{"id":2270,"date":"2012-10-01T08:29:51","date_gmt":"2012-10-01T08:29:51","guid":{"rendered":"http:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/?p=2270"},"modified":"2012-10-01T08:29:51","modified_gmt":"2012-10-01T08:29:51","slug":"thermoformen-teil-2-analytik-der-thermoform-folien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/2012\/10\/01\/thermoformen-teil-2-analytik-der-thermoform-folien\/","title":{"rendered":"Thermoformen Teil 2: Analytik der Thermoform-Folien"},"content":{"rendered":"<p><strong> <\/strong><\/p>\n<p><strong> <\/strong><\/p>\n<p><strong> <\/strong><\/p>\n<p><strong> <\/strong><a href=\"http:\/\/www.innoform-testservice.de\/tpages\/checkmethod\/start.php\" target=\"_blank\"><strong> <\/strong><\/a><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2011\/07\/InnoLetter-20111.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignright\" title=\"InnoLetter 2011\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2011\/07\/InnoLetter-20111-300x62.jpg\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"62\" \/><\/a><strong> <\/strong><\/p>\n<p><strong>Analytik von Thermoform-Folien &#8211; Teil 2<\/strong><br \/>\nvon <a href=\"http:\/\/www.innoform-coaching.de\/pages\/referee\/referee_view.php?referee_id=4542\" target=\"_blank\">Dr. Manfred Reichert<\/a><\/p>\n<p><strong>Kurzzusammenfassung<\/strong><\/p>\n<p>Im ersten Teil der Analytik von Thermoformfolien beschr\u00e4nkte ich mich auf die klassischen <a href=\"http:\/\/www.innoform-testservice.de\/tpages\/checkmethod\/start.php\" target=\"_blank\">Methoden<\/a> wie Dickenmessung, Schrumpf, Glanzgrad, und einige andere (siehe Inno-Letter \u201e<a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/2012\/09\/19\/thermoformen-teil-1-analytik-von-thermoform-folien\/\" target=\"_blank\">Analytik von Thermoformfolien \u2013 Teil I<\/a> \u201c). Teil II geht auf weiterf\u00fchrende Methoden ein:<\/p>\n<p>In den nachfolgenden Abschnitten<\/p>\n<ul>\n<li> DSC (Differential Scanning Calorimetry)<\/li>\n<li>DMA\u00a0 (Dynamisch-mechanische Analyse)<\/li>\n<li>Torsionsschwing-Versuch<\/li>\n<\/ul>\n<p>werden weiterf\u00fchrende\u00a0 Methoden zur Analyse von <a href=\"http:\/\/www.innoform-coaching.de\/pages\/event\/event_view.php?event_id=664#tab_event_agenda\" target=\"_blank\">Thermoformfolien<\/a> beschrieben. Ziel ist es, dem Anwender Hilfestellungen aufzuzeigen, wie mit solchen Methoden die Eigenschaften der Thermoform-Folien im Hinblick auf ihr Verhalten auf der Thermoform-Maschine besser als bisher erfasst werden k\u00f6nnen. So sollen z. B. Unterschiede von Folien verschiedener Hersteller, die nominell anscheinend gleich sind, sich aber beim Thermoformen deutlich unterschiedlich verhalten, erkannt und bewertet werden. Dadurch soll insgesamt die Prozesssicherheit verbessert werden. Allerdings werden wohl des \u00d6fteren zur genauen Analyse und Interpretation spezielle Fachfirmen bzw. Fachinstitute hinzugezogen werden m\u00fcssen.<\/p>\n<p><strong>1\u00a0\u00a0\u00a0 Allgemeines<\/strong><\/p>\n<p>Die Qualit\u00e4t der Folien, die beim Thermoformprozess verarbeitet werden sollen, ist von extrem wichtiger Bedeutung. Die Thermoformung \u2013 also die Herstellung von Bechern, Schalen etc. aus der flachen Ausgangsfolie \u2013 stellt dabei beispielsweise bei der Verpackung von Lebensmitteln einen sehr wichtigen Verfahrensschritt dar.<br \/>\nDurch die Qualit\u00e4t der Folien wird wesentlich das Betriebsverhalten einer Thermoformmaschine mit bestimmt. Und das Betriebsverhalten bestimmt im Endeffekt die Wirtschaftlichkeit und die Produktivit\u00e4t des Herstellprozesses. Denn durch eine nicht maschineng\u00e4ngige oder schlechte Thermoformfolie werden Funktionsst\u00f6rungen im gesamten maschinellen Ablauf verursacht.<br \/>\nIn der Praxis hat es sich oft als schwierig erwiesen, solche Funktionsst\u00f6rungen zu erkl\u00e4ren bzw. eindeutigen Ursachen zuzuweisen:<\/p>\n<ul>\n<li>Ist die St\u00f6rung durch die Maschine bedingt? Beispielsweise sind Probleme oder gar der (teilweise) Ausfall der Folienheizung bzw. auch Probleme beim eigentlichen Thermoformprozess denkbar. Beim Thermoformprozess kann z. B. eine schlechte Abstimmung im Prozessablauf vorliegen, oder eine Besch\u00e4digung oder falsche Materialauswahl bei den Vorstreckstempeln etc.