Переплётные процессы
и материалы

DjVu

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      За последние годы ВНИИ полиграфической промышлен-ности проводит исследования по брошюровочно-переплетным процессам в нескольких направлениях: совершенствование технологии скрепления и обработки книжного блока, изучение свойств и разработка новых материалов для переплетных крышек и технологии печатания и тиснения на них, создание методов и режимов отделки полиграфической продукции и разработка технологии изготовления книг для определенного вида литературы. Кроме того, ведутся исследования по изучению основ процессов, происходящих при обработке книги. Эти работы явятся базой для создания теории процессов, происходящих при изготовлении книг и брошюр.
      В настоящем сборнике описаны результаты работ сотрудников отдела брошюровочно-переплетных процессов института, выполненных за последние три года под руководством канд. техн. наук О. Б. Купцовой. Исследования по большинству этих работ продолжаются. В дальнейшем они должны найти практическое применение в промышленности.
      Технологический процесс обработки книжно-журнальной продукции складывается из нескольких стадий, в основе которых лежат следующие физико-химические и механические явления: деформация волокнистых и высокополимерных материалов при приложении механических сил; взаимодействие клеевых и красочных систем с волокнистыми и пленочными материалами в процессе склеивания, печатания и тиснения; тепло- и массообмен при обработке изданий; разделение волокнистых и пленочных материалов в процессе резания. Публикуемые в этом сборнике статьи освещают первые три явления.
      Изменение порядка операций и скоростей в одном звене процесса не может происходить без изменения режимов в других звеньях. Это подтверждается многочисленными исследованиями и требует обязательного учета в практической деятельности.
      Учитывать взаимосвязь режимов обработки изданий особенно важно при создании новых технологических процессов. Существующая технологическая схема обработки корешка книжного блока не позволяет успешно автоматизировать процесс. ВНИИ полиграфической промышленности разработал новую схему обработки блока, основанную на замене нескольких операций нанесения и сушки клея с приклеиванием деталей на корешок блока операцией горячей припрессовки одного куска материала по всей длине корешка с выходом клапанов на форзацы. Такой технологический процесс можно будет применять при разработке специального корешкового материала, позволяющего проводить механическую обработку корешка блока (кругление и отгибку фальцев) после припрессовки материала.
      В статье Э. И. Майковой и В. С. Фроловой приведены результаты исследований по изучению вида деформации корешкового материала в процессе обработки корешка и выбору метода проверки пригодности материала для нового технологического процесса. На основании этих исследований разрабатывается специальный материал, отвечающий требованиям будущего производства.
      Явления деформации бумаги и переплетных материалов при приложении механических сил и взаимодействие полимерных материалов друг с другом и с волокнистыми материалами рассмотрены в статьях JI. А. Пересыпкиной, Г. В. Урядовой и А. Д. Кузнецовой.
      J1. А. Пересыпкина исследовала режимы припрессовки корешкового материала при бесшвейном скреплении книг. Результаты исследований представляют интерес для выбора режима припрессовки и позволяют сделать первые предположения о механизме процесса бесшвейного скрепления методом припрессовки термопластичной пленки. Вероятно, при этом происходит диффузия высокополимера в торцы бумажных листов блока путем перехода полимера из стеклообразного в вязко-текучее состояние под влиянием температуры и давления. Присутствие растворителя в заранее нанесенном тонком клеевом слое на корешке способствует ускорению диффузии полимера в бумагу.
      Г. В. Урядова изучила явления, происходящие при контакте двух высокополимерных пленок при приложении механических сил и повышении температуры. В результате определения термомеханических свойств высокополимеров была выявлена сущность процессов взаимодействия фольги с переплетными материалами и даны рекомендации для создания фольги и полимерных покрытий материалов с заранее заданными свойствами.
      А. Д. Кузнецова исследовала явления, происходящие при переносе краски на переплетный материал под давлением и объяснила сущность явлений взаимодействия краски с материалом.
      Результаты работы по изучению взаимодействия клея с бумагой и переплетными материалами изложены в статьях С. А. Кизбер, М. В. Щербы, Т. Н. Моисеенко и Т. А. Степановой.
      С. А. Кизбер высказывает предположения о явлениях, происходящих при изготовлении переплетного клея на основе латекса СКС-30 с высокополимерными добавками. Работа является итогом многолетних исследований автора по созданию клея на основе латекса СКС-30 и успешного его внедрения в полиграфической промышленности.
