Kann eine automatische Flexo-Faltschachtelklebemaschine verschiedene Arten von Verpackungsmaterialien verarbeiten?

2025-09-29 08:12:08

Automatische Flexo-Faltschachtelklebemaschinen (AFFGs) sind vielseitige Arbeitstiere in der Verpackungsindustrie, die darauf ausgelegt sind, die Kartonproduktion durch die Integration von Drucken, Falten und Kleben in einen einzigen automatisierten Prozess zu rationalisieren. Eine häufige Frage unter Verpackungsherstellern ist, ob diese Maschinen mit der breiten Palette der heute verwendeten Verpackungsmaterialien umgehen können – von dünnem Karton über dicke Wellpappe bis hin zu Spezialsubstraten wie beschichteten oder recycelten Materialien. Die kurze Antwort lautet „Ja“, aber die Materialkompatibilität hängt von der sorgfältigen Abstimmung der AFFG-Fähigkeiten auf die Substrateigenschaften sowie gezielter Anpassungen der Maschinenkomponenten und -prozesse ab. In diesem Artikel werden die Arten von Verpackungsmaterialien untersucht, die AFFGs verarbeiten können, die Schlüsselfaktoren, die die Kompatibilität beeinflussen, und Best Practices zur Optimierung der Leistung auf verschiedenen Substraten.

1. Arten von Verpackungsmaterialien, die mit AFFGs kompatibel sind

AFFGs sind für ein breites Spektrum an Verpackungssubstraten konzipiert, jedes mit einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die die Verarbeitungsanforderungen bestimmen. Das Verständnis der Eigenschaften jedes Materialtyps ist der erste Schritt zur Gewährleistung eines erfolgreichen AFFG-Betriebs.

1.1 Karton: Das Kernsubstrat für Verbraucherverpackungen

Karton ist das am häufigsten von AFFGs verarbeitete Material und wird in allen Bereichen verwendet, von Lebensmittel- und Getränkekartons bis hin zu Kosmetik- und Elektronikverpackungen. Es wird nach Dicke, Beschichtung und Faserzusammensetzung kategorisiert, wobei drei Haupttypen den Markt dominieren:

Solid Bleached Sulfate (SBS)-Karton: Ein hochwertiger, strahlend weißer Karton aus gebleichtem Holzzellstoff. Es verfügt über eine glatte Oberfläche, die sich ideal für den hochauflösenden Flexodruck (z. B. Vollfarb-Lebensmittelverpackungen) eignet, und einen Dickenbereich von 0,2–0,5 mm. Das SBS-Board ist leicht und einfach zu falten, sodass es mit den meisten Standard-AFFGs kompatibel ist. Seine geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle des Klebertyps (wasserbasierter Kleber kann zu Verformungen führen) und der Umgebungsfeuchtigkeit (optimal 40–60 % relative Luftfeuchtigkeit).

Beschichteter ungebleichter Kraftkarton (CUK): Ein haltbarer, brauner Karton mit einer beschichteten Oberfläche (normalerweise auf Tonbasis) für verbesserte Bedruckbarkeit. Es hat eine Dicke von 0,3–0,6 mm und wird häufig für Müslischachteln, Arzneimittelverpackungen und Einzelhandelskartons verwendet. Aufgrund der höheren Zugfestigkeit (6–8 kN/m) der CUK-Platte hält sie im Vergleich zur SBS-Platte schnelleren AFFG-Geschwindigkeiten (150–200 m/min) stand, ihre ungebleichten Fasern können jedoch zu mehr Staubansammlungen im Bahntransportsystem führen, was eine häufige Reinigung erfordert.

