Heißsiegeln

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Heißsiegeln
Heißsiegeln
Beim Heißsiegeln wird der Kunststoff eines kunststoffbeschichteten Kartons anstelle eines zusätzlich aufgetragenen Klebers
als Klebstoff verwendet. Benötigt werden für dieses Verfahren
eine Wärmequelle, eine Andruckeinheit und Zeit, damit der
Kunststoff ohne Spannungsaufbau auskühlen kann.
Die Wärme kann in Form von Heißluft oder einer Gasflamme
vor dem Siegeln in der Aufrichtmaschine direkt auf den Kunststoff einwirken. Die Wärme kann außerdem durch Druckstäbe
zugeführt werden, die durch Induktion oder Ultraschall erhitzt
werden.
Bei den meisten Anwendungen reicht eine einseitige Kunststoffbeschichtung des Kartons aus, um eine gute Heißsiegelung zu erzielen. Eine beidseitige Kunststoffbeschichtung
resultiert jedoch in einer besseren Siegelung. Durch die Eigenschaften des Kunststoffs oder die technischen bzw. physikalischen Beschränkungen in der Kunststoffbeschichtungsanlage
können beidseitige Beschichtungen allerdings ungeeignet sein.
Heißsiegeln eignet sich hervorragend für Hochgeschwindigkeitsverfahren. Außerdem entfallen die Beschaffung von
Klebstoff und die Reinigung der Siegelanlage. Bereits diese
Faktoren können ein ausreichender Grund für die Verwendung
eines kunststoffbeschichteten Kartons sein.
Merkmale des Heißsiegelns
Die Siegelfähigkeit einer Kunststoffbeschichtung liegt in ihrer
Eigenschaft begründet, ohne den Zusatz von Heißkleber eine
Klebeverbindung herstellen zu können. Diese Eigenschaft ist
ein kostenloser Mehrwert. Eine Klebeverbindung entsteht
durch Schmelzen der Kunststoffbeschichtung und Zusammenpressen der beiden Klebeflächen während der Aushärtung des
Kunststoffs. Eine gute Siegelung führt zu einem vollständigen
Faserriss.
Oberflächenmerkmale
Heißsiegeln ist mit den meisten Kunststoffbeschichtungen und
kunststoffbeschichteten Oberflächen möglich. Die chemischen
Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffe erfordern unterschiedliche Aushärtungsbedingungen in der Heißsiegelanlage.
Einige Kunststoffe lassen sich einfacher heißsiegeln als andere,
weil sie weniger Energie (in Form von Wärme, Zeit oder Druck)
erfordern. Eine elektrische Coronaentladung kann das Heißsiegelergebnis verbessern, ist häufig jedoch keine absolute
Notwendigkeit.
Grundlegende Anforderungen für eine erfolgreiche
Heißsiegelung:
• Die Kunststoffbeschichtung muss geschmolzen sein, wenn
sie mit der zweiten Oberfläche in Berührung kommt.
• Es muss genügend Kunststoff zur Herstellung einer
Klebeverbindung vorhanden sein.
• Der Druck muss so lange ausgeübt werden, bis der
Kunststoff abgekühlt und ausgehärtet ist.
Beschreibung von Heißsiegelverfahren
Da kunststoffbeschichteter Karton heißgesiegelt wird, verwendet man keinen zusätzlichen Klebstoff. Die dünne Kunststoffbeschichtung wird an der Versiegelungsfläche angeschmolzen und an die andere Kartonoberfläche gepresst, bis
die Siegelung ausreichend abgekühlt ist, um auszuhärten.
Die herkömmlichsten Versiegelungsverfahren werden im
Folgenden beschrieben. Wenn nicht heißgesiegelt werden
soll, sind besondere Vorkehrungen bei der Klebstoffwahl
erforderlich.
Heizstab-Siegelgeräte sind mit elektrisch beheizten Backen
ausgestattet, die auf die zu versiegelnden kunststoffbeschichteten Flächen gepresst werden. Sie werden vorwiegend in
Aufrichtmaschinen für von oben befüllbare Faltschachteln aus
kunststoffbeschichtetem Karton verwendet. Die Geräte sind
praktisch in der Anwendung und problemlos zu warten. Ein
möglicher Nachteil kann darin bestehen, dass sie sichtbare
Druckspuren auf dem Karton hinterlassen.
Heizrad-Siegelgeräte sind mit einem gasflammenbeheizten
Rad ausgestattet, an dem die Versiegelungsfläche vorbeigeführt wird. Sie bieten die gleichen Vor- und Nachteile wie
Heizstab-Siegelgeräte.
Druck
KARTON
Kunststoff
KARTON
Wärme
1. WÄRMEEINWIRKUNG
KARTON
Siegelung
KARTON
Geschmolzener Kunststoff
2. OFFENE ZEIT
3. ANDRUCKZEIT
I G G E SU N D PA PE R B O AR D | Kartonhandbuch
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Heißsiegeln
Heißluft-Siegelgeräte schmelzen den Kunststoff mit Hilfe
eines Luftstrahls, der mittels Gasflamme oder elektrisch erhitzt
wird. Die geschmolzenen, klebenden Flächen werden dann mit
teflonbeschichteten (oder ähnlichen) Backen oder zwischen
Walzen zusammengepresst. Heißluft-Siegelgeräte sind praktisch, Geräuschpegel und Wärmeabgabe sind jedoch meist
hoch.
