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Peeleigenschaften von Peelsystemen (Autor: Prof. Dr. Michael Nase)

Zur Charakterisierung der Peeleigenschaften von Folien aus Kunststoff werden die in der Polymer Service GmbH Merseburg (PSM) eingesetzten Peeltests verwendet. Generell wird zwischen den nachfolgend aufgeführten Grundtypen an Peeltests unter Angabe der jeweiligen Peelwinkel der beiden Peelarme unterschieden:

Im Rahmen von Forschungs- und Qualifizierungsarbeiten |1 – 5| wurden die spezifischen Nachteile der Standardmethoden durch erweiterte technische Lösungen wie z. B. durch Verwendung verstellbarer Umlenkrollen oder drehbar gelagertem Cling-Tisch sowie die neue Anordnung der Sensoren im Peel-Clingtest zur Erfassung des Fadenwinkels, behoben. Zu diesen Weiterentwicklungen zählen:

Mit Hilfe der aufgezeichneten Peelkurven (siehe Peelkraft-Bruchweg-Diagramm) wird die bruchmechanische Charakterisierung des Peelvorganges ermöglicht. Diese beinhaltet bereits einen hohen Informationsgehalt, wie z. B. die Angabe der Adhäsiven Energiefreisetzungsrate.

Neben dem T-Peeltest und dem Peel-Clingtest als Vertreter vor allem industrie- und somit produktionsnaher Untersuchungen zur Charakterisierung der Öffnungsperformance existieren eine ganze Reihe weiterer Peeltests, die in Tabelle 1 aufgeführt sind.



Tabelle 1: Übersicht der wesentlichen mechanischen Prüfverfahren zur Charakterisierung der Peeleigenschaften von Peelsystemen [6]
Norm Titel Anwendung Lit.
T-Peeltests
ASTM D 1876 Standard Test Method for Peel Resistance of Adhesives Verpackung allg. [7]
ASTM F 904 Standard Test Method for Comparison of Bond Strength or Ply Adhesion of Similar Laminates Made from Flexible Materials Verpackung allg. [8]
DIN 55529 Verpackung – Bestimmung der Siegelnahtfestigkeit von Siegelungen aus flexiblen Packstoffen Verpackung allg. [9]
DIN EN 868-5 Verpackungen für in der Endverpackung zu sterilisierende Medizinprodukte – Teil 5: Siegelfähige Klarsichtbeutel und -schläuche aus porösen Materialien und Kunststoff-Verbundfolie – Anforderungen und Prüfverfahren medizintechnische, sterile Verpackungen [10]
DIN EN ISO 2411 Mit Kautschuk oder Kunststoff beschichtete Textilien – Bestimmung der Haftfestigkeit von Beschichtungen Beschichtungen, Verbundfestigkeiten von Verpackungen [11]
DIN EN ISO 11339 Klebstoffe – T-Schälprüfung für geklebte Verbindungen aus flexiblen Fügeteilen Beschichtungen, Verbundfestigkeiten von Verpackungen, metallbasierte flexible Materialien [12]
DIN EN ISO 11607-2 Verpackungen für in der Endverpackung zu sterilisierende Medizinprodukte – Teil 2: Validierungsanforderungen an Prozesse der Formgebung, Siegelung und des Zusammenstellens medizintechnische, sterile Verpackungen [13]
Fixed-Arm-Peeltests
ASTM D 903 Standard Test Method for Peel or Stripping Strength of Adhesive Bonds Verpackung allg., Tapes (0/180°) [14]
ASTM D 3330 Standard Test Method for Peel Adhesion of Pressure-Sensitive Tape Tapes (0/180°) [15]
ASTM D 6862 Standard Test Method for 90 Degree Peel Resistance of Adhesives Tapes (0/90°) [16]
DIN 55543 Verpackungsprüfung – Prüfverfahren für Verpackungsfolien – Teil 5: Bestimmung der Verbundhaftung Verpackungen allg. (0/90° und 0/180°) [17]
ESIS TC4 Publication 28 Peel Testing of Flexible Laminates Verpackung allg., Tapes (variabel) [18]
Roller-Peeltests
ASTM D 1781 Standard Test Method for Climbing Drum Peel for Adhesives Klebstoffverbindungen [19]
ASTM D 3167 Standard Test Method for Floating Roller Peel Resistance of Adhesives Verpackung allg. [20]
DIN 53357 Prüfung von Kunststoffbahnen und -folien; Trennversuch der Schichten Verpackung allg., insbesondere Laminate [21]
DIN EN 1372 Klebstoffe – Prüfverfahren für Klebstoffe für Boden- und Wandbeläge – Schälversuch Klebstoffverbindungen [22]
DIN EN 1464 Klebstoffe – Bestimmung des Schälwiderstandes von Klebungen – Rollenschälversuch Klebstoffverbindungen beispielsweise in Verpackungen [23]
ISO 4578 Klebstoffe – Bestimmung des Schälwiderstandes von hochfesten Klebungen – Rollenschälversuch Klebstoffverbindungen beispielsweise in Verpackungen [24]
Cling-Peeltests
ASTM D 5458 Standard Test Method for Peel Cling of Stretch Wrap Film Stretchfolien [25]

