Peel-Clingtest erweitert

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Peel-Clingtest erweitert

Grundlagen der Prüfmethode

Der Peel-Clingtest bei Stretchfolien in der Verpackungsindustrie wird zur Bewertung der Autoadhäsion (d. h. der Haftung von Folien auf sich selbst) benutzt [1].
Bei dieser Prüfmethode wird die Kraft gemessen, die notwendig ist, um einem Folienstreifen mit einer festgelegten Fläche von einer fixierten Unterfolie aus identischem Material zu trennen. Die Unterfolie liegt auf einer 20° geneigten Ebene blasen- und faltenfrei auf. Auf dieser wird dann der Folienstreifen (1 inch = 25,4 mm) mittig aufgelegt und mittels Pinsel oder Roller ebenfalls 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) der Universalprüfmaschine geführt. Während des Peelvorgangs hebt sich der Faden von der horizontalen Ausgangslage bis zum Erreichen der Clinglinie an, wobei das Diagramm entsprechend Bild 1 registriert wird [2–4].

Bild 1:

Registrierte Kraft-Verformungs-Kurven im Peel-Clingtest

Bei der Clingkraft F_Cling tritt infolge des Peelens eine Zunahme der Verformung bei konstanter Kraft ein, wobei jedoch ein deutliches Anlaufverhalten beobachtet wird, welches auf die elastische Deformation und Biegeeffekte der Peelfolie zurückgeführt werden kann. Dabei wird jedoch nicht das erwartete konstante Niveau der Clingkraft ermittelt, sondern es tritt 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.

Korrektur der Clingkraft

Die Zunahme der mittleren Kraft ist offensichtlich in den nicht konstanten Prüfbedingungen begründet, da sich der reale Peelwinkel während des Versuchs permanent ändert. Es liegt demzufolge nahe, diese Winkeländerung rechnerisch zu korrigieren, da zur Bewertung des Cling-Prozesses nur die horizontale Kraft F_H von Interesse ist (Bild 2) [4,5]. Die Messgrößen sind in dieses Fall die Kraft F und der veränderliche Weg x, der in Bild 1 allerdings mit L bezeichnet wird.

Bild 2:

Korrektur der Clingkraft im Peel-Clingtest

Die horizontale Kraft ergibt sich nach Gl. (1),

$F_{H}=F\cos \,\alpha \!$

(1)

wobei der Winkel α mit Kenntnis der Fadenlänge L und der Clinglänge s aus dem aktuellen Weg x nach Gl. (2) berechnet wird

$\alpha =arctan{\frac {x\cdot 0,364}{L+x}}$ für 0 ≤ x ≤ l

(2)

Praktische Untersuchungen an verschiedenen Foliensystemen belegen allerdings, dass die Korrektur nur eine geringere Verbesserung im Kraftverlauf bewirkt. Erforderlich ist demzufolge eine messtechnische Korrektur zur Konstanthaltung des Clingwinkels, wofür grundsätzlich zwei Realisierungsvarianten existieren (Bild 3).

Bild 3:

Erweiterter Peel-Clingtest: a) mit verstellbarer Umlenkrolle, b) mit drehbarer Auflage für die Clingfolie

Die erster Variante arbeitet mit einer höhenverstellbaren Umlenkrolle für den Faden, wobei die Anpassung über einen Schrittmotor realisiert wird (Bild 3a). Nach dem Start des Peelvorganges verändert sich der Winkel des Fadens, der mittels Sensoren messtechnisch erfasst wird. Dieser Wert entspricht dem Istwert des Messsignals und ergibt im Vergleich mit dem Sollwert (Horizontal mit 0°) die Regelabweichung, die durch den Schrittmotor kompensiert wird.

Weiterentwicklung des Peel-Clingtests

Eine andere technische Lösungsvariante ist die Nutzung eines drehbar gelagerten Clingtisches (Bild 3b), wobei hier ebenfalls mittels Schrittmotor die Kompensation der Fadenneigung, hier allerdings über den Winkel des Drehtisches, erfolgt. Mit dieser Variante sind dann auch andere Startwinkel als 20° möglich, womit die Peelbedingungen für die Clingfolie verändert werden können. Voraussetzung ist bei beiden Lösungsvarianten die Messung des Fadenwinkels, entweder über eine CCD-Kamera oder mittels Schattenbildverfahrens (Bild 4). Eine technische Lösung dieses Problems wird zur Zeit mit der Coesfeld GmbH, Dortmund, erarbeitet.

Bild 4:

Anordnung der Sensoren im Peel-Cling-Test zur Erfassung des Fadenwinkels

Literaturhinweise

[1]	ASTM D 5458 (1995; reapproved 2020): Standard Test Method for Peel Cling of Stretch Wrap Film
[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)
[5]	Reincke, K.: Testing of Polymeric Films. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Eds.): Polymer Testing. Carl Hanser Verlag München (2022). 3rd. Edition, p. 643-678 (ISBN 978-1-56990-806-8; e-Book ISBN 978-1-56990-807-5; ePub ISBN 978-1-56990-802-2; siehe AMK-Büchersammlung unter A 22)