      М. В. Щерба объясняет механизм склеивания волокнистых материалов тремя принципиально различными клеевыми системами — дисперсией и растворами высокополимеров неограниченно и ограниченно набухающих. Исследования проведены на примере склеивания материалов с картоном на крышкоделательной машине с рулонной подачей материала. Даны рекомендации по принципу выбора клеевых систем для выполнения операций на этой машине.
      Вопросы взаимодействия клея с невпитывающими поверхностями переплетного материала изучены Т. Н. Моисеенко: предложен новый метод контроля качества переплетного материала, выявлено взаимодействие клея с поверхностью материала при разных режимах, определено влияние времени и усилия контакта материалов на прочность склеивания. Последнее в комплексе с результатами работ М. В. Щербы позволило сделать некоторые выводы. Например, время действия нагрузки при склеивании материалов клеем с жидкой фазой может быть уменьшено до 0,25 сек, так как его увеличение практически не влияет на прочность склейки. Большое значение имеет отсутствие сдвигающих нагрузок после контакта материалов вплоть до образования пленки. Это зависит от вида оборудования, на котором проводится процесс склеивания.
      Расширение исследований по выявлению механизма склеивания позволит в дальнейшем наиболее эффективно создавать клей с заранее заданными свойствами.
      Несколько своеобразной является работа Т. А. Степановой по изучению склеивания оттисков с невпитывающими прозрачными пленками при отделке продукции методом припрессовки. Исследование связано с получением клея высокой химической чистоты.
      Вопросы тепло- и массообмена в процессе обработки книг и брошюр изучены К. М. Витковой и Е. В. Мхитаровой.
      Определив поля влажности при выдерживании брошюр, скрепленных поливинилацетатной дисперсией без шитья, К- М. Виткова рекомендовала рациональный режим, интенсифицирующий обезвоживание клеевой пленки. Эта работа, выполненная методом замера нолей влажности в направлении, перпендикулярном истинному ее движению, впервые раскрывает сущность процесса влагообмена и доказывает влияние температуры на изменение полей влажности при выдерживании брошюр после их склеивания.
      Исследования Е. В. Мхитаровой являются оригинальными по методу, использованному для изучения температурных полей при влагообмене. Если процесс влагообмена по методу К. М. Витковой занимает 120 — 200 сек, то по методу Е. В. Мхитаровой, использующей радиационный нагрев, он протекает за 30 — 40 сек.
      Для этого потребовалось создать новые методы измерения температурных полей с автоматической записью и минимальной инерционностью системы замера. Эта задача была решена Е. В. Мхитаровой совместно с физико-технической лабораторией института под руководством Е. М. Маневича. Результаты измерений полей температуры при радиационном нагреве заклеенного корешка книжного блока позволили предположить механизм обезвоживания клеевого слоя. По всей вероятности, при интенсивном процессе нагрева основная масса влаги мигрирует из клеевого слоя в бумагу блока и распределяется в ней, мало изменяя свойства.
      Эти крайне актуальные работы являются началом цикла исследований в области тепло- и массообмена и будут способствовать созданию условий для интенсификации производственных процессов.
      Особое место занимают исследования по разработке новых видов переплетов и переплетных материалов для различных типов литературы. Описанию этих исследований посвящены статьи Р. А. Лебедевой; А. А. Перчиковской и Т. Н. Моисеенко; В. Ф. Карасевич, В. А. Моисеевой и Е. В. Мхитаровой. Эти темы — комплексные и являются началом серии исследований по коренным, вопросам технологии.
      Интересна статья Р. А. Лебедевой, в которой предлагаются рациональные типы переплетов для учебников средней школы. На основе анализа требований к переплетам учебников для различных дисциплин и возрастов учащихся, а также изучения издания зарубежных учебников рекомендованы семь групп переплетов, отвечающих требованиям современной школы. Тема начинает работы по созданию специальных материалов и технологических процессов их обработки.
      Одной из таких работ является изучение условий печатания на материале с латексным покрытием, выполненная
      А. А. Перчиковской и Т. Н. Моисеенко совместно с типографией «Красный пролетарий».
      В статье В. Ф. Карасевич, В. А. Моисеевой и Е. В. Мхитаровой даны результаты исследований по разработке технологии и материалов для частичной защиты книг от действия влажного тропического климата. Эта работа продолжается в направлении создания материалов, обеспечивающих полную защиту книг в тропических условиях.
