Laufeigenschaften und Produktivität

Unter guten Laufeigenschaften sind die verschiedenen Faktoren zusammengefasst, die für einen zügigen Durchlauf der Auftragsproduktion durch die Druck- und Veredelungsanlagen mit wenigen Produktionsunterbrechungen und geringem Materialausschuss sorgen. Mehrlagiger Karton hat viele wichtige Merkmale, die kostengünstige Druck- und Veredelungsverfahren sowie das gesamte Qualitätsbild der fertigen Produkte unterstützen. Der wichtigste Baustein für eine rationelle Verarbeitung des Kartons ist ein Produkt, das sich sowohl im Druck als auch bei der Weiterverarbeitung gleichbleibend verhält. Konstanz macht das Produkt berechenbar, was in vielen Fällen eine kürzere Rüstzeit bedeutet. Diese Zuverlässigkeit trägt auch dazu bei, die erwarteten Produktionsraten von einer Partie zur anderen jahrein, jahraus aufrechtzuerhalten.

 

Zuführung und Betrieb

Wie schnell die Zuführung konfiguriert werden kann und wie gut das Material durchläuft, sind Faktoren, die einen Einfluss auf die Gesamtwirtschaftlichkeit eines Druck- oder Verarbeitungsauftrags haben. Die Faktoren, die hauptsächlich bestimmen, wie schnell der Auftrag eingerichtet und verarbeitet werden kann, sind eine rationelle Zuführung, Planlage, Dimensionsstabilität und Staubfreiheit.

Rationelle Zuführung

Elektrostatische Anziehung.

Eine raue Oberfläche ermöglicht mechanisches
Ineinandergreifen und Reibung.

Eine glatte Oberfläche mit lokalen Ladungen
durch chemische Anziehung. Klicken zum
Vergrößern.

Die wichtigsten Kartoneigenschaften, die sich auf eine gleichbleibende Zuführung von einer Palette oder einer Rolle zur anderen auswirken, sind Reibung, gleichmäßige Dicke und die Planlage bzw. Form des Kartons (wobei der letzte Punkt im nächsten Abschnitt beschrieben wird). Die Reibung ist auf viele verschiedene Faktoren zurückzuführen, zu den wichtigsten gehören jedoch die Oberflächenchemie und die Oberflächentopografie.

Die Bogen können aufgrund der elektrostatischen Anziehung aneinander haften. Dies gilt hauptsächlich für dünneres Papier, kann allerdings auch bei Karton mit niedrigerem Flächengewicht auftreten. Eine elektrostatische Aufladung kann am besten vermieden werden, indem man den Karton nicht zu stark austrocknen lässt.

Wenn die Oberfläche etwas rau ist, besteht die Gefahr eines mechanischen Ineinandergreifens der Bogen, was die Kartonzuführung behindert. Auf der anderen Seite führt eine zu glatte Oberfläche zu einer größeren Kontaktfläche zwischen den Bogen, die ein Aneinanderhaften durch Oberflächenchemie fördern kann. Dieser Effekt lässt sich mit der Kraft vergleichen, mit der Glasplatten aneinander haften.

Eine gleichmäßige Dicke ist für mehrere Vorgänge von Bedeutung. Wenn Karton einer Druckmaschine oder Veredelungsanlage zugeführt wird, kann die Doppelbogen-Kontrollfunktion ausgelöst werden, wenn zu große Schwankungen in der Dicke auftreten. Dies führt zu einer Maschinenabschaltung und damit zu einem Produktivitätsverlust. Bei der Rückendrahtheftung kann eine große Dickenschwankung bei einem dicken Kartoneinband auch die Kontrollfunktion auslösen, die für die korrekte Zahl der zusammengehefteten Seiten sorgt, wenn für die Innenseiten sehr dünnes Papier verwendet wird. Die Dicke kann auch das Druckergebnis beeinflussen, da eine plötzliche Reduzierung der Dicke den Kontaktdruck zwischen dem Druckzylinder und dem Basismaterial vermindern kann. Dies führt zu Schwankungen in der Druckqualität und zu Verlusten bei der Produktivität und Qualität.

