Definierte physikalische Eigenschaften

Zu den definierten physikalischen Eigenschaften gehören:
• Elastizität
• Zugfestigkeit
• Dehnung
• Stauchwiderstand.

Elastizität

Karton lässt sich bis zu einem bestimmten Punkt, der Elastizitätsgrenze, elastisch verformen. Dabei wird eine Kraft auf den Karton ausgeübt, die sich proportional zu der dadurch verursachten Verformung verhält. Wird die Kraft nicht mehr ausgeübt, nimmt der Karton seine ursprüngliche Form wieder an. Dieser Vorgang wird im Hookeschen Gesetz zusammengefasst:

 

Elastisches und plastisches Verhalten von Karton.
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Karton, der über die Elastizitätsgrenze hinaus verformt wird, weist ein plastisches Verhalten auf. Das heißt, dass sich die ausgeübte Kraft nicht mehr proportional zur Verformung verhält. Wird diese Kraft nicht mehr ausgeübt, nimmt der Karton seine ursprüngliche Form nicht wieder an – er wurde gedehnt. Der Wert der Elastizitätsgrenze beträgt normalerweise 0,2 – 0,5 % relative Dehnung. Nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze erfolgt eine dauerhafte Verformung. In der Praxis führt dies beim Rollendruck häufig zu Fehlpassern.

Der Elastizitätsmodul E, auch als Youngscher Modul bezeichnet, verhält sich proportional zum anfänglichen Anstieg der Kennlinie.

Zugfestigkeit und Dehnung

Zugfestigkeit ist die Kraft pro Breiteneinheit, die nötig ist, um einen Kartonstreifen zu zerreißen. Dieser Wert wird in der Regel mit einem Zugfestigkeitsprüfer ermittelt, in dem ein Karton-Probestreifen so lange gezogen wird, bis er zerreißt. Maximale Kraft und Dehnung werden dabei aufgezeichnet.

emax , die maximale Dehnung, d. h. bis zum Bruch, wird auch Bruchdehnung genannt.

Messbare Eigenschaften

 

Zugfestigkeit (ISO 1924-2)
Zugfestigkeit wird durch Messen der Kraft beurteilt, die aufgewendet wird, um einen 15 mm breiten Kartonstreifen zu zerreißen. Diese Kraft wird durch die Breite der Probe dividiert und das Ergebnis in kN/m angegeben.

Zugfestigkeit = F/w
F = maximale Kraft
w = ursprüngliche Probenbreite
Prüfverfahren und -geräte
Alle Produkte von Iggesund Paperboard werden mit dem Zugfestigkeitsprüfer geprüft. Neben der Zugfestigkeit misst das Gerät auch die Bruchdehnung, die Zugenergieabsorption und die Zugsteifigkeit (Elastizitätsmodul).

Stauchwiderstand

Weil Karton ein poröses Material ist, das aus einer komplexen Faserstruktur besteht, ist sein physikalisches Verhalten beim Zug- und Stauchversuch nach Überschrei-ten der Elastizitätsgrenze grundsätzlich verschieden. Bei Zugbeanspruchung wird das Fasernetz langsam gedehnt, immer mehr Fasern werden belastet, bis der Probestreifen und alle Fasern brechen (voneinander getrennt werden).

Beim Stauchen kollabiert das Fasernetz, das quasi aus einer Vielzahl von Stützsäulen besteht, durch Druckspannungsbruch sowie durch Knicken und Verbiegen der Fasern.

Nach einem Druckspannungsbruch bleibt die Faserfestigkeit jedoch grundsätzlich unverändert. Das heißt, die Zugfestigkeit bleibt erhalten, da das Material nicht gerissen ist. Die Unterschiede beim Stauchungsvorgang bedeuten auch, dass der Stauchwiderstand immer zwei- bis dreimal niedriger ist als die Zugfestigkeit. Dies ist ein Phänomen, das nur bei Papier und Karton auftritt und erklärt, weshalb Karton gerillt und gefaltet werden kann.

Maximale Zugfestigkeit bis zum Bruch.

 

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Der Stauchwiderstand wird als maximale Kraft pro Breiteneinheit definiert, gegen die ein Karton-Probestreifen bei der Stauchung beständig ist (auch Kanten- oder Streifenstauchwiderstand genannt).

Die maximale Stauchung oder Bruchstauchung wird als emax in Prozent angegeben.

Stauchwiderstand. Klicken zum Vergrößern.

Karton ist im Verhältnis zu seinem Gewicht und seiner Dicke ein sehr festes Material. Die meisten Kartonquali-täten für grafische oder verpackungsspezifische Anwendungen sind weniger als einen Millimeter dick. Um zu vermeiden, dass sich der dünne Kartonstreifen biegt (elastisches Knicken), muss die freie Länge im Verhältnis zur Dicke sehr klein sein. Ansonsten ist es nicht möglich, die maximale Kraft zu messen, gegen die der Streifen beständig ist. Daher darf die freie Länge des Kartonstrei-fens bei der Prüfung maximal 0,7 mm betragen. Nur so ist es möglich, den spezifischen Stauchwiderstand zu messen.

Fasern nach der Messung des Stauchwiderstandes

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