Badanie otwieralności opraw Testing Bookbinding Openness STANISŁAW STACHOWICZ The article presents results of the research on quality of book-binding production and determination of a completely new paper parameter. The paper parameter helps to determine its usefulness for bookbinding purposes. The article also presents the method for the objective measurement of book binding openness with a two-point method. The final part of the article discusses the results of the tests of openness of otabind binding: homogenous full cloth and integrated, depending on the thickness of book bulk and its width and paper basis weight. Wstęp Parametr jakościowy oprawy, jakim jest jej otwieralność, w sensie fizycznym określa tendencja kart wkładu do układania się ich w otwartej oprawie w stosunku do poziomo położonych okładek. Określenie to w znacznym skrócie jest zdefiniowane w Polskiej Normie PN-82 P-55500 Introligatorstwo Przemysłowe. Terminologia. Problem otwieralności opraw przybrał na znaczeniu wraz ze wzrostem podaży różnorodnych materiałów dla potrzeb wykonywania opraw. Brak badań i prac teoretycznych nad otwieralnością opraw skutkował tym, że nie można było jej określić w przybliżeniu zanim podjęto się wykonania oprawy. Do oceny parametru otwieralności oprawy posługiwano się bowiem atrapą, która była wykonana z identycznych materiałów, jak te, które miały posłużyć do wykonania zamówienia. Wiązało się to z fizycznym wykonaniem oprawy z wybranych materiałów na potrzeby oceny wyniku zastosowania tych a nie innych materiałów. Metoda wykonania atrapy empiryczna zmuszała do wykonywania takiej liczby atrap, ile zamierzano wziąć pod uwagę do wykonania zamówienia różnych materiałów. Jeśli przykładowo zakładano zbadać otwieralność oprawy dla kilku papierów i kilku różnych konstrukcji grzbietów, to liczba niezbędnych do wykonania atrap była określana poprzez iloczyn liczby w danym zbiorze materiałów i liczby konstrukcji grzbietów. Badaniom nad otwieralnością opraw początek dały badania nad czytelnością druku. Zauważono bowiem, że brak płaskiego położenia kart wkładu w otwartej oprawie wpływa na spadek czytelności tekstu. Stwierdzono również, że oprawy o niższej otwieralności podczas użytkowania ulegają szybszemu niszczeniu. Postępowi badań nad otwieralnością opraw sprzyjała możliwość numerycznego rozwiązywania zagadnień inżynierskich oraz znaczna różnorodność dostępnych materiałów do wykonywania opraw. W Instytucie Poligrafii PW, a obecnie Instytucie Mechaniki i Poligrafii Politechniki Warszawskiej dla potrzeb określania właściwości papierów, a tym samym określania ich przydatności w procesach introligatorskich, sformułowano parametr papieru nazwany stałą papieru. Funkcja stałej papieru jest stałym elementem równania różniczkowego, a także algorytmu obliczeń numerycznych sformułowanych na potrzeby analiz położenia kart w otwartej oprawie. Stała ta jednoznacznie uszeregowuje w zbiorze papierów jego przydatność na potrzeby wykonywania opraw pod względem ich otwieralności. W zbiorze tym dana stała papieru będzie dzieliła zbiór ten na dwa obszary. Dla wartości większych i rosnących, co będzie oznaczało, że użyte papiery do wykonania oprawy będą posiadały coraz to lepszą otwieralność. Natomiast drugi obszar zbioru, o wartościach mniejszych, będzie zawierał zbiór papierów, dla których spadek wartości stałej papieru będzie oznaczał, że oprawa wykonana z użyciem tych papierów będzie posiadała coraz gorszą otwieralność. Prace te prowadzono dwukierunkowo. Realizowano badania nad analitycznym określeniem parametrów materiału, które jednoznacznie określają jego wpływ na otwieralność oprawy. Parametr ten pozwolił na uszeregowanie wpływu w danym zbiorze materiałów, konstrukcji grzbietu, sposobu łączenia kart wkładu itd. na otwieralność oprawy. Analityczne określenie parametru materiału czy konstrukcji w danym zbiorze pozwala na sformułowanie wynikowej otwieralności danej