Peel-Clingtest zyklisch

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Peel-Clingtest zyklisch

Der Peel-Clingtest bei Stretchfolien in der Verpackungsindustrie wird zur Bewertung der Autoadhäsion (d. h. der Haftung von Folien auf sich selbst) benutzt. Diese Verpackungsfolien werden z. B. in der Landwirtschaft oder für Paletten zur Sicherung der Ladung beim Transport oder der Lagerung eingesetzt.
Für die Charakterisierung des Clingverhaltens bei Stretchfolien wird der Peel-Clingtest nach ASTM D 5458 [1] verwendet. Bei dieser Prüfmethode wird die Kraft gemessen, die notwendig ist um einem Folienstreifen mit einer definierten Fläche von einer fixierten Unterfolie aus identischem Material zu trennen.

Bild 1:

Aufbau des Peel-Clingtests mit einem modifizierten Prüfaufbau

Das Messprinzip beruht darauf, dass die Unterfolie auf einer 20° geneigten Ebene fixiert wird indem die Folie auf und unter den Keil gelegt wird und mittels Drehknauf verspannt wird. Die Folie muss auf der Unterlage blasen- und faltenfrei aufliegen. Anschließend wird ein 1 inch (25,4 mm) breiter Folienstreifen mittig auf diese Folie aufgelegt und mittels Pinsel oder Roller falten- und blasenfrei aufgewalzt, wobei am unteren Ende eine Klemme mit einem Faden befestigt wird. Dieser Faden wird mittels Umlenkrolle zur Klemmeinrichtung (siehe auch: Prüfkörpereinspannung) einer Universalprüfmaschine geführt. Wird eine modifizierte Prüfeinrichtung mit Erhöhung der Umlenkrolle und des 20° geneigten Auflagetisch verwendet (Bild 1), dann liegt eine horizontale Ausgangsposition des Faden bei der eingestellten Vorkraft vor. Während des Peelvorganges hebt sich der Faden bis zum Erreichen der Clinglinie an, wobei das Diagramm entsprechend Bild 2 registriert wird.

Bild 2:

Registrierte Kraft-Verformungs-Kurven im Peel-Clingtest

Im Idealfall (rotes Diagramm) wird zunächst der Faden bis zum Erreichen der Vorkraft F_V gespannt und dann wird die Clingkraft anhand des linearen Anstiegs der Prüfkraft erkennbar. Bei der Clingkraft F_Cling tritt infolge des Peelens eine Zunahme der Verformung bei konstanter Kraft ein. In Versuchen wird jedoch ein deutliches Anlaufverhalten beobachtet (blaues Diagramm), welches auf die elastische Deformation und Biegeeffekte der Peelfolie zurückgeführt werden kann. Gleichzeitig wird jedoch kein konstantes Niveau der Clingkraft (schwarzes Diagramm) ermittelt, sondern es tritt im Mittel eine Zunahme der Kraft auf, deren Verlauf von Oszillationen geprägt ist. Diese Schwingungen sind mit einem „Stick-Slip-Prozess“ vergleichbar, bei dem erst nach einem Energieeintrag bestimmter Größe ein Rissfortschritt, oder wie in diesem Fall ein weiteres Peelen, eintritt. Die Zunahme der mittleren Kraft ist offensichtlich in den nicht konstanten Prüfbedingungen begründet, da sich der reale Peelwinkel während des Versuchs permanent ändert.

Der Übergang zwischen der elastischen Deformation und dem reinen Peelprozess ist infolge der Schwingungen experimentell schwer detektierbar. Ein Ausweg stellt hier die zyklische Versuchsdurchführung dar, die in der Vergangenheit oft zur Ermittlung der Elastizitätsgrenze (siehe: Elastizitätsmodul) bei metallischen Werkstoffen eingesetzt wurde. Im einfachsten Fall wird hier mit einer konstanten Traversengeschwindigkeit ein Laststeigerungsversuch mit dem Kraftintervall ΔF realisiert. Solange die elastische Deformation der Folie dominant ist, wird die nächste Laststufe erreicht, entlastet und der nächste Zyklus mit erhöhter Kraft beginnt. Wird die Clingkraft erreicht, dann ist keine Steigerung der Kraft möglich und es tritt der Peelprozess mit nahezu konstantem Lastniveau ein (Bild 3). Derartige Versuche können bei Vorhandensein von hinreichend sensibler Kraft- und Dehnmesstechnik auch kraft- oder verformungsgeregelt (siehe Zugversuch Regelung) durchgeführt werden und sind für Kunststoffe infolge des viskoelastischen Deformationsverhaltens zudem auch deutlich aussagekräftiger [3, 4].

Bild 3:

Registrierte Diagramme im zyklischen Peel-Clingtest

Literaturhinweise

[1]	ASTM D 5458 (1995; reapproved 2020): Bestimmung der Ablösefestigkeit von Streckfolien
[2]	Rennert, M., Fiedler, S., Nase, M., Menzel, M., Günther, S., Kressler, J., Grellmann, W.: Investigation of the Migration Behavior of Polyisobutylene with various Molecular Weights in Ethylene/α-olefin Copolymer Blown Stretch Films for Improved Cling Properties. Journal of Appl. Polymer Sci. 131 (2014) 4861–4874
[3]	Rennert, M., Nase, M., Reincke, K., Arndt, S., Lach, R., Androsch, R., Grellmann, W.: Influence of Low-Density Polyethylene Blown Film Thickness on the Mechanical Properties and Fracture Toughness. Journal of Plastic Film and Sheeting 29 (2013) 4, 327−346
[4]	Rennert, M.: Fracture Mechanics Investigation of Autohesive Interfacial Interactions of Polyethylene Stretch Wrap Films. Promotion. Martin-Luther-University Halle-Wittenberg. 16.11.2018. (siehe AMK-Büchersammlung unter B 1-29) (Inhaltsverzeichnis)