Umfassender Leitfaden zu Heißsiegelgeräten: Methoden, Typen und Anwendungen

Einführung

Heißsiegeln ist ein wichtiges Verfahren in der Verpackungsindustrie, bei dem Kunststofffolien durch Hitze und Druck miteinander verbunden werden. Verschiedene Heißsiegelverfahren bieten je nach Materialart und spezifischen Verpackungsanforderungen unterschiedliche Vorteile. Ob Sie Polyethylenfolien, Verbundwerkstoffe oder Spezialfolien für empfindliche Produkte versiegeln – die Wahl des richtigen Heißsiegelverfahrens gewährleistet starke, langlebige Versiegelungen, die die Produktintegrität gewährleisten. Dieser Leitfaden erläutert die gängigsten Heißsiegelverfahren, darunter Platten-, Walzen-, Impuls- und Ultraschallsiegelung, sowie ihre Anwendungen und Vorteile in der Verpackungsindustrie.

Entsprechend den unterschiedlichen Heiz- und Druckmethoden können die Heißsiegelmethoden von Heißsiegelmaschinen in die folgenden Typen unterteilt werden.

Heißsiegeln der Platte

Das Plattenheißsiegeln ist die gängigste Heißsiegelmethode. Dabei wird eine Heizplatte intermittierend erhitzt und unter Druck gesetzt, um die Versiegelung der Kunststofffolie zu erreichen. Das Heißsiegelprinzip ist in Abbildung 6-2 dargestellt. Die beiden zu versiegelnden Folienlagen 3 werden zwischen Heizplatte 1 und Werkbank 5 transportiert und anschließend fest gegen das Antihaftmaterial 4 gepresst. Heizplatte 1 und Werkbank 5 werden auf eine bestimmte Temperatur (konstante Temperaturregelung) erhitzt, unter Druck gesetzt und anschließend abgekühlt, um eine dichte Versiegelung zu erreichen.
Häufig verwendete Antihaftmaterialien sind hitzebeständiges Polytetrafluorethylen oder Glasfasergewebe, hauptsächlich um ein Anhaften des T-Tisches und der Folienschicht zu verhindern, damit die Beutelöffnung sauber verschlossen und die Werkbank sauber gehalten wird. Der in der Heizplatte 1 installierte elektrische Heizdraht 2 heizt die Heizplatte. Die Heiztemperatur wird üblicherweise von einem resistiven Temperaturmesselement erfasst und auf einem Temperaturanzeigegerät angezeigt. Die Temperatur wird über einen Spannungsregler oder ein Widerstandsgerät eingestellt. Um hochwertige Siegelnähte zu gewährleisten, sollte die Heißsiegelfläche der Heizplatte flach sein und die Auflagefläche flach oder mit einem hitzebeständigen Gummikissen gepolstert sein. Der Heißsiegel-Druckbewegungsmechanismus der Heizplatte 1 kann pneumatisch, hydraulisch, nockengesteuert, elektromagnetisch usw. sein.

Dieses Heißschmelzsiegelgerät in Lamellenform zeichnet sich durch einfache Struktur und Prinzip sowie eine hohe Siegelgeschwindigkeit aus. Es wird häufig in intermittierenden automatischen Verpackungsmaschinen eingesetzt. Es wird hauptsächlich zum Heißsiegeln von Polyethylenfolien und Polyethylenverbundfolien verwendet, nicht jedoch zum Heißsiegeln von Folien, die durch Hitze leicht schrumpfen oder sich zersetzen.

Rollen-Heißsiegelung

Beim Rollenheißsiegeln wird die Kunststofffolie durch Druckausübung mit einer sich kontinuierlich drehenden Walze und Erhitzen mit einer oder zwei Walzen in einem Walzenpaar versiegelt.
Das Prinzip des Rollenheißsiegelns ist in Abbildung 6-3 dargestellt. Die beiden zu versiegelnden Folienlagen 2 werden durch ein Paar Heizwalzen 1 (oder nur eine Heizwalze) gezogen, erhitzt, unter Druck gesetzt und anschließend abgekühlt, um eine dichte Versiegelung zu erreichen. Die Widerstandsheizung befindet sich in der Heizwalze, und der Strom wird über die von der Maschine isolierte Verdrahtung (z. B. Bürsten, Schleifringe und Drähte) zum Heizdraht übertragen. Die Temperaturregelung sowie die Vorrichtung und das Instrument zur Temperaturmessung und -anzeige der Heißsiegelwalze befinden sich außerhalb.
Das Rollenheißsiegeln zeichnet sich durch eine kontinuierliche Versiegelung aus, die sich zum Heißsiegeln von Verbundfolien aus Basisfolie (Zellophan) und Heißsiegelfolie (Polyethylen) eignet. Bei kontinuierlichen automatischen Verpackungsmaschinen mit mehreren Funktionen wie Beutelherstellung, Befüllen und Versiegeln kann die Heißsiegelwalze nicht nur die Längsversiegelung des Verpackungsfolienmaterials für die Beutelherstellung durchführen, sondern auch das Band des Verpackungsfolienmaterials ziehen und transportieren. Einzelne Folien verformen sich durch Hitze leicht, was die Versiegelungsqualität beeinträchtigt und daher nicht für den Einsatz geeignet ist.