      Публикуемые в этом сборнике статьи могут лечь в основу дальнейших теоретических исследований, которые явятся базой для разработки теории брошюровочно-переплетных процессов. Создание теории позволит правильно решить задачи интенсификации технологических процессов и улучшения качества книжной продукции.
     
      ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
      Труды, том девятнадцатый, выпуск первый, 1968 г.
      СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА,
      ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ОКЛЕЙКИ КОРЕШКА КНИЖНОГО БЛОКА
      Иною. Э. И. МАЙКОВА, В. С. ФРОЛОВА
      УДК 686.12.03
      Корешок книжного блока может быть прямым, кругленым и кашированным (с отогнутыми фальцами). Книги высокого качества имеют кашированный корешок. Обработка блока — одна из трудоемких технологических операций изготовления книги. Для комплексной механизации и автоматизации изготовления книг необходимо изменение схемы технологического процесса обработки блока с целью ее упрощения.
      В настоящее время при обработке блока на его корешок наклеивается несколько деталей, повышающих прочность книги или играющих декоративную роль. Для этого приходится неоднократно наносить клей и после каждого нанесения проводить сушку блока. Сокращение количества деталей, наклеиваемых на корешок блока, до одной позволит упростить технологический процесс и ускорить обработку книги. Однако применить корешковый материал в виде одного куска можно только в том случае, если он будет выполнять функции всех используемых в настоящее время деталей.
      Наклеивание одного куска корешкового материала вместо нескольких деталей позволит изменить порядок операций и значительно сократить время обработки блока, сведя схему технологического процесса к следующим операциям: нанесение на корешок блока тонкого слоя клея; немедленная припрессовка корешкового материала на корешок блока и его форзацы при нагреве прессующих устройств; обрезка блока с трех сторон; кругление корешка блока; отгибка фальцев тетрадей (кашировка корешка) [1].
      Схема технологического процесса обработки блока разработана К. М. Витковой, О. Б. Купцовой, Л. И. Тининой.
      Для изготовления книг по этой технологии корешковый материал должен представлять собой волокнистую основу, на одной стороне которой нанесен термопластический клеевой слой. Этот материал должен обладать физико-механическими свойствами, позволяющими обработать корешок блока, к которому приклеен корешковый материал: иметь достаточную прочность на разрыв, значительную растяжимость и обладать пластическими свойствами.
      Во ВНИИ полиграфической промышленности проведены исследования по изучению деформации корешка блока при обработке его на действующем оборудовании.
      К механической обработке корешка книжного блока относятся операции кругления и кашировки, придающие книге определенную форму, повышающие ее прочность и раскрываемость. Раскрываемость книги зависит от многих факторов. Книги, сшитые втачку, имеют плохую раскрываемость. Книги, сшитые потетрадно или скрепленные способом бесшвейного скрепления, имеют хорошую раскрываемость. Раскрыванию книги препятствуют упругие силы бумаги, которые зависят от ее жесткости, толщины и раскроя относительно корешка блока.
      При раскрывании книги, сшитой потетрадно нитками, отдельные листы перегибаются на некотором расстоянии от фальца. После прочтения книги на ее страницах образуются складки, смещенные одна относительно другой, причем у первых и последних страниц листы перегибаются дальше от фальца, чем у средних. Если книга имеет неустойчивый корешок, то после первого ее прочтения она теряет форму. Книги, у которых заранее намечены возможные места перегиба страниц посредством отгибки фальцев, имеют наиболее устойчивую форму корешка.
      При отгибке фальцев у блока книги фальцы тетрадей в корешке отгибаются от середины блока к его краям. В этих местах бумага перегибается, заранее намечая места перегиба листов при чтении. Перегиб страниц по заранее намеченным местам, образованным при отгибке фальцев, обеспечивает повышенную устойчивость корешка книги при чтении. Кроме того, книги с кашированным корешком имеют наиболее высокую прочность связи блока с крышкой и прочность скрепления отдельных тетрадей [2].
      В типографиях механическую обработку корешка блока производят на агрегатах «БТГ». Агрегат выполняет обжимку корешка, предварительное кругление его при помощи фасонной колодки, кругление прокаткой между вращающимися валиками и отгибку фальцев. Эта операция проводится в двух секциях, в которых блок крепко зажимается и корешок подвергается ударам обрабатывающих колодок.
