Werke Drei Wellpappenwerke wurden untersucht. Die Anlagen waren von der Fa. BHS mit leicht unterschiedlichen Modifikationen (unterschiedliche Baujahre). Die Ma-schinen waren für zweiwellige Wellpappen ausgelegt. Im Rahmen des Projekts wurden Produktionen von einwelligen Wellpappen (B-Welle) untersucht.
Prozessdaten Bei den Systemaufnahmen wurden folgende Parameter an verschiedenen Ma-schinenpositionen aufgenommen:
• Oberflächentemperatur der Wellpappe-Bahn (IR-Thermometer)
• Oberflächenfeuchte der Wellpappe-Bahn (IR-Moister Meter Visilab AK30)
• Ermittlung des Feuchtegehaltes von Papier und Wellpappe (Trockenschrank-Methode nach DIN EN ISO 287 bzw. mit Trocken-Waage)
An Proben der eingesetzten Papiere wurden die Materialkennwerte ermittelt.
Ergebnisse der
Systemanalysen Die Randbedingungen der unterschiedlichen Wellpappenanlagen sind zwar im Trend für alle Maschinen ähnlich, wobei jedoch erhebliche Unterschiede in Temperaturen und Feuchtegehalte der Papierbahnen an den verschiedenen Prozesspositionen zwischen den Anlagen festzustellen sind. Deshalb ist es nicht möglich, eine grundsätzliches Temperatur- und Feuchteprofil entlang des Wellpappenprozesses aufzustellen. Jede Anlage hat ihr eigenes und individuel-les Prozessprofil. In den nachfolgenden Abbildungen sind ausgewählte Ergeb-nisse aus den Systemanalysen an drei WPA’s zusammengestellt.
Abbildung 3: Bahntemperaturen aus den drei Systemanalysen
Bahnfeuchte
Abbildung 4: Bahnfeuchten aus den drei Systemanalysen
5 L aborunters uchungen Bestimmung der
mechanischen und Penetrati- onseigenschaf-ten
Von den Projektbegleitern wurden unterschiedliche Papiersorten zur Verfügung gestellt. Diese Papiere stellen einen repräsentativen Querschnitt der in den be-teiligten Werken eingesetzten Wellpappenrohpapiere dar. Dabei wird zwischen drei verschiedenen Papierqualitäten unterschieden:
• Kraftliner: enthält mindestens 70 % Sulfatzellstoff und bis zu 30 % Altpapier.
Die langen Fasern des Sulfatzellstoffs verleihen dem Kraftliner eine besonde-re Festigkeit.
• Testliner: ein zwei- oder mehrlagiges Deckenpapier mit garantierten (getes-teten) Festigkeitseigenschaften. Bei den meist zwei Lagen wird im Allgemnen eine dickere Unterlage (Trägerschicht) aus gemischtem Altpapier mit ei-ner Deckenlage aus reinen Wellpappenabfällen gegautscht.
• Wellenpapiere: (englisch „fluting“) sollen in erster Linie vertikalen Druck ab-federn, müssen also eine möglichst hohe Steifigkeit bieten. Daneben sollen sie ausreichend elastisch sein, damit die Wellpappe bei nachlassendem Druck wieder in die Ausgangslage zurückschwingt. Wellenpapiere sind Wel-lenstoff und Halbzellstoff.
• Sonderpapiere: außerdem werden noch weitere Papiersorten wie z.B. reine Zellstoffpapiere (Lebensmittelkontakt) und GD-Sorten (gestrichene Duplex-papiere) als Deckenpapiere eingesetzt.
Von den eingesetzten Papieren wurden die Grundeigenschaften wie Dicke, flä-chenbezogene Masse und spezifisches Volumen gemäß den entsprechenden Normen ermittelt.
