Welche Folientypen kann eine vertikale FFS-Maschine verarbeiten?

Kern-Einzel-Schicht-Folien: PE-Varianten und ihre Kompatibilität mit vertikalen FFS-Maschinen

LDPE, LLDPE und HDPE – Temperatur für Versiegelungsbeginn, Schmelzfestigkeit und Stabilität der Schlauchbildung

LDPE, LLDPE und HDPE stellen die wichtigsten Arten einlagiger Folien dar, die in Vertikalfüll- und Versiegelungsmaschinen eingesetzt werden; jede dieser Folien bietet einzigartige Eigenschaften hinsichtlich Versiegelung und Struktur sowie Kompatibilitätsmerkmale, die sich auf unterschiedliche Weise mit den Maschinenkomponenten interagieren. Beginnend mit LDPE weist dieses Material relativ niedrige Versiegelungsstarttemperaturen von 110–120 °C auf, was zu einer schnellen Fugenversiegelung und einem geringeren Energieverbrauch führt. Zudem minimiert LDPE mit guter Schmelzfestigkeit Durchhängen und Verformungen soweit, dass sich stabile Schläuche bilden und die Beutelform während der gesamten Produktionslaufzeit konstant bleibt. Bei LLDPE handelt es sich um ein Material mit unübertroffener Stechfestigkeit und Spannungsflexibilität. Allerdings erfordert es bei der Einstellung der Betriebsspannung besondere Sorgfalt, da die Schmelzfestigkeit von LLDPE niedriger ist als die von LDPE. HDPE schließlich ist die beste Wahl, wenn es um eine besonders hohe Steifigkeit des Produkts sowie um einen optimalen Schutz vor sämtlichen Formen äußerer Beanspruchung geht.

Der Nachteil ist, dass HDPE ein Hochtemperatur-Dichtungskunststoff ist, der Temperaturen von 140–160 Grad Celsius erfordert; die Temperaturregelung ist entscheidend, da schwache Dichtungen, die zu leicht brechen, ein Nachteil einer unzureichend kontrollierten Temperaturführung sind. Um Verwerfungen, Faltenbildung und Dichtungen zu vermeiden, die zu unregelmäßig haften, um noch brauchbar zu sein, müssen Hersteller versuchen, die spezifischen Eigenschaften der verwendeten Materialien an die Beschränkungen der Maschinenanlage anzupassen (einschließlich Abmessungen und Anordnung der Versiegelungsleiste, Kontaktzeit sowie Abmessungen des Formkragens).

Verständnis der Zugfestigkeit und der Durchstichfestigkeit beim ersten Versiegeln der Flossen an vertikalen FFS-Maschinen.

Bei der Sicherung von vertikalen Form-, Füll- und Versiegelungsmaschinen hängt eine ordnungsgemäße Versiegelung nicht nur davon ab, die grundlegenden Spezifikationen für die Folie zu kennen. Erforderlich ist vielmehr ein Material mit einer Zugfestigkeit von mindestens 25 MPa, um die vertikale Formkraft standzuhalten und ein Reißen oder Aufreißen der Kanten bei schneller Herstellung der Beutel zu verhindern. Darüber hinaus muss auch eine ausreichende Stechfestigkeit gegeben sein. Das bedeutet, dass eine Stechfestigkeit von mehr als 300 Newton erforderlich ist, um sicherzustellen, dass beim Befüllen von Produkten mit rauen oder scharfen Kanten (z. B. Reis, Müsliriegel, Tierfutter) keine winzigen Stechlöcher entstehen. Auch die kontrollierte Dehnung unter Druck stellt einen entscheidenden Faktor dar. Ein optimales Versiegeln ohne Stillstand erfolgt, wenn sich die Folie zum Zeitpunkt des Kontakts mit der Heizleiste lediglich um 5 % dehnt. Dadurch bleibt die Druckversiegelung unverformt und die Funktionalität der Versiegelungskanäle bleibt gewährleistet. Es verwundert daher nicht, dass Hersteller, die diese Standards nicht erfüllen, häufig mit schwachen Versiegelungen, übermäßigen Faltenbildung und sogar Leckagen konfrontiert sind. In Produktions- und Verpackungsanlagen mit hohem Durchsatz treten Ausschussraten von bis zu 17 % bei Produktionsgeschwindigkeiten von über 120 Beuteln/Minute auf. Aus diesem Grund ist die Prüfung von Folien gemäß festgelegter Spezifikationen bei der Produktion sinnvoll: Sie trägt dazu bei, Maschinenausfälle auf ein Minimum zu beschränken und gehört zweifellos zum Fachgebiet der Verpackungsfachleute bei der IoPP.