<\/li>\n<li>Ist die St\u00f6rung durch die Qualit\u00e4t der Folie bedingt? Wie kann die Qualit\u00e4t bzw. k\u00f6nnen Schwankungen in der Qualit\u00e4t festgestellt werden?<\/li>\n<li>Auch k\u00f6nnen Funktionsst\u00f6rung selbstredend beide Ursachen \u2013 Maschine und Folie \u2013 gleichzeitig haben.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Auf jeden Fall muss den vielen m\u00f6glichen Gr\u00fcnden im Einzelfall nachgegangen werden. Was die Folie betrifft, so ist es sehr wichtig, die Qualit\u00e4t genau angeben zu k\u00f6nnen, und die Folie entsprechend durch geeignete Analysen untersuchen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n<p>Das ist in letzter Zeit immer wichtiger geworden. Die Thermoformfolien wurden laufend weiter entwickelt, dadurch wurden und werden immer gr\u00f6\u00dfere Anforderungen an die Betreiber von Thermoformanlagen gestellt: bessere und gleichm\u00e4\u00dfigere und immer gleich gute Qualit\u00e4t der hergestellten Beh\u00e4lter, m\u00f6glichst bei gleichzeitiger Verwendung von d\u00fcnneren Folien als bisher (Packstoffersparnis und dadurch Erh\u00f6hung der Wirtschaftlichkeit). Dazu ist auch eine Gew\u00e4hrleistung einer guten Maschineng\u00e4ngigkeit der Folie beim Thermoformen auf der Maschine unbedingt notwendig.<\/p>\n<p>Es kommt erschwerend hinzu, dass hier die Anwendung von relativ schwer verarbeitbaren Folien wie Polypropylen (PP) gro\u00dfe Zuwachsraten aufweist. PP ist ein so genannter teilkristalliner Kunststoff. Das bedeutet, vereinfacht ausgedr\u00fcckt, dass dieses Material bei der Erw\u00e4rmung (Vorstufe vor der Thermoformung) nur in einem sehr engen Temperaturfenster erw\u00e4rmt werden kann, was an sich schon relativ hohe Anforderungen an die Ausf\u00fchrung der Heizstation der Maschine bedeutet. Andere g\u00e4ngige Materialien wie Polystyrol (PS) oder Polyvinylchlrorid (PVC), die amorphen Charakter haben, k\u00f6nnen im Gegensatz dazu in einem breiteren Temperaturfenster verarbeitet werden.<\/p>\n<p>Bei einer PP-Folie hat aber auch die Morphologie (d.h. ihr innerer Gef\u00fcgezustand mit seiner teilweise kristallinen Struktur) einen Einfluss auf die Thermoformung. Weitere Einfl\u00fcsse sind: die Art des Folienextrusionsprozesses, die dabei verwendeten PP-Typen, und auch die Bedingungen bei der Lagerung der Folien.<\/p>\n<p>Eine umfangreiche Analytik der Folien bzw.\u00a0 Qualit\u00e4tssicherung muss deshalb in der Lage sein, diese Qualit\u00e4tsmerkmale so weit wie m\u00f6glich zu erfassen und auch zu bewerten.<\/p>\n<p>Wurde bisher nur von so genannten Monofolien (wie z.B.\u00a0 PP und PS) gesprochen, so werden aber oft in der Praxis f\u00fcr empfindliche Abf\u00fcllprodukte, die eine l\u00e4ngere Haltbarkeit erfordern, Verbundfolien eingesetzt. Diese haben beispielsweise eine zus\u00e4tzliche Sperrschicht gegen Sauerstoff und \/ oder gegen Feuchtigkeit eingebaut.<\/p>\n<p>Bei all diesen Folien ist hier eine m\u00f6glichst genaue Folienspezifikation bzw. \u2013definition notwendig.<\/p>\n<p>Zur genauen Erfassung der Folienqualit\u00e4t werden bisher vor allem die klassischen Pr\u00fcfmethoden verwendet, die bereits im vorherigen Inno-Letter (\u201eAnalytik von Thermoformfolien \u2013 Teil I \u201e) beschrieben wurden.<\/p>\n<ul>\n<li>Schrumpfmessung<\/li>\n<li> Dickenmessung (Dicke der Gesamtfolie bzw. der Einzelschichtdicken)<\/li>\n<li> Zugversuch<\/li>\n<li> Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit (Glanzgrad)<\/li>\n<li> Flammenf\u00e4rbung (Schnelltest zur Materialbestimmung)<\/li>\n<\/ul>\n<p>Diese klassischen Methoden sind aber nicht ausreichend, haben nur eine bedingte Aussagekraft. Damit kann weder den Werkstoff noch dessen G\u00fcte identifiziert werden. Eine Aussage zum jeweiligen Gef\u00fcgezustand der Folien und damit zu deren Verformbarkeit ist nur bedingt m\u00f6glich.