Unbeschichteter Recyclingkarton (URB): Eine kostengünstige Option, die zu 70–100 % aus recycelten Fasern besteht und eine Dicke von 0,4–0,7 mm aufweist. Es wird für nicht markenbezogene Verpackungen (z. B. Versandbeilagen, Lagerkartons) verwendet und ist mit AFFGs kompatibel. Aufgrund der rauen Oberfläche kann es jedoch erforderlich sein, den Druckdruck anzupassen (erhöht um 10–15 %), um die Tintenhaftung sicherzustellen. Die variable Faserdichte von URB kann auch zu einer inkonsistenten Faltung führen, was eine häufigere Kalibrierung der Faltplatten erforderlich macht.

1.2 Wellpappe: Für Schwerlast- und Versandverpackungen

Wellpappe – bestehend aus einer geriffelten Innenschicht (z. B. A-Welle, B-Welle, C-Welle), die zwischen zwei flachen Trägern liegt – ist ein Grundnahrungsmittel für Versandkartons, E-Commerce-Verpackungen und Industriebehälter. AFFGs können Wellpappe verarbeiten, die Kompatibilität hängt jedoch von der Wellengröße und der Plattendicke ab:

Einwandige Wellpappe (SWC): Der gebräuchlichste Typ mit einer Gesamtdicke von 1,5–5,0 mm (abhängig von der Wellengröße: A-Welle = 4,5–5,0 mm, B-Welle = 2,5–3,0 mm, C-Welle = 3,5–4,0 mm). SWC ist mit AFFGs mittlerer bis hoher Geschwindigkeit (120–180 m/min) kompatibel, die mit robusten Bahntransportsystemen (verstärkte Förderer, Motoren mit höherem Drehmoment) ausgestattet sind, um ihr Gewicht (150–300 g/m²) zu bewältigen. Zu den wichtigsten Anpassungen gehören die Erhöhung des Anpresswalzendrucks (20–30 % höher als bei Karton), um ein Verrutschen der Bahn zu verhindern, und die Verwendung von Heißkleber (anstelle von wasserbasiertem Kleber) für eine schnellere Bindung.

Doppelwandige Wellpappe (DWC): Eine dickere, haltbarere Option (5,0–8,0 mm) für schwere Gegenstände (z. B. Geräte, Möbel). DWC erfordert spezielle AFFGs mit verlängerten Faltplatten (zur Anpassung an die Dicke) und Hochleistungsklebesysteme (Schmelzklebstoff mit höherer Viskosität: 1.500–2.000 cP). Die Produktionsgeschwindigkeiten für DWC sind normalerweise auf 80–120 m/min begrenzt, um ein ordnungsgemäßes Falten und Kleben zu gewährleisten, und die Maschine benötigt möglicherweise zusätzliche Unterstützung für die Bahn (z. B. zusätzliche Umlenkrollen), um ein Durchhängen zu verhindern.

1.3 Spezialmaterialien: Erweiterung der AFFG-Fähigkeiten

Durch Fortschritte im AFFG-Design wurde die Kompatibilität um Spezialmaterialien erweitert, die Nischenverpackungsanforderungen gerecht werden:

Kunststofffolien (z. B. PET, PP): Dünne Kunststofffolien (0,05–0,1 mm) werden für flexible Verpackungen (z. B. Snackbeutel) verwendet, können aber auch mit modifizierten AFFGs zu starren Kartons verarbeitet werden. Zu den wichtigsten Änderungen gehören das Hinzufügen von Antistatikstäben (um das Anhaften von Filmen zu verhindern) und die Verwendung von lösungsmittelbasierten oder UV-härtenden Tinten (wasserbasierte Tinten perlen auf Kunststoffoberflächen ab). Beim Falten sind erhitzte Faltplatten (40–50 °C) erforderlich, um den Kunststoff zu erweichen, und beim Kleben werden lösungsmittelbasierte Klebstoffe (zur Verbindung der Kunststoffschichten) verwendet. Allerdings haben Kunststofffolien eine geringe Zugfestigkeit (2–3 kN/m), wodurch die AFFG-Geschwindigkeit auf 50–80 m/min begrenzt ist.