Die in der Tabelle aufgeführte Zusammenstellung der verschiedenen Peeltests erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es handelt sich hierbei um einen Überblick über die gängigsten Peeltests entsprechend der oben aufgeführten Grundtypen. Der Fokus der Übersicht liegt auf Peeltests für die Verpackungsindustrie (Lebensmittelverpackungen allgemein, medizinische Verpackungen, Tapes, Sekundär- und Tertiärverpackungen u. a. m.). Die Auswertung dieser Peeltests als mechanische Prüfungen zur Charakterisierung der Peeleigenschaften von Peelsystemen erfolgt ähnlich der Auswertung des T-Peeltests. Es wird generell im Rahmen der Tests ein Peelkraft-Weg-Diagramm aufgezeichnet und ein sich typischerweise ausbildendes Kraftplateau als Peelkraft ausgewertet. Weiterhin ist die Dimensionierung der Prüfkörper, speziell der Prüfkörperbreite von Norm zu Norm unterschiedlich, was eine Vergleichbarkeit der gemessenen Peelkräfte über alle Normen hinweg zunächst schwierig erscheinen lässt. Zusätzlich zur Prüfkörperbreite variieren auch die Peelgeschwindigkeit und der Peelwinkel.

Die Norm DIN 55543 dient als Nachfolger zur Norm DIN 53357, die ersatzlos gestrichen wurde aber technisch noch aktuell ist und angewendet wird. Als Nachfolger wurde ebenfalls die Norm DIN EN ISO 2411 angegeben, die jedoch aufgrund der größeren Probenbreite von 75 mm im Vergleich zu vorher 15 mm ungeeignet ist.