oprawy względem pozostałych. Natomiast jej wartość liczbowa, jak każdej innej, została wcześniej zmierzona lub obliczona. Drugi kierunek badań zmierzał do opracowania obliczeń numerycznych, aby zamiast wykonywania atrap wygenerować projektowaną oprawę w postaci wirtualnej dla potrzeb oceny jej otwieralności. Powyższe badania pozwalają także na opracowanie modelowych parametrów kleju czy innych materiałów używanych do konstrukcji grzbietu oprawy, które również wpływają na otwieralność oprawy. W niniejszym artykule zaprezentowano badania zależności otwieralności opraw od technologii ich wykonania, grubości oprawy i jej formatu. Zatem artykuł ten stanowi cenną informację dla technologów, jak i redaktorów technicznych dla potrzeb produkcji opraw. Otwieralność opraw Czytelnik korzystający z publikacji, w razie gdy oprawa będzie miała niską otwieralność, będzie starał się poprawić otwieralność poprzez prasowanie okolic grzbietu oprawy siłą w celu wymuszenia większego odkształcenia grzbietu. Takie postępowanie powtarzane wielokrotnie w czasie przyczynia się do szybszego niszczenia oprawy. Przykładową oprawę o niedostatecznej otwieralności, która będzie przysparzała trudności w trakcie jej użytkowania, przedstawiono na rysunku 1. Dr inż. S. Stachowicz, Instytut Mechaniki i Poligrafii, Wydział Inżynierii Produkcji, Politechnika Warszawska 418 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012
Ponadto te dodatkowe czynności ze strony czytelnika zmniejszają szybkość czytania, rozumianą jako percepcję tekstu oraz jego zrozumienie. Te czynności ze strony czytelnika są powodowane pochyleniem się tekstu w części przygrzbietowej, które utrudnia czytelność tekstu wskutek wystąpienia fałdy w karcie wkładu zawierającej nadrukowany tekst. W otwartej oprawie o cechach dobrej otwieralności karty wkładu będą przyjmować położenie płaskie, natomiast w oprawie o gorszej otwieralności będą miały fałdę w części przygrzbietowej aż do pionowego uniesienia. Zatem otwieralność oprawy można utożsamiać z rzutem karty w otwartym wkładzie na poziomo położone okładki. Na otwieralność oprawy mają wpływ różne czynniki, takie jak: technologia wykonania oprawy, wymiar oprawy grubość i szerokość, jak i właściwości zastosowanych materiałów. Inaczej mówiąc, otwieralność oprawy jest funkcją technologii jej wykonania oraz właściwości materiałów, z których ją wykonano. Niezależnie od wymienionych czynników każda oprawa będzie miała różną otwieralność w różnych miejscach podczas jej otwierania. Ponadto symetria konstrukcji oprawy sprawia, że otwieralność jej jest identyczna dla karty a oraz N a (N oznacza całkowitą liczbę kart oprawy, a oznacza liczbę kart, przy której otwarcie oprawy stanowi równowagę trwałą). Z tym związany jest bezpośrednio przebieg otwieralności oprawy, który swoje maksimum wykazuje w połowie otwartej oprawy. Natomiast zmniejszenie otwieralności oprawy następuje w kierunku początkowych i końcowych kart wkładu. Tym samym otwieralność oprawy dla karty a i N a jest identyczna, i podobnie dla każdej pary kart x i N x, przy założeniu symetryczności konstrukcji wykonanej oprawy. Przebieg funkcji otwieralności oprawy jako wysokość uniesionej karty nad miejscem jej zamocowania w grzbiecie zaprezentowano na rysunku 2. Dla uogólnienia rozważań na rysunku 2 wielkość a jest specyficzną wartością x, dla której oprawa jest trwale otwarta, a więc jest w równowadze trwałej. Wartość x zawiera się w przedziale od zera do wartości N, natomiast w wielkościach względnych od zera do 1. W obszarze tej funkcji otwarcie oprawy ma charakter równowagi trwałej, natomiast w okolicach wartości a ma ono charakter równowagi chwiejnej, przechodząc dalej dla wartości mniejszej od a i wartości większej od Rys. 1. Oprawa o niedostatecznej otwieralności Rys. 2. Przebieg otwieralności oprawy w poszczególnych miejscach jej otwarcia N a ponownie do wartości trwałej, lecz trwale zamkniętej. Zatem w tym