Metallisierte Substrate: Mit einer dünnen Metallschicht (z. B. Aluminium) beschichtete Pappe oder Kunststoff für hochwertige Verpackungen (z. B. Pralinenschachteln, Geschenksets). Metallisierte Substrate sind mit AFFGs kompatibel, erfordern jedoch eine sorgfältige Handhabung: Die Metallschicht ist anfällig für Kratzer, daher müssen die Andruckwalzen mit weichem Gummi (60–65 Shore A-Härte) ausgekleidet sein und Druckzylinder verwenden Tinten mit geringer Klebrigkeit, um ein Ablösen der Metallbeschichtung zu vermeiden. Beim Kleben werden druckempfindliche Klebstoffe (anstelle von wärmebasiertem Klebstoff) verwendet, um eine Verschlechterung der Metallschicht zu verhindern.

Umweltfreundliche Materialien (z. B. geformte Fasern, kompostierbare Pappe): Formfasern (hergestellt aus recyceltem Papierzellstoff) und kompostierbare Pappe (fasern auf pflanzlicher Basis) erfreuen sich bei nachhaltigen Verpackungen zunehmender Beliebtheit. AFFGs können diese Materialien verarbeiten, ihre geringe strukturelle Steifigkeit erfordert jedoch langsamere Geschwindigkeiten (60–100 m/min) und modifizierte Faltmechanismen (z. B. abgerundete Faltplatten, um ein Reißen zu verhindern). Beim Kleben werden kompostierbare Klebstoffe auf Wasserbasis verwendet, um die Umweltfreundlichkeit zu gewährleisten. Allerdings können die Trocknungszeiten länger sein, was längere Aushärtezonen im AFFG erfordert.

2. Schlüsselfaktoren, die die Kompatibilität von AFFG-Materialien beeinflussen

Damit ein AFFG ein bestimmtes Verpackungsmaterial verarbeiten kann, müssen vier kritische Faktoren aufeinander abgestimmt sein: Materialstärke und -steifigkeit, Oberflächeneigenschaften, Feuchtigkeitsempfindlichkeit und mechanische Festigkeit. Eine Fehlausrichtung in einem dieser Bereiche kann zu Qualitätsproblemen (z. B. Fehlfaltungen, schlechter Druckhaftung) oder Maschinenschäden führen.

2.1 Materialstärke und Steifigkeit

Dicke und Steifigkeit sind die grundlegendsten Kompatibilitätsfaktoren, da sie bestimmen, ob die AFFG-Komponenten das Material physikalisch verarbeiten können:

Dickenbereich: AFFGs haben eine maximale Materialdickenkapazität, typischerweise 0,2–8,0 mm (Standardmodelle) oder bis zu 10 mm (Hochleistungsmodelle). Materialien, die dicker als diese Kapazität sind, verklemmen sich in der Falzeinheit oder beschädigen die Andruckrollen. Beispielsweise kann ein Standard-AFFG mit einer maximalen Dicke von 5 mm ohne Modifikationen (z. B. Verbreiterung der Falzplattenspalte) keine doppelwellige Wellpappe mit einer Dicke von mehr als 5 mm verarbeiten.

Steifigkeit (Steifigkeit): Gemessen am Biegewiderstand (N·m²) beeinflusst die Steifigkeit, wie gut sich das Material faltet und durch die Maschine transportiert. Starre Materialien (z. B. dicke Wellpappe, starrer Kunststoff) erfordern zum Falten mehr Kraft, was AFFGs mit Faltmotoren mit hohem Drehmoment und einstellbarem Faltplattendruck erforderlich macht. Flexible Materialien (z. B. dünne Kunststofffolien, leichte Pappe) können sich im Bahntransportsystem verbiegen, was eine Anpassung der Spannungsregelung (geringere Spannung bei flexiblen Materialien) und zusätzliche Führungsrollen zur Aufrechterhaltung der Ausrichtung erforderlich macht.

