Kurz gesagt: Eine Erhöhung der Tiefziehtiefe beim Thermoformen führt in der Regel zu einer stärkeren Materialdehnung und einer ungleichmäßigeren Wandstärkenverteilung. Bei mehrlagigen Barrierefolien können die Struktur-, Siegel- und Barriereschichten dünner werden – insbesondere an den unteren Seitenwänden, Ecken und anderen Bereichen hoher Dehnung. Daher können OTR- oder WVTR-Daten von Flachfolien allein die Leistungsfähigkeit der geformten Schale nicht garantieren. Die tatsächliche Form, das Heizprofil, das Formverfahren, das Siegelsystem und die Prüfbedingungen der fertigen Verpackung müssen gemeinsam bewertet werden.
Dieser Leitfaden zur Tiefziehtiefe beim Thermoformen erklärt, wie sich die lokale Schichtausdünnung auf PET/EVOH/PE und andere Barriere-Thermoformfolien auswirkt, was Käufer nach dem Formen messen sollten und welche Projektdetails ein Materiallieferant benötigt, bevor er eine Konstruktion empfiehlt.
Wichtigste Erkenntnisse
- Die Ziehtiefe ist nur ein Teil der Umformherausforderung. Öffnungsabmessungen, Bodenabmessungen, Eckradius, Wandwinkel und die gesamte Umformfläche beeinflussen ebenfalls die Materialverteilung.
- Die durchschnittliche Wandstärke kann die schwächste Stelle verdecken. Eine Schale kann die durchschnittliche Wandstärke aufweisen, während eine untere Ecke oder eine untere Seitenwand deutlich dünner ist.
- Jede Funktionsschicht ist betroffen. In einem Mehrschichtaufbau kann eine lokale Ausdünnung die effektive Dicke der EVOH-Barriereschicht, der PE-Dichtungsschicht sowie der Strukturschicht verringern.
- Die Daten für Barrierefolien und die Daten für Formverpackungen unterscheiden sich in ihren Spezifikationen. Prüfgrundlage, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, exponierte Fläche und Gehäusegeometrie müssen angegeben werden.
- Die Dichtheit der Dichtung bleibt unerlässlich. Eine hochdichte Bodenschicht kann Kanalleckagen, Verunreinigungen am Flansch oder eine inkompatible Deckelfolie nicht kompensieren.
- Es gibt keine allgemeingültige maximale Ziehtiefe. Die Eignung muss anhand der angegebenen Güteklasse, Struktur, Form und des Formgebungsverfahrens geprüft werden.
Was bedeuten Ziehtiefe und Schichtausdünnung beim Thermoformen?
Die Ziehtiefe ist die vertikale Strecke, um die das erhitzte Blech in den Formhohlraum geformt werden muss. Ein tieferer Hohlraum erfordert im Allgemeinen mehr Streckung, aber die Tiefe allein beschreibt nicht die vollständige Geometrie.
Die Schichtausdünnung bezeichnet die Verringerung der Materialstärke, die durch die Umverteilung des Materials über eine größere dreidimensionale Fläche entsteht. Beim Thermoformen ist diese Reduzierung selten gleichmäßig. Der Flansch behält in der Regel mehr von der ursprünglichen Materialstärke, während Seitenwände, Übergangsbereiche und Ecken weniger Material aufnehmen können.
Die Auszugstiefe ist nicht dasselbe wie das Auszugsverhältnis.
Das Ziehverhältnis beschreibt den durch die Teilegeometrie bedingten Umformdruck. Verschiedene Unternehmen und Anlagenlieferanten berechnen es jedoch unterschiedlich – beispielsweise durch Vergleich der Tiefe mit den Öffnungsabmessungen oder der umgeformten Oberfläche mit der projizierten Öffnungsfläche. Gibt ein Käufer lediglich das Ziehverhältnis an, sollte auch die Berechnungsmethode angegeben werden.
Für eine aussagekräftige Materialprüfung senden Sie uns bitte die Zeichnung des Hohlraums oder zumindest die Länge und Breite der Öffnung, die Länge und Breite des Bodens, die Tiefe, die Eckradien und die Wandwinkel. Diese Maße geben wesentlich mehr Aufschluss als die Tiefe allein.
Wo ist eine tiefgezogene Schale üblicherweise am dünnsten?