Außerdem wurden die Feuchtdehnungseigenschaften der Papiere nach ISO
8226-2 sowohl in Maschinenrichtung (MD) als auch in Querrichtung (CD) er-fasst. Die Längenänderung der Prüfstreifen wurde nach einer Umklimatisierung der Papiere von 33% auf 85% relativer Luftfeuchte (r.H.) bestimmt. Die Feucht-dehnung wird in % angegeben und berechnet sich nach folgender Formel:
Darin bedeutet:
• l85 = Länge des Probenstreifens in mm bei 85% relativer Luftfeuchte
• l33 = Länge des Probenstreifens in mm bei 33% relativer Luftfeuchte
• l0 = Länge des Probenstreifens in mm bei 50% relativer Luftfeuchte Grundeigenschaf
ten und Feucht-dehnung der ein-gesetzten Pa-piersorten
Tabelle 4: Gemessene Grundeigenschaften der eingesetzten Papiere
Deckenpapiere Wellen-
papiere Parameter Einheit Kraftliner Testliner GD-Papiere
eigenschaften Die Tabelle 4 zeigt, dass die Feuchtdehnungseigenschaften der unterschiedli-chen Wellpappenrohpapieren – bis auf einige Ausnahmen – sowohl in Quer-richtung (CD) als auch in MaschinenQuer-richtung (MD) weitgehend auf dem glei-chen Niveau liegen. In aller Regel wird das Feuchtdehnungsverhalten von Pa-pier neben den Fasereigenschaften durch die Bahnzugs- und Querzugsverhält-nisse in der Papiermaschine bestimmt. Eine starke Querschrumpfung bei der Papierherstellung bewirkt eine hohe Feuchtdehnung bei späterer Feuchtigkeits-einwirkung. Wird das Papier in der Querschrumpfung bei der Herstellung ge-hindert, wird die spätere Dehnung nicht mehr so stark ausfallen.
Strichdicke Die Ermittlung der Strichdicke kann messtechnisch nicht eindeutig festgestellt werden, da es sich beim Streichen von Papier in aller Regel um ein nivellieren-des Auftragsverfahren handelt. Das bedeutet, dass aufgrund der Oberflächen-morphologie der Basispapiere im Strich sowohl dünne als auch dickere Berei-che vorhanden sind. Deshalb wurde von einer mittleren Strich-Auftragsmenge von 15 g/m² ausgegangen. Bei einem spezifischen Volumen von ca. 1 cm³/g kann von einer mittleren Schichtdicke von etwa 15 µm ausgegangen werden.
Da die gestrichenen Außenseiten der Deckenpapiere für die Abschätzung der Penetrationseigenschaften der Papiere lediglich eine untergeordnete Rolle spie-len, ist diese Vereinfachung der Strichdicke zulässig.
Penetrationseige
nschaften Zur Abschätzung des Penetrationsverhaltens der verschiedenen Wellen- und Deckenpapieren wurde die Penetrationsdynamik bei einseitigem Flüssigkeits-kontakt mit den Papieroberflächen mit Hilfe des Penetrations-Dynamic-Analysators (PDA) erfasst. Da jedoch lediglich diejenige Papierseite, die mit dem flüssigen Wellpappenklebstoff in Kontakt kommt, von Interesse war, wur-den bei wur-den Deckenpapieren nur die Innenseiten, bei wur-den Wellenpapieren beide Papierseiten untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Penetrations-dynamik sind in den nachfolgenden Abbildungen zusammengefasst.
Abbildung 5: Penetrationskurven verschiedener Wellpappenpapiere; (1) Kraftliner; (2) Test-liner; (3) Wellenpapiere; (4) Sonderpapiere (GD-, HP-Papiere)
Penetrationsei-genschaften Aus den Diagrammen ist zu erkennen, dass die unterschiedlichen Papiersorten einen signifikanten Einfluss auf die Penetrationseigenschaften haben.
• Bei den Kraftlinerpapieren ist eine ausgeprägte Benetzungsphase zu sehen (Anstieg bis Kurvenmaximum), an die sich eine verlangsamte Penetrations-phase (Kurvenverlauf nach Maximum) anschließt. Bei den meisten Papie-ren erreicht die Penetrationskurve erst nach einer Eindringzeit von 30s ei-nen Intensitätswert (I) von 40%.