Hochbarriere-Laminatfolien: Verwendung von Aluminiumfolie, Papier und Zellglas in vertikalen FFS-Maschinen

Aluminiumfolien-Laminate – Probleme der Wärmeleitfähigkeit und der Einstellung der Versiegelungsstangen an vertikalen FFS-Maschinen

Bei Hochbarrierelaminaten sind Aluminiumfolienlaminate nach wie vor die beste Lösung mit Sauerstoffdurchlässigkeitsraten (OTR) unter 0,1 cm³/m²/Tag und Wasserdampfdurchlässigkeitsraten (WVTR) unter 0,01 g/m²/Tag. Aufgrund dieser Werte sind Aluminiumfolienlaminate für die Herstellung von Kaffeetüten, Arzneimittelverpackungen und Snacks unverzichtbar. Ein gravierender Nachteil von Aluminiumfolie ist jedoch ihre Wärmeleitfähigkeit. Dies stellt einen erheblichen Nachteil bei Vertikalschlauchbeutelmaschinen (VFFS-Maschinen) dar. Die Versiegelungsstangen müssen exakt justiert werden, um eine gute Versiegelung zu gewährleisten, da die Wärme aus dem Versiegelungsbereich zu schnell entweicht, um eine feste Versiegelung zu bilden. Industrielle Tests haben gezeigt, dass in einer versiegelten Umgebung 20 % der Beutel eine unvollständige Versiegelung aufweisen, wenn die Temperatur der Versiegelungsstange nicht innerhalb einer Toleranz von ±30 °C des Sollwerts gehalten wird, wenn nicht genügend Zeit für das Anlegen der Versiegelungsstange zur Verfügung steht oder wenn die Versiegelungsstange mit unzureichendem Druck (d. h. weniger als 40 psi) angelegt wird.

Um dies zu verbessern, müssen Hersteller gleichzeitig drei Schlüsselkomponenten berücksichtigen: Temperaturregelung im Bereich von 140 bis 180 Grad Celsius, Anpressdruck von mindestens 40 psi sowie Schließzeit der Versiegelungspresse zwischen 0,9 und 1,5 Sekunden. Moderne Versiegelungsmaschinen mit Servomotoren und Echtzeit-Temperaturregelung in der Presse können während des Betriebs dynamische Anpassungen vornehmen, um über den gesamten Produktionszyklus hinweg eine optimale Verbindungsfestigkeit sicherzustellen – unabhängig davon, wie sich die Parameter ändern.

Feuchtigkeitsbedingte Förderinstabilität und Zugkraftregelung an vertikalen FFS-Maschinen bei Papier- und Zellulosefolien-Verbundstoffen

Bei kompostierbarer oder recycelbarer nachhaltiger Verpackung ergeben sich bei Vertikal-Form-Füll-Versiegelungs-Anlagen (VFFS) Herausforderungen im Umgang mit Papier- und Zellulosefolien-Verbundstoffen. Vertikal-Form-Füll-Versiegelungs-Maschinen arbeiten bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als oder gleich 5 Prozent. Wird dieser Wert überschritten, dehnt oder zieht sich das Papiergrundmaterial so stark zusammen bzw. aus, dass die Steuerung der Bahnspannung beeinträchtigt wird. Ein Grundmaterial mit einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 5 Prozent führt zum Schließen der Führungswalzen, zu Fehlfunktionen der Bahnspannungsregelung sowie zu betrieblichen Schwierigkeiten beim Papier, darunter Verstopfungen und Behinderungen optischer Register, häufigeres Durchreißen der Klebestellen (Splices) und häufigeres Kollabieren der Rohre während der Formgebung. Vertikal-Form-Füll-Versiegelungs-Maschinen arbeiten am besten in klimatisierten Anlagen, in denen die relative Luftfeuchtigkeit auf ±2 Prozent gehalten wird. Spannungsregelmechanismen mit Lastzellen-Rückmeldung und adaptiven Servoantrieben sind ebenfalls erforderlich. Die zuvor genannten niedrigreibenden, keramisch beschichteten Walzen sind entscheidend, um die statische Aufladung zu reduzieren und zu kontrollieren. Sie verlängern zudem die Verschleißfestigkeit an den Walzenkanten.

Die Kombination all dieser Korrekturen führt typischerweise bei den Anwendern zu einer Reduzierung der Dosierprobleme um etwa 18 %, basierend auf jüngsten Tests bei Herstellern von Müsliprodukten und Nahrungsergänzungsmitteln (Technisches Bulletin des Flexible Packaging Association, 2023).

Spezialfolien: BOPP- und PET-Folien für Transparenz, Steifigkeit und kontrolliertes Heißsiegeln

Verhalten von BOPP-Folien – Maßstabilität beim vertikalen Formen im Vergleich zur Optimierung der Siegelinitiierungstemperatur

Biaxial orientiertes Polypropylen, kurz BOPP, ist eine End-of-Line-Verpackungsfolie mit vertikaler Konstruktion, die klare, feste und gut definierte Druckqualität erfordert. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Verpackung von Süßigkeiten, Trockenfrüchten und Nahrungsergänzungsmitteln. BOPP-Folien werden durch ein spezielles Verfahren hergestellt, das der Folie eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität verleiht. Bei Temperaturen bis zu 120 Grad Celsius weist die Folie eine Schrumpfung von weniger als 1,5 % auf. Dieses geringe Schrumpfungsmaß verhindert Verzerrungen oder Fehlausrichtungen der Beutel während der vertikalen Schlauchformung. BOPP-Folien weisen zudem einen engen Versiegelungstemperaturbereich von 130 bis 150 Grad Celsius auf. Oberhalb dieses Bereichs neigen die Folien zum Einrollen, die Versiegelungen können spröde werden und es kann zur Delamination kommen. Unterhalb dieses Bereichs können die Versiegelungen zu schwach sein, um die Folie sicher zu halten. In der Branche herrscht allgemeiner Konsens darüber, dass die Versiegelungstemperaturen mit hoher Präzision gesteuert werden müssen – dies gewinnt insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsprozessen an Bedeutung.

