Клеевое (бесшвейное) скрепление в настоящее время является доминирующим способом при промышленном изготовлении книг и брошюр. Главная причина этого — большая эффективность способа. Она имеет место потому, что клеевое скрепление обладает той же производительностью (блок/кинематический цикл), что и подборка, а также обрезка. Это дает возможность построения высокопроизводительных поточных линий. В стремлении сделать клеевое скрепление еще более прочным, был предложен ряд вариантов, которые представлены в табл. 18 и 19.

Метод фрезерования корешка в настоящее время реализован во всех машинах клеевого скрепления. Чтобы добиться прочного скрепления, особое значение имеют тщательная обработка корешка и правильный выбор клея.

Клеевое скрепление дает возможность автоматизации фазы технологического процесса изготовления блока.

рис. 64 показывает машину клеевого скрепления, используемую во многих полиграфических отделочных предприятиях. Подобные устройства характеризуются:

• возможностью объединения с подборочной и резальной машинами, что широко распространено;
• большим числом разнообразных эффективных процессов скрепления различных типов изделий с отличающимися требованиями к качеству скрепления;
• модульной концепцией, посредством которой пользователь может установить на своем предприятии соответствующее его задачам устройства.

Таблица 18
Принципы клеевого скрепления (фрагмент блока)

Таблица 19
Варианты клеевого скрепления

Рис. 64
Общий вид машины клеевого скреп ления Ratiobinder (Kolbus)

Рис. 65
Схема машины для клеевого (бесшвейного) скрепления

Схема (рис. 65) внутреннего построения устройства для клеевого скрепления Ratiobinder показывает возможное размещение станций обработки.

Характерными элементами машин для клеевого (бесшвейного) скрепления являются:

станции для приклейки форзацев. В них укладываются форзацы, чтобы затем соединить их с блоками (для клеевого скрепления с твердыми переплетами);

станция сталкивания. Она обеспечивает выравнивание тетрадей книжного блока по корешку и его головке;

транспортировочная система. Подлежащий обработке блок должен быть надежно передан для того, чтобы могли быть проделаны требуемые элементарные операции;

станция обработки корешка блока. Должны быть сфрезерованы корешковые сгибы сфальцованных тетрадей. Потенциальная поверхность склеивания обрабатывается устройствами для насечек, щетками, отсасыванием бумажной пыли для улучшения адгезии;

клеевое устройство. Оно служит для нанесения клея. Для скрепления используются различные системы клеев, которые выбираются в соответствии с подлежащей обработке бумагой. Каждая клеевая система требует собственной конструкции клеевого устройства и оказывает влияние на построение последующих станций;

станция приклейки окантовочного материала. Она служит для скрепления книжного блока и твердого переплета. Бумага для окантовки покрывает поверхность корешка с клеем и усиливает шарнир. При изготовлении брошюр станция отключается;

станция для биговки обложек и их подачи. Она используется для обработки многотетрадных брошюр. Обложка отделяется от стапеля и бигуется, затем прижимается к открытой поверхности с клеем. Существуют различные варианты самонакладов;

станция выравнивания обложек и их обжима. Об ложка совмещается с корешком блока, приклеивается к нему и обжимается;

сушильное устройство. Стабилизация приклейки осуществляется при использовании водных дисперсий посредством сушильного устройства. Высокочастотная сушка, например, интегрируется в устройство для клеевого скрепления. При обработке термоклеев сушильное устройство не требуется. Клеи-расплавы должны охлаждаться;

приемно-выводное устройство. Вывод и приемка скрепленных блоков должны выполняться таким образом, чтобы не имели места никакие деформации и была бы обеспечена дальнейшая послепечатная обработка. В зависимости от концептуальных степеней связи (прямая послепечатная обработка или вывод для промежуточного хранения) применяются различные конструкционные элементы.

В изображенных на рис. 65 устройствах интегрированы два клеевых аппарата, так что на блоки наносятся раздельно два клеевых слоя с промежуточной инфракрасной сушкой. Первый, очень тонкий клеевой слой низкой вязкости должен обеспечить оптимальную адгезию, в то время как второй, высоковязкий слой обеспечивает гибкий "зажим", чтобы блок в местах соединения не растрескивался.

Во всех известных устройствах клеевого скрепления различными средствами реализуются одинаково действующие процессы. Различия между типами машин, которые влияют как на мощность, так и на производительность, обеспечиваются главным образом за счет:

• систем зажима и транспортировки для блоков;
• обработки корешка блока;
• клеевых композиций и систем нанесения клея.

