Faltenfreies Kompressionsziehen
Weiterentwicklung der Umformtechnologie zur Untersuchung der faltenfreien Umformung von Naturfasersubstraten geringer Faserstoffdichte
Verpackungen aus Papier werden trotz eingeschränkter Designmöglichkeiten überwiegend durch Falten, Biegen und Wickeln hergestellt. Dagegen stellt das innovative Verfahren des Dry-moulding von Faservliesstoffen eine gute Alternative dar, wobei die Umformung innerhalb kürzester Prozesszeiten mittels thermisch-mechanischer Kompression erreicht wird. Allerdings steht der erreichbare Umformgrad im direkten Zusammenhang mit der Faservliesdicke, weshalb für große Verpackungshöhen ein hoher Materialeinsatz erforderlich ist. Im Gegensatz zum Dry-moulding lassen sich beim Tiefziehen von Karton hohe Umformgrade (≥0,5) mit einem geringeren Materialeinsatz erreichen. Dabei kommt es infolge des fehlenden Fließvermögens von Papierwerkstoffen zu einem geometrisch bedingten Materialüberschuss, der eine Faltenbildung hervorruft. Die prozessbedingte Faltenbildung führt zu einer inhomogenen Formteiloberfläche, die u.a. den Umformgrad begrenzt und nachgeschaltete Verarbeitungsschritte (z.B. Barriereauftrag, Verschließen, Bedrucken) negativ beeinträchtigt. Durch den Einsatz von Materialien mit hohen Porenvolumen im Ziehprozess wird das fehlende Fließvermögen innerhalb der mobilen Netzwerkstruktur durch Faser-zu-Faser-Verschiebungen kompensiert, wodurch die Faltenbildung erst bei höheren Umformgraden einsetzt. Dagegen nimmt mit dem Porenvolumen die Materialbelastbarkeit ab.
Folglich liegt das Forschungsziel in der Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen den umformspezifischen Netzwerkeigenschaften, dem Porenvolumen, der Materialkonditionierung sowie dem Prozessablauf, welche die Grundlage der Technologieentwicklung zur Umformung von Faservliesmaterialien bilden. Die Erzeugung faltenfreier Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen erfüllt die Voraussetzungen einer sicheren Oberflächenfunktionalisierung (z.B. Auftrages von biogenen Barriere- bzw. Siegelschichten), wodurch sich z.B. für die Unternehmen der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie ein ökologischer Wettbewerbsvorteil ergibt.
Projektfinanzierung:
Das Projekt "FalKo - Faltenfreies Kompressionsziehen" der Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung IVLV e.V. wird im Rahmen des Programms "Industrielle Gemeinschaftsforschung" durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (FKZ 01IF23551N).
Projektlaufzeit:
07.2025-06.2027
Projektbearbeitung und Kontakt:
Projektleitung:
Prof. Jens-Peter Majschak
Projektbearbeitung:
© Nils Eisfeld
Verarbeitungssysteme
NameDipl.-Ing. Lena Berthold
Arbeitsgebiet Umformen faserbasierter Materialien
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).