<\/p>\n<p>Nun kommt es in der Praxis oft vor, dass Anwender Folien\u00a0 von verschiedenen Herstellern benutzen, die nominell anscheinend gleich sind. Eine ausf\u00fchrliche Analyse der Folien ist mit den oben genannten Methoden aber nicht ausreichend m\u00f6glich.<\/p>\n<p>Es sind auch beispielsweise verschiedene Unterschiede in den Folien \u2013 die man so ohne weiteres nicht erkennen kann \u2013 m\u00f6glich. Die Unterschiede k\u00f6nnen z. B. in der Qualit\u00e4t der verwendeten Rohstoffe liegen, oder in der Anzahl und Qualit\u00e4t von Zus\u00e4tzen zur Folie.<br \/>\nAuch kann ggf. Rezyklat als eine Schicht in der Folie \u2013 nicht zur Produktseite hin \u2013 verwendet werden.<\/p>\n<p>Ebenso kann die <strong>Methode der Folienherstellung<\/strong> \u2013 also die Technik des Folienextrusionsprozesses &#8211; bei den verschiedenen Folienherstellern unterschiedlich sein.<\/p>\n<p>All dies kann sich auf das Verarbeitungsverhalten auf der Maschine auswirken.<\/p>\n<p>Es sind deshalb in Erg\u00e4nzung zu den herk\u00f6mmlichen Pr\u00fcfmethoden optimierte und dabei praxisgerechte Pr\u00fcfmethoden f\u00fcr die Thermoformfolien n\u00f6tig, um weitere n\u00f6tige Informationen zu erhalten. Diese Methodensollen die klassischen Methoden erg\u00e4nzen bzw. deren Nachteile ausmerzen.<\/p>\n<p>Solche Testmethoden sind:<\/p>\n<ul>\n<li>DSC (dynamische Differenz-Kalorimetrie, bzw. Differential Scanning Calorimetry)<\/li>\n<li>DMA (dynamisch-mechanische Analyse)<\/li>\n<li>Torsionsschwing-Versuch<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>2\u00a0\u00a0\u00a0 DSC (Differential Scanning Calorimetry) <\/strong><\/p>\n<p>Mit der DSC werden thermische Effekte ermittelt, die mit physikalischen Umwandlungen wie Glas\u00fcberg\u00e4ngen, Schmelz- und Kristallisationsvorg\u00e4ngen verbunden sind. Der Glas\u00fcbergang ist ein reversibler \u00dcbergang in amorphen Materialien oder in amorphen Bereichen teilkristalliner Materialien von einem harten und relativ spr\u00f6den, eingefrorenen Zustand in den Zustand der Schmelze bzw. in einen gummiartigen Zustand. Dar\u00fcber hinaus kann mit der DSC aber auch die spezifische W\u00e4rmekapazit\u00e4t der Folien bestimmt werden.<\/p>\n<p>Die DSC ist nach den Normen DIN 51007 und DIN 53765 beschrieben.<\/p>\n<p>Bei der DSC wird das Material einem kontrollierten Temperatur-\/Zeit-Programm unterworfen. Dabei wird der W\u00e4rmestrom von und zur Probe gemessen. Messgr\u00f6\u00dfe ist die Temperaturdifferenz zwischen der Probe und einer Referenz. Diese Temperaturdifferenz ist\u00a0 proportional zu dem von der Probe aufgenommenen oder abgegebenen W\u00e4rmestrom. Es k\u00f6nnen somit alle physikalischen und chemischen Vorg\u00e4nge, die mit einem W\u00e4rmeeffekt verbunden sind, charakterisiert werden. Man gewinnt Informationen \u00fcber endotherme und exotherme W\u00e4rmet\u00f6nungen. Somit erh\u00e4lt man sehr gute M\u00f6glichkeiten, Materialunterschiede in den verschiedenen Folienchargen zu erkennen.<\/p>\n<p>Die DSC bietet optimale M\u00f6glichkeiten, wenn es darum geht, Materialunterschiede zu erkennen. Der <strong>praktische Grund<\/strong> f\u00fcr diese Analyse ist folgender: die Thermoformmaschinen werden bei den Abnahmel\u00e4ufen auf eine bestimmte Foliensorte eingestellt. Genau diese Folie wird bei der Maschinenabnahme verwendet und ist somit die Referenzfolie. Von dieser Folie wird eine DSC-Analyse durchgef\u00fchrt und als Referenzdiagramm\/Thermogramm abgelegt. Falls sp\u00e4ter andere Folien als die beim Abnahmelauf vereinbarten Folien von dem Kunden verwendet werden, die sich z. B. durch anderes oder schlechteres Thermoformverhalten auf der Maschine auszeichnen, kann diese mit der DSC sehr einfach und schnell festgestellt werden. Denn die DSC registriert das thermische Probenverhalten. Durch diese Analyse wird in Form eines Messdiagrammes jeweils ein charakteristischer \u201eFingerabdruck\u201c von der gemessenen Folie erhalten.