Verpackungsprüfung
Verpackungen haben einerseits großen Einfluss auf die Qualität des Inhalts, andererseits fördern sie die Kaufentscheidung der Konsumenten. Beide Ziele zu erfüllen stellt die Produktentwicklung vor große Herausforderungen, vor allem bei Verpackungen für Nahrungsmittel. Aber auch andere Verpackungen müssen zahlreiche weitere Anforderungen erfüllen, je nach ihrer Art und ihrem Zweck, bspw. Verpackungen für Kosmetika, Arzneien, Chemikalien, Transportverpackungen (Paletten, Kisten), Industrieverpackungen (Big Bags, Container, Fässer), elektronische Geräte und Konsumgüter.
Anforderungen
Verpackungen haben einerseits einen großen Einfluss auf die Qualität des Inhalts, andererseits fördern sie die Kaufentscheidung der Konsumenten. Beide Ziele zu erfüllen stellt die Produktentwicklung vor große Herausforderungen, vor allem bei Verpackungen für Nahrungsmittel. Für kein anderes Produkt werden so viele Neu- und Weiterentwicklungen an Verpackungen realisiert wie für Lebensmittel. Nanotechnologie, Convenience, bioabbaubare Verpackungen, intelligente und aktive Systeme sind Schlagworte dazu.
Intelligente Systeme zum Beispiel zeigen Bedingungen des verpackten Lebensmittels und der Umgebung auf, Gas-Indikatoren detektieren das Überschreiten einer Gaskonzentration im Verpackungsinnenraum. Aktive Systeme helfen, die Haltbarkeit zu verlängern, z. B. besprühter Kunststoff, der Ethylen absorbiert oder eine Filterwirkung gegen Licht und Strahlung aus dem nahen UV-Bereich erzeugt.
Dazu kommt zunehmend der Wunsch nach Convenience: Die Verpackung soll gut handhabbar sein, leicht zu öffnen, wiederverschließbar oder sie soll direkt ohne Umfüllen in Mikrowellen erhitzt werden können. Leichtes Öffnen und Herausdrücken von Inhalten ist auch im Bereich der Kosmetika und Arzneimittel wichtig. Verpackungen für medizinische Geräte müssen zusätzlich dicht sein und der Sterilisierung standhalten.
Da Verpackungen in Form und Material sehr unterschiedlich sind, erfordert dies speziell angepasste, flexible Vorrichtungen. Daher finden Sie im Folgenden lediglich eine beispielhafte Darstellung von Prüfwerkzeugen, die eine Vorstellung der Prüfmöglichkeiten geben sollen.
Beispielhafte Prüfungen an Lebensmittelverpackungen bzw. Verpackungsmaterial
Funktionsprüfung an ganzen Verpackungen
Verpackungen sind vielfältig und auch ihre Funktion und ihre Art zu öffnen. Da zudem selten eine Norm für die Prüfung vorliegt, werden individuelle Werte ermittelt.
Beispiele für solche Prüfungen:
- Einstechen von Strohhalmen in Verbundkartons für Getränke
- Einstechen von vorperforierten Öffnungen
- Öffnungskräfte von Ringpull-Dosen
- Abreißen von Öffnungslaschen, bspw. von Deckeln
- Ausreißen von Tragegriffen
- Auf- und Abdeckelversuch mit Schnappverschlüssen
- Betätigungskräfte an Pumpflaschen
Abziehen von Deckel- oder Verschlussmaterial (Peel-Test)
Die Peelbarkeit formstabiler oder starrer Packmittel ist abhängig von Materialkombination, Maschinenparametern, Siegelnaht- und Aufreißgeometrien. Um dies zu optimieren werden die Peelkräfte mit einer speziellen Deckelabziehvorrichtung geprüft. Der wichtigste Wert dabei ist die Anrisskraft, aber auch die Gleichmäßigkeit der Siegelung.
