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Prüfung von Verpackungsmaterialien FAQs

Wer misst Gleitfähigkeit/Reibung?

Mit der Reibungsprüfung wird in der Verpackungsindustrie der Gleitfähigkeitswiderstand eines Produkts gemessen. Damit können die Vorschub- und Laufgeschwindigkeit von automatischen Klebe-, Aufstell-, Füll- oder Verpackungsanlagen vorausgesagt werden.

Weitere Branchen, in denen die Prüfung der Gleitfähigkeit zum Einsatz kommt, sind die Papierbranche (z. B. für die automatische Zuführung von Umschlägen und Geldscheinen) und Kunststoffhersteller (Reibungseigenschaften von Verpackungsfolien).

Was ist Gleitfähigkeit/Reibung?

Der Gleitfähigkeitswiderstand eines Produkts wird durch seine Reibungskoeffizienten dargestellt:

Statischer Reibungskoeffizient = Fs/N

Dynamischer Reibungskoeffizient = Fd/N

Dabei steht Fs für die maximale statische Reibungskraft und Fd für die mittlere dynamische Reibungskraft. N ist die Normalkraft, also die Schwerkraft, die auf die Probe und den Testschlitten einwirkt.

Anders ausgedrückt: Unter statischer Gleitfähigkeit versteht man die Kraft, die erforderlich ist, um zwei ruhende Oberflächen gegeneinander in Bewegung zu versetzen. Die dynamische Gleitfähigkeit ist die kleinere Kraft, die benötigt wird, um diese Bewegung aufrechtzuerhalten, wenn die anfängliche „Trägheit“ überwunden wurde.

Diese Werte werden als Verhältnis ausgedrückt und besitzen keine Messeinheit. Gewöhnlicherweise werden sie mit einer Dezimalzahl zwischen 0 und 1 dargestellt. Beispielsweise hat eine Oberfläche einen statischen Reibungskoeffizienten von 0,35 und einen dynamischen Reibungskoeffizienten von 0,18.

Wie wird der Reibungskoeffizient (COF) gemessen?

Bei allen Methoden der COF-Messung wird eine Probe mit zwei flachen Teilen vorbereitet, die aufeinander gelegt werden. Dann wird mit einem konstanten Gewicht darauf die Normalkraft simuliert. Ein Teil wird fixiert, während auf den zweiten Teil eine stetig ansteigende Kraft ausgeübt wird, bis sich die zwei Teile gegeneinander zu bewegen beginnen (Fd Max).

So wird die Reibung gemessen

(Flachbett-)Reibungsprüfung in Horizontalebene

Um statische und dynamische Reibungskoeffizienten zu messen, ist es notwendig, ein Festbettinstrument zu verwenden. Diese Instrumente verwenden einen Motor, um einen Schlitten über die Probe zu ziehen, und verwenden eine Lastzelle, um die Kräfte zu messen.

Erste Prüfgeräte waren umgebaute Zugprüfmaschinen, die die Probe mit einer Schnur bewegten. Die Verwendung dieser Schnur wurde mittlerweile aus vielen Kalibrierstandards für die Reibungsmessung entfernt, da ihre eigene Elastizität eine Messunsicherheit mit sich brachte und sich die Probenpositionierung schwierig gestaltete.

Der Universal-Reibungstester (UFT) von Hanatek verwenden mechanische Kopplungen für die Kraftübertragung und eine automatische Schlittenplatzierung für eine höchst genaue Probenpositionierung mit verschiedenen Verweilzeiten vor der Prüfung.

Was sagt der Reibungskoeffizient (COF) über die Verpackungsgeschwindigkeit aus?

Der COF kann oft ein Indikator für die Vorschub- und Laufeigenschaften eines Produkts sein. Bei UV-beschichteten Lebensmittelkartons beispielsweise steht der Gleitfähigkeitskoeffizient mit der Formulierung der UV-Beschichtung, ihrer Aushärtung und dem Gewicht der Folie in Zusammenhang.

Kartons mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten können eine Herausforderung in der Handhabung darstellen, da sie schnell voneinander abrutschen und nicht leicht in Beschickungstrichter eingefüllt werden können.

Produkte mit einem hohen Reibungskoeffizienten hingegen kleben leicht aneinander und können Zuführungsfehler verursachen, da mehrere Kartons gleichzeitig in die Verpackungsanlage geleitet werden.