<\/p>\n<p>An dieser Stelle sei ein Beispiel f\u00fcr die Anwendung der DSC-Analyse aus der Praxis erw\u00e4hnt: bei einer Molkerei wurden PS- Thermoformfolien verschiedener Hersteller getestet. Diese\u00a0 Folien wiesen aber unterschiedlich gutes Thermoformverhalten auf (obwohl sie nominell gleich sein sollten). Durch die DSC konnte nachgewiesen werden, dass bei der Folie, die ein gutes Thermoformverhalten aufwies, die DSC-Ergebnisse (W\u00e4rmekapazit\u00e4t, Glas\u00fcbergangstemperatur) anders waren als bei der Folie mit schlechtem Thermoformergebnis.<\/p>\n<p>Das grobe Prinzip der Foliencharakterisierung mit DSC-Analyse ist in nachfolgender Abbildung zu sehen:<\/p>\n<div id=\"attachment_2274\" style=\"width: 1031px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild11.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2274\" class=\"size-full wp-image-2274\" title=\"Abbildung 1: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DSC\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild11.png\" alt=\"Abbildung 1: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DSC;  Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik\" width=\"1021\" height=\"473\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild11.png 1021w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild11-300x138.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1021px) 100vw, 1021px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2274\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 1: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DSC;  Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik<\/p><\/div>\n<p>Beschreibung der vorstehenden Abbildung:<\/p>\n<p>In dem linken Bild bedeutet \u201eP\u201c die Probe, \u201eR\u201c die Referenz. ?T bedeutet die Temperaturdiffenenz zwischen \u201eP\u201c und \u201eR\u201c, die proportional dem W\u00e4rmestrom ?Q ist (siehe Text weiter oben).<\/p>\n<p>In dem rechten Bild ist das Schmelzverhalten (beim Erw\u00e4rmen) bzw. das Erstarrungsverhalten einer Probe (beim Abk\u00fchlen) prinzipiell dargestellt.<\/p>\n<p>Konkrete Beispiele f\u00fcr die Analyse verschiedener Kunststoffe sind in nachfolgender Abbildung 2 zu sehen:<\/p>\n<div id=\"attachment_2275\" style=\"width: 1031px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild2.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2275\" class=\"size-full wp-image-2275\" title=\"Abbildung 2: Beispiele f\u00fcr Werkstoffidentifikation mit DSC-Analyse\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild2.png\" alt=\"Abbildung 2: Beispiele f\u00fcr Werkstoffidentifikation mit DSC-Analyse; Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik\" width=\"1021\" height=\"599\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild2.png 1021w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild2-300x176.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1021px) 100vw, 1021px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2275\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 2: Beispiele f\u00fcr Werkstoffidentifikation mit DSC-Analyse; Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik<\/p><\/div>\n<p>Kurze Erkl\u00e4rung der Abbildung:<\/p>\n<p>Hier sind schematisch die DSC-Kurven beim Aufheizen verschiedener Kunststoffe abgebildet. Deutlich zu erkennen ist dabei das Verhalten teilkristalliner Kunststoffe (Ausbildung von Schmelzpeaks) sowie amorpher Kunststoffe wie PVC.<\/p>\n<p>Messmethodik und Messergebnisse sind noch einmal in der folgenden Abbildung 3 gezeigt:<\/p>\n<div id=\"attachment_2276\" style=\"width: 1032px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild3.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2276\" class=\"size-full wp-image-2276\" title=\"Abbildung 3: DSC-Analyse, Messmethodik und Messergebnisse\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild3.png\" alt=\"Abbildung 3: DSC-Analyse, Messmethodik und Messergebnisse; Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik\" width=\"1022\" height=\"556\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild3.png 1022w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild3-300x163.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1022px) 100vw, 1022px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2276\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 3: DSC-Analyse, Messmethodik und Messergebnisse; Quelle: A. Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik<\/p><\/div>\n<p>Kurze Erl\u00e4uterung zu der obigen Abbildung:<\/p>\n<p>Oberes Bild (Methodik): 1. Aufheizung der Folie: Kristallisationspeak beim Erw\u00e4rmen; Erstarrungskurve beim Abk\u00fchlen; 2. Aufheizung: erneuter Kristallisationspeak.<br \/>\nDas DSC-Signal der 1. Aufheizung \u00fcber den Erweichungspunkt beinhaltet die thermomechanische Vorgeschichte des Materials und so wichtige Informationen \u00fcber die Verarbeitung (beispielsweise bei der Herstellung der Folie). Mit dem vollst\u00e4ndigen Erweichen wird diese Vorgeschichte \u201egel\u00f6scht\u201c. Die anschlie\u00dfende Abk\u00fchlung schafft einen einheitlichen Zustand und ermittelt das Erstarrungs- bzw. Kristallisationsverhalten. Die 2. Aufheizung gibt die reinen Stoffeigenschaften wieder und stellt somit die Basis f\u00fcr eine direkte Vergleichbarkeit des Materials mit anderen Proben dar.<\/p>\n<p>Unteres Bild (Messergebnis) zeigt noch ein DSC-Diagramm eines Materials, vom festen K\u00f6rper \u00fcber den Schmelzbereich bis zur Zersetzung.<\/p>\n<p>Die DSC detektiert also auch:<\/p>\n<ul>\n<li> Unterschiedliche Werkstoffe und<\/li>\n<li>Unterschiedliche Bedingungen bei der Herstellung von den Folien<\/li>\n<\/ul>\n<p>Deshalb wird empfohlen, die DSC-Analyse zur Spezifizierung der Folien f\u00fcr eine prozesssichere Thermoformung im Rahmen der Wareneingangskontrolle einzusetzen.<\/p>\n<p>Eine <strong>direkte Aussage zum Thermoformverhalten<\/strong> der Folien ist aber mit der DSC-Analyse nicht m\u00f6glich. Hierzu eignen sich andere Methoden: <strong>DMA-Analyse und Torsionsschwingversuch<\/strong>.<\/p>\n<p><strong>3\u00a0\u00a0\u00a0 DMA (Dynamisch-mechanische Analyse)<\/strong><\/p>\n<p>Mit dieser Methode werden die viskoelastischen Eigenschaften von Folien erfasst. Denn der Kunststoff besteht immer aus zwei Komponenten: einer viskosen Komponente, und einer elastischen Komponente. Das Verh\u00e4ltnis dieser beiden Komponenten \u2013 also ob mehr viskos oder mehr elastisch \u2013 gibt Aussagen zur Thermoformbarkeit . Hiermit kann- im Gegensatz zur DSC-Analyse \u2013 also die <strong>Thermoformbarkeit<\/strong> von Folien analysiert werden. Das Ergebnis einer DMA-Messung ist zum einen der sog. Speichermodul oder E-Modul E\u2019 eines Materials, der Aussagen \u00fcber die Steifigkeit des Kunststoffes abgibt. Das zweite Ergebnis der Analyse der sog. Verlustmodul E\u2019\u2019, der etwas \u00fcber das viskose Verhalten des Kunststoffes aussagt.<\/p>\n<p>Diese Werkstoff-Kenndaten k\u00f6nnen mit Hilfe der DMA nach DIN 53440, DIN 53513 sowie ASTM D 4065-90 bestimmt werden. Damit k\u00f6nnen direkte Aussagen zum mechanischen Probeverhalten gemacht werden. Es werden die mechanischen Eigenschaften in Abh\u00e4ngigkeit von der Temperatur und einer m\u00f6glichen Belastungsfrequenz ermittelt.\u00a0 Der E-Modul ist ein Ma\u00df f\u00fcr die Festigkeit oder Steifigkeit einer Probe und liefert eine direkte Aussage \u00fcber die Verformbarkeit des Materials. Der Verlustmodul hingegen gibt Aussagen \u00fcber die viskosen Bestandteile, die ebenfalls f\u00fcr die Verformbarkeit wichtig sind.<\/p>\n<p>Die DMA-Analyse ist universell einsetzbar und liefert eine komplette Foliencharakteristik. Neben den o. g. Aussagen bekommt man gleichzeitig auch Aussagen \u00fcber Glas\u00fcberg\u00e4nge und \u00fcber das L\u00e4ngen\u00e4nderungsverhalten des Materials.<\/p>\n<p>Das Grundprinzip der Folienanalyse mit DMA ist in nachfolgender Abbildung zu sehen:<\/p>\n<div id=\"attachment_2277\" style=\"width: 1022px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild4.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2277\" class=\"size-full wp-image-2277\" title=\"Abbildung 4: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DMA\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild4.png\" alt=\"Abbildung 4: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DMA; Quelle: A.Frick, FH-Aalen, Kunststottechnik\" width=\"1012\" height=\"415\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild4.png 1012w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild4-300x123.