Streszczenie
W wielu pracach introligatorskich istnieje potrzeba składania, wzdłuĪ prostych linii, papieru lub tektury. W celu realizacji tego zgiĊcia wykonuje siĊ osłabienie sztyw-noĞci materiału róĪnymi metodami. Jedną z nich jest bigowanie. Proces bigowania realizowany moĪe byü rĊcznie lub z wykorzystaniem maszyn bigujących. Cechy kon-strukcyjne narzĊdzi i parametry technologiczne procesu decydują o jakoĞci wykonanego bigu umoĪliwiającego bezproblemowe wykonanie zgiĊcia tektury.
W artykule dokonano analizy tych czynników oraz przedstawiono wyniki zreali-zowanych badaĔ wpływu wybranych z nich na jakoĞü bigi dla metody wykonywania wielu big w procesie ciągłym bigowania tektury o gramaturze 1200 g/m2.
Słowa kluczowe: bigowanie, jako bigi, narzdzia bigujce
Wprowadzenie
Zgodnie z norm [2] produkty papierowe, czyli spilniona na sicie masa włóknista pochodzenia organicznego, w zalenoci od gramatury podzielone zostały na papier (gramatura do 225 g/m2) i tektur (gramatura powyej 225 g/m2), przy czym w powszechnym obiegu tekture podzielona na gruby papier (karton) o gramaturze od 160 do 315 g/m2) oraz tekture o gramaturze powyej 315 g/m2. Karton i tektura, poza oczywist rónic w gruboci, maj te same cechy, co papier. Mog by kolorowe, misiste, gładzone, o powierzchni ziarnistej lub z faktur. Maj wiele zastosowa – od bycia zwykłym podkładem usztywniajcym, a po dekoracyjne elementy, wykorzystujce struktur i kolor.
Poza wygldem o jakoci wymienionych odmian papieru decyduj właciwoci wytrzymało-ciowe, czyli odporno na nagniatanie, nacinanie, zginanie, wytłaczanie, rozwarstwianie, sztywno, płaskie „leenie”, brak obcego zapachu oraz substancji szkodliwych dla zdrowia [4].
W zastosowaniu powszechnym wykorzystuje si tektur lit lub falist. Tektura lita wykorzy-stywana jest głównie w przemyle spoywczym, tytoniowym, farmaceutycznym, kosmetycznym, zabawkarskim.
Tektury lite (nazywane czsto kartonami) składaj si z jednej lub kilku warstw masy papierni-czej, połczonych na mokro podczas procesu wytwarzania, bez uycia kleju. W procesie produkcyjnym wylewa si kolejne warstwy masy papierniczej w momencie, gdy warstwa poprzed-nia jest odwodniona, ale niewysuszona, przy czym liczba warstw w tekturze litej moe wynosi do siedmiu [1]. Istotna rónica miedzy tekturami jednowarstwowymi a wielowarstwowymi polega na znaczco rónym zachowaniu si tektury w przypadku koniecznoci zagicia (np. przy produkcji opakowa) – tektury jednowarstwowe pkaj w obrbie załamania, a tektury wielowarstwowe pk-ni nie wykazuj.
Bardzo istotny wpływ na wiele własnoci wytrzymałociowych tektury ma kierunek ułoenia włókien celulozowych (podłuny czy poprzeczny) we wstdze tektury wytwarzanej w maszynie papierniczej. Kierunek podłuny MD zachodzi wtedy, gdy włókna celulozowe papieru s połoone
prawie równolegle do kierunku przepływu przez maszyn papiernicz. Gdy włókna celulozowe pa-pieru połoone s pod ktem prostym do kierunku przepływu przez maszyn papiernicz to wystpuje kierunek poprzeczny CD. Wikszo włókien w papierze układa si w tym samym kie-runku – w tym, w którym podczas produkcji przebiega wstga papieru. Kierunek ten jest okrelany, jako kierunek włókna papieru i sprawia, e wzdłu tej osi papier jest sztywniejszy, a wic trudniejszy do zgicia [9]. Przykładowo sztywno tektury w kierunku podłunym (MD) jest niemal dwa razy taka, jak sztywno w kierunku poprzecznym (CD) [3].