Unterschiedliche Verpackungsanlagen erfordern oft Produkte mit einem spezifischen Oberflächenreibungsprofil, um die höchstmögliche Vorschub- und Laufgeschwindigkeit zu erreichen. Nur wenn diese Werte gemessen und spezifiziert werden, kann ein Hersteller die maximale Produktivität erzielen.

Welche Parameter wirken sich auf die Werte für den Reibungskoeffizienten (COF) aus?

Der COF wird hauptsächlich durch die chemische Zusammensetzung der Oberfläche und das Oberflächenprofil beeinflusst. Bei Verpackungen ist das häufig eine Beschichtung. Der Gleitfähigkeitswiderstand wird mit chemischen Additiven angepasst wie Wachs oder Silikon, die das Profil auf Molekularebene umwandeln und die atomare Anziehung auf der Oberfläche verändern.

Andere wichtige Faktoren, die eine Auswirkung auf den COF haben, sind die Testgeschwindigkeit, die Normalkraft (Masse des Schlittens), der Kontaktbereich und die Geometrie der Probe. Diese Werte sind oft in der Testmethode spezifiziert (ASTM D1894 und ISO 8295).

Wer misst Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand?

Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand sind wichtige Messgrößen, die auf das Laufverhalten eines fertigen Kartons in einer automatischen Klebe-, Abfüll- oder Verpackungsanlage schließen lassen.

Substrathersteller, Druckereien, Weiterverarbeiter/Veredler sowie jegliche Hersteller, die Produkte in Kartons einfüllen oder verpacken, können mithilfe dieser Messwerte ihre Produktion optimieren.

QS-Abteilungen verwenden diese Geräte, um die Laufeigenschaften fertiger Kartons vor der Weiterverarbeitung und Befüllung zu prüfen und so Produktionszeitverluste aufgrund langsam laufender oder schwierig zu verarbeitender Verpackungen zu minimieren.

Kartonhersteller und Konstrukteure können mit einem Rill- und Biegesteifigkeitsprüfgerät CBT1 und einem Kartonfalzgerät von Hanatek unterschiedliche Kombinationen von Substraten und Rillen/Falzen im Labor testen, ohne wertvolle Produktionszeit dafür in Anspruch zu nehmen.

Warum ist es wichtig, Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand zu messen?

Ein Bogen oder eine Rolle Karton wird ausgestanzt und vorgefalzt, sodass ein Kartonrohling entsteht.
Häufig wird dieser Rohling dann aufgestellt und verklebt, bevor er auf einer automatisierten Verpackungsstraße befüllt wird. Durch das Zusammenspiel dieser mechanischen Vorgänge entsteht aus dem Rohling ein dreidimensionales Objekt.

Für eine maximale Kosteneffizienz ist es wichtig, dass der Zusammenbau des Kartons so schnell wie möglich erfolgt, ohne dass dabei Zuführungsfehler oder Staus auftreten.
Es ist auch wichtig, dass das Endprodukt die nötige Formstabilität aufweist, um das verpackte Produkt aufzunehmen und zu schützen.

Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand sind nicht nur wichtige Parameter, um die maximalen Geschwindigkeiten bei Zusammenbau und Verpackung zu ermitteln, sondern stehen auch mit der Formstabilität des fertigen Produkts in Zusammenhang.

Die Biegesteifigkeit wird durch die physischen Eigenschaften des Substrats bestimmt, d. h. seine Dicke, den Fasermix, die Beschichtung und das Herstellungsverfahren. Um die Biegesteifigkeit zu ermitteln, wird der Widerstand eines Probenzuschnitts gegen eine Kraft gemessen, die in einem vorgegebenen Winkel einwirkt.

Bei der Ermittlung des Rill-/Falzwiderstands handelt es sich um eine ähnliche Widerstandsmessung, allerdings über einen vorgefertigten Falz im Kartonrohling.

Wie werden Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand gemessen?

Die Methode für die Messung der Steifigkeit wird in verschiedenen internationalen Kalibrierstandards beschrieben. Darin wird angeführt, dass eine Probe von definierter Größe aus einer ungebrauchten Platte oder einem vorgefertigten Kartonrohling geschnitten wird.

Die Probe wird mit Klemmbacken fixiert und durch einen festgelegten Winkel rotiert. Die durch die Probe übertragene Kraft wird gemessen. Die Kraft wird in Gramm angegeben für Vergleichsmessungen oder in g/cm2, einem absoluten Wert für das geprüfte Substrat. Bei manchen Geräten wird der Wert auch in mN oder mN/m2 ausgedrückt.

