So erreichen Sie die Heißsiegelleistung in Aluminium-Kunststoff-Verbundwerkstoffen: Ein Leitfaden

Aluminiumfolie verleiht einem Verbundwerkstoff Barriereeigenschaften, ist jedoch nicht in der Lage, selbst eine Heißsiegelung zu bilden. Diese Fähigkeit entsteht immer dadurch, dass etwas auf die Oberfläche der Folie aufgetragen wird, und die Hersteller greifen zu einer von drei verschiedenen Techniken, um sie dort anzubringen: Laminieren einer separat hergestellten PE-, EMAA- oder EVA-Folie auf die Folie; Extrusionsbeschichten einer geschmolzenen PE-Schicht direkt auf die Folie in einem einzigen kontinuierlichen Durchgang; oder die Folie mit einem Schmelzklebstoff beschichten, der erst durch Hitze und Druck aktiv wird. Bei jedem Weg entsteht ein Verbundwerkstoff, der heißversiegelt werden kann, aber die beteiligten Geräte, die Kostenstruktur und die Fehlerarten unterscheiden sich so stark, dass sich später herausstellt, dass man sich für das falsche Material entschieden hat – oft als Siegel, die eine erste Inspektion bestehen und dann irgendwo im Versand- oder Installationszyklus versagen. In diesem Artikel wird untersucht, was die drei Ansätze unterscheidet und wo jeder einzelne in flexible Verpackungen, HVAC-Kanäle und Kabel- oder Rohrisolierung passt.

Methodee eins: Laminieren einer vorgefertigten PE-, EMAA- oder EVA-Folie

Beim Trockenlaminieren wird die Folie mit einer bereits extrudierten und zu einer eigenen Rolle aufgewickelten Folie verbunden. Auf eine Bahn wird ein Klebstoff aufgetragen, die beiden Bahnen werden unter Andruckwalzen zusammengeführt und die Einheit durchläuft eine Härtungsphase, bevor sie geschlitzt und wieder aufgewickelt wird. Da die Versiegelungsschicht zunächst als unabhängiger Film mit eigener molekularer Ausrichtung entsteht, ist sie tendenziell widerstandsfähiger gegen Biegerisse und Nadellöcher als eine Schicht, die direkt auf die Folie aufgetragen wird.

Der für diese Route ausgewählte Film bestimmt einen Großteil der späteren Leistung des Verbundwerks:

• LDPE/LLDPE – niedrigste Kosten, ausreichende Siegelfestigkeit, die Standardwahl für Allzweckverpackungen.
• EVA – verträgt wiederholtes Biegen gut, wird jedoch bei niedrigeren Temperaturen weicher und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen im Betrieb keine große Hitze auftritt.
• EMAA – Seine ionischen Gruppen binden sich fest an die Aluminiumoxidschicht auf der Folienoberfläche und ergeben eine Versiegelung, die chemischen Angriffen widersteht und rauerer Handhabung standhält; Dies macht es zur üblichen Wahl für pharmazeutische oder andere technische Laminate, bei denen ein Versagen der Dichtung keine Option ist.

Da es sich bei der Folie und der Klebeverbindungsschicht um von der Folie getrennte Materialien handelt, bietet die Laminierung den Verarbeitern die größte Auswahl an Harzchemie – wenn für ein Projekt ein Dichtmittel erforderlich ist, auf dem die Extrusionslinie nicht laufen kann, ist das Auflaminieren dieses Dichtmittels oft der einzige praktische Weg dorthin.

Aluminium-Polyethylen-Laminatfolie für flexible Beutel Dieses flexible AL/PE-Laminat kombiniert die Barrierewirkung der Folie mit der Heißsiegelfähigkeit von PE und eignet sich daher ideal für Beutel mit flüssigen und weichen Produkten. Die hängende Verpackung sorgt für glatte Oberflächen beim Transport. Produkt anzeigen →

Methode Zwei: Extrusionsbeschichtung einer PE-Schicht direkt auf die Folie

Bei der Extrusionsbeschichtung wird die separate Folie vollständig übersprungen. Geschmolzenes PE-Harz wird durch eine Flachdüse gepresst und direkt auf die sich bewegende Folienbahn gegossen, wo es abkühlt und in der Produktionslinie erstarrt. Es gibt keine Klebeverbindungsschicht und keine vorgefertigte Folie, die beschafft werden muss, was den Prozess um einen Schritt verkürzt und in der Regel die Kosten pro Quadratmeter senkt – ein echter Vorteil für großvolumige Verpackungen in Standardqualität, bei denen das Dichtungsmittel keine extremen Bedingungen überstehen muss.