Band-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-4 gezeigt, werden die beiden Folienschichten 2 zwischen ein Paar dünner, kreisförmiger Bänder 1 (z. B. Polytetraethylenbänder, Stahlbänder, Edelstahlbänder oder Nylontextilbänder) gelegt, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, und an den Heizelementen 4 auf beiden Seiten des Ringbandes erhitzt, um die beiden Folienschichten zwischen den Ringbändern zu verbinden. Anschließend wird die Folie 2 am Kühlelement 5 kalt gepresst. Bevor das Siegel vollständig geformt ist, wird es von einem Paar Prägerädern mit voreingestelltem Druck geprägt, dann wird das Produktionsdatum vom Druckcoderad aufgedruckt und schließlich ist das Siegel fertig.

Dieses Verfahren eignet sich zum Heißsiegeln von Verbundfolienmaterialien. Selbst leicht verformbare Folien können mit dieser Maschine kontinuierlich heißversiegelt werden. Die Siegelgeschwindigkeit ist relativ hoch, sodass sie weit verbreitet ist.

Heißsiegeln mit Gleitrollen

Wie in Abbildung 6-5 dargestellt, werden die beiden überlappenden Folienlagen 1 zwischen Heizplatten 4 hindurchgeführt, um sie zu erweichen und zu schmelzen. Beim Durchlaufen der eng aneinanderliegenden Heißsiegelwalzen 3 werden sie zusammengedrückt und verschweißt. Charakteristisch für diese Siegelvorrichtung ist, dass Widerstandsheizung und Heißsiegelwalze jeweils unabhängige Komponenten sind, was den Aufbau der Walze vereinfacht. Die Gesamtstruktur ist einfach und vielseitig einsetzbar.
Dieses Verfahren eignet sich für die kontinuierliche Heißsiegelung von Folienverpackungsmaterialien und kann auch für die kontinuierliche Heißsiegelung von Folien mit großer thermischer Verformung verwendet werden. Bei einem unerwarteten Maschinenstopp wird das Folienmaterial zwischen den elektrischen Heizplatten überhitzt und geht verloren. Daher muss die Heizung automatisch evakuiert werden können, um eine Überhitzung der Folie zu vermeiden.

Gleitheißsiegelung

Das Gleitheißsiegelverfahren wird zum Verpacken von Verpackungen verwendet (siehe Abbildung 6-6). Dabei wird das zu verpackende Objekt 2 mit einer Folie 3 umwickelt, sodass es auf der Heizplatte 4 gleitet. Durch den leichten Druck des zu verpackenden Objekts und die Hitze der Heizplatte 4 werden die überlappenden Teile der beiden Folienschichten miteinander verbunden.

Impuls-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-7 dargestellt, presst der Nickel-Chrom-Legierungsstreifen 2 die Folie 4 auf den hitzebeständigen Gummi 5. Der Nickel-Chrom-Legierungsstreifen 2 wird durch einen hohen Strom schlagartig erhitzt, und die Wärme dient zum Heißsiegeln. Charakteristisch ist, dass der Legierungsstreifen 2 den heißversiegelten Bereich erst nach dem Abkühlen verlässt, sodass selbst leicht verformbare Folien mit diesem Verfahren heißversiegelt werden können. Dieses Verfahren eignet sich zum Versiegeln von Produkten mit hohen Anforderungen an Siegelfestigkeit und Versiegelung, wie z. B. Flüssigkeitsverpackungen und Vakuumverpackungen. Dieses Verfahren eignet sich generell für intermittierendes Versiegeln und wird häufig in Beutelherstellungsmaschinen oder automatischen Verpackungsmaschinen eingesetzt.

Schmelzschnitt-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-8 dargestellt, dient das Heizmesser 5 (oder Stahldraht) zum Schmelzen und Schneiden der Folie 2 und gleichzeitigen Versiegeln. Dieser Versiegelungsmechanismus ist einfach aufgebaut, schnell und ermöglicht das gleichzeitige Schmelzen, Schneiden und Versiegeln der Folie. Aufgrund der begrenzten Schweißnahtfläche ist die Versiegelungsstärke jedoch relativ gering und die Folie lässt sich leicht öffnen. Er eignet sich nur für die Innenverpackung kleiner Mengen feiner Pulver und Granulate.