      Результатом операций кругления и отгибки фальцев является приобретение корешком выпуклой формы, а передним обрезом — вогнутой. При этом поверхность переднего обреза должна оставаться гладкой, т. е. все листы в блоке должны сдвигаться друг относительно друга по определенному закону, зависящему от требуемой формы корешка блока. При отгибке фальцев место фальца в крайних тетрадях остается неизменным. Происходит только отгибка тетрадей на определенный угол. У средних тетрадей, кроме того, происходит пе-рефальцовывание (смятие): место фальца оказывается несколько смещенным к наружной стороне блока от прежнего места фальца.
      Полученная при обработке форма корешка определяется углом отгибки каждой тетради в блоке: чем больше угол, тем больше сдвиг листов. По направлению этот сдвиг является обратным направлению сдвига при перефальцовке тетрадей. Таким образом происходит смятие тетрадей одновременно с отгибкой фальцев. Так как в корешке блока происходит отгибка концов тетрадей и перефальцовка, то общий относительный сдвиг листов в блоке должен определяться этими показателями.
      При обжиме тетрадей в отогнутом положении в случае, если у фальца тетради есть опора, может произойти закрепление фальца в новом месте. Такой опорой могут являться губки тисков, в которые зажимается блок при обработке, а также и соседние тетради. Если обрабатывать блок без предварительного кругления, не создав в его тетрадях сдвига листов, то при отгибке тетрадей в блоке произойдет только соответствующее углу отгибки смещение фальца. Сдвига листов при такой обработке не получится.
      Угол отгибки тетрадей по мере приближения к середине блока убывает. Для предотвращения раскола между тетрадями при отгибке фальцев необходимо, чтобы длина отогнутых фальцев убывала от краев постепенно, сходя на нет к середине.
      Изучив характер деформации бумаги в корешке блока исследователи установили [3], что перед отгибкой фальцев в блоке должен произойти сдвиг листов относительно друг друга по определенному закону, который обеспечивал бы получение формы переднего обреза блока, близкой к форме дуги окружности; фальцы тетрадей должны отгибаться на необходимый угол, причем длина отгибаемых фальцев должна уменьшаться к середине корешка и сходить на нет; при отгибке фальцев на месте изгиба должен намечаться четкий излом, который может образоваться только в том случае, если при обработке происходил обжим отогнутых фальцев тетрадей.
      В результате обработки корешок блока получает полуци-линдрическую форму. Приобретенная форма в большой степени зависит от свойств бумаги блока, сшивающего и оклеивающего материала, а также от работы механизмов, воздействующих на корешок блока.
      По утверждению В. Ф. Хмылко [3], корешок блока (его сечение) после обработки приобретает форму, близкую к форме дуги окружности. Исследования, проведенные во ВНИИ полиграфической промышленности [4], подтвердили это предположение.
      Большой интерес представляет изменение размеров корешка (в поперечном сечении) блока до и после обработки. При круглении корешка длина дуги не превышает толщины корешка блока до обработки (рис. 1, а). При отгибке фальцев
      кругленого блока вручную (рис. 1,6) длина дуги корешка блока больше толщины необработанного блока на 5 — 10%, а расстояния между вершинами тетрадей практически не изменяются, так как одновременно с отгибкой фальцев происходит их смятие. Следовательно, отгибка фальцев тетрадей вызывает равномерное увеличение длины дуги корешка при отсутствии местных больших удлинений.
      При обработке корешка на блокообрабатывающем агрегате (или машине с подобными устройствами) корешок блока воспринимает удар кашировальной колодки, вызывающий отгибку фальцев двух третей тетрадей блока в одну сторону. При втором ударе колодки, направленном в обратную сторону, фальцы двух третей тетрадей, расположенных с другой стороны блока, отгибаются по направлению действия колодки. В результате этого фальцы получают излом в двух направлениях (рис. 2).
      При втором ударе колодки отгибка фальцев двух третей тетрадей приводит к тому, что на месте стыка последней отогнутой тетради и не участвующих в отгибке тетрадей наблюдается разрушение связей. Если обработке подвергается блок с клеевой пленкой после заклейки корешка, то при наклеивании марли образовавшаяся трещина ликвидируется. Если же корешок блока заранее оклеен по всей поверхности материалом, происходит разрушение этого материала, который в дальнейшем не восстанавливается.
      Итак, корешковый материал должен быть таким, чтобы при приложении внешнего механического усилия он выдерживал без разрушения удлинение до 30%. Эта величина соответствует возможному увеличению расстояния между фальцами при втором ударе колодки в самом «опасном» месте. Это означает, что корешковый материал при приложении растягивающей нагрузки должен выдерживать без разрушения деформацию до 30%.
