на швейной каретке и игольной планке, закрепляя их соответственно в держателях и в патронах. Прокалывающие иглы и шиберы (нитеводители) устанавливают на соответствующих планках качающегося стола, причем проколки — против каждой швейной иглы и каждого крючка, а шиберы — справа от крючков на расстоянии 9 мм. Механизм выравнивания тетради перед шитьем устанавливается на вели
Изготовление книжных блоков
215
чину, большую величины отступа крайнего верхнего стежка от верхней кромки тетради на 15 мм.
Число бобин ниток должно соответствовать виду шитья и числу стежков, которые устанавливаются в зависимости от формата и доли бумажного листа (табл. 5.2). При шитье на марле на штанге марлеподающего устройства устанавливается рулон полиграфической марли или нетканого материала шириной шрм:
шрм=В-35, (5.3)
где В—высота блока до обрезки.
В процессе шитья блоков корешковый материал сматывается с рулона по мере продвижения сшитых блоков на приемном столе, а механизм марлеподавателя регулируется на величину образования петли корешкового материала между сшитыми блоками, которая устанавливается в соответствии с толщиной книжных блоков Тб: при Тб = 20 мм ширина клапанов корешкового материала после разрезки петель на приемном столе машины должна быть 18 мм, а при большей толщине книжных блоков — 22 мм.
Таблица 5.2
Зависимость числа стежков при потетрадном шитье нитками от формата и доли листа и высоты блока
Формат и доля листа Высота блока, мм Число стежков
мин. макс. простых переставных
60x84/32 70x108/32 150-175 3 3
85x108/32 75x90/16 210-225 4 4
70x100/16 84x108/16 250-270 5 5
60x84/8 60x90/8 300 6 5
70x100/8 70x108/8 350 6 6
В обязанности машиниста ниткошвейного автомата входит подготовка машины к работе: переналадка швейного аппарата и самонаклада в соответствии с видом скрепления и высотой блока очередного заказа, заправка ниток и марли, заполнение клеем ванны клеевого аппарата, загрузка магазина самонаклада, наблюдение за качеством сшитых блоков, пополнение швейного аппарата расходными материалами и самонаклада—скомплектованными блоками, а также съем готовой продукции и укладка ее на поддон, в фуру или на транспортер для отправки сшитых блоков на последующие операции. В обязанности машинистов ниткошвейных полуавтоматов, которыми оснащают
216
Раздел 5
ся малые полиграфические предприятия, входит также накидка тетрадей на неподвижный транспортный стол машины, поэтому ее скоростные возможности в полной мере не используются. При ручном накладе тетрадей блока скорость машины устанавливается в пределах 75-80 цикл/мин, но и при таких скоростях на поднос скомплектованных и съем сшитых блоков, пополнение расходных материалов и устранение неполадок расходуется 20-23% времени при шитье блоков без марли и 22-25% — при шитье на марле.
В современных ниткошвейных машинах значительно повышена максимальная техническая скорость работы: до 115 цикл/мин в машинах БНШ-6А и БНШ-6БА (Киевский ЗПМ, Украина), до 140 цикл/мин в автоматах F145 (фирма «Шталь», Германия) и до 300 цикл/мин в модели FH-Уника (фирма «Колбус», Германия). В них отсутствует настройка швейных аппаратов на шитье переставным брошюрным стежком, так как при его примененииухуд-шается качество сшитых блоков из-за значительного (до 2,5 мм) смещения каждой второй тетради вследствие натяжения ниток в зигзагообразном шве.
Потетрадная склейка при шитье блоков. Наличие клеевого аппарата в ниткошвейных машинах привело к появлению упрощенного варианта классической технологии обработки сшитых книжных блоков, исключающего первые четыре операции: обжим корешка и блока, заклейку и сушку корешка (см. разд. 6). Применение этого варианта технологии в производстве многообъемных изданий в переплетной крышке не дало положительных результатов: готовые книги быстро теряли форму и разрушались в процессе эксплуатации. Низкое качество книг, изготовленных по упрощенной обработке блока, объясняется следующим: 1) крахмальный клей и клей на основе NaKMIJ, не обеспечивают требуемой прочности клеевого соединения тетрадей; 2) клеевые полоски, склеивающие тетради блока друг с другом, даже при строгом соблюдении требований подготовки клеевого аппарата к работе располагаются слишком далеко от поверхности корешка (наружный край на расстоянии 1-1,5 мм, а внутренний — в 3-4 раза большем), что приводит к быстрому разрушению клеевого соединения, так как внутренние его слои испытывают наибольшие нагрузки при открывании книги; 3) полоски клея получаются неравномерными и слишком широкими из-за ускоренного движения тетрадей при их проталкивании с неподвижного стола машины на качающийся стол; 4) положение клеевой полоски зависит от толщины тетрадей, по
Изготовление книжных блоков
217
этому при закреплении клеевого слоя на приемном столе машины корешковые фальцы сложных тетрадей и дробных частей листа оказываются на разных уровнях с остальными простыми тетрадями блока.
Потетрадная склейка допустима при изготовлении малообъемных изданий и ручном крытье блоков обложкой. Технологические инструкции по ТБПП рекомендуют применять потетрад-ную склейку в тех случаях, когда издания отпечатаны на мелованной бумаге и имеют распашные иллюстрации в разъемах тетрадей.
Материалы, применяемые при шитье. При потетрадном шитье применяются швейные суровые капроновые нитки в три сложения марки 50к (64/3) по ТУ 17 РФ 5999-73 или хлопчатобумажные матовые «специальные» нитки в 6 сложений (торговый номер 30) линейной плотностью 68,6 текс (г/км) по ГОСТ 6309 с разрывным усилием не менее 15,5 Н (1,58 кгс).
Капроновые нитки прочнее хлопчатобумажных при одинаковой линейной плотности, имеют большое относительное удлинение при растяжении, поэтому редко обрываются при шитье. В сшитом блоке они вызывают меньшее утолщение корешка, так как при одинаковой прочности имеют меньшую линейную плотность (марка 50к означает: линейная плотность =50 г/км, к — капроновая нить).
В качестве корешкового материала используется полиграфическая хлопко-полиэфирная марля марки НШ (ГОСТ 5196), содержащая 25% капроновых волокон жесткостью (19 ± 3) сН (гс). Вместо марли применяется также нетканый материал из синтетических волокон.
Для склейки крайних тетрадей блока в процессе шитья применяется 7%-ный водный раствор NaKMIJ, с добавкой 4% ПВАД, а при потетрадной склейке - клей на основе ПВАД с добавлением поливинилового спирта и NaKMIJ.
Оценка качества сшитых блоков. Качество сшитых нитками книжных блоков оценивается по следующим показателям: 1) наличию полного числа доброкачественных тетрадей данного издания, правильности их расположения в порядке следования сигнатур и отсутствию перевернутых тетрадей; 2) правильности применения вида шитья, числа и размеров стежков; 3) отсутствию обшивок, обрывов ниток и спущенных петель; 4) отсутствию смещения в положении фальцев в корешке и по верхнему краю от общей плоскости (допуск 1 мм); 5) отсутствию смещения проколов от линии сгиба тетрадей (допуск 1 мм);
218
Раздел 5
6) правильности положения и ширины клеевой полоски на крайних тетрадях [отступ клеевой полоски от корешкового сгиба тетрадей должен быть (2± 1) мм, ширина полоски — (2,5± 1) мм]; 7) плотности шитья. При шитье на марле оцениваются также ровность краев и ширина марлевых клапанов.
Показатели качества, перечисленные в первых трех пунктах, оцениваются визуально и сравнением с утвержденным эталоном, а размерные показатели измеряются металлической линейкой с ценой деления 1 мм. Плотность шитья определяется мастером участка или работником лаборатории на приборе ПШ, на котором закрепленный за нижнюю тетрадь блок сдвигается за верхнюю тетрадь силой 9,8 Н (грузом массой 1 кг), действующей в горизонтальном направлении. Плотность шитья на этом приборе оценивается по величине сдвига блока а, номинальные значения которой в зависимости от толщины блока были приведены в ГОСТ 20254-74, действовавшем до 1981 г., и повторены в технологических инструкциях по ТБПП [2]. Анализ этих значений показал, что средние значения сдвига пропорциональны толщине блока и могут быть подсчитаны по формуле
а = 0,283Тб ~ 0,28Тб, (5.4)
где Тб — толщина блока, мм. После расчета значения а следует округлить с точностью до 0,5 мм. Допуски на номинальные значения плотности шитья удобнее представить в конкретных цифрах: при Тб = 20 мм Д = ±0,5 мм, при Тб = 21-45 мм Д = ± 1,0 мм, а приТб>45ммД= 1,5 мм.
5.2.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ ПОТЕТРАДНОГО ШИТЬЯ НИТКАМИ
Прочность потетрадного шитья нитками определяется на динамометре с максимальной нагрузкой до 200 Н (20 кгс) при испытании на вырыв внутренних листов или целой тетради блока. Прочность потетрадного шитья нитками зависит от вида шитья, прочности бумаги и направления ее раскроя в тетрадях, объема тетрадей, прочности и относительного удлинения ниток, числа и длины стежков, наличия и вида корешкового материала.
От вида шитья зависят прочность скрепления тетрадей друг с другом и прочность связи переплетной крышки с блоком. Наивысшую прочность скрепления книжной конструкции обеспечивает шитье блоков на марле переплетными стежками, при котором марля надежно соединяется с блоком зигзагообразными наружными элементами стежка, а переплетная крышка в
Изготовление книжных блоков
219
готовой книге скрепляется с блоком клапанами корешкового материала. Достоинства переплетного шитья на марле используются в производстве изданий в переплетной крышке, рассчитанных на средний и большой срок службы и интенсивное пользование. Простой переплетный стежок прост в настройке, но расположение стежков в соседних тетрадях друг под другом ограничивает область его применения скреплением блоков изданий среднего объема из-за большой нашивки фальцев (утолщения корешка). При шитье сравнительно тонких блоков число скрепляющих корешковый материал диагональных элементов шва увеличивается за счет увеличения числа стежков: по высоте блока вместо одного переставного переплетного стежка можно разместить три простых переплетных стежка. Переставной переплетный стежок, дающий вдвое меньшее утолщение корешка при шитье, благодаря высокой прочности скрепления и тетрадей, и крышки с блоком применяется в производстве многообъемных изданий большого формата (с большой массой блока) — энциклопедий, словарей, справочников и т.п.
Шитье без марли, осуществляемое с применением простого и комбинированного брошюрных стежков, обеспечивает весьма надежное скрепление тетрадей блока, позволяет производить полную обработку блоком (см. разд. 6) на автоматизированных поточных линиях, но при его применении связь переплетной крышки или обложки с блоком осуществляется только клеевым соединением, прочность и долговечность которого зависят от многих факторов (см. подразд. 1.2.9) и в значительной степени — от культуры производства, качества исходных материалов, строгого соблюдения рецептуры клеев и режимов технологического процесса. Этот вид шитья широко применяется в производстве самых разнообразных по назначению изданий значительного объема, рассчитанных на средний и большой срок службы при малой интенсивности пользования.
Чем выше прочность бумаги на разрыв, тем выше и прочность швейного скрепления, но при этом испытании имеет большое значение и направление ее раскроя. Если тетради книжного блока имеют долевой раскрой, то при испытании внутренних листов на вырыв разрывное усилие направлено к бумаге в поперечном направлении, при котором у всех видов бумаги (кроме ватмана ручного изготовления) оно всегда меньше, чем в долевом направлении. Разумеется, это не означает, что в целях повышения этого показателя следует использовать тетради с по
220
Раздел 5
перечным раскроем бумаги, но при составлении норм прочности этот фактор необходимо учитывать.
Объем тетрадей практически не влияет на показатель прочности на вырыв внутренних листов тетрадей, так как при вы-рыве первой пары листов тетради разрушается бумага, а при вырыве двух-трех (и более) пар листов рвутся нитки. При испытаниях на вырыв из блока целой тетради показатель прочности во многом зависит от прочности швейного и клеевого скреплений тетради с соседними тетрадями и с корешковым материалом, поэтому с увеличением числа страниц в тетрадях прочность на их вырыв возрастает. В испытаниях на вырыв первой пары внутренних листов 32-страничных тетрадей, сшитых четырьмя стежками, сила вырыва не превышает 10 Н (1 кгс), но при вырыве целой тетради показатель прочности в 12-15 раз выше.
Нитки, применяемые при шитье блоков, имеют разрывное усилие порядка 15 Н (1,5 кгс), что дает примерно 1,5-кратный запас прочности на вырыв внутренних листов тетрадей книжных изданий среднего формата, сшиваемых четырьмя стежками. Конечно, чем больше прочность ниток, тем выше и прочность швейного скрепления, но применять более «толстые» (большей линейной плотности, меньшего торгового номера) и более прочные нитки целесообразно лишь при шитье блоков втачку, при котором нагрузки на швейное скрепление при пользовании книгой значительно выше. Использование ниток из синтетических волокон, имеющих большое относительное удлинение при разрыве, не только снижает число обрывов ниток в процессе шитья, но и способствует меньшему разрушению бумаги блока в процессе его механической обработки и при пользовании книгой, повышает срок службы издания.
Установлено, что прочность скрепления листов и тетрадей книжного блока пропорциональна числу стежков, которое, как это указано в табл. 5.2, зависит от высоты блока и оправдано нагрузками, возрастающими при пользовании книгой с увеличением формата издания, толщины и массы книжного блока. Длина стежков оказывает меньшее влияние на прочность книги: увеличение длины стежков вдвое дает прирост прочности листов на вырыв примерно на 20%. Поэтому блоки книг большого формата и объема целесообразно шить максимальным числом коротких стежков.
По данным исследований, проведенных во ВНИИ полиграфии в 1950-х гг. [17], прочность блоков на вырыв, разрыв блоков и прочность связи переплетной крышки с блоком зависят от вида
Изготовление книжных блоков
221
и размеров корешкового материала. В качестве корешкового материала были отобраны два вида ткани с малой поверхностной плотностью (батист и бязь) и два вида марли — фасонная и двухниточная по основе. Исследования показали, что максимальная прочность блока достигается при использовании двухниточной марли, имеющей повышенную прочность на разрыв по утку и крупные ячейки, обеспечивающие свободное проникание клея к фальцам тетрадей при заклейке корешка и прочную склейку марли с бумагой блока и форзацев. Более прочные на разрыв, но плохо пропускающие клей ткани в испытаниях на разрыв блока и на вырыв тетрадей показали на 21-29% меньшую прочность.
Прочность связи переплетной крышки с блоком максимальна, если корешковый материал выкраивается по всей высоте блока, но при шитье блоков на марле это неосуществимо, так как при обрезке блоков края марли осыпаются. Чтобы корешковый материал меньшего размера по высоте блока не заходил в готовой книге на клапаны загибки покровного материала переплетной крышки, рулон корешкового материала выкраивают шириной, меньшей номинальной высоты блока на 35 мм [см. формулу (5.3)]. В готовой книге полоска марли должна располагаться симметрично, на равном расстоянии от верхнего и нижнего обрезов; чтобы это произошло, при подготовке ниткошвейной машины к работе левый край марлевого полотна сдвигают к верхнему краю блока так, чтобы это расстояние в сшитых блоках было равно 15мм.
Минимальная ширина клапанов корешкового материала, обеспечивающая их надежную склейку с форзацами, рассчитывается исходя из минимально допустимой ширины склейки тканевых переплетных материалов с бумагой и картоном, равной 10 мм, 20%-ного запаса прочности и величины расставов при использовании для переплетных крышек тонкого картона
Шмк=рм+/Сзпшмс, (5.5)
где рм — минимальная величина расстава, мм; кзп — коэффициент запаса прочности склейки; шмс — минимальная величина склейки ткани с картоном, мм.
При рм = 4,5 мм, кзп = 1,2 и шмс =10 мм шмк =17 мм, что с допуском в 1 мм учтено в Нормах расхода материалов и в рекомендациях технологических инструкций по ТБПП [21, 2]. С увеличением толщины блока и толщины всех материалов переплетной крышки величина расставов и ширина клапанов корешкового материала соответственно увеличиваются до 22 мм.
222
Раздел 5
5.2.4. ШИТЬЕ БЛОКОВ ПРОВОЛОКОЙ
Из трех способов шитья блоков проволокой (поблочного внакидку, поблочного втачку и потетрадного вразъем) наиболее широкое применение имеет шитье внакидку благодаря своей простоте в использовании, широкой механизации и автоматизации, возможности в крупносерийном производстве организовать непрерывное поточное производство на всех операциях — от комплектовки блока до упаковки готовой продукции. При его применении требуется минимум сравнительно дешевого расходного материала — тонкой проволоки, он с успехом может применяться как на малых, так и на крупных полиграфических предприятиях, причем в мелкосерийном производстве требует минимальных финансовых затрат на приобретение сравнительно простого и высокопроизводительного оборудования, требующего минимума времени на переналадку при смене заказа. При его использовании в среднесерийном производстве применяют вкладочно-швейные полуавтоматы, позволяющие за смену скомплектовать, скрепить и покрыть обложкой от 22 до 31 тыс. изданий в зависимости от их объема и формата.
Современные вкладочно-швейно-резальные автоматы (ВШРА) впечатляют своими возможностями: их максимальная техническая скорость, в зависимости от нужд производства, может составлять от 8 до 20 тыс. экземпляров готовой продукции в час. При подключении к ВШРА стопоукладчика и упаковочного автомата готовая продукция может немедленно отправляться на склад или к заказчику.
К недостатку этого способа скрепления можно отнести то, что он применим лишь при комплектовке блоков вкладкой, поэтому объем изданий, отпечатанных даже на тонкой бумаге, не превышает 128 страниц.
Шитье проволокой втачку применяется сравнительно редко — для скрепления изданий в обложке с толщиной блока от 5 до 20 мм, выпускаемых малыми и средними тиражами. К его недостаткам можно отнести плохую раскрываемость книги и быстрый отрыв крайних листов в местах крепления при пользовании книгой.
Потетрадное шитье проволокой на марле впервые было осуществлено в 1870-х гг. в Германии. Машина для потетрадного шитья книжных блоков проволокой была сконструирована и запатентована Хуго Бремером в 1875/76 г. и впервые демонстрировалась на выставке Биржевого общества немецких книго
Изготовление книжных блоков
223
торговцев в Лейпциге в 1879 г. Это была первая машина, позволившая механизировать весьма трудоемкий и утомительный труд ручного шитья книжных блоков, что способствовало быстрому распространению этого способа шитья в Европе и в Северной Америке. Ниткошвейные машины стали выпускаться фирмой «Братья Бремер» (Германия) на 5 лет позже, с 1884 г., и эти два способа потетрадного шитья блоков сосуществовали более 80 лет, но с появлением и широким распространением ниткошвейных автоматов, с которыми относительно тихоходные проволокошвейные полуавтоматы конкурировать уже не могли, потетрадное шитье проволокой утратило свои позиции.
В 50-60-е годы потетрадное шитье блоков проволокой еще достаточно широко применялось в производстве книжных изданий по искусству, отпечатанных на высококаландрированных и мелованных видах бумаги, а также при изготовлении любых других изданий, предназначенных на экспорт, так как шитье тонкой (порядка 0,5 мм) проволокой обеспечивало «чистые» развороты тетрадей без затекания в проколы бурого костного клея, применявшегося в прежние годы для заклейки корешка. В 70-х гг. многоаппаратные проволокошвейные полуавтоматы были сняты с производства, но потетрадное шитье проволокой еще применяется в малосерийном производстве альбомов и атласов благодаря широким технологическим возможностям машин типа ПШ-4М и 2ШП-4, позволяющих скреплять блоки высотой до 500 мм и толщиной до 125 мм четырьмя-семью проволочными скобами со скоростью до 65 цикл/мин.
Технология поблочного шитья проволокой. На малых полиграфических предприятиях шитье проволокой внакидку и втачку выполняется на одноаппаратных проволокошвейных машинах типа МПД Государственного научно-производственного объединения «Сплав» (г. Тула, Россия) и 4БПШ-30 или на многоаппаратных машинах 4БПШ-30/2 (АО «Киевполиграф-маш», Украина). Машина МПД рассчитана на шитье блоков толщиной до 14 мм, а 4БПШ-30 — до 19 мм. На многоаппаратных машинах 4БПШ-30/2 могут устанавливаться от двух до четырех швейных аппаратов и скрепляться блоки толщиной до 8 мм.
При смене заказа проволокошвейные машины переналаживаются на вид шитья (внакидку или втачку) и на толщину сшиваемого блока, при этом изменяется положение поворотного рабочего стола, снимается или устанавливается неподвижный упор, фиксирующий положение корешка блока при шитье втачку, и регулируется положение швейного аппарата в соответст-
224
Раздел 5
вии с толщиной книжного блока. При подготовке к работе вкладочно-швейной машины необходимо отрегулировать положение каретки швейного аппарата, швейных головок и загибателей ножек скоб, а в зависимости от толщины раскрытого блока — величину открывания захватов каретки и зазоров между швейными головками и загибателями. В подготовку к работе ВШРА входит также регулировка самонакладов в соответствии с форматом и толщиной тетрадей и обложки, а резальной секции — в соответствии с форматом издания.
Для скрепления книжных блоков проволочными скобами применяется полиграфическая проволока по ГОСТ 7480 или стальная низкоутлеродистая общего назначения по ГОСТ3282. ГОСТ7480 предусматривает выпуск 11 видов проволоки диаметром от 0,36 до 1,20 мм, из которых для шитья блоков с загибкой ножек проволочных скоб технологические инструкции рекомендуют использовать только семь: проволоку диаметром от 0,4 до 0,7 мм для шитья блоков толщиной от 0,5 до 5 мм и диаметром 0,8 мм при большей толщине.
При высоте блоков до 150 мм их следует скреплять одной скобой, при высоте до 270 мм - двумя, а при большей высоте — тремя скобами. При шитье блоков на проволокошвейных машинах положение скоб по высоте блока не фиксируется, но это возможно, если на столе наклеить картонный упор (или два упора с двух сторон), чтобы получить шитье «с переходом». В процессе переналадки подборочно-швейной машины и ВШРА на шитье одной скобой один ее край должен быть посередине высоты блока, чтобы при шитье с переходом (смещением скоб в следующем блоке на длину спинки скобы) скобы в каждом втором блоке размещались симметрично относительно середины высоты блока. При шитье двумя скобами расстояние между ними должно быть равно половине высоты блока, а при шитье тремя скобами — 1/3 высоты. Шитье с переходом уменьшает вероятность рассыпания стопы сшитых блоков и готовых изданий на перевалочных операциях, перед обрезкой блоков и при упаковке готовой продукции.
Технология потетрадного шитья проволокой. Как и потетрадное шитье нитками, потетрадное шитье проволокой вразъ-ем выполняется на марле, ширина рулона которой определяется по формуле (5.3). При переналадке многоаппаратных проволокошвейных машин 2ШП-4 и ПШ-4М число швейных аппаратов устанавливается в соответствии с высотой блока: при высо
Изготовление книжных блоков
225
те блока до 210 мм устанавливают два аппарата, при высоте до 270 мм — три, а при большей высоте — четыре швейных аппарата. Все швейные аппараты устанавливают на равном расстоянии друг от друга и так, чтобы крайние проволочные скобы располагались на расстоянии не менее 5 мм от краев корешкового материала, так как в противном случае вблизи краев разреженной марли возможно осыпание и расплетение нитей основы в процессе дальнейшей обработки блоков, что приведет к снижению прочности швейного скрепления. Машина настраивается на один из двух возможных вариантов шитья: с одним или с двумя переходами, смещением скоб в соседних тетрадях сшиваемого блока на расстояние, немного большее длины спинки скобы, так как утолщение корешка блока при потетрадном шитье проволокой в 2-2,5 раза больше, чем при потетрадном шитье нитками. На шитье с двумя переходами швейный аппарат настраивают в тех случаях, когда блок состоит из большого числа относительно тонких тетрадей: 16-страничных или большего объема, но полученных из бумаги с малой поверхностной плотностью и большой объемной массой при толщине блоков свыше 10 мм. Шитье 16-страничных тетрадей проволокой диаметром 0,4 мм с одним переходом позволяет уменьшить толщину корешка на 14%, а шитье блоков, составленных из 32-страничных тетрадей, — на 10%; при шитье с двумя переходами уменьшение толщины корешка составляет соответственно 19 и 14%.
В многоаппаратных проволокошвейных машинах размер скоб не регулируется; швейные аппараты отрезают проволочные заготовки длиной 25 мм, из которых формируются скобы с длиной спинки 13 мм. С учетом длины спинок проволочных скоб расстояние между ними 1мс может быть определено по формуле
B-Nn-lc-45
=-----------• (5.6)
м с
где В—высота блока до обрезки, мм; Nn — число переходов скоб при шитье; Nc — число скоб по высоте блока; 1с — длина спинки скобы, мм.
Для шитья используется проволока минимальной толщины (0,36,0,40 и 0,45 мм), так как прошивается только половина толщины тетрадей, которая у словарной бумаги поверхностной плотностью 50 г/м2 в 16-страничных тетрадях не превышает 0,25 мм, а в 32-страничных тетрадях при предельной толщине бумаги 90 мкм она не может быть более 0,72 мм.
226
Раздел 5
При получении нового заказа машинист на одной из тетрадей делает разметку положения корешкового материала и проволочных скоб (рис. 5.8), а подготовку машины начинает с установки крайнего левого швейного аппарата, сместив поворотом маховика накладной стол в крайнее правое положение, после чего правый крайний швейный аппарат устанавливают при крайнем левом положении накладного стола. Швейные головки средних (или среднего) швейных аппаратов закрепляются на равном расстоянии от крайних аппаратов и друг от друга. При шитье блоков двумя и тремя скобами швейные аппараты сдвигаются вправо или снимаются. Устройства загибки ножек проволочных скоб устанавливаются против швейных головок и регулируются на зазор, равный половине толщины сшиваемых тетрадей.
Рис. 5.8. Схема потетрадного шитья блоков проволокой с одним переходом: 1 — тетрадь; 2 — марля; 3 — проволочная скоба
Проводку проволоки требуемой толщины начинают с крайнего правого аппарата. Правильность настройки швейного аппарата проверяют прошивкой одной тетради, подняв накладной стол в крайнее верхнее положение. Установку марлевого рулона и заправку марли выполняют при крайне правом положении накладного стола. Наиболее ответственной является операция наладки машины на плотность шитья, которая регулируется величиной опускания накладного стола за каждый цикл работы машины. Шкала регулировки плотности шитья размечена на число тетрадей, которое может разместиться в плотно сшитом блоке толщиной 25 мм. В связи с этим рекомендуется пользоваться шаблоном такой же толщины, чтобы в процессе шитья вполне объективно устанавливать плотность шитья блоков для любой толщины тетрадей и бумаги.
Изготовление книжных блоков
227
В процессе шитья машинист вручную раскрывает каждую тетрадь скомплектованного блока и укладывает ее на накладной стол, приталкивая к боковому и переднему упорам. По окончании шитья каждого блока на машинах БШП-4М лента корешкового материала отрезается ножом вручную; на машинах 2ШП-4 подача и разрезка марли механизированы. Сшитые блоки машинист снимает с накладного стола и укладывает на рабочий стол, по мере заполнения которого, прервав работу на машине, контролирует качество сшитых блоков, укладывает их в стопу, заправляет клапаны марли между блоками и переносит их на поддон или в фуру.
Производительность потетрадного шитья блоков проволокой на машинах 2ШП-4 составляет 24 тыс. тетрадей в смену, при этом коэффициент технического использования равен 0,769. При работе на машинах БШП-4М на разрезку и заправку марли тратится еще около 23% рабочего времени, поэтому сменная производительность не превышает 18,5 тыс. тетрадей.
Контроль качества блоков, сшитых проволокой. Сшитые проволокой блоки контролируют по следующим показателям: 1) по числу скоб; 2) по числу переходов скоб при шитье; 3) диаметру проволоки; 4) расстоянию между скобами; 5) размеру марлевых клапанов; 6) правильности комплектовки; 7) отсутствию смещения проволочных скоб относительно корешкового сгиба (допуск — 1 мм); 8) отсутствию смещения тетрадей у верхнего края (допуск — 2 мм); 9) плотности прилегания и длине ножек проволочных скоб (допускаемый зазор между концами ножек 1-5 мм); 10) при шитье на марле — по плотности прилегания марли к корешку, отсутствию перекосов марли, ровности кромок клапанов и правильности положения краев марли по отношению к крайним скобкам; 11) отсутствию поврежденных, деформированных и загрязненных блоков; 12) плотности шитья.
Контроль показателей по числу скоб и переходов, правильности комплектовки, плотности прилегания ножек скоб и марли, отсутствию повреждений и загрязнений осуществляется визуально, а размерные показатели, на которые установлен допуск в целых мм, — с помощью металлической линейки с ценой деления шкалы 1 мм. Диаметр проволоки контролируется штангенциркулем или толщиномером ТИК. Плотность шитья измеряется, как и у сшитых нитками блоков, на приборе ПШ (см. подразд. 5.2.2).
228 Раздел 5
5.2.5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ШИТЬЯ ПРОВОЛОКОЙ
Работа В.Д.Жмутского, выполненная в МПИ-МГУП в 50-х годах [11], позволила сделать вывод, что процесс шитья книжных блоков протекает в пять этапов, характеризующихся ступенчатым возрастанием прилагаемой нагрузки, достижением ею максимума и ступенчатого ее падения по мере продвижения ножек скобы в толще книжного блока. На первом этапе торцы ножек скобы вдавливаются с плавно возрастающим усилием в блок и уплотняют в основном верхние листы, прогибая их на некотором расстоянии, сравнимом с диаметром проволоки. Наибольшие напряжения сжатия в деформируемой стопе листов возникают под торцами ножек скобы и особенно близ периметра торцов из-за концентрации напряжений на краях и растягивающих напряжений в ближайшем пространстве. Когда возникшие напряжения сжатия, изгиба и растяжения достигают предела прочности листа бумаги, происходит вырыв части листа по окружности торца ножки скобы.
Так как близ периметра торца ножки скобы и в месте прогиба листов плотность бумаги неравномерна (под торцом скобы воздух в порах и капиллярах бумаги сжимается, а близ периметра вытесняется за его пределы), то неизбежно рассеяние напряжений вдоль радиуса окружности торца скобы. Вследствие этого средний диаметр спрессованного и выдавленного из листа бумаги диска (рис. 5.9, а) оказывается меньше диаметра проволоки на величину, примерно равную толщине двух листов бумаги блока.
Рис. 5.9. Схема шитья блока проволочной скобой: а— ножка скобы сдавила верхние листы; б— образование бумажного конуса; в — разрыв последних листов; г— выход ножки скобы из блока; д — начало загибки ножки
При дальнейшем движении в глубь блока ножка скобы уплотняет нижележащие листы, на которые оказывает давление уже не торец ножки, а вырванный диск или диски спрессованной
Изготовление книжных блоков
229
бумаги. После продавливания четырех-семи листов (в зависимости от диаметра проволоки, толщины и объемной массы бумаги) под торцом скобы образуется бумажный конус (рис. 5.9, б) с углом при вершине около я/2 рад (90°). Второй этап характеризуется постоянным значением силы, необходимой для внедрения бумажного конуса в нижележащие листы. В течение этого этапа бумажный нарост на торце ножки работает как конусообразный клин, создающий большие напряжения сжатия своим острием на очередной лист и растягивающие напряжения в нескольких верхних листах, в результате чего в них образуются надрывы преимущественно вдоль машинного направления бумаги.
Третий этап наступает тогда, когда ножка скобы бумажным конусом продавливает последние листы книжного блока (рис. 5.9, в). Поскольку эти листы не имеют под собой твердой опоры (так как качающиеся боковые планки швейного аппарата еще опущены), то при их продавливании ножкой скобы неизбежен вырыв частиц бумаги, размеры которых больше площади торца ножки.
На четвертом этапе сила прокалывания резко снижается, так как движению ножек препятствуют только силы трения бумаги в проколотых отверстиях. В конце этого этапа спинка скобы касается верхнего листа блока и начинается уплотнение скобой верхних листов. В заключительном, пятом, этапе происходит загибка ножек скобы, при которой наибольшие напряжения сжатия испытывают нижние листы близ проколотых отверстий, так как опорой для сгибаемых концов ножек скобы служит только бумага блока.
5.2.6. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СКРЕПЛЕНИЯ БЛОКОВ ПРОВОЛОКОЙ
Прочность швейного скрепления книжных блоков проволокой определяется по силе отрыва листа, обложки или тетради на динамометре, снабженном широкими губками для крепления блока, листа или тетради. Показатель прочности шитья зависит в основном от режима шитья и трех технологических факторов — направления раскроя бумаги в блоке, прочности бумаги на разрыв и числа скоб, которыми сшивался блок или пришивалась тетрадь к корешковому материалу.
Режимом шитья следует считать коэффициент спрессованности блока на последнем этапе формирования проволочной скобы в проволокошвейном аппарате (см. подразд. 5.2.5). Как показали исследования, проведенные на кафедре ТП и ПП МГУП
230
Раздел 5
Рис. 5.10. Зависимость прочности шитья проволокой от коэффициента спрессованности блока при шитье
[5], прочность скрепления листов в блоке зависит от точности настройки швейного аппарата на толщину половины тетради при шитье блоков внакидку и на толщину блока при шитье втачку. Установлено, что в момент загибки ножек скобы положение проталкивающей планки швейного аппарата по отношению к качающимся планкам механизма загибки ножек скобы должно точно соответствовать толщине блока с коэффициентом спрессованности Кс = 1 [см. формулу (3.7)]. Снижение и превыше
ние этого показателя на 10% (до значений 0,9 и 1,1) приводят к потере прочности на 18-21% (рис. 5.10).
Технологические факторы. При испытании на вырыв лис-
тов и при пользовании книгой усилия направлены перпендику-
лярно линии корешка, поэтому, с точки зрения прочности, поперечный раскрой листов в блоке предпочтителен, так как усилие в этих случаях направлено по машинному направлению бумаги, по которому прочность бумаги всегда выше, чем при силе, направленной перпендикулярно ему. Однако поперечный раскрой допустим лишь при использовании тонкой бумаги в изданиях, рассчитанных на выборочное чтение.
Чем больше прочность бумаги на разрыв, тем выше показатель прочности, поэтому наиболее высокие значения прочности скрепления обеспечивает применение бумаги № 1, состоящей только из целлюлозы, без наполнителей или с малым их содержанием, с повышенными значениями поверхностной плотности и толщины. Чем большим числом скоб сшит блок или тетрадь, тем выше прочность их скрепления. Многочисленные испытания, проведенные на кафедре ТП и ПП МГУП, показали, что зависимость силы отрыва F от числа скоб при шитье N имеет вид прямой, исходящей из начала координат. В связи с этим в производстве изданий для детей и других изданий, рассчитанных на интенсивное пользование, не следует экономить на про
Изготовление книжных блоков
231
волоке: шитье тремя скобами вместо обычных двух повышает прочность скрепления издания в 1,5 раза, а стоимость проволочной скобы многократно ниже затрат на бумагу и все полиграфическое производство брошюры или книги.
5.2.7. КЛЕЕВОЕ БЕСШВЕЙНОЕ СКРЕПЛЕНИЕ БЛОКОВ С ФРЕЗЕРОВАНИЕМ КОРЕШКА
Попытки упростить технологию скрепления книжных блоков, заменить потетрадное шитье нитками скреплением листов блока клеем предпринимались давно. Современный принцип клеевого бесшвейного скрепления (КБС) предлагался в Австрии в 1811 г. В начале 1900-х годов в ряде стран было выпущено значительное количество малоформатных «карманных» изданий, листы которых скреплялись костным клеем с большой добавкой глицерина для повышения его эластичности, но прочность и долговечность таких книг оставляли желать лучшего. Датой реального рождения КБС можно считать 1936 г., когда в Германии была осуществлена реакция полимеризации винилацетата и была получена поливинилацетатная дисперсия (ПВАД), обеспечивающая высокую прочность склейки листов бумаги и сохранность прочностных свойств клеевого соединения в течение длительного времени. В России КБС стали применять с 1948 г., используя зарубежное оборудование, купленное в Англии, а позже — в Швейцарии. В 1955 г. в США был получен термоклей, который для КБС в странах Европы (в Германии, Англии и Франции) стал применяться с 1965 г., а в России и странах СНГ — с 1970 г.
Сравнительно быстрое распространение и развитие этого способа скрепления книжных блоков объясняется рядом его достоинств: 1) высокая скорость и малая трудоемкость процесса, которые практически не зависят от объема издания, числа тетрадей в блоке и толщины блока; 2) возможность организации непрерывного поточного производства на большей части операций технологической цепочки брошюровочно-переплетных процессов; 3) значительное сокращение финансовых затрат и сроков изготовления тиража. К недостаткам данного способа скрепления блоков можно отнести зависимость прочностных показателей КБС от вида применяемой бумаги, правильности подбора клея к бумаге, необходимость строгого соблюдения технологии и режимов обработки полуфабрикатов на всех этапах подготовки поверхности корешка и процесса склеивания.
Технология КБС с применением ПВАД. Для осуществления клеевого бесшвейного скрепления блоков книжных изданий в
232
Раздел 5
обложке с применением «холодного» (нормальной комнатной температуры) клея фирма «Мюллер-Мартини» (Швейцария) выпустила в 1998 г. полуавтоматы «Амиго» с производительностью 1500 экземпляров в час и автоматы «Тигра», «СтарПлюс», «Тренд-биндер» и «Корона» с максимальной технической скоростью соответственно 60,116,125и 200-300 цикл/мин. На полуавтоматах КБС выполняют всего три операции: 1) фрезерование корешка; 2) заклейку корешка; 3) крытье блока обложкой. Загрузка машины после сталкивания блоков по верхнему краю и на корешок и съем продукции выполняются вручную. Естественная сушка перед трехсторонней обрезкой после укладки изданий малой стопой производится на рабочем столе или на откидных полках фуры.
В крупносерийном производстве изданий в обложке используются многофункциональные агрегаты, выполняющие следующие операции: 1) сталкивание блоков; 2) глубокое фрезерование корешка; 3) поверхностное фрезерование; 4) очистка корешка от бумажной пыли; 5) предварительная заклейка корешка; 6) кратковременная сушка; 7) вторичная заклейка корешка; 8) крытье блока обложкой; 9) кратковременный высокочастотный нагрев корешковой зоны. Охлаждение и досушка полуфабрикатов издания происходят на длинном транспортере, передающем их на разделение двойников или на трехстороннюю обрезку.
Для изготовления изданий в переплетной крышке фирма «Колбус» (Германия) выпускает три модификации автоматов КБС — «Рациобиндер КМ 470», «Систембиндер КМ 490» и «Систембин-дер КМ 495» с максимальной технической скоростью соответственно 100, 166 и 216 цикл/мин, а фирма «Зиглох» (Германия) — автоматы SB-3000 и SB-6000 с максимальной технической скоростью 100 цикл/мин. Важным различием агрегатов КМ и SB-3000 является то, что в первых окантовка корешка блока производится корешковым материалом поперечного раскроя, а в агрегате SB-3000 — материалом долевого раскроя. Автомат КБС включают в состав поточной линии, в которую входят подборочный автомат и транспортер естественной сушки и охлаждения покрытых обложкой или окантованных блоков (рис. 5.11).
Операция сталкивания блоков перед фрезерованием корешка необходима для того, чтобы в процессе КБС выдержать допуски на точность размеров и отсутствие косины корешковых и верхних полей в готовом издании; в поточных линиях на основе
Изготовление книжных блоков
233
агрегатов КБС она выполняется на вибростоле при передаче блоков от подборочного автомата к агрегату.
h ч
Рис. 5.11. Схема включения агрегата КБС «Систембиндер КМ» в поточную линию: 1 — выводной транспортер подборочного автомата; КМ — агрегат КБС; 2 — транспортер для сушки и охлаждения блоков; ПУ — пульт управления; ВЧ — генераторы высокочастотного нагрева
В агрегатах КБС скомплектованные блоки проводятся над исполнительными механизмами с помощью бесконечного цепного транспортера, состоящего из звеньев с плоскими зажимами, число которых зависит от числа выполняемых операций, скорости работы агрегата и технологически необходимого времени для схатывания и закрепления клеевого слоя. Поэтому в разных моделях агрегатов КМ фирмы «Колбус» число звеньев изменяется от 15 до 39. При подготовке агрегата КБС к работе вход корешков блоков из зажимов регулируется в соответствии с толщиной половины тетрадей блока и с плотностью затяжки корешковых фальцев. Технологические инструкции [2] рекомендуют величину срезки корешковых фальцев в процессе фрезерования устанавливать с учетом объема тетрадей блока: если блоки состоят из 16-страничных тетрадей, то величина срезки фальцев должна быть не более 3,5 мм, а если из 32-страничных тетрадей — не более 5 мм (рис. 5.12). Эти рекомендации нуждаются в пересмотре, так как они были установлены для агрегатов КБС, которые вскоре после выпуска сравнительно небольших серий были сняты с производства; возможно также, что фальцевальные машины и фальцаппараты книжно-журнальных ротационных печатных машин выпуска 60-х годов фальцевали тетради с очень низкой плотностью затяжки фальцев в 3-4,5 мм. Но на современном фальцевальном оборудовании точность фальцовки значительно повышена, поэтому переводить в струж
234 Раздел 5
ку при фрезеровании корешка 2,5-3% бумаги слишком расточительно. Поясним эти цифры простым расчетом: в 32-страничных тетрадях при предельной толщине бумаги d6 - 90 мкм = 0,09 мм и коэффициенте спрессованности Кс = 0,90 толщина половины тетрадей (8 листов) в корешке будет равна dK = 8d6/Kc = 80,09:0,90 = =0,8 мм. При допуске +0,2 мм сфрезеровывается 4 мм «лишней» бумаги, что при ширине блока 135 мм (у самого распространенного формата 84x108/32) составляет (4:135)-100% = 3%.
Рис. 5.12. Схема установки глубины фрезерования корешка блока: 1 — зажим главного транспортера; 2 — блок; 3 — фреза
Целью первого глубокого фрезерования является удаление всех корешковых фальцев блока, включая и фальцы внутренних долей тетрадей. На агрегатах КБС эта операция выполняется последовательно двумя фрезами на разную глубину фрезерования, чтобы уменьшить вероятность вырыва крупных частиц бумаги. При повторном фрезеровании производится своеобразная зачистка грубой шероховатой поверхности, полученной при первом фрезеровании, устраняются крупные вырывы бумаги, уменьшается средняя глубина неровностей. Достигается это за счет значительно (в 5-10 раз) меньшей глубины фрезерования и применения вместо фрез различных абразивных материалов, наклеенных на металлические диски.