2.2 Oberflächeneigenschaften (Glätte, Beschichtung und Porosität)

Die Oberflächeneigenschaften eines Materials beeinflussen die Druckqualität, die Klebehaftung und den Bahntransport:

Glätte: Gemessen mit dem Parker Print Surf (PPS)-Test (Einheiten: μm) bestimmt die Glätte die Tintenübertragung und die Druckschärfe. Glatte Oberflächen (z. B. SBS-Karton, beschichteter Kunststoff) erfordern für hochauflösende Drucke einen geringeren Druckdruck (1–2 bar) und feinere Rasterwalzen (200–300 LPI). Raue Oberflächen (z. B. unbeschichteter Recyclingkarton, formbare Fasern) erfordern einen höheren Druckdruck (2–3 bar) und gröbere Rasterwalzen (100–150 LPI), um sicherzustellen, dass die Farbe in Oberflächenunregelmäßigkeiten eindringt.

Beschichtungstyp: Beschichtete Materialien (z. B. tonbeschichtete CUK-Platten, metallisierte Folien) können wasserbasierte Tinten oder Klebstoffe abstoßen und erfordern daher lösungsmittelbasierte oder UV-härtende Alternativen. Beschichtungen können auch die Oberflächenreibung erhöhen und so zum Rutschen der Bahn führen. Dies lässt sich durch den Einsatz strukturierter Anpresswalzenhülsen (z. B. gerillter Gummi) beheben, um die Griffigkeit zu verbessern.

Porosität: Die Fähigkeit eines Materials, Flüssigkeiten (z. B. Tinte, Kleber) aufzunehmen, beeinflusst die Trocknungszeit und die Bindungsstärke. Poröse Materialien (z. B. unbeschichteter Karton, recycelter Karton) nehmen wasserbasierten Leim schnell auf und erfordern daher höhere Leimauftragsraten (10–15 % mehr Leim), um eine ausreichende Haftung zu gewährleisten. Nicht poröse Materialien (z. B. Kunststoff, metallisierte Substrate) absorbieren keinen Klebstoff, daher verwenden AFFGs Heißschmelz- oder Haftklebstoff, der durch Abkühlung oder Druck und nicht durch Absorption haftet.

2.3 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Viele Verpackungsmaterialien reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit, was ihre Abmessungen, Steifigkeit und Bedruckbarkeit verändern kann. AFFGs müssen diese Sensibilität berücksichtigen, um Fehler zu vermeiden:

Hygroskopische Materialien (z. B. SBS-Platten, Wellpappe auf Holzzellstoffbasis): Diese Materialien absorbieren oder geben Feuchtigkeit basierend auf der Umgebungsfeuchtigkeit ab, was zu Verformungen oder Dimensionsänderungen führt. Beispielsweise kann sich eine SBS-Platte, die einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % ausgesetzt ist, um 1–2 % in der Breite ausdehnen, was zu Fehlfaltungen führt. AFFGs mildern dies durch: (1) Vorkonditionieren von Materialien in einem klimatisierten Raum (20–25 °C, 40–60 % relative Luftfeuchtigkeit) für 24 Stunden vor der Verarbeitung; (2) Verwendung von Kleber mit geringer Feuchtigkeit (z. B. Schmelzkleber mit <1 % Feuchtigkeit); (3) Hinzufügen von Trocknungsventilatoren in der Falteinheit, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen.

Feuchtigkeitsbeständige Materialien (z. B. beschichteter Kunststoff, gewachste Pappe): Diese Materialien weisen Feuchtigkeit ab, was von Vorteil sein kann (z. B. für Tiefkühlkostverpackungen), aber dazu führen kann, dass der Kleber abperlt oder nicht haftet. AFFGs verwenden spezielle Klebstoffe (z. B. wachskompatibler Schmelzkleber für gewachste Platten) und können die Materialoberfläche erhitzen (30–40 °C), um die Klebstoffhaftung zu verbessern.