Der Nachteil besteht darin, dass das auf diese Weise aufgetragene PE nicht wie eine Blas- oder Gussfolie gedehnt oder ausgerichtet wurde und daher bei wiederholtem Falten etwas anfälliger für Biegerisse sein kann. Um eine ausreichende Benetzung zu erreichen, ist in der Regel eine Korona- oder Flammbehandlung der Folie vor der Matrize erforderlich, da sich geschmolzenes PE nicht so leicht mit unbehandelter Folie verbindet wie ein Laminierklebstoff. Mehrschichtige Konstruktionen wie PET/AL/PE werden häufig auf diese Weise aufgebaut, wobei die PE-Seite direkt umspritzt wird und die PET-Lage als Verstärkung gegen Reißen während des Siegelvorgangs selbst hinzugefügt wird.

PET/Aluminium/PE-Triplex-Barrierefolie Ein dreischichtiges Laminat mit PET für Festigkeit, Aluminium für vollständige Barriere und PE für zuverlässige Heißsiegelung. Anpassbare Dicke und Breite eignen sich für anspruchsvolle Industrie- und Isolieranwendungen. Produkt anzeigen →

Methode drei: Beschichten der Folie mit einem Schmelzklebstoff

Bei der dritten Methode wird überhaupt kein kontinuierlicher Film aufgetragen – es wird ein Schmelzklebstoff als Beschichtung aufgetragen, oft auf EMAA-Basis oder ein modifiziertes Polyolefin, und zwar in jedem Schichtgewicht, das die Anwendung erfordert. Da der Klebstoff erst dann aktiviert wird, wenn er durch Hitze und Druck über seinen Erweichungspunkt gebracht wird, kann die beschichtete Folie im Lager verbleiben und bei Bedarf später in einem separaten Schritt versiegelt werden.

Diese Methode eignet sich dort, wo die Folie mit etwas anderem als einer anderen Folie oder Kunststofffolie verbunden werden muss – Schaumstoff, Metall oder einem unregelmäßigen Untergrund, an den sich eine flache Folie nicht gut anpassen würde. Rohrisolationsummantelungen und Kabelummantelungen sind die klarsten Beispiele: Durch die Klebebeschichtung haftet der Aluminiumverbund auf einer gekrümmten oder strukturierten Oberfläche auf eine Weise, für die eine laminierte Folie, die hauptsächlich für die Folie-an-Folie-Versiegelung entwickelt wurde, nicht geeignet ist.

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Struktur und Oberflächenqualität sind unabhängig von der Methode wichtig

Unabhängig davon, welcher der drei Wege verwendet wird, muss die Folie selbst immer noch flach und frei von Nadellöchern oder Falten sein – eine Schwachstelle in der Folie beeinträchtigt die Versiegelung, unabhängig davon, wie das Dichtungsmittel dorthin gelangt ist. Was sich zwischen den Methoden ändert, ist, wo die Schwachstellen tendenziell auftauchen. Eine laminierte Struktur verfügt über eine ausgeprägte Klebeschicht, die ausgehungert oder ungleichmäßig verteilt werden kann. Eine extrusionsbeschichtete Struktur hängt davon ab, wie gut die Folie unmittelbar vor der Düse behandelt wurde. Eine Hotmelt-Beschichtung erfordert eine strenge Kontrolle des Beschichtungsgewichts, da sie normalerweise dünner und weniger gleichmäßig ist als ein Vollfilm. Wenn man eine Probe unter dem Mikroskop querschnittet, kann man in der Regel anhand der Art und Weise, wie die Schichten aufeinander treffen, erkennen, welcher der drei Prozesse eine bestimmte Rolle erzeugt hat.

Typische Prozessparameter für jede Methode

Die drei Methoden laufen bei unterschiedlichen Temperaturen und Geschwindigkeiten ab, weil sie unterschiedliche Probleme lösen – das Verkleben einer vorgefertigten Folie, das Gießen von geschmolzenem Harz oder die Aktivierung einer Klebebeschichtung. Die folgenden Bereiche sind Ausgangspunkte; Die tatsächlichen Einstellungen hängen stark von der Harzsorte, der Foliendicke und der Linienkonfiguration ab. Daher ist ein Probelauf auf Produktionsanlagen immer noch die Möglichkeit, die endgültigen Zahlen festzulegen.

Die Extrusionsbeschichtung läuft am heißesten, da das PE vollständig geschmolzen sein muss, um gleichmäßig aus der Düse zu fließen, während die Heißschmelzbeschichtung niedriger bleibt, da das Ziel in dieser Phase nur darin besteht, den Klebstoff aufzutragen und noch nichts abzudichten. Die Laminierung steht an der untersten Stelle, da die Folie bereits geformt ist – die Hitze aktiviert hier lediglich den Klebstoff zwischen zwei festen Bahnen.