obszarze będzie zachodzić samorzutne zamykanie oprawy. Badania wykazały, że otwieralność opraw jest w ścisłej zależności od unoszenia kolejnych kart w otwartej oprawie. Zatem otwieralność oprawy można będzie określić jako funkcję liczby kart, które nie podtrzymywały stanu równowagi trwałej po wymuszonym otwarciu oprawy. Podobnie można określić otwieralność oprawy jako funkcję rzutu wszystkich kolejnych kart otwartej oprawy na płaszczyznę poziomą. Jednak w obu przypadkach mamy do czynienia ze znaczną liczbą pomiarów, bowiem jest ona identyczna z liczbą kart oprawy. Badacze zaproponowali wiele metod badawczych, począwszy od określania współrzędnych punktu maksimum uniesienia karty w otwartej oprawie w stosunku do jej punktu zamocowania, kąta pomiędzy dwoma stycznymi poprowadzonymi w miejscu połączenia dwóch sąsiednich kart wkładu będących N-a N na rozwarciu. Inne metody polegają na wywołaniu siły nacisku na grzbiet oprawy i zmierzeniu wartości ugięcia grzbietu w wyniku działania tej siły. Z powyższych metod pomiarowych na uwagę zasługuje metoda pomiaru współrzędnych uniesienia karty w otwartej oprawie. Związane to jest ze znacznie łatwiejszym algorytmem obliczeń numerycznych dla potrzeb wirtualnej symulacji opraw. Bowiem współrzędne położenia kart otwartej oprawy można bez większego trudu obliczyć, natomiast pozostałe metody pomiarowe dają wyniki, które bardzo trudno przetransformować dla potrzeb obliczeń numerycznych i które w małym stopniu nawiązują do oceny otwieralności oprawy. Można bowiem uzyskać w tych metodach różne wyniki otwieralności opraw, a mogą być to oprawy o tej samej otwieralności, jeśli chodzi o położenie kart. Ponadto pomiar otwieralności oprawy na podstawie pomiaru współrzędnej uniesienia karty otwartej oprawy, jak wskazali badacze, odzwierciedlał również trwałość oprawy. Wprawdzie we PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012 419
wszystkich badaniach można doszukać się wspólnego mianownika, gdyż zawsze będą one w jakimś stopniu powiązane z trwałością użytkowania oprawy. Istotną trudnością w pomiarach otwieralności opraw jest określenie jednostki miary otwieralności oprawy i sposób opracowania wyniku. Podawanie otwieralności w metodach już istniejących poprzez kąt nie jest miarodajne. Można jedynie zastosować go do określonych typów opraw czy nawet konstrukcji oprawy w ramach danego typu. Jednostka ta nie miałaby więc charakteru uniwersalnego. Dlatego podjęto badania nad opracowaniem metody pomiarowej otwieralności oprawy w oparciu o pomiar krańcowych współrzędnych karty w otwartej oprawie oraz wysokości jej uniesienia. Technologia i konstrukcja wykonania oprawy ma decydujący wpływ na jej właściwości użytkowe. Różnorodność technologii pozwala na uzyskanie różnych produktów charakteryzujących się różnymi właściwościami. Oprawy droższe, bogatsze w swej formie, są przeznaczone do wydań wartościowych, takich jak np. albumy. Wymagania dla tych pozycji są znacznie większe niż dla roczników statystycznych, rozkładów jazdy, katalogów itp. Uwzględniając różnorodność konstrukcji opraw występujących na rynku, zaobserwowano, iż ich otwieralność jest zmienna i wynika z następujących przesłanek: rodzaju papieru użytego do wykonania wkładu oprawy, konstrukcji okładki, sposobu połączenia wkładu z okładką, technologii połączenia kart wkładu, profilu przekroju grzbietu wkładu, sposobu wzmocnienia grzbietu wkładu, szerokości oprawy, grubości oprawy. Papier wkładu oprawy wpływa na jej otwieralność poprzez swoje możliwości odkształcania, te zaś wynikają z jego modułu Younga, kierunku włókien, grubości papieru oraz jego gramatury. Parametry papieru takie jak gramatura, grubość oraz wolumen są między sobą w zależności funkcyjnej wolumen papieru jest jego gęstością właściwą, obliczaną poprzez podzielenie gramatury papieru przez jego grubość. Dla potrzeb introligatorskich w oparciu o analizę równań różniczkowych opracowano