1. Proces bigowania tektury
W procesach introligatorskich, przy pracach zwizanych z wykonywaniem składanych zapro-sze i opakowa, składaniu ulotek, albumów na zdjcia fotograficzne, okładek ksiek w oprawie klejonej, teczek kartonowych i papierowych (rys. 1), wszelkiego rodzaju tekturowych modeli do składania, czsto wystpuje konieczno precyzyjnego, po linii idealnie prostej, w okrelonym i za-mierzonym miejscu, ich zagicie. O ile zagicie (zgicie) papieru nie stanowi wikszego problemu, to w przypadku kartonów i tektury jest to bardzo utrudnione, a jeeli uda si je zagi to rzadko wykonane zgicie jest proste, estetyczne i przebiega tak, jaka jest potrzeba. Opakowania tekturowe
Rysunek 1. Przykłady wyrobów papierniczych: a) teczki na dokumeny, b) – opakowania oraz wygląd miejsca zaginania – bigowania ródło: opracowanie własne na podstawie [12, 13,14].
a
bardzo łatwo zgina si i odgina w miejscach, gdzie si je zamyka i otwiera, natomiast zgicia tam, gdzie tektura jest zupełnie prosta, okazuje si bardzo trudne, wymagajce sporej siły.
Zgicie tektury płaskiej bdzie ułatwione, jeeli wykona si w miejscu wymaganego zgicia mechaniczne wyłobienie, które poprzez zerwanie włókien w strukturze tektury osłabia w tym miej-scu materiał, a tym samym zmniejsza sztywno materiału w miejmiej-scu zgicia. Istot i wan cech procesu jest to, e eliminuje si w ten sposób niebezpieczestwo niewłaciwego załamywania si tego zagicia.
Efekt osłabienia sztywnoci materiału osiga si poprzez metody bigowania, rowkowania i ry-cowania.
Rowkowanie to nowa technologia polegajca na wycinaniu rowków w tekturze z dokładnoci do 0,07 mm. Rowki mog mie róne kty i mog si krzyowa – dziki temu mona je zastosowa w wielu produktach po ich oklejeniu. Rowek moe mie przekrój trójkta o kcie od 90 do 130 stopni. Moe te mie kształt trapezu. Róne rodzaje stosuje si w zalenoci od zastosowania. Rowki mona wykona w materiałach o gruboci od 0,5 mm do 4 mm [15].
Rycowanie jest to proces introligatorski polegajcy na nacinaniu materiałów samoprzylepnych (folie samoprzylepne i papiery samoprzylepne) w taki sposób, aby przeciciu uległa jedynie wierzchnia warstwa, za podłoe nie zostało przecite. Rycowanie ma za zadanie oprócz podzielenia arkusza z nalepkami na właciwe uytki, równie ułatwienie odrywania nalepek, czsto o niewiel-kich rozmiarach [6,8].
Bigowanie (zwane równie wgniataniem, wciskaniem, przegniataniem, odciskaniem) polega na zmianie geometrii materiału, w cile okrelonym miejscu, poprzez wykonanie jednego lub kilka wgniece (rowków) w papierze lub tekturze w celu ułatwienia, a właciwie umoliwienia składania papieru lub w celu dekoracyjnym (np. wgniecenia na dyplomach, zaproszeniach czy kartkach wi-tecznych) [7]. Bigowanie jest stosowane szczególnie do papierów i tektury o znacznej gramaturze, a sam proces bigowania jest procesem trwałym, nieodwracalnym [5]. W wyniku powstania płyt-kiego (płytkich), aczkolwiek dobrze widocznego rowka (rowków), które wyznaczaj lini zgicia, ułatwione zostaje zagicie (zgicie) tektury (bigowa mona równie tworzywa sztuczne, jak np. polipropylen czy te folie typu PET).