Literaturhinweise

[1] Nase, M.: Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen, übermolekularer Struktur und Eigenschaften von Peelfolien. Shaker Verlag 2010 (ISBN 978-3-8322-9099-3; siehe AMK-Büchersammlung unter B 117)
[2] Reincke, K., Grellmann W.: Verfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Folien und Elastomeren. In: Grellmann, W. (Hrsg.): Neue Entwicklungen in der Werkstoffprüfung – Herausforderung an die Kennwertermittlung. Tagung „Werkstoffprüfung 2011“, 1. und 2. Dezember 2011, Berlin, Tagungsband S. 185 – 192 (ISBN 978-3-9814516-1-0; siehe AMK-Büchersammlung unter A 13)
[3] Rennert, M., Nase, M., Reincke, K., Lach, R., Grellmann, W.: Fracture Mechanics Characterisation of low-adhesive Stretch Films. In: Grellmann, W., Langer, B., (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials. Springer Series in Materials Science 247, Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2017) 283296 (ISBN 978-3-319-41877-3; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe AMK-Büchersammlung unter A 19)
[4] Reincke, K., Grellmann, W.: Approaches to Characterise the Mechanical Properties of Films and Elastomers. In: Grellmann, W., Langer, B. (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials. Springer Verlag Berlin (2017) 257-270 (ISBN 978-3-319-41877-3; e-Book: ISBN 9783-319-41879-7; siehe AMK-Büchersammlung unter A 19)
[5] 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)
[6] Nase, M.: Charakterisierung von polymeren Peelsystemen durch Anwendung neuartiger Methoden der experimentellen Bruchmechanik. Habilitation, Otto-von Guericke-Universität Magdeburg, Shaker Verlag 2022 (ISBN ; siehe AMK-Büchersammlung unter B 2-3) (Inhaltsverzeichnis als pdf)
[7] ASTM D 1876 (2008, reapproved 2015): Standard Test Method for Peel Resistance of Adhesives (T-Peel Test)
[8] Duizer, L. M., Robertson, T., Han, J.: Requirements for Packaging from an Ageing Consumer’s Perspective. Packaging Technology and Science. 22 (2009)
[9] ASTM F 904 (2016): Standard Test Method for Comparison of Bond Strength or Ply Adhesion of Similar Laminates Made from Flexible Materials
[10] DIN 55529 (2012-09): Verpackung – Bestimmung der Siegelnahtfestigkeit von Siegelungen aus flexiblen Packstoffen
[11] DIN EN 868-5 (2019-03): Verpackungen für in der Endverpackung zu sterilisierende Medizinprodukte – Teil 5: Siegelfähige Klarsichtbeutel und -schläuche aus porösen Materialien und Kunststoff-Verbundfolie – Anforderungen und Prüfverfahren
[12] DIN EN ISO 2411 (2018-02): Mit Kautschuk oder Kunststoff beschichtete Textilien – Bestimmung der Haftfestigkeit von Beschichtungen
[13] DIN EN ISO 11339 (2022-05): Klebstoffe – T-Schälprüfung für geklebte Verbindungen aus flexiblen Fügeteilen
[14] DIN EN ISO 11607-2 (2020-05): Verpackungen für in der Endverpackung zu sterilisierende Medizinprodukte – Teil 2: Validierungsanforderungen an Prozesse der Formgebung, Siegelung und des Zusammenstellens
[15] ASTM D 903 (1998, reapproved 2017): Standard Test Method for Peel or Stripping Strength of Adhesive Bonds
[16] ASTM D 3330/D3330M (2004, reapproved 2018) Standard Test Method for Peel Adhesion of Pressure-Sensitive Tape
[17] ASTM D 6862 (2011, reapproved 2021): Standard Test Method for 90 Degree Peel Resistance of Adhesives
[18] DIN 55543-5 (2017-10): Verpackungsprüfung – Prüfverfahren für Verpackungsfolien – Teil 5: Bestimmung der Verbundhaftung
[19] Moore, D.R., Williams, J.G.: Peel Testing of Flexible Laminates. [Buchverf.] Moore, D.R., Pavan, A., Williams J.G. ESIS TC 4 Publication 28 – Fracture Mechanics Testing Methods for Polymer Adhesives and Composites. Elsevier (2001)
[20] ASTM D 1781 (1998, reapproved 2021): Prüfung von Klebstoffen; Trommel-Schälversuch
[21] ASTM D 3167 (2010, reapproved 2017): Standard Test Method for Floating Roller Peel Resistance of Adhesives
[22] DIN 53357 (1982-10): Prüfung von Kunststoffbahnen und -folien; Trennversuch der Schichten(zurückgezogen)
[23] DIN EN 1372 (2015): Klebstoffe – Prüfverfahren für Klebstoffe für Boden- und Wandbeläge – Schälversuch (zurückgezogen)
[24] DIN EN 1464 (2010-06): Klebstoffe – Bestimmung des Schälwiderstandes von Klebungen – Rollenschälversuch
[25] ISO 4578 (1997-07): Klebstoffe – Bestimmung des Schälwiderstandes von hochfesten Klebungen – Rollenschälversuch
[26] ASTM D 5458 (1995, reapproved 2020): Standard Test Method for Peel Cling of Stretch Wrap Film