Системы зажима и транспортировки

Их важнейшими конструкционными вариантами являются:

• машины для клеевого скрепления цепного типа с пластинчатым зажимом блоков. Подобранные блоки перемещаются двумя параллельно направленными траковыми цепными транспортерами, оснащенными зажимными пластинами. Расстояние между блоками составляет от 2 до 4 см. Максимальная длина транспортной системы составляет 10 м, потому что в этом случае обеспечиваются требуемые для обработки силы зажима. Машины для клеевого скрепления цепного типа с пластинчатым зажимом блоков используются преимущественно для к леевого скрепления твердых переплетов и для окантовки сшитых блоков. Пластинчатые цепи являются открытыми системами транспортировки (см. рис. 69);
• машины для клеевого скрепления карусельного типа. По окружности вращающегося стола находятся зажимы машины. Под столом размещены обрабатывающие станции. Карусельные устройства клеевого скрепления представляют особую форму машин с зажимными каретками;
• машины конвейерного типа с зажимными каретками. Они используются для построения комплексных переплетных линий, с помощью которых можно изготавливать различные типы изделий. Число рабочих станций при этой концепции построения соответствует требованиям пользователя. В зависимости от оснащения возможно применение до 65 зажимов. Цепи с зажимами представляют замкнутую транспортную систему.

Рис. 66
Схема (вид сверху) устройства для клеевого скрепления с зажимными каретками (Kolbus)

Показанная на рис. 66 схема машины соответствует воспроизведенному на рис. 65 устройству. Оно оснащено 32 зажимами. Длина зажима составляет около 50 см. Каждый зажим имеет раздельное устройство для закрепления блока, которое должно открываться при вкладывании выровненного по головке и корешку блока с помощью стационарного механизма.

Обработка корешка блока

Корешковые фальцы тетрадей срезаются дисковым ножом или тарельчатой торцевой фрезой. При этом следует иметь в виду, что нагревание места реза невелико и не разрушает структуру листов бумаги (обугливание или оплавление). Для увеличения поверхности смачивания корешка используются фрезы с насечками или диски с шероховатой поверхностью. Затем обработанная поверхность, на которую должен быть нанесен клей, очищается посредством щетки и отсасывания бумажной пыли и оторвавшихся волокон целлюлозы.

Следует также иметь в виду, что способ придания шероховатости оказывает сильное влияние на устойчивость листов к разрыву. Путем специальных инструментов для придания шероховатости можно эту устойчивость повысить на 10—20%. Знание этого обстоятельства привело ведущих изготовителей машин для клеевого скрепления к разработке специальных систем придания шероховатости, с использованием которых можно получить не только линии, но и сетки линий насечки.

Проклейка корешка блока

Для нанесения клея на корешки блоков должны быть согласованы между собою тип используемого клея и устройство для нанесения клея. Свойства клеев определяют области их применения. Для клеевого скрепления используются три основных типа клея в различных модификациях:

• дисперсии поливинилацетата — холодные дисперсионные клеи с содержанием около 50% твердых частиц (ПВАД). В качестве защитного коллоида применяется поливиниловый спирт. Дисперсия содержит от 10 до 15% пластификатора, а также другие, влияющие на физические свойства составные части. Размер частиц составляет от 0,5 до 5 мкм;
• термоклей. В качестве основных полимеров для термоклея в полиграфической промышленности используют сополимеры этиленвинилацетата. Термоклеи являются трехкомпонентными системами. Они составляются из основного полимера в количестве около 50%, смол (повышающих клейкость) для улучшения адгезии в количестве до 30% (например, канифоль) и до 20% пластификаторов (в термоклеях это парафин). Дополнительно применяются жаропрочные антиоксиданты (до 1%). Данный состав ведет к получению требуемых свойств клея;
• полиуретановые клеи (PUR). Форполимеры — предполимеризованные цепочки синтетических материалов, способные к дальнейшей полимеризации. Наряду с основным клеящим веществом к клею добавляются, в частности, наполнители и разбавители.
  Схватывание клея происходит в две фазы:
  — быстрый физический процесс схватывания посредством затвердевания (от 3 до 5 мин),
  — медленно протекающий химический процесс закрепления, в котором происходит сшивание фор

  полимеров под воздействием влажности воздуха или собственной влажности (влагоотверждающийся клей). Окончательное отверждение достигается примерно через 3 дня.

