24.04.2013

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Siegelnahtfestigkeit Hottack (Warmnahtfestigkeit)

Gesicherte und reproduzierbare Messwerte zur Prüfung neu entwickelter flexibler Packstoffe und für industrielle Verpackungsprozesse

Auf dem Markt sind verschiedenste Folien zur Verpackung von Waren erhältlich, doch nicht jedes Material lässt sich auf die gewünschte Weise mit den vorhandenen Verpackungsmaschinen verarbeiten. Im Bereich Qualitätssicherung kommt es deshalb darauf an, Folienmaterial und dessen Siegelnahtfestigkeit bereits vor dem Einsatz auf einer Verpackungsmaschine zu testen. Ist die Folie erst einmal für das Verpacken einer großen Produktionsreihe angeliefert und auf die Maschine aufgezogen, ist es für eine Änderung zu spät. Sollen die produzierten Waren z.B. auf einer Schlauchbeutelmaschine verpackt werden, ist der Einsatz einer zuvor auf Eignung getesteten Folie unerlässlich. Nur durch Prüfung der einzusetzenden Verpackungsfolie können Probleme und Verluste - in zeitlicher und finanzieller Hinsicht - ausgeschlossen werden.

Doch das Messen der Warmnahtfestigkeit (Hot-Tack) ist auch für F & E-Abteilungen vieler Unternehmen oder Institute von großer Bedeutung. In den letzten Jahren wurden vermehrt abbaubare Biokunststoffe für die Verpackung gefordert – trotz aller Umweltverträglichkeit müssen diese Folien aber auch die erwartete Siegelnahtfestigkeit erfüllen. Das Schaffen von neuen Biokunststoffen lässt sich nicht nur auf ein geändertes ökologisches Bewusstsein zurückführen. Natürlich soll auch das Erdöl, lange Zeit für die Herstellung von Kunststoff und –folien eingesetzt, durch erneuerbare, billigere Rohstoffe ersetzt werden. Die Folge: Neu entwickelte Verpackungsfolien müssen getestet werden.

Ziel einer Messung ist immer, die jeweiligen Merkmale des zu prüfenden Gegenstandes oder der Leistung zu finden und anhand von bestimmten Werten anzugeben oder zu vergleichen. Die Messmethode selbst muss universell, in sich konsistent und übertragbar sein.

Zur Überprüfung der Siegelnahtfestigkeit kommen das Trennweg-Verfahren oder das Trennkraft-Verfahren in Frage. Bei der Weg-Messung misst der Anwender selbst – im Anschluss an den Versuch – den Bereich der Naht, der durch die angelegte Kraft geöffnet wurde. Eine objektive, vom Anwender unabhängige Messung ist so nicht möglich. Deshalb setzt Willi Kopp e.K. auf die Kraftmessung. Hier wird die Kraft, die zwischen zwei Körpern – in diesem Fall Folienstreifen - wirkt, bestimmt. 


Der Labormaster 3000 der Firma Kopp Verpackungssysteme e.K. in Reichenbach/Fils arbeitet mit einer Versuchsanordnung, die von EMPA – St. Gallen entwickelt wurde. Oberste Priorität haben bei diesen Messversuchen die hohe Genauigkeit und die maximale Reproduzierbarkeit der Parameter schon bei der, dem Zugversuch vorangegangenen Siegelung: Untere und obere Siegeltemperatur, Siegelzeit und Siegelkraft und die zu bestimmenden Versuchsgrößen Verweilzeit und Abzugsgeschwindigkeit. Bei der Ausarbeitung der Versuchsanordnung legte EMPA größten Wert auf das Erzielen von verlässlichen und gleichzeitig vergleichbaren Ergebnissen. Neben der digitalen Soll-Wert-Vorgabe werden bei der Siegelung und dem anschließenden Zugversuch die IST-Werte in Echtzeit von der Steuerung aufgezeichnet.

Für das Messen der Kraft (Siegelnahtfestigkeit) ist beim KOPP-Labormaster 3000 ein piezoelektrischer Sensor (werksseitig kalibriert) mit weitem Messbereich vorgesehen. Die Kraft erzeugt im Versuchsaufbau eine elektrische Ladung (Picocoulomb), die dann in Newton umgerechnet und über das integrierte Messdatenerfassungssystem aufgezeichnet wird. Es wird nicht nur an einzelnen Stellen die Kraft gemessen, sondern der komplette Kraftverlauf während des Zugversuchs wird fortlaufend aufgezeichnet, als Kraft-Zeit-Kurve visualisiert und kann anschließend ausgewertet werden. Zum direkten Vergleich der Kurven können diese übereinandergelegt und am Display angezeigt werden.

Damit die Festigkeit der Naht in heißem Zustand gemessen werden kann, also eine echte Hot-Tack-Messung möglich ist, muss das eingesetzte Messgerät aus einer Kombination von Siegel- und Zugprüfgerät bestehen. Die Siegelnahtfestigkeit kann dann direkt nach dem Öffnen der Siegelschienen ermittelt werden.

Bei der Hot-Tack-Messung werden zwei zu verbindende Folienstücke in die beiden Klemmen des Zugprüfgeräts eingespannt. Eine der beiden Klemmwalzen ist fest mit dem Kraftaufnehmer verbunden, die andere ist als rotierender Zylinder ausgebildet. Direkt nach der Siegelung beginnt die zylindrische Klemme zu rotieren, das Folienstück wird tangential aufgewickelt und die Naht gespannt, gezogen und schließlich getrennt.


Die Cold-Tack-Messung setzt nach einer vorab bestimmten Verweilzeit ein; hier erfolgt die Messung der Siegelnahtfestigkeit unter Raumtemperatur-Verhältnissen.

Beide Siegelnahtfestigkeitswerte – Hot-Tack und Cold-Tack – werden längs der Siegelnaht als Absolutgrößen in Newton ausgewiesen.

Die lückenlose Prüfmittelüberwachung und Rückführbarkeit sind für beide Anwendungen gegeben: Die Siegelparameter Siegeltemperatur und Siegelkraft sowie das Messelement für die Siegelnahtfestigkeit können bei einer Werkskalibrierung mit DKD-kalibrierten Messmitteln überprüft werden. Auch die Genauigkeit der Abzugsgeschwindigkeit wird überprüft.

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