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1012px) 100vw, 1012px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2277\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 4: Foliencharakterisierung mit Thermoanalyse DMA; Quelle: A.Frick, FH-Aalen, Kunststottechnik<\/p><\/div>\n<p>Erkl\u00e4rung zu dieser Abbildung:<\/p>\n<p>Linkes Bild (grobes Schema des Messprinzips): Die Probe erf\u00e4hrt eine harmonsiche, nach Amplitude und Phase definierte, Anregung mittels einer oszillierenden dynamischen Kraft F(t), die in der Probe eine Verformung erzeugt. Die Antwort auf dieses Eingangssignal wird analysiert (nach Amplitudenh\u00f6he und Phasenlage). Damit erh\u00e4lt man z. B. Aussagen zur Steifigkeit des Materials. Je nach Art des Materials (mehr viskos oder mehr elastisch) gibt es auf die \u201eoszillierende\u201c Anregung ein Antwortsignal, das aber mehr oder weniger \u201ephasenverschoben\u201c ist. Vereinfacht ausgedr\u00fcckt: bei einem v\u00f6llig elastischen Material (\u201eGummiball\u201c) gibt es keine innere D\u00e4mpfung durch die Anregung, die Phasenverschiebung = 0. Bei einem rein viskosen Material (\u201eHonig\u201c) wird die in das Material eingebrachte Energie vollkommen \u201edissipiert\u201c (geschluckt). Es kann keine Energie elastisch gespeichert werden. Die Phasenverschiebung = 90\u00b0. Die Kunststoff-Folien, die getestet werden, bestehen jeweils aus einem viskosen und einem elastischen Anteil. Je nach G\u00fcte des Materials sind aber die beiden Anteile prozentual unterschiedlich (der Wert der Phasenverschiebung liegt also irgendwo zwischen 0 und 90\u00b0), was sich aber auf das Thermoformverhalten auswirken kann.<\/p>\n<p>Rechtes Bild: Beispiel des Verhaltens des komplexen E-Moduls E* \u00fcber die Temperatur; Der komplexe E-Modul E* setzt sich zusammen aus dem Speichermodul E\u2019 und dem Verlustmodul E\u2019\u2019. Bei einem rein elastischen Material ist der komplexe E-Modul E* gleich dem Speichermodul E\u2019 (Phasenverschiebung = 0). Anderes Extrem: rein viskoses Material: Der komplexe E-Modul E* ist gleich dem Verlustmodul E\u2019\u2019 (Phasenverschiebung = 90\u00b0).<br \/>\nEs sind zwei um den Winkel ? phasenverschobene Kurven zu sehen. Die beiden unteren Kurven zeigen den Verlauf des tand. Tan d ist der sog. \u201eVerlustfaktor\u201c: das Verh\u00e4ltnis von Verlustmodul E\u2019\u2019 zu Speichermodul E\u2019. Es ist ein Ma\u00df f\u00fcr die innere D\u00e4mpfung der Folie. Ein hoher Wert bedeutet ein Werkstoffverhalten mit ausgepr\u00e4gtem viskosen Verformungsanteil. Bei einem kleinen Wert sollte die Folie schwierig thermoformbar sein. Die Verformungsenergie ist hier weitgehend elastisch gespeichert =&gt; nach Aufhebung des Verformungszwangs w\u00e4hrend der Thermoformung stellt sich die Folie elastisch wieder zur\u00fcck.<\/p>\n<p>DMA-Messergebnisse k\u00f6nnen beispielsweise auch anhand eines sog. Dehnungssweeps dargestellt werden, siehe folgende Abbildung:<\/p>\n<div id=\"attachment_2278\" style=\"width: 1032px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild5.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2278\" class=\"size-full wp-image-2278\" title=\"Abbildung 5: DMA-Dehnungssweep (Analysenbeispiele)\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild5.png\" alt=\"Abbildung 5: DMA-Dehnungssweep (Analysenbeispiele); Quelle:A.Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik\" width=\"1022\" height=\"419\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild5.png 1022w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild5-300x122.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1022px) 100vw, 1022px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2278\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 5: DMA-Dehnungssweep (Analysenbeispiele); Quelle:A.Frick, FH-Aalen, Kunststofftechnik<\/p><\/div>\n<p>Kurze Erl\u00e4uterung dazu: Hier wird \u2013 bei gleich bleibender Temperatur \u2013 das Verhalten des komplexen E-Moduls E* in Abh\u00e4ngigkeit der Dynamischen Dehnung dargestellt. Im Beispiel wurde auf diese Weise das Verhalten von PP-Folien, die mit verschiedenen Verfahren hergestellt worden waren, untersucht.