Die genaue Verteilung hängt vom Material, der Form und dem Verfahren ab, aber die folgenden Bereiche verdienen eine besondere Beachtung:
| Tablettbereich | Typischer Formationsprozess | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Flansch | Üblicherweise weniger gedehnt als der Hohlraum | Ebenheit und ausreichende Abdichtung sind entscheidend. |
| Obere Seitenwand | Mäßige Materialbewegung | Ungleichmäßige Erwärmung kann zu Materialabweichungen am Rand führen. |
| Untere Seitenwand | Häufig stärkeren Dehnungen ausgesetzt | Lokale Ausdünnungen können die Steifigkeit und die Dicke der Barriereschicht verringern. |
| Untere Ecke | Übergangszone mit hoher Dehnung, insbesondere mit kleinem Radius | Häufig ein kritischer Punkt hinsichtlich Mindestdicke, Aussehen und Barrierekontinuität. |
| Boden der Schale | Die Verteilung hängt von der Vordehnung, dem Kontaktpunkt des Formkerns und der Formgeometrie ab. | Ein optisch ansprechender Boden beweist nicht, dass die Ecken ausreichend dick sind. |
Eine einzelne Dickenmessung am Flansch oder in der Mitte des Bodens ist daher nicht ausreichend. Eine praxisgerechte Wanddickenkarte sollte mehrere wiederholbare Messpunkte rund um die Wanne umfassen.
Wie sich die Ausdünnung auf eine Mehrschichtbarrierestruktur auswirkt
Handelsnamen wie „PET/EVOH/PE-Hochbarrierefolie“ sind oft vereinfachte Beschreibungen. Die Produktionsstruktur kann zusätzliche PE-Zwischenschichten oder Haftschichten für eine zuverlässige Verklebung umfassen. Käufer sollten die genaue Schichtreihenfolge, die Kontaktfläche zum Produkt und die zu versiegelnde Seite bestätigen.
In einer typischen PET-basierten Hochbarriere-Thermoformstruktur:
- PET sorgt für die nötige Steifigkeit, Transparenz und Thermoformbarkeit.
- EVOH bietet eine Sauerstoff- und Gasbarriereleistung und ist normalerweise innerhalb der Mehrschichtstruktur geschützt, da seine Barriere feuchtigkeitsempfindlich ist.
- Je nach Güteklasse und Verpackungsdesign kann PE die Barriereschicht schützen und eine dichtungskompatible oder feuchtigkeitsbeständige Oberfläche bieten.
- Binde- oder Zwischenschichten tragen , sofern sie verwendet werden, dazu bei, die Verbindung zwischen den Schichten während des Laminierens, Formens und der Handhabung aufrechtzuerhalten.
Beim Thermoformen werden diese Schichten zusammengezogen, ihre endgültige lokale Verteilung entspricht jedoch möglicherweise nicht dem nominellen Schichtverhältnis des Flachblechs. Die wichtigste technische Frage lautet daher nicht einfach: „Welcher prozentuale Anteil an EVOH befindet sich im Flachblech?“, sondern:
Bleibt die Barriereschicht unter den tatsächlichen Prozess- und Lagerbedingungen in den dünnsten gebildeten Zonen durchgehend und ausreichend verteilt?
Deshalb können zwei Platten mit ähnlicher Gesamtdicke oder ähnlichem EVOH-Gehalt nach dem Formen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Harzqualität, Schichtaufbau, Zwischenschichthaftung, Luftfeuchtigkeit, Erwärmung, Formgeometrie und Materialverteilung spielen dabei eine entscheidende Rolle.
Warum die Leistung von Flachblechen (OTR und WVTR) nicht der Leistung von Formblechen entspricht
Die Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (OTR) misst die Sauerstoffdurchlässigkeitsrate, die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (WVTR ). Beide Ergebnisse sind nur dann aussagekräftig, wenn die Testmethode und die Testbedingungen bekannt sind.
1. Die Grundlage der Ergebnisänderungen
Flache Bleche können flächenbezogen angegeben werden, während geformte Trays als Komplettverpackung oder offene Trays geprüft werden können. Verpackungsgeometrie, exponierte Fläche und Siegelkonfiguration beeinflussen die Vergleichsgrundlage. Käufer sollten niemals zwei Kennzahlen vergleichen, ohne vorher zu klären, ob es sich um flaches Material, einen geformten Tray oder eine versiegelte Verpackung handelt.
