Heißsiegeln

Beim Heißsiegeln wird der Kunststoff eines kunststoffbeschich- teten 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 Kunst-stoff einwirken. Die Wärme kann außerdem durch Druckstäbe zugeführt werden, die durch Induktion oder Ultraschall erhitzt werden.
Bei den meisten Anwendungen reicht eine einseitige Kunst- stoffbeschichtung des Kartons aus, um eine gute Heißsiege-lung zu erzielen. Eine beidseitige Kunststoffbeschichtung resultiert jedoch in einer besseren Siegelung. Durch die Eigenschaften des Kunststoffs oder die technischen bzw. physika-lischen Beschränkungen in der Kunststoffbeschichtungsanlage können beidseitige Beschichtungen allerdings ungeeignet sein.

Heißsiegeln eignet sich hervorragend für Hochgeschwindig-keitsverfahren. 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 Zusammen-pressen 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 Heiß-siegelergebnis 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, ver- wendet man keinen zusätzlichen Klebstoff. Die dünne Kunst-stoffbeschichtung 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 vorbeige-führt wird. Sie bieten die gleichen Vor- und Nachteile wie Heizstab-Siegelgeräte.

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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. 

Ultraschall-Siegelgeräte gleichen Hochfrequenz-Siegelge-räten, allerdings wird bei diesen Geräten die Wärme durch mechanische Reibungsverluste im Verpackungsmaterial erzeugt, das zwischen eine vibrierende Backe und einen Amboss geklemmt wird.

Prüfung und Fehlersuche

Wie bei allen anderen Verarbeitungsschritten ist eine regel- mäßige Prüfung wichtig, um das gewünschte Heißsiegeler-gebnis 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 Ver- packungsanlage 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. 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 Maschi-neneinstellungen. 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 konstan-tem Versiegelungsdruck eine Siegelung mit Faserriss ergeben, hilft bei der Beschreibung der Bedingungen, die für einwand-freie 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.


Versiegelungsbereich. Klicken zum Vergrößern.

Parameteränderung
  Auswirkungen
 Auswirkungen Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im Referenzbereich nach rechts oben.
Höherer Schmelzflussin-
dex (niederviskose Masse)
Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im Referenzbereich nach links unten und wird schmaler.
Coronabehandlung Der Versiegelungsbereich verschiebt sich im Referenzbereich nach links unten, weil die Coronabehandlung den Schmelzpunkt der Oberfläche verringert und die Wärmezügigkeit erhöht.
Aufsiegeln einer coronabehandelten Oberfläche auf eine unbehandelte Oberfläche Der Versiegelungsbereich entspricht der unbehandelten Oberfläche, weil die unbehandelte Fläche mehr Wärme erfordert.

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