<\/p>\n<p><strong>Die DMA-Methode zeigt also, inwieweit ein Material viskoses oder elastisches Verhalten aufweist. Das Verh\u00e4ltnis von viskosem zu elastischem Anteil wirkt sich auf das Thermoformverhalten aus.<\/strong><\/p>\n<p><strong>4\u00a0\u00a0\u00a0 Torsionsschwingversuch<\/strong><\/p>\n<p>Eine weitere dynamisch-mechanische Analyse stellt der Torsionsschwingversuch dar. Dieser beschreibt ebenfalls das mechanisch-thermische Verhalten, z. B. von Thermoformfolien. Hier k\u00f6nnen aufgrund entsprechender Unterschiede im charakteristischen Kurvenverlauf von teilkristallinen Thermoplasten R\u00fcckschl\u00fcsse auf das Thermoformverhalten gezogen werden. In diesem Versuch werden die charakteristischen Zustandsformen und \u00dcbergangsbereiche beim Erw\u00e4rmen des Kunststoffes beschrieben. Diese charakteristischen Kurvenverl\u00e4ufe des mechanisch-thermischen Verhaltens sind in folgender Abbildung zu sehen. Und zwar ist dabei einmal das Verhalten amorpher Kunststoffe (wie PS) und das von teilkristallinen Kunststoffen (wie PP) dargestellt.<br \/>\nDie Kurvenverl\u00e4ufe veranschaulichen die Tatsache, dass sich die Thermoformung des teilkristallinen PP im Vergleich zu beispielsweise zum amorphen PS etwas kritischer gestaltet\u00a0 (Quelle: P.,de Mink, Fa. Borealis,Linz, in : Netze, C. \u201eFolien f\u00fcr thermogeformte Verpackungen\u201c, VDI Verlag, D\u00fcsseldorf, 1998)<\/p>\n<div id=\"attachment_2279\" style=\"width: 1031px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild6.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-2279\" class=\"size-full wp-image-2279\" title=\"Abbildung 6: mechanische-thermisches Verhalten von amorphen und teilkristallinen Polymeren\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild6.png\" alt=\"Abbildung 6: mechanische-thermisches Verhalten von amorphen und teilkristallinen Polymeren\" width=\"1021\" height=\"611\" srcset=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild6.png 1021w, https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/09\/Artikel2_bild6-300x179.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 1021px) 100vw, 1021px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-2279\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 6: mechanische-thermisches Verhalten von amorphen und teilkristallinen Polymeren<\/p><\/div>\n<p>Kurze Erkl\u00e4rung dazu: es wird jeweils das Verhalten des Schubmoduls (elastische Komponente) und des Verlustfaktors in Abh\u00e4ngigkeit von der Temperatur aufgezeigt. Bei amorphen Kunststoffen f\u00e4llt\u00a0 der Schubmodul im Temperaturbereich der Glas\u00fcbergangstemperatur noch relativ moderat ab. Bei teilkristallinen Kunststoffen hingegen ist bei der\u00a0 Temperatur des Kristrallitschmelzbereiches ein abrupter Abfall des Schubmoduls zu erkennen, was die Thermoformung erschwert.<\/p>\n<p><strong>Abschlie\u00dfend sollen zu den genannten Methoden noch folgende Bemerkungen bedacht\u00a0 werden<\/strong>:<\/p>\n<ul>\n<li> Die meiste Praxiserfahrung d\u00fcrfte insgesamt bei Anwendung der DSC-Analyse vorliegen.<\/li>\n<li>Die Messungen mit der DMA-Analyse erlauben die Erfassung der viskoelastischen Eigenschaften der Folie, die also das Thermoformverhalten beurteilen. Die Folien k\u00f6nnen in Verbindung mit der DSC-Analytik eindeutig identifiziert werden.<\/li>\n<li>Schwierig ist aber immer noch die genaue Aussage \u00fcber die Maschineng\u00e4ngigkeit der Folien. Denn nach wie vor sind die Begriffe \u201eMaschineng\u00e4ngigkeit\u201c und \u201eThermoformqualit\u00e4t\u201c nicht eindeutig definiert.<\/li>\n<li>In konkreten F\u00e4llen k\u00f6nnen bisher DMA-Messungen an Folien mit unbekannten Verformungseigenschaften durchgef\u00fchrt werden. In den einzelnen Anwendungsf\u00e4llen ist aber \u2013 wenn n\u00f6tig \u2013 die Korrelation der DMA-Folienanalyse mit dem konkreten Thermoformergebnis auf der Maschine zu erarbeiten.