2.4 Mechanische Festigkeit (Zug- und Reißfestigkeit)

Die mechanische Festigkeit eines Materials bestimmt seine Fähigkeit, den Belastungen der AFFG-Verarbeitung standzuhalten (z. B. Bahnspannung, Faltkraft, Walzenspaltdruck):

Zugfestigkeit: Die maximale Kraft, der ein Material standhalten kann, bevor es bricht (gemessen in kN/m). Materialien mit geringer Zugfestigkeit (z. B. dünne Kunststofffolien: 2–3 kN/m, leichter Karton: 3–4 kN/m) erfordern eine geringere Bahnspannung (2–5 N/m), um ein Reißen zu vermeiden, wodurch die AFFG-Geschwindigkeit auf 50–100 m/min begrenzt wird. Hochfeste Materialien (z. B. CUK-Platte: 6–8 kN/m, einwellige Wellpappe: 8–10 kN/m) können höhere Spannungen (5–10 N/m) und höhere Geschwindigkeiten (150–200 m/min) bewältigen.

Reißfestigkeit: Die Reißfestigkeit eines Materials (gemessen in N). Materialien mit geringer Reißfestigkeit (z. B. recycelter Karton, kompostierbarer Karton) neigen dazu, an den Faltstellen zu reißen, was abgerundete Faltplatten (Radius 2–3 mm) und langsamere Faltgeschwindigkeiten (50–80 % des Maximums) erfordert. Hochreißfeste Materialien (z. B. Wellpappe, kunststoffverstärkter Karton) halten scharfen Falten und höheren Geschwindigkeiten stand.

3. AFFG-Komponenten und Anpassungen für Materialkompatibilität

Für den Umgang mit unterschiedlichen Verpackungsmaterialien benötigen AFFGs spezifische Komponenten und gezielte Anpassungen. Diese Modifikationen stellen sicher, dass sich die Maschine an die Materialeigenschaften anpasst, ohne dass Qualität oder Effizienz darunter leiden.

3.1 Bahntransportsystem: Umgang mit Materialgewicht und -steifigkeit

Das Bahntransportsystem – bestehend aus Förderbändern, Andruckwalzen und Spannungskontrollgeräten – ist für den Materialtransport durch den AFFG von entscheidender Bedeutung. Zu den wichtigsten Modifikationen für verschiedene Materialien gehören:

Förderbänder: Für Karton eignen sich Standard-Gummibänder (60 Shore A), für Wellpappe sind jedoch verstärkte Bänder (z. B. mit Polyester verstärktes Gummi) erforderlich, um das Gewicht zu tragen. Kunststofffolien verwenden antistatische Bänder (mit Kohlefaser beschichtet), um eine statische Aufladung zu verhindern. Bei flexiblen Materialien können Förderer Vakuumnäpfe (Saugdruck 0,3–0,5 bar) hinzufügen, um die Bahn flach zu halten und ein Knicken zu verhindern.

Andruckwalzen: Das Material und der Druck der Andruckwalze werden je nach Materialtyp angepasst:

Karton: Weichgummihülsen (60–65 Shore A), Druck 1–2 bar.

Wellpappe: Hartgummihülsen (70–75 Shore A), Druck 2–3 bar (um die Wellen leicht zu komprimieren und den Halt zu verbessern).

Kunststofffolien: Silikonhüllen (50–55 Shore A), Druck 0,5–1 bar (um ein Zerkratzen oder Dehnen der Folie zu vermeiden).

Spannungsregelung: AFFGs verwenden entweder manuelle oder automatische (PID-basierte) Spannungsregelung. Bei den meisten Kartonsorten beträgt die Spannung 3–7 N/m; für Wellpappe 5–10 N/m; für Kunststofffolien 2–5 N/m. Automatisierte Systeme passen die Spannung in Echtzeit an (Reaktionszeit <0,1 Sekunden), um Schwankungen in der Materialstärke auszugleichen und so ein Reißen oder Verrutschen zu reduzieren.