charakterystyczną wielkość określaną jako stałą papieru. Wiąże ona określone parametry papieru i ponadto szereguje zbiór papierów, określając jednoznacznie ich przydatność do produkcji opraw o wymaganej otwieralności. Stałą papieru oznacza się dla określonego kierunku orientacji włókien, a ponieważ kierunek włókien papieru w oprawie winien być równoległy w stosunku do grzbietu, zatem stałą tę wyznacza się dla prostopadłego kierunku włókien. Przedstawia się ona następująco: [1] gdzie poszczególne wielkości oznaczają: G gramaturę papieru, E moduł Yunga papieru, v współczynnik Poissona papieru, g grubość papieru, k przyspieszenie ziemskie, SP stałą papieru [rd/cm 3 ]. Stała papieru określa nam wartość przyrostu wyrażonego w radianach kąta, pomiędzy stycznymi na końcach wygiętego paska papieru o jednostkowej długości pod wpływem siły pochodzącej od jego gramatury. Zatem im większa stała papieru, tym bardziej odkształca się papier pod wpływem własnej gramatury. Oprawa zawierająca wkład wykonany z tego papieru będzie więc miała większą otwieralność. Analiza zależności stałej papieru od jego parametrów dowodzi, iż stała ta w znacznym stopniu jest zależna od grubości papieru, ponieważ zmniejsza się przy wzroście grubości papieru, która występuje w mianowniku, i do tego w trzeciej potędze. Natomiast wzrost gramatury papieru, jak wynika z funkcji określającej stałą papieru, miałby pociągać za sobą wzrost wartości stałej papieru. Taki wywód jest mylący. Bowiem należy pamiętać, że przy stałym wolumenie papieru przykładowo dwukrotne zwiększenie gramatury papieru spowoduje dwukrotne zwiększenie jego grubości. Natomiast mając na uwadze, że dwukrotnie większa wartość gramatury papieru jest w liczniku funkcji opisującej stałą papieru, to dwukrotne zwiększenie grubości papieru występującej w trzeciej potędze w mianowniku ostatecznie powoduje czterokrotne zmniejszenie wartości stałej papieru. Zatem wzrost stałej papieru poprzez zwiększenie jego gramatury może zostać osiągnięty wyłącznie poprzez wzrost wolumenu papieru przy jego stałej grubości. Tym samym oprawa zawierająca wkład wykonany z papieru o większej gramaturze będzie charakteryzowała się mniejszą otwieralnością. Natomiast zwiększenie otwieralności oprawy, w wyniku zwiększenia stałej papieru, jest możliwe wskutek przyrostu gramatury papieru, jeśli to będzie się wiązać z przyrostem wolumenu papieru, a nie jego grubością. Konstrukcja okładki wpływa na otwieralność oprawy zależnie od typu oprawy. W oprawach prostych, w których okładka wykonana jest z jednego arkusza i ponadto na grzbiecie wkładu i okładki występuje klej, otwieralność oprawy jest zależna nie tylko od stałej papieru, ale również od parametrów papieru okładki. Podobnie grubszy materiał w przypadku okładki przylegającej lub zakrywającej będzie pociągał za sobą zmniejszenie otwieralności oprawy. Z tego względu zaleca się wykonywanie okładek z materiałów cieńszych, lecz laminowanych. Folia laminująca bowiem w znacznym stopniu zwiększa wytrzymałość mechaniczną okładki, lecz ze względu na mniejszą grubość zwiększa otwieralność oprawy. Wśród sposobów połączenia wkładu z okładką można wyróżnić połączenia elastyczne, zupełnie swobodne, jak i zupełnie sztywne. Do elastycznych połączeń wkładu z okładką należy zaliczyć tę grupę połączeń, która pozwala na odkształcanie grzbietu wkładu niezależnie, czy jest to oprawa prosta, złożona czy specjalna. Tego typu połączenia są realizowane w oprawach prostych poprzez łączenie klejami wkładu i okładki. Natomiast w oprawach złożonych to połączenie jest realizowane poprzez wyklejki i ewentualnie dodatkowo wzmacniane. Dwie przeciwstawne grupy połączeń wkładu z okładką o sztywnym oraz swobodnym połączeniu to połączenia specjalne typu listwowego, nity czy śruby introligatorskie, szycie drutem z boku itd. Do swobodnych połączeń nie wykazujących sztywności połączenia wkładu z okładką zaliczamy grzebienie z pamięcią lub