2. Die lokale Dicke ist nicht mehr gleichmäßig.
Die Gasdurchlässigkeit wird durch die Dicke und Kontinuität der Barriereschicht beeinflusst. Nach dem Thermoformen kann eine Ecke, die dünner als die umgebende Wand ist, selbst bei scheinbar akzeptabler durchschnittlicher Schalendicke eine lokale Schwachstelle der Verpackung darstellen.
3. EVOH reagiert auf Luftfeuchtigkeit
EVOH wird aufgrund seiner Sauerstoffbarriereleistung geschätzt, diese verändert sich jedoch bei Feuchtigkeitseinwirkung. OTR-Anfragen sollten daher Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit angeben. Zu den relevanten Bedingungen können die Produktseite, die äußere Umgebung und der vorgesehene Kühlketten- oder Lagerungszyklus bei Raumtemperatur gehören.
4. Das Dichtungssystem kann das Ergebnis maßgeblich beeinflussen.
Bei einer versiegelten Schale ist die Barriereschicht am Boden nur ein Aspekt der Verpackungsleistung. Auch die Barriereschicht der Deckelfolie, die Verträglichkeit des Siegelmittels, die Planheit des Flansches, die Siegeltemperatur, der Druck, die Verweildauer und Verunreinigungen beeinflussen die Dichtheit. Selbst ein minimales Leck kann eine ansonsten geeignete Barrierestruktur zunichtemachen.
Eine ausführlichere Einführung in die Testbedingungen finden Sie im Verpackungsleitfaden von WANSYN für OTR und WVTR .
Welche Variablen beeinflussen die Wanddickenverteilung?
| Variable | Mögliche Auswirkung | Was während eines Prozesses aufgezeichnet werden sollte |
|---|---|---|
| Hohlraumtiefe und Oberfläche | Höherer Materialbedarf und höheres Risiko lokaler Ausdünnung | Tatsächliche Bauteilzeichnung und gemessene Mindestwandstärke |
| Eckradius und Wandwinkel | Kleine Radien und steile Übergänge können die Belastung konzentrieren | Eckenaussehen, Aufhellung und lokale Messgenauigkeit |
| Temperaturprofil der Platte | Verändert den Materialfluss und die Dehnungsverteilung | Zoneneinstellungen, Blechtemperaturmethode und Aufheizzeit |
| Gleichmäßige Erwärmung | Heiße oder kalte Bereiche können zu ungleichmäßiger Formgebung führen. | Dickenkarte um alle Kavitäten und Maschinenrichtung |
| Steckerhilfe | Kann das Material vor der endgültigen Formgebung vordehnen und neu verteilen. | Steckermaterial, Temperatur, Geschwindigkeit, Tiefe und Kontaktmarken |
| Vakuum-/Luftdruck und Zeitmessung | Beeinflusst, wie schnell und wo das Blech die Form berührt. | Drucksequenz, Timing und Wiederholbarkeit |
| Anfangsblechstärke | Änderungen am verfügbaren Material gewährleisten jedoch allein keine Einheitlichkeit. | Eingangsprofil und geformte Mindestdicke |
| Schichtstruktur und Haftung | Beeinflusst das Umformverhalten und die Delaminierungsbeständigkeit | Schichtfolge, Oberflächenorientierung und Zustand der Nachformung |
| Zyklusgeschwindigkeit und Kühlung | Beeinflusst Setzung, Schwindung und Dimensionsstabilität | Zykluszeit, Formtemperatur, Flanschebenheit und Tablettabmessungen |
Die Anpassung eines Parameters kann andere beeinflussen. Beispielsweise kann eine Änderung der Blechtemperatur die Eckverteilung verbessern, aber die Transparenz, die Flanschstabilität oder das Trennverhalten beeinträchtigen. Versuche sollten daher mit kontrollierten Aufzeichnungen durchgeführt werden, anstatt mehrere Einstellungen gleichzeitig zu ändern.
Ein praktischer Validierungsplan für Barriere-Thermoformfolien
- Definieren Sie die Zielvorgaben für die fertige Verpackung. Geben Sie das Produkt, die Verpackungsatmosphäre, die Lagertemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die angestrebte Haltbarkeit und das Versiegelungssystem an. Die angestrebte Haltbarkeit ist eine Anwendungsvorgabe – keine Materialgarantie.
- Dokumentieren Sie das eingehende Blech. Erfassen Sie die vollständige Struktur, die Lagenorientierung, das Gesamtdickenprofil, die Rollenbreite, den Oberflächenzustand und die anwendbaren OTR/WVTR-Prüfbedingungen für Flachbleche.
