Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung von polymeren Peelsystemen durch Anwendung neuartiger Methoden der experimentellen Bruchmechanik. Die dabei im Fokus stehenden polymeren Peelsysteme sind homogene oder heterogene polymere Werkstoffsysteme, deren gewolltes oder ungewolltes Versagen durch einen Peelvorgang (einen Schälvorgang) herbeigeführt wird. Die polymeren Peelsysteme wurden mit Hilfe eines Fügevorgangs gebildet.
Hinsichtlich der bruchmechanischen Bewertung von Peelsystemen bzw. Peelvorgängen existiert bislang keine verallgemeinerte Betrachtung unter Einbeziehung der verschiedenen Versagensarten (kohäsiv, adhäsiv, hybrid) und der verschiedenen Fügearten wie beispielsweise Siegeln (thermisch, thermo-mechanisch) und Kleben sowie unter Berücksichtigung der Verfahrensparameter für die Erzeugung des Peelsystems. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Überwindung dieser wissenschaftlichen Lücke leisten. Im Fokus der experimentellen Arbeiten stand die Vorstellung, Erprobung und Anwendung neuartiger Methoden der experimentellen Bruchmechanik mit dem Ziel der umfassenden Charakterisierung von polymeren Peelsystemen. Mit Hilfe dieser neuartigen Methoden konnte eine verallgemeinerte bruchmechanische Bewertung von polymeren Peelsystemen sowie die Ableitung von übergeordneten Zusammenhängen zwischen Struktur und Eigenschaften vorgenommen werden. Darüber hinaus wurde die Aussagefähigkeit der bruchmechanischen Kennwerte im Ergebnis der neuartigen bzw. weiterentwickelten Methoden anhand von Beispielen bewertet.
Aktualisiert: 2022-12-22
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Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf flexiblen Verbundfolien, die in Anwendungen für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. Die in dieser Arbeit untersuchten Verbundfolien haben beispielhaft folgenden Schichtaufbau: eine Trägerschicht aus Polyethylenterephthalat (PET), Zwischenschichten aus Polyethylen (PE), Polyamid 6 (PA 6) und Polyethylenvinylalkohol (EVOH) mit einer funktionellen Barrierefunktion und eine Siegelschicht, die aus einem Blend aus Polyethylen niedriger Dichte (PE-LD) und isotaktischem Polybuten-1 (iPB-1) besteht. Durch das iPB-1 als dispergierte Peelkomponente in einer PE-LD-Matrix wird ein kohäsiver Versagensmechanismus beim Öffnen der Verpackung auftreten. Somit werden die untersuchen Verbundfolien zu versiegelten Peelsystemen überführt. Solche Verbundfolien stellen sehr gute Verpackungen für Lebensmittel dar, die leicht zu öffnen sind.
Für die Prüfung des Öffnungsverhaltens von peelbaren Verpackungen in der Verpackungsentwicklung und dem Verpackungsprozess steht prinzipiell die objektive und direkte Messung der Siegelnahtfestigkeit/Peelkraft zur Verfügung (im Vergleich zur subjektiven Messung durch Probandentests). Die Messung der Peelkraft ist eine durch verfügbare DIN- und ASTM-Normen standardisierte Methode, die auf der Siegelnahtfestigkeit der Folien basiert. Klassischerweise werden dabei ausschließlich die Heißsiegelparameter Temperatur, Zeit und Druck berücksichtigt. Jedoch sind zur weiteren Anpassung des Verpackungsdesigns eine Vielzahl weiterer Faktoren zu beachten u.a. der Einfluss der Mono- und Verbundfolienherstellung sowie der Einfluss der Lagerbedingungen der Verpackungen und das Einsatzverhalten auf das Öffnungsverhalten flexibler Verpackungen.
Aktualisiert: 2022-04-21
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