Бумажная пыль закрывает микропоры и устья капилляров бумаги, затрудняя процессы смачивания и прилипания на последующих операциях заклейки корешка, поэтому удаление пыли вращающимися щетками и отсосом в значительной мере
Изготовление книжных блоков
235
способствует не только улучшению условий труда, но и получению надежного адгезионного шва клеевого соединения.
Первичную заклейку рекомендуется делать сравнительно тонким слоем клея пониженной концентрации и вязкости, так как ее назначение, как и в предыдущей операции, — создать условия для смачивания поверхности и глубокого впитывания сравнительно маловязкого и более жидкого по сравнению со вторым, основным, слоя клея. Первичную заклейку корешка производят низковязкой неразбавленной или разбавленной до содержания 45% сухого остатка поливинилацетатной дисперсией (ПВАД) с условной вязкостью 45-60 с по вискозиметру ВМС. Промежуточное между двумя заклейками корешка кратковременное облучение кварцевыми инфракрасными лампами можно только условно называть сушкой, так как его основное назначение — создать градиент температуры (см. подразд. 1.3.5), под действием которого влага клея сначала устремляется в глубь блока, а после крытья обложкой или окантовки блока корешковым материалом - и к поверхности корешка.
Назначение вторичной заклейки корешка — создать сравнительно толстую и прочную пленку, поэтому на этой операции применяется неразбавленная ПВАД с условной вязкостью 60-80 с по вискозиметру ВМС, обеспечивающая высокую когезионную прочность клеевого соединения и требуемую долговечность издания. После крытья обложкой или приклейки корешкового материала (а на агрегатах SB-3000 и SB-6000 фирмы «Зиглох» — после окантовки корешка) корешковая зона подвергается высокочастотному нагреву с целью быстрейшего удаления влаги из клеевого слоя и корешковой зоны книжного блока в процессе дальнейшей его естественной сушки на ленточном транспортере и на поддонах или в фурах перед трехсторонней обрезкой.
Технология КБС с применением термоклея. В этом варианте КБС с фрезерованием корешка используется клей-расплав, в состав которого входят сополимер винилацетата и различные добавки, повышающие эластичность, липкость, снижающие интервал температур плавления и замедляющие процесс старения. Например, в составе отечественного термоклея ТК-2П основным компонентом является сополимер винилацетата с этиленом, пластифицирующей и снижающей интервал температур плавления добавкой является парафин, а повышающей липкость — пентаэритритовый эфир канифоли. Плотность и рабочая температура термоклеев зависят от состава и количествен
236
Раздел 5
ного соотношения в нем основных компонентов (так как количество замедлителей старения не превышает 2%). Для большинства рецептур плотность термоклеев приблизительно равна 0,95 г/см3, а интервал рабочих температур находится в пределах 140-180°С. На практике предпочтительнее использовать термоклеи с более низким интервалом рабочих температур, порядка 140-160°С, так как при больших его значениях не только увеличивается время затвердевания клеевого слоя, но и ускоряется процесс термической деструкции сополимера в готовой продукции.
При подготовке агрегата КБС к работе тщательно регулируются зазоры между зажимами цепного транспортера и резцами фрез, так как от этого зависит качество подготовки поверхности корешка. При первом фрезеровании сферезеровывается от 60 до 80% выступающей из зажимов части корешка. Эта величина зависит в основном от показателей, определяющих прочность бумаги блока на разрыв: от поверхностной плотности, объемной массы, степени проклейки и направления раскроя. При малой прочности бумаги на разрыв следует удалять 60-70% выступающей из зажимов части корешка, так как при большем значении этого показателя возможны крупные вырывы бумаги, которые невозможно будет удалить при последующей обработке корешка второй фрезой и абразивными материалами.
При скреплении блоков изданий, рассчитанных на интенсивное пользование, для повышения прочности КБС специальной фрезой выфрезеровываются узкие поперечные пазы по всей высоте корешка блоков. Ширину, высоту и шаг (расстояние между соседними пазами) устанавливают в соответствии со степенью проклейки, композицией (номером) и видом отделки бумаги, так как эти показатели определяют полноту смачивания и глубину проникания клея в поры бумаги. Ширина пазов может изменяться в пределах от 0,3 до 0,5 мм, глубина — от 0,5 до 1,0 мм, а шаг — от 4 до 8 мм. Если блоки состоят из слабоклееной бумаги № 2, содержащей древесную массу, то пользуются фрезой с резцами толщиной 0,3 и 0,4 мм, глубину пазов устанавливают в пределах 0,5—0,6 мм, а шаг между ними — 6-8 мм. При фрезеровании корешка блоков, состоящих из клееной и высококлееной, каландрированной и высококаландрированной бумаги с гладкостью свыше 120 с, содержащей только целлюлозу, ширину паза увеличивают до 0,5 мм, глубину — до 0,8-1,0 мм, а шаг уменьшают до 4-6 мм.
Изготовление книжных блоков
237
Зазоры между фрезерованным корешком и двумя — четырьмя валиками двух клеемазальных аппаратов машин и агрегатов КБС устанавливаются в определенном порядке и на величину, оговариваемую инструкцией по эксплуатации оборудования. В большинстве машин по мере движения фрезерованного блока к секции крытья обложкой или приклейки корешкового материала зазор увеличивается от 0,1-0,5 до 0,5-1,5 мм, а излишки клея снимаются скребком или вращающейся щеткой и валиком противовращения. Увеличенные зазоры между клеевыми валиками и поверхностью корешка снижают динамическую нагрузку при контакте клея с бумагой и вероятность излишнего его проникания между листами блока. Толщина клеевого слоя на корешке и расход термоклея регулируются установкой зазора между фрезерованной поверхностью корешка и валиком противовращения или скребком, снимающим излишки клея. Величину зазора рекомендуется устанавливать в пределах 0,4-1,0 мм в зависимости от толщины блока Тб и (при изготовлении изданий в обложке) от поверхностной плотности печатной и обложечной бумаги. При Тб<10 мм толщина клеевого слоя dK должна быть dK = (0,5 ± 0,1) мм; при Тб < 20 мм dK = (0,65±0,15) мм и при Тб > 20 мм dK = (0,8±0,2) мм.
При использовании печатной бумаги поверхностной плотностью свыше 70 г/м2 и обожечной бумаги плотностью свыше 120 г/м2 толщину клеевого слоя следует увеличивать в сторону положительного допуска.
Варианты КБС с фрезерованием корешка. Украинским научно-исследовательским институтом по специальным видам печати в 50-х годах был разработан вариант КБС с фрезерованием и армированием корешка. Отличительной особенностью этого варианта является то, что после фрезерования на корешке делаются поперечные пропилы, в которые после приклейки марли этот корешковый материал вдавливается, соединяет листы блока нитями, повышая прочность скрепления листов в готовой книге. Для реализации этого способа Харьковский ЗПМ выпускал полуавтоматы бесшвейного скрепления ПБС, в которых обработка выполняется привертками блоков, уложенных в контейнеры. При загрузке контейнеров между блоками укладываются пластины, образующие марлевые клапаны и позволяющие производить искусственную сушку корешков блоков в зажатом состоянии. Повышенная прочность КБС с армированием корешка позволила этот способ скрепления блоков использо
238
Раздел 5
вать для изданий в переплетной крышке, рассчитанных на средний срок службы и интенсивное пользование, например в производстве школьных учебников.
В агрегатах типового ряда 650 (завод ЛБВ, ныне фирма «Шталь-Бремер», Германия), рассчитанных на швейно-клеевое и клеевое бесшвейное скрепление блоков с долевой окантовкой корешка, заклейка корешка осуществляется последовательно тремя роликами, первые два из которых — конические, повернутые срезанными вершинами в разные стороны. При движении блоков над коническими роликами тетради и листы в тетрадях веерообразно изгибаются поочередно в обе стороны, вследствие чего корешковые кромки тетрадей и их листов сдвигаются друг относительно друга, обеспечивая доступ клея к бо
Рис. 5.13. Схема заклейки блоков коническими роликами после фрезерования корешка: 1 — зажим; 2 — тетради блока; 3 — конический ролик; 4 — клеевой слой; F— сила, действующая на тетрадь
ковым поверхностям листов. Утверждается, что при такой промазке клей глубоко проникает в корешок и листы или тетради не только удерживаются клеевой пленкой в корешке, но и склеиваются между собой [6].
Этот вариант КБС с фрезерованием корешка не получил широкого распространения по следующим причинам: 1) равномерному изгибу листов мешают несрезанные верхние фальцы тетрадей блока; 2) расстояние от за-
жимов транспортера до поверхности клеенаносящих роликов неодинаково, зависит от толщины блока и порядкового номера тет-
радей в блоке, вследствие чего радиус изгиба и относительный сдвиг тетрадей и листов по толщине блока различны (рис. 5.13);
3) тетради и листы блока, ориентированные в сторону верши-
ны конуса, могут отклоняться при ничтожных нагрузках со стороны толстого слоя концентрированного высоковязкого клея; 4) листы каждой тетради, соприкасающиеся кромками с поверх
Изготовление книжных блоков
239
ностью конического ролика, от верхнего к переднему краю блока также распускаются веерообразно. Все это приводит к неравномерной промазке корешковой зоны блоков и снижению качества их клеевого скрепления.
5.2.8. КЛЕЕВОЕ БЕСШВЕЙНОЕ СКРЕПЛЕНИЕ БЛОКОВ С ЧАСТИЧНЫМ РАЗРУШЕНИЕМ ФАЛЬЦЕВ
Целью бесшвейных способов с частичным разрушением фальцев является сохранение части корешковых фальцев, так как бумага, как правило, прочнее клеевого соединения, и использование достоинств тетрадной технологии в части печатания издания на листах полного формата, процессов изготовления тетрадей и книжных блоков. Эти цели достигаются тремя близкими по своей сути способами: перфорацией корешковых сгибов, выфрезеровыванием нескольких малых зон (шлицев) и фрезерованием средней части корешка (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Схема клеевого скрепления блоков: а — с перфорацией корешковых сгибов тетрадей; б — с фрезерованием шлицев
Во всех трех вариантах КБС с перфорацией фальцев и фрезерованием части корешка блока разрушается от 60 до 80% корешковых фальцев, что при заклейке корешка позволяет скрепить тетради друг с другом, обеспечить проникание клея внутрь и склеить внутренние доли тетрадей. Эти способы позволяют применять только 16- и 8-страничные тетради, так как при использовании 32-страничных тетрадей слабая затяжка их фальцев
240
Раздел 5
требует слишком большой глубины фрезерования, при которой затрудняется проникание клея к внутренним долям тетрадей блока, значительно ухудшается раскрываемость и снижается прочность изданий или изделий.
Наибольшей простотой отличается технология КБС с перфорацией корешковых сгибов, которая может быть выполнена практически на любой фальцевальной машине (см. подразд. 2.4.3 и 3.3.1). Фрезерование шлицев и средней части корешка может выполняться поштучно или привертками одной или несколькими фрезами на специальных станках, так как движение блока и фрезы друг относительно друга обычно происходит перпендикулярно линии корешка блока. Глубина фрезерования блоков, скомплектованных из тонких тетрадей, не превышает 1,0-1,5 мм. Для заклейки корешка применяется низковязкая 33-40%-ная ПВАД, обеспечивающая хорошее смачивание и глубокое проникание клея в прорези, между сгибами тетрадей и между фрезерованными листами. Для повышения прочности и долговечности изданий и изделий в обложке фрезерованную часть корешка выклеивают нетканым материалом или тонкой тканью. При изготовлении книжной продукции в переплетной крышке блок окантовывают с заходом корешкового материала на форзацы.
Вариант КБС с перфорацией корешковых фальцев применяется за рубежом при изготовлении беловых товаров, малоформатных и малообъемных журналов, изданий художественной литературы со средним сроком службы. Варианты КБС с фрезерованием шлицев и средней части корешка применяются в производстве многообъемных изданий художественной литературы, каталогов, альбомов для марок и др.
5.2.9. КЛЕЕВОЕ БЕСШВЕЙНОЕ СКРЕПЛЕНИЕ БЛОКОВ БЕЗ РАЗРУШЕНИЯ КОРЕШКОВЫХ ФАЛЬЦЕВ
Идея использования в тетрадной технологии клеевого скрепления листов блока без разрушения корешковых фальцев тетрадей давно привлекала полиграфистов-технологов своими достоинствами: этот вариант не требует операции фрезерования корешка и перевода около 3% бумаги в стружку, позволяет получать не поврежденные швейными инструментами и материалами развороты книжного издания, которые весьма удобны и желательны при воспроизведении произведений живописи и географических карт. Еще в серединеХХв. М.В.Баландиным был
Изготовление книжных блоков
241
предложен вариант получения 16-страничных тетрадей четырехсгиб-ной комбинированной фальцовки (рис. 5.15), при которой четыре одно-сгибные доли листа располагаются корешками в одну сторону. Этот вариант не мог получить промышленного применения, так как фальцевальные машины не позволяли получать такие тетради с необходимой точностью совмещения всех четырех корешковых сгибов. Другие способы предполагают нанесение широких
Зс 2с 1с
Рис. 5.15. Схема фальцовки оттисков M.В.Баландина: 1с, 2с, Зс, 4с — порядковые номера сгибов
или узких полос жидкого клея или
термоклея на места предполагаемых сгибов в печатной машине —после печати или (в рулонных ротационных машинах) и в процессе фальцовки.
Способ односгибных тетрадей. Это способ применительно к производству географических атласов был разработан в ВНИИ полиграфии и некоторое время применялся в картоиздании.
Используемые в морских и речных плаваниях навигационные карты печатают на высококлееной, толстой и жесткой картографической бумаге, прочность склейки которой клеем ПВАД недостаточна, поэтому в этом варианте КБС использовался спиртоводный раствор метилолполиамидной смолы, который при двукратном нанесении с кратковременной промежуточной сушкой обеспечивает высокую прочность и отличную морозостойкость клеевых соединений.
Способ скрепления двух- и трехсгибных тетрадей в корешковых сгибах узкими (до 4 мм) полосками жидкого «холодного» клея посередине корешковых полей был реализован при использовании систем струйных клеевых аппаратов типа «Оптиматик 6000» (фирма «Планатольверке», Германия), которыми могут быть оснащены фальцаппараты книжно-журнальных рулонных печатных машин. Струйные клеевые аппараты позволяют наносить клей на фальцуемую бумажную ленту сплошной или прерывистой линией различной ширины, с учетом впитывающей способности бумаги и объема тетрадей. В простейшем варианте издания объемом в 16 и 32 страницы (при трехсгибной комбинированной фальцовке с подборкой), отпечатанные и склеенные на таких машинах, нуждаются только в операциях обрезки и упа
242
Раздел 5
ковки. Обработка многообъемных изданий в обложке и в переплетной крышке выполняется на любых машинах КБС при отключении секции фрезерования корешка.
Способ скрепления тетрадей по корешковым фальцам с использованием термоклея был разработан в лаборатории ТБПП ВНИИ полиграфии. Способ предполагает нанесение на корешковое поле полос термоклея шириной около 9 мм в специальной секции листовых печатных машин. Сам процесс скрепления может производиться в машинах КБС при расплавлении полос термоклея в секции высокочастного нагрева корешковой зоны книжных блоков.
Вариант КБС с предварительным нанесением на середину корешковых полей полосок «холодного» полиамидного клея шириной от 6 до 10 мм в рулонных печатных машинах был разработан на кафедре ТБПП (ныне — технологии печатных и послепечат-ных процессов) МГУП. При движении бумажного полотна к фальцевальному аппарату клей высушивается. Термосварка листов тетрадей по месту корешковых сгибов на ширину не более 0,5 мм происходит до получения корешкового сгиба тетрадей. Относительно широкие полосы клея упрочняют бумагу в корешковой зоне и гарантируют термосварку всех листов с учетом величины допусков на точность приводки при печатании и точность фальцовки. Малая ширина термосварки обеспечивает хорошую раскрываемость книжного издания, а применение полиамидного клея—морозостойкость до -50°С. Данный вариант КБС позволяет устранить косину полей в готовых книгах, неизбежно возникающую во всех вариантах КБС с фрезерованием корешка из-за слабой затяжки корешковых фальцев в тетрадях.
Оба варианта КБС с термосваркой заранее нанесенного клеевого слоя не получили промышленного применения.
5.2.10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА БЛОКОВ, СКРЕПЛЕННЫХ КБС
При наладке машины КБС и в процессе ее работы основное внимание обращается на качество подготовки поверхности корешка в процессе фрезерования, толщину наносимого клеевого слоя и прочность клеевого скрепления. Качество подготовки поверхности корешка оценивают визуально сравнением с эталонным блоком, изготовленным из такой же бумаги, или, в сомнительных случаях, измерением средней глубины макронеровностей листа, изъятого из середины отфрезерованного блока. Технологические инструкции [2] рекомендуют измерять глуби
Изготовление книжных блоков
243
ну макронеровностей в 10 точках по всей высоте корешка с интервалом 15-20 мм и вычислять их среднее значение h , которое при хорошем качестве фрезерования должно находиться в пределах 0,25-0,40 мм. Измерения выполняются отсчетным микроскопом МПБ-2 с ценой деления шкалы 0,05 мм.
Описанная выше методика оценки hc нуждается в пересмотре, так как она не соответствует требованиям ГОСТ 2789 и международному стандарту по оценке шероховатости поверхности печатной бумаги. Методика технологических инструкций, по сути дела, прелагает делать случайную выборку контролируемого показателя качества, объем которой, чтобы она была представительной, должен быть не менее 25 экземпляров (в данном случае — измерений). ГОСТ 2789 рекомендует измерять неровности подряд, т. е. делать мгновенную выборку, при которой число измерений контролируемого параметра может быть сокращено на порядок (максимально — до трех).
Анализ макрогеометрии фрезерованной поверхности корешка блоков показал, что степень ее развития (а это —цель фрезерования корешка при КБС) определяется не столько глубиной макронеровностей, сколько их числом по высоте корешка и формой углублений или вершин; например, симметричная форма дает наименьший прирост поверхности корешка. Чтобы учесть степень развития поверхности, автор предложил [26] ввести в оценку качества фрезерования корешка блоков коэффициент крутизны макронеровностей Кк как отношение суммы глубин неровностей к базовой длине (рис. 5.16):
KK=£h1/i = hcN/l, (5.7)
где й—глубина неровной, мм; N— число измеренных углублений; I—базовая д лина (расстояние между левым краем первой и правым краем i-й неровности), мм.
Рис. 5.16. Схема измерения глубины макронеровностей: 1 — фрагмент листа; 2 — металлическая линейка; h — глубина макронеровностей; I—базовая длина; т—базовая линия
244
Раздел 5
Число измерений мгновенной выборки может быть уменьшено до 5, но если заметно существенное различие качества фрезерования по высоте блоков, то измерения следует сделать в трех местах (в середине и по краям листа), а расчет hc общей выборки — по результатам 15 измерений.
Толщина нанесенной пленки термоклея может оцениваться измерительной лупой ЛИ-3 (ГОСТ8309) с ценой деления 0,1 мм. При использовании ПВАД граница между поверхностью бумаги и клеевой пленкой не видна, поэтому клей подкрашивают водным раствором красителей аурамина или хризофелина из расчета 20-30 мл 3%-ного раствора на 10 л клея.
Прочность КБС в лабораторных условиях измеряется на динамометре с разрывающим усилием не менее 30 даН (кгс). Испытанию подвергаются три листа блока: два 15-х с начала и с конца и один—из середины блока. Оценивается прочность КБС по удельной силе вырыва/ кН/м (кгс/см), которая вычисляется по формуле
/ = (5.8)
где F.— значения силы вырыва листов, даН (кгс); Nu — число испытаний на вырыв листов; В — высота блока до обрезки, мм.
По нормам, разработанным институтом «Адгезив Продакте» (США), прочность КБС оценивается по четырехбалльной системе (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Оценка качества КБС по прочности листов на вырыв
Прочность, даН/см (кгс/см) Оценка
f < 0,45 неудовлетворительно
f =0,45—0,625 удовлетворительно
f= 0,625—0,725 хорошо
f > 0,725 отлично
Скрепленные и окантованные или покрытые обложками блоки не должны иметь расколов (нарушений целостности клеевых соединений листов), но допускаются просветы между листами шириной до 0,2 мм, которые образуются при опускании блоков из зажимов машины КБС перед заклейкой корешка и последующими операциями. Глубина проникания клея между листами блока не должна превышать 1,5 мм, но допускаются отдельные затеки до 3 мм. При крытье блоков обложкой вроспуск ширина клеевых полосок на корешковых полях блоков должна быть рав
Изготовление книжных блоков
245
на (5 ± 2) мм. Размерные показатели более 2 мм контролируются металлической измерительной линейкой или рулеткой с упором, фиксирующим начало отсчета.
Контролировать качество продукции машин КБС следует не ранее чем через 1 ч при скреплении блоков термоклеем и не ранее чем через 3 ч при скреплении их «холодными» клеями. При применении экспресс-методов контроля можно значительно повысить качество продукции за счет своевременного изменения режимов обработки, если известна зависимость прочности КБС от времени естественной сушки или охлаждения в первые часы образования клеевого соединения листов блока.
5.2.11. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КБС С ФРЕЗЕРОВАНИЕМ КОРЕШКА
В 60-70-х гг. кафедрой ТБПП МГУП была проведена научно-исследовательная работа, позволившая установить влияние многочисленных факторов на качество книжных изданий, скрепленных самым распространенным видом КБС с фрезерованием корешка книжных блоков. Эти исследования легли в основу технологических инструкций по изготовлению изданий в обложке на машинах «Джет-Биндер», «Ротор-Биндер РВ-5» и др. (фирма «Мюллер-Мартини», Швейцария), которыми были оснащены многие крупные типографии России и стран СНГ. Было установлено, что на качество подготовки поверхности корешка и прочность КБС книжных блоков существенное влияние оказывают режимы фрезерования корешка и целый ряд технологических факторов, связанных с физико-механическими и физико-химическими свойствами бумаги и клея.
Режимы фрезерования. К режимам фрезерования относятся величина выхода корешков из зажимов, величина зазора между зажимами блока и зубцами фрезы, скорость подачи блоков на фрезу и острота резцов. Качество механической обработки корешка характеризуется макро- и микрогеометрией его поверхности, полученной после фрезерования: величиной площади контакта клеевого слоя с бумагой, а на молекулярном уровне — числом активных центров на единице площади шероховатой поверхности корешка. Так как волокнистая структура бумаги не позволяет даже приблизительно определить истинное развитие поверхности при ферезровании корешка, то показателем качества фрезерования принято считать среднюю глубину макронеровностей (см. подразд. 5.2.10 и рис. 5.16).
246
Раздел 5
Рис. 5.17. Зависимость глубины макронеровностей от скорости подачи блока на фрезу: 1 — при входе блока;
2 — в середине корешка;
3 — при выходе блока
Величина выхода корешка из зажима. Как указывалось выше (см. подразд. 5.2.7), при фрезеровании корешка блоков необходимо удалить от 3,5 до 5 мм ширины корешковой зоны. Но при сфрезеровывании всего 2-3 мм ширины корешка глубина макронеровностей может превысить допустимое значение 0,4 мм, поэтому при тетрадной технологии большой выход корешка из зажи-мов сфрезеровывают по крайней мере за два приема, чтобы при «чистовом» фрезеровании выход корешка из зажима не превышал 1,5 мм.
Величина зазора между зажимами и зубцами фрезы. Увели-
Рис. 5.18. Зависимость прочности КБС от скорости подачи блока на фрезу
чение зазора между зажимами и зубцами фрезы от минимального (0,5 мм) до 1 мм, всего на 0,5 мм, повышает глубину макронеровностей примерно в 1,4-1,5 раза, что во многих случаях приводит к неудовле-творительному состоянию фрезерованной поверхности и низкому качеству КБС. Величину зазора всегда следует устанавливать минимальной, которую позволяют качество фрезы и техническое состояние машины.
Скорость фрезерования. С увеличением скорости фрезерования средняя глубина макронеровностей возрастает линейно, причем началь
ная глубина макронеровностей при минимальной скорости работы машины зависит от величины установленного зазора между зажимами блока и зубцами фрезы и от положения листов в
Изготовление книжных блоков
247
блоке (рис. 5.17 и 5.19). При восьмикратном увеличении скорости подачи блоков на фрезу (от 7 до 56 м/мин) глубина макроне-
ровностей в середине блока возрастает примерно на 12%, а при
входе и выходе блока—примерно в 1,5 раза; прочность КБС при
этом понижается примерно на 25% (рис. 5.18).
Острота зубцов фрезы. По мере затупления фрезы средняя глубина макронеровностей возрастает, причем в наибольшей степени — во второй половине блока и особенно при выходе блока из фрезы (рис. 5.19). Это обстоятельство требует от машиниста постоянного внимания и регулярной проверки качества фрезерования путем сравнения контролируемых блоков с эталонным образцом.
Технологические факторы. Качество книжных блоков после фрезерования корешка в значительной степени зависит от жесткости бумаги блока
Рис. 5.19. Зависимость средней глубины макронеровностей от положения листов в блоке: 1 — при острой фрезе;
2 — при тупой фрезе
и сопротивления изгибу корешковой зоны, выступающей из за-
жимов главного транспортера машины КБС в процессе фрезерования. Значение этих параметров зависит от толщины блока и толщины составляющих его тетрадей и листов бумаги, ее композиции, объемной массы (плотности), степени проклейки, толщины и направления раскроя. Другая группа факторов — кон
центрация, вязкость, температура и толщина клеевого слоя или
расход клея на единицу поверхности корешка.
Толщина блока, тетрадей и бумаги. Сопротивление корешка блока изгибу наименьшее у крайних тетрадей и листов блока, так как при закреплении блока зажимами главного транспортера машины КБС они веерообразно изгибаются и отходят относительно середины блока. Поэтому в первый момент силового воздействия зубцов фрезы на корешок блока крайние лис
248
Раздел 5
ты не имеют опоры о листы средней части блока. В еще более невыгодном положении находятся последние листы блока, так как на выходе блока из фрезы зубцы фрезы еще больше отжимают листы от середины блока, воздушные зазоры между ними возрастают, а сопротивление изгибу оставшихся листов уменьшается. По этим причинам средняя глубина макронеровностей оказывается минимальной в середине блока и максимальной по краям (см. рис. 5.19).
Композиция бумаги. Состав бумаги по волокну значительно влияет на качество подготовки поверхности корешка блоков и прочность КБС. Влияние этого фактора не однозначно: бумага № 1, не содержащая древесной массы, обеспечивает более ровную структуру фрезерованной поверхности, более прочное сцепление волокон целлюлозы между собой, но относительно высокая объемная масса (плотность) и меньшая пористость затрудняют проникание высоковязкого клея в ее капилляры и поры. Наибольшую прочность КБС обеспечивает бумага № 2, содержащая умеренное количество древесной массы, повышающей пористость и впитывающую способность бумаги. Высокую прочность КБС обеспечивает также мелкопористая бумага для глубокой печати, изготовленная из качественного волокнистого материала, содержащая значительное количество (до 22%) мелкодисперсного наполнителя.
Объемная масса. Объемная масса (плотность) бумаги, если она не содержит большого количества наполнителей, характеризует ее пористость и, следовательно, впитывающую способность. Поэтому, как правило, все виды бумаги с относительно малой объемной массой (машинной гладкости), по сравнению с каландрированной и высококаландрированной, обеспечивают более высокую прочность КБС.
Степень проклейки. Высокая степень проклейки офсетной и особенно картографической бумаги на прочность КБС оказывает отрицательное влияние, так как используемые для проклейки отечественной бумаги эфиры канифоли придают ей гидрофобность, ухудшающую смачивание бумаги клеями на водной основе. Использование клееной и высоклееной бумаги приводит к значительному падению прочности КБС, поэтому при применении этого способа скрепления в изданиях, отпечатанных офсетным способом, ограничиваются другие показатели бумаги, определяющие ее жесткость. Наибольшую прочность и стабильность результатов при КБС обеспечивает слабоклееная бумага высокой печати № 2.
Изготовление книжных блоков
249
Толщина бумаги. При клеевом бесшвейном скреплении наилучшие показатели прочности и долговечности книжных изданий обеспечивают тонкие виды бумаги—толщиной до 90 мкм и поверхностной плотностью до 70 г/м2. Более толстые виды бумаги вследствие высокой жесткости оказывают значительное силовое воздействие на клеевое соединение листов в корешке при пользовании книгой, приводящее к ее быстрому разрушению, для КБС книг, рассчитанных на большой срок службы или интенсивное пользование, непригодны. Использование офсетной бумаги поверхностной плотностью 80,100 г/м2 и выше возможно лишь при условии долевого раскроя для изданий, рассчитанных на малый и средний срок службы и малую интенсивность пользования.
Направление раскроя. Долевой раскрой бумаги блока обеспечивает наименьшее силовое воздействие на клеевое соединение листов при пользовании книгой, но в процессе фрезерования, особенно затупившейся фрезой, в бумаге долевого раскроя часто образуются надрывы за пределами макронеровностей, что резко сокращает срок службы книжного издания. Следует также учитывать (при подборе концентрации, вязкости и расхода клея), что при долевом раскрое средняя глубина макронеровностей и их число по высоте блока всегда меньше, чем при поперечном раскрое. Поперечный раскрой листов блока допустим и рекомендуется технологическими инструкциями при применении тонких и малопрочных видов бумаги, так как в таких случаях на долговечность изданий решающее влияние оказывают прочность бумаги на разрыв и степень развития поверхности корешка при фрезеровании.
Концентрация и вязкость клея. На машинах КБС с одноразовой заклейкой корешка блока применяют неразбавленную средне- или высоковязкую ПВАД марок ДФ 51/15 ВП, ДФ 50/7,5 ВП и т.д. с содержанием сухого вещества от 50 до 55% и условной вязкостью от 41 до 100 с по вискозиметру ВМС. Такая дисперсия обеспечивает высокую когезионную прочность клеевого слоя, но ее адгезионная прочность с клееной бумагой блока может оказаться недостаточной. В машинах КБС с двукратной заклейкой корешка первую заклейку производят низковязкой дисперсией с условной вязкостью от 18 до 35 с, а после промежуточной сушки — средне- и высоковязкой ПВАД с показателем условной вязкости от 32 до 75 с по вискозиметру ВМС. Двукратная заклейка корешка позволяет получить высокую адгезионную и когезионную прочность клеевого соединения листов блока.
250
Раздел 5
Толщина клеевой пленки и расход клея. С увеличением тол-
щины клеевой пленки до известного предела прочность клеево-
Рис. 5.20. Зависимость прочности КБС от расхода ПВАД: 1 — при долевом раскрое бумаги блока;
2 - при поперечном раскрое
го бесшвейного скрепления сначала возрастает, а затем уменьшается (рис. 5.20). На рисунке отчетливо видно, что максимальная прочность КБС наступает при расходе 50%-ной ПВАД, равном 800 г/м2. Простые расчеты показывают, что средняя толщина клеевого слоя при этом составляет 0,736 мм, так как плотность поливинилацетата рПВА = 1,19 г/см3, 1 кг 50%-ной ПВАД имеет объем V = =920,17 см3 и плотность р50 = = 1,087 г/см3. В любом объеме 50%-ной ПВАД дисперсионная среда занимает 54,34%, а поливинилацетат—45,66%
объема клея. При пленкообразовании в процессе впитывания и
испарения дисперсионной среды ее необходимо удалить в ко-
личестве от 6,7 до 28,4%, чтобы образовалась соответственно кубическая и гексагональная укладка твердой фазы клея.
При расходе 800 г/м2 клея и при кубической укладке поливинилацетат создает воздушно-сухую пленку толщиной 0,687 мм, при гексагональной —0,527 мм, при равновероятной — 0,607 мм. В сухой клеевой пленке наиболее вероятен комбинированный вариант укладки ПВА, следовательно, ее толщина будет примерно равна 0,6 мм. Если средняя глубина
Рис. 5.21. Зависимость прочности КБС от температуры ПВАД: 1 — с высокой начальной вязкостью; 2 — с низкой вязкостью
Изготовление книжных блоков
251
макронеровностей равна 0,4 мм, а площади углублений и вершин одинаковы, то на полное заполнение макроуглублений затрачивается лишь 1/3 всего количества клея, около 0,2 мм сухой пленки. В таком случае на поверхности корешка должно оставаться 0,4 мм воздушно-сухого клея. Если при оценке качества КБС толщина клеевой пленки на корешке оказывается меньше этой величины, то это значит, что расход ПВАД меньше 0,8 кг/м2, или глубина проникания клея между листами блока больше предельно допустимого значения средней глубины макронеровностей.
Температура ПВАД. Наибольшая прочность КБС обеспечивается, если в момент нанесения клей и бумага имеют температуру (20±2)°С. При уменьшении температуры клея до 10°С прочность КБС блоков, скрепленных поливинил ацетатными дисперсиями различных заводов-изготовителей, уменьшается в 1,1-1,4раза, но наибольшее падение прочности наблюдается при увеличении температуры ПВАД до 30°С — в 1,5-1,8 раза, при этом снижение тем больше, чем ниже начальная вязкость дисперсии.
5.2.12. ШВЕЙНО-КЛЕЕВОЕ СКРЕПЛЕНИЕ КНИЖНЫХ БЛОКОВ
Швейно-клеевой способ скрепления книжных блоков был разработан на заводе ЛБВ (фирма «Шталь-Бремер», Германия) в 70-х годах. По данной технологии скрепление книжных блоков осуществляется в два этапа: сначала листы тетрадей скрепляются нитяными скобами в процессе фальцовки тетрадей, после чего в процессе обработки скомплектованного блока прошитые тетради скрепляются клеем и окантовываются каким-либо корешковым материалом.
Для шитья тетрадей используются комплексные двухкомпонентные (например, вискозно-полипропиленовые) нити, одна из которых в процессе шитья служит своеобразным термоклеем. В процессе шитья швейный аппарат формирует нитяную скобу, прокалывает тонкими иглами два отверстия в корешковом поле раскрытой тетради и проталкивает в них ножки нитяной скобы. Загибка и прикрепление ножек производятся нагретыми примерно до 250°С инструментами, которые под-плавляют плавкую составляющую термонити и прижимают ножки скобы к наружной стороне тетради. Закрепление ножек скоб на бумаге происходит за счет естественного охлаждения расплава при движении полуфабриката на операцию последнего корешкового сгиба.
252
Раздел 5
В первоначальном варианте шитье тетрадей термионитями выполнялось одним-четырьмя швейными аппаратами модели 311, скрепляющими каждую тетрадь 2-8 скобами, в зависимости от высоты корешка. Аппараты устанавливались над последним транспортным столом серийно выпускаемых заводом ЛБВ фальцмашин. С 1983 г. был запущен в производство швейнофальцевальный автомат модели 341, который подключается к фальцмашинам любой фирмы-производителя. В автомате 341 осуществлен ротационный принцип шитья термонитями в такт с работой фальцевальной машины; длина спинок скоб, которыми сшивается каждая тетрадь, постоянна, а их число зависит от высоты корешка. В мелкосерийном производстве шитье тетрадей термонитями выполняется на швейных машинах модели 301, при работе на которых тетради на горизонтальный стол под швейный аппарат укладываются вручную, а включение швейного аппарата выполняется нажатием на педаль.
Клеевое скрепление тетрадей и последующие операции (окантовка и высочастотный нагрев корешковой зоны) производятся на специализированных полуавтоматах типа SB-3000 или на универсальных автоматах SB-6000 (фирма «Зиглох», Германия), на которых предусмотрена долевая окантовка блока корешковым материалом. Данный вариант окантовки, по сравнению с приклейкой корешкового материала поперечного раскроя, делает блок более компактным и прочным, так как клапаны окантовочного материала притягивают крайние тетради блока к соседним, обеспечивая их более надежную склейку с блоком.
Швейно-клеевое скрепление блоков позволяет получать весьма высокие прочность и долговечность книжных изданий в переплетной крышке, которые по этим важнейшим показателям качества весьма близки к изданиям, скрепленным потетрадно нитками. К достоинствам данного способа скрепления блоков следует отнести и то, что он с одинаковым успехом может применяться как в крупносерийном, так и в мелкосерийном производстве книжных изданий в переплетной крышке.
Оценка качества тетрадей, спштых термонитями. Качество тетрадей, сшитых термонитями, оценивается по следующим показателям: 1) точности положения нитяных скоб на корешковых сгибах тетрадей (допуск 0,5 мм); 2) прочности приварки ножек нитяных скоб (номинальное значение 6 Н а 0,6 кгс, допуск ± 1 Н а 0,1 кгс). Первый показатель оценивается с помощью измерительной лупы ЛИ-3 с ценой деления 0,1 мм, а второй — с помощью динамометра с максимальной силой нагрузки не ме
Изготовление книжных блоков
253
нее 300 Н (30 кгс), снабженного широкими губками для закрепления сшитых тетрадей.
Факторы, влияющие на прочность и долговечность швейно-клеевого скрепления блоков. Прочность и долговечность швейно-клеевого скрепления блоков зависит от прочности термонитей, прочности приварки ножек нитяных скоб, клеевого скрепления ножек скоб и тетрадей блока между собой, вида и прочности окантовочного материала. Прочность термонитей достаточна: она обычно превышает прочность швейных ниток № 30, применяемых при потетрадном шитье блоков, примерно в 1,5 раза. Прочность при-
Рис. 5.22. Зависимость прочности приварки термонитей от температуры для различных видов бумаги: 1 — иллюстрационной каландрированной № 1; 2 — офсетной каландрированной № 2; 3 — для высокой печати мелованной;
варки нитяных ножек зависит от температуры рабочих инструментов и вида бумаги (рис. 5.22).
4 — для высокой печати каландрированной № 1
С увеличением температуры нагревательных инструментов прочность приварки ножек термонитей возрастает, достигает максимального значения для многих видов бумаги в интервале температур порядка 250-265°С, после чего понижается. Для каландрированных видов бумаги (для высокой печати № 1, офсетной № 2, иллюстрационной № 1) оптимальная температура приварки ножек равна 255°С, а для мелованной высокой печати —
265°С. Как правило, высокаландрированные и с меловым покрытием виды бумаги дают примерно в 1,5 раза меньшую прочность
приварки, чем мелованные в массе и каландрированные виды бумаги. У некоторых видов бумаги прочность приварки ножек нитяных скоб быстро уменьшается сразу же по достижении максимума прочности или остается постоянной вплоть до температуры 280°С.
В процессе заклейки, окантовки и сушки корешка блока прочность швейно-клеевого скрепления повышается примерно в 1,6-2 раза и достигает в среднем 10-11Н(1,0-1,1 кгс).
254
Раздел 5
5.2.13. МЕХАНИЧЕСКОЕ СКРЕПЛЕНИЕ КНИЖНЫХ БЛОКОВ
Механическими называют способы скрепления блоков книжного типа, в которых используются металлические или пластмассовые крепежные детали или устройства. По виду образования отверстий в корешковой зоне блока и типу крепежных деталей и устройств механические способы скрепления блоков делят на скрепление спиралями и гребенками, винтами и заклепками, замками-зажимами и обоймами.
Скрепление спиралями и гребенками. Для осуществления скрепления блоков спиралями необходимо выполнить две операции: сделать перфорацию отверстий в корешковой зоне и навивку спирали в отверстия перфорации. В крупно- и среднесерийном производстве перфорацию выполняют на автоматах типа ЕХ380, 610 или 700 (фирма «Джеймс Берн Интернейшнл», Швеция), в которых перфорация может делаться полистно или стопой от 3 до 30 листов. В мелкосерийном производстве используются настольные «офисные» перфораторы или универсальные перфорировально-биговальные станки типа 2УПБ-500 (Харьковский ЗПМ, Украина). Для скрепления металлическими или пластмассовыми спиралями делают перфорацию малых круглых отверстий диаметром порядка 2-3 мм с шагом 4:1" (четыре отверстия на дюйм, через 6,35 мм). Навивка спиралей на блоки выполняется на полуавтоматах типа 52 Е (фирма «Ренц», Германия) или вручную.
При скреплении книжных блоков проволочными или пластмассовыми гребенками обычно применяют более разреженную и крупную перфорацию с шагом 3:1" и 2:1", причем при скреплении проволочными гребенками отверстия делают квадратными, а при скреплении пластмассовыми гребенками — прямоугольными, более узкими и длинными. Фирмы-изготовители предлагают скрепляющие гребенки различных размеров в зависимости от толщины скрепляемых книжных блоков (табл. 5.4).
Заправка проволочных гребенок в подготовленный книжный блок и их обжатие для образования замкнутых колец, полностью охватывающих край корешковой зоны, выполняются на полуавтоматах «Ренц-Аутобинд», часовая производительность которых составляет около 1 тыс. блоков формата А4, или на малогабаритных устройствах настольного типа с ручным приводом исполнительных механизмов.
Пластмассовые гребенки фирмы-производители поставляют скрученными в трубки, поэтому при их вставке в отверстия пер-
Изготовление книжных блоков
255
Таблица 5.4
Рекомендуемые шаги перфорации и диаметры гребенок в зависимости от толщины блоков
Шаг перфорации 3:1" (8,47 мм)
Толщина блоков Диаметр проволочных гребенок
мм дюймов мм дюймов
3,2 1/8" 4,8 3/16"
4,8 3/16" 6,4 1/4"
6,4 1/4" 7,9 5,16"
7,9 5/16" 9,5 3/8"
9,5 3/8" 11,1 7/16"
11,1 7/16" 12,7 1/2"
12,7 1/2" 14,3 9/16"
Шаг перфорации 2:1" (12,7 мм)
14,3 9/16" 15,9 5/8"
15,9 5/8" 19 3/4"
19 3/4" 22,2 7/8"
22,2 7/8" 25,4 1"
форации в станках типа «Аттакомбо супер» (международная корпорация «Атталус») гребенки раскручиваются, чтобы их зубцы смогли войти в отверстия перфорации. Сжатие пластмассовых гребенок происходит за счет восстановления высокоэластической деформации основного компонента полимера.
К достоинствам способов скрепления блоков спиралями и гребенками можно отнести их относительную простоту технологии, не требующей высококвалифицированного обслуживания, возможность их применения на малых предприятиях и в офисах, полную (на 180°) раскрываемость продукции книжного типа, возможность применения обложек различных конструкций (рис. 5.23). Недостаток способов скрепления блоков спиралями и гребенками — использование части корешкового поля, что несколько снижает процент использования бумаги.
Скрепление спиралями и гребенками применяют в производстве настенных календарей, дневников, различных каталогов, нотных и общих тетрадей, блокнотов, а за рубежом — и при изготовлении некоторых учебников.