- Führen Sie den eigentlichen Formvorgang durch. Verwenden Sie repräsentative Produktionseinstellungen und nicht nur einen flachen Laborbecher, wenn die kommerzielle Form tief oder geometrisch komplex ist.
- Erfassen Sie die entstandene Wandstärke. Messen Sie Flansch, Oberwand, Unterwand, untere Ecke und Boden an definierten Positionen über mehrere Kavitäten und Zyklen hinweg.
- Prüfen Sie den Zustand der Schichten und der Verklebung. Achten Sie auf Aufhellungen, Oberflächenverformungen, Poren, Risse, Ablösungen zwischen den Schichten oder Beschädigungen der Versiegelungsschicht.
- Prüfen Sie das Dichtungsfenster. Testen Sie die vorgesehene Deckelfolie unter den relevanten Temperatur-, Druck- und Verweilzeitbedingungen, einschließlich realistischer Flanschverunreinigungen, falls dies für die Anwendung erforderlich ist.
- Prüfen Sie die geformte Schale oder die komplette Verpackung. Bestätigen Sie, ob das geforderte Ergebnis OTR, WVTR, Dichtheit, Siegelnahtfestigkeit, Berstfestigkeit, Farbstoffpenetration oder ein anderes vereinbartes Verfahren ist. Dokumentieren Sie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Prüfgrundlage.
- Nach der Skalierung wiederholen. Die Produktion mehrerer Kavitäten, die Liniengeschwindigkeit, der Walzenwechsel und normale Dickenabweichungen können Probleme aufdecken, die bei einem einzelnen frühen Versuch nicht sichtbar sind.
Häufige Probleme und was Sie zuerst überprüfen sollten
| Beobachtetes Problem | Mögliche Mitwirkende | Erste Überprüfungen |
|---|---|---|
| Die unteren Ecken sind zu dünn | Hoher Zugbedarf, kleiner Radius, Temperaturverteilung oder unzureichende Vordehnung | Lokale Messstationen erfassen; Geometrie, Zonenheizung und Steckdosen-Unterstützungseinstellungen überprüfen |
| Die OTR-Werte der Formtabletten sind höher als erwartet. | Dünner werdende Barriereschicht, Feuchtigkeit, größere exponierte Fläche, Defekte oder Abweichungen von der Testbasis | Bedingungen prüfen; ebene und geformte Untergründe vergleichen; dünnste Stellen untersuchen |
| Die Schale besteht den Barrieretest, die Verpackung jedoch nicht. | Deckelbarriere, Kanalleckage, Flanschverunreinigung oder Dichtungsfenster-Fehlpassung | Führen Sie Dichtheits- und Deckelkompatibilitätsprüfungen durch. |
| Aufhellung oder visueller Stress | Materialtemperatur, übermäßige lokale Beanspruchung oder Strukturabweichung | Überprüfen Sie das Wärmeprofil, den Eckradius und die Schichtausrichtung. |
| Delamination nach der Bildung | Schnittstellendesign, Laminierungsbedingungen, Feuchtigkeit oder übermäßige Belastung | Schichtfolge, Haftfestigkeit und tatsächliche Formgebungseinstellungen prüfen |
| Eine Kavität unterscheidet sich von einer anderen. | Heizung, Luftstrom, Formkühlung, Druck- oder Eingangsdruckabweichung | Vergleichen Sie die Dickenkarten der einzelnen Kavitäten und die Positionen in Maschinenrichtung. |
Häufig gestellte Fragen
Führt ein höherer EVOH-Anteil nach dem Thermoformen immer zu einer besseren Barrierewirkung?
Nein. Der EVOH-Gehalt ist nur eine von mehreren Designvariablen. Güteklasse, Dicke und Kontinuität der Barriereschicht, Feuchtigkeit, Gesamtstruktur, Formtiefe, lokale Ausdünnung, Dichtigkeit und Testbedingungen beeinflussen das Endergebnis.
Kann ein Lieferant nach dem Thermoformen einen festen OTR- oder WVTR-Wert angeben?
Ohne definierte Testgrundlage und Prüfverfahren ist eine verantwortungsvolle Durchführung nicht möglich. Das Ergebnis hängt von der Werkzeuggeometrie, der Materialverteilung, den Prozesseinstellungen, der Temperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit, der Abdichtung und der Art der Prüfung (flaches Blech, geformtes Tray oder komplette Verpackung) ab.