W zalenoci od sposobu zmiany geometrii materiału rozrónia si bigowania poprzez prze-gniatanie wypukłe (przeprze-gniatanie dwustronne) i wklsłe (przeprze-gniatanie jednostronne) oraz wybicie.
Przegniatanie wypukłe realizowane jest poprzez geometryczne odkształcanie materiału wzdłu linii bigowania powodujce zerwanie czci połcze midzy warstwami w materiale włóknistym w wyniku wytworzenia łuku o coraz to wikszym promieniu, a tym samym wydłueniu wzgldem poszczególnych warstw. Zniszczenie czci połcze pomidzy warstwami materiału, znacznie zmniejszajc sztywno materiału, ułatwia jego zginanie w miejscu bigowania.
Odmiana wklsła bigowania polega na miejscowym sprasowaniu struktury materiału, co powo-duje zmniejszenie gruboci materiału w tym miejscu, a wic zmniejszenie sztywnoci na zginanie materiału.
Bigowanie przez wybicie materiału, wykonywane z wykorzystaniem rolek bigujcych, polega na przemieszczeniu wzgldem siebie płaszczyzny materiału na odcinku miejsca bigowania. Koco-wym etapem bigowania jest zginanie miejsca bigowania [7].
Miejsce przegniatania nazywa si bigiem lub przegnieceniem [10], natomiast narzdzie, którym si przegniata nazywa si big. Aby materiał w sposób trwały i estetyczny został zbigowany uywa si antybig. Biga wtłacza materiał do rowka antybigi, którego szeroko i głboko jest zalena od
gruboci materiału i kierunku włókien. Dziki temu przetłoczenie jest trwałe, wyrane, dostosowane głbokoci przetłoczenia do gruboci bigowanego materiału.
Jako, e bigowanie to szczególny rodzaj tłoczenia to mona big nazwa stemplem, a antybig – matryc.
Bigowanie mona wykona na maszynach zwanych bigówkami (bigownicami) za pomoc bi-gów (noy bigujcych listwowych) zamocowanych w wykrojnikach umieszczonych w maszynach, tam nagniatajcych montowanych na cylindrach dociskowych maszyn offsetowych, rcznie za po-moc kostek introligatorskich lub (stosunkowo rzadko) bigówek rolkowych, w których do bigowania stosuje si noe krkowe.
Podstawowym elementem bigówki listwowej jest wkładka przegniatajca (biga), umocowana w górnej ruchomej stalowej belce, połczonej z główk korbowodu osadzonego stop na mimoro-dowym wale silnika elektrycznego (rys. 2). Innym rozwizaniem konstrukcyjnym jest wymuszanie pionowego ruchu posuwisto-zwrotnego belki z osadzon big za pomoc siłowników pneumatycz-nych lub hydrauliczpneumatycz-nych. Mimo rópneumatycz-nych napdów zasada działania jest identyczna i polega na uderzaniu jednokrotnym big w materiał umiejscowiony na antybidze powodujc przegicie papieru lub tektury. Materiał bigowany przemieszcza si poprzecznie do narzdzia bigujcego.
ródło: [17]. ródło: opracowanie własne na podstawie [16]. Bigówka rolkowa (rys. 3) działa na zasadzie przemieszczania midzy górnym i dolnym nap-dzanymi silnikiem elektrycznym krkami przesuwajcego si równolegle do płaszczyzny krków materiału. Przegniecenie nastpuje stopniowo pomidzy piercieniami bigujcymi.