Скрепление блоков винтами и заклепками. При скреплении блоков винтами и заклепками в корешковой зоне пробиваются или высверливаются два — три сквозных отверстия диаметром, равным размеру втулки или фасонной гайки крепеж-
256
Раздел 5
Рис. 5.23. Схемы конструкций обложек, применяемых при скреплении книжных блоков гребенками: 1 — книжный блок; 2 — трубка гребенки;
3 - картонная обложка
ной детали. Крепежные детали вставляются в готовые отверстия вручную, после чего заклепки опрессовываются ударом молотка или в рычажном и винтовом прессе. При использовании резьбовых крепежных деталей скрепление блока выполняют отверткой или, при наличии насечки на головке винта, вручную.
Данный вид скрепления применяется преимущественно в производстве альбомов различного назначения и папок с бумагой для пояснительных записок к дипломным работам и проектам. Хорошая раскрываемость альбомов обеспечивается за счет применения тканевых шарниров, соединяющих листы блока с корешковыми полосками картона.
Скрепление блоков замками-зажимами и обоймами. Скрепление блоков, состоящих из отдельных листов, может выполняться пружинными замками, которые надежно скреплены заклепками со сварными пластмассовыми переплетными крышками. Пружинный замок может иметь от 4 до 6 пар полуколец, которые в готовом изделии плотно смыкаются в кольца. В других вариантах замков листы блока плотно сжимаются вдоль корешка подпружиненной планкой, положение которой фиксируется рычагом и защелкой. Первый вариант замкового скрепления предполагает перфорацию круглых отверстий диаметром порядка 4 мм в корешковой зоне блока. В готовом изделии листы блока скрепляются так же, как и при скреплении гребенками, но число скрепляющих блок элементов примерно на порядок меньше.
При использовании замков с подпружиненной планкой листы блока удерживаются от выпадения из зажима силами тре
ния, которые зависят от предварительного натяжения пружины, толщины блока, гладкости бумаги и положения листа в блоке. При неосторожном обращении с блоком или с зажимным устройством листы блока могут выпасть, поэтому данный вид скрепления блоков применяется в тех случаях, когда порядок комплектовки блока не имеет значения: в производстве беловых товаров, для хранения различных документов и др. К достоинству способа скрепления блоков подпружиненной планкой можно отнести то, что блок не требует какой-либо подготовительной операции, а основной недостаток — высокая стоимость переплетных крышек с встроенными пружинными замками.
По своей сути скрепление блоков обоймами (пружинистыми скрепляющими элементами П-образной формы со сходящимися под некоторым углом «крыльями») аналогично скреплению блоков замками с подпружиненной планкой: в обоих вариантах листы блока удерживаются силами трения. Различие же состоит в том, что обоймы обычно являются самостоятельными крепежными деталями. При применении обойм их необходимо подобрать по определяющему размеру, по толщине блока с небольшим запасом, и нарезать заготовки в соответствии с высотой блоков.
Как самостоятельный вид скрепления данный способ используется в основном для хранения архивных документов. Иногда скрепление обоймами применяется в производстве справочников и каталогов изделий бурно развивающихся отраслей промышленности, так как данный вид скрепления позволяет легко дополнить блок листами или заменить некоторые его листы новыми.
Раздел 6. Обработка книжных блоков
Обработка книжных блоков после их скрепления предполагает придание будущему книжному изданию дополнительных эксплуатационных свойств, повышающих его прочность и долговечность, улучшающих внешний вид и удобство пользования. Различают две стадии обработки — первичную и вторичную. Назначение первичной обработки — повысить прочность швейного скрепления тетрадей блока и его компактность, обеспечить свободный доступ к любой странице книжного издания, получить требуемые размеры блока в соответствии с принятым форматом издания. Назначение вторичной обработки — повышение долговечности издания и улучшение его эстетических и эргономических показателей. Часть операций вторичной обработки необязательна и выполняется по договору с издательством. Это прежде всего закраска обреза (или обрезов) и приклейка ленточки-закладки.
В зависимости от состава операций различают три варианта обработки блоков: полную, частичную и минимальную. Полная обработка блоков, состоящая из 10-12 операций, выполняется по схеме 6.1.
6.1. Схема технологического процесса полной обработки книжных блоков
1. Многократный обжим корешка и блока
2. Заклейка корешка
3. Сушка корешка
4. Многократный обжим корешка
5. Обрезка блока с трех сторон
6. Закраска(золочение) обрезов
7. Кругление корешка
8. Отгибка фальцев или краев
9. Приклейка корешкового материала
10. Приклейка ленточки-закладки
11. Приклейка капталов
12. Приклейка бумажной полоски
6.2. Схема технологического процесса частичной обработки книжных блоков
1. Заклейка корешка
2. Сушка корешка
3. Обжим корешка
4. Обрезка блока с трех сторон
5. Кругление корешка
6. Приклейка корешкового материала
Обработка книжных блоков
6.3. Схема технологического процесса минимальной обработки блоков
1. Заклейка корешка блока, сшитого на марле
____________________259
2. Сушка корешка
3. Обжим корешка
4. Обрезка блока с трех сторон
Минимальная обработка блоков применяется также при окантовке блоков, скрепленных швейно-клеевым способом и клеевым бесшвейным скреплением. При изготовлении изданий в обложке обработка блоков сочетается с крытьем обложкой и число операций сокращается до трех: 1) крытье обложкой; 2) сушка корешковой зоны; 3) обрезка издания с трех сторон.
6.1. Технология полной обработки книжных блоков
Технология полной обработки книжных блоков окончательно сформировалась во второй половине XX в. Ее отличительная особенность — потетрадное шитье блоков нитками без корешкового материала, которое позволяет автоматизировать так называемую механическую обработку корешка блока—кругление и отгибку фальцев. Корешковый материал (обычно полиграфическая марля) в этом варианте ТБПП не пришивается, а приклеивается к корешку после его механической обработки. Этот вариант технологии наиболее приемлем при изготовлении книжных изданий значительного объема с толщиной блока примерно от 12 до 40 мм. При меньшей толщине блока приклейка корешкового материала может оказаться ненадежной из-за малой ширины склейки, а при большей толщине — из-за большой массы книжного блока, так как при пользовании книгой возможно возникновение больших нагрузок, способных разрушить клеевое скрепление переплетной крышки с книжным блоком. При малой интенсивности пользования изданиями полная обработка может быть применена для блоков толщиной от 10 до 50 мм, но вероятность быстрого разрушения конструкции книги при этом значительно возрастает.
6.1.1. МНОГОКРАТНЫЙ ОБЖИМ КОРЕШКА И БЛОКОВ
Обжим корешка и блоков перед их заклейкой и сушкой выполняется для сжатия отверстий от швейных инструментов,
260
Раздел 6
Рис. 6.1. Зависимость коэффициента спрессованности от числа обжимов для книжных блоков: 1 — из бумаги машинной гладкости для высокой печати № 3; 2 — из каландрированной офсетной бумаги № 1; 3 — из высококаландрированной бумаги для высокой печати № 1
чтобы предотвратить проникание через них клея и склейку листов тетрадей на внутренних разворотах, а также с целью калибровки блоков по толщине, что обеспечивает более стабильную работу оборудования на последующих операциях обработки блока. На современных поточных линиях по производству книжных изданий значительного объема обжим корешка и блоков до заклейки корешка и после заклейки и сушки производится многократно: четырехкратно на автоматах FM и FN (фирма «Кол-бус», Германия) и трехкратно на автоматах БПО-350
(Ходоровский ЗПМ, Украина). В 60-70-е годы целесообразность многократного обжима корешка блоков отвергалась [17], однако более поздние исследования автора [3] показали четкую зависимость коэффициента спрессованности блоков [см. формулу (3.7)] от числа обжимов (рис. 6.1).
Конечные значения коэффициентов спрессованности блоков после многократного обжима зависят от режима обжима и технологических факторов — толщины бумаги и блоков, объема тетрадей, композиции и пористости бумаги. При двукратном возрастании нагрузки коэффициент спрессованности блоков возрастает линейно, причем чем меньше объемная масса бумаги блоков и первоначальное значение коэффициента спрессованности, тем больше эффект многократного обжима. Например, у блоков из бумаги для высокой печати № 3 машинной гладкости прирост коэффициента спрессованности после 4-кратного обжима составил 0,10, у блоков из каландрированной офсетной бумаги № 1 — около 0,05, у блоков из высококаландрированной бумаги — около 0,02.
Обработка книжных блоков 261
6.1.2. ЗАКЛЕЙКА КОРЕШКА КНИЖНЫХ БЛОКОВ
Потетрадное шитье нитками (и проволокой, которое еще находит применение для ограниченного круга изданий) требует обязательной заклейки и последующей сушки корешка, так как на этой операции применяются клеи на водной основе. В процессе заклейки корешка клей наносится на всю его поверхность, заполняет углубления между фальцами, частично проникает между наружными листами тетрадей, после высыхания образует прочную и эластичную пленку, которая скрепляет наружные листы тетрадей друг с другом, наружные стежки (и марлю при шитье на марле) с корешком блока. Основное назначение этой операции— придать корешку и блоку монолитность и прочность при сохранении пластичности и гибкости корешка, чтобы предотвратить смещение тетрадей при последующей обработке корешка, устранить просвет между тетрадями, который образуется при раскрывании, создать своеобразный арочный свод и упоры для фальцев в раскрытой книге, повысить сохранность формы корешка, прочность и долговечность готовой книги.
В процессе изготовления изданий в переплетных крышках при полной обработке корешка блока, скрепленного потетрад-но нитками, клеевой слой наносится на корешок блока трижды — при заклейке корешка, приклейке корешкового материала и приклейке капталобумажной полоски, однако наибольшую прочность обеспечивает первое клеевое соединение; приклейка корешкового материала значительно ее повышает, а приклейка капталобумажной полоски на прочность клеевого скрепления тетрадей не влияет.
Для заклейки корешка применяют поливинилацетатную дисперсию марки ДФ 47/7ВП и др., разбавленную водой до содержания сухого остатка от 33 до 45%. На малых полиграфических предприятиях при сменной загрузке от 5,5 до 7,5 тыс. блоков заклейку корешка выполняют вручную. Перед заклейкой блоки сталкивают по верхнему краю и корешку, после чего укладывают стопой высотой до 60 см на стойку-угольник или на край рабочего стола. Заклейку производят кистью, втирая клей в корешки блоков движениями кисти от середины к краям. После заклейки блоки раскладывают корешками в противоположные стороны для просушки так, чтобы корешки выступали на 1,5-2 см, чтобы не допустить склейки корешков с форзацами соседних блоков. На средних и крупных полиграфических предприятиях заклейка и сушка корешков выполняются на заклеечно-сушиль-
Раздел 6
262
ных полуавтоматах и автоматах, которые обычно входят в состав автоматизированных поточных линий.
От применения блокозаклеечных станков типа БТП-3 малым и средним полиграфическим предприятиям следует воздержаться, так как максимальная прочность склейки тетрадей при их применении, получаемая при разбавлении ПВАД водой в соотношении 1:1, недостаточна для книжных изданий в переплетной крышке.
В современных заклеечно-сушильных машинах заклейка корешка блоков производится в зажатом состоянии, при этом корешок блока может выходить из зажимов на величину от 5 до 25 мм. На корешок блока наносится избыток клея, излишки его снимаются резиновым ракелем, а остатки втираются и снимаются неподвижными или вращающимися щетками, что обеспечивает наилучшее качество полуфабрикатов. В машинах с большим выходом корешков из зажимов корешки блоков обжимаются или неподвижными пластинами во время проводки блоков по сушильной секции, или в специальной обжимной секции после сушки. Обжим во время заклейки корешка определяет глубину проникания клея между фальцами тетрадей и, как следствие, прочность и долговечность клеевого соединения, повышает коэффициент спрессованности блока.
В процессе заклейки корешка корешковые части тетрадей получают значительные утолщения за счет толщины клеевой пленки в местах наибольших утолщений фальцев смежных тетрадей и набухания бумаги под действием влаги, отфильтрованной из клея. Толщина корешковой части книжного блока после заклейки и сушки может превышать толщину переднего края на 10-20% в зависимости от вида бумаги, объема тетрадей и количества воды, внесенной с клеем. По этим причинам после заклейки и сушки корешка, перед обрезкой блоков с трех сторон современная технология брошюровочно-переплетных процессов предусматривает многократный обжим корешка блоков при давлении порядка 3 МПа (30 кгс/см2). На малых полиграфических предприятиях обжим корешка производится на блокообжимных станках типа БПБ-270 (Харьковский ЗПМ, Украина). На крупных предприятиях четырех- и трехкратный обжим корешка производится соответственно на автоматах FN (фирма «Колбус», Гёр-мания) и БПО-350 (Ходоровский ЗПМ, Украина).
Оценка качества заклейки, сушки и обжима корешка. На малых полиграфических предприятиях при пооперационной
Обработка книжных блоков
263
обработке полуфабрикатов качество блоков после заклейки, сушки и обжима корешка контролируется после каждой операции. При обработке блоков на поточных линиях блок может быть изъят для контроля только на транспортно-синхронизирующихустройствах, поэтому оценка качества выполнения заклейки, сушки и прессования корешка производится после сушки и после обжима корешка. Книжные блоки после заклейки, сушки и обжима корешка оцениваются по следующим показателям качества: 1) равномерности слоя клея на корешке; 2) плоскостности корешковых фальцев; 3) глубине захода клея между тетрадями (норма — 1,0 мм для 16-страничных тетрадей, 2,0 мм для 32-страничных тетрадей, допуск +1,0 мм); 4) отсутствию затеков клея в отверстия от швейных инструментов; 5) отсутствию склейки блоков друг с другом; 6) отсутствию раскола корешка; 7) полноте высыхания клея на отлип и на выдавливание; 8) влагосодержанию корешковой зоны; 9) прочности склейки тетрадей; 10) значению коэффициента спрессованности блока; 11) значению коэффициента стойкости блока к сдвигу; 12) при шитье на марле — гладкости приклейки и ровности клапанов марли.
Прочность склейки тетрадей у блоков изданий, рассчитанных на средний срок службы, должна быть не менее 0,5 даН/см и 0,8 даН/см для изданий с большим сроком службы. Коэффициент спрессованности блоков должен находиться в пределах 0,90-0,96. Равномерность промазки корешка клеем в углу б л ени-ях и на вершинах фальцев оценивается визуально по интенсивности его окраски; отклонения от плоскостности корешковых фальцев (выступы или втяжки отдельных тетрадей), глубина захода клея в отверстия от швейных инструментов проверяются металлической линейкой с миллиметровыми делениями, а отсутствие склейки блоков, раскола корешка, гладкость приклейки и ровность клапанов марли, полнота высыхания клея оцениваются визуально. Влажность корешковой зоны после высокочастотной сушки блоков следует контролировать через каждые 2 ч работы оборудования с помощью влагомера ЭВ-2К; оптимальное ее значение должно находиться в пределах 15-18%. Прочность склейки тетрадей, коэффициент спрессованности блоков и коэффициент стойкости блоков к сдвигу контролируют в лабораторных условиях, когда возможно снижение качества полуфабрикатов и готовых книг из-за сомнительного качества исходных материалов и полуфабрикатов и изменения режимов обработки.
264
Раздел 6
6.1.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО БЛОКОВ В ПРОЦЕССЕ ЗАКЛЕЙКИ, СУШКИ И ОБЖИМА КОРЕШКА
Показатели качества обработки корешка блоков зависят от способа и режимов заклейки, сушки и обжима корешка и технологических факторов — показателей качества бумаги и объема тетрадей блока.
Способы и режимы заклейки корешка. По данным МГУП, вариант с заклейкой и сушкой корешка в зажатом состоянии, осуществляемый на современных заклеечно-сушильных автоматах, технологически наиболее совершенен, так как обеспечивает максимальную прочность склейки тетрадей при высоких значениях коэффициентов спрессованности и стойкости блоков к сдвигу.
Расход клея. Если блокозаклеечное устройство обеспечивает нанесение тонкого слоя клея высокой концентрации и любой вязкости с прониканием клея между утолщениями корешковых фальцев смежных тетрадей, то прочность склейки тетрадей возрастает с увеличением расхода клея до 0,6 кг/м2 для всех видов бумаги (рис. 6.2, а). 1^ехкРатное увеличение расхода клея обеспечивает примерно 1,5-кратное повышение прочности склейки тетрадей из неклеевых видов бумаги и 1,6-2,5-кратное у тетрадей из клееной офсетной бумаги, при этом абсолютное возрастание прочности склейки составляет соответственно до 0,5 и 0,2 даН/см (кгс/см).
Рис. 6.2. Зависимость прочности склейки тетрадей блоков, заклеенных ПВАД: а— от расхода клея; б— от концентрации клея; 1 — бумага для высокой печати № 3; 2 — для высокой печати № 2; 3 — для высокой печати № 1; 4 — офсетная №2; 5 — офсетная № 1
Обработка книжных блоков
265
Концентрация клея. Повышение концентрации клея при постоянном его расходе (рис. 6.2, б) дает значительно больший эффект: двукратное увеличение концентрации обеспечивает прирост прочности склейки тетрадей из неклееных видов бумаги для высокой печати в 1,5-2,5 раза (на 0,5-0,6 даН/см) и в 3,0-4,5 раза (примерно на 0,4 даН/см) у клееной офсетной бумаги. Применение концентрированного клея при постоянном расходе сухого вещества обеспечивает большую прочность склейки тетрадей, лучшие условия для сушки корешка, позволяет экономить клей при обработке блоков из неклееных видов бумаги, если норму расхода клея установить из требования необходимой прочности склейки тетрадей в соответствии со сроком службы издания.
По данным МГУП, при заклейке корешка блоков, состоящих из 32-страничных тетрадей, неразбавленным 50%-ным клеем с соблюдением нормы расхода сухого вещества в процессе сушки корешка необходимо удалить не более 30% влаги, внесенной с клеем. Остальная влага отфильтровывается в бумагу и остается в клеевой пленке, не мешая выполнению последующих операций. Простые расчеты показывают, что при применении разбавленных клеев, содержащих 33% сухого остатка, в соответствии с рекомендациями технологических инструкций и нормами расхода материалов, при сушке необходимо удалить в 4 раза большую массу влаги, чтобы получить такое же влагосодержание.
Режим сушки корешка. При интенсивных способах сушки по мере обезвоживания клея прочность склейки тетрадей блока возрастает, достигает максимума при потере примерно 60% влаги, внесенной с клеем 33%-ной концентрации, после чего понижается. Прочность склейки тетрадей при оптимальном влагосодержании возрастает при применении жестких режимов радиационноконвективной сушки (с увеличением мощности и температуры излучателя, уменьшением расстояния до излучателя — кривая 1 на рис. 6.3),
Рис. 6.3. Зависимость прочности склейки тетрадей блоков от количества удаленной влаги при сушке кварцевыми инфракрасными лампами: 1 — при заклейке корешка 50%-ной ПВАД; 2 — при заклейке 33%-ной ПВАД
266
Раздел 6
что, видимо, способствует сплавлению частиц поливинилацетата, образованию монолитной пленки, диффузии полимера в бумагу
Режимы обжима корешка. При заклейке и сушке корешков блоков в зажатом состоянии режимами обжима являются давление и величина выхода корешков из зажимов транспортера заклеечно-сушильной машины.
С увеличением выхода корешков блоков из зажимов и давления обжима корешки тетрадей блока веерообразно расходятся, что позволяет клею проникать на большую глубину между фальцами. При этом прочность склейки тетрадей книжных блоков сначала возрастает (для различного вида бумаги на 20-30%), достигает некоторого максимума, а затем понижается (рис. 6.4, а и 6.5, а). С увеличением выхода корешков из зажимов коэффициент спрессованности блоков уменьшается (рис. 6.4, б), а коэффициент стойкости к сдвигу несколько возрастает; повышение давления обжима увеличивает коэффициент спрессованности (рис. 6.4, б), но уменьшает коэффициент стойкости корешка к сдвигу. Оптимальной следует считать величину выхода корешков из зажимов, равную 6-8 мм, и давление обжима порядка 1-3 МПа в зависимости от вида отделки и объемной массы бумаги, объема тетрадей и толщины блока. При этих значениях параметров обжима обеспечиваются максимальная прочность склейки тетрадей и достаточно высокие значения коэффициентов спрессованности и стойкости блока к сдвигу, что обеспечи-
Рис. 6.4. Зависимость прочности склейки тетрадей (а) и коэффициента спрессованности блоков (б) от величины выхода корешка из зажимов для блоков из бумаги для высокой печати: 1 — № 1, ПВАД 33%-ная; 2 — № 1, ПВАД 50%-ная; 3 — № 3, ПВАД 50%-ная
Обработка книжных блоков 267
вает высокое качество полуфабрикатов на последующих операциях механической обработки корешка книжных блоков.
Рис. 6.5. Зависимость прочности склейки тетрадей (а) и коэффициента спрессованности блоков (б) от давления зажимов для блоков из бумаги для высокой печати: 1 — № 1, 33%-ная ПВАД; 2— № 1, 50%-ная ПВАД; 3 — №3, 50%-ная ПВАД; 4 — № 3, 33%-ная ПВАД
При пооперационной обработке блоков одно- или двукратный обжим корешка производится на блокообжимных станках типа БПБ-270 при давлении порядка 3-4 МПа (30-40 кгс/см2).
Обжим корешка блоков после сушки повышает коэффициент спрессованности, понижает коэффициент стойкости блока к сдвигу и не влияет на прочность склейки тетрадей блоков.
Проклейка, композиция и объемная масса бумаги. Клееные виды бумаги хуже смачиваются ПВАД, дают меньшую прочность адгезионного шва, поэтому прочность склейки тетрадей блоков из клееной офсетной бумаги (см. кривые 4 и 5 на рис. 6.2) при прочих равных условиях в 2-4,5 раза ниже, чем у неклееных видов бумаги для высокой печати (см. кривые 1-3 на рис. 6.2). Бумага, содержащая древесную массу (№ 2 и № 3), по сравнению с бумагой, изготовленной только из целлюлозы (№1), имеет, как правило, меньшую объемную массу, большую пористость, лучше смачивается клеем и поэтому обеспечивает значительно большую прочность склейки.
Объем тетрадей блока. Если блок изготовлен из 32-страничных тетрадей, то по сравнению с 16-страничными тетрадями при одинаковом расходе клея прочность склейки тетрадей примерно на 10-15% выше из-за увеличения ширины склейки между корешковыми фальцами соседних тетрадей.
268
Раздел 6
Влажность бумаги. Коэффициент спрессованности блоков и прочность адгезионного шва у бумаги с малой влажностью возрастают при применении разбавленной до 40-45% содержания сухого вещества ПВАД, но прочность клеевой пленки при этом значительно уменьшается. Бумага с малой влажностью на первой стадии образования адгезионного шва весьма интенсивно впитывает влагу клея, что ухудшает смачиваемость бумаги клеем и прочность адгезионного шва. Если на заклейку корешка поступают блоки с низкой (менее 5%) влажностью, то концентрацию клея следует несколько уменьшить. Прочность склейки тетрадей можно повысить, если производить двукратную промазку корешков блоков клеем: последовательно разбавленной и концентрированной ПВАД.
6.1.4. ОБРЕЗКА БЛОКОВ С ТРЕХ СТОРОН
Если книжные блоки состоят из тетрадей, то обрезка блоков с трех сторон обеспечивает свободный доступ читателю к любой странице книжного издания, так как при выполнении этой операции срезаются все фальцы тетрадей блока, кроме корешковых. Величина срезки нижнего, верхнего и переднего полей регламентируется ГОСТ 5773, а формат блока после обрезки называют форматом издания. Обрезка позволяет получить ровные и гладкие обрезы, те. повышает эстетические показатели качества книги. Обрезку необходимо выполнять до механической обработки корешка, так как наличие фальцев у верхнего, переднего и нижнего краев блока препятствует относительному смещению листов тетрадей в процессе крутления корешка.
На малых полиграфических предприятиях обрезку блоков выполняют на малоформатных одноножевых бумагорезальных машинах привертками высотой до 60 мм. При обрезке следует четко соблюдать последовательность резов: сначала обрезают нижние края блоков, приталкивая стопу верхним краем к подавателю, причем стопа укладывается так, чтобы нож врезался в корешок и выходил из стопы у переднего края. При втором резе стопа приталкивается к подавателю нижним обрезом и снова укладывается так, чтобы нож врезался в корешок. Если это правило будет нарушено, то при выходе ножа из блока возможен вырыв части корешка, что приведет к неисправимому браку. Обрезку блоков по переднему полю делают только после того, как будут обрезаны нижние и верхние края блоков.
Обработка книжных блоков
269
На крупных полиграфических предприятиях обрезку блоков выполняют на трехножевых резальных автоматах типа MD и HD (фирма «Колбус», Германия) или ЗБРТ-125/450 (Роменский ЗИМ, Украина), а при изготовлении изданий в обложке—в резальной секции вкладочно-швейно-резального агрегата. На трехножевых резальных автоматах перед обрезкой толстых блоков или блоков любой толщины, но полной приверткой, на прижимной колодке необходимо сделать приправку, выравнивающую силу сжатия блока или стопы с учетом того, что корешок блока и корешковая часть стопы всегда толще переднего края. Если приправка не будет сделана, то средняя часть блока или стопы будет выжата прижимом в сторону переднего края и после обрезки окажется меньше требуемого размера.
В соответствии с требованиями ГОСТ 5773 на обрезку нижнего поля дается 6-7 мм, верхнего — 4-3 мм (в сумме 10 мм), а переднего— 5 мм или (у форматов 60x90/32, 70x90/32, 75x90/32 и 75x90/16) 5,5 мм. Допуск на точность обрезки, включая и косину, ±0,1 мм.
Оценка качества обрезки блоков. Книжные блоки после обрезки оцениваются по следующим показателям качества: 1) точности формата издания; 2) отсутствию косины; 3) полноте срезки фальцев, графеечных проколов и кромок листов; 4) гладкости и чистоте обрезов; 5) отсутствию слипания листов . Формат блоков измеряется металлической линейкой с упором, фиксирующим начало отсчета. Отсутствие косины обрезки контролируется сталкиванием на корешок двух приставленных друг к другу блоков, повернутых верхними и нижними обрезами в разные стороны. Остальные показатели качества оцениваются визуально.
Факторы, влияющие на качество блоков после обрезки. Важнейший показатель качества блоков после обрезки—их размер по ширине, так как он определяет ширину развернутой переплетной крышки, а в готовой книге — размеры передних кантов и, косвенно, плотность вставки. При обрезке блоков на трехножевых резальных машинах размер блоков по высоте зависит в основном от точности установки боковых ножей, так как влиянием других факторов можно пренебречь. На точность обрезки блоков по ширине влияют в основном сила прижима блока или стопы блоков в процессе обрезки, толщина блока или высота стопы и коэффициент их спрессованности.
270
Раздел 6
Рис. 6.6. Изменение коэффициента спрессованности блоков в процессе обработки: 1 — после шитья; 2 — после обжима; 3 — после заклейки, сушки, повторного обжима; 4 — после обрезки; м — при малой толщине блока; б — при большой толщине блока
С увеличением силы прижима блока и стопы блоков от 3 до 7 кН (от300до 700 кгс) точность обрезки (уменьшение разницы в размерах по ширине блока) возрастает примерно в 6 раз. С увеличением толщины блоков или высоты стопыи уменьшением коэффициента спрессованности блоков точность обрезки блоков по ширине уменьшается в основном из-за прогиба верхних листов под кромкой лезвия. Чтобы выдержать требования ГОСТ 5773 к точности обрезки блоков полной приверткой, коэффициент спрессованности блоков перед обрезкой дол
жен быть в пределах 0,90-0,96 в зависимости от толщины бумаги и блока (рис. 6.6).
Закраска обрезов. Закраска обрезов является отделочной операцией, улучшающей внешний вид книги, поэтому применяется в производстве книжных изданий улучшенного и подарочного типов. Пигментированная непрозрачная краска, применяемая для закраски обрезов, в какой-то мере предохраняет бумагу блока от действия ультрафиолетовых лучей и позволяет скрыть разнооттеночность бумаги у части тетрадей блока. Для закраски обрезов применяется специальная краска, быстро-закрепляющимся связующим которой является латекс марки СКС-ЗОШР. На малых полиграфических предприятиях закраску обрезов производят в паковально-обжимном прессе: после обрезки блоки сталкивают на верхний и передний обрезы и укладывают в пресс стопой высотой не более 40 см обрезом, подвергаемым закраске, наружу. Закраску обреза или обрезов производят мягкой кистью или губкой в зажатом состоянии, чтобы краска не проникала между листами блока.
На средних и крупных полиграфических предприятиях закраску обрезов производят на автоматах типа SF (фирма «Кол-
Обработка книжных блоков
271
бус», Германия), которые могут быть подключены в любую поточную линию этой фирмы.
Золочение обрезов. Примерно до середины XX в. золочение обрезов, применяемое для некоторых изданий подарочного типа, выполнялось вручную. По данной технологии блок после обрезки зажимается в переплетных тисках между двумя клинообразно скошенными дощечками, чтобы обеспечить максимальную степень сжатия листов блока у обреза. Обрез полируют специальным остро заточенным скребком типа широкой стамески, двигая его от себя, с небольшим наклоном вперед. После обработки скребком обрез полируют тонкой наждачной шкуркой и протирают комком тонкой бумаги, смоченной жидким крахмальным клейстером. На подготовленную поверхность обреза непосредственно перед золочением кистью наносится тонкий слой клея, приготовленного из яичного белка, разбавленного водой. Для золочения используется тонкое листовое сусальное золото, которое нарезается на полоски, равные ширине обреза, специальным ножом с затупленным лезвием, спущенным на две фаски и с закругленным концом. Разрезка листов делается на специальной подушечке, с которой полоска переносится на обрез блока плоской веерообразной кисточкой—«заячьей лапкой». Наложенную полоску сусального золота прижимают ватным тампоном, а после естественной сушки золоченый обрез полируют через гладкую высокаландрированную бумагу, пропитанную воском, специальным инструментом—«лощильным зубом».
На крупных полиграфических предприятиях золочение обреза или обрезов выполняется на машинах, в которых последовательно производятся такие операции: шлифовка, полировка и очистка обреза от бумажной пыли; заклейка и сушка обреза; припрессовка к обрезу специальной полиграфической фольги. В качестве клея применяется спиртовой шеллачно-канифольный лак. Для припрессовки обрезиненным роликом при температуре 180-200°С используется юбилейная фольга марки 313-051 К.
6.1.5. КРУГЛЕНИЕ КОРЕШКА И ОТГИБКА ФАЛЬЦЕВ ИЛИ КРАЕВ
Книжные блоки современных изданий в переплетной крышке после обработки могут иметь четыре различные формы корешка — прямую, кругленую, кругленую с отогнутыми фальцами и прямую с отогнутыми фальцами или краями корешка. Книжные издания с прямым корешком со времен появления книг в виде кодекса (скрепленных в корешке листов рукописно
272
Раздел 6
го или печатного материала) и до 1960-х гг. применялись только для малообъемных изданий. В технологических инструкциях по брошюровочно-переплетным процессам издания 1969 г. указывалось, что «книжные блоки толщиной от 5 до 40 мм форматом до 70x90/16 включительно... следует обрабатывать... по схеме», в которой предусматривалось кругление корешка. Реально кругление корешка применялось при толщине блока примерно от 10 мм, так как уже при такой толщине утолщение корешковой части блока, по сравнению с передним обрезом, из-за нарушения структуры бумаги при фальцовке (см. подразд. 3.3.3 и рис. 3.9, в) и введения в разъемы тетрадей ниток при шитье блоков может составлять 20%, 2 мм и более. Книжный блок и готовая
книга с прямым корешком при такой и большей толщине принимают трапециевидную форму, неудобную при хранении и быстро ее теряющую при пользовании книгой.
Кругление ко
решка позволяет распределить его утолщение по дуге окружности, которая у книг с толщиной блока до 60 мм больше толщины переднего обреза или расчетной толщины блока наЗ-4 мм. В процессе кругления, сопровождающегося пере-фальцовкой, новые корешковые сгибы крайних тетрадей блока удаляются от корешковых сгибов соседних тетрадей
Рис. 6.7. Схема книжного блока с кругленым корешком: Тб — толщина блока; d—толщина тетради; R— радиус закругления; h— стрела прогиба
суммарно на величину стрелы прогиба дуги окружности, которая у блоков толщиной от 15 до 60 мм изменяется в пределах от 3,8 до 4,8 мм [17]. При этом смещение корешковых сгибов у 2/3 крайних тетрадей тонких блоков составляет 0,6-1,5 мм (рис. 6.7), а у толстых блоков примерно у половины тетрадей оно превышает 0,4 мм. Следовательно, кругление корешка ликвидирует его
Обработка книжных блоков
273
утолщение от введения нитей при шитье соответственно у 2/3 и половины тетрадей блока, так как величина смещения корешков тетрадей превышает размер поперечного сечения двойных нитей внутренних стежков. Кроме того, корешковые фальцы всех внутренних тетрадей блока получают опору на утолщенный фальц одной из соседних тетрадей блока при действии разрушающей силы, направленной от корешка к переднему обрезу блока.
Отгибка фальцев корешка значительно увеличивает длину его дуги, что позволяет полностью сравнять толщину блока по месту крепления картонных сторонок переплетной крышки. При отгибке фальцев и краев корешка примерно 2/3 листов блока получают надломы на 30-50°, по которым преимущественно и происходит раскрывание листов, существенно снижающее нагрузки на клеевое скрепление корешка при пользовании книгой. Кроме того, отогнутые фальцы создают опору для сторонок переплетной крышки, что повышает прочность связи переплетной крышки с книжным блоком. Форма прямых корешков с отогнутыми фальцами также обладает этим достоинством, но в России и странах СНГ она не получила применения.
Технология кругления корешка. На малых полиграфических предприятиях кругление корешка книжных блоков выполняют на круглильных машинах типа К-3 (Харьковский ЗПМ, Украина) с качающейся рифленой круглильной колодкой и подпружиненным столом (рис. 6.8, а). Работа на круглильных машинах требует высокой квалификации и постоянного внимания от рабочего, так как получить симметричный и одинако-
Рис. 6.8. Схемы кругления корешка блока: а — качающейся колодкой; б— профильными колодками; в—прокаткой в валиках; 1 — блок;
2— подпружиненный стол; 3 — качающаяся колодка; 4 — профильные колодки; 5 — опорные пластины; 6 — прокатывающие валики
274
Раздел 6
вый профиль корешков блоков на них весьма трудно. Сменная производительность кругления корешка на станках К-3 колеблется в пределах от 3,5 до 6,4 тыс. блоков в зависимости от их формата и объема.
На крупных полиграфических предприятиях кругление корешка выполняется в секциях блокообрабатывающего агрегата БКО-270 поточной линии «Книга-2-270» (Ходоровский ЗПМ, Украина) или в круглильно-отгибочных автоматах AR (фирма «Кол-бус», Германия). В агрегатах 2БТГ-270 кругление корешка производится в два приема: сначала сталкиванием в профильную колодку (рис. 6.8,6), после чего прокаткой в валиках. В автоматах AR и агрегатах БКО-270 кругление производится за один прием в прокатывающих валиках (рис. 6.8, в).
Кругление корешка блоков между профильными колодками обеспечивает получение точного и постоянного по форме профиля, но для обработки блоков различной толщины необходимо иметь набор сменных колодок разного профиля. Кругление корешка блоков вращающимися валиками обеспечивает четкий и симметричный профиль корешка.
Оценка качества кругления корешка. Качество книжных блоков после кругления оценивается сравнением с эталонным блоком и по следующим показателям: 1) симметричности профиля; 2) соответствию длины дуги корешка толщине блока; 3) соответствию стрелы прогиба контролируемых блоков с высотой стрелы эталонного блока; 4) отсутствию перекоса блока. Симметричность профиля корешка может быть оценена с помощью набора шаблонов, изготовленных из оргстекла, и сравнением с эталонным блоком. Длина дуги корешка измеряется гибкой линейкой, изготовленной из миллиметровой бумаги, упрочненной полимерной пленкой. Номинальное значение длины дуги корешка Ьк определяется по формуле
1К-Тб+С, (6.1)
где Тб — толщина блока, мм; С—постоянная кругления (С = 3 мм при Тб<20 мм, С = 4 мм при Тб > 20 мм).
Величина стрелы прогиба и перекос блока могут быть измерены с помощью измерительного уголка, на вертикальной стенке которого по всей высоте нанесена шкала с миллиметровыми делениями (рис. 6.9). Допуск на размер стрелы и перекос блока 1 мм при толщине блока до 20 мм, 2 мм при толщине блока до 40 мм и 3 мм при большей толщине.
Обработка книжных блоков
275
Технология отгибки фальцев и краев корешка. Грибообразная форма корешка книжных блоков может быть получена различными инструментами: качающейся колодкой (рис. 6.10, а), вращающимися профильными роликами с винтовой нарезкой и частыми ударами профильной колодки, совершающей возвратно-поступательное движение с малой амплитудой [16]. На блокообрабатывающих агрегатах БКО-270 поточной линии «Книга-2-270» и на автоматах AR, входящих в состав поточных линий фирмы «Колбус», отгибка фальцев осуществляется качающейся колодкой. При подготовке к работе агрегата БКР-270 его приемный стол регулируется по высоте в соответствии с шириной обрабатываемых книжных блоков, а положение упорного пальца — в соответствии с их высотой.
В секции крутления корешка блоков регулируются исходное положение круглильных валиков и величина их подъема, чтобы обеспечить требуемую стрелу прогиба йв соответствии с толщиной блоков Тб (см. рис. 6.7). В секции отгибки фальцев или краев корешка блоков регулируются сила сжатия корешковой зоны и угол качания отгибочной колодки с учетом толщины и высоты блока и требуемой высоты отгибки фальцев или краев корешка. В секциях приклейки корешкового материала и капталобумажной полоски устанавливается величина поперечной рубки лент этих материалов в соответствии с толщиной блоков и длиной дуги корешка и размерами клапанов корешкового материала. Чтобы обеспечить высокое качество отгибки фальцев, удельная сила сжатия блоков F должна быть порядка (6± 1) даН/мм, а сила прижима отгибочной колодки Fn — в пределах 4-5 Н/мм.
276
Раздел 6
Рис. 6.10. Схемы отгибки фальцев качающейся колодкой (а) и основных параметров отгибки (б): F — сила сжатия блока; F — сила прижима корешка; Тб — толщина корешка; ho — высота отгибки фальцев; z — зона отгибки; а — угол отгибки; h — стрела прогиба
Оценка качества блоков после отгибки фальцев или краев корешка. Важнейшими показателями качества блоков после отгибки фальцев или краев корешка являются высота отгибки, степень охвата корешковой зоны отгибкой фальцев или краев (рис. 6.10, б), длина дуги корешка и симметричность его формы. Высота отгибки фальцев и краев корешка должна быть равна толщине картонных сторонок переплетной крышки с допуском +1 мм. Высоту отгибки можно проверить, приложив эталонную картонную сторонку крышки вплотную с отогнутым фальцам, или металлической измерительной линейкой. Степень охвата корешковой зоны отгибкой измеряют гибкой линейкой, сравнивая ширину не охваченной отгибкой зоны с толщиной блока: фальцы или края корешка должны быть отогнутыми у 60-70% тетрадей или листов блока. Номинальное значение длины дуги корешка с отогнутыми фальцами и краями корешка Ькоф определяется по формуле
Jrxofb=fcoA-^+C, (6.2)
где коф = 1,11 — коэффициент отгибки фальцев, учитывающий, что длина дуги корешка с отогнутыми фальцами, по сравнению
Обработка книжных блоков
277
с кругленым корешком [см. формулу (6.1)], возрастает в среднем на 11%.
Сущность явлений при круглении корешка и отгибке фальцев. В процессе кругления корешок блока и его передний обрез принимают вид плавной кривой, которую условно считают дугой окружности. С увеличением толщины обрабатываемых блоков радиус окружности возрастает, а крутизна кривой уменьшается. Так как на кругление корешка блоки поступают после заклейки и сушки корешка, то клеевая пленка, скрепляющая тетради или листы блока, не позволяет им смещаться друг относительно друга. Поэтому смещение тетрадей или листов блока происходит вследствие деформации клеевой пленки, если блок состоит из листов, и деформации тетрадей, заключающейся в смещении листов друг относительно друга максимально у крайних тетрадей на величину от 0,03 до 0,12 мм в зависимости от толщины блоков. Смещение листов тетрадей может происходить только вследствие перефальцовки корешковых фальцев — разглаживания старых и образования новых, смещенных в сторону наружных листов. При отгибке фальцев листы тетрадей друг относительно друга не смещаются, перефальцовка затрагивает лишь корешковую зону шириной не более 6 мм у части крайних тетрадей.
6.1.6. ПРИКЛЕЙКА К КОРЕШКУ БЛОКА ЛЕНТОЧКИ-ЗАКЛАДКИ, КОРЕШКОВОГО МАТЕРИАЛА, КАПТАЛОВ И БУМАЖНОЙ ПОЛОСКИ.
ОКАНТОВКА КОРЕШКА БЛОКА
Обработка блоков, сшитых потетрадно нитками, завершается операциями приклейки ленточки-закладки, корешкового материала и капталобумажной полоски. Ленточка-закладка и капталы не являются обязательными элементами конструкции книжного блока, поэтому их применение и цвет в изданиях значительного и большого объемов оговариваются договором с заказчиком. Если книжные блоки скрепляются потетрадно нитками на марле, то на завершающей стадии обработки блока приклеиваются только капталы и бумажная полоска. При клеевом бесшвейном и швейно-клеевом скреплении блоков вместо приклейки корешкового материала делается окантовка корешка по всей его высоте.
В процессе завершающих операций обработки блока на корешок наносятся два клеевых слоя, которые вместе с корешковым материалом и бумажной полоской повышают прочность
278
Раздел 6
клеевого скрепления тетрадей блока, стойкость книжного блока к сдвигу и сохранность его формы при пользовании книгой, обеспечивают прочную связь переплетной крышки с блоком.
Приклейка ленточки-закладки. Ленточка-закладка представляет собой тесьму шириной 5-8 мм из белого или окрашенного в различные цвета вискозного шелка. При ручной приклейке лента наматывается на сторону переплетного картона размером на 5 см больше диагонали обрезанного с трех сторон блока, после чего разрезается ножом на заготовки такого размера. Перед приклейкой заготовку ленточки вкладывают в середину блока так, чтобы над верхним обрезом оставался конец длиной около 15 мм. Корешок блока у верхнего обреза промазывают клеем с небольшим запасом по высоте блока, после чего конец ленточки прижимают к корешку. На крупных полиграфических предприятиях приклейку одной или двух ленточек-закладок выполняют на автоматах LE (фирма «Колбус», Германия), подключаемых к специализированной поточной линии, предназначенной для обработки блоков изданий улучшенного и подарочного типов.