bez, spirale, koła itp. Reasumując: sztywne połączenia grzbietu z okładką w znacznym stopniu zmniejszają otwieralność oprawy, natomiast pozostałe powodują jej zwiększanie. Takim skrajnym przypadkiem jest oprawa łączona spiralą czy grzebieniem lub kółkami, gdyż w niej otwieralność w ogóle nie zależy od stałej papieru wkładu. Sposób połączenia kart wkładu również wpływa na końcową otwieralność oprawy. Wynika ona z możliwości wykonywania ruchu przez kartę wkładu w miejscu łączenia jej w grzbiecie. Głównie dotyczy to opraw szytych zeszytowo nićmi czy 420 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012
termonićmi oraz kart wkładu kartkowego łączonego grzebieniem, kółkami z tworzyw itp. W pozostałych przypadkach obrót karty wkładu w jego grzbiecie następuje wskutek jego odkształcania w trakcie użytkowania oprawy. Kształtowanie-profilowanie grzbietu dotyczy jego zaokrąglania, gdyż jego naturalnym profilem jest kształt prosty przekrój grzbietu ma profil prostokąta. Przed wykonaniem zaokrąglania grzbietu grubość wkładu stanowiła cięciwę łuku okręgu po jego zaokrągleniu. Ponieważ łuk oparty na cięciwie jest wymiarowo dłuższy od cięciwy, tym samym po otwarciu takiej oprawy grzbiet będzie dążył do wygięcia się w łuk, a to oznacza, że styczne na końcach łuku będą nachylone pod większym kątem w stosunku do poziomu niż gdyby to miał być grzbiet prosty. Wzmacnianie grzbietu wiąże się z wprowadzeniem w obszar grzbietu materiałów o określonej sztywności. Tym samym zwiększenie sztywności grzbietu powoduje zmniejszenie otwieralności oprawy. Dlatego do zaklejania grzbietów stosuje się kleje elastyczne oraz materiały o małej sztywności. Jednak dla zwiększenia wydajności produkcyjnej stosuje się kleje hot-melt, które mają sztywniejszą błonę klejową w stosunku do klejów dyspersyjnych. Szerokość oprawy znacząco wpływa na jej otwieralność w wyniku wywierania w miejscu grzbietu coraz to większego momentu odkształcającego grzbiet, powodującego, że coraz to większa liczba kart wkładu przyjmuje trwałe położenie, a karty wkładu, które zamykają się samodzielnie, są w coraz to mniejszej ilości w stosunku do ogólnej liczby kart wkładu. Wynika to z większego momentu pochodzącego od gramatury papieru i ramienia jego siły, które zwiększa się wraz z szerokością karty wkładu. Grubość oprawy wpływa na jej otwieralność, lecz nie wpływa na otwieralność początkowych kart wkładu. Można to sprawdzić, starając się otworzyć oprawę po przewertowaniu początkowych kartek. Jeśli oprawę identycznie wykonaną, lecz o większej grubości poddamy temu samemu badaniu, to stwierdzimy, że po identycznej liczbie otwartych kart oprawa zostaje trwale otwarta nie zamyka się samorzutnie. Natomiast zwiększa się udział procentowy kart w otwartej oprawie w przypadku, gdy jest ona o większej grubości. Tym samym zwiększa się jej ogólna otwieralność. Rys. 3. Sposób pomiaru wielkości l i h w badanej oprawie Dosyć znaczny obszar problemów otwieralności przysparzają oprawy z wkładem łączonym klejem termotopliwym, które mają dosyć sztywne błony klejowe, a ich sztywność zwiększa się wraz z procesem starzenia się kleju. Dotychczasowe kleje dyspersyjne ze względu na długi czas chwytania zostały wyparte, gdyż wymusiło to zwiększenie wydajności produkcyjnej, a sprostały temu wyzwaniu kleje typu hot-melt. Prowadzone prace badawcze pozwoliły na opracowanie klejów do łączenia klejowego do tzw. płaskiego leżenia, gdyż kleje dotychczasowe powodowały efekt blokowania oprawy, co oznaczało, iż położona na grzbiecie pionowo oprawa po wymuszonym otwarciu samorzutnie ulegała zamknięciu. Wykonanie próbek do badań Do realizacji programu badań wykonano następujące oprawy: otabind, zintegrowaną, jednorodną całopłócienną. Na potrzeby wykonania wkładów użyto do produkcji 16-stronicowych składek papieru powlekanego Galery One Silk firmy M-Real o gramaturach 80 oraz 115 g/m 2. Składki przeznaczone do wykonywania wkładów do oprawy