Vorteil der ZwickRoell Deckelabziehvorrichtung ist, dass sich der Abziehpunkt immer in der Prüfachse befindet: Durch einen Schlitten wird die Probe automatisch nachgeführt. Das sichert eine gleichmäßige und reproduzierbare Kraftmessung. Der Öffnungswinkel ist der manuellen Öffnung nachempfunden und kann zwischen 90° und 155° variiert werden. Außerdem lässt sich die Vorrichtung durch ihre Bauweise flexibel auf Verpackungen verschiedenster Formen und Höhen einstellen.
Druckversuch an Kunststoffbechern, Eimern, Schachteln, Dosen, Fässern und ähnlichen formstabilen Verpackungen
Druckversuche dienen unterschiedlichen Zwecken, zum Beispiel:
Bestimmung des Stapelverhaltens: Für diesen Versuch gibt es je nach Norm und Material unterschiedliche Vorgehensweisen. Einzelne oder mehrere Verpackungen werden bis zum Versagen belastet, woraus die maximale Stapelhöhe errechnet werden kann. An Kunststoff-Bechern wird dieser Versuch auch mit komplett gefüllten Trays durchgeführt. Oder es wird eine bestimmte Last über eine vorgegebene Dauer oder bis zum Versagen gehalten.
Bestimmung der Eigensteifigkeit: Dieser Versuch gibt Aufschluss für den Verarbeitungsprozess von Verpackungen, da diese beim Verschließen (Abdeckeln) mit einer bestimmten Kraft belastet werden und diesen Arbeitsvorgang unbeschadet überstehen müssen.
Ermüdungsversuche: Mit einem Hysterese-Versuch wird untersucht, wie oft ein Eimer bei einer festgelegten Kraft belastet werden kann bis er einbricht. In der Praxis geschieht dies beim Be- und Entlagern auf die Paletten. Dargestellt werden nicht jeder Be- und Entlastungszyklus, sondern der Übersicht wegen nur der 1, 100, 500, 1000.
Weiterreißversuch an Kunststofffolien
Zum Weiterreißversuch an Kunststofffolien gibt es unter anderem die Normen ISO 34-1, ISO 6383-1, EN 495-2 und DIN 53363.
Der Versuch simuliert das Verhalten von Verpackungsfolien beim Öffnen von Verpackungen. Beim Öffnen eines Folienbeutels soll die Einreißkraft etwa gleich hoch wie die Weiterreißkraft sein. Ist die Maximalkraft bis zum Riss der Probe zu hoch, kann dies zur Folge haben, dass Folienbeutel nach dem Einriss schlagartig weiterreißen und der Inhalt ausgeschüttet wird. Das ideale Verhalten ist nicht leicht einzustellen, da der Weiterreißwiderstand (ebenso wie die Zugkraft) bei verstreckten Folien sehr richtungsabhängig ist.
Siegelnahtfestigkeit
Die Bestimmung der Siegelnahtfestigkeit von Siegelungen aus flexiblen Packstoffen wird z. B. nach der Norm DIN 55529 durchgeführt.
Die Prüfung ist ein Zugversuch an 15 mm breiten Streifen mit einem Abzugswinkel von 180°. Die Siegelung muss je nach Verwendung des Packstoffes eine bestimmte Festigkeit aufweisen.
90°- / 180°- Abziehversuche
Mit dieser Prüfung lassen sich Klebstoffeigenschaften, wie Haft- und Trennfestigkeit, kontrollieren. Es gibt viele genormte Schäl- oder Abziehversuche mit dem gleichen Prüfprinzip. Einige Beispiele: EN 1939, EN 1719, DIN 30646, DIN 55475, DIN 55477, FINAT Testmethode Nr. 2.
