ASTM F1921 und Prüfverfahren für die Heißklebeprüfung
ASTM F1921 definiert eine Laborverfahren zur Messung der Festigkeit von Heißsiegeln unmittelbar nach deren Herstellung, bevor das Material auf Umgebungstemperatur abkühlt. Diese Eigenschaft – bekannt als Heißklebefestigkeit—ist in Hochgeschwindigkeits-Verpackungsumgebungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere Form-Fill-Seal (FFS) Prozesse.
Die Prüfverfahren für die Heißklebrigkeit simuliert reale Versiegelungsbedingungen, indem thermoplastische Folien kontrolliert mit Wärme und Druck beaufschlagt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Dichtungsfestigkeitsprüfungen, die bei Raumtemperatur durchgeführt werden, bewertet die Prüfmethode nach ASTM F1921 und der Hot-Tack-Test Überwachung der Dichtungsintegrität in Echtzeit unter thermischer Belastung, was für die Produktionsstabilität und die Zuverlässigkeit der Verpackung von großer Bedeutung ist.
Verfahren zum Heißklebetest
Die Norm ASTM F1921 dient zur Bestimmung der Festigkeit einer Heißsiegelnaht unmittelbar nach ihrer Herstellung. Der Prüfzyklus umfasst das Versiegeln, das Öffnen der Backen, das Zurückziehen, eine Verzögerungs-/Abkühlphase sowie das Trennen der Greifer zur Messung der Kraft.
1. Siegel
Zwei Streifen werden unter festgelegten Temperatur-, Druck- und Haltezeitbedingungen versiegelt.
2. Offene Kiefer
Die Backen öffnen sich und der abgedichtete Bereich wird freigegeben.
3. Abheben
Die Probe wird automatisch aus der Spannvorrichtung entnommen.
4. Verzögerung / Abkühlung
Nach dem Öffnen der Backen beginnt eine voreingestellte Verzögerung (Abkühlzeit).
5. Trennen und abmessen
Die Greifer werden mit konstanter Geschwindigkeit voneinander getrennt, und die zum Öffnen der Dichtung erforderliche Kraft wird bis zum Versagen gemessen.
Wichtige Variablen bei der Prüfung gemäß ASTM F1921
- Versiegelungstemperatur: Wird in der Regel variiert, um eine Hot-Tack-Kurve zu erzeugen
- Verweilzeit:
- Schichten ≤ 25 µm: ~0,5 s
- Filme mit einer Dicke von 25–64 µm: ~1,0 s
- 64-µm-Filme: ca. 2,5 s
- Dichtdruck: 15–30 N/cm²
- Abkühlzeit / Verzögerungszeit: Legt den Zeitablauf der Messung fest
- Trenngeschwindigkeit: In der Regel 200 mm/min (Methode A)
Diese Parameter wirken sich direkt auf das Ergebnis aus Heißsiegelfestigkeit von flexiblen Verpackungen Materialien.
Heißklebe-Prüfgerät: Unverzichtbares Gerät für ASTM F1921
A Heißklebe-Prüfgerät wurde speziell entwickelt, um den in ASTM F1921 definierten Versiegelungs- und Sofortabziehvorgang nachzubilden. Moderne Systeme – wie beispielsweise die von Cell Instruments Co., Ltd. entwickelten – bieten:
- SPS-basierte Steuerungssysteme zur Wiederholbarkeit
- PID-Temperaturregelung (Genauigkeit: ±0,2 °C)
- Automatisierte Testzyklen Beseitigung des Bedienereinflusses
- Einstellbare Prüfgeschwindigkeiten und -drücke
- Hochauflösende Kraftmessung
Empfohlene Lösung
Die Cell Instruments-HTT-Serie unterstützt:
- Methode A (feste Verzögerung) und Methode B (variable Verzögerung)
- Verschiedene Prüfmodi: Heißklebeprüfung, Schälprüfung, Zugprüfung, Heißsiegelprüfung
- Hochgeschwindigkeitstests bis zu 12.000 mm/min (HTT-02)
Diese Flexibilität ermöglicht eine präzise Charakterisierung verschiedener Materialien und ihres Dichtungsverhaltens.