zintegrowanej oraz jednorodnej poddano zszyciu na maszynie szyjącej Inventa Plus firmy Müller Martini. Pozostałą część wkładów przeznaczono do wykonania oprawy otabind, w której karty łączono klejem po całkowitym ścięciu grzbietów składek. W celu zbadania otwieralności opraw w zależności od szerokości wkładu i jego grubości wykonano wkłady o szerokości przekraczającej wymiar 200 mm, gdyż w większości przypadków produkcyjnych oprawy o tej szerokości są wykonywane sporadycznie. Natomiast oprawy o mniejszej szerokości wkładu uzyskano po okrawaniu boku przedniego opraw, po wykonaniu na nich pomiarów, gdy miały większą szerokość. Takie postępowanie pozwalało na ograniczenie do minimum odmienności wykonanych próbek opraw. Grubości opraw użytych do badań wynosiły: 10, 16 i 24 mm. Oprawę zintegrowaną wykonano z wkładem szytym zeszytowo nićmi, a grzbiet tego wkładu zaklejono klejem dyspersyjnym CR firmy Boryszew Polska. Następnie przyklejono wyklejki oraz pasek grzbietowy ze skrzydełkami o szerokości 24 mm z papieru krepowanego. Tak otrzymany wkład okrawano na trójnożu. Okładki wykonano z kartonu o gramaturze 350 g/m 2, a następnie połączono je z wkładem. W oprawie otabind wkład wykonano w technologii łączenia klejowego z całkowitym ścięciem grzbietów składek. Do zaklejenia grzbietu użyto kleju hot-melt LTK B256 marki H.B. Fuller. Na grzbiet naklejono pasek grzbietowy z papieru krepowanego natronowego o gramaturze 100 g/m 2, o szerokości skrzydełek 4 mm. Szerokość tych skrzydełek wynika z możliwości ich zakrycia przez przegniecenia (bigi) okładki i szerokości łączenia z okładką w wyniku sklejenia. Okładki tej oprawy wykonano również z kartonu o gramaturze 350 g/m 2. Wykonano w nich 6 przegnieceń (bigów) po trzy względem środka grzbietu. Wewnętrzne przegniecenia były łączone z okładką, natomiast obszar pomiędzy drugim i trzecim przegnieceniem był łączony z wkładem. Podobnie po połączeniu wkładu z okładką oprawy otabind okrawano na trójnożu. Do wykonania oprawy jednorodnej całopłóciennej użyto również wkładów o grubości 10, 16 i 24 mm z tolerancją 1 mm, szytych zeszytowo nićmi. Grzbiet zszytego wkładu zaklejono klejem dyspersyjnym i dołączono pasek grzbietowy ze skrzydełkami o szerokości 24 mm z papieru krepowanego. Następnie wkład okrawano na trójnożu, po czym przy- PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012 421
Rys. 4. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 9 (otabind) i 10 mm dla pozostałych, dla gramatury papieru wkładu 80 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy Rys. 5. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 16 mm, z papieru o gramaturze 80 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy Rys. 6. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 22 (zintegrowana) i 25 mm dla pozostałych opraw, z papieru o gramaturze 80 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy stąpiono do naklejenia kapitałek i paska grzbietowego bez skrzydełek. Grzbietu wkładu nie poddano zaokrągleniu. Okładkę całopłócienną wykonano, mając na względzie mniejszą sztywność płótna w stosunku do sztywności papieru laminowanego folią. Jest to spowodowane mniejszą sztywnością oklejki w obszarze odsadki, natomiast wymiar odsadki o wartości 8 mm ustalono w oparciu o zalecenia normy dla grzbietów niezaokrąglanych. Do wykonania okładzinówek użyto tektury introligatorskiej o grubości 1,25 mm. Grzbietówkę okładki wykonano z kartonu o grubości 0,4 mm. Kanciki w tych okładkach, zarówno przednie, jak też górne i dolne, miały wymiar 3 mm. Po wykonaniu okładek połączono je z wkładami poprzez wyklejki z użyciem kleju dyspersyjnego. Obiektywny pomiar otwieralności opraw Pomiar otwieralności oprawy sprowadza się do pomiaru współrzędnych końców kart otwartej oprawy. Aby dokonać obiektywnego pomiaru otwieralności oprawy, należałoby dokonać pomiaru na każdej karcie wkładu, a następnie na podstawie zależności funkcyjnej obliczyć