Verpackungsanlagen stellten fest, dass eine optimierte Verweilzeit zwischen 0,8 und 1,2 Sekunden sowie ein Druck von 0,3 MPa oder mehr bis zu 20 % Material einsparen. Intelligente Bediener überwachen ihre Formungsspannung und halten sie unter 2,5 Newton pro Quadratmillimeter, um Spannungsrisse zu vermeiden. Denken Sie daran, nach dem Versiegeln abzukühlen, um Oberflächenfalten durch Schrumpfung zu vermeiden.

Funktionale Zusatzfunktionen: Reißverschlüsse, Ventile und Sperrschichten im Arbeitsablauf vertikaler FFS-Maschinen

Integration von Reißverschlüssen und Gasablassventilen – Ausrichtung, Timing und Störung der Lap-/Fin-Versiegelung an vertikalen FFS-Maschinen

Wiederverschließbare Reißverschlüsse und Einweg-Gasablassventile erhöhen den Funktionswert einer Verpackung, stellen jedoch neue Herausforderungen für vertikale FFS-Anlagen (Form-Fill-Seal) dar. In diesen Fällen können Ausrichtungstoleranzen von nicht mehr als 0,3 mm eine Reihe von Nachlaufproblemen verursachen, beispielsweise das Verkleben des Schlauchs, verformte Endversiegelungen sowie Beutel mit schwachen Versiegelungen. Glücklicherweise sind neue Technologien entstanden: Optische Sensoren und Servoantriebe ermöglichen mittlerweile eine äußerst präzise Steuerung der Positionierung dieser Komponenten. Die Platzierung von Reißverschlüssen und Ventilen kann innerhalb eines FFS-Zyklus auf wenige Folienzugvorgänge synchronisiert werden. Zu berücksichtigen sind zudem die Gasablassventile: Diese müssen deutlich vor Erreichen der Überlappungsversiegelungsstation aktiviert werden. Wird die Aktivierung der Gasventile verzögert, kann dies – insbesondere bei geröstetem Kaffee und fermentierten Snacks – zu Problemen bei der Haltbarkeit führen.

Eine weitere Herausforderung bei Reißverschlüssen besteht darin, dass sie manchmal mit ungleichmäßigen Profilen konstruiert sind. Diese ungleichmäßigen Profile führen dazu, dass sich kleine Luftpakete unter den Flossenabdichtungen bilden, was deren Berstfestigkeit in extremen Fällen um bis zu fünfzig Prozent verringern kann. Kluge Konstrukteure haben dieses Problem jedoch umgangen: Viele der besten Systeme verfügen über spezielle Seitenkanäle, die die Reißverschlüsse von den Hauptdichtflächen trennen, sowie über automatische Zugkraftregelungen, die sich an zusätzliches Gewicht und Reibung anpassen. Wenn all diese Komponenten harmonisch zusammenwirken, ermöglicht das System eine dichtere und funktionsfähigere Abdichtung für den täglichen Gebrauch – mit dem zusätzlichen Vorteil, die Verpackungsabfälle um rund fünfzehn Prozent zu reduzieren.

FAQ

Welche Haupttypen von Folien werden in Vertikalfüll- und Versiegelungsmaschinen eingesetzt?

Die wichtigsten verwendeten Folientypen sind LDPE, LLDPE und HDPE, die sich jeweils in ihren Versiegelungs- und Festigkeitseigenschaften sowie in ihrer Kompatibilität mit der Maschine unterscheiden.

Warum wird LDPE für schnellere Versiegelung bevorzugt?

LDPE wird bevorzugt, weil es relativ niedrige Versiegelungsbeginntemperaturen (110 bis 120 Grad Celsius) aufweist, was den Fin-Ver­schlie­ßungs­pro­zess beschleunigt und zur Energieeinsparung beiträgt.

Welche minimale Zugfestigkeit ist für eine zuverlässige Fin-Ver­schlie­ßung erforderlich?

Folien benötigen eine Zugfestigkeit von mindestens 25 MPa, um sich vertikal ohne Einreißen an die Form anzupassen, und eine Durchstichfestigkeit von über 300 Newton, um das Entstehen von Löchern während des Abfüllens des Produkts zu vermeiden.

Welche Probleme können Aluminiumfolien-Laminate bei vertikalen FFS-Maschinen verursachen?

Leitfähige Aluminiumfolien-Laminate entziehen dem Versiegelungsbereich Wärme und führen so zu Versiegelungsproblemen, es sei denn, Temperatur und Druck der Versiegelung werden präzise gesteuert.