<\/li>\n<li>Der Torsionsschwing-Versuch \u00e4hnelt der DMA,-Methode. Er wird bei verschiedenen Unternehmen als Qualit\u00e4ts-Pr\u00fcfmethode verwendet.<\/li>\n<li>Bei den Endanwendern d\u00fcrften in den wenigsten F\u00e4llen aber die M\u00f6glichkeiten vorhanden sein, die Folien mit den genannten Methoden zu untersuchen =&gt; vielmehr ist man hier auf Fachfirmen bzw. Fachinstitute angewiesen, sowohl zur eigentlichen Analyse, als auch zur Interpretation der Ergebnisse und dadurch zur Erstellung von Zusammenh\u00e4ngen von Analysenergebnissen zu den Resultaten der Thermoformen im praktischen Versuch.<\/li>\n<li>Im Einzelfall wird empfohlen, sich wenn n\u00f6tig mit den Fachfirmen oder Instituten in Verbindung zu setzen. Insbesondere ist dann jeweils der genaue Pr\u00fcfumfang\u00a0 gemeinsam festzulegen (u. a. auch Kosten und Zeitaufwand f\u00fcr die Untersuchungen).<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Die beiden Inno-Letter \u201eAnalytik von Thermoform-Folien \u2013 Teile I und II\u201c befassten sich v. a. mit den Untersuchungen f\u00fcr die flache Ausgangsfolie. In Teil III (folgt noch) werden Pr\u00fcfmethoden f\u00fcr die fertig hergestellten, verschlossenen Beh\u00e4ltnisse erl\u00e4utert.<\/strong><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/2012\/09\/19\/thermoformen-teil-1-analytik-von-thermoform-folien\/\" target=\"_blank\">Hier gelangen Sie zu Teil 1 der Inno-Letter Reihe &#8220;Thermoformen Analytik&#8221;.<\/a><\/p>\n<p>Wir hoffen, dass wir Ihnen hiermit hilfreiche Informationen geben konnten. F\u00fcr R\u00fcckfragen und Feedback stehen wir gerne zur Verf\u00fcgung:<\/p>\n<p>Dr. Manfred Reichert, Parkstrasse 36\/1, 73630 Remshalden, Tel. 07151-72354,<br \/>\ne-mail: m.reichert51@web.de<\/p>\n<p>Mitglied von <a href=\"http:\/\/www.innonet-partners.eu\/\" target=\"_blank\">InnoNET-Partners<\/a><\/p>\n<p><a href=\"http:\/\/www.innonet-partners.eu\/\" target=\"_blank\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" 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href=\"https:\/\/www.facebook.com\/Innoform.Folienverpackungen\" target=\"_blank\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" title=\"Innoform auf Facebook\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/02\/innoform_community_button-Facebook.jpg\" alt=\"\" width=\"95\" height=\"18\" \/><\/a><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2011\/07\/balken.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" title=\"balken\" src=\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2011\/07\/balken.png\" alt=\"\" width=\"1157\" height=\"94\" \/><\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Analytik von Thermoform-Folien &#8211; Teil 2 von Dr. Manfred Reichert Kurzzusammenfassung Im ersten Teil der Analytik von Thermoformfolien beschr\u00e4nkte ich mich auf die klassischen Methoden wie Dickenmessung, Schrumpf, Glanzgrad, und einige andere (siehe Inno-Letter \u201eAnalytik von Thermoformfolien \u2013 Teil I \u201c). Teil II geht auf weiterf\u00fchrende Methoden ein: In den nachfolgenden Abschnitten DSC (Differential Scanning [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":9,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[310,308],"class_list":["post-2270","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-folienpruefung","tag-dynamisch-mechanische-analyse","tag-torsionsschwing-versuch"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2270","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/9"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2270"}],"version-history":[{"count":22,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2270\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2356,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2270\/revisions\/2356"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2270"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2270"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2270"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}