Gibt es eine allgemein gültige maximale Ziehtiefe für PET/EVOH/PE-Folien?
Nein. Dieselbe Tiefe kann bei einer breiten Schale, einem schmalen Becher oder einem Bauteil mit kleinen Eckradien ganz unterschiedliche Formgebungsanforderungen stellen. Geometrie, Struktur, Materialstärke, Ausrüstung und Prozess müssen gemeinsam geprüft werden.
Kann eine Erhöhung der Gesamtblechdicke das Problem der Eckenausdünnung beheben?
Dadurch kann zwar die verfügbare Materialmenge erhöht werden, eine ungleichmäßige Verteilung wird dadurch aber nicht automatisch korrigiert. Erwärmung, Vordehnung, Stecksystemunterstützung, Eckendesign und Timing müssen möglicherweise weiterhin angepasst werden.
Sollte die OTR-Prüfung vor oder nach dem Thermoformen durchgeführt werden?
Die Prüfung von Flachblechen ist für die Wareneingangskontrolle nützlich. Bei leistungskritischen Trays sind zusätzlich Prüfungen der geformten Trays oder der fertigen Verpackungen erforderlich, da sich durch das Thermoformen die Dickenverteilung und die Geometrie der Verpackung verändern.
Verbessert die Steckerunterstützung immer die Barrierenleistung?
Die Verwendung von Ziehdornen kann die Materialverteilung in vielen Tiefziehverfahren verbessern, das Ergebnis hängt jedoch von der Ziehdornform, der Temperatur, der Geschwindigkeit, dem Timing, der Materialreibung und der Werkzeugkonstruktion ab. Es muss optimiert und verifiziert werden, anstatt es einfach anzunehmen.
Welche Informationen sollte ich vor der Anforderung eines Barrierefolienmusters übermitteln?
Senden Sie bitte die Endverwendung, die Materialstruktur, die Gesamtdicke, die Breite, die Zeichnung der Schale, die Kavitätstiefe, den Eckradius, das Formgebungsverfahren, die Deckelfolie, die Lagerbedingungen, den OTR/WVTR-Zielwert mit Testbedingungen und das geschätzte Volumen.
Fordern Sie eine Überprüfung der Hochbarrierestruktur an.
WANSYN liefert PET-basierte Tiefziehfolien und funktionelle Laminatstrukturen, darunter PET/PE- und PET/PE/EVOH/PE-Projektoptionen. Die Materialauswahl sollte sich nach dem fertigen Tray und dem Versiegelungssystem richten und nicht allein nach dem EVOH-Anteil.
Für eine erste Einschätzung senden Sie bitte Folgendes:
- verpacktes Produkt und Zielverpackungsformat;
- Blechstruktur, Dicke und Breite;
- Zeichnung der Schale bzw. Öffnung, Boden-, Tiefen- und Eckmaße;
- Thermoformmaschine und Formverfahren;
- Anforderungen an Deckelfolie und Versiegelung;
- Zielwert für OTR/WVTR, Testmethode, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit;
- Lagerbedingungen und geschätztes monatliches Volumen.
Bitte prüfen Sie die PET/EVOH/PE-Hochbarriere-Thermoformfolie , den PET/EVOH/PE-Strukturleitfaden und die Checkliste für Angebotsanfragen zu Thermoformfolien . Für eine Projektprüfung können Sie sich auch an WANSYN wenden .
Technische Referenzen
- Buntinx, M. et al. Vorhersage der Gasbarriere von tiefgezogenen Mehrschichtwannen mit variabler Tiefe , Polymers . Die Studie untersucht die Dickenverteilung und die Sauerstoffdurchlässigkeit nach dem Tiefziehen.
- Pettersen, MK et al. Sauerstoffbarriereeigenschaften von tiefgezogenen Schalen, hergestellt mit verschiedenen Ziehverfahren und Ziehtiefen . Die Arbeit untersucht die Wandstärke an verschiedenen Positionen der Schale sowie den Einfluss der Ziehtiefe und der Testbedingungen.
Technischer Hinweis: Dieser Artikel bietet einen Rahmen für die Materialauswahl. Die endgültige Eignung, die Barrierewirkung, die Dokumentation für den Lebensmittelkontakt und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften müssen für die jeweilige Sorte, Struktur, den Markt, den Verarbeitungsprozess und die fertige Verpackung bestätigt werden.