• Die Testlinerpapiere zeigen im Gegensatz zu den Kraftlinerpapieren ein in-differentes Penetrationsverhalten. Einige Papier verhalten sich wie Kraftli-ner, einige eher wie Wellenpapiere. Hier sind offenbar unterschiedliche Oberflächen- bzw. Masseleimungen der Papiere eingesetzt worden, die die Penetration von Wasser ins Papier beeinflussen.
• Bei den Wellenpapieren sollte eine gute Benetzung und schnelle Penetrati-onsmöglichkeit gegeben sein, damit sie bei der Wellpappenherstellung gut und schnell verkleben. Dies zeigen auch die erfassten Penetrationskurven.
Das Kurvenmaximum wird bereits nach sehr kurzer Benetzungsphase er-reicht. Danach erfolgt eine sehr schnelle Flüssigkeitspenetration (starker Kurvenabfall). Die Kurven erreichen bereit nach < 5s Eindringzeit den In-tensitätswert (I) von 40%.
• Das Penetrationsverhalten der Sonderpapiere GD ist mit dem der Testliner vergleichbar und das der HP-Wellenpapiere gleicht erwartungsgemäß dem der übrigen Wellenpapiere.
TSI, TSO Darüber hinaus wurden an jeweils zwei Außen- und Innendecken und einem Wellenstoff TSI- und TSO-Messungen durchgeführt (siehe Tabelle 5).
Tabelle 5: TSI- und TSO-Messungen
TSI, MD [kNm/g] TSI, CD [kNm/g] TSI
MD/CD TSO Angle
Mittel-wert Var.-
Koeff. Min Max Mittel-wert Var.-
Koeff. Min Max 0 Mittel-wert Var.-
Koeff. Min Max Kraftliner AD 5,2 3,8 4,9 5,42 11,4 2,0 11,21 11,86 0,46 5,4 27,2 3,58 7,09 ID 5,1 5,1 4,67 5,45 11,6 3,1 10,86 11,82 0,44 3,4 57,5 1,25 6,79 Wellenstoff HPZ 4,5 1,3 4,4 4,53 10,3 0,9 10,17 10,44 0,43 3,5 25,9 2,56 5,07 Testliner AD 3,8 2,4 3,68 3,89 9,1 1,6 8,97 9,33 0,42 6,8 11,9 6,08 8,42 ID 3,8 3,4 3,64 4,00 9,1 2,2 8,82 9,31 0,42 6,7 19,3 5,23 8,82 Porositäten im
Normklima (NK) Eine für die Modellierung der Penetrationsprozesse wesentliche Eigenschaft ist die Porosität, wobei vor allem die Gesamtporosität der Liner in % und der mitt-lere Porenradius in µm in die Berechnungen einfließen. Die Abbildung 6 zeigt die Porositäten der Papiere. Gegenübergestellt sind die Porositäten im Norm-klima und die etwas veränderten Werte nach leichter Befeuchtung (ca. 5%
Feuchteeintrag). Für die Modelle kann man z.B. annehmen, dass zunächst die Normklimawerte gelten, im weiteren Prozess am Kaschierwerk aber für den Wellenstoff dann bereits eine Befeuchtung eingetreten ist. Eine analoge Dar-stellung für die Porenradien zeigt Abbildung 7.
Abbildung 6: Porositäten der Papiere, sowohl im Normklima (NK) als auch in Befeuchtungsstufe 1 (ca. 5% zusätzliche Feuchte)
Abbildung 7 Porenradien im Normklima & mit 5% zusätzlich befeuchtet
Dehnung und Stei-figkeit der Well-pappenpapiere bei Befeuchtung und Trocknung
Zur Charakterisierung der Wellpappenpapiere hinsichtlich ihrer Dehnungs- und Steifigkeitseigenschaften, die die Planlage der fertigen Wellpappe möglicher-weise beeinflussen können, wurden mehrere Materialkenngrößen ermittelt.