Приклейка корешкового материала. Для приклейки к корешку блоков применяется полиграфическая марля марки БО по ГОСТ 5196, которая отличается от марли марки НШ несколько меньшей поверхностной плотностью [она равна (70 ± 4) г/м2] и пониженной [(0,13 ± 0,03) Н] жесткостью. Марля с большей жесткостью неплотно приклеивается к кругленому корешку, а марля с более низкой жесткостью затрудняет резку рулона на заготовки. В качестве корешкового материала используется также нетканый клееный материал по ТУ 17-52-9813 поверхностной плотностью (55 ± 4) г/м2, изготовленный из лавсановых и вискозных волокон в соотношении 7:3 и длиной резки 55 мм, скрепленных полиакриловым и латексным связующим. В брошюровочно-переплетных процессах используется боковой срез фабричных рулонов шириной (45 ± 3) см. Перед приклейкой корешкового материала он раскраивается на рулоны, ширина которых определяется по формуле
ш™-8~25, (6.3)
где в— высота блока после обрезки, мм.
Если обработка блоков производится на агрегатах БКО-270, в которых блок в зажимах транспортера движется корешком вниз, то для приклейки корешкового материала используется 64%-ный костный клей с добавкой 9% глицерина, обладающий
Обработка книжных блоков 279
высокой липкостью, которая в данном случае необходима, чтобы предотвратить смещение и отрыв корешкового материала под действием силы тяжести, силы инерции и аэродинамического сопротивления клапанов (см. подразд. 1.2.2 и 1.2.6) при прерывистом движении главного транспортера агрегата. Для повышения липкости костного клея до половины его содержания в растворе заменяют желатином, а если опасность отрыва приклейки на блокообрабатывающем оборудовании отсутствует, то до 1 /4 его содержания заменяют декстрином. При изготовлении энциклопедических изданий большого формата (от 70x100/16) с толщиной блоков свыше 35 мм применяют клей на основе желатина с добавкой костного клея. Расход раствора костного клея на операции приклейки марли составляет 0,32 кг/м2. При использовании нетканого материала с большой впитывающей способностью расход клея возрастает.
При подготовке к работе блокообрабатывающих агрегатов БКО-270 и автоматов HL механизм рубки корешкового материала необходимо настраивать не только с учетом длины дуги корешка блоков после их механической обработки [см. формулы (6.1) и (6.2)], но и сучетом возрастания массы блоков приувели-чении их формата и толщины. В упрощенном варианте учитывается лишь толщина блока: длина отрезаемой от рулона полоски корешкового материала для блоков с кругленым корешком Ькмк и для блоков с кругленым корешком и отогнутыми фальцами или краями Ькмо рассчитывается по формулам
Ькмк=Тб+4 + 2шк, (6.4)
Ькмо=1,11Тб+4 + 2шк, (6.5)
где Тб—толщина блока, мм; шк—ширина клапанов корешкового материала, которая для блоков толщиной до 30,40 мм и более равна соответственно 23, 25 и 27 мм.
Приклейка капталобумажной полоски. В качестве капталов используется специальная хлопчатобумажная, полушелковая или шелковая лента по ОСТ 17-206 с утолщенным краем различного цвета. На малых полиграфических предприятиях кап-тальную тесьму перед использованием аппретируют, для чего ленту наматывают на лист картона, с помощью щетки промазывают крахмальным клейстером и высушивают. Перед приклейкой петли перегиба ленты разрезают ножом, а длинные заготовки разрезают на одноножевой резальной машине на короткие отрезки в соответствии с толщиной прямого корешка или
280
Раздел 6
его дуги с припуском в 1 мм. Стопу блоков сталкивают на рабочем столе по верхнему краю и на корешок, промазывают корешки у верхнего и нижнего краев на 1-2 см ПВАД, латексным или костным клеем и раскладывают блоки корешками в разные стороны, после чего капталы прижимают и притирают через лист бумаги к корешкам.
Для оклейки корешков применяется специальная бумага по ТУ 81-04-02 или иная неклееная бумага из сульфатной целлюлозы поверхностной плотностью 69-80 г/м2. При оклейке корешков блоков вручную бумагу нарезают на полоски в соответствии с размерами корешка с припуском в 1 мм по толщине блока или длине дуги его корешка и на 2 мм меньше высоты блока с соблюдением долевого раскроя. Полоски бумаги намазывают 10%-ным крахмальным клеем, прикладывают к корешкам блоков и притирают их щеткой.
На средних и крупных полиграфических предприятиях операции приклейки корешкового материала, капталов и бумажной полоски выполняются на полуавтоматах ОК-ЗМ (Харьковский ЗПМ, Украина), на блокообрабатывающих агрегатах БКО-270 и автоматах HL, на которых каптальные ленты предварительно склеиваются с лентой бумажного рулона, ширина которого на 4 мм меньше высоты блоков, с использованием неразбавленной ПВАД условной вязкостью 45-60 с по вискозиметру ВМС. В этом варианте технологии каптальные тесьмы в агрегатах приутюживаются к бумажной ленте нагретыми инструментами, что повышает надежность склейки и надежность работы блокообрабатывающего оборудования. Для приклейки капталобумажной полоски к корешку блоков используется высоколипкий 48-51%-ный костный клей.
На завершающих операциях машинной обработки книжных блоков к корешку приклеиваются две упрочняющие детали — корешковый материал и бумажная полоска с поперечным раскроем. Использование полиграфической марли поперечного раскроя способствует повышению прочности связи переплетной крышки с блоком и повышает срок службы издания, так как применяемая на этой операции двухниточная полиграфическая марля имеет повышенную прочность по основе, в направлении действия разрушающих сил. Применение бумажки поперечного раскроя практически не дает упрочняющего эффекта, так как при увлажнении клеем она волнообразно изгибается, вследствие чего склейка происходит только на части поверхности корешка.
Обработка книжных блоков
281
Окантовка корешка блока. Окантовку корешка блоков стали применять в середине XX в. на машинах клеевого бесшвей-ного и швейно-клеевого скрепления сначала при изготовлении изданий в обложке, но в последующем только при изготовлении изданий в переплетной крышке. В качестве окантовочного материала применяется различный корешковый материал в зависимости от толщины блока и последующей обработки корешка —коленкор марки КФ, полиграфическая марля, нетканый материал из синтетических волокон, микрокрепированная и крафт-бумага. Применение полиграфической марли долевого раскроя и микрокрепированной бумаги в этом варианте технологии позволяет производить механическую обработку корешка на обычном оборудовании (в агрегатах БКО-270 и на автоматах AR), снабженном кварцевыми инфракрасными лампами для предварительного разогрева корешка.
Окантовка корешка обеспечивает более надежную склейку крайних тетрадей и форзацев с блоком, исключает раскол при механической обработке корешка.
Оценка качества блоков после приклейки упрочняющих деталей и окантовки. После приклейки упрочняющих деталей и окантовки книжные блоки оцениваются по следующим показателям: 1) симметричности расположения деталей относительно верхнего и нижнего обрезов; 2) правильности положения бумажной полоски по отношению к крайним тетрадям и обрезам блока; 3) равенству клапанов корешкового материала или окантовки; 4) отсутствию перекоса приклеенных деталей; 5) плотности приклейки корешкового материала и бумажки; 6) отсутствию затеков костного клея на фальцах форзацев; 7) отсутствию осыпания нитей каптальныхтесем; 8) прочности приклейки деталей; 9) стойкости корешка к сдвигу. Размерные показатели качества контролируются металлической измерительной линейкой. Допуск на ширину клапанов корешкового материала ±2 мм, на косину (разницу в ширине верхнего и нижнего краев) — 3 мм.
Испытания на прочность приклейки деталей и стойкость корешка к сдвигу производят при применении ранее не применявшихся материалов, новых рецептур клеев и режимов обработки, используя разрывную машину и прибор ПШ. Прочность приклейки корешкового материала и бумажки должна быть в пределах 9-11 Н/см.
Оценка стойкости корешка к сдвигу. Эффективность выполнения технологических операций скрепления тетрадей и
282
Раздел 6
листов книжного блока и последующих операций его обработки, выполняемых с целью повышения прочности и долговечности книжного издания, количественно может быть определена величиной смещения корешка под действием горизонтальной силы, приложенной к верхнему листу и направленной перпендикулярно линии корешка (рис. 6.11), или величиной работы, затраченной этой силой при деформировании блока.
Рис. 6.11. Схема определения сдвига корешка блока под действием горизонтальной силы: Тб — толщина блока; а—смещение корешка; F— сила
Для оценки стойкости блока к сдвигу О.Б.Купцовой был предложен коэффициент сдвига кс:
кс=а/Тб, (6.6)
где а— величина смещения, мм, верхнего листа блока под действием силы F= 9,8 Н (1 кгс); Тб — толщина блока, мм.
Ю.Н.Коцарь установил [16], что величина смещения корешка пропорциональна действующей силе, но для характеристики деформационных свойств книжных блоков предложил показатель сдвига корешка Ск:
СК-п/А, (6.7)
где п— число тетрадей в книжном блоке; А = Fa— работа по деформации корешка, Дж.
Показатели кс и Ск неудобны для использования в условиях производства, так как с повышением стойкости блоков к сдвигу они уменьшаются, и для оценки качества обработки блоков необходимо пользоваться таблицами перевода их значений в баллы качества.
На основе анализа рекомендаций действовавшего ранее ГОСТ 20254 автором предложен коэффициент стойкости к сдви-гуКсс[5]:
Ксс=0,28-Т6/а, (6.8)
где 0,28 Тб — среднее значение величины смещения корешка блоков, сшитых потетрадно нитками, мм; а—величина смещения корешка блоков на последующих операциях, мм.
Показатель Ксс позволяет количественно характеризовать деформационные свойства корешка в процессе обработки бло
ков: Ксс сшитых потетрадно нитками блоков принимается за 1,0 (с допуском ±0,14), а его значение после операций обработки блоков показывает, во сколько раз или на сколько процентов дополнительные клеевые пленки и упрочняющие детали повышают стойкость корешка к сдвигу.
Раздел 7. Изготовление обложек и переплетных крышек
Обложки и переплетные крышки — это верхняя одежда книжножурнальных изданий. Они являются элементами внешнего оформления изданий и предназначены для обеспечения его сохранности при пользовании, поэтому должны иметь привлекательный вид, быть износостойкими, дешевыми в изготовлении, должны изготавливаться из недорогих материалов. Современное производство книжно-журнальных изданий требует, чтобы обложки и переплетные крышки были технологичными по конструкции, чтобы процессы их изготовления и соединения с блоком были механизированными и автоматизированными.
7.1. Типы, конструкция, оформление и области применения обложек и переплетных крышек
7.1.1. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИЯ ОБЛОЖЕК И КРЫШЕК
ГОСТ 22240-76 предусматривает четыре типа обложек и пять типов переплетных крышек. Они классифицированы по конструкции (а обложки и по способу скрепления с книжным блоком), форме корешка, наличию кантов и виду углов, причем каждому типу присвоены номер и название (рис. 7.1 и 7.2):
тип 1 — обложка для крытья внакидку;
тип 2 — обложка для обыкновенного крытья;
тип 3 — обложка для крытья вроспуск;
тип 4 — обложка составная с окантовкой корешка;
тип 5 — переплетная крышка составная;
тип 6 — переплетная крышка из одной детали;
тип 7 — переплетная крышка цельнокрытая;
тип 8 — переплетная крышка с накладными сторонками и накладным корешком;
тип 9 — переплетная крышка с накладными сторонками и окантованным корешком.
Изготовление обложек и переплетных крышек
285
Рис. 7.1. Тйпы обложек: 1 — обложка; 2 — сторонка обложки;
3 — окантовочный материал; 4 — блок; 5 — проволочные скобы;
6 — клеевой слой
В ГОСТ не внесены пластмассовые переплетные крышки со сварным соединением деталей и другие типы редко используемых обложек и переплетных крышек, которые могут применяться по специальному заказу издательства в факсимильных, экспериментальных изданиях и изданиях, выполняемых по особым художественно-техническим требованиям.
По конструкции обложки бывают из одной детали (типы 1,2, 3) и составные (тип 4). В последнем случае обложка состоит из двух сторонок и корешка—окантовочного материала, который наклеивается поверх сторонок при окантовке блока.
Переплетные крышки бывают из одной детали (тип 6), а также цельнокрытые (тип 7) и составные (типы 5, 8, 9), состоящие соответственно из четырех и шести деталей, скрепленных кле-
286
Раздел 7
Рис. 7.2. Тйпы переплетных крышек: 1 — переплетная крышка; 2— картонная сторонка; 3 — отстав; 4 — корешок крышки; 5 — покровная сторонка;
6 — покровный материал; 7 — накладная сторонка; 8 - накладной корешок;
9— окантовочный материал; 10 — клеевой слой; 11 — линия биговки;
12—блок; 13 — форзац
Изготовление обложек и переплетных крышек
287
ем: двух картонных сторонок, отстава и покровного материала, который у составных крышек разделен на три самостоятельные детали — корешок и две покровные сторонки. В составных крышках типа 5 покровные сторонки оклеивают картонные сторонки с загибкой клапанов по верхним, передним и нижним краям и поверх корешка, а у крышек типов 8 и 9 — со всех четырех сторон, причем поверх корешка наклеиваются окленные картонные сторонки.
По форме корешка переплетные крышки бывают с прямым и кругл еным (цилиндрической формы) корешком.
По наличию и отсутствию кантов обложки и крышки бывают без кантов и с кантами. В готовом издании размеры сторонок обложек и переплетных крышек с кантами больше размеров обрезанного блока на величину верхних, передних и нижних кантов.
По виду углов обложки бывают только с прямыми углами, а переплетные крышки — с прямыми, круглеными (имеющими небольшой радиус закругления) и прямыми оклеенными углами. Уголки крышек без канта круглятся после обрезки, вместе с блоком; уголки крышек с кантом круглятся при сборке крышек. Оклейка уголков картонных сторонок каким-либо износостойким материалом выполняется до крытья сторонок или штуковок покровным материалом.
По типу внешнего оформления изданий обложки и переплетные крышки бывают с печатью по наружному материалу, с отделкой (см. подразд. 7.2) и с комбинированным оформлением, что предопределяет особые требования к покровным материалам.
Типы пластмассовых крышек. Пластмассовые переплетные крышки со сварным соединением деталей состоят по крайней мере из двух деталей. Они бывают двух- и трехслойными, цельнокрытыми и составными. В трехслойных крышках между наружным и внутренним слоями укладываются картонные или поролоновые прокладки. В зависимости от вида и толщины материалов крышек и прокладок они бывают жесткими, твердыми или мягкими (см. рис. 7.3, типы Ш, П2 и ПЗ).
Новый тип переплетной крышки. В начале 90-х годов в Украинском научно-исследовательном институте по специальным видам печати (УкрНИИСВП) был разработан новый тип полуже-сткой переплетной крышки, склеенной из одной детали [9], для изготовления которой используется тонкий гибкий картон с припрессованной полимерной пленкой.
288
Раздел 7
тип П1.2
сш
сш 1.1 1.2 2 5
........ ч1
Рис. 7.3. Типы пластмассовых переплетных крышек: П1 — жесткая цельнокрытая; П2 — твердая цельнокрытая; ПЗ — мягкая цельнокрытая;
П1.1 — жесткая с прозрачными покровными сторонками; П1.2 — жесткая составная; сш — сварной шов; 1 — эластичная непрозрачная пленка;
1.1, 1.2— разные виды эластичной непрозрачной пленки; 2 — жесткая непрозрачная пленка; 3 — эластичная прозрачная пленка; 4 — картонная сторонка; 5 — поролоновая сторонка; 6 — иллюстрация
7.1.2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБЛОЖЕК И ПЕРЕПЛЕТНЫХ КРЫШЕК
Области применения обложек. Обложки типа 1 предназначены для изданий, комплектуемых вкладкой, при толщине блока до 6,5 мм. Они используются в производстве иллюстрированных журналов, изданиях для дошкольников, методических пособиях для студентов вузов и учащихся колледжей, ГОСТов и других, рассчитанных на малый срок службы и интенсивное пользование или на средний срок службы при малой интенсивности пользования. Эти обложки скрепляются с блоком проволокой при шитье внакидку.
Изготовление обложек и переплетных крышек
289
Обложки типа 2 применяются при потетрадном шитье блоков нитками без марли. При данном способе скрепления книжных блоков скрепление обложки с блоком производится только по поверхности корешка, поэтому применение обложек этого типа ограничивается требованиями прочности и надежности их клеевого соединения: прочность скрепления считается достаточной при ширине склейки (и толщине блока) не менее 10 мм и 12 мм с 20%-ным запасом прочности. Верхний предел толщины блока для применения обложек типа 2 не ограничен.
Обложки типов 1 и 3 применяются с 1870-х годов, с начала использования в книжном производстве проволокошвейных машин. При шитье блоков проволокой втачку (см. подразд. 5.2.4) необходимо закрывать спинки и ножки проволочных скоб, что и определило конструкцию и способ скрепления обложки для крытья вроспуск с блоком, название которого произошло от технологии ручной промазки корешков обложек клеем: перед крытьем клей на корешковую зону обложек наносится после укладки сфальцованных или бигованных обложек каскадом, вроспуск на ширину промазки. В современном производстве данный тип обложек применяется преимущественно при клеевом бесшвейном скреплении блоков толщиной от 4 до 40 мм и более в производстве изданий художественной литературы, «толстых» журналов, каталогов торговых фирм, телефонных справочников и др.
Обложки типа 4 применялись в середине XX в. при выпуске небольшого числа изданий, скрепляемых на полуавтоматах КБС с долевой подачей корешкового материала. Конструкция обложек типа 4 весьма неудачна: окантовка блоков коленкором поверх сторонок обложки, повышающая прочность и долговечность изданий большого объема, не позволяет выполнять полиграфическое оформление на их корешках обычными способами; тканевый корешок уместен при применении прочных и износостойких обложек, но при лакировке и припрессовке полимерной пленки к обложкам склейка тканевого корешка с ними будет ненадежной. При пересмотре стандарта на типы обложек и крышек тип 4 может быть присвоен переплетным крышкам новой конструкции.
Области применения переплетных крышек. Переплетные крышки типа 5 с бумажными покровными сторонками находят широкое применение при выпуске учебников для средней школы, избранных и отдельных произведений художественной литературы, изданий для детей и др. Это обусловлено сравнитель
290
Раздел 7
но небольшой стоимостью материалов, расходуемых на изготовление крышек, достаточно высокой прочностью и высокими изобразительными возможностями их полиграфического оформления. К недостаткам крышек типа 5 следует отнести низкую износостойкость бумажных покровных сторонок и большую трудоемкость сборки крышек с заранее запечатанными покровными сторонками. Лакировка покровных сторонок и особенно припрессовка полимерной пленки значительно повышают долговечность изданий, но и повышают их себестоимость. Переплетные крышки типа 5 с тканевым корешком и сторонками красивы внешне, прочны и износостойки, но дороги как по материалам, так и в изготовлении. В связи с этим основная область их применения—дорогие факсимильные, подарочные, юбилейные издания, отраслевые энциклопедии и монографии по искусству, изготовляемые малыми и средними тиражами.
Переплетные крышки типа 6 просты по конструкции и сравнительно дешевы. Однако эти крышки не получили широкого распространения, так как один материал без изменения конструкции крышки не может удовлетворить противоречивые требования — жесткость сторонок, краев и уголков, высокую прочность, износостойкость, хорошую раскрываемость и гибкость по местам расставов. Тонкие и гибкие материалы обеспечивают удовлетворительную раскрываемость издания, но из них нельзя изготавливать крышки с кантами; при применении толстых и жестких материалов нельзя получить крутленый корешок и хорошую раскрываемость без потери прочности на ребрах корешков и по местам расставов. При применении переплетных крышек более сложной конструкции, склеенных из одного материала, и при использовании прочных нетканых материалов область применения крышек типа 6 будет расширяться.
Переплетные крышки типа 7, по сравнению с другими крышками (5, 8, 9) с клеевым соединением деталей, просты по конструкции, дешевы в изготовлении, более прочны. Изготовленные с применением сравнительно дорогих покровных материалов на тканевой основе, они используются в производстве многотомных изданий художественной литературы, энциклопедий и других изданий с большим сроком службы, когда необходимо обеспечить внешнюю привлекательность и долговечность изданий. Для отдельных произведений и сборников художественной литературы часто применяют покровные материалы на бумажной основе с полимерным покрытием (типа бумвинила, балакрона
Изготовление обложек и переплетных крышек
291
и др.), которые по прочности и долговечности мало уступают переплетным тканям и в то же время в несколько раз дешевле тканей. Использование многоцветных оттисков с последующей припрессовкой прозрачной полимерной пленки значительно повышает изобразительные возможности переплетных крышек. В таком оформлении они находят все более широкое применение в производстве изданий по искусству для детей младшего школьного возраста, научно-популярных изданий, календарей книжного типа и т.п.
Переплетные крышки типа 8 обычно изготавливаются с применением коленкоров, имеют современный рубленый вид, весьма прочны. Они были разработаны в издательстве «Искусство» и включены в ГОСТ 22240-76 по его представлению в связи с тем, что для изданий большого формата (в 1/8 долю листа) переплетные крышки можно было делать только на специализированном оборудовании зарубежного производства.
Переплетные крышки типа 9 были включены в стандарт его составителями, хотя достаточных предпосылок для этого не было, так как: 1) обрезной корешок не сочетается с накладными сторонками большего формата на величину кантов; 2) необходимы вдвое большие затраты труда, чем при изготовлении крышек типа 7; 3) приклейку накладных сторон к форзацам при любых форматах и доле листа можно выполнять только вручную, так как машин для односторонней промазки форзацев не существует; 4) как и в случае с обложками типа 4, полиграфическое оформление на корешке выполнять обычными способами невозможно. С учетом этих замечаний крышки типа 9 при пересмотре стандарта следует из него исключить.
Пластмассовые переплетные крышки типов П1 и П2 применяются при изготовлении папок для пояснительных записок к дипломным проектам и хранения архивных документов, типов ПЗ и П1.2—для ежедневников и рекламных изданий, типа П1.1 — для записных книжек.
7.2. Переплетные материалы и требования к ним
Для изготовления обложек и переплетных крышек применяют специальную обложечную бумагу, переплетный картон и переплетные покровные материалы на тканевой и бумажной основе с влагостойкой поверхностью, используемые для оклейки картонных сторонок и отстава. Для обложки могут быть исполь
292
Раздел 7
зованы и некоторые виды печатной бумаги, если по поверхностной плотности и степени проклейки они близки к обложечной бумаге. Для переплетных крышек в качестве покровного материала применяют также запечатанную офсетную бумагу с припрессованной полимерной пленкой.
7.2.1. ОБЛОЖЕЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для обложек используют четыре вида бумаги и три вида переплетных материалов. Обложечная листовая бумага по ГОСТ 20283 выпускается форматом 600x840, 600x940, 600x1070, 640x900, 700x970, 700x1100, 740x840, 740x920, 750x1100 и 840х 1100 мм с машинным направлением вдоль длинной стороны листов. Рулонная обложечная бумага выпускается с шириной рулонов 600, 620, 640, 700, 750, 840 и 930 мм. Стандартом предусматривается бумага марок А, Б и В поверхностной плотностью от 80 до 200 г/м2. Относительно толстую бумагу с поверхностной плотностью от 120 г/м2 применяют для обложек, при этом бумагу поверхностной плотностью до 140 г/м2 рекомендуется применять при толщине блока до 10 мм, плотностью до 180 г/м2 — при толщине блока до 15 мм, а бумагу большей поверхностной плотности—для более толстых блоков. Вместо обложечной можно применять офсетную, иллюстрационную и мелованную бумагу. Для изданий улучшенного типа, рассчитанных на большой срок службы, обложки изготавливают из бум-винила марок А и Б поверхностной плотностью 220 и 330 г/м2 (ТУ 17-1374), из балакрона, мундиора и баласкина серий 300 и 5000 толщиной 0,24-0,28 мм на бумажной основе, прокрашенной в массе, из балакрона серий 243 и 265, толщиной 0,40 мм на белой картонной основе (фирма «БН Интернейшнл», Нидерланды) и из гибкого переплетного картона марки В толщиной 0,7 мм.
7.2.2. ПЕРЕПЛЕТНЫЙ КАРТОН
В переплетных крышках с клеевым соединением деталей и в пластмассовых сварных крышках картонные сторонки закрыты покровным материалом, поэтому для их изготовления используется бурый переплетный картон марки А толщиной от 1,25 до 3,00 мм (через 0,25 мм) и картон-склейка марки Г толщиной 1,25, 1,50 и 1,75 мм. Для переплетных крышек типа 6, изготовляемых из одной детали, применяется гибкий переплет
Изготовление обложек и переплетных крышек
293
ный картон марки В толщиной 0,7 мм или любой белый или цветной картон с гладкой наружной поверхностью — коробочный «хром-эрзац», прессшпан, бумага «Астролюке» и т.п. При сборке крышек типа 7, предназначенных для изданий карманного формата, используют тонкий переплетный картон марки Б (толщиной от 0,5 до 1 у0 мм, через 0,1 мм) или прессшпан.
Для всех типов переплетных крышек рекомендуется применять картон с долевым раскроем, когда машинное направление приходится вдоль корешка книги. Поперечный раскрой не следует применять при толщине картона менее 1,5 мм, а для изданий большого объема и формата — при любой толщине.
7.2.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОТСТАВА
Чем больше ширина отстава, тем более толстым должен быть материал отстава; при длине дуги корешка до 15 мм применяется обложечная бумага поверхностной плотностью 120 г/м2, при длине дуги до 30 мм — пачечная 160 г/м2 (ТУ 81-04-321), а при большей длине дуги и при рельефном тиснении на корешке — пачечная двухслойная 190 г/м2 (ГОСТ 6290).
Крышки с прямым корешком должны иметь жесткий или полужесткий отстав. Жесткий отстав изготавливают из переплетного картона, применяемого для сторонок переплетной крышки, или тоньше его на 20-30%, а полужесткий отстав—из переплетного картона марки Б или коробочного марок НМ, А и Б (ГОСТ 7983) толщиной 0,4-0,6 мм.
7.2.4. МАТЕРИАЛЫ ПЛАСТМАССОВЫХ КРЫШЕК
Для пластмассовых переплетных крышек используется поливинилхлоридная пластифицированная техническая пленка различных по толщине, жесткости, цвету и прозрачности видов. Для пластмассовых переплетных крышек типа 6 применяется эластичная пигментированная непрозрачная пленка толщиной 0,55 мм. Для покровного материала жестких и твердых пластмассовых крышек используется пленка толщиной 0,35 мм, а для сторонок жестких крышек—жесткая пигментированная непрозрачная пленка толщиной 0,45 мм. Для крышек рекламных изданий и беловых товаров, часть сторонок которых делается прозрачной, применяется жесткая прозрачная пленка толщиной 0,45 мм. Для крышек, оформленных многоцветной иллюстрацией, уложенной под прозрачную пленку, используется эластич
294
Раздел 7
ная пленка толщиной 0,2 мм. При художественно-полиграфическом оформлении переплетных крышек аппликацией (см. подразд. 8.9) применяется эластичная окрашенная непрозрачная пленка толщиной 0,2 мм.
7.2.5. ПОКРОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для изданий, рассчитанных на большой срок службы и интенсивное пользование, применяются различные переплетные материалы на тканевой основе: с нитроцеллюлозным покрытием марок А (ледерин), Б (ледерин с полиамидной отделкой), В (коленкор с нитропокрытием), переплетные тканевые материалы с крахмально-каолиновым покрытием марок КОК (коленкор обыкновенный для крышек), КМК (коленкор «модерн»), КВК (ткань с открытой ткацкой фактурой из вискозной и смешанной пряжи) и материал для репродукции с художественных картин. Для изготовления переплетных крышек самых разнообразных изданий со средним и большим сроком службы в последние десятилетия XX в. все шире использовали переплетные материалы на бумажной основе с поливинилхлоридным и полиакрило-вымпокрытием, а также бумажный ледерин. На Украине довольно широкое применение получил переплетный покровный материал на бумаге, запечатанной различными узорами глубоким способом печати и ламинированной бесклеевым способом двухслойной полимерной пленкой.
7.2.6. ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕПЛЕТНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Картон, используемый для изготовления обложек типов 1, 2 и 3 и переплетных крышек типа 6, должен обладать достаточной прочностью на изгиб и не расслаиваться; толщина и жесткость картона должны обеспечить хорошую раскрываемость книги при чтении; должен иметь привлекательный вид, хорошо воспринимать печать и тиснение. Картон, используемый для переплетных крышек типов 5, 7 и 8, должен иметь минимальные отклонения по толщине в одной партии (допуск в России и странах СНГ — в пределах ±8%) и не коробиться после сборки и сушки переплетных крышек.
Бумага без полимерного покрытия, применяемая для обложек типов 2 и 3 и крышек типов 5 и 7, должна иметь высокую (не менее 0,75 мм по ГОСТ 8049) проклейку, так как при этом обеспечивается высокая изностойкость бумаги и предотвращается
Изготовление обложек и переплетных крышек
295
пробивание клея в процессах склеивания. Покровная бумага, кроме того, должна иметь малую (до 2,2% по ГОСТ 12057) деформацию при увлажнении, иначе неизбежно ее скручивание при нанесении клея, появляется опасность коробления крышек. Поверхностную плотность покровной бумаги следует выбирать в зависимости от толщины картона сторонок: при оклейке тонкого (до 1,25 мм) картона следует применять бумагу поверхностной плотностью 80 г/м2, при толщине картона до 2,0 мм — 100 г/м2, а при большей толщине — 120 г/м2.
Заготовки обложек и покровных материалов должны иметь только долевой раскрой: направление нитей основы тканевых материалов и машинное направление бумаги — вдоль корешка обложек и крышек.
7.3. Раскрой обложечных и переплетных материалов
Для изготовления обложек и переплетных крышек типа 6 необходимы всего две технологические операции — раскрой обложечного или переплетного материала и фальцовка или биговка заготовок. Изготовление переплетных крышек типов 5,7 и 8, состоящих из четырех или шести конструктивных элементов, скрепляемых клеем, требует более длинной цепочки технологических операций: 1) раскрой картона; 2) раскрой материала для отстава; 3) раскрой покровного материала; 4) сборка крышек; 5) сушка крышек; 6) полиграфическое оформление крышек; 7) каландрирование крышек. Первые три операции на крупных полиграфических предприятиях обычно выполняются одновременно в соответствующих цехах или отделениях, а каландрирование крышек делается лишь в тех случаях, когда их коробление препятствует полиграфическому оформлению и вставке блоков в крышки. При изготовлении переплетных крышек типа 7Б полиграфическое оформление обычно выполняется в процессах печатания и отделки оттисков.
Изготовлению обложек и переплетных крышек предшествует определение размеров заготовок обложек и переплетных крышек типа 6 и всех деталей конструкции крышек типов 5, 7 и 8. Размер заготовок определяется расчетным путем, исходя из стандартных размеров блоков (форматов изданий по ГОСТ5773), принятых в России и странах СНГ размеров кантов и закономерностей, позволяющих определить ширину деталей, расставови
296
Раздел 7
готовой крышки при разной форме корешка и толщине переплетных материалов. Другой путь — измерение требуемых размеров у так называемого «сигнального экземпляра», изготовленного в макетном отделении переплетного цеха до начала переработки оттисков или тетрадей в переплетном цехе. Расчетные формулы приводятся в учебнике и в технологических инструкциях по ТБПП [5,2]. При расчетах по формулам технологических инструкций следует учитывать, что они корректны лишь при использовании картона толщиной 1,0-1,5 мм, так как в них приводятся упрощенные расчеты, в которых размеры расставов приняты равными 6 мм, тогда как при использовании картона толщиной от 0,5 до 3 мм их величина изменяется от 5 до 10 мм.
В данном учебнике расчетные формулы не приводятся, так как темы расхода переплетных материалов излагаются в дисциплине «Проектирование и расчет технологии брошюровочнопереплетных процессов».
7.3.1. РАСКРОЙ КАРТОНА
В России и странах СНГ размеры кантов у книжных изданий в переплетной крышке установлены в зависимости от формата и доли листа или площади страницы: в изданиях малых форматов (до 70x100/32 с площадью страницы до 200 см2) верхние и нижние канты рекомендуется делать шириной 2 мм, в изданиях средних форматов (до 75x90/16 и площадью страницы до 400 см2) — 3 мм, в изданиях больших форматов (от 70x100/16) — 4 мм. Ширину передних кантов делают на 1 мм больше, чтобы обеспечить подправку в крышках в тех случаях, когда ширина книжных блоков оказалась с плюсовым допуском, а ширина переплетных крышек — с минусовым.
Заготовки картонных сторонок переплетных крышек по отношению к размерам обрезанного блока (формату издания) по ширине должны быть больше на ширину передних кантов и меньше на ширину расставов, а по высоте — больше на ширину верхних и нижних кантов (рис. 7.4). Так как картон—сравнительно дорогой переплетный материал, то мастер цеха или мастер картонораскройного отделения подбирает для каждого формата издания тот формат картона, который обеспечивает минимальные отходы и долевое направление раскроя картонных сторонок (табл. 7.1): их машинное направление — вдоль корешка переплетных крышек. Для картонных сторонок толщиной от 0,5 до 1,25 мм это условие должно выполняться строго из-за опасности их коробления на последующих операциях и в готовом издании.
Изготовление обложек и переплетных крышек
297
Рис. 7.4. Схема положения картонных сторонок переплетной крышки по отношению к блоку: ш, в — ширина и высота блока; шс, вс — ширина и высота сторонок; р — расстав; кв, кн — верхний и нижний канты; кп — передний кант
Таблица 7.1
Форматы картона для сторонок переплетных крышек с минимальными отходами при раскрое
Долевой раскрой Поперечный раскрой
Формат и доля листа, см Формат картона, см Отходы, % Число сторонок из листа Формат картона, см Отходы, % Число сторонок из листа
70x90/32 79x108 13,5 42 75x100 8,6 39
70x100/32 84x108 8,5 42 75x100 10,4 34
70x108/32 79x108 7,6 36 70x100 9,3 29
84x108/32 79x108 7,3 30 — — —
60x84/16 74x93 14,4 20 75x100 9,7 23
60x90/16 74x93 8,2 20 75x100 6,5 23
70x90/16 74x93 13,7 16 — — —
75x90/16 74x93 7,5 16 79x108 11,4 19
70x100/16 70x100 5,5 16 — — —
70x108/16 74x93 21,0 12 70x100 9,4 14
84x108/16 84x108 27,7 12 84x108 9,6 15
60x84/8 84x108 19,6 12 — — —
60x90/8 74x93 14,7 9 — — —
На малых полиграфических предприятиях и в макетных отделениях крупных предприятий картон раскраивают на картонорезальных станках типа КР-1200 (Харьковский ЗПМ, Украина) или Идеал 1110 (фирма «Идеал», Германия). На этих станках осуществляется ножничный принцип реза с помощью непод
298
Раздел 7
вижного ножа, закрепленного на краю горизонтального стола, и подвижного дугообразного ножа с рукояткой. При подрезке листов картона и разрезке их на части пользуются левым подвижным упором, который устанавливают по миллиметровой шкале на требуемый размер и закрепляют рукояткой с эксцентриком или винтом. Лист укладывают на горизонтальном столе станка вручную, фиксируя по неподвижному переднему и левому упорам, прижимают его с помощью педали, после чего опускают нож вручную до упора. При разрезке листа на узкие полосы и полос на сторонки пользуются выдвижным правым упором с подпружиненной поворачивающейся планкой, положение которого фиксируется с помощью винта с маховичком.
На крупных полиграфических предприятиях переплетный картон раскраивают на картонорезальных машинах типа ТКР-120 (Шадринский ЗПМ, Россия) или РК и на автоматах РК-РК (фирма «Колбус», Германия). В картонорезальных машинах листы картона разрезаются одновременно несколькими парами круглых чашеообразных ножей, закрепленных на параллельных валах, вращающихся навстречу друг другу. При подготовке картонорезальной машины к работке ножи рекомендуется устанавливать не один за другим, а попарно, режущими кромками навстречу друг другу. Такая установка ножей исключает волнообразный изгиб полос и сторонок в процессе резки, вследствие чего точность раскроя толстого картона возрастает.
Применение картонорезальных и картонораскройных машин требует обязательной срезки всех кромок у листов размером не менее 10 мм, независимо от их состояния. В зависимости от толщины картона регулируются зазоры между подающими и выводными валиками, величина перекрытия ножей и их положение на валах — в соответствии со схемой раскроя (рис. 7.5). Так как при механизированной сборке переплетных крышек допуски на размеры картонных сторонок не должны превышать ±0,2 мм [23], то расстояние между ножами регулируют с помощью специального устройства, имеющего вид длинного штангенциркуля с несколькими подвижными губками, расстояние между которыми устанавливают по миллиметровой шкале и нониусу с соответствующей точностью.
На картонорезальных машинах раскрой картона производится в два приема: сначала листы разрезаются на полосы, после чего полосы разрезаются на сторонки. При разрезке на полосы листы к ножам полуавтомата подаются вручную, но при разрез-
Изготовление обложек и переплетных крышек
299
Рис. 7.5. Схема раскроя картона на сторонки переплетных крышек: МН — машинное направление; 1Р — линия раскроя и порядковый номер реза
ке полос на сторонки раскрой может быть автоматизирован с помощью самонаклада, устанавливаемого на столе подачи картона. Картонораскройные автоматы состоят из самонаклада листов, двух одинаковых картонорезальных секций, расположенных под прямым углом друг к другу, и приемно-выводного устройства, укладывающего продукцию на поддон. Применение картонораскройных автоматов позволяет значительно уменьшить трудоемкость операций за счет ликвидации перевалочных работ после разрезки листов на полосы и по укладке готовых сторонок на поддоны, но большие габариты автоматов исключают их применение в малых и средних полиграфических предприятиях.
Сравнительно большая ширина круглых чашеобразных ножей картонорезальных машин не позволяет раскраивать на них картонные отставы для крышек с плоским корешком, поэтому их раскрой выполняется на картонорубилках или на одноножевых бумагорезальных машинах.
7.3.2. РАСКРОЙ РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Если сборка переплетных крышек выполняется на рулонных крышкоделательных машинах типа 2КД-5М и КДШ, то раскрой покровных материалов и марли на рулоны требуемой ширины производят на бобинорезальных машинах типа 2БП-120 (Кизи
300 Раздел 7
люртовский ЗПМ, Россия). На этих машинах при перемотке материалов с рулона на рулон материал разрезается дисковыми ножами или бритвенными лезвиями на ленты, а кромки рулона срезаются. Чтобы получить бобину требуемого диаметра (табл. 7.2), концы рулонов склеивают.
Таблица 7.2 Предельный диаметр рулонов переплетных материалов
Марка машины Материал Предельный диаметр рулона, мм
2КД-5М Покровный материал Отстав 560 460
кдш Корешковый материал Отстав 450 380
БКО-270 Марля Бумага для склейки корешка 350 300
ЗБНШ-6А Марля 150
Рис. 7.6. Схема раскроя рулонного покровного материала: 1Р — линия раскроя и порядковый номер реза
Исходные переплетные материалы могут быть в рулонах различной ширины. Чтобы раскрой был экономичным, следует раскраивать рулоны соответствующей ширины с учетом, что по краям рулона должны быть срезаны кромки минимальной ширины, причем с одной стороны — порядка 15 мм. Пример экономичного раскроя переплетного материала на тканевой основе для издания формата 84x108/32 при ширине шпации 30 мм приведен на рис. 7.6.
Если сборка переплетных крышек производится на листовых крышкоделательных машинах или вручную, то рулонные
покровные материалы раскраиваются на листы или на заготовки на машинах типа KS (фирма «Колбус», Германия). Долевой раскрой на таких машинах выполняется дисковыми ножами, а поперечная рубка ленты — плоским ножом. На малых полиграфических предприятиях рулонные покровные материалы разрезают на картонорезальных станках (см. подразд 7.3.1), для чего
Изготовление обложек и переплетных крышек
301
справа от станка устанавливают стойку или стойки для двух-трех рулонов, с которых один рабочий вручную сматывает ленты покровного материала, пропускает их под прижимом и отрезает на заготовки удобного в дальнейшей работе формата. Другой рабочий равняет концы лент по левому упору и укладывает отрезанные заготовки на поддон. Окончательный раскрой заготовок на требуемый формат выполняется на одноножевой бумагорезальной машине (см. подразд. 3.2.1).
Оценка качества переплетных материалов после раскроя. Картонные сторонки переплетных крышек типов 5,7 и 8, картонные отставы и заготовки крышек типа 6 должны иметь прямоугольную форму, обрезы их кромок должны быть ровными и гладкими. Размеры сторонок по ширине и высоте должны соответствовать расчетным с допуском ±0,5 мм. Размеры картонных отставов по ширине должны соответствовать толщине блока вместе с картонными сторонками с допуском ±0,5 мм, а по высоте — высоте картонных сторонок с допуском -1,0 мм. Размеры заготовок переплетных крышек типа 6 без кантов должны соответствовать размерам блоков до обрезки с допуском ±2,0 мм.
Бобины покровных материалов, материалов для окантовки корешка блоков и форзацев, полимерной пленки для припрессовки к оттискам после раскроя должны иметь заданную ширину с допуском ±1,0 мм. Они должны быть обернуты по окружности полосой бумаги или отходов покровного материала, концы которой должны быть надежно склеены. Кромки бобин должны быть гладкими, без бахромы, а материал должен быть плотно намотан. С одной стороны ленты корешкового материала должна быть нанесена красочная полоса для обозначения верхнего обреза блока. Допуск на ширину рулонов корешкового материала, рассчитанную по формуле (5.1), равен +2,0 мм, на ширину рулонов бумаги для приклейки к корешку +1,0 мм. Все размерные показатели оцениваются с помощью металлической измерительной линейки или рулетки с миллиметровыми делениями. Плотность намотки переплетных материалов проверяют визуально, нажимая на рулон пальцами: материал не должен заметно проминаться.
7.4. Изготовление обложек и сборка переплетных крышек
Обложки типов 1, 2 и 3 и переплетные крышки типа 6 одинаковы по конструкции и различаются лишь способом соед инения с книжным блоком, поэтому они изготавливаются по одинако
302
Раздел 7
вой технологической схеме: 1) раскрой рулонных материалов на листы; 2) подрезка и разрезка на части листовых материалов; 3) печатание и (или) тиснение на листах; 4) разрезка оттисков на обложки или крышки; 5) фальцовка обложек типа 1 или биговка обложек типов 2 и 3 и крышек типа 6.