Rysunek 2. Bigówka listwowa z manualnym podawaniem tektury
Rysunek 3. Idea działania bigówki rolkowej
2. Podstawowe parametry bigowania a jako bigu
Wykonanie bigu na cienkim papierze, np. na papierze do drukarki komputerowej, nie jest trudne i wykona mona w prosty sposób rcznie, np. nagniatajc tpym cienkim narzdziem papier wzdłu liniału. Przy grubszych papierach naley uy narzdzi specjalistycznych, takich jak bigownice rczne lub z własnym napdem mechanicznym.
W bigowaniu listwowym big wykonuje si za pomoc noa bigujcego (płaska tama stalowa) o profilu ostrza zaokrglonego, przy czym promie zaokrglenia wynosi połow jego gruboci, umieszczonego w wykrojniku. Bigi wykonuje si w materiale papierniczym przy przerywanym przesuwaniu materiału, przy czym w jednym przejciu mona wykona kilka rowków w zalenoci od potrzeb. Proces bigowania materiałów papierowych o gramaturze do 400 g/m2 wykonywany jest narzdziami o geometrii, któr dobiera si w zalenoci od gramatury papieru, głbokoci wymaga-nego przetłoczenia, szerokoci rowka.
ródło: [3,18]. ródło: [3].
Ilustracj graficzn bigowania liniowego przedstawia rysunek 4, na którym oznaczono poszcze-gólne parametry bigowania, natomiast szeroko rowka (antybigi) B wyznaczy mona z okrelonej empirycznie zalenoci (oznaczenia na rysunku):
B= 1,5c + d (1) Zrealizowany zgodnie z powyszymi zaleceniami proces bigowania pozwala, dla tej gramatury papieru, uzyska bigi umoliwiajce w łatwy sposób zgi materiał w miejscu bigowania.
Rysunek 4. Ilustracja graficzna bigowania listwą bigującą
Rysunek 5. Wpływ szerokoĞci i głĊbokoĞci rowka na jakoĞü bigi
Rysunek 6. Tuleje bigujące do bigowania materiału o gramaturze od 80 do 400 g/m2 –
tuleje kombinowane ródło: [16].
Bigowanie krkowe realizowane jest z wykorzystaniem standardowych, rekomendowanych dla poszczególnych materiałów, krków bigujcych. Noe krkowe wykonywane s w zestawach dwóch tulei, z których jedna zamocowywana na dolnym wałku napdowym maszyny bigujcej ma jeden (lub dwa) rowek a druga zamocowywana na górnym wale napdowym ma jeden (lub dwa) piercie współpracujcy z rowkiem. Geometria rowka i piercienia dobierana jest w zalenoci od gramatury materiału bigowanego. Zamontowujc na wałach bigówki jeden, dwa lub trzy zestawy noy krkowych mona w jednym przejciu materiału bigowanego pomidzy wałami uzyska maksymalnie do 6 bigów. W bigowaniu krkowym stosuje si równie noe krkowe kombino-wane (rys. 6). Istota wykorzystania tych noy polega na tym, e nó krkowy dolny na jednej tulei ma wykowane rowki o rónej szerokoci i głbokoci, natomiast w zalenoci od gramatury mate-riału bigowanego, kojarzy si z nim nó krkowy górny z piercieniem, który kojarzy si z odpowiednim rowkiem noa dolnego.
Bez wzgldu na metod bigowania problemy z uzyskaniem zadawalajcego bigu pojawiaj si przy wykonywaniu go w tekturach grubych (gramatura powyej 400 g/m2). Wraz ze wzrostem gru-boci materiału papierniczego (np. tektura o grugru-boci około 2 mm) pojawiaj si znaczne problemy technologiczne – wykonanie rczne bigu jest praktycznie niemoliwe.
Sytuacja jeszcze znaczniej si komplikuje przy wykonywaniu rónych wyrobów papierniczych, gdzie wykorzystuje si niepowlekan tektur z naklejonym obustronnie papierem ozdobnym, któ-rego grubo wynosi dziesite czci milimetra. Tektura niepowlekana jest znacznie bardziej łatwa (podatna) do zginania ni tektura powlekana, jako e struktura tektury powlekanej zmienia si wraz z gruboci warstwy powlekania, zwartoci i długoci włókien, połczenia (wizania) pomidzy tektur a papierem.