Heißsiegelfestigkeit von flexiblen Verpackungen
Die Heißsiegelfestigkeit von flexiblen Verpackungen gibt an, ob eine Verpackung unmittelbar nach dem Verschließen Belastungen standhalten kann. Eine schwache Heißklebrigkeit kann zu folgenden Problemen führen:
- Öffnung der Versiegelung während des Abfüllvorgangs
- Produktverunreinigung oder -austritt
- Geringere Verpackungseffizienz
- Erhöhter Ausschuss und längere Ausfallzeiten
Die Norm ASTM F1921 unterstützt Hersteller dabei:
- Bewertung der Materialleistung
- Dichtungsparameter optimieren
- Gewährleistung der Prozessrobustheit im FFS-Betrieb
ASTM F1921 Prüfverfahren
—Methode A im Vergleich zu Methode B
Die Norm ASTM F1921 legt zwei unterschiedliche Vorgehensweisen fest:
Methode A – Feste Verzögerung
- Misst die Dichtungsfestigkeit bei spezifische Abkühlzeiten
- Erzeugt ein Kurve der Heißklebefestigkeit in Abhängigkeit von der Zeit
- Geeignet für eine detaillierte Analyse des Kühlverhaltens
Methode B – Variable Verzögerung
- Maßnahmen maximale Kraft nach einer ausgewählten Verzögerungszeit
- Schneller und einfacher bei routinemäßigen Qualitätskontrolltests
- Ideal für Produktionsumgebungen
Fehlerarten bei der Heißklebeprüfung
Um die Ergebnisse nach ASTM F1921 richtig zu interpretieren, ist es unerlässlich, die verschiedenen Arten der Dichtungsablösung zu verstehen. Unterschiedliche Versagensverläufe deuten auf unterschiedliche Material- oder Prozessprobleme hin.
Klebefolie
Die Trennung findet an der Grenzfläche zwischen den beiden Oberflächen statt.
Bedeutet: Mangelhafte Haftung an der Grenzfläche oder unzureichende Wärme-/Druckeinwirkung.
Kohäsives Abziehen
Der Defekt tritt in einer der Polymerschichten auf.
Bedeutet: Starke Grenzflächenhaftung; das Material selbst versagt.
Delaminierung
Abstand zwischen den Schichten einer mehrschichtigen Struktur.
Bedeutet: Schwache Haftung zwischen den Schichten in Verbundwerkstoffen.
Materialpause
Die Folie löst sich vom Dichtungsbereich
Bedeutet: Die Dichtung ist fester als der Untergrund.
Fernunterbrechung
Der Bruch tritt an einer Stelle auf, die von der Dichtung entfernt ist.
Bedeutet: Die Dichtung ist wesentlich widerstandsfähiger als das Material.
Dehnung des Werkstoffs
Unversiegeltes Material dehnt sich vor dem Reißen erheblich aus.
Bedeutet: Hohe Duktilität und Flexibilität der Folie.
Abziehen mit Dehnung
Ablösung, begleitet von einer erheblichen Dehnung des nicht versiegelten Materials.
Bedeutet: Kombination aus Haftversagen und Materialduktilität.
Erstellung einer Hot-Tack-Kurve zur Prozessoptimierung
A Heißklebe-Kurve stellt die Dichtungsfestigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur dar. Dies hilft bei der Ermittlung von:
- Dichtungsauslösetemperatur (SIT)
- Fenster mit optimaler Abdichtung
- Maximale Heißklebefestigkeit
Anhand dieser Daten können Ingenieure die Versiegelungsparameter optimieren, um eine gleichbleibende Verpackungsleistung zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen zu ASTM F1921
- Was ist der Hauptzweck der Norm ASTM F1921?
Es wertet die Heißklebefestigkeit von thermoplastischen Dichtungen unmittelbar nach dem Versiegeln, wodurch die Zuverlässigkeit der Verpackung während der Produktion gewährleistet wird. - Inwiefern unterscheidet sich ASTM F1921 von ASTM F88?
ASTM F1921 Maßnahmen Heißsiegelfestigkeit, während ASTM F88 misst Kaltversiegelungsfestigkeit nach dem Abkühlen. - In welchen Branchen werden Heißklebeprüfungen eingesetzt?
Die Lebensmittel-, Pharma-, Medizinprodukte- und Flexible-Verpackungsindustrie stützt sich in hohem Maße auf diesen Test. - Was ist der Unterschied zwischen Methode A und Methode B?
Bei Methode A wird die Kraft im Zeitverlauf gemessen; bei Methode B wird die maximale Kraft nach einer Verzögerung erfasst. - Warum ist die Heißklebrigkeit bei FFS-Prozessen wichtig?
Da Dichtungen vor dem Abkühlen einer Belastung ausgesetzt sind, kann eine unzureichende Heißhaftung dazu führen, dass Versagen der Versiegelung während des Verpackungsvorgangs.