Planlage

Die Planlage der Bogen hat einen Einfluss auf die Druckmaschinengeschwindigkeit und manchmal sogar auf die Druckergebnisse. Unregelmäßigkeiten in der Planlage werden als Verdrehung oder Rollneigung bezeichnet. Beides führt zu Problemen bei der Kartonzuführung und beim Betrieb der Druck- oder Veredelungsmaschine. Verdrehen und Rollen lassen sich am besten vermeiden, indem der ursprüngliche Feuchtigkeitsgehalt des Kartons aufrechterhalten wird (siehe hierzu den Abschnitt „Handhabung“).

Planlage ist eine entscheidende Eigenschaft von Karton und hat großen Einfluss auf die Effizienz der verschiedenen Verfahren in der gesamten Verarbeitungskette. Die Kontrolle der Roll- und Verdrehungsneigung bei der Kartonherstellung ist ein sehr komplexer Vorgang. Er beginnt mit dem mehrlagigen Aufbau in der Bahnbildungszone der Kartonmaschine, wo die folgenden Faktoren zur Minimierung eines Spannungsaufbaus im Bogen beitragen:

  • Faserzusammensetzung in den jeweiligen Lagen des mehrlagigen Aufbaus
  • Faserausrichtung
  • Gehalt an kleinen Partikeln (Feinstoffen)
  • Kontrollierter Wasserentzug und Rückfeuchtung
  • Bahnspannung in der Trockenpartie der Kartonmaschine

Die Optimierung dieser Faktoren ergibt einen planen Bogen und minimiert die Gefahr, dass ungleichmäßige Spannungen durch feuchtigkeitsbedingte Veränderungen später in den Druck- oder Veredelungsverfahren auftreten und dort zu Verwerfungen des Bogens führen.

Dimensionsstabilität

In mehrstufigen Verarbeitungsverfahren (und sogar beim Mehrfarbendruck) ist es wichtig, ein Basismaterial mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität zu verwenden. Das Basismaterial ist vielen unterschiedlichen Kräften ausgesetzt, die die Struktur so stark belasten können, dass der Bogen seine Maße verändert. Diese Kräfte können auf ein Aufquellen durch den Kontakt mit Feuchtigkeit oder auf eine mechanische Belastung des Bogens während der Druck- oder Veredelungsverfahren zurückzuführen sein. Verschiedene Kartonsorten sind mehr oder weniger anfällig für Verformungen durch Feuchtigkeitsschwankungen oder mechanische Belastungen.

 

Staubfreiheit

Für einen rationellen Betrieb der Druck- oder Veredelungsmaschine braucht man ein Basismaterial, das frei von Staub und Faserpartikeln ist. Eine Minimierung von Staubpartikeln (die hauptsächlich von den Bogenkanten stammen) wird durch die Steuerung des Zellstoffverfahrens und die Optimierung des Rückhaltevermögens für kleinere Fasern erzielt.

  • Saubere Kanten hängen in hohem Maße von der Fähigkeit der Fasern ab, sich miteinander zu verbinden. Zellstofffasern sind flexibel, vernetzen sich leicht mit anderen Fasern und bilden so ein starkes Fasernetz. Bei Holzstoff spielt das Verarbeitungsverfahren eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Bindefähigkeit des Fasernetzes, indem größere Kontaktflächen zwischen den einzelnen Fasern entstehen. Die Feinabstimmung dieses Verfahrens gewährleistet eine gute Bindung im Fasernetz.
  • Mit Hilfe von Rückhaltechemikalien werden kleine Faserteile (Partikel) im Fasernetz gehalten. Dies sorgt für weitere Kontaktpunkte im Fasernetz und trägt dazu bei, die Fasern aneinander zu binden. Faserretention ist bei Holzstoff ebenso wichtig wie bei Zellstoff.
 

Um einen problemlosen Durchlauf durch die Druck- oder Verarbeitungsmaschine zu erreichen, braucht man ein Material, das frei von Staub und Faserpartikeln ist.

Farbauftrag

Zu den Kartoneigenschaften, die für einen guten Farbauftrag besonders wichtig sind, gehören eine gute Oberflächenfestigkeit und eine gute Spaltfestigkeit.