Der Grund für die große Anzahl ist, dass verschiedenste Trägermaterialien und Klebstoffe auf die unterschiedlichsten Anwendungen abgestimmt sind. Um die Haftfähigkeit verschiedener Materialien miteinander vergleichen zu können, verwendet man Prüfplatten aus Glas oder nichtrostendem Stahl, mit einer genormten Oberfläche.
Ermittelt wird die Kleb- bzw. Haftkraft, die erforderlich ist, einen Klebestreifen kontinuierlich von einer Stahl- oder Glasplatte abzuziehen. Dazu wird die ermittelte Kraft in Bezug zur Breite des Streifens gesetzt.
Wichtig ist häufig auch die Anfangshaftkraft: Die Eigenschaft auf einer Oberfläche zu haften und eine sofortige messbare Abzugskraft herzustellen. Die Haftung auf einem Trägermaterial erfolgt bei Berührung bzw. geringem Kontakt ohne Einwirken einer Kraft.
Tack-Schlaufentest zur Prüfung der Klebekraft von Klebebändern
Als Tack wird die Soforthaftung oder Anfangshaftung bezeichnet. Sie ist als Kraft definiert, eine Schlaufe des Klebebandes sofort nach dem Kontakt von einer genormten Oberfläche abzuziehen.
Ein einseitig mit Klebstoff beschichteter Probestreifen wird so gehalten, dass eine Schlaufe mit Klebefläche nach außen gebildet wird. Die Prüfmaschine setzt die Schlaufe auf der Prüfplatte auf. Sobald eine definierte Kontaktfläche erreicht ist, wird die Schlaufe wieder abgezogen. Diese Prüfung ist in der FINAT-Testmethode Nr. 9. beschrieben.
Aufdrehen von Deckeln / Torsionsprüfung
Für das Aufdrehen von Verschlussdeckeln wird ein Torsionsantrieb in Verbindung mit einer linearen Achse eingesetzt. Bei dieser Prüfung können Anzugs- und Lösemomente sowie die Leichtgängigkeit des Verschlussdeckels unter Berücksichtigung der Gewindesteigung überprüft werden. Dies wird über eine entsprechende testXpert III Master-Prüfvorschrift realisiert.
ZwickRoell Torsionsantriebe können ein- und mehrachsige Untersuchungen durchführen, also eine Zug- oder Druckprüfung mit Torsion kombinieren. So können z. B. Sicherheitsverpackungen geprüft werden, die zum Öffnen ein gleichzeitiges Drucken & Drehen erfordern.
Kundenspezifische Prüfvorrichtungen
Auf Basis kundenspezifischer Anforderungen entwickeln und produzieren wir kurzfristig unterschiedlichste Prüfwerkzeuge und Vorrichtungen, die optimal für Ihre Verpackungsprobe und -prüfung ausgelegt werden.
Zum Beispiel Prüfvorrichtungen zur Ermittlung der Ausdrückkraft an Blisterverpackungen, Haltevorrichtungen für speziell geformte Verpackungsbehälter oder Prüfwerkzeug für die Ermittlung der Auszugskräfte von Weinflaschen-Korken.
Reine Materialprüfungen
An den Basismaterialien Kunststoff, Papier und Metall werden unterschiedlichste Materialprüfungen meist nach Norm durchgeführt. Ein paar Beispiele:
- Zugversuch an Kunststoff-Folien nach ISO 527-3 oder ASTM D882 zur Bestimmung des Spannungs-Dehnungsverhaltens
- Bestimmung des Reibungskoeffizienten nach ASTM D1894 und ISO 8295 (COF-Test)
- Durchstoßversuche an elastischen Verpackungsmaterialien für die Ermittlung des Durchstichwiderstandes z.B. an Kunststoff-Folien nach ISO EN 14477 und ASTM F1306
- 4-Punkt-Biegeversuch zur Prüfung von ein- und mehrlagiger Wellpappe
Ausführliche Informationen zu reinen Materialprüfungen finden Sie auf den Branchenseiten Kunststoff, Metall, Papier oder Textil
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