Zum einen wurde untersucht, wie sich die Feuchtigkeitseinflüsse auf die Pa-piersteifigkeit, gekennzeichnet durch den Elastizitäts-Modul (E-Modul / Zugstei-figkeit), auswirken. Dazu wurden die Decken- und Wellenpapiere bei unter-schiedlichen klimatischen Umgebungsbedingungen konditioniert (Normbedin-gung: 23°C/ 50 % r.H.; Feuchtbedin(Normbedin-gung: 23°C/ 85 % r.H.; Trockenbedin(Normbedin-gung:
23°C/ 5% r.H.). An den konditionierten Papieren wurden dann mittels Zugver-such nach DIN EN ISO 1924-2 die E-Module sowohl in Maschinenrichtung MD als auch in Querrichtung CD ermittelt.
Weiterhin wurde zur Kennzeichnung der Dehnungseigenschaften der Papiere das Dehnungsverhalten bei einseitigem Kontakt mit Wasser ermittelt. Dies er-folgte über die Bestimmung der Nassdehnung mit dem Wet Stretch Dynamics Analyzer (WSDA). Hierbei wurde nur die für eine dehnungsbedingte Planlage-abweichung relevante Querrichtung CD der Papiere untersucht.
Zur Kennzeichnung des Schrumpfungsverhaltens der Papiere, wie es bei ein-seitiger Hitzeeinwirkung der Fall sein würde, wurden Untersuchungen mit dem Heat Shrinkage Analyzer (HSA) durchgeführt.
E-Modul –
Normbedingungen
In der nachfolgenden Tabelle 6 sind die E-Module aller Wellpappenpapiere gemessen unter Normbedingungen (23°C/ 50% r.H.) gegenübergestellt.
Tabelle 6: Elastizitäts-Module (E-Modul) von Wellpappenpapieren bei Normklima 23°C / 50% relativer Luftfeuchte
Deckenpapiere Wellen-
papiere Parameter Einheit Kraftliner Testliner GD-Papiere
E-Modul (CD) N/mm² 1602 - 3330 1133 - 2545 2344 - 2474 1389 - 2099 E-Modul (MD) N/mm² 2996 - 7844 2539 - 6027 5108 - 5482 2853 - 5548 Aus den Messergebnissen ist zu erkennen, dass die Kraftliner die höchsten
E-Module aufweisen. Die E-E-Module der Testliner und auch der Wellenpapiere sind im Vergleich dazu deutlich kleiner (geringere Steifigkeit). Zwischen diesen ist beim E-Modul kein signifikanter Unterschied, evtl. noch ein geringer in Quer-richtung, zu sehen.
E-Modul – trocken/ feucht
In Tabelle 7 sind die E-Module der Wellpappenpapiere, die bei verschiedenen klimatischen Bedingungen konditioniert wurden, zusammengestellt. Sie wurden sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung ermittelt. Anhand der Er-gebnisse sind zwischen Norm- und Trockenklimabedingungen keine eindeutig interpretierbaren Unterschiede ableitbar. Einerseits sich oft keine großen Ein-flüsse der Feuchtezustände erkennbar, andererseits zeigen die E-Module nicht den erwarteten Trend. Offenbar sind hier die aus der Papiererzeugung stam-menden, fixierten Spannungszustände, noch so vorherrschend, dass die klima-tischen Einflüsse dadurch überdeckt werden.
Dagegen ist ein sehr deutlicher Einfluss nach der Lagerung im Feuchtklima zu identifizieren. Mit höherem Feuchtegehalt im Papier, der sich auf Grund der La-gerbedingungen im Papier einstellt, sinkt der E-Modul signifikant. Dieser Trend ist über alle Papier gleich, wobei sich bei den einzelnen Papieren das Niveau wiederum in Abhängigkeit von der Papiersorte deutlich unterscheidet. Bei den Kraftpapieren werden höhere E-Modulwerte gemessen als bei den Testlinern.