Manuelle oder vollautomatisierte Prüfung

Das Rill- und Biegesteifigkeitsprüfgerät CBT1 von Hanatek ist ein kostengünstiges manuelles Gerät zur Prüfung von Biegesteifigkeit und Rill-/Falzwiderstand. Die Probe wird in die Prüfklemmbacken eingespannt und manuell rotiert. Das Gerät zeigt die Messgerätgebnisse der Kraft in Gramm an und berechnet – im Gegensatz zu ähnlichen auf dem Markt verfügbaren Geräten – das Verhältnis zwischen Rill- und Biegesteifigkeit automatisch. Bei der Durchführung mehrerer Prüfungen wird die Statistik für die Charge angezeigt. Diese kann zur Dokumentation der Rückführbarkeit ausgedruckt werden.

Für eine höhere Bedienfreundlichkeit sollte das vollautomatisierte Universal-Kraftmessgerät (CFA) in Erwägung gezogen werden, bei dem die Probe in elektronisch betriebene Klemmbacken eingespannt und mit einer festgelegten Geschwindigkeit für eine vordefinierte Verweilzeit automatisch rotiert wird.

Bei diesen vom Bediener unabhängigen Prüfmethoden wird die Wiederholbarkeit der Ergebnisse deutlich verbessert. Das CFA zeigt auch die entstehenden Kräfte an, was zusätzliche Informationen zu den physikalischen Veränderungen während des Biegens liefert.

Warum ist die Foliendicke wichtig?

Kunststofffolien werden häufig zum Ummanteln, Schützen und Aufbewahren von Produkten eingesetzt, die an den Verbraucher oder die Industrie verkauft werden. Die Folie wird als „Zwei-Wege-Barriere“ eingesetzt: Sie verhindert ein Auslaufen des Produkts und dient gleichzeitig als Schutz gegen Verunreinigungen von außen.

Die Wirksamkeit der Folie als Barriere wird sowohl durch ihre chemische Zusammensetzung als auch ihre Dicke bestimmt.

Folien, deren Dicke unter einem spezifizierten Wert liegt, können physikalisch versagen – sie können bersten, platzen oder undicht werden. Sie bieten auch einen weniger guten Schutz vor dem Eindringen von Sauerstoff und Verschmutzung, was zum Verderben des Produkts führen kann.

Wer misst die Foliendicke?

Verpackungsentwickler und Produkthersteller messen und spezifizieren die Foliendicke, um eine ausreichende Robustheit der Verpackung und die Funktionalität der Barriere zu gewährleisten.

In diesen Spezifikationen werden unterschiedliche Testmethoden angeführt, wie z. B. Berstprüfung, Reißfestigkeitsprüfung und verschiedene Prüfungen zur Schutzbeständigkeit von Folien gegen Verunreinigungen. Diese Prüfungen einschließlich der Dickenmessung werden während des gesamten Herstellungsprozesses eines Produkts im Rahmen der Sichtprüfungen zur Qualitätssicherung wiederholt.

Verwendung eines Dickenmessgeräts

Im Gegensatz dazu müssen Hersteller von Folien sicherstellen, dass Folien einerseits den Kundenanforderungen entsprechen, andererseits aber auf möglichst kosteneffektive Weise hergestellt werden. Durch die Messung und Herstellung innerhalb enger Toleranzbereiche kann die Menge der benötigten Rohmaterialien drastisch reduziert werden, was die Produktivität erhöht.

Das Präzisions-Dickenmessgerät (FT3) von Hanatek kann auch die Dicke von Papier, metallisch schimmernden Folien, Karton, Wellpappe, Tissue-Papier, Textilien und allen anderen Verpackungssubstraten messen.

Präzisions-Dickenmessung

Dicke ist ein Schlüsselparameter für viele Hersteller, da sie sich auf die Funktionalität, Qualität und Kosten von Endprodukten auswirkt.

Funktionalität: Die Dicke von Rohmaterialien hat eine direkte Auswirkung auf die physikalischen Eigenschaften eines Produkts. Maßgebliche Beispiele:

  • Zugfestigkeit von Textilien, Kunststofffolien, Papier und Tissue-Papier
  • Festigkeit von Kunststofffolien und Kartonverpackungen
  • Barriereeigenschaften von Kunststofffolien
  • Durchstichfestigkeit von mikrowellengeeigneten Kunststoffbehältern
  • Opazität von Druckfarben, Beschichtungen, Kunststofffolien und Papier

Qualität: Mit der Prüfung der Dicke kann eine gleichbleibende Qualität für jede Charge und das richtige taktile Erleben von Produkten sichergestellt werden.

