Как снизить риск выпадения страниц при печати недорогих бумажных книг?

Снижение отпадания страниц при печати недорогих бумажных книг

Издательство университета напечатало 10 000 экземпляров академической книги объёмом 380 страниц печать книг в бумажной обложке — термоклей EVA, стандартная фрезеровка корешка, необработанная бумага плотностью 80 г/м², $1,85 за экземпляр. В течение первого семестра использования студентами 14 % экземпляров были возвращены в книжный магазин с оторвавшимися от корешка страницами — обычно первые и последние 20 страниц, где концентрируется нагрузка на скрепление при полном раскрытии книги. Исследование показало, что глубина фрезеровки корешка была недостаточной для проникновения в сгибы тетрадей — клей соединился только с внешним листом каждой тетради и не проник между страницами. Когда студент полностью раскрывал книгу и надавливал на корешок, непроклеенные внутренние страницы отделялись.

Отпадание страниц при печать книг в бумажной обложке является отказом клеевого соединения, а не отказом бумаги. Он возникает, когда прочность клеевого соединения между блоком книги и обложкой ниже силы, прикладываемой читателем при открытии книги — и для его предотвращения требуется контроль трёх переменных, определяющих прочность клеевого соединения: подготовка корешка, химический состав клея и направление волокон бумаги.

Цепочка отказов клеевого соединения

Идеальная скрепка — стандартный способ скрепления книг в мягкой обложке — соединяет страницы блока книги с корешком обложки с помощью термоклея. Страницы собираются в пачку, зажимаются и подаются на фрезерный станок, где вращающееся лезвие снимает 2–4 мм с кромки корешка, удаляя загиб на сложенных сигнатурах и обнажая индивидуальные кромки страниц в виде шероховатой поверхности. После фрезерования корешок проходит над роликом нанесения клея, который наносит слой расплавленного клея толщиной 0,3–0,8 мм при температуре 160–180 °C. Затем обложка надевается на блок книги, клей остывает и затвердевает, фиксируя страницы к обложке.

Склеивание на клее теряет прочность, если происходит одна из трёх ошибок. Фрезеровка корешка недостаточно глубока, чтобы обнажить все страницы в сложенных секциях — внутренние страницы сигнатуры из 16 страниц остаются соединёнными по первоначальной линии сгиба и никогда напрямую не склеиваются с клеем. Вязкость клея слишком высока при температуре нанесения, что препятствует его проникновению в волокна бумаги по фрезерованному краю — клей остаётся на поверхности, а не проникает внутрь бумаги. Направление волокон бумаги параллельно корешку вместо перпендикулярного — бумага расширяется и сжимается поперёк волокон при изменении влажности, и страницы с волокнами, ориентированными параллельно корешку, набухают и усаживаются у корешка, постепенно механически ослабляя клеевое соединение.

PUR против EVA-клея

EVA (этилен-винилацетат) — термоплавкий клей — стандарт для экономичных печать книг в бумажной обложке — он наносится при температуре 160–180 °C, затвердевает в течение 30–60 секунд при охлаждении и обходится в 0,08–0,15 долл. США на одну книгу (материалы) для стандартного бумажного издания объёмом 300 страниц. Механизм склеивания чисто физический: расплавленный клей проникает в поверхность бумаги, остывает и затвердевает, механически фиксируя страницы на месте.

PUR-клей (реактивный полиуретановый) наносится при более низкой температуре (120–140 °C) и отверждается за счёт химической реакции с влагой, содержащейся в бумаге и атмосфере, — а не просто при охлаждении. Химическая связь на 40–60 % прочнее, чем у клея EVA, по результатам стандартных испытаний на отрыв страниц (измеряется в Н/см длины корешка), а отвердевший PUR остаётся гибким, а не становится хрупким: он изгибается без растрескивания при полном раскрытии книги.

Часто задаваемые вопросы

Почему из дешёвых бумажных книг выпадают страницы?

Основной причиной является недостаточная подготовка корешка — фреза не удаляет достаточного количества материала, чтобы обнажить все страницы для нанесения клея. Второстепенные причины включают охрупчивание клея на основе ЭВА с возрастом (особенно в холодных условиях, где клей теряет эластичность) и ориентацию волокон бумаги параллельно корешку (при повышенной влажности бумага набухает у корешка и разрывает клеевое соединение).

В чём разница между клеем ПУР и клеем ЭВА для мягкой обложки?

Клей ПУР образует химическую связь с волокнами бумаги за счёт влагопроявляемого отверждения и обеспечивает прочность соединения на 40–60 % выше, чем клей ЭВА при испытании на отрыв страниц. После отверждения клей ПУР сохраняет эластичность — он изгибается без растрескивания при полном раскрытии книги. Клей ЭВА затвердевает при охлаждении и со временем (через 3–5 лет) становится хрупким. Стоимость клея ПУР на одну книгу примерно на 30–50 % выше, чем у клея ЭВА, однако доля выпадающих страниц снижается с 5–15 % до менее чем 1 %.

Как насечка корешка повышает долговечность книг с мягкой обложкой?

Надрезание — это нанесение мелких поперечных канавок на корешок перед нанесением клея. По сравнению с прямой фрезерованной кромкой этот метод увеличивает площадь поверхности, доступную для клеевого соединения, на 40–60 %. Клей заполняет надрезы, создавая механические точки сцепления, которые противостоят выдергивающей силе, действующей на отдельные страницы. Мягкие переплёты с надрезанным корешком и PUR-клеем выдерживают в 2–3 раза больше циклов изгиба (открытия и закрытия), чем мягкие переплёты с EVA-клеем без надрезания.

Какое направление волокон бумаги предотвращает выпадение страниц?

Волокна бумаги должны быть ориентированы параллельно корешку: страницы расширяются и сжимаются перпендикулярно корешку при изменении влажности. Если волокна ориентированы перпендикулярно корешку, страницы набухают у края переплёта, механически разрушая клеевое соединение. Направление волокон определяется на бумажной фабрике в процессе производства и не может быть изменено после нарезки листов — типография должна указывать требуемое направление волокон при заказе бумаги для печатного задания.

Какова связь между количеством страниц и прочностью переплёта?

Брошюры с бесшовным переплётом, содержащие более 350 страниц, испытывают пропорционально более высокое напряжение корешка, поскольку толстый блок книги сопротивляется раскрытию, концентрируя усилие раскрытия на корешке. Книги с более чем 400 страницами выигрывают от использования PUR-клея и насечки корешка независимо от типа бумаги. Книги менее чем с 200 страницами при правильном направлении волокон бумаги и адекватной подготовке корешка редко теряют страницы при использовании клея EVA.

Как издатель может проверить прочность переплёта брошюр до запуска массового производства?

Испытание на отрыв страниц — калиброванный пружинный динамометр оттягивает отдельные страницы от скреплённого блока книги, измеряя силу, необходимую для их отделения. Минимальное значение 7,5 Н/см длины корешка является отраслевым стандартом допустимой прочности скрепления. Испытание на гибкость — книга раскрывается до середины и 50 раз прижимается к плоской поверхности, после чего проверяется на наличие оторвавшихся страниц. Испытание на ударную нагрузку — книга помещается в вращающийся барабан и подвергается заданному числу циклов вращения, что имитирует механическое воздействие при транспортировке и выкладке в розничной торговле.