Die geringsten Werte zeigen die Wellenpapiere. Entsprechend der Anisotropie der Papiere unterscheiden sich die Werte in MD- und CD-Richtung.
Tabelle 7: Elastizitäts-Module (E-Modul) von Wellpappenpapieren bei 23°C und 5%, 50%, 85% relativer Luftfeuchte)
Deckenpapiere Wellen-
papiere Parameter Kraftliner Testliner GD-Papiere
E-Modul (CD) 5 % r.H. 2290 - 3220 1491 - 2711 2240 - 2747 1428 - 2168
Um das Steifigkeitsverhalten der Papiere bei Hitzeeinwirkung und insbesondere im feuchten Zustand beurteilen zu können, wurden die E-Module auch an Pa-pieren mit höherer Temperatur ermittelt. Dabei wurde ebenso untersucht, wie sich die Steifigkeit entwickelt, wenn feuchte Papiere aufgeheizt werden.
Aus Abbildung 8 ist zu erkennen, dass mit zunehmender Temperatur auch der E-Modul der Papiere größer wird, d.h. die Steifigkeit erhöht wird. Dieser Effekt ist mit Sicherheit auf das Austrocknen der Papiere durch die Temperatureinwir-kung zurückzuführen.
Die E-Module bei gefeuchteten und beheizten Papieren zeigen erneut den sig-nifikanten Einfluss des Feuchtegehaltes. Zusätzlich ist eine Flexibilisierung durch den Temperatureintrag festzustellen. Der E-Modul der feuchten und be-heizten Papiere ist etwas niedriger als bei nur feuchten Papieren. Hier wird of-fensichtlich noch eine weitere Erweichung im Papier erzielt (Abbildung 9).
Abbildung 8: E-Module an erwärmten Papieren – beispielhaft für Kraft- und Testliner sowie Wellenpapier (MD- und CD-Richtung)
Abbildung 9: E-Module von erwärmten, feuchten Wellenpapieren – bei-spielhaft für Kraft- und Testliner sowie Wellenpapier (MD- und CD-Richtung)
Dehnung Zur Erfassung des Dehnungsverhaltens bei einseitiger Befeuchtung und der Dimensionsänderung unter Hitzeeinwirkung wurden Untersuchungen mit dem Wet Stretch Dynamics Analyzer (WSDA) und dem Heat Shrinkage Analyzer (HSA) durchgeführt. Dabei wurde vorwiegend die für die Planlage von Well-pappe maßgebliche Dimensionsänderung in Querrichtung betrachtet.
Wet Stretch Dy-namics Analyzer (WSDA)
Über den Klebstoffauftrag in der Wellpappenmaschine wird ein hoher Anteil an Wasser in die Papiere eingetragen. Dieser Wasseranteil führt bei den Papieren durch Quellung der Fasern zu Dimensionsänderungen, insbesondere in den Faserkreuzungspunkten. Dabei spielt das Penetrationsverhalten des Wassers in das Papier eine entscheidende Rolle. Die Messung mit dem Wet Stretch Dy-namics Analyzer (WSDA) erfasst gleichzeitig beide Verhalten, indem das Pa-pier einseitig mit flüssigem Wasser benetzt und durchtränkt wird. Die daraus resultierende zeitabhängige Längenänderung im Papier wird gemessen.
In Abbildung 10 sind die Ergebnisse für unterschiedliche Papiersorten zu-sammengestellt. Es ist zu erkennen, dass das Nassdehnungsverhalten sehr stark von der Papiersorte abhängig ist. Einflussgrößen auf das Nassdehnungs-verhalten sind die eingesetzten Fasern (Primär oder Sekundärfasern), der ein- oder mehrlagige Aufbau des Papiers sowie der Einsatz von chemischen Hilfs-mitteln (z.B. Papierleimung). Klar erkennbar ist die geringe Nassdehnung bei den Kraftlinern. Ebenso eindeutig ist die schnelle und hohe Nassdehnung bei den Wellenpapieren, wobei nur ein marginaler Einfluss von der benetzten Pa-pierseite zu sehen ist. Wellenpapiere sind für eine schnelle Wasseraufnahme, zur Optimierung der Verklebungseigenschaften, konzipiert.