Нанесение клея в машинах для бесшвейного скрепления

Нанесение клея выполняется, как правило, посредством валковых устройств (рис. 67). Обычно используются два валика для нанесения клея с дозировкой с помощью ракеля. Спин-ролик, на выходе к леевого устройства, предназначен прежде всего для удаления излишков и сглаживания слоя клея на корешке блока, что предотвращает загрязнение машины клеевыми нитями. Клеевые устройства для термок леев нуждаются в нагреве и точной регулировке температуры, так как температура нанесения (от 150 до 190°С) оказывает огромное влияние на качество скрепления. Термоклеи предварительно нагреваются в емкости приблизительно до рабочей температуры.

Рис. 67
Двухвалковый клеевой аппарат

В отдельных клеевых устройствах валики для нанесения клея устанавливаются под углом по отношению к блоку или применяются конические валики, так что возникает веерный эффект (как в устройствах для бесшвейного скрепления с роспуском листов). В устройствах для бесшвейного скрепления карусельного типа клей при круговом перемещении блока втирается между краями листов.

Для полиуретановых PUR-клеев сконструированы специальные защитные устройства с экранами. Это необходимо, так как клей при контакте с влажным воздухом затвердевает. Оставшийся в аппарате клей после окончания работы следует удалить.

Совершенствование клеевого скрепления может быть осуществлено за счет того, что в устройствах с зажимными каретками устанавливается несколько секций, которые наносят клеи различной вязкости с согласованными адгезионными свойствами (рис. 65). Первое нанесение клея низкой вязкости обеспечивает внутреннее скрепление краев листов. Для увеличения толщины клеевого слоя (эффект зажима на корешке блока) в заключение наносится клей высокой вязкости, до того как будет выполнено защитное покрытие. Здесь возможны следующие варианты:

• двухслойное нанесение дисперсии;
• двухслойное нанесение термоклея;
• трехслойное нанесение термоклея;
• комбинированное нанесение дисперсия/термоклей.

Первое нанесение дисперсионного клея требует короткого "шокового" высыхания для того, чтобы можно было надежно нанести второй слой клея и обеспечить прочную адгезию между клеевыми слоями. Иногда между слоями клея наносят слой волокнистого материала.

Боковое клеевое устройство

Боковые клеевые устройства нужны для того, чтобы нанести на переднюю и заднюю поверхности блока полоски клея шириной от 1 до 2 см. Это требуется для того, чтобы можно было:

• приклеить охватывающую полоску окантовочного материала;
• приклеить также сбоку обложку к блоку.

Боковое нанесение выполняется дисперсионными клеями или термоклеями. Рабочим средством для этого являются диски, которые принимают клей из находящейся под зажимной кареткой клеевой ванны и наносят его на обложку, или сопловые клеевые аппараты.

Станция окантовки

Книжные блоки после нанесения клея окантовываются по продольному или поперечному способу:

• способ поперечной окантовки. От рулона материала для окантовки, ширина которого соответствует длине блока, поперечно направлению перемещения блока подается полотно и при одновременной его отрезке прижимается к поверхности корешка блока с клеем (рис. 68). Предварительно блок сбоку до края окантовочного материала промазывается клеем. Материалом для окантовки служит преимущественно крепированная высокопрочная бумага. Для повышения прочности блока могут быть подключены последовательно две станции поперечной окантовки. Сначала к стороне блока с клеем сжатым воздухом прижимают марлю. Принцип поперечной окантовки применяется в машинах для клеевого скрепления с зажимными каретками;
• способ продольной окантовки. Секции продольной окантовки включаются в машины с пластинчатыми зажимами блоков (рис. 69). При продольной окантовке намазанная клеем бумажная лента в про дольном направлении подводится к книжному блоку и прижимается к нему. Излишки ленты после приклейки отрезаются. Посредством продольной окантовки достигается очень плотное соединение между блоком и окантовочной полосой.

Рис. 68
Станция поперечной окантовки

Рис. 69
Станция продольной окантовки в машине клеевого скрепления цепного типа с пластинчатым зажимом блоков (Sigloch)

Самонаклад обложек

Станция для вставки блока в обложку в устройствах для бесшвейного скрепления с зажимными каретка ми устанавливается на поворотном круге. Благодаря этому имеется пространство для ручной загрузки. Могут использоваться три типа самонакладов:

• плоскостапельный самонаклад (рис. 56);
• вертикальный стапельный самонаклад (рис. 54);
• каскадный самонаклад (рис. 32).

Чаще всего используется каскадный самонаклад, так как простой конструктивный принцип обеспечивает его высокую надежность. Обложки отделяются в направлении движения и транспортируются. В машинах для клеевого скрепления цепного типа с пластинчатыми зажимами блоков самонаклад, напротив, размещается ниже уровня пластинчатой цепи.