otwieralność oprawy. Zakładając, iż metoda pomiarowa ma być prosta mało skomplikowana, opracowano metodę dwupunktowego pomiaru otwieralności oprawy. Dwupunktowa metoda pomiaru otwieralności oprawy polegała na otwieraniu oprawy w połowie i w jednej czwartej jej grubości. Założono bowiem, że przez dwa punkty można z dużym przybliżeniem poprowadzić funkcję opisującą otwieralność oprawy. Można w oprawie określić takie dwa punkty i przypisać jej odpowiednią funkcję, która będzie określała otwieralność oprawy. Kilkudziesięciu niezależnych badaczy z odpowiednimi kwalifikacjami badało otwieralność opraw, przypisując im oceny w skali od 2 do 5. Osoby badające oprawy przeszły przeszkolenie co do przyznawania konkretnej oceny dla danej otwieralności oprawy. Na podstawie wyników badań subiektywnych określono funkcję analityczną, która zawierała następujące wielkości: odległość pomiędzy końcami kart będących na otwarciu w jednej czwartej grubości oprawy oraz w połowie, wymiar wysokości uniesienia końców obu kart nad poziomem okładek. W oparciu o wyniki pomiarów obliczono parametr x na podstawie poniższej zależności: 422 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012
[2] w której poszczególne wielkości oznaczają: s szerokość wkładu [mm], l odległość pomiędzy końcami kart będących na otwarciu [mm], h sumę wysokości h 1 i h 2 uniesionych kart będących na rozwarciu nad poziomem okładek [mm], g grubość oprawy [mm]. Część powyższych wielkości zaprezentowano na obiekcie pomiarowym na rysunku 3. Pomiary wykonywano dla oprawy otwartej w połowie grubości oraz w jednej czwartej grubości, po czym przystąpiono do obliczenia parametru x dla obu przypadków otwartej oprawy. Następnie obliczoną w powyższy sposób zmienną przejściową, w zależności od jej wartości, podstawiano do funkcji parametrycznej, która ma następujące brzmienie: Rys. 7. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 9 mm, z papieru o gramaturze 115 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy [3] Rys. 8. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 15 (otabind) i 16 mm, z papieru o gramaturze 115 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy Po wykonaniu obliczeń wartości, obliczano otwieralność oprawy z poniższej zależności: [4] która stanowi średnią arytmetyczną otwieralności oprawy otwartej w połowie i w jednej czwartej grubości. Wyniki otwieralności opraw oprawy twardej, oprawy otabind i zintegrowanej przedstawiono w postaci wykresów na rysunkach 4-9. Analizując wyniki badań otwieralności powyższych opraw stwierdzono, że oprawą wzorcową pod względem oceny otwieralności jest oprawa złożona twarda, z wkładem szytym zeszytowo nićmi. Gor- Rys. 9. Otwieralność opraw z wkładem o grubości 24 mm, z papieru o gramaturze 115 g/m 2, w zależności od szerokości wkładu oprawy PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012 423
Rys. 10. Oprawa jednorodna otwarta w ½ grubości wkładu Rys. 11. Oprawa jednorodna otwarta w ¼ grubości wkładu grzbietu. Zwiększenie gramatury papieru powoduje bowiem zmniejszenie stałej papieru, co ma bezpośredni wpływ na spadek otwieralności oprawy. Podobnie zwiększenie otwieralności opraw następuje wraz ze zwiększeniem się szerokości oraz grubości wkładu oprawy. Jest to wynikiem możliwości wywierania w części grzbietowej oprawy większych sił pochodzących od gramatury papieru. Znaczne uproszczenie w projektowaniu opraw nastąpiłoby wówczas, gdyby określano parametr stałej papieru. Można go oznaczyć w niezbyt skomplikowanej metodzie pomiarowej. LITERATURA Rys. 12. Nakładowa oprawa otabind otwarta w ½ grubości wkładu Rys.14. Oprawa zintegrowana otwarta w połowie grubości sze wyniki otwieralności uzyskała oprawa otabind, a najniższą zintegrowana. Podstawą zróżnicowania wyników otwieralności tych opraw jest możliwość odkształcania się oprawy w jej części grzbietowej. Możliwości te przedstawiono na rysunkach 10-11. Przyrost otwieralności