  • Hochqualitative Waren werden in widerstandsfähigen dickwandigen Materialien verpackt.
  • Hochwertige Ausführungen von Toilettenpapier, Feuchttüchern für Babys und Küchenpapier sind dicker und reißfester.
  • Festeres, schwereres Papier wird für Zertifikate und Broschüren sowie für die künstlerische Gestaltung verwendet.

Kosten: Werden für die Prüfung Geräte mit geringer Genauigkeit eingesetzt, kommt es unweigerlich zur Auslieferung von Waren, deren Dicke außerhalb des Toleranzbereichs liegt.

  • Materialien außerhalb des Toleranzbereichs werden womöglich vom Kunden reklamiert und erzeugen einen enormen Mehraufwand durch Nacharbeit. Auch steht der Ruf des Unternehmens auf dem Spiel.
  • Einige wenige Mikrometer Einsparung bei der Materialdicke können sich in relativ kurzer Zeit mit zigtausend Euro Ersparnis bei den Materialkosten zu Buche schlagen.

Mit dem Dickenmessgerät FT3 werden Produkte mit einer engen Toleranz genau im mittleren Bereich der Kundenspezifikationen hergestellt.

  • Dank seiner hohen Genauigkeit und Auflösung können Sie darauf vertrauen, dass die ausgelieferten Materialien immer exakt den Kundenanforderungen entsprechen.
  • Durch die verlässlichen Ergebnisse können Herstellungsprozesse besser kontrolliert und Rohmaterialien eingespart werden. Die Anschaffungskosten für das Gerät sind oft schon nach Wochen oder Monaten durch die Einsparungen beim Rohmaterial abbezahlt.
  • Mit dem verlässlichen Datums-/Zeitstempel versehene Ergebnisse können auf Rückstellproben oder Produktionsdokumente geklebt werden, sodass ein Nachweis dafür besteht, dass das Produkt während des Herstellungsprozesses geprüft wurde.

Wie erreicht das FT3 hochpräzise Messungen?

Sensor

Das FT3 verwendet einen LVDT-Präzisions-Wegsensor mit extrem stabiler Elektronik, um ein höchst empfindliches Messumformer-System zu schaffen.

Messparameter: Für die bestmögliche Wiederholbarkeit und Genauigkeit ist es unumgänglich, alle Parameter zu kontrollieren, die zu einer Messungenauigkeit führen können.
Die folgenden Parameter haben einen Einfluss auf die Dickenmessung:

  • Anpressdruck während der Messung
  • Profil und Größe des Drückerfußes
  • Messgeschwindigkeit
  • Parallele Ausrichtung des Drückerfußes an der Messplatte
  • Verweilzeit

Diese wichtigen Parameter werden oft in internationalen Kalibrierstandards (ASTM, ISO usw.) spezifiziert, damit Hersteller aus derselben Branche unter denselben Bedingungen testen können.

Externe Faktoren

Messungen werden durch externe Einflüsse wie Temperaturveränderungen und Vibration beeinträchtigt. Das FT3-Gerät wurde so konzipiert, dass es deren Auswirkungen begrenzt.

Kalibrierung

Das FT3 verfügt über eine Kalibrierroutine mit Mehrpunktkalibrierung, um die Auswirkungen der Nichtlinearität im LVDT-Sensor zu reduzieren/verhindern.

Elektronischer Drift

Das Gerät hat eine Auflösung von 0,01 Mikrometer und besitzt Routinen, mit denen die Auswirkungen von kurzzeitigen thermoelektrischen Drifts auf

Warum gibt es für die verschiedenen Anwendungen unterschiedliche Messparameter?

Anpressdruck während der Messung

Viele Materialien, einschließlich Kunststofffolien, Kunststoffe und Gummi, können je nach dem während der Prüfung ausgeübten Druck und dem Momentum des Drückerfußes brechen oder sich verformen.

Bei Textilien ist ein hoher Druck während der Prüfung erforderlich, damit Falten und Luftlöcher beseitigt werden.