      В. Ф. Хмылко [3] считает, что поверхность корешка при кашировке воспринимает нагрузку в 3 кгс/см. Следовательно, корешковый материал без разрушения должен воспринять нагрузку в 3 KBCjCM.
      Большое значение при деформировании материалов имеет скорость нарастания нагрузки. Один удар каши-ровальной колодки на корешок блока происходит за 0,25 сек при скорости движения колодки 60 мм/сек на расстоянии 15 мм.
      Исследованиями ВНИИ полиграфической промышленности установлено [1], что наилучшим корешковым материалом является клееный нетканый материал с нанесенной на него поливинил ацетатной дисперсией. Нетканый клееный материал представляет собой различного рода волокна, склеенные полимерным связующим.
      Структурно-механические свойства клееных нетканых материалов определяются влиянием на их свойства следующих основных факторов: характера взаимодействия связующего с волокнами, вида связующего и его распределения в волокнистой основе, вида волокон и их расположения в материале. Подобрав необходимые условия, можно получить материалы с разнообразными физико-механическими показателями, в частности такими, которые могут удовлетворить требованиям нового технологического процесса обработки корешка блока.
      Упруго-вязкие свойства клееных нетканых материалов во многом сходны со свойствами полимеров [5, 6]: гибкость, вытянутая форма волокон и молекулярных цепей полимеров; отдельные волоконца в нетканом материале склеены между собой подобно тому, как молекулы в полимере соединены в одно целое вследствие существования между ними вандерва-альсовых сил и химических связей. В нетканом материале присутствует большое количество полимерного связующего. Поэтому при исследовании реологических свойств нетканых материалов можно использовать методы, применяющиеся для изучения этих свойств у полимеров.
      Основой изучения реологических свойств материалов является получение кривых изменения деформации материала во времени s = f(t) при приложении постоянной нагрузки Р = const и неизменных темпера-ре (Т = const) и влажности (ф — const). Реологические кривые позволяют судить о поведении материала при приложении механического поля. Так как при обработке корешка материал воспринимает растягивающие нагрузки, изучалась его деформация при одноосном растяжении.
      Снятие реологических кривых при одноосном растяжении материала проводилось на сконструированной нами установке (рис. 3), представляющей собой стойку, в которой зажималась полоска материала 2. Материалу сообщалась постоянная нагрузка 3, в среднем равная 15% от разрывного усилия. По движению нижнего груза, в результате растяжения образца, при помощи линейки 4 и стрелки-указателя 5 нижнего зажима замерялась величина удлинения материала.
      Для поддержания во все время испытаний постоянной температуры и влажности стойка с испытуемым образцом материала помещалась в специальную камеру.
      Были проведены испытания образца клееного нетканого материала шириной 50 мм. Полоски меньшей ширины приводят к большой ошибке опыта и затрудняют испытание вследствие сильного скручивания образца.
      Реологические кривые, снятые у образцов длиной 200 и 100 мм (рис. 4), показали, что результаты практически не меняются. Это дало возможность установить зажимную длину образца, равную 100 мм.
      Единичные испытания могут привести к большой ошибке опыта. Испытание образцов одного и того же материла в одинаковых условиях тоже может дать разные результаты, так как материал может быть разной толщины. Установлено, что при снятии деформационных кривых необходимо брать среднее из пяти параллельных замеров. (...)
      ВЫВОДЫ
      1. Проведенный анализ обработки корешка блока на существующих машинах показывает, что фальцы тетрадей получают изгиб на некотором расстоянии от вершины фальцев и смятие краев фальцев. Увеличение поверхности корешка происходит в результате сложной деформации смятия, увеличения расстояния между вершинами фальцев не наблюдается.
      2. Разрушение (разрыв) материала на корешке блока возможно лишь путем двойной отгибки фальцев — сначала в одну, а затем в противоположную сторону. В «опасной» зоне может быть растяжение материала до 30%. Ликвидация этого явления возможна только при изменении конструкции обрабатывающих механизмов.
      3. При создании корешкового материала для нового технологического процесса обработки книг необходимо контролировать его реологические свойства путем снятия кривых кинетики роста и спада деформации при одноосном растяжении, а также термомеханических кривых.
      4. Изучение реологических свойств нетканого клееного материала показало, что материал следует наклеивать на корешок в долевом направлении вдоль корешка и при отгибке фальцев увеличивать температуру колодок или корешка блока.