Strahlen-Siegelgeräte funktionieren nach dem gleichen
Prinzip wie Heißluft-Siegelgeräte, allerdings erfolgt das Erhitzen
durch eingebaute Präzisionsheizelemente. Geräuschpegel
und Wärmeabgabe dieser Geräte sind niedriger. Nachteilig ist,
dass die Heizelemente in der Regel jeweils für die spezifische
Verpackungsgröße konstruiert werden müssen.
Gasflammen-Siegelgeräte sind den Heißluft-Siegelgeräten
sehr ähnlich, mit dem Unterschied, dass anstelle von Heißluft
eine Gasflamme verwendet wird. Diese Geräte laufen leiser und
strahlen weniger Wärme ab, machen allerdings die Installation
eines Gasleitungssystems erforderlich.
Hochfrequenz-Siegelgeräte gleichen Heizstab-Siegelgeräten,
mit dem Unterschied, dass die Energie von einer über den
Backen angelegten Hochfrequenzspannung als dielektrischer Verlust in das Verpackungsmaterial übertragen wird.
Die Backen wirken somit als Kondensator. Die Wärme wird
im Material selbst erzeugt, vergleichbar mit dem Erwärmen
in einem Mikrowellenherd. Diese Technik ermöglicht
Präzisionsfunktion bei hoher Geschwindigkeit.
Selbst eine kleine Abweichung bei der zugeführten Energie
kann zu einer unzureichenden Heißsiegelung und damit
zu schwerwiegenden Problemen in nachfolgenden
Verarbeitungsstufen führen. Insbesondere die angezeigten
Temperaturwerte können von der tatsächlichen Temperatur
des Heizstabes oder Heißluftstrahls abweichen. Eine gute
Wartung ist hier von entscheidender Bedeutung.
Das Heißsiegeln von Seitennähten erfordert präzise Maschineneinstellungen. Die Klebenaht ist nach der Anwendung von
Druck voll ausgebildet. Die Faltschachteln müssen gekühlt
werden, damit sie nicht durch Restwärme zusammenkleben.
Das Heißsiegeln findet in der Regel in den Aufrichtstationen
für kunststoffbeschichtete Kartonschachteln statt.
Siegeln in der Praxis
Eine grafische Darstellung der Kombinationen von Zeit und
Temperatur bei einem Heizstab-Siegelgerät, die bei konstantem Versiegelungsdruck eine Siegelung mit Faserriss ergeben,
hilft bei der Beschreibung der Bedingungen, die für einwandfreie Versiegelungsergebnisse erforderlich sind. So lässt sich
leicht erkennen, wie verschiedene Kunststoffbeschichtungen
das Verhalten im Versiegelungstest beeinflussen.
Prüfung des Versiegelungsergebnisses
Die Wartung der Versiegelungsanlage ist von größter
Wichtigkeit. Störungen in dieser Phase unterbrechen den
Verfahrensablauf, und das Produkt wird unter Umständen
unbrauchbar. Verursacht werden können Störungen zum
Beispiel durch den Verschleiß eines Heizelements, so dass die
Heißluft nicht die erforderliche Temperatur erreicht.
Ultraschall-Siegelgeräte gleichen Hochfrequenz-Siegelgeräten, allerdings wird bei diesen Geräten die Wärme durch
mechanische Reibungsverluste im Verpackungsmaterial
erzeugt, das zwischen eine vibrierende Backe und einen
Amboss geklemmt wird.
VERSIEGELUNGSZEIT
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Prüfung und Fehlersuche
Wie bei allen anderen Verarbeitungsschritten ist eine regelmäßige Prüfung wichtig, um das gewünschte Heißsiegelergebnis zu gewährleisten. Das Verfahren sollte in Bezug auf
Häufigkeit und Art des Prüfverfahrens gut dokumentiert sein.
Bitte beachten, dass bei unterschiedlichen Heißsiegelverfahren
und Heißsiegelanwendungen verschiedene Arten von
Prüfverfahren erforderlich sein können.
Sehr wichtig ist, alle Probeläufe in der Versiegelungs- und Verpackungsanlage mit dem Verpackungsmaterial durchzuführen,
das für die Produktion im Vollmaßstab verwendet werden soll.
Das schließt die entsprechenden Druck- und Lackiertechniken
und die vorgesehene Kunststoffbeschichtung ein.
Zusätzliche Behandlungen und Kunststoffadditive können die
Heißsiegeleigenschaften beeinflussen und müssen daher vorab
beurteilt werden, um unerwartete Probleme zu vermeiden.
Alle Heißsiegelverfahren basieren auf dem Einsatz einer
bestimmten Menge an Energie (in Form von Wärme, Zeit
und Druck), um zwei Oberflächen miteinander zu verbinden.
HEIZSTAB-SIEGELGERÄT
BEI KONSTANTEM DRUCK
VERSIEGELUNGSTEMPERATUR
Versiegelungsbereich
Heißsiegeln
Auswirkungen
Höherer Schmelzpunkt
Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im
Referenzbereich nach rechts oben.
ZEIT
Parameteränderung
TEMP
Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im
Referenzbereich nach links unten und wird schmaler.
ZEIT
Höherer Schmelzflussindex (niederviskose Masse)
TEMP
Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im
Referenzbereich nach links unten, weil die
Coronabehandlung den Schmelzpunkt der
Oberfläche verringert und die Wärmezügigkeit
erhöht.
ZEIT
Coronabehandlung
TEMP
Der Versiegelungsbereich entspricht der unbehandelten Oberfläche, weil die unbehandelte Fläche
mehr Wärme erfordert.
ZEIT
Aufsiegeln einer coronabehandelten Oberfläche
auf eine unbehandelte
Oberfläche
TEMP
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