Печатание и тиснение при средних и больших тиражах целесообразно выполнять с дублированных форм или штампами на заготовках соответствующего размера. Печатание и тиснение с дублированных форм и штампов двойником или четверником дают возможность значительно экономить время и сократить затраты труда на операции полиграфического оформления обложек и крышек, хотя при этом увеличиваются затраты на изготовление форм и штампов и на раскрой переплетного материала, который производится дважды.
Технологический процесс изготовления цельнокрытых переплетных крышек типа 7 включает следующие операции: 1) раскрой листов картона на полосы и полос на сторонки; 2) раскрой покровного материала; 3) раскрой бумаги или картона для отстава; 4) сборка крышек; 5) сушка крышек; 6) каландрирование крышек; 7) полиграфическое оформление крышек. По данной технологической схеме можно изготавливать переплетные крышки с различным полиграфическим оформлением. Если покровный материал заранее запечатан, то сборка крышек выполняется на листовых крышкоделательных машинах и операция полиграфического оформления крышек после сборки и сушки может не производиться. При отсутствии коробления крышек эта операции также не производится.
Технологический процесс изготовления составных переплетных крышек дополняется раскроем корешкового материала и двукратным процессом сборки, поэтому цепочка технологических операций становится длиннее: 1) раскрой листов картона на полосы и полос на сторонки; 2) раскрой ткани для корешка;, 3) раскрой материала для покровных сторонок; 4) раскрой бумаги или картона для отстава; 5) изготовление штуковок; 6) крытье штуковок покровными сторонками; 7) сушка крышек; 8) каландрирование крышек; 9) полиграфическое оформление крышек. Для повышения точности приводки тиснения или печати на корешке эти виды полиграфического оформления крышек выполняют после операций изготовления и сушки штуковок. Если же тиснение предусмотрено на корешке и сторонке, то целесообразно его делать после полной сборки и сушки крышек, как это указано выше.
Изготовление обложек и переплетных крышек 303
7.4.1. СБОРКА ПЕРЕПЛЕТНЫХ КРЫШЕК
На малых полиграфических предприятиях для сборки переплетных крышек используют клеемазальные станки типа БКОУ (Харьковский ЗПМ, Украина) и ленточные транспортеры, доставляющие промазанные клеем детали переплетных крышек к рабочим. Сборку крышек выполняют вручную, применяя специальные угольники или механические шпации, позволяющие точно фиксировать положение картонных сторонок на покровном материале и друг относительно друга. На крупных предприятиях сборку крышек выполняют на листовых и рулонных крышкоделательных автоматах. Листовые универсальные крышкоделательные автоматы DA-36, DA-Хронос и DA-Страто (фирма «Колбус», Германия) позволяют собирать крышки размером от 11 Ох 155 до 405x560 мм (DA-36) и от 130x210 до 380x560 (DA-Хронос и DA-Страто) с максимальной технической скоростью соответственно до 36, 50 и 85 цикл/мин. Рулонный крыш-коделательный автомат 2КД-5М и автомат для изготовления штуковок КДШ (Харьковский ЗПМ, Украина), работающие со скоростью до 50 цикл/мин, позволяют собирать крышки и изготавливать штуковки форматом соответственно от 169x232 до 268x485 мм и от 146x230 до 320x550 мм.
Крышкоделательные автоматы типа DA универсальны: на них можно выполнять сборку переплетных крышек типов 5 и 7 и накладных сторонок крышек типа 8, однако составные переплетные крышки типа 5 собираются на них в два приема: сначала изготавливаются штуковки, после чего они кроются покровными сторонками. К достоинствам автоматов типа DA следует отнести их широкие возможности по форматам собираемых крышек, наличие централизованной системы переналадки при смене формата, возможность сборки крышек с гибким, полужестким и жестким отставом и использование заранее запечатанного покровного материала или запечатанных покровных сторонок. К недостаткам листовых крышкоделательных машин можно отнести то, что составные переплетные крышки типа 5 можно собирать только за два прогона: сначала изготовляются штуковки, которые затем (при переналадке или на другой машине) покрываются покровными сторонками.
К достоинству рулонной крышкоделательной машины типа 2КД-5М следует отнести ее универсальность, возможность изготовления цельнокрытых переплетных крышек, штуковок и
304
Раздел 7
составных крышек типа 5 за один прогон. К недостаткам рулонных крышкоделательных машин следует отнести их большие габариты, высокую трудоемкость обслуживания, большое время переналадки при изменении хода каретки (высоты переплетных крышек), высокий (до 5%) процент технических отходов, так как любые остановки машины приводят к отбраковке более десяти крышек из-за высыхания клея, использование только незапечатанного покровного материала и отступление от классического варианта загибки клапанов покровного материала: загибка выполняется сначала по ширине, а затем, после поперечной рубки ленты покровного материала, по высоте крышек. В этом варианте технологии сборки крышек образующиеся при загибке клапанов щели оказываются у передних краев крышек, что несколько портит внешний вид книг.
К достоинствам автоматов КДШ следует отнести относительно простую их конструкцию и малые габариты, возможность использования на малых полиграфических предприятиях и малое время централизованной переналадки по формату. Их недостаток — необходимость завершения сборки крышек вручную или на другой крышкоделательной машине.
7.4.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕДКО ПРИМЕНЯЕМЫХ КРЫШЕК
Переплетные крышки типа 8 состоят из трех конструктивных узлов, два из которых (накладные сторонки) одинаковы. Накладные сторонки крышек типа 8 можно изготавливать на листовых крышкоделательных машинах при снятых механизме отстава и внутренних стенках магазинов картонных сторонок или на специализированной крышкоделательной машине, разработанной КТБ Мининформпечати. Накладные корешки можно изготавливать на автоматах типа КДШ. Операция скрепления накладных сторонок с накладным корешком не механизирована, поэтому вместо операции вставки блоков в крышки вручную выполняются операции крытья блоков корешком и накладными сторонками.
Переплетные крышки с круглеными уголками, крышки со спущенными фаской краями картонных сторонок могут быть изготовлены только вручную с применением клеемазальных машин БКОУ и ленточных конвейеров.
Изготовление переплетных крышек с клеевым соединением деталей кроме раскроя материалов и сборки включает также операции сушки, полиграфического оформления, каландриро
Изготовление обложек и переплетных крышек
305
вания, а при ручной вставке блоков в крышки — кругления корешка крышки. В настоящее время повсеместно применяется только естественная сушка крышек во время их хранения в фурах. Способы и технология полиграфического оформления крышек рассмотрены в разд. 6, каландрирование—в подразд. 7.5.3.
Кругление корешка крышек. Операция кругления корешка крышки необходима для придания ему полуцилиндрической формы, соответствующей форме кругленого или кругленого с отогнутыми краями корешка блока. Без кругления корешка крышки затрудняется операция вставки блоков в крышки, корешки крышек не будут плотно прилегать к корешкам блоков, что значительно снижает прочность связи переплетных крышек с блоками и портит внешний вид книг.
Если вставка блоков в крышки производится вручную, то кругление корешка крышек выполняют после их полиграфического оформления на станке КП, состоящем из металлических труб разного диаметра, снабженных электрическим обогревом. При машинной вставке блоков в крышки эта операция делается в книговставочной машине.
7.4.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ПЕРЕПЛЕТНЫХ КРЫШЕК
Технологический процесс изготовления пластмассовых переплетных крышек состоит из следующих операций: 1) раскрой листов картона на полосы и полос на сторонки; 2) раскрой поливинилхлоридной пластифицированной пленки и поролона; 3) блинтовое тиснение или аппликация на пластмассовых заготовках с применением высокочастотного нагрева диэлектриков; 4) монтаж деталей крышки; 5) высокочастотная сварка и высечка крышки; 6) тиснение полиграфической фольгой или трафаретная печать на крышках.
Раскрой картона производится только при изготовлении твердых (см. рис. 7.3, тип П2) пластмассовых крышек, а поролона — полумягких (рис. 7.3, тип ПЗ). Блинтовое тиснение и аппликацию целесообразно делать на заготовках, а не на готовых крышках, так как при этом улучшается приводка, исключается порча готовой крышки.
Монтаж деталей пластмассовых крышек является наиболее трудоемкой операцией, она требует высокой точности исполнения и производится только вручную. Для облегчения монтажа применяют откидные шпации и специальные шаблоны — кас
306
Раздел 7
сеты с высокими (3-5 мм) бортиками из изоляционного материала, обычно картона или дерева.
Сборка крышек производится на прессах, снабженных генератором для высокочастотной сварки диэлектриков (см. подразд. 1.3.11) с фиксированной частотой 27,12 МГЦ и выходной мощностью 2-5 кВт. На этих прессах одной обкладкой высокочастотного конденсатора является специальный латунный штамп-электрод, при помощи которого производятся одновременно сварка пластмассовых деталей крышки, тиснение окаймляющих рамок и рубчиков и высечка крышек режущей кромкой штампа. Второй обкладкой конденсатора служит металлическая пластина, закрепляемая на нижней плите пресса. Так как во время высечки крышки штамп-электрод может коснуться нижней обкладки высокочастотного конденсатора, то во избежание короткого замыкания и пробоя пластину-обкладку закрывают прочным электроизоляционным картоном, который одновременно служит марзаном для острой клиновидной кромки штампа. Схема сварки и высечки крышек приведена на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Схема сварки и высечки пластмассовых крышек: 1 — верхняя плита пресса; 2 — штамп-электрод; 3 — два вида поливинилхлоридной пленки;
4 — поролоновая сторонка; 5 - электроизоляционный материал;
6 — нижняя плита пресса
7.5. Коробление переплетных крышек
Коробление—это самопроизвольная деформация изгиба листовых материалов, полуфабрикатов или изделий относительно взаимно перпендикулярных осей вследствие усадки при изменении влагосодержания или старения. Такая же деформация плоских тел относительно одной оси, возможная у оттисков по-
Изготовление обложек и переплетных крышек 307
еле лакирования и прессовки полимерной пленки, называется скручиванием. Коробление картонных сторонок затрудняет сборку крышек, а корбление переплетных крышек затрудняет их полиграфическое оформление и вставку блоков в крышки, значительно снижает надежность работы самонакладов позолотных и книговставочных автоматов, ухудшает внешний вид готовой книги.
7.5.1. ПРИЧИНЫ КОРОБЛЕНИЯ КРЫШЕК
Основные причины скручивания переплетных покровных материалов и коробления картона и переплетных крышек - это их анизотропность, разносторонность, неравномерность и несимметричность локального влагосодержания в процессах склеивания и сушки. В переплетных крышках и в готовой книге причиной коробления является также несимметричность многослойной системы, состоящей из материалов различной толщины с различными физико-механическими свойствами. Бумага и особенно картон неравномерны по толщине листа и, как следствие, имеют неравномерную плотность по площади листов.
Переплетные крышки после сборки состоят по крайней мере из трех слоев, а крышки после вставки блоков — из пяти и семи в местах приклейки клапанов корешкового материала и загибки покровного материала. Эти слои — картон, клей, покровный материал—имеют различные толщину и влагосодержание, жесткость и коэффициент линейной усадки, что определяет различную величину усадки и усадочных напряжений и сил, которые в конечном счете определяют степень коробления переплетных крышек. Силы, действующие в каждом слое склейки и вызывающие усадку, скручивание и коробление переплетных крышек, пропорциональны напряжениям и площади поперечного сечения слоя:
Гу=суши(1ы, (7.1)
гдеоу—усадочное напряжение, Па; шм—ширина материала, м; dM — толщина материала, м.
Так как ширина материала шм у всех слоев склейки одинакова, то усадочная сила пропорциональна напряжению и толщине материала. Максимальные усадочные напряжения—у костного клея, значительно меньше — у покровных материалов и картона. В то же время толщина сухой клеевой пленки примерно на порядок меньше толщины покровного материала и на два
308
Раздел 7
порядка меньше толщины картона. На основании расчетов уса-д очных'сил, выполненных по формуле (7.1), можно сделать вывод, что усадочные силы в клеевом слое и покровных материалах примерно на порядок меньше, чем в картоне.
Внутренним усадочным напряжениям и силам, возникающим в материалах переплетных крышек, противостоит жесткость этих материалов, которая характеризуется моментом сопротивления материалов при изгибе. Так как момент сопротивления материала пропорционален квадра1у его толщины, а наиболее толстым материалом крышек является картон, то можно считать, что решающую роль в процессе коробления крышек играют усадочные силы и жесткость картона, хотя в ряде случаев (тонкий картон, офсетная или обложечная бумага с высокой проклейкой в качестве покровного материала, толстый слой клея при ручной сборке крышек и т.п.) силы, возникающие в покровном материала и клеевом слое, могут быть сравнимы с усадочными силами в картоне.
Оценка скручивания и коробления. Для определения степени скручивания и наблюдений за кинетикой процесса используют специальный прибор [8], в котором образцы размером 30x130 мм закрепляют в зажимах в вертикальной плоскости, чтобы свободный конец образца имел длину 100 мм. После одностороннего увлажнения водой или клеем образец скручивается так, что увлажненная сторона становится выпуклой, но через некоторое время направление скручивания меняется: образец выпрямляется, а затем изгибается в противоположную сторону так, что увлажненная сторона становится вогнутой (рис. 7.8).
Рис. 7.8. Зависимость скручивания образца от времени естественной сушки и параметры для определения степени скручивания полос картона
Изготовление обложек и переплетных крышек
309
Степень скручивания Сс (мм-1) полос картона и склеек вычисляется по величине отклонения^ конца консоли от исходного горизонтального положения, а для образца, лежащего свободно на горизонтальной поверхности выпуклостью вверх, — по величине стрелы прогиба^:
104/к_104/с
4l2 I2
(7.2)
Величину коробления переплетных крышек Вк определяют по стреле прогиба сторонок. Если же коробление несимметрично, то Вк определяют как среднеарифметическое значение высоты поднятия уголков сторонок крышки, расположенной на горизон-тальПой плоскости выпуклой стороной вниз.
7.5.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОРОБЛЕНИЕ КРЫШЕК
На величину коробления переплетных крышек влияют тол
щина картона, природа, концентрация и толщина слоя клея, тип
покровного материала и анизотропность переплетных материалов. По данным автора, величина коробления переплетных крышек при использовании различных клеев и покровных материалов с увеличением толщины картона уменьшается по линейному закону (рис. 7.9).
Наибольшую величину коробления при различной толщине картона сторонок имеют крышки, при сборке которых применялись карбоксиметилцеллюлозный, крахмальный и сульфитный клеи, и значительно меньшую — крышки, собранные с применением костного, латексного и поливинилацетатного клеев, если использовались клеи рабочей рецептуры. Величина коробления возрастает с
Рис. 7.9. Зависимость величины коробления переплетных крышек, покрытых оболожечной бумагой, от толщины картона для различных клеев: 1 — 9%-ного ЫАКМЦ;
2 — крахмального клея; 3 — 58%-ного костного; 4 — ЫаКМЦ + ПВАД в соотношении 1 : 3; 5— 16%-ного желатина + 12,6%-ного латекса;
6 —ПВАД
310
Раздел 7
увеличением влагосодержания клеев, а клеи с примерно одинаковым влагосодержанием (костный, латексный, поливинилацетатный) вызывают тем большее коробление, чем выше усадочное напряжение в сухом клеевом слое. С увеличением толщины клеевого слоя (или расхода клея в г/м2) данной рецептуры и концентрации коробление переплетных крышек увеличивается, так как при этом увеличиваются толщина высохшей клеевой пленки и усадочные силы, возникающие в ней, а также количество влаги, внесенной с клеем, и влагосодержание материалов крышки. Решающим фактором, определяющим степень коробления крышек, является количество влаги, внесенной с клеем.
Большое влияние на величину коробления крышек оказывает коэффициент линейной усадки покровного материала. Если он выше, чему картона, то под действием возникающих в покровном материала усадочных сил коробление переплетных крышек увеличивается. На основании этого можно сформулировать важное требование к покровному материалу: коэффициент линейной усадки покровных материалов переплетных кры
Рис. 7.10. Зависимость величины коробления переплетных крышек, покрытых различными покровными материалами, от содержания поверхностно-активного вещества в костном клее: 1 — коленкором марки КОК; 2 — коленкором марки КВК; 3 — ледерином;
4 — балакроном
шек в процессе их сушки должен быть равным коэффициенту линейной усадки переплетного картона или меньше. Более толстая обложечная бумага вызывает большее коробление, чем тонкая, поэтому не следует применять толстую обложечную бумагу в качестве покровного материала для крышек из тонкого картона. Наиболее сильно коробятся переплетные крышки, покрытые клееной обложечной бумагой (см. рис. 7.9), значительно меньше — покрытые коленкором марок КОК и КВК, ледерином и балакроном (рис. 7.10). Крышки, покрытые бумвинилом по сравнению с покрытыми балакроном коробятся значительно больше, так как в тонкой клееной бума
Изготовление обложек и переплетных крышек 311
ге-основе бумвинила возникают усадочные напряжения, в несколько раз превышающие напряжения, возникающие в толстой неклееной бумаге-основе балакрона.
Неоднородность структуры переплетных материалов по линейным размерам и толщине обусловливает различие коэффициентов линейной усадки, усадочных напряжений и жесткости и, следовательно, различие величины коробления переплетных крышек в процессе их сушки. Коэффициент линейной усадки и усадочные напряжения в машинном направлении у всех переплетных материалов ниже, а жесткость выше, чем в поперечном, поэтому долевой раскрой картона и покровных материалов обеспечивает наименьшую величину коробления переплетных крышек. По сравнению с долевым раскроем переплетных материалов поперечный раскрой картона при долевом раскрое покровных материалов повышает величину коробления крышек примерно в 1,5 раза, а поперечный раскрой всех переплетных материалов — более чем в 2 раза. Если при сборке переплетных крышек клеем увлажняется лицевая сторона картона, имеющая меньшую локальную объемную массу слоев, то, по сравнению с увлажнением сеточной стороны, величина коробления крышек повышается в 1,1-2,0 раза, причем верхний предел характерен для переплетных материалов и вариантов раскроя, дающих минимальное коробление.
7.5.3. СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ КОРОБЛЕНИЯ КРЫШЕК
Каландрирование. Для устранения коробления переплетных крышек прибегают к каландрированию: готовые переплетные крышки подвергают изгибу на изнаночную сторону, пропуская их через вращающиеся валики в станках типа БКК-580 (Харьковский ЗПМ, Украина) или DB (фирма «Колбус», Германия). На выходе каландрирующего станка могут быть установлены бигующие ролики для нанесения меток на ткань штуковок, позволяющих точно фиксировать положение покровных сторонок на ручной операции крытья штуковок сторонками. Такие метки могут быть нанесены также на автоматах КДШ (см. подразд. 7.4.1) или на тигельных печатных машинах и позолотных прессах в процессе печатания и тиснения на корешке штуковок.
Каландрирование нельзя считать удачным способом решения проблемы устранения коробления крышек: вынужденная операция усложняет и удорожает технологический процесс изготовления крышек, требует дополнительных затрат времени и труда,
312
Раздел 7
специального рабочего для обслуживания станка. Более того, каландрирование отрицательно влияет на качество готовых крышек: на 20-25% снижает жесткость крышек при изгибе, увеличивается коробление крышек в готовой книге, часто появляются неустранимые надломы у картонных сторонок и морщины на покровном материале крышек, что значительно увеличивает и без того высокий процент технологических отходов.
Использование толстого картона. При применении для переплетных крышек толстого (2,5 мм и более) картона и тонких, но прочных покровных материалов степень коробления крышек обычно не превышает допустимых значений, поэтому в ряде стран за рубежом толстый картон используют в производстве книг самых различных объемов и форматов. При пересмотре технологических инструкций по ТБПП, в частности выбора толщины картона для переплетных крышек, необходимо учитывать не только толщину блока и формат издания, но и его тип по уровню внешнего оформления, показатели назначения и долговечности.
Компенсирующее увлажнение. Как показали исследования, выполненные Ю.С.ГЪльденбергом [8], при дозированном увлажнении тыльной стороны переплетных крышек после их сборки и сушки в специальных решетчатых зажимах, обеспечивающих свободный влагообмен крышек с окружающим воздухом, компенсирующее увлажнение (КУ) позволяет получать практически некоробленые крышки. Предполагается, что увлажняющее и сушильное устройства агрегатируются с крышкоделательной машиной и не требуют увеличения численности бригады.
Эффект действия КУ определяется степенью компенсирующего увлажнения (СКУ) — удельным количеством нанесенной влаги по отношению к влаге клеевого слоя. Оптимальное значение СКУ около 150% и не зависит от способа и режима сушки. Естественная сушка увлажненных крышек длится 4 ч. При радиационно-конвективной сушке (мощности нагревателей 2 кВт, расстоянии до нагревателей 8 см, температуре воздуха 30°С и скорости его движения 1,4 м/с) продолжительность сушки не превышает 10 мин.
При применении компенсирующего увлажнения усложняется технологический процесс изготовления переплетных крышек, требуются дополнительные производственные площади для увлажняющего и сушильного устройств. Однако в связи с практи
Изготовление обложек и переплетных крышек
313
чески полным устранением коробления крышек на 18-19% возрастает производительность труда на позолотных полуавтоматах, исключается операция каландрирования крышек, улучшается точность вставки блоков в крышки и уменьшается с 0,5 до 0,1% брак, вызванный застреванием крышек в книговставочной машине.
Подбор способов и режимов сушки. Коробление переплетных крышек может быть уменьшено при использовании мягких режимов конвективной и радиационно-конвективной сушки с двусторонним облучением, но остается высоким даже в случае, если крышкам обеспечивалась плоская форма специальными решетчатыми зажимами.
Из опыта типографий, использовавших в 50-х годах высокочастотные сушилки, известно, что крышки при сушке в электромагнитном поле практически не коробились. Такой результат можно объяснить тем, что интенсивный внутренний высокочастотный нагрев снимает напряжения в материалах крышки, обеспечивая своеобразный эффект отжига. Интенсивный нагрев инфракрасными лучами также способствует релаксации напряжений в материалах крышек, но не обеспечивает равномерного нагрева по сечению, вследствие чего этот и другие способы сушки могут уменьшить, но не устранить коробление.
Применение добавок в клей. При введении в костный клей глицерина напряжения в сухой клеевой пленке снижаются и, как следствие, величина коробления переплетных крышек уменьшается. Это уменьшение происходит по линейному закону, но вводить глицерин сверх установленной нормы (7%) не рекомендуется, так как при этом заметно снижаются липкость клея и когезионная прочность пленки.
По данным автора, при введении в костный и желатиновый клей поверхностно-активных веществ (ПАВ) коробление переплетных крышек значительно снижается. Лучшим смачивателем для растворов желатина и костного клея является ПАВ марки СВ 1019—диэтиленгексиловый эфир сульфоянтарной кислоты, применяемый в виде 4-5%-ного водного раствора, pH которого при необходимости может быть откорректирован буферным раствором. Добавка этого смачивателя в количестве 0,05% по отношению к сухому остатку клея увеличивает прочность склейки всех покровных материалов. Большая добавка (до 0,25%) несколько снижает прочность склейки, оставляя ее достаточно высокой, и одновременно уменьшает величину коробления кры
314
Раздел 7
шек примерно на 2-2,5 мм (см. рис. 7.10), что для ряда покровных материалов позволяет получить некоробленые крышки и крышки с отрицательной (выпуклостью наружу) величиной коробления.
Проблема коробления переплетных крышек может быть решена при использовании для сборки крышек термоклеев, не содержащих влаги, имеющих малую усадку и усадочные напряжения.
7.5.4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ГОТОВЫХ КРЫШЕК
В процессе работы мастер участка, контрольный мастер, машинист и приемщик крышкоделательной машины контролируют следующие показатели качества готовых переплетных крышек: 1) точность высоты крышек у передних краев (допуск ±0,5 мм); 2) прямоугольность крышек; 3) прямолинейность крышек по верхним и нижним кромкам (допуск ±1,0 мм); 4) отсутствие косины шпации (допуск 1,0 мм); 5) одинаковость ширины и отсутствие косины расставов (допуск 1,5 мм); 6) плотность приклейки оставов к корешкам крышек; 7) величину загибки клапанов покровного материала [(15 ± 2,0) мм]; 8) плотность приклейки и правильность загибки покровного материала на углах крышки; 9) точность ширины склейки и отсутствие косины склейки корешка крышки с картонными сторонками [(15 ± 1,0) мм для машинного изготовления и (12-14 ± 1,0) мм — для ручного, в зависимости от формата издания]; допуск на отсутствие косины 1,0 мм; 10) ширину закрытия корешка покровными сторонками [(10 ± 1,0) мм при машинном изготовлении и (8 ± 1,0) мм при ручном]; 11) отсутствие косины приклейки покровных сторонок у корешка крышки (допуск 1,0 мм); 12) отсутствие косины расположения изображения на запечатанном покровном материале (допуск 1,5 мм на 100 мм длины); 13) отсутствие механических повреждений и загрязнений; 14) влажность сухой крышки [(9 ± 2)%]; 15) отсутствие коробления крышек (допуск 3 мм для малых форматов и 4 мм для средних и больших).
Прямоугольность крышки проверяют с помощью специального шаблона-угольника, а точность размера шпации и отсутствие ее косины — измерительными устройствами ВНИИ полиграфии; все остальные размерные показатели качества определяют металлической линейкой с миллиметровыми делениями, причем показатель «отсутствие косины» определяется как разность двух измерений у краев крышки.
Номинальные размеры — ширина развернутой эталонной крышки шк (мм), ее высота вк (мм) и шпации шш (мм) — определя-
ются по формулам: ш>сп=2(ш+кп+Кот)+Те: (7.3)
шкк=2(ш + кп)+Ьк; (7.4)
вк=в + 2/свн; (7.5)
шш=Ьк+2р, (7.6)
где шкп и шкк — ширина готовой крышки соответственно с прямым и кругленым корешком, мм; ши в—ширина и высота блока после обрезки, мм; кп и квп — ширина переднего и верхнего (и нижнего) кантов, мм; Кот — толщина картона отстава, мм; Тб — толщина блока, мм; L. — длина других кругленого корешка, мм; р—ширина расставов, мм.
Под плотностью приклейки отстава и покровных материалов понимают отсутствие морщин, воздушных пузырей и вздутий, полное прилегание склеиваемых деталей по плоскости и кромкам картонных сторонок. Правильность загибки покровного материала на углах крышки — это комплексный показатель, так как он подразумевает отсутствие просвета картона, минимальное утолщение загибки материала и отсутствие выступа складки материала за кромку крышки. Эти показатели оцениваются визуально.
Влажность переплетных крышек после сушки, поступающих на последующие операции, рекомендуется измерять электронным влагомером ЭВ-2К, а отсутствие коробления — по величине стрелок прогиба сторонок крышки, расположенной на горизонтальной поверхности (см. подразд. 7.5).
Для важнейших показателей качества готовых переплетных крышек—ширины крышки и шпации — рекомендуется проводить статистический контроль с использованием контрольных карт медиан.
Раздел 8. Полиграфическое оформление переплетных крышек
Переплетная крышка служит не только для защиты книжного блока от загрязнений и повреждений, продления срока службы издания, но является важным элементов внешнего оформления книги, которое позволяет быстро отыскать ее на книжной полке, служить целям пропаганды и рекламы книги в книжных магазинах и на книжных выставках. Вид внешнего оформления книги в значительной мере определяется категорией читателей, видом литературы, экономическими соображениями и художественным вкусом художника издательства. Традиционно на передней сторонке переплетной крышки и обложки помещают основные титульные данные — фамилию автора и название книги, иногда — название серии и марку издательства. На корешке переплетной крышки и обложки титульные данные могут быть приведены в сокращенном варианте (только фамилия автора или только название книги), но указывается номер тома или индекс серии. Другие элементы внешнего оформления книги возможны, но не обязательны.
Для полиграфического оформления переплетных крышек используют несколько способов тиснения (билнтовое, полиграфической фольгой, конгревное и комбинированное юбилейной фольгой с конгревным тиснением), различные способы печати (высокую печать специальными переплетными красками, трафаретную, глубокую и офсетнуютампопечать и термодекалькоманию), наклейку иллюстраций и инкрустацию, а для пластмассовых крышек — аппликацию и укладку иллюстраций под прозрачную пленку, которую приваривают к переплетной крышке по периметру.
Для полиграфического оформления переплетных крышек чаще всего применяют тиснение полиграфической фольгой, блинтовое тиснение и (обычно для сравнительно дешевых изданий) печать переплетными красками. В конце XX в. в массовом производстве бестселлеров для оформления обложек стали применять тиснение юбилейной фольгой в сочетании с конгревным тиснением. Число способов полиграфического оформления переплетных крышек одного издания обычно не превышает трех. Увеличение числа прогонов (способов тиснения или печати) на переплетных крышках
Полиграфическое оформление переплетных крышек
317
приводит к повышению себестоимости изготовления тиража и увеличению срока его изготовления. Способы полиграфического оформления, цвет полиграфической фольги или переплетной краски, а также расположение элементов изображения на сторонках и корешке крышки обязательно указывается художником-оформителем на макете переплетной крышки (рис. 8.1), который представляется в производственный отдел полиграфического предприятия при оформлении заказа.
Рис. 8.1. Макет переплетной крышки для полиграфического оформления
Тиснение на переплетных крышках выполняется на ручных позолотных прессах типа ПЗ-1М и БПЗ-ЗООР, печатно-позолотных полуавтоматах БПП-75 (Шадринский ЗПМ, Россия) и автоматах типа РЕ и РЕ-РЕ-тандем (фирма «Колбус», Германия). В конструкции позолотных прессов предусмотрены две плоские плиты, одна из которых неподвижна и снабжена электронагревательным устройством с терморегулятором, а другая в процессе работы совершает возвратно-поступательное (или, в прессах БПП-75, колебательные) движения. Сам процесс тиснения осуществляется в момент определенного сближения плит, обеспечивающего технологически необходимое давление для получения изображения высокого качества.
318
Раздел 8
Позолотные прессы с ручным приводом используются на малых полиграфических предприятиях, в цехах ширпотреба и в макетных отделениях крупных предприятий. Полуавтоматические и автоматические прессы, работающие со скоростью до 25 и 80 цикл/мин, применяются на средних и крупных полиграфических предприятиях.
8.1 .Блинтовое тиснение
Тйснением называется получение изображения путем деформирования материала, в результате которого изменяются форма и гладкость поверхности, иногда и ее цвет, если одновременно приклеивается пигментированная пленка. Наиболее простой вид тиснения—блинтовое («слепое»), при котором используется плоскорельефный металлический штамп, а все элементы изображения получаются углубленными и лежащими в одной плоскости. Изображение отчетливо видно при наклонном освещении благодаря тени от слегка наклонных стенок рисунка и изменению вида отраженного пучка световых волн от сглаженных углубленных участков поверхности. Блинтовым тиснением оформляют марку и название издательства, рамки, орнаменты, схематичные рисунки и др. Часто оно играет вспомогательную роль: тиснение «плашки» (значительной по площади сплошной поверхности) делают для сглаживания грубой фактуры некоторых видов покровных материалов, чтобы повысить качество последующего тиснения полиграфической фольгой, печати переплетными красками, сделать защитное углубление и обозначить место для наклейки иллюстрации.
Блинтовое тиснение не следует делать на переплетных крышках, собранных из тонкого (менее 1,25 мм) картона, и при любой толщине картона, если в качестве покровного материала использованы бумага (оттиск) с лакировкой или припрессованной пленкой, коленкоры марки КМК (типа «модерн») и с лаковым покрытием, ткань, дублированная с бумагой. На переплетных крышках с грубой открытой ткацкой фактурой покровного материала, с текстурной печатью этот способ не рекомендуется применять как самостоятельный вид оформления.
Подготовка позолотного и печатно-позолотного прессов к работе включает следующие операции: 1) приклейку декеля и упоров на подвижной плите пресса; 2) приклейку штампа к неподвижной плите пресса; 3) приводку положения тиснения на переплетной крышке; 4) приправку на декеле; 5) регулировку температуры штампа.
Полиграфическое оформление переплетных крышек
319
В качестве декеля используют переплетный картон толщиной от 0,5 до 2,5 мм в зависимости от толщины сторонок и корешка крышек, на которых предполагается делать тиснение: суммарная толщина крышки и декеля должна быть одинаковой у передней сторонки и корешковой части. Если тиснение предусмотрено только на передней сторонке крышки, то декель выкраивают по ее формату, а если на сторонке и корешке, то ширину его заготовки следует увеличить на ширину расстава и от-става. На заготовке декеля делается разметка положения штампа (или штампов) в соответствии с указаниями на макете крышки и очерчиваются его контуры. На площади, ограниченной контуром штампа, определяется центр приложения силы, действующей в процессе тиснения (считая, что он находится в его геометрическом центре), через который проводятся две линии, перпендикулярные друг другу и параллельные краям заготовки декеля. Декель приклеивается к подвижной плите пресса так, чтобы крестообразные линии на декеле совместились с крестообразными рисками на подвижной плите пресса.
Смещение штампа от перекрестия, указывающего центр приложения силы, вызывает перекос плит пресса, усложняет приправку, ухудшает качество оттиска при колебаниях толщины материалов крышек, ведет к преждевременному износу оборудования.
Для приклейки штампов используется клеящая термопластичная пленка МПФ-1 (МРТУ 6-17-303), для расплавления которой температура неподвижной плиты пресса заблаговременно устанавливается равной 160°С. По истечении одной-двух минут после приведения штампа в контакт с нагретой плитой пресса терморегулятор устанавливается на температуру, рекомендуемую режимом тиснения. Приклейку штампов можно выполнять также с помощью клеев 88НП (ТУ 105268) и БФ-2 (ГОСТ 1272), но с применением марлевой прокладки, которая несколько ухудшает процесс теплопередачи от нагретой плиты к штампу.
Правильное положение оттиска на переплетных крышках на ручных и полуавтоматических позолотных прессах обеспечивается приклейкой трех упоров по двум «верным кромкам» декеля. Если по какой-либо причине приводка нарушена, то положение тиснения может быть изменено подклейкой к упорам узких полосок картона или их переклейкой. Приправка делается выклеиванием кусочками каландрированной бумаги различной толщины поверх декеля, пока не будет получен оттиск с равномерной
320
Раздел 8
глубиной тиснения, после чего декель с приправкой закрывается приклеенным по периметру листом коленкора или толстой бумаги.
После приклейки штампа, приводки и приправки регулируются температура штампа и глубина тиснения в соответствии с видом покровного материала и местом расположения тиснения (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Режимы блинтового тиснения
Вид покровного материала переплетной крышки Глубина тиснения, мм Температура штампа, °C
на сторонке на корешке
Бум винил, бал акрон, материал с поливинилхлоридным покрытием 0,20 0,12 90-100
Ледерин, материал с нитрополиамидным покрытием 0,20 0,12 100-110
Обложечная бумага 0,30 — 100-120
8.2. Тиснение полиграфической фольгой
8.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТИСНЕНИЯ ФОЛЬГОЙ
Тиснение полиграфической фольгой, как и блинтовое тиснение, выполняется нагретым плоскорельефным штампом, давящие элементы которого возвышаются над пробельными и лежат в одной плоскости. Существенным отличием этого способа является то. что в процессе тиснения между штампом и переплетной крышкой помещается полиграфическая фольга, имеющая красочный слой, который нанесен на эластичную подложку и содержит адгезив, легко отделяется от подложки под действием горячего штампа и закрепляется на деформированной поверхности переплетной крышки с помощью адгезива. Рисунок полученного изображения углублен относительно поверхности переплетной крышки, но все его элементы лежат в одной плоскости. Гйубина тиснения незначительная (она может быть чуть больше макронеровностей фактуры покровного материала), так как изображение получается за счет цвета и высокой кроющей способности полиграфической фольги, но углубление оттиска необходимо для получения четкого контура рисунка на грубофактурной поверхности тканевых покровных материалов переплетных крышек и для предохранения оттиска от истирания.
Полиграфическое оформление переплетных крышек
321
Тйснение фольгой — самый распространенный способ полиграфического оформления переплетных крышек изданий улучшенного типа благодаря своим богатым изобразительным возможностям и простоте, механизации и автоматизации процесса и умеренной стоимости большинства видов фольги. Технология тиснения полиграфической фольгой во многом сходна с технологией блинтового тиснения, но при этом добавляются операции раскроя фольги, подготовки фольгоподающего механизма, изменяются режимы тиснения.
8.2.2. ИНДЕКСАЦИЯ И АССОРТИМЕНТ ФОЛЬГИ
Московский завод полиграфической фольги выпускает около ста видов фольги для тиснения на переплетных материалах. Каждому виду фольги присвоен пяти- или шестизначный индекс и буквенная марка. Цифры индекса последовательно обозначают: тип красочного слоя фольги, вид материала, для тиснения на котором предназначена фольга данной серии, вид подложки-основы, цвет и оттенок фольги. Первая цифра означает: 1 — фольга бронзовая, 2 — алюминиевая, 3 — металлизированная «юбилейная», 4 — цветная матовая, 5 — цветная глянцевая, с лаковым покрытием. Вторая цифра означает: 1 — фольга для тиснения на тканевых покровных материалах и бумажном ледерине, 2 — на бумаге и картоне, 8 — на поливинилхлоридной пленке и переплетных материалах с ПВХ-покрытием, 9 — на полиэтиленовой пленке и материалах с полиэтиленовым покрытием. Третья цифра означает: 3 — на полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленке толщиной 20 мкм, 4—на лавсановой пленке толщиной 12 мкм. Фольга серий 111, 112-411, 412 на кальке и конденсаторной бумаге снята с производства.
Следующие две или три цифры ставятся через дефис и обозначают цвет и оттенок фольги. Бронзовой и алюминиевой фольге серий 114, 213 и других присвоены номера от 01 до 09, металлизированной «юбилейной» — от 010 до 090, цветной пигментированной — от 100 до 900. При этом, например, индексы от 100 до 199 означают оранжевый цвет, от 200 до 299 — красный, от 300 до 399 — синий, от 400 до 499 — зеленый, от 500 до 599 — желтый, от 600 до 699 — серый, коричневый и черный, от 700 до 799 — фиолетовый, от 800 до 899 — белый различных оттенков.
Для полиграфической промышленности выпускается фольга марок А, Б, Г, К, Ми др. Фольга марки А—тонкослойная, предназначена для воспроизведения тонких графических элементов,
322
Раздел 8
фольга марки Б—для тиснения плашек и крупных графических элементов, М — матовая, с приглушенным блеском, Г — для документов долгосрочного пользования, К — для тиснения на обрезах книжных блоков. Ширина рулонов фольги, выпускаемой Московским заводом полиграфической фольги, 600 или 650 мм.
8.2.3. ТЕХНОЛОГИЯ ТИСНЕНИЯ ФОЛЬГОЙ
Особенности подготовки позолотного пресса. При подготовке полуавтоматического позолотного пресса к работе упоры для укладки крышек на подвижном столе пресса располагают таким образом, чтобы было удобно укладывать и снимать крышки в процессе работы и чтобы обеспечить минимальный расход полиграфической фольги. Если различные части изображения удалены друг от друга более чем на 2 см и имеют различные размеры, то тиснение целесообразно выполнять с двух или трех рулонов, устанавливая для каждого свой шаг подачи. Можно получить существенную экономию фольги, если изображение имеет форму вытянутого прямоугольника и крышку укладывать на подвижном столе так, чтобы лента фольги перемещалась вдоль короткой его стороны. При тиснении на сторонке переплетных крышек среднего формата это может дать экономию от 4 до 10% полиграфической фольги, а при тиснении на крышках узких и длинных надписей — до 35%. На автоматических позолотных прессах РЕ 70 (фирма «Колбус», Германия) с целью экономии фольги устанавливают два фольгопротяжных аппарата, что позволяет подавать фольгу вдоль или поперек оси машины и крышки.
Полиграфическая фольга раскраивается на станках СРФ-2 или на станке, изготовленном силами ремонтного цеха предприятия. Раскрой выполняется остро заточенным плоским резцом (типа ножа для ручных переплетных работ) при вращении рулона. Ширина отрезанной части рулона должна быть на 10 мм больше соответствующего размера изображения на штампе. В процессе тиснения подача фольги регулируется так, чтобы следы от оттисков на отработанной фольге были расположены на расстоянии не более 5 мм друг от друга.
Режимы тиснения. Тиснение полиграфической фольгой требует тщательного подбора температуры штампа для полного отделения красочного слоя от под ложки и прочного его закрепления на материале переплетной крышки или обложки. Оптимальная температура штампа более всего зависит от вида фоль
Полиграфическое оформление переплетных крышек
323
ги и типа переплетного покровного и обложечного материала, его полимерного покрытия, скорости работы позолотного пресса, может изменяться в зависимости от номера партии, возрастать в процессах естественного старения и взаимной диффузии материалов многослойной фольги. Рабочая температура бронзовой фольги различных серий изменяется в пределах от 100 до 130°С, «юбилейной» — от 85 до 120°С, а пигментной — от 120 до 140°С. Оптимальная рабочая температура штампа для различных переплетных и обложечных материалов для некоторых серий полиграфической фольги представлена в табл. 8.2 [7].
Таблица 8.2
Температурный режим тиснения полиграфической фольгой
Материал крышки и обложки Бронзовая фольга серии «Юбилейная» фольга серии Пигментная фольга серии
114 | 184 313 | 318 413 | 513
Температура штампа, °C
Коленкор марки КОК 120 — 110 130 110 130
Коленкор марки КМК 120 — 120 130 100 130
Ледерин с нитропокрытием 120 — 120 130 100 130
Ледерин с полиамидным покрытием на бумажной основе 110 120 120 100 120
Бумвинил, балакрон — 95 120 110 95 120
Мелованная бумага — 120 120 130 120 130
Картон — 120 110 130 120 120
Давление тиснения может изменяться в пределах от 15 до 25 МПа, подбирается в зависимости от вида изобразительных элементов штампа и типа переплетного материала и должно быть таким, чтобы обеспечить надежное закрепление красочного слоя фольги и получить четкие очертания графических элементов изображения, которые достигаются при минимальной глубине тиснения, зависящей от величины макронеровностей фактуры, плотности и жесткости материала. Оптимальная глубина тиснения колеблется в пределах 0,05-0,15 мм на сторонках и 0,03-0,10 мм на корешке переплетных крышек. Эта примерно вдвое меньшая остаточная деформация материалов крышки может быть получена примерно при вдвое меньшем давлении, которое необходимо при блинтовом тиснении.