Die größte Variationsbreite ist bei den Testlinern zu finden. Hier ist vermutlich der größte Einfluss im Papier- bzw. Lagenaufbau und in der Leimung des Pa-piers zu vermuten. Die flächenbezogene Masse bzw. die Dicke des PaPa-piers haben dabei offenbar keine Auswirkung auf das Nassdehnungsverhalten.
Abbildung 10: Nassdehnungsverhalten verschiedener Wellpappenpapiere bei
23°C/50%r.H.; (1) Kraftliner; (2) Testliner; (3) Wellenpapiere; (4) Sonder-papiere (GD-, HP-Papiere)
Heat Shrinkage
Analyzer (HSA) In einer WPA erfolgt die Trocknung stets mit untenliegenden Heizplatten, so dass die Wärme immer von der Oberseite der Papierbahn der Außendecke in die Wellpappe übertragen wird. Das wurde bei den Deckenpapieren für die Un-tersuchungen stets berücksichtigt. Bei den Wellenpapieren haben Vorversuche gezeigt, dass die Dimensionsänderung weitgehend unabhängig von der be-heizten Papierseite war. Damit der Feuchtezustand der Papiere beim Einlauf in die Heizpartie mit berücksichtigt werden konnte, wurden die Versuchspapiere mit zwei unterschiedlichen Ausgangsfeuchten für die Messungen vorbereitet.
Für eine Versuchsreihe wurden die Papiere bei 23 °C und 50 % relativer Luft-feuchte vorkonditioniert. Für eine weitere Versuchsreihe wurden die Papiere bei 23 °C und 85 % relativer Luftfeuchte vorkonditioniert.
Frühere Arbeiten (41, 42) haben gezeigt, dass das Verhältnis einer Schrump-fung in Querrichtung zu der einer in Längsrichtung ca. mit 2:1 – 3:1 ausfällt. Aus diesem Grund war für die im Rahmen des Projektes durchgeführten Untersu-chungen im Wesentlichen die für die Planlage wichtige Schrumpfung in Quer-richtung des Papieres relevant.
Abbildung 11: Dimensionsänderungen unter Hitzeeinwirkung verschiedener Wellpappenpa-piere bei 23°C/50%r.H.; (1) Kraftliner; (2) Testliner; (3) WellenpaWellpappenpa-piere; (4) Son-derpapiere (GD-, HP-Papiere)
Die Diagramme in Abbildung 11 zeigen die Messkurven der Dimensionsände-rung von Wellpappenpapieren, die bei 23°C/50%r.H. vorkonditioniert wurden.
Es ist insbesondere im Anfangsbereich in der Steigung der Messkurven ein Un-terschied zwischen den Papieren zu erkennen. Ein analoges Ergebnis zeigten die Messkurven der Papiere, die bei hoher Luftfeuchte (23°C/85%r.H.) konditio-niert wurden, nur waren die Dimensionsänderungen dort im Betrag größer. Dies bestätigen auch die Ergebnisse aus den Berechnungen der Schrumpfge-schwindigkeiten (Abbildung 12).
Berechnung der Schrumpfungs-geschwindigkeit
Ausgehend von der Annahme, dass in einer modernen WPA die Durchlaufdau-er in den BDurchlaufdau-ereichen, in welchem das PapiDurchlaufdau-er mit Hitze in BDurchlaufdau-erührung kommt, nicht länger als 6 Sekunden dauert, wurde der Faktor Schrumpfungsgeschwindigkeit definiert [42]. Für diesen Faktor werden jeweils die ersten 6 Sekunden der Schrumpfung ab dem Kurvendurchgang der Nulllinie betrachtet. An dieser Teil-kurve wird jeweils die Schrumpfgeschwindigkeit der einzelnen Datenpunkte er-rechnet und anschließend das arithmetische Mittel über alle Schrumpfge-schwindigkeiten genommen, um somit einen Faktor zu erhalten, der eine mittle-re Schrumpfgeschwindigkeit im mittle-relevanten Bemittle-reich angibt.
