Mehrschichtfolien und Laminate kombinieren unterschiedliche Materialien, um eine Struktur mit spezifischen Eigenschaften zu erhalten. Jede Schicht kann eine andere Funktion erfüllen und zu den mechanischen Eigenschaften, der Verarbeitbarkeit, der Heißsiegelfähigkeit oder der Barrierewirkung des Materials beitragen.
Die Messung der Permeabilität von Mehrschichtfolien und Laminaten ermöglicht es, das Verhalten der gesamten Struktur gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid zu charakterisieren.
Die Bewertung der Barriereeigenschaften anhand von OTR, WVTR und CO₂TR ermöglicht es, unterschiedliche Konfigurationen zu vergleichen, den Einfluss einzelner Schichten zu überprüfen und die Entwicklung sowie Qualifizierung neuer Strukturen zu unterstützen.
Warum die Permeabilität von Mehrschichtfolien messen?
Bei der Entwicklung einer Mehrschichtstruktur werden Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinander kombiniert.
Durch die Permeabilitätsmessung lässt sich experimentell überprüfen, welches Ergebnis diese Kombination erzielt, und es lassen sich alternative Strukturen miteinander vergleichen.
Die Prüfungen können eingesetzt werden, um:
- unterschiedliche Mehrschichtkonfigurationen zu vergleichen;
- die Barriereeigenschaften der fertigen Struktur zu überprüfen;
- den Einfluss einzelner Schichten zu bewerten;
- unterschiedliche Barrierematerialien zu vergleichen;
- die Auswirkungen von Schichtdicken und Beschichtungen zu untersuchen;
- Laminate und coextrudierte Strukturen zu optimieren;
- neue Materialien zu qualifizieren;
- die Konstanz der Materialeigenschaften zu kontrollieren;
- die Qualitätskontrolle zu unterstützen.
Der experimentell ermittelte Wert ermöglicht es somit, das tatsächliche Verhalten der Struktur zu überprüfen und nicht nur die angegebenen Eigenschaften der einzelnen Materialien zu berücksichtigen.
Mehrschichtfolien, Laminate und coextrudierte Strukturen
Nicht alle Mehrschichtstrukturen werden mit demselben Verfahren hergestellt.
Eine Folie kann durch Coextrusion oder durch das Laminieren unterschiedlicher Materialien hergestellt werden. Darüber hinaus können Beschichtungen (Coatings) oder funktionale Schichten vorhanden sein, die bestimmte Eigenschaften der Struktur verändern sollen.
Für die Materialcharakterisierung ist es wichtig, die Struktur in der Konfiguration zu bewerten, in der sie tatsächlich eingesetzt wird.
Die am fertigen Produkt gemessene Permeabilität kann sich nämlich von der Permeabilität der einzelnen Materialien unterscheiden, aus denen es besteht.
Welche Barriereeigenschaften können gemessen werden?
Welcher Test gewählt wird, hängt von der Eigenschaft ab, die charakterisiert werden soll.
Zu den wichtigsten Messgrößen gehören:
- OTR zur Bestimmung der Sauerstofftransmission;
- WVTR zur Bestimmung der Wasserdampftransmission;
- CO₂TR zur Bestimmung der Kohlendioxidtransmission.
Die drei Messgrößen beschreiben unterschiedliche Eigenschaften und können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Die Auswahl des Parameters sollte daher von der Struktur, der Anwendung und den Anforderungen abhängen, die das Material erfüllen muss.
OTR von Mehrschichtfolien und Laminaten
Die Messung des OTR (Oxygen Transmission Rate) ermöglicht es, die Sauerstofftransmission durch die Mehrschichtstruktur zu charakterisieren.
Der Test kann verwendet werden, um unterschiedliche Materialkombinationen zu vergleichen und die Auswirkungen folgender Faktoren zu überprüfen:
- Barriereschichten;
- Gesamtdicke;
- Dicke der einzelnen Schichten;
- Laminierung;
- Beschichtungen (Coatings);
- verwendete Materialien;
- Prüfbedingungen.
Die OTR-Messung liefert somit einen quantitativen Parameter zur Bewertung der Sauerstoffbarriere der fertigen Struktur.
Weitere Informationen zur Methode: [Permeabilità all’ossigeno e OTR → Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR: Messung und Analyse].
WVTR von Mehrschichtfolien und Laminaten
Die Messung des WVTR (Water Vapor Transmission Rate) ermöglicht es, den Wasserdampfdurchtritt durch die Struktur zu charakterisieren.
Bei Mehrschichtfolien und Laminaten kann die Messung dazu verwendet werden, unterschiedliche Konfigurationen zu vergleichen und den Einfluss der Materialien und funktionalen Schichten auf die Feuchtigkeitsbarriere zu bewerten.
Die Ergebnisse können folgende Aktivitäten unterstützen:
- Entwicklung neuer Strukturen;
- Materialvergleich;
- Qualifizierung von Laminaten;
- Überprüfung der Materialeigenschaften;
- Kontrolle der Produktionsreproduzierbarkeit.
Weitere Informationen zum Parameter: Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR: Messung und Analyse.
CO₂TR von Mehrschichtfolien und Laminaten
Die Messung des CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) ermöglicht es, die Kohlendioxidtransmission durch die Struktur quantitativ zu bestimmen.
Der Test kann verwendet werden, um unterschiedliche Laminate und Mehrschichtstrukturen zu vergleichen und das Verhalten der fertigen Lösung gegenüber CO₂ zu überprüfen.