324 Раздел 8
8.3. Конгревное тиснение
Общая характеристика конгревного тиснения. При кон-гревном тиснении используется прессовая пара: углубленный на различную величину нагретый металлический штамп и холодная матрица—рельефная копия штампа из эластичного, упругого материала. В процессе тиснения переплетная крышка или обложка располагается на матрице, приклеенной к плите пресса лицевой поверхностью к штампу. Изображение получается несколько возвышающимся над остальной поверхностью крышки или обложки, хорошо различимым при боковом освещении благодаря выпуклому многоплановому рельефу и сглаживанию фактуры материала.
Чтобы предотвратить повреждение изображения при транспортировке и пользовании книгой, по контуру портретных рисунков делают выпкуплую рамку, а сам рисунок углубляют относительно поверхности крышки по фону или местам заднего плана. С этой же целью углубление от матрицы на внутренней стороне переплетной крышки заполняют быстросохнущей шпатлевкой, а в готовой книге заклеивают сторонкой форзаца из бумаги повышенной поверхностной плотности (160 г/м2).
Рельеф тиснения хорошо различим только на материалах с мелкорельефной фактурой, хорошо сглаживающейся под горячим штампом, поэтому конгревное тиснение рекомендуется применять на традиционных переплетных материалах — коленкорах, ледеринах, материалах с нитрополиамидным покрытием, допускается на бумаге. Этот способ полиграфического оформления переплетных крышек не рекомендуется применять на материалах с очень гладкой поверхностью, с поверхностью, которая может быть повреждена или не разглаживается под горячим штампом: на бумаге с лакированной и препрессованной полимерной пленкой, с поливинилхлоридным покрытием, на тканях с открытой ткацкой фактурой. Толщина картона должна быть не менее 1,5 мм. Изготовление конгревных штампов требует весьма высокой квалификации гравера, что обусловливает их сравнительно высокую стоимость, поэтому конгревным тиснением обычно оформляют переплетные крышки изданий улучшенного и подарочного типов, обложки популярных серий, рекламных и отраслевых журналов.
Особенности подготовки позолотного.пресса. Матрицу не рекомендуется изготавливать заранее на другом прессе, так как
Полиграфическое оформление переплетных крышек
325
ее нельзя будет закрепить на плите пресса под штампом (или штамп над матрицей) с достаточной точностью, поэтому сначала приклеивают упоры и штамп по центру приложения силы, после чего приступают к изготовлению матрицы (см. подразд. 8.4). Готовую матрицу затягивают толстой каландрированной бумагой или коленкором.
Режимы тиснения. Конгревное тиснение требует примерно вдвое большего давления, чем блинтовое, и вчетверо большее, чем тиснение полиграфической фольгой, поэтому сначала необходимо простым расчетом убедиться, что позолотный пресс может обеспечить требуемое давление 25-45 МПа для переплетных крышек с нормальным влагосодержанием порядка 8-9%. Так как большинство позолотных прессов рассчитано на максимальную силу прессования 350-600 кН (35-60 тс), то это означает, что на них можно получить хорошее качество конгревного тиснения без риска повредить оборудование при площади штампа, не превышающей 80-200 см2. Если площадь штампа больше (и меньше, если переплетные крышки пересушены), то попытка получить хорошее качество оттиска может привести к перегрузке исполнительных механизмов и даже к поломке пресса. В этом случае тиснение следует делать на крышках с максимально допустимым влагосодержанием (до 12%) или на позолотных прессах тяжелого типа.
Температура штампа должна быть максимально допустимой для данного переплетного материала и скорости тиснения, чтобы по возможности уменьшить нагрузки, вызывающие преждевременный износ оборудования. В то же время нельзя допускать ухудшения качества тиснения (потемнения и оплавления полимерного покрытия переплетного материала), прилипания крышки к штампу. Оптимальная температура для различных штампов колеблется в пределах 100-120°С.
8.3.1. КОМБИНИРОВАННОЕ ТИСНЕНИЕ
В последнее десятилетие XX в. в отечественной полиграфии в производстве изданий «карманного формата» и большого объема (с толщиной блоков от 15 до 25 мм и более) для внешнего полиграфического оформления популярных серий («Русский бестселлер» издательства «Эксмо» и др.) стали широко применять конгревное тиснение в сочетании с тиснением «юбилейной» фольгой. В качестве обложки обычно используется «офсетный полукартон»—тренированная бумага толщиной 220-240 мкм, на
326
Раздел 8
которой после четырехкрасочной офсетной печати комбинированным тиснением воспроизводится броское название книги.
Особенность данной технологии заключается в том что тиснение производят до раскроя оттисков на обложки одновременно на двух, четырех заготовках или более. Это требует соблюдения особой точности взаимного расположения штампов в процессе их приклейки к нагретой плите позолотного пресса. Полимерные матрицы формируются одновременно и изготавливаются из двухкомпонентной пасты, быстро затвердевающей после смешивания ее компонентов.
8.4. Штампы и матрицы для тиснения
Штампы для блинтового тиснения и тиснения фольгой имеют вид монолитной формы высокой печати с глубокими (1,5-2,0 мм) пробельными элементами. Боковые грани давящих элементов могут быть вертикальными, но это снижает их тираже-стойкость. Оптимальным считается скос давящих элементов штампа наружу на 5-7°; при больших значениях утла боковые грани начинают воспринимать фольгу, образуя рваные края на оттиске. Кромки давящих элементов должны иметь небольшой радиус закругления (0,05-0,1 мм), чтобы не прорезать фольгу и покровный материал переплетной крышки; при большем радиусе снижается четкость тиснения. Рост штампов может колебаться от 4 до 8 мм, но в одном комплекте для данного заказа и способа тиснения штампы должны иметь одинаковый рост.
Штампы изготавливают из листовой латуни марки Л С-59-1 (ГОСТ4784), стали марокУ8АиУ9А (ГОСТ 1435) отладкой шлифованной поверхностью. В процессе изготовления штампов изо-бражние на поверхность металла наносят фотомеханическим способом, копированием через негатив. Копию проявляют, окрашивают метилфиолетом, промывают и высушивают. По готовой копии крупные пробельные элементы выбирают пальцевой фрезой на фрезерно-пробельном станке, а мелкие пробельные элементы — штихелями вручную.
При изготовлении латунных штампов делают неглубокую затравку копий раствором хлорного железа, чтобы повысить графическую точность штампа и уменьшить объем ручных работ по окончательной их доводке. Фирмы-изготовители штампов используют также однопроцессное травление латуни хлорным железом. Тйражестойкость латунных штампов равна 30 тыс., но по опыту Саратовского полиграфического комбината
Полиграфическое оформление переплетных крышек
327
она может быть повышена более чем на 30% с помощью хромирования. При напряжении на электродах 10 В и плотности тока около 20 А/дм2 слой хрома толщиной около 10 мкм наращивается всего за 0,5 ч.
Тйражестойкость дюралюминиевых штампов равна 90 тыс., а стальных — 150 тыс. тиснений. Число комплектов одинаковых штампов на тираж рассчитывается по этим данным их средней тиражестойкости.
Штампы и матрицы для конгревного тиснения. Пзубина изображения на штампе для конгревного тиснения должна быть согласована со способностью покровного материала к растяжению и с толщиной картона переплетной крышки и бумаги обложки: материал и его декоративный слой не должны разрушаться при тиснении, а глубина изображения не должна превышать 2,5 мм. По данным О.Б.Купцовой [18], она должна быть равна (0,8-0,5) К, где К — толщина картона, мм, причем большие значения коэффициента соответствуют более тонкому картону. Изготавливают штампы из латуни, редко — из стали ручным гравированием.
Технологические инструкции [2] рекомендуют изготавливать матрицы из полиамидной смолы или из папье-маше — водной взвеси волокон картона с добавлением костного клея. Матрицы из крошки полиамидной смолы, уложенной в углубление рисунка предварительно нагретого штампа между двумя заготовками коленкора, получают медленным прессованием на позолотном прессе при нагреве верхней плиты до 170°С. После выдержки штампа с расплавом смолы в верхнем положении в течение 3 мин матрицу охлаждают и обрезают по контуру рисунка. Тйражестойкость матриц из папье-маше — около 20 тыс. тиснений; они могут быть использованы на малых полиграфических предприятиях в производстве неответственных малотиражных изданий обычного типа. Тйражестойкость полиамидных матриц составляет 90 тыс. тиснений. С.Н.Козловым (МПИ, ныне МГУП) разработано безматричное тиснение. При этом способе вместо матрицы используется двухслойный эластичный декель, состоящий из офсетной резинотканевой пластины толщиной 1,8-2,5 мм и твердостью 76-82 ед. по прибору ТМ-2 и листовой вулканизированной резины толщиной 2-3 мм и твердостью 78-90 ед. В пространстве, ограниченном контурами штампа, высокоэластичный декель ведет себя под переплетной крышкой подобно несжимаемой подвижной жидкости, давление в которой, соглас
328
Раздел 8
но закону Паскаля, передается во все стороны одинаково, те. равномерно распределяется по всей площади изображения. Применение высокоэластичного декеля повышает четкость изображения, уменьшает величину оборотного рельефа на переплетной крышке, примерно на 20% снижает значение действующей силы при получении одинаковой остаточной деформации различных элементов изображения, сокращает время подготовки позолотного пресса к работе.
8.5. Сущность явлений при тиснении
Характеристика объекта тиснения. Объект тиснения — переплетная крышка—может быть однослойным (крышка типа 6 или обложка из толстой бумаги) или трехслойным (крышки типов 5, 7 и 8) — из покровного материала, клея и картона. При тиснении основную роль в явлениях деформирования играет картон, но в процессах сглаживания фактуры и повышения степени лоска — в основном покровный материал и его поверхностное декоративное покрытие.
Переплетная крышка с клеевым соединением деталей из толстого картона примерно на 56% состоит из целлюлозы, входящей в состав основы покровного материала и картона, на 27% из лигнина (в картоне) и других, в основном высокомолекулярных, веществ. Влажная целлюлоза находится в высокоэластическом состоянии, а сухая—в застеклованном состоянии с температурой стеклования около 220°С, которая в присутствии воды снижается до комнатной. Важно подчеркнуть, что это—неплавкий материал, так как температура ее плавления выше температуры термической деструкции. Термическая деструкция целлюлозы начинается при 150°С, это предельная температура для материалов крышки.
Сущность явлений при блинтовом тиснении. В процессе блинтового тиснения все детали переплетной крышки, начиная с декоративного покрытия покровного материала, под плоскостью давящих элементов штампа испытывают деформации сжатия, которые возрастают по мере углубления штампа в переплетную крышку. По мере сжатия крышки покровный материал, клеевая пленка, а затем и верхние слои картона в близлежащей области пробельных элементов начинают испытывать деформации растяжения, так как сам покровный материал склеен по всей поверхности с картоном, а расположенные под давящими
Полиграфическое оформление переплетных крышек
329
элементами участки переплетной крышки из толстого картона утапливаются ими на глубину до 0,75 мм. Наибольшую деформацию растяжения испытывают покровный материал и его лицевое покрытие и верхние слои картона, а наименьшую — слои картона у внутренней поверхности крышки под давящими элементами штампа. Относительная деформация растяжения, видимо, не превышает 5% — предела удлинения при разрыве по основе тканевых покровных материалов. Так как разрушения ткани покровных материалов не происходит, то это означает, что зона растяжения захватывает область до 15 мм, более чем в 20 раз превышающую величину полной абсолютной деформации сжатия переплетной крышки в момент тиснения.
Деформация сжатия материалов переплетной крышки сопровождается уменьшением объема макро- и микропор, сжатием защемленного в них воздуха, сближением и увеличением площади контакта волокон друг с другом, изменением формы всей надмолекулярной структуры и конформации макромолекул полимеров, а при значительных напряжениях растяжения и сдвига — и нарушением межмолекулярных связей и механической деструкцией отдельных макромолекул. Полная относительная деформация при рекомендуемых для блинтового тиснения давлениях и горячем штампе достигает 20-25%, и это свидетельствует о том, что общий объем пор под давящими элементами штампа уменьшается примерно вдвое (на 40-50%).
В процессе деформирования в материалах переплетной крышки возникают значительные напряжения. Благодаря этим напряжениям сразу же после снятия нагрузки происходит быстрое и значительное (в зависимости от режимов и технологических факторов тиснения — на 38-55% величины полной абсолютной деформации) восстановление первоначальной формы — релаксация деформации, сопровождающаяся резким спадом внутренних напряжений.
Мгновенное (со скоростью освобождения от нагрузки) частичное восстановление формы приписывают внутренним силам упругости материалов переплетной крышки, но величина упругой деформации во всех материалах ничтожна (не более 0,2% от полной деформации) и в волокнистых капиллярно-пористых телах оно, видимо, в большей мере обязано высокоэластической деформации и упругим свойствам сжатого воздуха, защемленного в макро- и микрокапиллярах, и протекает не за миллионные, а за целые или десятые доли секунды. Простые расчеты
330
Раздел 8
показывают, что в процессе тиснения спад упругой деформации, происходящий со скоростью распространения звука в данной среде, в деформированной до толщины 0,75-2,25 мм переплетной крышке, должен происходить за 1-2 мкс, тогда как подъем штампа на эту величину происходит в 105 раз медленнее.
Около 45-62% величины полной абсолютной деформации переплетной крышки не восстанавливается после снятия нагрузки. Эту часть деформации называют остаточной, и она может быть обусловлена вынужденной высокоэластической деформацией и механической деструкцией надмолекулярной структуры волокнистых полимеров. Пластическая же деформация характерна лишь для процессов сварки и тиснения пластмассовых крышек и для полимерного покрытия переплетных материалов. За пластическую деформацию в материалах на основе целлюлозы часто принимают вынужденную высокоэластическую деформацию, но она существенно отличается от нее, так как при нагревании полимера или выдержке во влажном воздухе полностью исчезает.
Из-за высокой концентрации напряжений на краях и частичного разрушения структуры картона при сдвиговых деформациях под линией контура давящего элемента штампа остаточная деформация получается максимальной по краям и минимальной в геометрическом центре изображения, поверхность изображения становится несколько выпуклой.
В момент тиснения штамп передает переплетной крышке кондуктивным способом (см. подразд. 1.3.10) некоторое количество теплоты. За короткое время контакта штампа с переплетной крышкой (за 0,24 с на полуавтоматических прессах и примерно за 0,1 с на автоматах, работающих соответственно со скоростью 25 и 70 цикл/мин) успевают прогреться только поверхностные слои переплетной крышки, но и это обеспечивает значительное повышение степени лоска лицевой поверхности покровного материала, резко изменяет характер релаксации.
Если тиснение производилось слабо нагретым штампом (с температурой < 80°С), то при снятии нагрузки после мгновенного восстановления около 50% деформации происходит медленное восстановление еще около 8-30% деформации, полученной при тиснении, причем в первые 10-12 мин восстанавливается примерно 95% этой величины, а в последующие 1-2 ч — остальные 5%. При температуре штампа 80°С и более после снятия нагруз
Полиграфическое оформление переплетных крышек
331
ки и мгновенного восстановления 30-45% полученной при тиснении деформации дальнейшего роста обратимой деформации (при погрешности измерения 0,01 мм) не наблюдается (рис. 8.2). Это говорит о том, что в материалах крышки установилось новое равновесное состояние, а внутренние напряжения или отсутствуют, или настолько малы, что не могут себя проявить [12].
С повышением температуры штампа остаточная деформация возрастает, а обратимая деформация уменьшается, причем их зависимости
Рис. 8.2. Зависимость остаточной деформации от времени после снятия нагрузки:
1 — при температуре штампа 20°С; 2 — при температуре штампа 120°С
от температуры имеют линейный характер (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Зависимость деформаций от температуры штампа: 1 — полной;
2 — остаточной; 3 — обратимой (при тиснении на гидравлическом прессе)
Особенности конгревного тиснения. Важной особенностью конгревного тиснения является то, что переплетная крышка на первом этапе процесса деформируется не с лицевой, а с изнаночной стороны под действием вершины матрицы и контурной (блинтовой) поверхности штампа. При этом вся верхняя половина объема крышки, ограниченная контуром штампа, испытывает дефор-
мацию растяжения, а нижняя — деформацию сжатия, максимальное значение которой может достигать 1,0-
1,5%. На втором этапе процесса конгревного тиснения переплетная крышка, изогнутая по форме поверхности изображения,
332
Раздел 8
испытывает деформацию сжатия, а по местам отдельных углублений и выступов рисунка—и деформации растяжения и сдвига, в результате чего формируются мелкие детали изображения, закрепляются остаточные деформации материалов крышки, а покровный материал приобретает лоск.
Необходимость формирования мелких деталей изображения является, видимо, основной причиной значительного, примерно двукратного, повышения технологически необходимого давления при конгревном тиснении по сравнению с блинтовым тиснением.
Особенности тиснения полиграфической фольгой. Деформации растяжения, сдвига и сжатия переплетной крышки в процессе тиснения полиграфической фольгой аналогичны деформациям крышки при блинтовом тиснении, но технологически необходимое давление и величина полной и остаточной деформации материалов крышки примерно в два раза меньше, чем при блинтовом тиснении.
Процесс перехода красочного слоя фольги с подложки и его закрепления на поверхности материала переплетной крышки заключается в следующем. За время возрастания и спада деформации при контакте с горячим штампом успевают прогреться только фольга и верхние слои переплетной крышки. По данным Г.В.Урядовой [27], при тиснении фольгой температура лицевого слоя покровного материала при температурах штампа от 90 до 150°С составляет примерно 40-60°С. Под действием тепла и давления при температуре штампа не менее 85°С разделительный восковой слой, температура размягчения которого находится в пределах 55-60°С, расплавляется и красочный слой отделяется от подложки. Если лицевой слой переплетной крышки имеет пористую структуру (бумага и картон, крахмально-каолиновое покрытие и открытая ткацкая фактура коленкоров и др.), то адгезионный слой или связующее красочного слоя разогревается до температуры размягчения, переходит в вязкотекучее состояние, вдавливается в поры и капилляры материала крышки, закрепляясь на нем вследствие явлений, рассматриваемых в теории механической и молекулярной адгезии (см. подразд. 1.2.5). Если же лицевой слой переплетной крышки имеет непористое термоплавкое покрытие (нитроцеллюлозное и полиамидное покрытия ледеринов и коленкоров марки КВК, поливинилхлоридное покрытие бумвинила и балакрона, полимерные пленки), то покрытие нагревается выше температуры стеклования, но ниже
Полиграфическое оформление переплетных крышек
333
температуры текучести, что обеспечивает прочное закрепление красочного слоя фольги благодаря взаимной диффузии ее расплавленного слоя и покрытия, находящегося в высокоэластическом состоянии.
Высокое давление и повышенная температура способствуют сглаживанию фактуры материала переплетной крышки до средней глубины макронеровностей порядка 20 мкм, что обеспечивает плотный контакт красочного слоя фольги, прочное ее закрепление и полную пропечатку оттиска.
8.6. Оценка качества тиснения
В процессе работы на ручных и полуавтоматических позолотных прессах печатник-тиснильщик следит за соблюдением температурного режима, состоянием декеля, при необходимости чистит или меняет штамп, декель и рулон фольги, контролирует качество поступающих крышек и качество тиснения на каждой переплетной крышке; переплетные крышки с хорошим качеством тиснения укладывает в фуры или на поддон стопами до 100 крышек среднего формата и по 50 крышек большого формата. Особенностью работы печатника-тиснильщика на автоматических прессах является то, что он загружает самонаклад и снимает готовые крышки с приемного транспортера партиями и контролирует поступающие и готовые крышки выборочно, периодически, не реже чем через каждые 30 мин. Качество крышек оценивается по следующим показателям.
Точность положения оттиска по отношению к верным кромкам переплетной крышки (с допуском 2 мм в обычных и 1 мм в многотомных изданиях) печатником-тиснильщиком оценивается визуально, а мастером участка и контрольным мастером — металлической линейкой с миллиметровыми делениями. В сомнительных случаях положение оттиска сравнивается с положением соответствующих деталей изображения на макете или на эталонной крышке. Особое внимание необходимо обращать на положение оттиска номера тома и других элементов изображения на корешке крышек многотомных изданий, так как этот показатель при анкетном опросе покупателей назван важнейшим.
Косина определяется как разность двух крайних размеров от верхней кромки переплетной крышки до нижней линии элементов изображения, может быть измерена металлической линейкой или рулеткой с упором-фиксатором нулевой отметки. Допуск — 1,5 мм на 100 мм длины изображения.
334
Раздел 8
Полнота укрывистости оттиска полиграфической фольгой является безусловным показателем качества, так как из-за наличия пробелов (отсутствие фольги в местах изображения) переплетная крышка бракуется, определяется визуально.
Комплексный показатель качества «четкость тиснения (или печати)» включает в себя резкость и разрешающую способность.
Резкость тиснения и печати — это отсутствие размытости, пилообразных выступов на краях изобразительных элементов оттиска. При тиснении фольгой резкость ухудшается при чрезмерных давлении и температуре, когда выпуклости фактуры покровного материала переплетной крышки частично воспринимают фольгу с боковых граней давящих элементов штампа. В процессе печати на переплетных крышках пилообразные выступы на краях печатающих элементов образуются вследствие затеков краски в макропустоты на поверхности покровного материала. Допуск на показатель резкости (0,15 мм) выбран вполне обоснованно, но на практике не всегда выдерживается. В соответствии с разрешающей способностью глаза (1,5 угловых минуты) мелкие детали изображения на расстоянии наилучшего зрения Д = 25 см не воспринимаются раздельно, если расстояние между ними или их размер менее 0,162 мм. Контролируется этот показатель печатником-тиснильщиком визуально, а мастером участка — лупой ЛИ-3 с ценой деления шкалы 0,1 мм.
Разрешающая способность (число линий на 1 см, воспроизводимых тиснением и различимых глазом раздельно) обязательно рассматривается в научных разработках, регламентируется техническими условиями на полиграфическую фольгу, учитывается в процессе изготовления штампов и при выборе марки фольги, но в повседневном контроле на полиграфических предприятиях не оценивается. Техническими условиями разрешающая способность оценивается по шестибалльной системе — по качеству тиснения на дисках из ударопрочного полистирола (при оценке качества фольги) или на тиражной крышке с эталонного штампа, имеющего плашу размером 20x56 мм и 6 квадратов с линиями толщиной соответственно 1,4; 1,0; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3 мм. Расстояния между линиями в первом и втором квадратах равно соответственно 1,5 и 1,2 мм, а в остальных квадратах оно равно толщине линий. Четкость оттисков определяется визуально по квадратам, имеющим четкие промежутки между линиями. Высший балл присваивается шестому квадрату, низший — первому.
Полиграфическое оформление переплетных крышек
335
Точность приводки многокрасочного тиснения и печати оценивается сравнением с макетом или утвержденной эталонной крышкой, при необходимости контролируется металлической измерительной линейкой с ценой деления 1 мм. Степень сглаживания фактуры переплетного материала при блинтовом и конгревном тиснении оценивается визуально, так как номинальное значение и допуск для этого показателя не разработаны.
Глубина тиснения и печати является абсолютной величиной остаточной деформации материалов переплетной крышки, показателем качества, который обязательно рассматривается в научных разработках, а рекомендуемые пределы указываются в технологических инструкциях (см. табл. 8.1 и подразд. 8.2.3). При блинтовом тиснении глубина тиснения является важнейшим показателем качества, а при тиснении полиграфической фольгой и при печати переплетными красками косвенно определяет резкость и разрешающую способность оттиска. Определяется она с помощью индикаторного глубиномера или двукратным измерением толщины крышки до и после тиснения спустя 15 мин, когда релаксационные процессы практически заканчиваются, с помощью толщиномера ТИК-1 при давлении 100 кПа.
Прочность оттиска на отмарывание и истирание регламентируется техническими условиями на полиграфическую фолыу и переплетную краску, измеряется в циклах прибора ИМР и контролируется в лабораторных условиях при рекламациях, когда качество поступившей фольги или переплетной краски не соответствует требованиям технических условий.
8.7. Факторы, влияющие на качество тиснения
На важнейшие показатели качества тиснения — резкость и глубину, прочность закрепления слоя фольги—оказывают влияние режимы тиснения (давление, температура штампа и время контакта) и технологические факторы, определяющие деформационные свойства переплетных материалов, а также вид графического изображения на штампе и вид полиграфической фольги.
8.7.1. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НА КАЧЕСТВО ТИСНЕНИЯ
Давление штампа. С увеличением давления, которое штамп оказывает на материалы переплетной крышки, остаточная деформация материалов переплетной крышки (глубина тиснения) возрастает (рис. 8.4). Зависимость абсолютной остаточной де-
336
Раздел 8
формации Ado от давления р является экспонентой, вид которой изменяется при изменении температурного режима и важнейшего технологического фактора—объемной массы картона. Для переплетного картона с объемной массой до 0,75 г/см3 она выражается формулой [18]
Ad0=A(l-en₽),
(8-1)
а при большей объемной массе добавляется член пре~пр, где А —
коэффициент, характеризующий величину максимальной оста-
Давление, МПа
Рис. 8.4. Зависимость остаточной деформации от давления для картона с объемной массой 0,55 г/см3 (1), 0,69 г/см3 (2) и 0,79 г/см3 (3)
точной деформации, которую можно получить при нагрузках, близких к разрушающим; п - коэффициент скорости изменения деформации, зависящий от температуры штампа и объемной массы картона.
Коэффициент А изменяется в пределах 0,46-0,57 для картонов с объемной массой от 0,54 до 0,79, а коэффициент п находится в линейной зависимости от
температуры: в интервале температур 120-160°С он изменяется от (3,4-4,0)-10-3 для рыхлых картонов с объем-
ной массой 0,54 г/см3 до (1,5-19)-10~3 для калиброванного кар-
тона с объемной массой 0,79 г/см3.
Технологически необходимое давление для каждого вида тиснения должно выбираться с учетом абсолютной остаточной деформации, которая зависит от объемной массы картона и средней глубины макронеровностей фактуры покровного материа
ла крышки и определяет другие показатели качества тиснения
— полноту укрывистости, резкость тиснения, степень сглаживания фактуры покровного материала, прочность оттиска на истирание. Например, с возрастанием давления и абсолютной остаточной деформации прочность оттиска на истирание возрастает, а разрешающая способность понижается (рис. 8.5).
Температура штампа. При блинтовом и конгревном тиснении штампом без нагревания оттиск получается матовым, а по
Полиграфическое оформление переплетных крышек
337
пытки сгладить фактуру материала повышением давления (до 80 МПа) приводят к изменению цвета материала в результате его деструкции.
Повышение температуры штампа на каждые 10°С дает прирост абсолютной остаточной деформации для толстого калиброванного картона (толщиной 3,0 мм и объемной массой
0,75 г/см3) на 0,02 ММ, Рис. 8.5. Зависимость прочности закрепления позволяет на 8-10% фольги (7) и разрешающей способности уменьшить давление, оттиска (2) от давления
необходимое для получения одинаковых остаточных деформаций. Вместе с тем при блинтовом и конгревном тиснении на по
Рис. 8.6. Зависимость прочности закрепления фольги от температуры штампа
луавтоматических прессах при температуре штампа свыше 130°С возможно «отпаривание» покровного материала от картона и подплавление нитроцеллюлозного покрытия ледеринов. С увеличением температуры штампа прочность закрепления полиграфической фольги на переплетной крышке сначала возрастает, достигает максимального значения при 100-120°С, после чего остается постоянной или понижается (рис. 8.6). При уве-
личении температуры штампа выше 120°С значительно понимаются резкость и разрешающая способность тиснения, так как фольга переходит на материал переплетной крышки за контуром изображения, где грани давящих элементов с ним соприкасаются.
338
Раздел 8
Для получения высококачественных оттисков полиграфической фольгой необходимо устанавливать такие температуру штампа и давление, при которых обеспечиваются полный переход красочного слоя фольги, максимальная прочность его закрепления на материале и высокая резкость тиснения. В большинстве случае температура штампа не превышает 120°С при блинтовом тиснении и 135°С при тиснении фольгой. В процессе естественного старения фольги отделение красочного слоя от подложки и закрепление его на материале переплетной крышки могут быть затруднены. В этом случае повышение температуры штампа до 140-150°С и (или) давления может дать положительный эффект, но высокую резкость тиснения получить не удается.
Время тиснения и скорость нагружения. Время тиснения, т.е. время действия штампа на переплетную крышку, представляет теоретический и практический интерес в связи с успешной эксплуатацией высокоскоростных автоматических позолотных прессов, скорость работы которых в 1,9-3,2 раза больше,
чем у полуавтоматов.
Время тиснения на позолотных прессах различного типа изменяется в пределах 0,08-0,24 с. Уменьшение времени действия штампа изменяет температурный режим тиснения, так как количество теплоты, полученной крышкой от штампа при кон-дуктивном нагреве (см. подразд. 1.3.10) пропорционально вре-
Рис. 8.7. Зависимость остаточной деформации от давления при времени тиснения 0,15-0,26 с (1) и 0,40-0,90 с (2)
мени контакта. В связи с этим при работе на позолотных автоматах можно ожидать некоторого ухудшения основных показателей качества тиснения — уменьшения глубины тиснения, степени сглаживания фактуры материала, полноты укры-вистости оттиска, прочности закрепления фольги. Значение этих показателей качества можно улучшить повышением температуры штампа и давления, но при этом риск подплавления лицевого покрытия и отпаривания покровного материала возрастает.
Полиграфическое оформление переплетных крышек
339
По данным О.Б.Купцовой [18], увеличение времени тиснения от 0,15 до 0,90 с в широком диапазоне давлений (от 14 до 95 МПа) дает прирост абсолютной остаточной деформации на 0,05-0,10 мм у толстого картона с объемной массой 0,70 г/см3, но дальнейшее, даже 50-кратное, увеличение времени тиснения дает незначительный (около 0,02 мм) прирост остаточной деформации. В диапазоне рекомендуемых давлений (45-60 МПа) трехкратное повышение времени тиснения обеспечивает возрастание абсолютной остаточной деформации на 0,07-0,08 мм, которое можно получить при повышении давления на 30-40% (рис. 8.7)
С возрастанием скорости нагружения от 1,2 до 2,1 см/с при времени тиснения около 0,1с абсолютная остаточная деформация уменьшается на 0,04-0,06 мм в зависимости от величины приложенного давления; для получения одинаковых остаточных деформаций давление необходимо увеличить на 6-20 МПа.
8.7.2. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО ТИСНЕНИЯ
Основными технологическими факторами, влияющими на качество тиснения, являются толщина и объемная масса картона, тип покровного материала и величина макронеровностей его фактуры, влагосодержание материалов крышки и вид давящих элементов штампа для тиснения, вид полиграфической фольги.
Толщина и объемная масса картона. У картона различной толщины и одинаковой объемной массы, композиции и влагосодержания величина относительной остаточной деформации £ = Ас1о/йоднозначно определяется режимом тиснения, при этом важная для качества тиснения абсолютная величина остаточной деформации Ado пропорциональна толщине картона d.
Чем больше толщина картона и чем меньше его объемная масса, тем больше абсолютная остаточная деформация материалов крышки при прочих равных условиях (см. рис. 8.4). Так, в диапазоне давлений 20-90 МПа при температуре штампа 140°С абсолютная остаточная деформация картона с объемной массой 0,69 г/см3, по сравнению с картоном с объемной массой 0,79 г/см3, повышается на 0,10-0,15 мм, а картона с объемной массой 0,55 г/см3 — на 0,20-0,28 мм.
Тип покровного материала и величина макронеровностей фактуры. Чем грубее фактура покровного материала переплетных крышек, тем большее давление необходимо для сглаживания поверхности и полного закрепления фольги. При блинто-
340
Раздел 8
Рис. 8.8. Зависимость остаточной деформации от влагосодержания переплетной крышки для картона с объемной массой 0,55 г/см3 (7), 0,68 г/см3 (2) и 0,79 г/см3 (3)
вом и конгревном тиснении степень сглаживания фактуры материала является одним из важнейших показателей качества, поэтому задача согласования режима тиснения с величиной макронеровностей фактуры лицевой поверхности переплетного материала приобретает первостепенное значение. Покровные материалы с относительно гладким термопластичным покрытием обычно требуют менее жестких режимов (меньшего давления и температуры штампа), чем материалы пористые, с грубой фактурой.
Для ряда грубофакторных покровных материалов (дук, штапель-
ное полотно и др.) эти виды полиграфического оформления пере-
плетных крышек применять не рекомендуется.
Влагосодержание материалов крышки. Зависимость величины абсолютной остаточной деформации Ado от влажности материалов крышки W(pnc. 8.8) характеризуется степенной функцией вида Ado = a enVV, где коэффициенты а и п зависят от объемной массы картона и режимов тиснения.
При хранении переплетных материалов и переплетных крышек в помещении с низкой влажностью воздуха понижается их равновесное влагосодержание, вследствие чего качество тиснения ухудшается, так как с уменьшением влагосодержания крышек повышается жесткость материалов и абсолютная остаточная деформация крышек понижается, особенно у переплетных крышек с коленкоровым покрытием. Повышение влагосодержания пластифицирует материалы переплетных крышек, позволяет получить хорошую резкость тиснения и высокую степень лоска при меньших давлениях и температуре штампа. В то же время при влажности материалов крышки более 11%, когда прирост остаточной деформации наиболее заметен, она частично исчезает в процессе естественной сушки крышек.
При высоком влагосодержании переплетных крышек и кон
гревном тиснении крышек с ледериновым покрытием происхо
Полиграфическое оформление переплетных крышек
341
дит вспучивание покровного материала по поверхности изображения. а у коленкоровых крышек клей проникает на лицевую сторону и крышки прилипают к штампу; крышки приклеиваются к декелю из-за повышенной липкости открытых клеевых полосок на расставах, что приводит к увеличению брака и затрудняет работу.
Оптимальным следует считать влагосодержание крышек (9±2)%.
Вид давящих элементов штампа. Как и в печатных процессах, отдельно стоящие и узкие графические элементы вызывают значительный прогиб покровного материала и прилегающих слоев картона переплетной крышки, выполняющих функции декеля, вследствие чего штампы с такими деталями изображения требуют меньшего давления, а штампы-плашки — максимального.
Вид полиграфической фольги. Тонкослойная фольга марки А обеспечивает высокую резкость тонких графических элементов, но при тиснении крупных деталей изображения может не обеспечить полной укрывистости оттиска. По данным МП «Первая образцовая типография», величина абсолютной остаточной деформации зависит не только от рассмотренных выше технологических факторов, но также и от вида полиграфической фольги. Например, при тиснении алюминиевой фольгой в широком диапазоне давлений и температур штампа абсолютная величина остаточной деформации на 0,01-0,05 мм больше, чем при тиснении бронзовой фольгой, для разных видов картона и покровных материалов (рис. 8.9).
Рис. 8.9. Зависимость остаточной деформации от давления (а) и температуры штампа (б) для полиграфической фольги различных марок: 1 — 111-01Б;
2— 112-01M; 3 —211-01М
342
Раздел 8
При смене вида фольги в процессе тиснения тиража необходимо вновь подбирать режимы тиснения, чтобы получить оттиски высокого качества.
8.8. Печатание на переплетных крышках
Высокая печать на переплетных крышках выполняется на тигельных машинах тяжелого типа, печатно-позолотных прессах типа 2БПП-75 (Шадринский ЗПМ, Россия), полуавтоматических позолотных прессах БПЗ-420 и РЕ, автоматах РЕ (фирма «Колбус», Германия), снабженных красочными аппаратами. На некоторых полиграфических предприятиях применяют ротационные печатные приставки к рулонным крышкоделательным машинам типа 2КД-5М для оформления переплетных крышек типа 5, используя печатные формы, изготовленные из жидкой фотополимерной композиции. При печати на тигельных машинах используют обычные печатные формы высокой печати. При больших и массовых тиражах применяют штампы, аналогичные штампам для тиснения полиграфической фольгой. Тдраже-стойкость латунных штампов при этом способе полиграфического оформления крышек составляет 90 тыс., дюралюминиевых — 200 тыс. оттисков.
Для печатания на переплетных крышках применяют специальные переплетные краски на пентафталевом связующем серии 2000, которые отличаются от обычных красок для высокой печати повышенной вязкостью и липкостью, высокой кроющей способностью и скоростью закрепления. Печать переплетными красками расширяет возможности внешнего художественного оформления книг, позволяет снизить себестоимость полиграфического оформления крышек вследствие меньшего расхода относительно дешевого материала. Этот способ рекомендуется применять для оформления переплетных крышек из материалов с крахмально-каолиновым и нитрополиамидным покрытиями или без покрытия — коленкоров марок КОК, КМК, КВК, тканей, склеенных с бумагой, допускается для оформления крышек, покрытых бумагой, в том числе лакированной и с припрессованной пленкой. Для оформления переплетных крышек из материалов с нитроцеллюлозным и поливинилхлоридным покрытиями этот способ применять не следует, так как оттиски удовлетворительного качества получить не удается вследствие плохой смачиваемости этих покрытий переплетными красками.
Полиграфическое оформление переплетных крышек
343
Особенности высокой печати на переплетных крышках. Высокая печать на переплетных крышках имеет, по крайней мере, две особенности по сравнению с печатанием на бумаге. Во-первых, в процессе печати переплетная крышка выполняет сразу две функции—печатного материала и декеля, деформационные свойства которого технолог существенно изменить не может, так как толщина самых тонких крышек сравнима с рекомендуемой толщиной декеля для тигельных и плоскопечатных машин, а самых толстых—более чем вдвое превышает эту толщину. Тем не менее, чтобы качество печати было стабильным, декель-прокладку под крышки на талере тигельной машины или позолотного пресса применять необходимо и нужно стремиться к тому, чтобы суммарная толщина крышки и декеля от тиража к тиражу существенно не изменялась.
Вторая особенность заключается в том, что давление при печати на крышках необходимо не только для того, чтобы компенсировать более значительные макронеровности лицевого покрытия крышек и обеспечить полную укрывистость оттиска, но и несколько углубить изображение, чтобы предотвратить его смазывание вплоть до полного закрепления красочного слоя и предохранить от истирания в процессе пользования книгой. Из-за большой толщины крышек оборотный рельеф («натиск») на них практически отсутствует. В связи с этим остаточная деформация становится не вредной, а необходимой, но настолько, чтобы не ухудшить четкость печати.
Эти особенности объясняют причину, почему при печати на крышках необходимо примерно вдвое большее давление, чем при печати на бумаге, а глубина печати (абсолютная величина остаточной деформации) регламентируется технологическими инструкциями.
При печати на переплетных крышках технологически необходимое давление может изменяться в пределах от 10 до 15 МПа — в зависимости от величины макронеровностей и деформационных свойств покровного материала, объемной массы картона, влагосодержания переплетных крышек, вида печатающих элементов штампа. Гйубина печати на пористых грубофактурных материалах должна быть от 0,10 до 0,15 мм, а на невпитывающих материалах с относительно гладкой фактурой—от 0,04 до 0,08 мм. Для получения высокой четкости печати (резкости краев и разрешающей способности оттиска) необходимо, чтобы толщина красочного слоя на оттиске не превышала соответст
344
Раздел 8
венно 1,5 и 2,0 мкм, рекомендуется предварительно делать блинтовое тиснение для сглаживания грубой фактуры покровного материала и применять декель из поливинилхлорида и кожкар-тона. Оптимальное влагосодержание переплетных крышек, как и при тиснении фольгой, — (9 ± 2)%.
Трафаретная печать позволяет наносить на запечатываемый материал слой краски толщиной от 8 до 100 мкм, что обеспечивает полную укрывистость, высокую насыщенность и рельеф, создающий эффект объемного (выпуклого) изображения. Она может успешно применяться для полиграфического оформления крышек любых типов, с любой фактурой и впитывающей способностью лицевой поверхности переплетного материала при соответствующем подборе смачиваемости, адгезии и скорости закрепления печатной краски. Трафаретную печать с успехом применяют для оформления крышек в тех случаях, когда другие способы полиграфического оформления из-за грубой фактуры или плохой впитываемости и смачиваемости материала не обеспечивают высокого качества изображения.
Трафаретная печать на крышках выполняется на станках типа ПТ2, на полуавтоматах с автоматическим съемом оттиска MD 42/64 (фирма «Альберт-Франкенталь», Германия) и на автоматах типа «Альберт Европа» HSG и других, снабженных эффективными сушильными устройствами и работающими со скоростью до 20 цикл/мин.
Так как в трафаретной печати удельная сила в процессе переноса краски не превышает 1 Н/см, то сглаживания фактуры материала не происходит и для предохранения оттиска от истирания при пользовании книгой рекомендуется выполнять печатание по блинтовому тиснению штампом-плашкой.
Глубокая тампоиечать — печать с переносом красочного слоя с формы глубокой печати на эластичный тампон, а затем на поверхность любой формы и фактуры. Применительно к печати на переплетных крышках глубокая тампопечать была разработана Украинским НИИ по специальным видам печати.
Печатные формы могут быть изготовлены любым способом, но линиатура растра не должна превышать 60 лин/см. Глубина травления печатной формы должна быть больше, чем при обычной глубокой печати на бумаге: при печатании на крышках с относительно гладкой фактурой—на 15-35%, на крупнофактурных переплетных материалах — на 20-50%. Лучшее качество печати получается на впитывающих покровных материалах —
Полиграфическое оформление переплетных крышек
345
тканях с открытой ткацкой фактурой и коленкорах—при наличии крупных деталей изображения на оригинале; при этом отмечается некоторая потеря деталей полутонового изображения в светах и тенях. Печатные машины могут обрабатывать переплетные крышки форматом от 84x108/32 до 60x90/8 толщиной от 0,5 до 5 мм со скоростью до 50 цикл/мин.
Термодекалькомания. Этот способ печати применительно для переплетных крышек разработан также Украинским НИИ по спецвидам печати. Сущность его заключается в том, что на временную бумажную подложку наносится разделительный слой из полиэтилена высокого давления, который обрабатывается кремнийорганическими жидкостями для лучшей его смачиваемости печатными красками. После получения многокрасочного изображения офсетным способом (с минимальным увлажнением печатной формы) оттиск высушивают, после чего на него наносят адгезионный слой термоклея. Изображение переносится на переплетную крышку в обычных тигельных позолотных прессах при давлении 1,0-1,5 МПа и температуре верхней плиты 70-80°С.
8.9. Другие способы полиграфического оформления печатных крышек
Инкрустация—это приклеивание на материал крышки другого по цвету материала по всей площади рисунка или какой-либо его части.
Переплетный покровный материал с предварительно нанесенным на изнаночную сторону и высушенным слоем термоплавкого клея (ПВАД, костного и др.) выкраивается так, чтобы размер заготовки был больше размера изображения на 5 мм со всех сторон. Материал приклеивают в позолотном прессе штампом для блинтового или конгревного тиснения, имеющим по контуру рисунка режущие кромки высотой чуть больше толщины приклеиваемого материала. Тиснение с одновременной приклейкой и высечкой производят при температуре штампа 110-120°С. После тиснения излишки материала снимают вручную.