3.2 Flexodruckwerk: Anpassung an Oberflächen- und Farbanforderungen

Das Druckwerk muss so eingestellt werden, dass die Tinte auf der Materialoberfläche haftet und qualitativ hochwertige Drucke erzeugt:

Rasterwalzen: Walzenlinienanzahl (LPI) und Zellvolumen (BCM) sind auf die Materialglätte abgestimmt:

Glatte Materialien (SBS-Karton, Kunststofffolien): 200–300 LPI, 3–5 BCM (für feine Tintendetails).

Raue Materialien (Recyclingkarton, Wellpappe): 100–150 LPI, 8–12 BCM (für dickere Farbschichten).

Tintentyp: Die Wahl der Tinte hängt von der Materialporosität und der Beschichtung ab:

Poröse Materialien (Karton, unbeschichteter Karton): Tinten auf Wasserbasis (umweltfreundlich, schnell trocknend).

Nicht poröse Materialien (Kunststoff, metallisierte Folien): Lösungsmittelbasierte oder UV-härtende Tinten (Bindung durch chemische Reaktion, nicht durch Absorption).

Wärmeempfindliche Materialien (kompostierbare Pappe, dünner Kunststoff): UV-härtbare Tinten bei niedriger Temperatur (härten bei <80 °C aus, um Materialverformungen zu vermeiden).

Druckdruck: Angepasst, um sicherzustellen, dass die Tinte gleichmäßig übertragen wird, ohne das Material zu beschädigen:

Dünne Materialien (Kunststofffolien, Leichtpappe): 0,5–1 bar.

Dicke Materialien (Wellpappe, Hartkunststoff): 2–3 bar.

Beschichtete Materialien (CUK-Platte, metallisierte Untergründe): 1–2 bar (um ein Verkratzen der Beschichtung zu vermeiden).

3.3 Falt- und Klebeeinheit: Sicherstellung ordnungsgemäßer Faltungen und Verklebungen

Die Falt- und Klebeeinheit muss an Materialstärke, Steifigkeit und Leimverträglichkeit angepasst werden:

Faltplatten: Plattenabstand und -winkel werden an die Materialstärke angepasst:

Dünne Materialien (0,2–0,5 mm): Spalt 0,3–0,6 mm, Winkel 90° (scharfe Falte).

Dicke Materialien (5,0–8,0 mm doppelwandige Wellpappe): Spalt 6,0–9,0 mm, Winkel 85° (leicht abgerundete Falte, um ein Reißen zu vermeiden).

Flexible Materialien (Kunststofffolien): Beheizte Faltplatten (40–50 °C), um das Material weicher zu machen und klare Falten zu erzeugen.

Leimsystem: Leimart, Auftragsmenge und Trocknungsmethode sind auf die Materialeigenschaften abgestimmt:

Leim auf Wasserbasis: Wird für poröse Kartons verwendet (Auftragsmenge 5–10 g/m²), erfordert eine Trocknungszeit von 10–15 Sekunden (unterstützt durch Ventilatoren oder erhitzte Luft).

Schmelzkleber: Für nicht poröse Materialien (Kunststoff, Wellpappe) und feuchtigkeitsempfindliche Materialien (SBS-Platte), Auftragsmenge 3–8 g/m², Trocknungszeit 2–3 Sekunden (kühlt schnell ab).

Haftklebstoff: Für metallisierte Untergründe und Kunststofffolien, Auftragsmenge 2–5 g/m², Verklebung durch Druck (keine Trocknungszeit erforderlich).

Klebeapplikatoren: Walzenapplikatoren eignen sich für die meisten Materialien, Sprühapplikatoren werden jedoch verwendet für:

Kleine oder komplexe Kartons (z. B. Kosmetikschachteln) zum präzisen Auftragen von Leim.

Poröse Materialien (recycelte Pappe) sorgen für eine gleichmäßige Kleberbeschichtung auf rauen Oberflächen.