Opisana wyej sytuacja tektury powlekanej dotyczy produkcji teczek tekturowych do doku-mentów o rónej pojemnoci (rys. 1a). Teczki takie wykonywane s z tektury o gramaturze około
1200 g/m2 oklejonej dwustronnie kolorowym papierem ozdobnym. Łczna grubo tektury i papieru ozdobnego wynosi około 1,85 mm. Teczka składa si z trzech elementów: tektury powlekanej o wy-miarach 600x320 mm (rys. 7b, poz. 1), do której przynitowuje si dwie jednakowe tektury boczne o wymiarach 300x210 mm (rys. 7b, poz. 2). Do uzyskania właciwego (półkołowego) zagicia tek-tury (rys. 7d) wykonuje si dwa zestawy po 5 bigów równoległych oddalonych od siebie o 10 mm w zestawie (rys. 7a, 7b).
Rysunek 7. Teczka tekturowa do dokumentów
a) przed zginaniem strona zewnĊtrzna, b) przed zaginaniem strona wewnĊtrzna, c) w trakcie zaginania, d) po zagiĊciu
ródło: opracowanie własne.
Powszechn metod bigowania takich wyrobów papierniczych jest bigowanie profilow listw przegniatajca materiał w kanale antybigi. Proces ten realizowany jest na bigownicach, w których jedna listwa wykonuje ruch pionowy posuwisto-zwrotny. Materiał przesuwany jest po kadym bigu, o skok uzaleniony od wymaganej odległoci midzy bigami.
Taki sposób bigowania, szczególnie przy rcznym przesuwaniu materiału jest procesem czaso-chłonnym. Przy produkcji kilku milionów sztuk teczek papierowych rocznie taki sposób bigowania jest nieekonomiczny. Z tego wzgldu podjto prób zastpienia tej metody bigowania metod bigo-wania krkowego. Przyjto załoenie, e w jednym przejciu materiału (okleinowanej tektury o wymiarach 320x600 mm) wykonane zostan wszystkie 10 niezbdne bigi. Skonstruowano i wy-konano krki o geometrii według zalece podawanych do tektury o gramaturze do 400 g/m2. Niestety wykonane próby nie okazały si pomylne (rys. 8). Jak wida wystpiły niedopuszczalne nacicia tektury, rozwarstwienia, wyrwania zarówno na stronie wewntrznej, jak i zewntrznej, itp.
Przy zaginaniu zamiast półokrgłego grzbietu uzyskiwano grzbiet o kształcie spłaszczonym oraz odklejonym papierze wewntrznym (rys. 9).
Rysunek 8. Uszkodzenia warstwy zewnĊtrznej i wewnĊtrznej okleiny i tektury ródło: opracowanie własne.
Analiza uszkodze wykazuje, e przyjta geometria noy krkowych zgodnie z podawan w literaturze zalenoci (1) nie sprawdza si dla tektury o gramaturze około 1200 g/m2. W tym stanie rzeczy nieodzowne jest prowadzenie dalszych prób skonstruowania narzdzia, dziki któremu uzyska si właciwe bigi. Próby takie dotycz przede wszystkim ustalenia innej geometrii noy krkowych ni powszechnie stosowana, a w szczególnoci głbokoci i szerokoci rowka oraz pier-cieni, jak równie odległoci midzy krkami. Istotn spraw jest dobranie odpowiedniej prdkoci obrotowej krków oraz sposobu napdu – dwa krki napdzane, czy te jeden bez na-pdu.