Из-за сложности изготовления штампа и дополнительных операций по нанесению и сушке клея и раскроя заготовок этот способ, дающий высокий художественный эффект, применяется весьма редко, в основном при оформлении переплетных крышек изданий подарочного типа с ледериновым покровным материалом, с гладким или тренированным бумажным покрыти
346
Раздел 8
ем, на которое инкрустируют рельефное изображение многоцветного оттиска.
Наклейка иллюстраций. Предварительно на переплетной крышке выполняется блинтовое тиснение штампом-плашкой соответствующего размера, которое позволяет точно в нужном месте наклеивать иллюстрацию, обеспечивает полный контакт клеевого слоя с материалом крышки, предохраняет иллюстрацию от повреждений при транспортировке и пользовании книгой. Глубина тиснения должна быть несколько больше толщины бумаги иллюстрации, чтобы плоскость приклеенной иллюстрации располагалась ниже лицевой поверхности крышки. Вокруг плашки иногда предусматривают тиснение окаймляющей рамки или орнамента.
При малых тиражах промазка изнаночной стороны и наклейка иллюстраций выполняются вручную, при средних тиражах промазку выполняют на клеемазальной машине типа БКОУ (Харьковский ЗПМ, Украина), которую устанавливают в голове ленточного транспортера, доставляющего заготовки к рабочим местам переплетчиков.
Наклейка иллюстраций применяется при изготовлении изданий подарочного типа, изданий по искусству при оформлении переплетных крышек типов 7 и 8.
Аппликация — это получение плосковыпуклого красочного изображения на пластмассовых переплетных крышках методом приварки поливинилхлоридной пленки другого цвета по контуру графических элементов рисунка.
Для оформления применяется тонкая (0,2 мм) пигментированная непрозрачная пленка, которая приваривается так, чтобы размер заготовок был больше размера изображения на 5 мм со всех сторон. Латунный штамп, напоминающий штамп для тиснения полиграфической фольгой, отличается от него тем, что имеет острые режущие кромки высотой, равной толщине привариваемой пленки. Аппликация выполняется на заготовках материала, а не на готовой крышке, что облегчает подбор режима приварки и высечки и уменьшает отходы на «технологические нужды производства». Эта операции выполняется на том же оборудовании, что и изготовление крышек, при частоте электромагнитного поля 27,12 МГЦ и выходной мощности до 3,5 кВт, силе сжатия до 4 кН и температуре штампа 120-125°С. После сварки и высечки рисунка по контуру излишки пигментированной пленки снимаются вручную.
Оформление аппликацией применяется преимущественно при изготовлении рекламных изданий.
Укладка иллюстраций под прозрачную пленку применяется также для оформления пластмассовых переплетных крышек беловых товаров, фотоальбомов, кляссеров, записных книжек и рекламных изданий. Цветная иллюстрация (или две иллюстрации, если так оформляется и задняя сторонка переплетной крышки) занимает почти всю площадь сторонки крышки, за исключением расстава и кантов, и выкраивается размером на 2-4 мм меньше внутренних размеров давящей рамки штампа-электрода. Для приварки (за краями оттиска) используется эластичная или жесткая прозрачная неокрашенная поливинилхлоридная пленка толщиной 0,2-0,45 мм.
В процессе монтажа деталей многоцветная иллюстрация и прозрачная пленка укладываются поверх заготовки крышки, а в процессе сборки пленка приваривается высокочастотной сваркой и высекается по наружному контуру рубчиков острыми краями штампа. Точность укладки иллюстрации обеспечивается специальным шаблоном.
Раздел 9. Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
9.1. Крытье обложкой
Первые три типа обложек названы по способу их скрепления с блоком (рис. 9.1): для крытья внакидку, обыкновенного и врос-пуск (см. подразд. 7.1). Обложки типа 1 скрепляются с блоком проволокой или нитками в процессе его скрепления, а обложки типов 2, 3 и 4 — только клеем после или во время скрепления книжного блока.
Рис. 9.1. Виды крытья книжных блоков обложкой: а— внакидку;
б— обыкновенное; в — вроспуск; г— с окантовкой; 1 — блок; 2 — обложка;
3 — проволочная скоба; 4 — клей; 5 — сторонка обложки; 6 — окантовка
Обложки типа 1 на малых полиграфических предприятиях комплектуются вместе с блоком обычно вручную. Скомплектованные и покрытые обложкой блоки отправляются на операцию шитья и затем на трехстороннюю обрезку, где обложка скрепля
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
349
ется и обрезается вместе с блоком по формату издания на пооперационном оборудовании. На средних полиграфических предприятиях малообъемные издания в обложке типа 1 изготавливают на вкладочно-швейных машинах типа 736 (фирма «Шталь-Бремер», Германия), при этом заранее раскроенные и сфальцованные обложки вручную накидываются на полностью скомплектованные блоки, перемещаемые транспортером машины к швейной секции.
На крупных полиграфических предприятиях издания в обложке типа 1 обрабатываются на вкладочно-швейно-резальных агрегатах (ВШРА), снабженных самонакладами, в которых при выводе на сборочный транспортер обложки фальцуются или бигуются.
Обложки типа 2 применяются в основном для крытья многообъемных изданий, сшитых потетрадно нитками без марли, и скрепляются с блоком клеем по всей площади корешка. Скрепление получается достаточно надежным вследствие большой ширины и площади склейки. Применять ее для книжных изданий, скрепляемых клеевым бесшвейным способом, не следует, так как крайние листы блока, не скрепленные с обложкой, имеют примерно вдвое меньшую прочность скрепления с блоком, поэтому при эксплуатации книги могут легко оторваться от блока.
Заклейка корешков блоков и крытье их обложками типа 2 или 3 производится в непрерывной последовательности на малых полиграфических предприятиях вручную, а на средних — на крытвенных автоматах БИП-5 (Харьковский ЗПМ, Украина), которые могут обрабатывать блоки форматом от 70x108/64 до 60x90/8, толщиной до 25 мм со скоростью до 35 цикл/мин. При ручном крытье обложкой типа 3 клеем промазывается обложка, а не блок. При скреплении блоков клеевым бесшвейным способом на полуавтоматических машинах и на агрегатах обложки типа 3 заранее не фальцуются и не бигуются, так как обжатие обложек из тонкой бумаги или биговка относительно толстых обложек (из бумаги плотностью 160-240 г/м2) происходит в машине или в агрегате.
Обложки типа 4, не нашедшие промышленного применения, могут быть использованы при ремонте книг, скрепленных клеевым бесшвейным способом. В этом случае сторонки обложки комплектуются вместе с блоком, разобранным на листы, и скрепляются, как и блок, вариантом КБС с роспуском листов. Ткане
350
Раздел 9
вая полоска выкраивается в долевом направлении на 30 мм шире толщины блока и после его просушки промазывается с изнаночной стороны ПВАД и притирается к корешку и в корешковой зоне через макулатурный лист.
9.2. Вставка блоков в крышки
В современной машинной технологии книжный блок и переплетная крышка изготавливаются отдельно, цепочка технологического процесса состоит из двух параллельных ветвей, которые смыкаются на операции вставки блоков в крышки.
Способы вставки и их применение. Известны четыре способа вставки блоков в крышки: обыкновенная (на форзацы), на гильзу, глухая и в карманы (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Способы вставки блоков в переплетные крышки: а— на форзацы;
б— на гильзу; в — глухая; г— в карманы; 1 — блок; 2— крышка;
3 — форзац; 4 — клеевой слой; 5 — гильза; 6 — наружная крышка;
7 — карманы наружной крышки
Последние три способа вставки имеют весьма ограниченное применение, так как для подавляющего большинства выпускаемых в России и странах СНГ книг применяется сравнительно
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
351
простая в исполнении вставка блоков на форзацы. Вставка на гильзу, обеспечивающая высокую прочность связи переплетной крышки с блоком и сохраненность формы корешка, целесообразна при выпуске многообъемных книг большого формата, рассчитанных на большой срок службы и интенсивное пользование, масса книжных блоков которых превышает 1,5 кг, — энциклопедий, многообъемных словарей и справочников и др. Вставка в карманы специально изготовленных переплетных папок (преимущественно пластмассовых) применяется при изготовлении рекламных изданий и беловых товаров: дневников, календарей книжного типа, блокнотов, записных книжек и др. Пгухая вставка, при которой переплетная крышка соединяется с книжным блоком не только с помощью форзацев и клапанов корешкового материала, но и по поверхности корешка блока и крышки, иногда применяется при ремонте библиотечных книг с целью повышения их срока службы. В книжном производстве глухая вставка не применяется, так как корешок книги быстро теряет форму и гладкость поверхности при пользовании книгой.
Ручная вставка на форзацы. На малых полиграфических предприятиях вставку блоков в крышки выполняют вручную: форзацы промазывают клеем с помощью широкой кисти, уложив блок на доску с тупыми деревянными или пластмассовыми шипами. Промазанный клеем блок укладывают на развернутую переплетную крышку, ориентируясь по величине кантов и ближнему краю отстава, после чего плотно натягивают свободную сторонку крышки на корешок блока и верхний форзац. Готовые книги укладывают в стопки корешками в разные стороны для прессования и сушки в запрессованном виде. При ручной вставке блоков в крышки малообъемных изданий с толщиной блока до 4-6 мм допускается промазка клеем внутренней поверхности крышки, так как при промазке форзацев возможны затекание клея на грани обрезов тонкого блока и склейка листов.
Машинная вставка блоков в крышки. На средних и крупных полиграфических предприятиях применяют книговставочные машины и автоматы, входящие в состав поточных линий: 2БВ-270 (Ходоровский ЗРПМ, Украина), ЕМР и КЕ (фирма «Кол-бус», Германия) и другие, в которых автоматизированы все операции по вставке блоков в крышки: промазка форзацев клеем, соединение и центрирование крышки по отношению к блоку и прижим сторонок крышки к блоку. Книговставочные автоматы 2БВ-270 и ЕМР рассчитаны на обработку изданий средних и
352
Раздел 9
больших форматов (от 70x90/32 и 84x108/64 до 84x108/16) при толщине блоков от 8 до 50 мм и скорости работы до 45 и 50 цикл/мин, а автоматы КЕ — на обработку изданий малых и средних форматов (от 60х 110/128 до 84х 108/32) толщиной от 4 до 28 мм со скоростью до 35 цикл/мин.
Вставка на гильзу. При ручной вставке на гильзу из прочной клееной бумаги с соблюдением долевого раскроя изготавливают плоскую трубку ширина которой должна быть равна длине дуги корешка, а высота — на 2 мм меньше высоты блока после обрезки. Промазав корешок блока поливинилацетатным клеем, выравнивают и прижимают гильзу по высоте и дуге корешка блока, после чего, обернув корешковую зону макулатурным листом, притирают ее мягкой тканью к корешку. Чтобы клей не склеивал торцы гильзы и не пачкал капталы, перед вставкой в гильзу вставляют полоску бумаги, свободно входящую в приоткрытую щель гильзы и нависающую над капталами, после чего промазывают гильзу ПВАД. После вставки блока в крышку (сначала на гильзу, а потом на форзацы), прессования и сушки книг бумажные полоски из гильз удаляют.
На средних и крупных полиграфических предприятиях вставка на гильзу может осуществляться на поточных линиях фирмы «Кол бус» (Германия). Оклеечно-каптальный автомат HL этих линий в специальном исполнении может включать секцию для приклейки гильзы. Книговставочный автомат ЕМР или вставоч-но-штриховальный агрегат EMP-FE этих линий в этом случае оснащается устройством для нанесения на гильзу термоклея.
Клеи, применяемые при вставке. Ручная вставка, пооперационное книговставочное оборудование и автоматы ранних моделей требуют подправки положения переплетной крышки по отношению к книжному блоку, поэтому в этих случаях применяют малоконцентрированные клеи, имеющие большое открытое время и хорошее скольжение. Этим требованиям отвечает крахмальный клей 9-12%-ной концентрации, который длительное время применялся преимущественно на данной операции. Однако картофельный крахмал, имеющий хорошие технологические свойства, является пищевым продуктом, а его рабочий раствор не стоек при хранении. Близким по технологическим свойствам является 8-12%-ный раствор натриевой соли карбок-симетилцеллюлозы (NaKMIJ,), обладающий хорошей сохраняемостью и получивший широкое применение. Все же при пористом картоне и грубофактурных покровных переплетных мате
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции 353
риалах скольжение блока по отношению к переплетной крышке при применении этого клея затруднено, поэтому при вставке блоков в переплетные крышки, покрытые штапельным полотном, коленкором марки КВК и КОК, обложечной бумагой и в некоторых других случаях предпочитают применять крахмальный клей.
При вставке блоков в крышки, покрытые коленкором марок КМК и КВК, ледерином марки А, в карбоксиметилцеллюлозный клей добавляют от 3-5 до 10-15% ПВАД, что обеспечивает большую прочность склейки форзацев с клапанами покровных материалов с нитроцеллюлозной отделкой или покрытием. Невпитывающие материалы (лакированная обложечная бумага, припрессованная полимерная пленка, поливинилхлоридное покрытие бумвинила и балакрона, материалы с нитрополиамидным покрытием, пластмассовые переплетные крышки) требуют особых мер для обеспечения надежной склейки форзацев с клапанами покровного материала или всей поверхности пластмассовой крышки. Хорошие результаты обеспечивает введение в клей на основе NaKMIJ, от 10-15 до 25% дисперсии ДПМ50-35В, сополимерной дисперсии СВЭД 1 ОН, а также добавка в клей некоторых поверхностно-активных веществ.
При беспоправочной вставке применяются быстросхваты-вающие клеи с относительно небольшим содержанием влаги, например латексный, содержание воды в котором при добавке 56%-ного костного клея не превышает 67%, тогда как в обычных клеях для вставки блоков в крышки содержание воды изменяется от 78 до 91%.
9.3. Завершающие переплетные операции
К завершающим переплетным операциям относятся прессование и сушка (или кратковременный обжим), штриховка и обертывание книг суперобложкой. Прессование и сушка книг характерны для малых полиграфических предприятий, в которых используется ручная вставка блоков в крышки или вставка на сохранившихся еще книговставочных машинах, требующих подправки положения блоков в крышках, когда используются клеи с большим содержанием воды. На средних и крупных полиграфических предприятиях, эксплуатирующих современные поточные линии, сразу же после вставки выполняются кратковременный обжим и штриховка книг. Для книг подарочного типа
354
Раздел 9
после выдержки их в течение 1-2 суток в фурах или на поддонах часто предусматривается обертывание в суперобложку и контроль готовых книг.
9.3.1. ПРЕССОВАНИЕ И СУШКА КНИГ
При вставке блоков в крышки карбоксиметилцеллюлозным или крахмальным клеями между форзацами и переплетной крышкой в каждую книгу наиболее распространенных форматов (от 70x90/32 до 84х 108/16) вместе с клеем вносится от 4 до 12 г воды при машинной вставке и от 5 до 15,5 г при ручной. Такое значительное одностороннее увлажнение форзацев и картонных сторонок (до 145 г/м2) неизбежно приводит к короблению переплетных крышек, если книги в процессе естественной сушки будут находиться в свободном состоянии. Чтобы избежать коробления сторонок переплетных крышек, повысить плотность и прочность приклейки форзацев и клапанов корешкового материала с переплетной крышкой, устранить воздушные пузыри на поверхностях склейки и повысить компактность изданий, сразу же после вставки блоков в крышки выполняют прессование и сушку книг в зажатом состоянии на прессах типа 4БПК (Гремячинский ЗПМ, Россия), в рабочей зоне которых можно разместить несколько десятков книг, уложенных стопами корешками в разные стероны.
Сущность явлений при прессовании и сушке изданий в переплетных крышках. Сразу же после вставки блоков в крышки значительная часть влаги клея отфильтровывается пористым картоном сторонок крышки, мигрирует в сторону наружной поверхности переплетной крышки вследствие капиллярной диффузии и под действием градиента влагосодержания. Миграция этой части влаги обычно не распространяется за пределы лицевого покрытия покровного материала переплетной крышки, так как оно чаще всего влагонепроницаемо и соприкасается с таким же покрытием других экземпляров книг стопы или с обжимной плитой пресса. Поэтому движение влаги в этом направлении происходит до тех пор, пока влагосодержание картона и покровного материала не станет равномерным, а потенциалы влагосодержания материалов — одинаковыми. В дальнейшем влага будет перемещаться в противоположном направлении, к центру книжного блока.
Движение влаги клея внутрь блока первоначально затруднено, так как этому с каждой стороны книги препятствуют по два
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
355
листа форзаца, состоящих из относительно толстой клееной бумаги, трудно проницаемой для воды. По мере намокания листов форзацев начинается миграция влаги внутрь блока, вплоть до выравнивания влагосодержания всех материалов.
Этот процесс не является сушкой в полном смысле слова, так как только часть влаги удаляется через обрезы, а значительная ее часть равномерно распределяется в толще материалов книжного блока и переплетной крышки, всего на 0,5-3,0% (в зависимости от толщины блока и картона) повышая влагосодержание книги.
Факторы, влияющие на длительность прессования и сушки книг. Длительность прессования и выдержки книг в спрессованном виде определяется в основном удельным количеством влаги (отнесенной к единице площади форзацев), внесенной с клеем, толщиной блока и видом бумаги блока.
Толщина блока. Если фронт влаги в процессе влагопереноса перемещается в соседний слой материала такой же толщины и массы сухого вещества, то влагосодержание и градиент влагосодержания обоих слоев по отношению к соседним фронтальным слоям понижается вдвое. Из этого вытекает, что при изотермическом процессе скорость миграции влаги понижается, а продолжительность ее перераспределения возрастает пропорционально толщине блока.
Относительно тонкие книги (толщиной до 10-12 мм) прессуют кратковременно, в течение 20 мин — 1ч. Д лительное прессование тонких^книг может привести к склеиванию листов из-за вытеснения клея на обрезы, а в случае прессования книг в переплетных крышках типа 5 - к склейке их бумажных покровных сторонок. Толстые книги (толщиной 20-50 мм) выдерживают в спрессованном виде в течение 4-10 ч пропорционально толщине книжного блока. Каждый сантиметр толщины блока требует примерно 2-часовой выдержки.
Вид бумаги книжного блока. Скорость движения влаги в печатной бумаге зависит от ее проклейки, а также от объемной массы и других показателей, определяющих ее пористость. В клееных видах бумаги, плохо смачиваемых водой, движение влаги затруднено. Книги, отпечатанные на офсетной бумаге, альбомы и атласы, отпечатанные на иллюстрационной и картографической бумаге, требуют значительно большей выдержки под прессом, чем издания, отпечатанные на неклееной и слабоклееной бумаге для глубокой и высокой печати.
356
Раздел 9
Причины и способы устранения коробления переплетных крышек после вставки. Одностороннее увлажнение неизбежно вызывает скручивание и коробление бумаги и переплетных материалов (см. подразд. 7.5), если процесс их сушки происходит в свободном состоянии. Коробление переплетных крышек в готовых книгах увеличивается, если используются клеи с большим влагосодержанием, для крышек изданий большого формата применяется тонкий картон, а при тонком картоне — относительно толстая (100 и 120 г/м2) обложечная и офсетная бумага в качестве покровного материала.
Коробление крышек может быть уменьшено на стадии проектирования технологического процесса — при выборе переплетных материалов и клеев и в процессе их сборки (см. подразд. 7.5.3). При беспоправочной вставке рекомендуется использовать дисперсионные клеи, применение которых значительно уменьшает коробление. В случае досушки книг в фурах и на поддонах стопы книг следует придавливать доской из ДСП, чтобы верхние сторонки крышек плотно прилегали к своим блокам.
9.3.2. ШТРИХОВКА КНИГ
Штриховка книг (нанесение углубленных рубчиков на лицевой стороне переплетных крышек возле кромок картонных сторонок по местам расставов) является элементом внешнего оформления книг, придавая им опрятный вид, улучшает их раскрываемость по шарнирам расставов, способствует сохранности внешнего вида и формы корешковой зоны переплетных крышек. Штриховка выполняется на штриховально-обжимных автоматах FE и вставочно-штриховальных агрегатах EMP-FE (фирма «Колбус», Гёрмания) или на автоматах БКБ-270 (Харьковский ЗПМ, Украина), входящих в состав современных поточных линий по изготовлению книжных изданий большими и средними тиражами.
В процессе штриховки нагретые с закруглениями по радиусу тупые плоские ножи обтягивают покровный материал переплетной крышки по всей ширине расставов, разглаживают его; полимерное покрытие покровного материала под действием повышенной температуры и внешнего давления становится пластичным, фактура материала заметно сглаживается. Подплавление и последующее затвердевание пленки костного клея на внутренних полосках расставов способствует фиксации полученных де
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции 357
формаций растяжения по ширине расставов и сжатия по направлению действующей силы.
На современном оборудовании осуществляется так называемая штриховка «по сырому» сразу после вставки блоков в крышки, что обеспечивает высокое качество штриховки, так как повышенное влагосодержание корешковой зоны способствует получению четких, с гладкой поверхностью рубчиков, стойких к многократному раскрыванию книги.
Факторы, влияющие на качество штриховки. Качество штриховки (см. подразд. 9.3.3) определяется точностью положения рубчиков по месту расставов, глубиной, стойкостью и четкостью краев рубчиков.
Точность положения рубчиков зависит от точности размера книги по ширине и плотности вставки блоков в крышки. Чтобы обеспечить точное положение рубчиков, штрихующие ножи должны располагаться точно посередине расставов. Глубина, стойкость и четкость краев рубчиков при их правильном положении зависят от режима штриховки—давления и температуры ножей. В штриховальных автоматах давление штриховки зависит не только от точности регулировки механизма натиска в соответствии с размером по корешку и толщиной книги, но и от степени калибровки блоков по толщине, коэффициента спрессованности каждой книги в тираже. В современных штриховаль-но-прессующих автоматах и агрегатах штриховальные ножи и прессующие станции имеют раздельный гидропривод, что обеспечивает одинаковое давление при неравномерной толщине книг в тираже и контроль величины давления при различных форматах изданий и толщине книг.
Температура штриховальных ножей должна соответствовать типу полимерного покрытия покровного материала переплетных крышек и может колебаться в пределах от 60°С для материалов с поливинилхлоридным покрытием до 150°С для бумаги с лаковым покрытием и припрессованной полимерной пленкой.
9.3.3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВСТАВКИ, ОБЖИМА И ШТРИХОВКИ КНИГ
При пооперационной обработке и при вставке блоков в крышки с подправкой качество книг проверяется после каждой операции - вставки, прессования и штриховки. На современных скоростных поточных линиях все три операции выполняются на агрегатированном оборудовании, поэтому контролируют готовые книги. Оценка качества вставки, обжима и штриховки
358
Раздел 9
производится по следующим показателям: соответствие блока переплетной крышке; правильность положения блока в крышке; плотность вставки; точность размеров и отсутствие косины верхних, нижних и передних кантов; плотность и прочность приклейки клапанов корешкового материала и форзацев к крышке; отсутствие повреждений, коробления и чистота крышек; свободное раскрывание сторонок крышки; отсутствие перекоса корешка; чистота и отсутствие повреждений обрезов; отсутствие склейки листов; точность положения, отсутствие косины и стойкость рубчиков при раскрывании.
Первые два показателя качества являются безусловными, так как из-за наличия чужого или перевернутого блока (другого издания, верхними полями вниз) бракуется издание. Плотность вставки или плотность прилегания корешка переплетной крышки к корешку блока может быть оценена с помощью измерительного клина массой 102 г, предложенного автором [5]. Клин с отношением толщины обуха к его длине 1:10 имеет в сечении вид равнобокой трапеции и шкалу на широком основании трапеции с делениями через 5 мм. При измерении блок устанавливается на столе или любой другой опоре вертикально, а измерительный клин вставляется в щель между корешками крышки и блока, широким основанием к обрезу блока, и опускается под действием своей силы тяжести, равной 1 Н. Точность измерения плотности вставки клином - 0,5 мм.
Точность расположения блока в крышке проверяют по величине верхних, нижних и передних кантов, размеры которых должны быть 2 и 3 мм, 3 и 4 мм, 4 и 5 мм соответственно для малых, средних и больших форматов. Величина кантов иотсут-ствие их косины, которое определяется по разнице значений двух измерений у противоположных краев сторонок крышки, могут быть измерены линейкой или рулеткой с упором, фиксирующим начало отсчета.
Плотность и прочность приклейки клапанов корешкового материала и сторонок форзацев определяются визуально по отсутствию пузырей, складок, отставаний по кромкам сторонок форзацев и у корешковой кромки картонных сторонок. Прочность склейки клапанов корешкового материала с переплетной крышкой в лабораторных испытаниях может быть определена по удельной силе вырыва блока из крышки, которая должна быть не ниже 3,0 кН/м (кгс/см).
Отсутствие повреждений и чистота крышки являются безусловными показателями качества. Небольшие загрязнения
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции 359
могут быть устранены влажной тряпкой или резинкой. Свободное раскрывание сторонок крышки проверяется вручную: при полном раскрывании каждой сторонки они не должны тянуть за собой лист форзаца, крайние и последующие листы блока вследствие склейки листов из-за избытка клея и неплотной вставки.
Отсу тствие перекоса корешка (симметричность его формы относительно лицевых плоскостей переплетной крышки), чистота и отсутствие повреждений обрезов, глубина, четкость краев и стойкость рубчиков при неизменности их глубины и четкости краев после раскрывания проверяются визуально. Точность положения рубчиков и отсутствие косины в их положении также проверяются визуально, но в сомнительных случаях, когда значение показателя может выходить за допустимые пределы, — с помощью измерительной линейки или лупы ЛИ-3, а глубина штрихов— с помощью индикаторного глубиномера.
9.3.4. ОБЕРТЫВАНИЕ КНИГ СУПЕРОБЛОЖКОЙ
При изготовлении сувенирных, юбилейных и других изданий улучшенного и подарочного типов применяются различные типы суперобложек: обыкновенная, многосгибные с параллельной и комбинированной фальцовкой, с высечкой фасонного отверстия, двойная, бандероль (в виде узкой ленты), обложка-закладка с фальцовкой по кромкам переднего обреза. В подавляю-
Рис. 9.3. Схема книги, покрытой обыкновенной суперобложкой:
1 — книга; 2 — суперобложка
щем большинстве случаев применяется обыкновенная суперобложка, покрывающая всю наружную поверхность обложки или переплетной крышки, с клапанами, подворачиваемыми под сторонки обложек или крышки на ширину не менее 1 /3 ширины блока (рис. 9.3). Клапаны суперобложки могут быть большими по ширине, если при этом не требуется использовать бумагу
большего формата. При этом уменьшаются отходы при раскрое. Если к суперобложкам будет припрессовываться полимерная
360
Раздел 9
пленка, то ширина клапанов для изданий средних форматов должна быть не менее 90 мм.
Для суперобложки применяют офсетную, иллюстрационную или мелованную бумагу поверхностной плотностью 100-140 г/м2, иногда — прозрачную триацетатную пленку толщиной 70 мкм, бумагу с припрессованной алюминиевой фольгой. Бумажные суперобложки, как правило, отделывают лакировкой или припрессовкой полимерной пленки (см. подразд. 2.2).
Изготовление суперобложек обычно состоит из двух операций: нанесение полимерного покрытия (лакировка, припрессовка прозрачной неокрашенной полимерной пленки) и раскрой суперобложек; фальцовку заранее не производят. Во избежание скручивания для припрессовки рекомендуется применять полимерную пленку толщиной не более 20 мкм. При выборе варианта раскроя следует учитывать безусловное требование: все материалы суперобложек должны иметь долевой раскрой: машинное направление бумаги и полимерной пленки — вдоль корешка книги. Размеры готовых суперобложек могут быть рассчитаны по формулам
шс=Тс+2,67ш + 4К, (9.1)
вс=в+2квн, (9.2)
где шс и вс—ширина и высота суперобложки, мм; Тб — толщина блока (или длина дуги корешка), мм; шив — ширина и высота блока после обрезки (формат издания), мм; К—толщина картона переплетной крышки, мм; квн — ширина верхних и нижних кантов, мм.
Обертывание суперобложкой изданий в обложке производят вручную или с применением крытвенной машины. В последнем случае издания подрезают по переднему полю, после чего кроют суперобложкой с приклейкой ее по корешку на крытвенной машине типа БИП-5 (Харьковский ЗПМ, Украина), вручную подгибают клапаны суперобложки под сторонки обложки и делают обрезку по нижнему и верхнему полям.
Обертывание суперобложкой изданий в переплетной крышке на малых полиграфических предприятиях выполняют вручную или с применением простого приспособления в виде упора, закрепляемого над клапанами задних сторонок стопы суперобложек, которое позволяет точно фиксировать книгу на суперобложке, повышает производительность ручного труда и точность обертывания книги суперобложкой. На средних и больших по
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
361
лиграфических предприятиях обертывание суперобложкой производится на автоматах SU-М и SU-Н (фирма «Колбус», Германия), позволяющих обрабатывать издания форматом от 84х 100/ 64 до 74x108/8 толщиной от 10 до 60 и 80 мм. Максимальная техническая скорость автомата SU-M — 40 цикл/мин, SU-H — 70 цикл/мин.
Книги, поступающие на автоматы для крытья суперобложкой, не должны иметь склеенных листов вследствие затеков клея на обрезы при вставке или обильной закраске обрезов, так как это приводит к смятию блока исполнительными механизмами автоматов и значительному возрастанию технических отходов.
Качество крытья книжных изданий суперобложкой оценивают по следующим показателям: точности положения суперобложки по высоте книги; точности совмещения корешка суперобложки с корешком книги; отсутствию косины в положении суперобложки; плотности прилегания клапанов суперобложки к передним кромкам обложки или переплетной крышки; плотности прилегания сторонок обложки или крышки к блоку; плотности приклейки суперобложки к корешку обложки; отсутствию загрязнений и повреждений суперобложки.
Все показатели качества оцениваются визуально, в сомнительных случаях—с помощью измерительной линейки или рулетки с упором, фиксирующим начало отсчета. Плотность прилегания сторонок обложки или крышки книги, после того как клапаны суперобложки подвернуты под сторонки, должна быть полной: клапаны не должны топорщиться и открывать обложку или крышку книги, лежащей свободно на горизонтальной поверхности стола.
9.4. Упаковка и хранение книжных изданий
Упаковка готовых книжных изданий выполняется для сохранности, удобства транспортировки книжно-журнальной продукции на склады готовой продукции полиграфических предприятий, книготорга, в книжные магазины и библиотеки, а также для удобства хранения и учета имеющейся на складах продукции.
9.4.1. ВИДЫ УПАКОВКИ КНИЖНЫХ ИЗДАНИЙ
Требования к упаковке. Виды упаковки и основные требования к ней регламентируются отраслевым стандартом ОСТ
362
Раздел 9
29.2- 83. Стандарт предусматривает два вида упаковки: в пачку из бумаги или коробочного картона и в ящики из гофрированного картона. Допускается также упаковка продукции в термоусадочную пленку.
Перед упаковкой издания укладывают в стопы плашмя, корешками и передними обрезами в разные стороны, через одну книгу или через привертку. В зависимости от формата (и площади, занимаемой одним экземпляром) укладка книжных изданий делается в одну, две, три, четыре и в восемь стоп (табл. 9.1).
Таблица 9.1
Укладка книжных изданий при упаковке
Число стоп Доли листа Формат и доля листа
максимальные минимальные
1 1/6, 1/8, 1/12, 1/18, 1/20 84x108/6 80x100/20
2 1/12, 1/16, 1/18, 1/20, 1/24, 1/32 70x75/12 70x100/32
3 1/32 84x90/52 70x90/32
4 1/20,1/24, 1/32, 1/64 60x70/20 70x100/64
8 1/64, 1/128 84x108/64 60x70/128
Число экземпляров в сформированных стопах определяется максимально допустимой массой пачки, которая не должна превышать 8 кг, или заполненного ящика и высотой стопы для данного формата (она не должна превышать 0,85 ее наименьшего размера в основании), а также удобством счета: стопа многообъемных изданий большого формата может содержать любое их число до шести экземпляров, а в остальных случаях число экземпляров в единице упаковки должно быть четным или кратным пяти.
Упаковка в пачки. Для упаковки книжных изданий в пачки применяют коробочный картон марок Б и Г по ГОСТ 7933 толщиной 0,5-0,8 мм или более толстый картон любых марок с предельным напряжением разрыва не менее 18 МПа. Может быть использована также оберточная (сульфатная и сульфитная) и мешочная бумага поверхностной плотностью от 70 до 120 г/м2. Тонким коробочным картоном толщиной до 0,7 мм и оберточной бумагой сформированную стопу обертывают в два слоя. При использовании для упаковки бумаги под обвязочный материал укладывают прокладки из коробочного картона толщиной 0,5-1,0 мм.
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
363
Рис. 9.4. Виды формирования пачек при механизированной (а) и ручной упаковке (б, в, г)
Скрепляют завернутые пачки обвязкой или склеиванием клапанов, причем обвязка может быть перекрестной и параллельной в две и три петли. При перекрестной обвязке применяют две прокладки шириной не менее 80 мм по периметру или четыре укороченные — по две с противоположных граней пачки. При параллельной обвязке двумя петлями применяется одна прокладка по периметру пачки шириной не менее 150 мм, тремя петлями — не менее 220 мм. Виды пачек механизированной и ручной упаковки и варианты обвязки показаны на рис. 9.4 и 9.5. Для обвязки применяют полипропиленовую ленту по ТУ 38-1021 линейной плотностью 250-333 текс (г/км), с разрывным усилием 10-12,5 даН, высокопрочную полиэтиленовую ленту по ТУ 6-19-193 толщиной (0,5 ± 0,1) мм с разрывным напряжением 120 МПа и клеевую ленту на бумажной основе шириной 50-70 мм по ГОСТ 18251 с разрывным усилием не менее 8 даН. Склейка нахлеста краев бумаги и клапанов выполняется ПВАД, костным или казеиновым клеем.
Упаковка в ящики. Для упаковки применяются стандартные ящики из гофрированного картона по ОСТ29.47. Размеры ящи
364
Раздел 9
ка подбирают с таким расчетом, чтобы зазоры между стенками ящика и сформированной стопой или столбцами были минимальными. Если величина зазоров превышает 10 мм, то применяют картонные прокладки и вкладыши. Укладку изданий выполняют вручную, а клапаны ящика скрепляют клеевой лентой или перекрестной и параллельной обвязкой.
Рис. 9.5. Виды прокладок и обвязки при упаковке книжных изданий: а — перекрестная обвязка с двумя прокладками по периметру пачки;
б— параллельная в две петли с одной прокладкой по периметру пачки;
1 — пачка; 2 — картонная прокладка; 3 — обвязочный материал
Упаковка в футляры. Для энциклопедических изданий и изданий подарочного типа изготавливаются футляры, различающиеся по числу экземпляров книг, которые могут быть в них вставлены (на один, два тома и более), конструкции (прямые, с высечкой, с клапанами, со скосом), по виду материала (цельнокартонные, оклеенные бумагой или переплетным покровным материалом), способу скрепления клапанов и деталей (сшитые проволокой, склеенные, без скрепления), виду оформления (с тиснением, с печатью по картону или покровному материалу, без оформления). Некоторые виды футляров представлены на рис. 9.6.
Цельнокартонные футляры изготавливают из переплетного и коробочного картона, а также картона хром-эрзац. Основой для оклеенных футляров служит переплетный картон марок Б, Г и А толщиной до 1,5 мм, а для его оклейки используются те же покровные материалы, что и для переплетных крышек с клеевым соединением деталей.
На малых полиграфических предприятиях при изготовлении футляров раскрой материалов производят на картонорубилках типа КР-1200 (Харьковский ЗПМ, Украина) или на одноножевых бумагорезальных машинах, а все операции по изготовлению и оклейке заготовок — в основном вручную, используя специальные устройства для нанесения клея на детали и клапаны. При
Крытье блоков обложкой. Вставка блоков в крышки и завершающие операции
365
Рис. 9.6. Виды футляров: а — цельнокартонный, сшитый проволокой;
б — цельнокартонный со скосом; в — цельнокартонный без скрепления; г— футляр-кассета с кантами; д — прямой, оклеенный для комплекта книг
скреплении клапанов футляров для миниатюрных изданий применяются только клеевые соединения, а при изготовлении цельнокартонных футляров для обычных изданий—шитье проволокой.
На средних и крупных полиграфических предприятиях используют картонораскройное и тканераскройное оборудование, машины для биговки картонных заготовок и высечки шлицев и заготовок сложной конфигурации. Для шитья клапанов применяют тарные проволокошвейные машиныунифицированного ряда ЗТПШ-50 с вылетом швейной головки 50 см (Киевский ЗПМ, Украина). Печать и тиснение производят только на заготовках, до оклейки основы футляра покровным материалом. Вставку книжных изданий в футляры при любых тирах производят вручную.
366
Раздел 9
Механизированная упаковка. Ручная упаковка книжных изданий в бумагу с подкладкой картонных заготовок на ребра пачек и наклейкой ярлыков допустима лишь на малых полиграфических предприятиях, загрузка которых не превышает 500 пачек с книгами в смену. На средних и крупных полиграфических предприятиях может быть применена упаковка в термоусадочную пленку с использованием сравнительно простого и дешевого оборудования, например упаковочной машины ВПУ-500 (Харьковский ЗПМ, Украина). При предварительной запечатке на термоусадочной пленке способом глубокой печати данных издательства, типографии, номеров заказов, надписей «не бросать» и др., как это делается в Болгарии, применение данного способаупа-ковки позволяет отказаться от печатания, раскроя и наклейки ярлыков, так как фамилия автора, наименование издания и число экземпляров в пачке хорошо видны через прозрачную пленку.
На крупных полиграфических предприятиях используют автоматизированное упаковочное оборудование: стопоукладчики HS и DS (фирма «Колбус», Германия), упаковочные машины БУК-390, завертывающие стопу в рулон бумаги или тонкого картона, и комплект упаковочного оборудования БУОК-1 в составе поточной линии «Книга-2-270» (Ходоровский ЗПМ, Украина).
9.4.2. МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ КНИЖНО-ЖУРНАЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
Маркировка. В соответствии с требованиями ГОСТ 14192 и ОСТ 29.2 на каждую пачку или ящик наклеивается бумажный ярлык размером 90x135 ± 5 мм (72x108/64), в котором должны быть указаны следующие данные: название издательства; фамилия автора (если книга написана авторским коллективом, то фамилия первого автора, редактора, составителя); название издания; номер тома, части или выпуска; тип переплетной крышки; число экземпляров в пачке, номер контролера или упаковщика; название и адрес полиграфического предприятия; номер заказа или шифр издания; надпись «не бросать». При выпуске специальной литературы в верхней части ярлыка выделяющим шрифтом (кеглем не менее 20 п.) или цветной краской должны быть напечатаны соответствующие надписи: «выставочный фонд», «повышенное качество», «экспорт». Ярлыки для многотомных изданий или изданий одного наименования, выходящих на различных языках несколькими выпусками или частями, следует печатать на бумаге различного цвета или красками разных цветов или иметь отличительную цветную полосу.
Название издания, число экземпляров и надпись «не бросать» должны быть напечатаны кеглем не менее 12 п.; шифр издания должен быть напечатан кеглем не менее 48 п. в правой части ярлыка. Ярлык наклеивается на боковую сторону пачки или ящика вручную. Если пачка или ящик обвязывается шпагатом или лентой, то ярлык наклеивается на узел или на концы ленты или шпагата. При упаковке в термоусадочную пленку ярлык может быть положен под пленку.
Транспортировка и хранение издании. При транспортировке упакованных изданий на склад готовой продукции должно быть выполнено основное требование: пачки, ящики и издания, находящиеся в них, обвязка и ярлыки не должны быть повреждены. При укладке пачек на поддоны, щиты или на транспортер, при погрузке в автомашины и разгрузке запрещается брать пачки за обвязочный материал и бросать.
Для транспортировки пачек и ящиков на склад готовой продукции полиграфического предприятия используют электропогрузчики или ленточные транспортеры, на малых предприятиях — ручные тележки. Надежной защитой от рассыпания и хищения упакованной продукции является ее обертывание прочной термоусадочной пленкой с применением робототехники, а также скрепление упакованной в картонные ящики продукции вместе с поддоном двумя-тремя стальными лентами с помощью инструментов фирмы «Циклоп Интернейшнл». Все последующие перевалочные работы в этом случае осуществляются с помощью автопогрузчиков.
Перевозка изданий на склады книготорга и в книжные магазины должна производиться только в крытых автомашинах, обеспечивающих их сохранность от атмосферных осадков. На складах пачки и ящики с готовой продукцией должны храниться на поддонах или щитах в штабелях высотой не более 1,8 м. Помещение склада должно быть закрым, сухим, защищенным от проникновения атмосферной или почвенной влаги.
Раздел 10. Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
Качество и показатели качества продукции. Напомним, что качество продукции — это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество характеризуется показателями качества продукции — количественной характеристикой свойств, входящих в состав ее качества, рассматриваемой применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления. Различают единичные, комплексные и интегральные показатели качества. Единичный показатель качества продукции — это показатель, относящийся только к одному из ее свойств, комплексный показатель — относящийся к нескольким ее свойствам. Интегральный показатель качества — это комплексный показатель качества, отражающий соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление (ГОСТ 15467. Качество продукции. Термины).
Следует подчеркнуть, что технологические показатели качества, относящиеся к условиям создания продукции, существенно влияющие на качество полуфабрикатов и готового изделия, надежность работы и производительность оборудования, могут отличаться от эксплуатационных или потребительских, для потребителя могут не иметь никакого значения. Эксплуатационные показатели качества могут не оказывать влияния на технологический процесс и на внешний вид издания, но это не означает, что их можно не оценивать в процессе производства. В книжном производстве это прежде всего относится кудо-бочитаемости текста, раскрываемости книги и ее долговечности — показателям, важнейшим для рядовых читателей и книголюбов.
10.1. Методы и средства контроля качества полуфабрикатов ТБПП
Нормативные документы возлагают ответственность за изготовление продукции высокого качества на всех должностных лиц от мастера участка и работников лаборатории до главного
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
369
инженера и директора полиграфического предприятия, но в первую очередь — на непосредственных исполнителей. Технологические инструкции по ТБПП [2] указывают, что непосредственный исполнитель в процессе изготовления тиража должен систематически проверять качество своей продукции, а по окончании работы сдавать продукцию мастеру участка, который оценивает ее качество. Для повышения личной ответственности для каждого полуфабриката и готового книжного издания вводится система контрольных меток исполнителя — полоски цветными карандашами или чернилами, оттиски штемпелем или блинто-вым тиснением холодным штампом на корешковых полях форзацев, тетрадей и блоков, на торцевых кромках простых деталей, на отставе, внутренней стороне крышки или на обложке, на последней странице книги, а упаковщика — на ярлыке.