Abbildung 12: Schrumpfungsgeschwindigkeiten unter Hitzeeinwirkung verschiedener Wellpappenpapiere bei 23°C/50% r.H und bei 23°C/85% r.H. vorkonditioniert.;
(1) Kraftliner; (2) Testliner; (3) Wellenpapiere; (4) Sonderpapiere (GD-, HP-Papiere)
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Allgemeines Als Datenbasis für die Penetrationsmodellierung wurden 5 verschiedene Kleb-stoffe untersucht. Die KlebKleb-stoffe 1 bis 3 wurden als Fertigklebstoff seitens der Wellpappenwerke A und B angeliefert. Bei der PTS wurden anschließend deren Eigenschaften gemessen. Die Klebstoffe 4 und 5 wurden als Basismaterialien geliefert. Daraus wurden die Klebstoffe bei der PTS gemäß Rezeptur aufbereitet und unmittelbar danach gemessen. Insofern ist es möglich, dass die Messwerte der Klebstoffe 4 und 5 näher an den realen Parametern im WP-Werk liegen.
Tabelle 8: Übersicht der im Projekt untersuchten Klebstoffe
Bezeichnung Bemerkung
Klebstoff 1 Werk A
Klebstoff 2 Werk B, Sorte 1 Klebstoff 3 Werk B, Sorte 2
Klebstoff 4 Werk C
Klebstoff 5 Sorte D
Bei der Messung der Basisdaten wurde allerdings berücksichtigt, dass bei Well-pappenklebstoffen ab einer Temperatur von ca. 55°C die Quellung der Stärke-körner einsetzt (Verkleisterungstemperatur). Deshalb erfolgten die Messungen der Basisdaten bis maximal zu dieser Verkleisterungstemperatur.
Dichten der
Klebstoffe Die Dichte der Wellpappenklebstoffe wurde gravimetrisch (Pyknometerverfah-ren) ermittelt. Dazu wurde ein exakt definiertes Klebstoffvolumen ausgewogen und über Volumen & Gewicht die Dichte ermittelt. Dieses Verfahren wurde auch zur Ermittlung der Dichte bei höherer Temperatur des Klebstoffs angewandt.
Abbildung 13: Dichte von Wellpappenklebstoffen (auf Stärkebasis) in Ab-hängigkeit der Temperatur
Abbildung 13 zeigt die temperaturabhängige Dichte der Klebstoffe 1 bis 3.
Trotz unterschiedlicher Feststoffgehalte und Rezepturen ist die Dichte der drei Klebstoffe mit 1,1 bis 1,3 g/cm³ nahezu gleich. Sie nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Auch hier unterscheiden sich die Klebstoffe nicht signifikant.
Oberflächen-spannungen der Klebstoffe
Die Ermittlung der Oberflächenspannung an den flüssigen Wellpappenklebstof-fen wurde mit Hilfe eines Tensiometers K13 (Krüss GmbH, Hamburg) nach DIN ISO 1409 durchgeführt. Dabei wurde die Wilhelmy-Methode (Platte) ange-wandt. Für die Bestimmung der Oberflächenspannung bei höheren Temperatu-ren wurde vor der Messung der Klebstoff angewärmt und wähTemperatu-rend der Messung der Probenbehälter im Gerät temperiert. In Abbildung 14 sind die Ergebnisse am Beispiel der Klebstoffe 1 bis 3 zusammengefasst.
Abbildung 14: Oberflächenspannung von Wellpappenklebstoffen (auf Stärkebasis) in Abhängigkeit der Temperatur
Im Gegensatz zu den Dichten der Klebstoffe sind in den Oberflächenspannun-gen deutliche Unterschiede zwischen den Klebstoffen zu erkennen. Auch der temperaturabhängige Verlauf ist dabei sehr verschieden.