dla oprawy złożonej twardej, szytej zeszytowo nićmi wynika nie tylko z możliwości odkształcania grzbietu wkładu, lecz również z pracy odsadki. Powoduje ona zbliżanie się do siebie w części grzbietowej pierwszej i ostatniej karty wkładu. Można to zaobserwować podczas otwarcia tej oprawy w jej połowie (rys. 10). Natomiast gdy oprawa zostanie otwarta w mniejszej części, np. w ¼ (rys. 11), następuje oddalanie się powyższych punktów, a tym samym łuk grzbietu przyjmuje większą krzywiznę (krzywizna jest odwrotnością promienia). Podobnie większa wartość otwieralności opraw otabind w stosunku do opraw zintegrowanych wynika z możliwości odkształcania się okładki i grzbietu wkładu. Rys. 13. Nakładowa oprawa otabind otwarta w ¼ grubości wkładu W przypadku sztywniejszych okładek ma miejsce jedynie odkształcanie grzbietu. Jednak te możliwości pozwalają na wnioskowanie, iż oprawa otabind będzie miała lepszą otwieralność od oprawy zintegrowanej. Podobnie jak w oprawie złożonej, istnieje znaczna możliwość zbliżania się do siebie w oprawie otabind pierwszej i ostatniej karty wkładu w jego części grzbietowej, co uwidoczniono na rysunkach 12 i 13. Natomiast w oprawie zintegrowanej nie występuje istotne zbliżenie się pierwszej i ostatniej karty wkładu w jej grzbiecie, co uwidoczniono na rysunku 14. Tym samym krzywizna łuku grzbietu przybiera małą wartość. Zatem otwieralność tej oprawy zależy wyłącznie od gramatury papieru i szerokości wkładu. Wpływ gramatury papieru na otwieralność opraw jest znaczący. Szczególnie w dużym stopniu ma to miejsce w oprawach o mniejszych szerokościach wkładu. Jest to spowodowane znaczną zmianą stałej papieru, a dla większych gramatur możliwością większego odkształcania 1. Polska Norma PN-82/P-55500. Introligatorstwo przemysłowe. Terminologia. 2. Stachowicz S., Kamińska M.: Otwieralność opraw. Poligrafika, 1 (2001). 3. Kupcowa O. B., Kopiejkin A. L.: O procznosti biezszwiejnowo skreplenia knig. Poligrafija, 2 (1974). 4. Więckowski R.: Wykonanie oprawy otabind w warunkach krajowych. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 1991. 5. Mróz A.: Badanie opraw otabind i porównanie z oprawą prostą z wkładem łączonym klejowo. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 1991. 6. Zając K.: Wpływ sztywności grzbietu wkładu na otwieralność wkładu. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 1978. 7. Porzeżyński M., Stachowicz S.: Opracowanie obiektywnej metody oceny otwieralności opraw. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 1991. 8. Ratajewicz M., Stachowicz S.: Porównanie otwieralności oprawy otabind i zintegrowanej w stosunku do oprawy całopłóciennej. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 2005. 9. Ślęczkowska J.: Analiza wyników otwieralności oprawy prostej z wkładem szytym zeszytowo nićmi, metodą dwupunktową i wielopunktową. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 2010. 10. Malec J.: Analiza wyników otwieralności oprawy prostej z wkładem łączonym z użyciem kleju hotmelt, metodą dwupunktową i wielopunktową. Praca dyplomowa IPPW. Warszawa 2010. 11. Zachrisson B.: Studia nad czytelnością druku. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1970. 12. Kamińska M., Stachowicz S.: Otwieralność oprawy jej parametrem jakościowym., Poligrafika, 2, 62-63 (2003). 13. Olejarz L., Stachowicz S.: Określenie otwieralności oprawy funkcją szerokości kartki i kąta obrotu w miejscu jej połączenia z grzbietem wkładu. Praca magisterska IPPW. Warszawa 1986. 16. Bartosiak M., Stachowicz S.: Symulacja komputerowa oprawy klejowej z całkowitym sfrezowaniem grzbietu i spełniającej kryterium dobrej otwieralności. Praca magisterska IPPW. Warszawa 1993. 14. Królak P., Stachowicz S.: Badanie wpływu konstrukcji grzbietu i wkładu na otwieralność oprawy prostej z wkładem łączonym klejowo. Praca magisterska IPPW. Warszawa 2005. 424 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 LIPIEC 2012