Мастер участка выборочно проверяет качество партии продукции и при положительной оценке предъявляет ее или дает разрешение предъявить мастеру отдела технического контроля (ОТК). В случае обнаружения брака вся партия возвращается исполнителю для проверки качества и исправления дефектов; оплата за выполненную работу в таких случаях оформляется только после повторной бездефектной сдачи. Полуфабрикаты передаются из цеха в цех и с участка на участок вместе с сопроводительным листом, в котором указывается фамилия исполнителя и дается оценка качества партии полуфабрикатов или готовой продукции по трехбалльной системе: «отличное», «хорошее», «удовлетворительное».
На полиграфических предприятиях со штатом более 100 человек предусматривается организация отдела технического контроля, численность которого определяется списочным составом рабочих предприятия. При числе рабочих до 200 человек отдел состоит из одного-трех работников. На более крупных полиграфических предприятиях штат ОТК составляет около 0,5% от списочного состава: один контрольный мастер на 190-200 рабочих. Главная обязанность ОТК—осуществление контроля за качеством поступающих материалов, находящихся в производстве полуфабрикатов и выпускаемой листовой и книжно-журнальной продукции, за строгим соблюдением государственных и отраслевых стандартов, технических условий, технологических инструкций и соответствием полуфабрикатов и продукции утвержденным эталонам, а также постоянное совершенствование существующей системы контроля и внедрение новых прогрессивных методов организации технического контроля материалов, полуфабрикатов и готовых изданий.
Раздел 10
370
Методика пооперационного контроля изложена в «Инструкции по организации контроля качества полуфабрикатов и готовой продукции» и уточнена в технологических инструкциях [2]. В соответствии с требованиями технологических инструкций рабочий-брошюровщик или переплетчик на ручных операциях, машинист или приемщик на полуавтоматах и автоматах выполняет сплошной (на некоторых операциях — периодический, с периодом от 20 мин до 1,5 ч) контроль полуфабрикатов и изданий, а мастер участка и контрольные мастера — выборочный контроль не менее 3 раз в смену, причем для многих полуфабрикатов указывается объем выборки для контроля— не менее 10 экземпляров.
Исполнители визуально контролируют полуфабрикаты и продукцию, сравнивая ее с эталонным образцом, подписанным мастером участка. Мастера участка и ОТК должны контролировать полуфабрикаты и готовую продукцию с помощью измерительных металлических линеек с ценой деления 1 мм, измерительной лупы ЛИ-4 (ГОСТ 8309), индикаторных глубиномеров, вискозиметров ВЗ-4 или ВЗ-1 (ГОСТ 8420) и ВМС, специальных устройств и приспособлений: угольника для определения косины обрезанного блока, приспособления для измерения ширины шпации переплетных крышек и др. В эпизодических испытаниях на крупных полиграфических предприятиях в лабораторных условиях применяются разрывные машины типа РМБ-30 с широкими зажимами для определения прочности на вырыв или тетрадей модельных блоков, различные приборы для объективного контроля некоторых показателей качества материалов, полуфабрикатов и книг: ПЖУ, МИДП, ИМР, ПСМТ, ПШ и др.
10.2. Недостатки методов и средств контроля
Система контроля качества полуфабрикатов и продукции, разработанная в 60-х годах, морально устарела и имеет ряд существенных недостатков: 1) сплошной или выборочный визуальный контроль, выполняемый исполнителем, субъективен; 2) предлагаемый контроль всех полуфабрикатов по всем единичным и комплексным показателям качества штат мастеров ОТК по брошюровочно-переплетным цехам выполнить не в состоянии; 3) из-за субъективного отбора зачастую контролируются не самые важные показатели качества; 4) не предусматривает документа, фиксирующего время контроля и значение показателя качества; 5) периодичность контроля не согласуется с пе-
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
371
риодом разладки технологического процесса (стабильностью работы оборудования); 6) число полуфабрикатов, подлежащих контролю, для исполнителей не установлено; 7) в ряде случаев объем выборки не согласован с ее видом. Эти недостатки следует рассмотреть подробно.
В брошюровочно-переплетных и отделочных процессах объектов контроля и единичных показателей качества во много раз больше, чем в допечатных и в печатных процессах. Например, при изготовлении изданий в обложке, скрепляемых проволокой внакидку число объектов контроля составляет 14, при клеевом бесшвей-ном скреплении — 17, а изданий в переплетных крышках при по-тетрадном шитье нитками и полной обработке блока — от 38 до 64. После каждой технологической операции каждый полуфабрикат необходимо контролировать по двум, пяти, десяти и более показателям качества, общее число которых превышает 250.
В быстротечном поточном производстве, когда рабочая скорость полуавтоматического оборудования составляет 25-30 цикл/мин, а у современного автоматизированного оборудования - от 45 до 333 цикл/мин, за время 0,2-2,0 с сплошной визуальный контроль полуфабрикатов с среднем по пяти показателям качества выполнить физически невозможно. Машинист или приемщик может оценить лишь качество отдельных партий полуфабрикатов по одному-двум показателям, которые он считает важнейшими.
Объем загрузки контрольного мастера. Мастер ОТК все полуфабрикаты по всем показателям качества на нескольких поточных линиях должен оценивать качество не менее чем по 10 экземплярам полуфабрикатов не менее 3 раз в смену. Если он обслуживает две поточные линии типа «Книга-2-270» или «Кол-бус», то при объективном контроле он должен произвести около 12 тыс. измерений у 1200 выборок за 28,8 тыс. секунд рабочего времени. При простейших измерениях с погрешностью до 1,0 мм показателей качества типа «ширина книжного блока после обрезки», без записи результатов измерений и не отвлекаясь на другие виды работы, он может выполнить обмер не более 400 выборок. Если погрешность измерения не должна превышать 0.2 мм и показатель качества оценивается с помощью измерительной лупы, то за смену можно произвести обмер 150-200 выборок. Эти расчеты показывают, что для строгого выполнения требований технологических инструкций штат контрольных мастеров должен быть увеличен в 3-8 раз, что нереально, или же в 8-10 раз уменьшить число измеряемых показателей каче
372
Раздел 10
ства, чтобы мастеру ОТК осталось время на другие виды работы, предусмотренные должностной инструкцией.
Выбор важнейших показателей качества. Из-за дефицита времени контрольные мастера контролируют не все показатели, отбирая важнейшие по своему усмотрению. Однако, как показали исследования, проведенные в 80-х годах в МГУП и в УкрНИИСВП под руководством автора, этот выбор далеко не всегда бывает удачным. Так, для тетрадей с приклеенными форзацами по результатам экспертного метода оценки качества продукции большинство экспертов назвали важнейшим показателем качества прочность склейки форзаца с тетрадью, тогда как отрыв форзаца от блока в готовой книге, если склейка произошла, — сравнительно редкое явление. Фактически на производстве контролируют наличие склейки, а не ее прочность.
На всех полиграфических предприятиях обязательно контролируют величину кантов после вставки блоков в крышки, тогда как этот показатель характеризует только эстетический показатель готовой книги, причем, как показали социологические исследования КТБ ГЪскомпечати в Сацкт-Петербурге, наименее значимый для читателей. Более того, точные канты обычно достигаются за счет неплотного прилегания корешков переплетных крышек к корешкам книжных блоков, в ущерб значительно более важному показателю качества — долговечности книг. Но плотность вставки на предприятиях обычно не контролируют.
Обязательно должны контролироваться безусловные показатели качества, при наличии которых бракуется издание: отсутствие тетрадей с неверной фальцовкой и белых (незапечатанных) листов, отсутствие чужих и приклеенных верхним краем вниз вклеек, перевернутых запечатанных форзацев, блоков с чужими, одинаковыми и перепутанными листами, блоков, вставленных в переплетные крышки без их полиграфического оформления, верхним обрезом вниз, в крышки другого издания, отсутствие рваных, мятых и грязных листов.
На основе экспертного опроса, проведенного в типографиях Москвы и Киева, а также литературных данных отобраны важнейшие показатели качества, существенно влияющие на долговечность, эстетические показатели изданий и производительность оборудования (табл. 10.1). Важнейшие показатели качества должны обязательно контролироваться с применением объективных методов контроля, причем разрушающие методы могут применяться один раз в рабочий день или за время прохождения тиража.
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
373
Таблица 10.1
Важнейшие показатели качества полуфабрикатов брошюровочно-переплетных процессов и книг
Показатели качества На что влияют
1. Плотность затяжки фальцев Величину срезки фальцев, размер корешкового поля, плотность шитья, прочность и долговечность книги
2. Высота пачек тетрадей после прессования и упаковки Коэффициент спрессованности тетрадей и блока, плотность шитья, стойкость блока к сдвигу, долговечность книги
3. Величина отступа сгиба форзацев от корешкового сгиба тетради Долговечность книги
4. Ширина склейки форзаца с тетрадью Долговечность книги, вид титульного разворота
5. Плотность шитья Сохранность формы, плотность, долговечность книги
6. Влажность полуфабриката Качество механической обработки блока, глубину и четкость тиснения на крышке
7. Толщина блока в процессе обработки Компактность, долговечность, сохранность формы книги
8. Глубина макронеровностей после фрезерования корешка Глубину проникания клея, прочность склейки листов блока, долговечность издания
9. Прочность склейки листов и тетрадей блока Прочность и долговечность издания
10. Прочность склейки листов блока на многократный изгиб То же
11. Прочность склейки листов блока на вырыв после многократного изгиба »
12. Размеры блока после обрезки Величину к антов, плотность вставки после подправки
13. Размеры дуги корешка после кругления корешка и отгибки фальцев или краев То же
14. Высота отгибки фальцев, краев корешка Прочность связи крышки с блоком, раскрываемость, прочность и долговечность книги
15. Прочность склейки корешкового материала с блоком Прочность связи крышки с блоком, прочность и долговечность книги
16. Ширина шпации перплетной крышки после сборки, сушки Величину кантов. При вставке с подправкой - плотность вставки, долговечность книги
17. Размеры переплетной крышки после сборки, сушки То же
18. Положение оттиска на корешке крышки в многотомном издании Эстетический показатель комплекта книг
314
Раздел 10
Окончание табл. 10.1
Показатели качества На что влияют
19. Глубина тиснения Четкость изображения, товарный вид книги
20. Четкость границ оттиска полиграфической фльгой То же
21. Прочность оттиска фольгой на истирание Сохраняемость товарного вида книги
22. Плотность вставки блока в переплетную крышку Величину передних кантов, прочность и долговечность книги
23. Прочность склейки форзацев с покровным материалом Вид первого и последнего разворотов книги
24. Ширина кантов Эстетический показатель книги. При вставке по кантам — долговечность книги
25. Глубина штрихов Раскрываемость,товарный вид книги
26. Прочность связи крышки с книжным блоком Прочность книги
27. Раскрываемость книги Удобство пользования, удобочитаемость, прочность и долговечность книги
28. Прочность клеевого скрепления листов книги на вырыв после многократного изгиба («перелистывания») | Прочность и долговечность книги
10.3. Объективные методы контроля качества полуфабрикатов и книг
Объективный контроль качества полуфабрикатов и книг предполагает использование различных средств измерения — от простейших измерительных инструментов, устройств и приспособлений до сложных приборов и машин различного принципа действия. В цеховых условиях машинист, мастер участка или контрольный мастер используют измерительные инструменты или устройства, позволяющие за 15-60 с или несколько минут измерить показатели качества 3-5 экземпляров полуфабрикатов. Некоторые показатели качества (например, условную вязкость клея, точность приводки при тиснении и др.) можно контролировать автоматически, но средства автоматического контроля в брошюровочно-переплетном производстве пока единичны. Так как об автоматизированном контроле всех полуфабрикатов по всем показателям качества говорить еще рано, то в брошюровочно-переплетном производстве целесообразно ис
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
375
пользовать объективный статистический контроль важнейших показателей качества. Этот вид контроля на средних и крупных полиграфических предприятиях позволит существенно повысить качество полуфабрикатов и готовой продукции. Применение именно данного вида контроля позволило, например, фирме «Ренк Ксерокс» доверить изготовление деталей и сборку своей высококачественной продукции более чем тремстам предпри
ятиям, расположенным в разных регионах мира, в том числе и в странах, не отличающихся высокой культурой производства.
Для статистического контроля характерны четкая методика и последовательность мероприятий по внедрению его на производстве: 1) определение важнейших показателей качества полуфабрикатов и готовой продукции; 2) определение периода разладки технологического процесса на оборудовании, выполняющем соответствующие операции; 3) определение периодичности контроля; 4) выбор вида статистического контроля; 5) разработка или уточнение вида контрольных карт для фиксации результатов периодического контроля; 6) обучение персонала пользованию измерительными инструментами, устройствами и приборами и заполнению контрольных карт.
Важнейшие показатели качества определяются с применением экспертного метода оценки качества (см. подразд. 10.2):
группе экспертов предлагается заполнить анкеты с перечнем
показателей качества какого-либо полуфабриката или готовой продукции и дать каждому показателю оценку в баллах. По результатам анкетирования вычисляются коэффициенты весомости каждого показателя качества, по которым и определяются важнейший или важнейшие показатели качества. Периодом разладки технологического процесса автором предлагается считать время, в течение которого среднее арифметическое значение показателя качества
Рис. 10.1. Определение периода разладки технологического процесса по точностной диаграмме
изменяется на величину, равную половине поля допуска (рис.
10.1) . Периодичность контроля должна быть равна или меньше
376
Раздел 10
периода разладки технологического процесса. Период отбора выборок при статистическом контроле округляется до значений 0,5; 1; 1,5; 2 и 2,5 ч и четко оговаривается в нормативном документе.
ГОСТ 15893 «Статистическое регулирование технологических процессов при нормальном распределении контролируемого параметра» предлагает четыре вида контроля: по контрольным картам средних арифметических значений х , медиан М, разма-хов R и средних квадратичных отклонений о. Для брошюровочно-переплетных процессов, в которых точность измерения размерных показателей качества не выше 0,5-0,05 мм, целесообразно применять самый простой метод медиан, не требующий расчетов, так как медианой является среднее значение показателя в числовом ряду. При нечетном числе экземпляров в выборке медиана (второе значение из трех, третье — из пяти и т.д.) выделяется любым значком (рис. 10.2).
Выборка может быть мгновенной, случайной и общей (ГОСТ 15895 «Качество продукции. Статистические методы управления качеством. Термины»). В брошюровочно-переплетных процессах целесообразно отбирать мгновенные выборки объемом 5 или 3 экземпляра, так как объем случайной выборки (не подряд, а в случайном порядке из потока продукции, как это обычно рекомендуют технологические инструкции [2]), должен быть, чтобы она была представительной, на порядок больше: от 25 до 200 экземпляров или измерений.
При введении статистического контроля отбор выборок делается через равные промежутки времени в соответствии с установленным периодом отбора, а результаты измерений показателя качества наносятся на контрольную карту медиан в виде точек. Если медиана (на рис. 10.2 отмечена крестом) находится в пределах границ регулирования, то продукция, изготовленная до момента отбора выборки, принимается без дополнительного контроля. Если же мед иана выходит за границы регулирования, то необходимо сделать соответствующую подналадку оборудования и внеочередную выборку.
Статистический контроль свободен от изложенных выше недостатков (см. подразд. 10.2). Он дисциплинирует исполнителей и контролеров, облегчает проверку результатов контроля. Контрольные карты могут служить объективным документом для поощрения работников за высокое качество и взыскания за низкое качество продукции.
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
377
№ заказа, автор, название Наименование полуфабриката Контролируемый показатель качества Номинальное значение Допуск Граница регулирования
верхняя нижняя
Номер выборки 1 2 3 4 5 6
Время выборки
Брак Верхняя а граница регулирования Номинал Нижняя граница -регулирования Брак
W —
—
Сведения о переналадках
Дата Смена Номер машины Машинист Контроль произвел
Фамилия, И. 0. Подпись
Рис. 10.2. Контрольная карта медиан
10.4. Оценка качества готовых книг
Так называемая система бездефектного изготовления продукции и сдачи ее с первого предъявления, формально действовав
378
Раздел 10
шая в 70-80-е годы, предусматривала отказ от контроля готовой продукции. Перед упаковкой контролировались (и контролируются на ряде предприятий в настоящее время) лишь издания улучшенного и подарочного типов — факсимильные, по искусству, юбилейные, энциклопедические, предназначенные для экспорта. В этих случаях от места выполнения последней операции до упаковки устанавливают столы для контролеров, а в средних и крупных полиграфических предприятиях — ленточный транспортер и по бокам от него — рабочие столы контролеров. Внешним осмотром проверяют качество полиграфического оформления переплетной крышки, вставки и трехсторонней обрезки блока, просмотром «на веер» — отсутствие слипшихся и дефектных листов, раскола корешка. При более детальном осмотре контролируют вид первого и последнего разворотов, наличие первой и последней тетради и вид титульной страницы, наличие и комплектность вклеенных иллюстраций, отсутствие дефектов, бракующих издание.
По окончании проверки контролер ставит штемпелем свою личную метку на заднем форзаце или в другом установленном месте. При отсутствии на предприятии машин для крытья изданий суперобложкой или манжеткой, при комплектовке изданий специальными вложениями и упаковке в футляры эти операции также выполняет контролер, который, закончив эти операции, формирует столу для упаковки.
10.4.1. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДАНИЙ
Прочностью книжно-журнальных изданий принято считать способность материалов и конструкции противостоять растягивающей силе, перпендикулярной к линии корешка. Мерой прочности является удельная сила/(даН/см) — отношение разрушающей силы к высоте книжного блока. Эта так называемая прочность на вырыв, или «пулл-тест» по зарубежной терминологии, применяется для определения прочности на вырыв листов и тетрадей из блока и блока из переплетной крышки (рис. 10.3, а).
Долговечностью называют способность книжных изданий противостоять знакопеременной, постоянной по величине или возрастающей нагрузке (по зарубежной терминологии—«флекс-тест»). В варианте без натяжения объекта испытания этот метод был применен С.Н.Козловым (МГУП) на приборе его конструкции для оценки долговечности книг с форзацами различных
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
379
типов (см. подразд. 4.1.3). К недостаткам метода испытания на долговечность без натяжения сторонки переплетной крышки, тетради или листа блока следует отнести большую длительность испытаний (до 12 ч) и большой разброс результатов при параллельных испытаниях.
Для оценки долговечности книжных изданий, скрепленных клеевым бесшвейным способом, фирмы «Мюллер-Мартини» и «Зиглох» выпускают универсальные приборы FT, позволяющие проводить испытания на прочность (рис. 10.3, б) и на долговечность— на многократный изгиб клеевого соединения листа (так называемое «перелистывание») с плавно возрастающей нагрузкой (см. рис. 1.10, б).
Рис. 10.3. Методы испытания книг на прочность и долговечность: а—на вырыв блока из переплетной крышки; б — на вырыв листа из книжного блока (пулл-тест); в— на силу полного раскрывания, угол раскрываемости и вырыв листа после многократного изгиба («перелистывания»);
F— сила вырыва; 1 — книга; 2—лист; 3 — переплетная крышка
380
Раздел 10
Рис. 10.4. Зависимость прочности КБС от угла вырыва на линии «Зиглох»: 1 — 15-го листа от конца; 2— среднего листа; 3 — 15-го листа от начала блока
В исследованиях, проводившихся в лаборатории ТБПП ВНИИ полиграфии [ 18], в МГУП [ 15] и других, отмечалось, что методики оценки прочности и долговечности изданий по силе вырыва листа и даже по силе вырыва в процессе многократного «перелистывания» не соответствуют реальным условиям эксплуатации книжных изданий, поэтому методики объективной оценки этих показателей непрерывно совершенствуются. Например, И.К.Корниловым предложена методика комбинированного испытания на вырыв листа после 50 его качаний при натяжении с удельной силой 1,7 Н/см, при котором клеевое соединение теряет около 50% первоначального запаса прочности [14]. Дальнейшим развитием испытаний книг на долговечность стала методика, в которой этот показатель оценивается по трем параметрам — силе полного раскрывания книги, углу раскрываемости и силе вырыва листа после его многократного «перелистывания» (рис. 10.3, в).
Исследования, проведенные в технологической лаборатории МПО «Детская книга», подтвердили гипотезу [15], что прочность листов блока на вырыв при клеевом
бесшвейном скреплении зависит от утла вырыва и увеличивается при приближении угла вырыва к реальным условиям эксплуатации книжных изданий (рис. 10.4)
10.4.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СВЯЗИ ОБЛОЖКИ И КРЫШКИ С БЛОКОМ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ИЗДАНИЙ
Факторы, влияющие на прочность связи обложки с блоком. Прочность связи обложки типа 1 с блоком, измеряемая величиной силы отрыва обложки от блока, зависит от прочности обложечной бумаги на разрыв и числа проволочных скоб, которыми скреплено издание, а при шитье нитками в прострочку— от числа стежков, приходящихся на 1 см высоты блока. Проч
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
381
ность связи обложек типов 2 и 3 с блоком определяется полнотой и прочностью склейки. Прочность склейки гибких листовых и пленочных материалов, определяемая по удельной силе отрыва/, зависит от степени проклейки обложечной бумаги и бумаги блока и их прочности на расслаивание, так как разрыв при испытаниях происходит чаще всего не по клеевому слою, а по бумаге.
Наибольшую прочность склейки обеспечивает неклееная бумага, наименьшую — клееная. Поэтому если книжный блок состоит из клееной офсетной бумаги, то прочность склейки клееной обложечной бумаги с тиражной офсетной следует проверять на динамометре; она должна быть не менее 0,35 даН/см.
Факторы, влияющие на прочность и долговечность связи переплетной крышки с блоком. Прочность связи переплетной крышки с книжным блоком при потетрадном шитье нитками и обработке блоков на поточных линиях с приклейкой корешкового материала зависит от прочности склейки корешкового материала с корешком блока, форзацами и картоном сторонок переплетной крышки, прочности склейки форзацев с блоком и крышкой, прочности форзацной бумаги на сгибах, наличия и вида окантовки форзацев или тканевого фальчика, прочности тиражной бумаги. Прочность всех склеек для изданий, рассчитанных на большой срок службы и (или) интенсивное пользование, должна быть не менее 0,5 даН/см.
Наиболее вероятные причины разрушения книг по месту сгибов первых трех разворотов—большой отступ корешкового сгиба форзаца от корешкового края тетради; малая ширина расста-вов, при расчете которых не была уточнена толщина картона переплетной крышки и отстава, упрочняющих деталей, из-за неточностей сборки переплетных крышек; малая плотность вставки блоков в крышки вследствие выравнивания кантов при подправке, несимметричное положение блока в крышке. Эти дефекты, взятые вместе и даже каждый в отдельности, могут привести к такому положению, что ось вращения крышки при раскрывании книги окажется ближе к корешку, чем ось шарнира первого разворота (рис .10.5). При раскрывании книги передняя сторонка крышки «тянет» за собой правую сторонку форзаца и титульный лист блока. При жестком отставе и прямом корешке верхняя сторонка крышки, опираясь на ребро отстава, работает как рычаг первого рода, отрывая листы, или как рычаг второго рода, деформируя корешок переплетной крышки.
382
Раздел 10
Рис. 10.5. Последовательность открывания книги при неплотной вставке и большом отступе приклейки форзаца
Из-за больших напряжений, возникающих даже при аккуратном обращении с книгой, разрушение происходит по наиболее слабому звену, сгибу первого листа блока (см. рис. 10.5), если корешковый материал неплотно приклеен к крайним тетрадям блока; по месту склейки форзацев с тетрадями, если мала прочность склейки или прочность тиражной бумаги на расслаивание; по линии сгибов форзацев, если они уже ослаблены в процессе фальцовки или в результате многократного раскрывания книги при пользовании.
Влияние ширины расставов и плотности вставки на долговечность книг представлено на рис. 10.6. При плотной вставке блоков в переплетные крышки с увеличением ширины расставов долговечность книг по числу открываний верхней сторонки крышки сначала возрастает, достигая максимальной величины при рекомендуемом значении (р = 5 + К, где К—толщина картона сторонок), после чего понижается. С уменьшением плотности вставки (увеличением зазора между корешком блока и корешком переплетной крышки) долговечность книги по числу многократных раскрываний понижается; неплотная вставка в 6 мм снижает долговечность книги более чем в 4 раза.
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
383
Рис. 10.6. Зависимость числа раскрываний книги от ширины расставов (а) и неплотности вставки (б)
10.4.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СРОК СЛУЖБЫ КНИЖНЫХ ИЗДАНИЙ
Срок службы книги, или время от ее изготовления и упаковки до момента полного разрушения или потери познавательной ценности содержания, зависит от многих факторов, основными из которых являются вид литературы, предполагаемый или проектируемый срок службы, инженерная грамотность технолога производственного отдела и брошюровочно-переплетного цеха, уровень культуры производства, возрастная категория читателей и реальные условия пользования книгой.
Минимальный срок службы у рекламных изданий и изданий, обслуживающих различные конференции, съезды и выставки (проспектов, каталогов, тезисов докладов и др.), определяется периодичностью их проведения и, как правило, не превышает двух лет. Малый срок службы и у школьных учебников — в основном из-за неаккуратного обращения с ними учащихся младших классов. По данным ЮНЕСКО, содержание технической литературы, в соответствии с темпом научно-технического прогресса, устаревает в среднем на 50% через 8 лет, поэтому, например, большая часть учебников для вузов должна обновляться примерно с такой же периодичностью, хотя по уровню прочности и долговечности материалов, виду конструкции и качеству изготовления эти издания, предназначенные для взрослых читателей, могли бы прослужить значительно дольше.
Наибольший срок службы — у изданий по искусству и церковной литературы, которые, как правило, изготавливаются из добротных материалов, да и содержание их не устаревает. Эсте-
384
Раздел 10
тическая ценность изданий по искусству, как и сами произведения искусства, со временем возрастает, поэтому они сами по себе требуют бережного обращения от пользователя.
Значительный срок службы (порядка 20 лет) у многообъемных словарей, справочников и энциклопедий объясняется тем, что это —издания для выборочного чтения и малой интенсивности пользования в домашних условиях, они больше лежат у читателя на полках, чем используются; справочники и особенно энциклопедии требуют длительной (до 5 лет) редакционно-издательской подготовки рукописей к полиграфическому производству
Инженерно грамотный технолог не запроектирует печатание многообъемного словаря на газетной бумаге или скрепление издания, предназначенного для длительного пользования, клеевым бесшвейныи способом с применением термоклея, так как эти материалы рассчитаны на малый срок службы в связи с быстрой потерей прочностных свойств в процессе естественного старения. Но грамотное проектирование материалов, конструкции и технологии производства еще не гарантирует высоких эксплуатационных свойств книжных изданий, если в процессе производства по ряду причин (из-за отсутствия конкретных материалов, низкой квалификации исполнителей, несоблюдения рецептуры и норм расхода клеев, режимов сушки и механической обработки блоков и др.) технология переработки печатной продукции в книжные издания будет произвольно изменена или нарушена.
Исследования, производившиеся в 70-х годах в Москве и в Лейпциге [5,30], выявили наиболее часто встречающиеся виды разрушения библиотечных книг (рис. 10.7 и 10.8). Сравнение
Вид разрушений Вид разрушений
Рис. 10.7. Диаграммы относительной частотности видов разрушений библиотечных книг: а—в Москве; б — в Лейпциге (виды разрушений см. на рис. 10.8)
Методы и средства контроля качества полуфабрикатов и книг
385
Рис. 10.8. Виды разрушений книг: 1 — разрыв по фальцу первого листа и отделение его вместе с форзацем и сторонкой переплетной крышки от блока;
2—разрушение связи переплетной крышки с блоком; 3 — разрушение форзаца по фальцу; 4 — выпадение листов книжного блока; 5 — раскол корешка блока; 6 — отрыв клапанов корешкового материала от переплетной крышки; 7—разрушение корешкового материала и форзаца по фальцу;
8— отрыв форзаца от тетради блока; 9 — выпадение листов или тетрадей из-за обрыва нитей; 10 — отрыв корешкового материала от корешка блока;
11 — расслаивание листов блока при раскрывании из-за их склейки;
12— раскол корешка блока с разрушением корешкового материала диаграмм по частоте отдельных видов разрушений книг позволяет сделать вывод, что некоторые виды разрушений вызваны применением малопрочных покровных материалов переплетных крышек, выбором неудачных конструкции книги или форзацев, способа скрепления листов и тетрадей книжного блока, корешкового материала с блоком и др.
Быстрое разрушение конструкции книги наступает у изданий с прямым корешком и жестким отставом переплетной крышки (см. рис. 10.5). Такими книгами без серьезных последствий для целостности их конструкции можно пользоваться, раскрывая на плоской поверхности стола. При раскрывании их более чем на 180° блок легко выворачивается из крышки и связь между ними полностью разрушается. Часто происходит нарушение прочности связи крышки с блоком у книг с большой массой (более 1 кг) блока и приклейными форзацами, прочность которых по месту сгиба и склейки с тетрадью оказывается недостаточной.
Листы из блока часто выпадают при его скреплении клеевым бесшвейным способом, если блок состоит из клееной и каландрированной офсетной бумаги № 1, которая требует тщательного подбора рецептуры клея и строгого соблюдения технологии скрепления и обработки блока. Разрыв по сгибу форзацев и крайних листов блока с отделением сторонки переплетной крышки от блока чаще всего наблюдается у школьных учебников с приклейными форзацами и приклеенным, а не пришитым, корешковым материалом.
Подробно вопросы обеспечения прочности и долговечности книжных изданий рассматриваются в дисциплине «Проектирование и расчет технологии брошюровочно-переплетных процессов», здесь же всем будущим и настоящим работникам издательств и типографий предлагается обратить серьезное внимание на те моменты ТБПП, которые в наибольшей степени могут оказаться причиной преждевременного разрушения книг, содержащих ценную информацию и на производство которых было затрачено много дорогих и дефицитных материалов, времени и труда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обзор изученного материала. В данном учебнике последовательно изложены сведения, необходимые инженерам-технологам издательств и типографий при подготовке изданий к производству на этапах отделки печатной продукции, брошюровочнопереплетных процессов, полиграфического оформления переплетных крышек и завершающих операций при изготовлении книжных изданий в обложке и в переплетной крышке. Все теоретические вопросы, относящиеся к переработке печатной продукции в книжные издания, и вопросы долговечности и механики разрушения полимеров помещены в первом разделе и изложены кратко, так как подробное изложение теорий деформирования, адгезии, склеивания, сушки, долговечности и механики разрушения переплетных материалов, достойных для изложения в самостоятельной дисциплине, удвоили бы объем книги.
При изложении основных разделов технологии брошюровочно-переплетных процессов уделялось внимание истории развития конструкции книги, новым переплетным материалам, совершенствованию технологии изготовления простых и сложных тетрадей, обложек и переплетных крышек, изготовлению и обработке книжных блоков, вставки и завершающих операций. На всех этапах переработки оттисков в готовые книжные издания наибольшее внимание было уделено требованиям к материалам и полуфабрикатам, качеству полуфабрикатов и готовых книжных изданий. По сравнению с предыдущими изданиями учебника, в данном издании отсутствуют темы основ проектирования ТБПП, так как они изучаются в самостоятельной дисциплине. Завершающий раздел учебника целиком посвящен вопросам качества многочисленных полуфабрикатов ТБПП и готовых книг, так как в учебном плане специальности 281400 «Технология полиграфического производства» в дисциплине «Основы управления качеством печатной продукции» вопросы качества полуфабрикатов ТБПП и готовой книжной продукции не рассматриваются.
Проблемные и нерешенные вопросы теории и технологии БПП. Вопросами прессования, деформирования полуфабрикатов и книг на разных стадиях технологического процесса занимались многие исследователи, но и на сегодня остаются неясными вопросы: какова доля упругой и пластической деформации в переплетных материалах в процессах фальцовки и прессования тетрадей, обжима корешка и блока до и после его за
388
клейки, механической обработки корешка книжного блока, тиснения на переплетных крышках и прессования книг. В учебной литературе по полиграфии фигурирует ставшее привычным выражение «упругопластические свойства» бумаги и других материалов, тогда как доля упругой деформации у всех материалов ничтожна (не превышает 1%), а у бумаги, как и у металлов, составляет 0,2% от обратимой деформации. Пластическая же деформация в сухих бумаге и картоне маловероятна. За пластическую деформацию во многих случаях принимают вынужденную высокоэластическую, а разрушение надмолекулярной структуры материалов на основе целлюлозы и древесной массы при высокой внешней нагрузке пластической деформацией не является. Вопрос этот далеко не праздный, так как решение его открывает пути целенаправленного изменения технологических свойств исходных материалов, позволяет переосмыслить принятые технологию и режимы прессования, прогнозировать поведение готовой продукции в реальных условиях эксплуатации.
Вопросам теории и технологии склеивания переплетных материалов и полуфабрикатов также посвящены многие работы, но еще многие проблемы и в этой области теории и практики брошюровочно-переплетных процессов ждут своего решения. Наиболее важными представляются вопросы повышения и гарантированного обеспечения высокой адгезии клея с бумагой в технологии клеевого бесшвейного скрепления, прогнозирование долговечности клеевых соединений при применении термоклеев, поиски синтетических клеев, обладающих высокой липкостью, которые смогли бы заменить костный клей и желатин, поиски конструкций клеевых соединений, обеспечивающих умеренные напряжения и высокую долговечность книги, применения новых «замковых» конструкций книжного блока в производстве различных книжных изданий [15].
В процессах сушки необходимы поиски экономичных малоэнергоемких способов, обеспечивающих максимальную скорость удаления или перераспределения влаги без ухудшения технологических и эксплуатационных свойств полуфабрикатов и книг, поиски адгезивов и технологических вариантов, не требующих процесса сушки. Нуждается в теоретической разработке и в практическом использовании газопламенная (плазменная) сушка для заклеенных книжных блоков.
Проблемы автоматизации контроля качества полуфабрикатов в БПП. В современном крупносерийном производстве агрегаты и поточные лини за одну минуту производят 45-70 изданий в переплетных крышках, скрепленных потетрадно нит
389
ками, 100-165 изданий в переплетных крышках, скрепленных клеевым бесшвейным способом, и до 150-330 изданий в обложке, скрепленных проволокой внакидку. При таких высоких скоростях необходим автоматический контроль качества полуфабрикатов и готовой продукции.
Автоматический контроль более чем двухсот единичных показателей качества вряд ли возможен и, видимо, нецелесообразен, но для 25-40 безусловных и важнейших показателей качества, из-за невыполнения которых или отклонения их за пределы допускаемых значений бракуется издание, он обязателен. В связи с этим встает вопрос о компьютеризированном управлении технологическим процессом, которое позволяет поддерживать в определенных пределах контролируемое свойство полуфабриката и изделия практически при любой скорости обработки.
Во многих научных исследованиях приводятся математические зависимости того или иного показателя качества от режимов обработки и некоторых технологических факторов. Необходимо быть уверенным, что полученные ранее зависимости применимы в новых условиях обработки, следует установить оптимальные значения важнейших показателей качества и научно обоснованные допуски, обеспечивающие высокое качество готовой продукции.
Перспективы автоматизации БПП. За последнее десятилетие уровень механизации и автоматизации брошюровочно-переплетных процессов, особенно на малых и средних полиграфических предприятиях, заметно вырос: увеличились число наименований автоматизированных операций и оборудования, число операций, объединенных в непрерывном поточном производстве, заметно возросли скорость работы и производительность оборудования. Так, например, с появлением на рынке полиграфического оборудования поточной линии «Инвента-Линк», разработанной в 1998 г. фирмой «Мюллер-Мартини» (Швейцария), стало возможным автоматизированное поточное производство при потетрадном шитье блоков нитками начинать не с обработки, а с их комплектовки. В основном решена проблема с автоматизированной упаковкой готовой продукции; появилась робототехника для механизации погрузочно-разгрузочных и перевалочных работ. Важнейшим направлением является создание поточных линий с завершенным технологическим процессом, включающим упаковку, обвязку пачек и укладку их на поддон. Для изданий в обложке, скрепляемых проволокой внакидку и КБС с использованием термоклея, этот вопрос решен, но в случае КБС с использованием «холодных» клеев и при изготовлении изданий в переплетной крышке это может привести к потере прочности клеевого скрепления, деформации блоков и корешков переплетных крышек или обложек.
ЛИТЕРАТУРА
1. БитковаК.М., Кузнецова А.Д. Брошюровочно-переплетное производство. — М.: Книга, 1972.
2. Брошюровочно-переплетные процессы: Технологические инструкции. — М.: Книга, 1982.
3. Воробьев Д.В. Исследование многократного обжима корешка книжных блоков: Проблемы технологии печатных и брошюровочно-переплетных процессов/ /Межведомственный сб. науч, тр. — М.: МГАП «Мир книги», 1993.
4. ВоробъевД.В. Основы технологии брошюровочно-переплетных процессов: Учебное пособие. — М.: МГАП «Мир книги», 1997.
5. ВоробъевД.В., ДубасовА.И., Лебедев Ю.М. Технология брошюровочно-переплетных процессов: Учебник.—М.: Книга, 1989.
6. Германиес Э. Справочная книга технолога-полиграфиста. — М.: Книга, 1982.
7. ГилязетдиновЛ.П., ЛевинГ.М., ОгородневаМ.В. Фольга для горячего тиснения. — М.: Книга, 1981.
8. Голъденберг Ю.С. Исследование коробления переплетных крышек в процессе изготовления и разработка способа его предупреждения: Канд. дис. -М.: МПИ, 1976.
9. ГолъдштейнД.Д. и др. Новые конструкции переплетных крышек в отечественном и зарубежном брошюровочно-переплетном производстве//IX Всесоюзн. науч.-техн. конф, по специальным видам печати. Тезисы докл. — Киев, КФ ВНИИ КПП, 1990.
10. Единые нормы времени и выработки на процессы полиграфического производства. Для областных и городских типографий. — М.: Книжная палата, 1987.
11. ЖмутскийВ.Д. Исследование технологических нагрузок в проволокошвейной машине: Канд. дис. — М.: МПИ, 1953.
12. Козлов С.Н. Теоретические основы тиснения на переплетных крышках. — М.: МПИ, 1967.
13. КорниловИ.К. Конструктивно-технологические особенности книжных изданий. Системный подход: Учебное пособие. — М.: МГАП «Мир книги», 1995.
14. Корнилов И.К. Конструкция книжного блока при клеевом скреплении (технологические аспекты): Учебное пособие.—М.: МГАП «Мир книги», 1996.
15. Корнилов И.К. Контроль качества и новые конструкции книжных блоков: Учебное пособие. — М.: Мир книги, 1998.
16. Коцаръ Ю.Н. Механика формирования корешка книжного блока: Канд. дис. — М.: МПИ, 1964.
17. Купцова О.Б. Технология полиграфического производства. Книга четвертая. Брошюровочно-переплетные процессы: Учебное пособие. — М.: Искусство, 1960.
18. Купцова О.Б. Основные режимы переплетных процессов. — М.: Книга, 1970.
19. Лыков А.В. Теория сушки. — М.: Энергия, 1968.
20. МосковитинН.И. Склеивание полимеров. —Лесная промышленность, 1968.
21. Нормы расхода материалов на полиграфических предприятиях.— М.: Книжная палата, 1987.
22. Отраслевые стандарты. Полиграфическая промышленность. — М.: Книжная палата, 1989.
23. Пергамент Д.А. Брошюровочно-переплетное оборудование: Учебник. — М.: МПИ, 1990.
24. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Долговечность полимеров: Энциклопедия полимеров. Т. I. — М.: Советская энциклопедия, 1972.
25. Справочниктехнолога-полиграфиста. Часть 6. Брошюровочно-переплетные процессы/Сост. Л.Г.Гранская, О.Б.Купцова. — М.: Книга, 1985.
26. Технология брошюровочно-переплетных процессов: Лабораторные работы/Под ред. Д.В.Воробьева. -М.: МПИ, 1990.
27. Урядова Г.В. Исследование взаимодействия красочной фольги с термопластичным покрытием переплетных материалов в процессе тиснения нагретым штампом: Канд. дис. - М.: МПИ, 1968.
28. ФлятеД.М. Свойства бумаги. — М.: Лесная промышленность, 1976.
29. Шахкелъдян Б.Н., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы: Учебник. — М.: Книга, 1988.
30. Шу манн. Качество книжной продукции. - Лейпциг; ЛВТШ, 1983-Schumann. QualitatbuchbinderischerErzeugnlsse. —Technische Hochschule Leipzig.
31. Энциклопедия полимеров. T. 1, 2.3. — М.: БСЭ, 1972.
Список сокращений, принятых в учебнике
А4—формат бумаги или блока до обрезки, равный 210x297 мм БПП—брошюровочно-переплетные процессы
ВНИИ — Всесоюзный научно-исследовательский институт
ВШРА— вкладочно-швейно-резальный агрегат
ГМП—государственное московское предприятие
ГОСТ—государственный стандарт
ЗПМ—завод полиграфических машин
КБС — клеевое бесшвейное скрепление
КТБ—конструкторско-технологическое бюро
КУ—компенсирующее увлажнение
МГУП — Московский государственный университет печати МИПК- Московский издательско-полиграфический колледж МП—Московское предприятие
МПИ — Московский полиграфический институт
МРТУ—Межреспубликанские технические условия
NaKMIJ—натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы
ОСТ— отраслевой стандарт
ОТК — отдел технического контроля
ПАВ — поверхностно-активное вещество
ПВАД - поливинилацетатная дисперсия
ПВХ—поливинилхлорид
СКУ—степень компенсирующего увлажнения
СНГ—Содружество Независимых ТЪсударств
ТБПП—технология брошюровочно-переплетных процессов
ТИ—технологические инструкции
ТУ—технические условия
УкрНИИСВП — Украинский институт специальных видов печати
Учебное издание
Дмитрий Васильевич Воробьев
Технология послепечатных процессов
Учебник
Ответственный за выпуск В.И.Жукова Корректор Г.И.Кострикова Компьютерный набор Т.И.Гормылевой Компьютерная верстка Е.Н.Андроновой Компьютерная графика В.М.Кораблева
ЛР№ 020232 от20.08.97.
Тематический план 2000 г., позиция 95.
Сдано в набор 20.03.00.
Подписано в печать 22.11.00. Формат 60x84/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «ВооктапС».
Усл. печ.л. 22,9. Уч.-изд.л. 23,5. Тираж 599 экз.
Заказ 565/483. — 3-ий завод (2002 г.).
Московский государственный университет печати. 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а.
Отпечатано в ИПК МГУП.