Стабилизация блоков

При сушке дисперсионных клеев сначала обеспечивают удаление воды. В современных машинах клеевого скрепления это выполняется с помощью высокочастотных сушильных устройств. После этого необходимо охлаждение блоков до 60-80°С. В качестве участков для охлаждения служат внешние транспортеры. Необходимое время охлаждения от 2 до 5 мин обусловливает путь охлаждающего участка линии от 50 до 100 м. Охлаждающие участки одновременно используются как транспортное устройство для дальнейшей обработки.

Альтернативами высокочастотной сушке являются конвекционная сушка и лучевая сушка.

Качество бесшвейного (клеевого) скрепления — проблемы прогноза и контроля

Признаками качества скрепления являются:

• прочность скрепления;
• легкость раскрываемости книги/брошюры;
• плотность, сомкнутость, компактность книжного блока;
• невидимость клея;
• стабильность формы книги при пользовании ею.

Как способ скрепления, так и свойства подлежащего обработке материала (бумага, клей), а также внешние признаки продукта (формат, толщина блока) оказывают влияние на качество клеевого скрепления.

Анализы качества клеевого скрепления проводят на практике, главным образом по испытанию к прочности блока, так как заказчик при размещении работы заранее выбирает определенный способ скрепления и выясняет для себя "нормальные" условия пользования данным изделием (или, по крайней мере, должен это выяснить).

Используемый чаще всего метод оценки прочности блока — тест на натяжение. Это испытание при использовании соответствующего прибора отнимает немного времени и обеспечивает хорошую оценку прочности книг и брошюр при пользовании ими.

Тест на натяжение (рис. 70) состоит в том, что отдельный лист нагружается по всей его длине перпендикулярно корешку блока с определенной силой. Сила увеличивается равномерно до тех пор, пока лист не разорвется. Прочность листа к разрыву Fz Н/см является частным от деления разрывного усилия F и высоты блока h:

F_z = F/h.

Для оценки прочности клеевого скрепления существуют нормативные показатели, приведенные в табл. 20.

Таблица 20
Показатели теста на натяжение (прочность листа к разрыву F_z в Н/см)

Рис. 70
Тест на натяжение (прочность скрепления) или Pulltest

Прогноз прочности листа к разрыву. Прогноз прочности скрепления имеет приклеевом соединении особое значение, так как возможность недостаточной прочности всего блока не исключена. Испытания могут выполняться только после выполнения всего заказа. При этом изделия при испытании разрушаются.

Прочность листа к разрыву подвержена влиянию следующих параметров:

• машина: конструктивный принцип (система транспортировки, модуль фрезерования и придания корешку шероховатости, исполнение клеевого устройства, вид сушки и охлаждения), настройка машины (острота резальных инструментов, температура клея, толщина нанесенного клеевого слоя, установка ракеля и спин-ролика);
• клей: тип клея (дисперсионный, термоклей, полиуретановый), вязкость клея и др.;
• свойства бумаги: толщина, направление волокон, сорт (различия натуральных и мелованных или иллюстрационных печатных бумаг), "внутренние" свойства бумаги (например, степень проклейки, плотность, масса, гладкость).

Общепринятый прогноз невозможен в связи с множеством факторов влияния. Поэтому для каждой машины должны быть выполнены особые испытания, и из данных этих испытаний сделаны выводы.

Для машины отделочного производства при правильной ее регулировке (установочные инструкции должны быть точно выполнены) главной входной величиной являются применяемые сорта бумаги. В соответствии со значением прочности клеевого скрепления в последующем будут изложены некоторые данные о пригодности часто используемых печатных бумаг для бесшвейного скрепления(табл. 21).

Создание новых печатных бумаг направлено на увеличение содержания наполнителя и использования мелованных сортов для улучшения качества печати при экономном использовании первичных волокон и к снижению себестоимости производства. При этом затрагиваются интересы послепечатной обработки, если рассматривать их как второстепенную проблему. Это не означает, что возможности бесшвейного скрепления в целом ухудшаются. В прошлом путем использования определенных структур бумаги обеспечивались хорошие результаты клеевого скрепления. Однако при применении новых бумаг заметно уменьшается прогнозируемость прочности скрепления.

Решением проблемы является предварительное изготовление тестовых блоков из соответствующих бумаг для заказа. Но это часто невозможно по причине дефицита времени. Целесообразной была бы разработка простого, быстро применимого и дешевого тестового способа, который позволил бы переплетчику непосредственно перед клеевым скреплением оценить, исходя из свойств бумаги, ее скрепления в блоке.