Технологии переплетных процессов

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.

В полуфабрик атах брошюровочно-переплетного производст ва 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 припрессов кой, 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 капталобумаж ной 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% производствен ного времени) и не всегда обеспечивает требуемое качество.

Для ускорения процесса в поточном производстве применяют различные способы сушки: конвективную, радиационно-кон вективную, кондуктивную, в высокочастотном электромагнит ном поле, плазменную . 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 продолжитель ность процесса обработки полуфабрикатов и сроки выпуска продукции;

2) обеспечить высокое и постоянное качество (влагосодержание и физико-механические свойства) полуфабрикатов и 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 сушильных устройств, 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.

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 r (Дж/кг), которую жидкость получает от окружающего воздуха или от специального теплоносителя. Молекулы 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 относитель ной 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, т.е. 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 — и в меньшей степени молекулярным переносом — броуновским движением;

4) на испарение затрачива ется лишь теплота парообразования.

Во влажных телах только часть влаги свободна, а значитель ная 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 . 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 , причем перенос пара может быть как молярным, так и молекулярным; испарение может происходить в относительно толстом слое, в так называемой зоне испарения .

2.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-поступа тельно 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 универсальны, 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 высокоуглероди стой 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) 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. Готовый 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 оттиска и картонной заготовки упаковочного материала на его нижней плите. Чтобы обеспечить высокое качество продукции и долгосрочную эксплуатацию дорогого оборудования, высекальный 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 продавлива ния 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 обрабатыва ет стопу высотой 10_12 см, т.е. несколько сотен экземпляров заготовок. К недостаткам этого принципа высечки можно отнести относительную сложность изготовления ножа из широкополос ной 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 электромаг нитной 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.

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 зигзагообразны ми наружными элементами стежка, а переплетная крышка в 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 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 и в значительной степени — от культуры производства, качества исходных материалов, строгого соблюдения рецептуры клеев и режимов технологиче ского 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 поперечным 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 вырыве 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 синтетиче ских 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 и размеров корешкового материала. В качестве корешкового материала были отобраны два вида ткани с малой поверхност ной 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 максималь на, 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 . 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 15 мм.

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 использован ии для переплетных крышек тонкого картона

(5.5)

где рм — минимальная величина расстава, мм; kзп — коэффициент запаса прочности склейки; шмс — минимальная величина склейки ткани с картоном, мм.

При рм = 4,5 мм, kзп = 1,2 и шмс = 10 мм шмк = 17 мм, что с допуском в 1 мм учтено в Нормах расхода материалов и в рекоменда циях 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.

Список литературы

1.Воробьёв Д.В., Дубасов А.И., Лебедев Ю.М. Технология брошуровочно-переплётных процессов. Учебник. – М.: Книга,1989.

2. Воробьёв Д.В. Технология брошуровочно-переплётных процессов. – М.: Книга, 2000.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.yuro.ru