Rysunek 9. NiewłaĞciwy, nieokrągły grzbiet teczki oraz uszkodzenia grzbietu w postaci odwarstwienia okleiny wewnĊtrznej
ródło: opracowanie własne. 3. Podsumowanie
Bigowanie materiałów papierniczych jest popularn metod uzyskiwania w pracach introliga-torskich oczekiwanych rezultatów. Dotyczy to stwierdzenie jednak głównie papierów o gramaturze do 400 – 600 g/m2. Przy bigowaniu tektury litej okleinowanej wystpuj powane problemy jako-ciowe. Prowadzone przez autora dotychczasowe próby z okreleniem parametrów procesu technologicznego daj nadziej na uzyskanie jakociowo właciwych bigów przy bigowaniu tektur powlekanych o gramaturach powyej 800 g/m2. Eksperymenty z doborem parametrów s jednak czasochłonne ze wzgldu na konieczno poszukiwania właciwej geometrii noy krkowych, które ze wzgldu na wzajemn zaleno miedzy rowkiem a piercieniem naley wykonywa ka-dorazowo na nowo.
Bibliografia
[1] Drzewiska E., Opakowania z tektury litej – wymagania, tendencje. Przegld Papierniczy 2011–8 ss. 478–480.
[2] PN-EN ISO 536:2012 - Papier i tektura – Oznaczanie gramatury.
[3] Tektura powlekana. PodrĊcznik uĪytkownika. Materiał ofertowy International Paper Polska, marzec 2016. [4] http://ue.poznan.pl/data/upload/articles_download/22771/20140918/tektura-falista.pdf (24.04.2016). [5] http://zapol.com.pl/introligatornia/bigowanie/ (28.05.2016) [6] http://www.drukarnia-matrix.pl/rycowanie.html (15.04.2016). [7] http://www.wydruk-wielkoformatowy.info/site/bigowanie.htm (15.04.2016). [8] http://www.regis.arg.pl/index.php?id=109 (28.04.2016). [9] http://stacato.pl/bigowanie.html (13.04.2016). [10] http://www.lediberg.com.pl/slownik.php (18.05.2016). [11] http://wykrojniki.pl/article/6/wykrojniki-do-tektury-litej (23.02.16) [12] http://awo.net.pl/teczki_na_dokumenty (24.04.2016). [13] http://opakowania-kartony-tektura.eu/show.php?cPath=15&products_id=13 (24.03.2016). [14] http://pl.cardboarddisplay8.com/custom-all-color-cardboard-folding-gift-box (24.03.2016). [15] http://www.prointro.pl/strona-glowna/rowkowanie (25.03.2016). [16] http://www2.kki.pl/lmprint/page.php?27 (20.03.2016). [17] http://drukarnie.com.pl/Oferta/Bigówka-BP-500-z-Intromy-664131.html (9.05.2016). [18] http://www.interas.com.pl/pl/produkty/sztancowanie-plaskie/dobor-kontrbigow.php (23.04.2016).
THE ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF THE CHOSEN PARAMETERS OF THE PROCESS OF CARDBOARD CREASING UPON THE FINAL QUALITY
OF THE ATTAINED RESULT
Summary
Within a number of book binding works there exists the need for the bending of paper or cardboard along straight lines. In order to achieve the above a variety of methods are applied for the needs of the weakening of the material within the area where the bend is to be formed. One of such methods is also known as cardboard creasing. The process of creasing may be executed manually or with the application of various creasing machinery and devices. Structural characteristics of the tools as well as technological parameters of the process impose influence upon the quality of the executed creasing which allows for the problemless execution of the bend of the cardboard. What has been executed within the article is the analysis of such factors along with the presentation of results of the executed examinations with regards to some of such factors upon the quality of creasing with the focus on the method of execution of a number of creases in continuous process upon the cardboard of thick-ness amounting to 1200 g/m2.
keywords: creasing, the quality of creasing, creasing quality, creasing tools, tools applied in the process of creasing
Bolesław Przybyliski
Zakład Pojazdów i Diagnostyki
Instytut Eksploatacji Maszy i Transportu Wydział Inynierii Mechanicznej
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy e-mail: przyb@utp.edu.pl