Gute Oberflächenfestigkeit

Beim Offsetdruck weisen die Farben eine hohe Zügigkeit auf. Um den Kräften in der Druckzone standhalten zu können und ein Rupfen zu vermeiden, muss der Strich sehr gut an der Oberfläche des Basiskartons haften. Eine gute Bindung zwischen Strich und Basiskarton wird durch folgende Kartoneigenschaften gefördert:

  • Für eine gute Haftung des Strichs müssen die Fasern an der Oberfläche des Basiskartons sehr gut miteinander verbunden sein. Ist die Bindung zwischen den Fasern nicht ausreichend, kann sich der Strich lösen und reißt dabei auch einige der oberen Fasern mit. Dieser Vorgang wird Rupfen genannt. Die gute Bindung zwischen den Fasern wird durch eine gute Faserretention gefördert.
  • Eine gleichmäßige Oberflächenleimung des Basiskartons trägt ebenso zu einer strapazierfähigen Unterlage für den Strich bei. Schwächere Punkte könnten anderenfalls in der Druckzone abgerissen werden.
  • Ein grundlegender Faktor ist die gute Bindung innerhalb der Strichlage. Dabei ist nicht allein der Strich entscheidend, auch der Basiskarton kann diesen Faktor beeinflussen. Abweichungen in der Oberflächenporosität des Basiskartons können zu einer Bindemittelwanderung in der Strichlage und somit zu Schwankungen in der inneren Festigkeit führen.
 

Ein ungleichmäßiges Eindringen der
Oberflächenleimung führt punktuell zu
schwächeren Bereichen.


 

Eine punktuelle Abweichung in der Verteilung
der Strichkomponenten kann auf Schwankungen
in der Oberflächenporosität zurückzuführen sein,
die indirekt aufgrund der Basiskartondichte oder
direkt durch eine ungleichmäßige Verteilung der
Oberflächenleimung entstehen.
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Gute Spaltfestigkeit

Eine gute Spaltfestigkeit ist vor allem für den Offsetdruck von Bedeutung, da die zügigen Farben große Kräfte auf das Basismaterial ausüben. Die Kräfte sind eine Kombination aus Zug- und Scherkräften am Ende der Druckzone und können zu einer Delaminierung führen. Anders als beim Rupfen, das an der Grenzfläche zwischen der Strichlage und der Oberfläche des Basiskartons auftritt, findet eine Delaminierung innerhalb der Basiskartonstruktur statt, und zwar innerhalb einer Lage oder zwischen verschiedenen Lagen, oft nahe der Oberfläche.

Eine Delaminierung ist während des Druckverfahrens äußerst unerwünscht. Deshalb muss die Spaltfestigkeit hoch genug sein, um dies zu verhindern. Beim Rillen, Falten und Prägen ist eine Delaminierung jedoch erforderlich, und daher darf die Spaltfestigkeit wiederum auch nicht zu hoch sein. Deshalb müssen die Eigenschaften des Basiskartons sehr ausgewogen sein.

Eine gute Spaltfestigkeit hängt von der Bildung eines festen und elastischen Fasernetzes im Basiskarton ab. Dies wird von den Fasereigenschaften und der Bahnbildung beeinflusst. Die Verwendung von Primärfasern mit unterschiedlicher Zugfestigkeit, Steifigkeit, Form und Bindungsfähigkeit hat einen Einfluss auf die Festigkeit des Fasernetzes. Der wichtigste Faktor für die Herstellung eines Fasernetzes mit der richtigen Festigkeit ist der Einsatz von Primärfasern sowie eine kontrollierte Bahnbildung in der Kartonmaschine.

 

 

Eine dichtere Faserstruktur sorgt für eine
größere Festigkeit. Klicken zum Vergrößern.

 

Schnelles Wenden

Für die Erzielung einer hohen Druckgeschwindigkeit und einer wirtschaftlichen Produktion ist es wichtig, den Bogen so schnell wie möglich nach dem ersten Druckdurchlauf zu wenden, um die Rückseite bedrucken zu können. Der wichtigste Faktor für ein schnelles Bedrucken der Rückseite ist die Farbtrocknung. Eine zu große Farbmenge oder der falsche pH-Wert des Feuchtmittels können die Trocknungsgeschwindigkeit verlangsamen.