Impulsschmelzen Heißsiegeln

Das Schmelzschweißen erfordert häufiges Erhitzen der Klinge und des Stahldrahts, während das Impulsschweißen umgekehrt ist (siehe Abbildung 6-9). Sobald die Druckplatte 6 den Gusslegierungsdraht 1 antreibt und die Folie 2 auf den hitzebeständigen Gummi 3 presst, wird der Nickel-Chrom-Legierungsdraht 1 sofort aktiviert und presst das erhitzte und geschmolzene Siegelteil weiter, bis es nach dem Abkühlen freigegeben wird. Mit dieser Methode können das Schmelzen und Versiegeln der Folie gleichzeitig abgeschlossen werden.

Schmelz-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-10 dargestellt, wird die Heizplatte 1 oder Flamme nahe an ein Ende der übereinanderliegenden Folie 4 gebracht, um diese zu schmelzen und zu verbinden. Mit dieser Methode erhält die wärmeschrumpfbare, biaxial orientierte Polypropylenfolie eine hohe Siegelfestigkeit.

Ultraschall-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-11 dargestellt, besteht dieser Heißsiegelmechanismus aus einem Hochfrequenzoszillator, einem magnetostriktiven Vibrator 1, der hochfrequente elektrische Energie in Längsschwingungen umwandelt, und einem Exponential-Amplitudenverstärker 2, der die Längsschwingungen auf die Folie überträgt. Während des Heißsiegelns erwärmt sich die vom Exponential-Amplitudenverstärker übertragene Ultraschallschwingung, wodurch die überlappende Oberfläche der Folie 4 schmilzt und sich verbindet.
Dieses Siegelverfahren zeichnet sich durch die Wärmeentwicklung in der Mitte der Folienüberlappung aus und eignet sich daher für das kontinuierliche Versiegeln von Folien, die durch Hitze leicht schrumpfen, wie z. B. biaxial gedehnte Folien. Es kann eine Vielzahl von Kunststofffolienmaterialien (wie Polypropylen, Nylon, Aluminium-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, Polyoxyethylen-Dosen usw.) heißversiegeln und gewährleistet eine gute Versiegelung, selbst wenn das Verpackungsmaterial während der Befüllung versehentlich durch Wasser, Öl usw. verunreinigt wird. Es bietet auch eine hohe Siegelqualität für Kunststoffe, die zu Verformungen durch Wärmeschrumpfung oder thermischer Zersetzung neigen. Es eignet sich besonders für das Heißsiegeln bei der Verpackung von Lebensmitteln, Medikamenten, Radio- und Elektronikkomponenten, die empfindlich auf Wärmestrahlung reagieren, und wird häufig in Beutelherstellungsmaschinen und automatischen Verpackungsmaschinen eingesetzt.

Hochfrequenz-Heißsiegelung

Wie in Abbildung 6-12 dargestellt, besteht das Hochfrequenz-Heißsiegeln darin, die Folie 4 mit einer Hochfrequenzelektrode 2 zu pressen, eine Hochfrequenzspannung anzulegen und durch den dielektrischen Verlust des Polymers heißzusiegeln. Die Temperatur des Siegelteils ist an der Siegelfläche am höchsten, sodass die Folie nicht überhitzt und die Siegelfestigkeit hoch ist.

Die Heißsiegelzeit des Heißsiegelgeräts hängt von der Heiztemperatur, der Heizmethode, dem Folienmaterial, der Foliendicke und dem Siegeldruck ab. Bei Folienmaterialien gleichen Materials und gleicher Dicke gilt bei konstantem Siegeldruck: Je höher die Heiztemperatur, desto kürzer die Heißsiegelzeit. Die Parameter für Heißsiegeltemperatur, -druck, -zeit und weitere Parameter sollten experimentell anhand der mechanischen und physikalischen Eigenschaften des versiegelten Materials ermittelt werden.

Abschluss

Eine Heißsiegelmaschine ist eine Maschine, die Verpackungsbehälter durch Heißsiegeln versiegelt. Sie wird häufig zum Heißsiegeln verschiedener Plastiktüten eingesetzt. Das Verständnis der Vielfalt der Heißsiegelmethoden – von der einfachen Plattenheißsiegelung bis zu den fortschrittlichen Möglichkeiten der Ultraschallversiegelung – ermöglicht Herstellern, die effizienteste und passendste Lösung für ihre Verpackungsanforderungen zu wählen. Jede Versiegelungsmethode bietet spezifische Vorteile, abhängig von den Materialien, der Produktionsgeschwindigkeit und der erforderlichen Qualität. Durch die Wahl der richtigen Technik können Unternehmen die Verpackungseffizienz verbessern, Abfall reduzieren und hochwertige Versiegelungen gewährleisten, die den Industriestandards entsprechen.