Praktische Überlegungen zur Produktion

Ein paar Faktoren entscheiden darüber, ob eine dieser drei Methoden tatsächlich im großen Maßstab Bestand hat:

1. Sauberkeit – Öl, Staub oder Restfeuchtigkeit auf der Folie beeinträchtigen die Benetzung in allen drei Prozessen, nicht nur in einem.
2. Oberflächenbehandlung – Eine Korona- oder Plasmabehandlung ist für die Extrusionsbeschichtung oft unerlässlich und kann die Randhaftung der Laminierung verbessern, spielt jedoch bei einer Schmelzbeschichtung, die für eine mechanische Bindung ausgelegt ist, keine Rolle.
3. Lagerung – Laminierte Rollen sind ziemlich stabil, aber mit Hotmelt beschichtete Rollen können zusammenkleben, wenn sie noch warm gestapelt oder an einem zu heißen Ort gelagert werden.
4. Testen – Schältestarbeiten für Laminierung und Extrusionsbeschichtung; Bei Hotmelt-Beschichtungen ist die Überprüfung des Auftragsgewichts ebenso wichtig wie das Ablöseergebnis.

Eine gute Faustregel für alle drei Methoden: Der Verbundwerkstoff sollte im Folien- oder Schaumstoffsubstrat versagen, bevor er an der Naht versagt. Wenn es sich an der Klebelinie sauber löst, muss etwas in diesem bestimmten Prozess – Klebstoffmangel, Schmelztemperatur oder Beschichtungsgewicht – angepasst werden.

Spezifische Mängel für jede Methode

• Delaminierung (Laminierungsmethode) – in der Regel handelt es sich um eine Verbindung mit zu wenig Klebstoff oder eine Aushärtungsphase, die zu schnell oder zu kühl verlief.
• Orangenhaut oder schlechte Benetzung (Extrusionsbeschichtung) – Schmelzetemperatur zu niedrig oder Düsen- oder Luftspalt nicht richtig auf die Liniengeschwindigkeit eingestellt.
• Kalte Stellen oder Lücken (Hot-Melt-Beschichtung) – Schichtdicke zu dünn oder eine ungleichmäßige Auftragswalze hinterlässt kahle Stellen auf der Folie.
• Nadellöcher (alle drei) – fast immer auf zerknitterte oder beschädigte Folie zurückzuführen und nicht auf den Auftrag der Versiegelung selbst.

Auswahl der richtigen Methode für die Endanwendung

Bei Beuteln und technischen Laminaten, die eine bestimmte Harzchemie erfordern – insbesondere wenn die chemische Beständigkeit von EMAA von Bedeutung ist – ist die Folienlaminierung in der Regel die zusätzlichen Kosten wert. Für großvolumige Standardverpackungen oder Kanalverkleidungen, bei denen der Preis pro Quadratmeter ausschlaggebend ist, ist extrusionsbeschichtetes PE kaum zu schlagen. Und für alles, was mit Schaumstoff, Metall oder einer unregelmäßigen Oberfläche und nicht mit einer anderen flachen Platte verbunden werden muss – Rohrisolationsummantelung und Kabelummantelung sind die klarsten Fälle – ist eine Schmelzklebstoffbeschichtung die eigentlich für diese Aufgabe geeignete Methode. Käufer, die eine neue Anwendung evaluieren, sind in der Regel besser dran, zunächst mit der Art der Verbindung des Verbundwerkstoffs zu beginnen und dann rückwärts zur Methode zu arbeiten, als sich zunächst für eine Methode zu entscheiden und zu hoffen, dass die Endanwendung passt.

Fazit

Es gibt nicht den einen „richtigen“ Weg, einen Aluminium-Kunststoff-Verbund heißsiegelbar zu machen – es gibt drei, und jeder löst ein anderes Problem. Das Laminieren einer separaten PE-, EMAA- oder EVA-Folie bietet die größte Auswahl an Harzen und die beste Biegefestigkeit. Bei der Extrusionsbeschichtung wird ein Teil dieser Flexibilität gegen geringere Kosten und einen schnelleren Durchsatz bei Standardverpackungen eingetauscht. Durch die Schmelzklebstoffbeschichtung wird die Idee einer Folie-zu-Folie-Versiegelung gänzlich aufgegeben und dafür gibt es die Möglichkeit, Aluminiumverbundstoffe mit Schaumstoff, Metall und anderen Substraten zu verbinden, die eine flache Folie nicht verarbeiten kann. Durch die Anpassung der Methode an die tatsächlichen Verbindungsanforderungen – und nicht nur an die gerade verfügbare Linie – bleibt die Versiegelung der stärkste Teil des Endprodukts und nicht dessen Schwachstelle.