Da verschiedene Druckfarbentypen auch unterschiedlich trocknen, wird der Trocknungsprozess durch viele Oberflächeneigenschaften des Basismaterials beeinflusst. Daher ist es unbedingt erforderlich, den Farbtyp sorgfältig auf die Absorptionseigenschaften des Kartons abzustimmen. Offsetfarben für gestrichene Oberflächen müssen zum Beispiel schnell genug absorbiert werden, um eine Trocknung zu ermöglichen. Kleinere Poren im Strich absorbieren den niedrigviskosen Teil der Farböle schneller. Zudem hat das Gesamtporenvolumen einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Farbabsorption.

 

Farbtrocknungsphase: Die Absorption
des Bindemittels ermöglicht die Oxidation.

Moderne Druckfarben trocknen oft durch
eine Kombination aus Absorption und
Verdunstung. Klicken zum Vergrößern.

 

 

Keine Farbablage

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Um die Gefahr der Farbablage zu vermindern, sind eine schnelle Farbabsorption und -trocknung entscheidend. Die erforderlichen Absorptionseigenschaften entsprechen den oben erwähnten Eigenschaften. Weitere Kartoneigenschaften, die einen Einfluss auf die Farbablage haben, sind die Oberflächenglätte und eine geringe Dichte.

  • Bei der Oberflächenglätte muss die korrekte Abstimmung der Oberflächeneigenschaften auf der Druck- und auf der Rückseite berücksichtigt werden. Bei einer rauen Oberfläche ist eine Farbablage von den „Spitzen“ in der Oberflächentopografie möglich. Auf der anderen Seite kann bei einer sehr glatten Oberfläche die große Kontaktfläche zwischen den Bogen die Gefahr einer Farbablage erhöhen. Daher ist es äußerst wichtig, den Farbtyp sorgfältig auf die Oberflächenglätte des Kartons abzustimmen.
  • Ein Basismaterial mit hoher Dichte wie ein dickes, holzfreies Papier führt im Vergleich zu einem Karton mit großem Volumen zu einem höheren Druck auf die darunterliegenden Bogen im Ablagestapel. Bei gleicher Höhe der Ablagestapel in einer Bogendruckmaschine verringert ein hochvolumiges Basismaterial wie Karton die Gefahr der Farbablage.

 

Laufeigenschaften im Allgemeinen

Neben den oben beschriebenen Faktoren (Planlage, Dimensionsstabilität und Staubfreiheit) hängen gute Laufeigenschaften in den verschiedenen Weiterverarbeitungsverfahren im Wesentlichen von einer guten Abriebfestigkeit und dem Verzicht auf Bestäubungspuder ab.

Gute Abriebfestigkeit

Eine Farb- oder Lackschicht muss absolut beständig sein und sowohl die weiteren Veredelungsverfahren als auch die Handhabung des fertigen Produkts überstehen. Faktoren, die einen Einfluss auf die Abriebfestigkeit haben, sind der Farbtyp und die Abriebeigenschaften der Oberfläche.

  • Die beste Möglichkeit, eine gute Abriebfestigkeit zu erzielen, ist die Wahl einer Druckfarbe mit einem etwas höheren Wachsgehalt. Auch hier ist es sehr wichtig, den Farbtyp entsprechend auf die Absorptionseigenschaften der Oberfläche des Basismaterials abzustimmen.
  • Eine glatte Oberfläche trägt zu einer guten Abriebfestigkeit bei, da sie weniger Spitzen in der Oberflächentopografie aufweist und so dazu beiträgt, den Abrieb von Farbe oder Lack in den Veredelungsverfahren zu reduzieren. Die Abriebeigenschaften der Oberfläche werden außerdem durch die Strichrezeptur und die Wahl des Strichpigments beeinflusst.

 

Kein Abreiben

Die Farbpigmente sollten gut an der Oberfläche haften und während der Veredelungsverfahren nicht abgerieben werden. Auch dieser Punkt erfordert eine sorgfältige Abstimmung des Farbtyps auf die Absorptionseigenschaften des Basismaterials. Die Oberfläche sollte das Farbbindemittel nicht absorbieren, weil die Pigmente dadurch schlechter an der Oberfläche haften würden. Dieses Problem kann auftreten, wenn ein Basismaterial mit zu hoher oder zu schneller Farbabsorption verwendet wird, was vor allem mit der Porengröße des Strichs und dem Gesamtporenvolumen zusammenhängt.

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