Viskositäten bei
Normklima Das Fließverhalten von Flüssigkeiten wird über die Viskosität definiert. Da die meisten Klebstoffe ein strukturviskoses Verhalten aufweisen, ist zur Beschrei-bung von Klebstoffbasisdaten eine Viskositätskurve in Abhängigkeit Scherge-schwindigkeit/Zeit aufzunehmen. Damit lassen sich Eigenschaften wie pseudo-plastisches, dilatantes, thixotropes oder rheopexes Fließverhalten erfassen.
Abbildung 15: Viskosität von Wellpappenklebstoffen (auf Stärkebasis) in Abhängigkeit vom Schergeschwindigkeitsgefälle
Die Abbildung 15 zeigt die Viskositätskurven der Klebstoffe 1 bis 3, die bei Raumtemperatur (23°C) gemessen wurden. Die durchgezogenen Linien geben die Viskositäten mit steigendem Schergeschwindigkeitsgefälle wieder, die ge-strichelten Linien den Verlauf bei fallendem Schergeschwindigkeitsgefälle. Bei-de Kurven wurBei-den unmittelbar nacheinanBei-der gemessen. Bei allen Klebstoffen ist ein pseudoplastisches Fließverhalten zu sehen. Allerdings ist bei den Klebstof-fen 1 und 3 die Strukturviskosität stärker ausgeprägt als bei Klebstoff 2. Außer-dem ist bei Klebstoff 1 und 3 ein leicht thixotropes Verhalten zu erkennen.
Viskositäten bei Temperatur-anstieg
Die für die Simulationen in der Maßeinheit [mPa s] benötigten Viskositätsdaten wurden im wichtigen Bereich zwischen 25°C und ca. 70°C mittels
RVA-Messungen mit steigender Temperatur gemessen. Eine Ergebnisübersicht zeigt Abbildung 16. Die Schwankungsbreite der Viskositäten im Bereich vor dem Gelierpunkt ist gut zu sehen. Einheitlich ist das bekannte leichte Absinken der Viskosität zwischen 25 und 55°C, wobei sich die Ausgangswerte bei 30°C doch deutlich unterscheiden.
Hinweis zu beobachteten Geliertemperatur: Die Messungen der Klebstoffe 1, 2 und 3 wurden mit einem anderen Messgerät/Messverfahren durchgeführt als die Messungen zu den Klebstoffen 4 und 5. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Temperaturen in den ersten 3 Fällen verfahrensbedingt als zu hoch angenom-men wurden, so dass auch dort die Gelierpunkte der Klebstoffe (Kurvenanstieg) im Bereich um 60°C oder etwas darunter liegen werden.
Abbildung 16: Viskositätswerte der 5 Klebstoffe im Bereich
Kontaktwinkel Für die Klebstoffe 2 bis 5 konnten die Kontaktwinkel gegen verschiedene Liner gemessen werden. Ausgewählt wurden beispielhaft ein Wellstoff (W6), ein Test-liner (T2) und ein KraftTest-liner (K4). Die Klebstoffe 2 und 3 wurden bei Raumtem-peratur gemessen, die Klebstoffe 4 und 5 bei der ProzesstemRaumtem-peratur von 35°C.
Klebstoff 4 wurde zusätzlich bei 50°C gemessen. Da diese Messung wenig Un-terschied zum Wert bei 35°C zeigt, wurde wegen des Aufwandes auf weitere Messungen bei 50° verzichtet.
Die Messungen wurden jeweils in 2 Serien zu je 10 Messungen durchgeführt
und zeigten eine hohe Reproduzierbarkeit. Insofern sind die Unterschiede be-züglich der Kontaktwinkel für verschiedene Liner durchaus als signifikant anzu-sehen. In der Tabelle sind die jeweiligen Mittelwerte dargestellt.
Tabelle 9: Kontaktwinkel für Klebstoffe bei verschiedenen
Tabelle 9: Kontaktwinkel für Klebstoffe bei verschiedenen