Die Prüfung der Dicke von Tissue-Papier hingegen erfordert einen sanften Anpressdruck während der Messung sowie eine langsame Geschwindigkeit des Drückerfußes, damit die Papierfasern bei der Messung nicht brechen oder gequetscht werden.

Die Prüfung der Dicke von Tissue-Papier hingegen erfordert einen sanften Anpressdruck während der Messung sowie eine langsame Geschwindigkeit des Drückerfußes, damit die Papierfasern bei der Messung nicht brechen oder gequetscht werden.

Es liegt auf der Hand, dass verschiedene Branchen ihre eigenen Messparameter festgelegt haben, um für ihre jeweiligen Anwendungen aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

Die Kräfte, die bei Messungen mit dem FT3 zum Einsatz kommen, werden mit feststehenden Massen erzeugt. Jedes Gerät kann bei der Auslieferung genau die Kraft ausüben, die im entsprechenden internationalen Standard spezifiziert ist.

Das Dickenmessgerät FT3-V mit variablem Anpressdruck ist von Nutzen, wenn eine Probe nach verschiedenen Kalibrierstandards geprüft werden soll. Damit kann auch die Komprimierbarkeit von Proben unter verschiedenen Bedingungen bestimmt werden.

Größe und Profil des Messfußes

Größe und Profil des Messkopfs werden für gewöhnlich vom entsprechenden ISO-Standard für das Material bestimmt.

  • Kuppelförmiger Messkopf: Kleine Bereiche können mit hoher Auflösung gemessen werden – Plastikfolien und Beschichtungen.
  • Flacher Messkopf mit kleinem Durchmessgerät: Großer Anpressdruck kann auf eine kleine Fläche ausgeübt werden – Papier- und Kartonanwendungen.
  • Flacher Fuß mit großem Durchmessgerät: Die durchschnittliche Dicke von faserigem Material kann mit sanftem Anpressdruck auf einer großen Fläche gemessen werden – Tissue-Papier; Opazität von Druckfarben, Beschichtungen, Kunststofffolien und Papier.

Messgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit des Messkopfs kann auch Auswirkungen auf die Dickenmessung haben. Ein sich schnell bewegender Messkopf trifft die Probe mit stärkerem Aufprall und kann das Material verformen oder eindellen.

Die Messgeschwindigkeit des FT3-Messkopfs kann vom Benutzer auf einen Wert von 1 bis 5 mm/s eingestellt werden. Diese Geschwindigkeit ist manchmal in den Kalibrierstandards vorgegeben.

Die bedeutendste Quelle für Messfehler in jedem System ist oft der menschliche Faktor.

Die Gerätefamilie FT3 verfügt über eine Reihe von Funktionen, die die Einflussnahme durch den Anwender minimieren.

Vollautomatischer Betrieb

Die Hauptparameter werden vollständig vom Gerät kontrolliert: Anpressdruck während der Messung, Geschwindigkeit und Verweilzeit.

Integrierte Statistikberechnung

Beim Abschreiben von Ergebnissen und Berechnen von Statistiken passieren häufig Fehler; diese Funktionen werden automatisch vom Gerät durchgeführt.

Die Ergebnisse können mit RS232-zu-SPC-Programmen, Labornetzwerken oder MS Excel ausgegeben werden.

Aufzeichnung der Ergebnisse auf QS-Etiketten während der Charge

Während eines Chargenlaufs können Etiketten mit statistischen Ergebnissen mit zuverlässigem Zeit-/Datumsstempel gedruckt werden, die auf Auftragsblätter oder Rückstellproben geklebt werden können. Dank dieser nachverfolgbaren Kontrolle können Kunden darauf vertrauen, dass die gesamte Charge des Produkts innerhalb der Spezifikationen liegt. Außerdem ermöglicht sie die Ausstellung von Übereinstimmungserklärungen (CoC).

Konformitätsstandards

Die Gerätefamilie FT3 entspricht den verschiedensten ISO- und ASTM-Standards für unterschiedliche Anwendungsbereiche einschließlich:

Papier und Karton

  • ISO 534
  • ISO 3034
  • DIN 53105
  • BS EN 20534
  • BS 4817
  • ITAPPI T411
  • SCAN P7
  • SCAN P31
  • FEFCO No 3

Kunststofffolie

  • BS 2782-6
  • DIN 53370
  • ISO 4593
  • ASTM D6988

Textilien

  • ISO 5084

Tissue-Papier

  • ISO 12625
  • BS 7387
  • SCAN P47

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