Auch in diesem Fall muss der Messwert unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der Struktur und der Bedingungen interpretiert werden, unter denen der Test durchgeführt wurde.
Weitere Informationen: CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR: Messung und Analyse.
Wie beeinflussen die einzelnen Schichten die Permeabilität?
In einer Mehrschichtstruktur kann jede Komponente zum Gesamtverhalten des Materials beitragen.
Die Barrierefunktion kann einer bestimmten Schicht zugeordnet sein, während die übrigen Schichten andere Aufgaben erfüllen.
Durch die Charakterisierung der gesamten Struktur lässt sich das Ergebnis der Kombination der verschiedenen Komponenten überprüfen.
Während der Entwicklung können daher Strukturen mit folgenden Merkmalen miteinander verglichen werden:
- unterschiedlichen Barrierematerialien;
- unterschiedlicher Anzahl von Schichten;
- unterschiedlichen Schichtdicken;
- unterschiedlichen Beschichtungen (Coatings);
- unterschiedlichen Trägermaterialien;
- unterschiedlichen Laminierungskonfigurationen.
Der experimentelle Vergleich hilft dabei zu erkennen, wie Änderungen der Struktur die endgültigen Barriereeigenschaften beeinflussen.
Die Bedeutung der Schichtdicke
Die Dicke ist einer der Parameter, die bei der Bewertung der Permeabilität einer Mehrschichtfolie berücksichtigt werden müssen.
Eine Struktur kann dieselbe allgemeine Zusammensetzung beibehalten und dennoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, abhängig von der Gesamtdicke oder der Dicke der einzelnen Schichten.
Deshalb ist es beim Vergleich zweier Laminate oder Mehrschichtstrukturen wichtig, die Abmessungen der Proben zu dokumentieren und konsistente Prüfbedingungen einzuhalten.
Der Permeabilitätswert muss daher stets zusammen mit den physikalischen Eigenschaften der untersuchten Struktur interpretiert werden.
Einfluss der Barrierematerialien
In eine Mehrschichtstruktur können Materialien mit spezifischen Barriereeigenschaften integriert werden.
Die Messung ermöglicht es zu überprüfen, welchen Beitrag diese Schichten zum Gesamtverhalten der Struktur leisten, und unterschiedliche Lösungen miteinander zu vergleichen.
Während der Forschungs- und Entwicklungsphase kann diese Charakterisierung eingesetzt werden, um Folgendes zu bewerten:
- unterschiedliche Barrierematerialien;
- unterschiedliche Schichtdicken;
- verschiedene Schichtkombinationen;
- Alternativen zur bestehenden Struktur;
- Änderungen der verwendeten Materialien.
Der Test liefert damit einen quantitativen Referenzwert für Optimierungsarbeiten.
Permeabilität von Laminaten
Bei Laminaten werden unterschiedliche Materialien miteinander verbunden, um eine Struktur mit spezifischen Eigenschaften zu erhalten.
Wenn die tatsächlichen Eigenschaften des Laminats bewertet werden sollen, muss die Permeabilitätsmessung an der endgültigen Konfiguration durchgeführt werden.
Der Test ermöglicht es, unterschiedliche Materialkombinationen zu vergleichen und den Einfluss der Gesamtstruktur auf die Transmission von Gasen und Wasserdampf zu überprüfen.
Dieser Ansatz ist besonders nützlich bei der Entwicklung von Materialien für Anwendungen, bei denen die Barriereeigenschaften eine wichtige Anforderung darstellen.
Permeabilität coextrudierter Strukturen
Coextrudierte Strukturen bestehen aus mehreren Schichten, die in einem einzigen Extrusionsprozess hergestellt werden.
Auch hier ermöglicht die Permeabilitätsmessung, das Verhalten der fertigen Struktur zu charakterisieren.
Der Vergleich unterschiedlicher coextrudierter Konfigurationen kann dazu dienen, die Auswirkungen folgender Faktoren zu überprüfen:
- Materialien der einzelnen Schichten;
- Anzahl der Schichten;
- Dicke;
- Anordnung der Schichten;
- Barrierematerialien;
- Prozessbedingungen.
Die experimentelle Charakterisierung ermöglicht es, die Eigenschaften der hergestellten Struktur zu überprüfen und unterschiedliche Konstruktionslösungen miteinander zu vergleichen.
Wie wird die Permeabilität einer Mehrschichtfolie gemessen?
Die Probe wird in der Messzelle so positioniert, dass sie zwei Umgebungen mit definierten Bedingungen voneinander trennt.
Das System verwendet das im Prüfverfahren vorgesehene Gas und erfasst die Menge, die durch die Struktur hindurchtritt.
Die Probenvorbereitung und die Prüfbedingungen müssen entsprechend dem Material und dem zu messenden Parameter festgelegt werden.
Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören:
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- Druck;
- Prüfgas;
- Messfläche;
- Dicke;
- Ausrichtung der Probe;
- Konditionierungsbedingungen;
- Probenvorbereitung.
Konsistente Prüfbedingungen sind besonders wichtig, wenn unterschiedliche Strukturen miteinander verglichen werden sollen.
Faktoren, die die Messung beeinflussen
Das Barriereverhalten einer Mehrschichtfolie kann von zahlreichen Faktoren beeinflusst werden.
Zusammensetzung der Struktur
Die Art der verwendeten Materialien und ihre Kombination führen zu unterschiedlichen Eigenschaften der fertigen Struktur.
Dicke
Die Gesamtdicke und die Dicke der einzelnen Schichten können das Transmissionsverhalten beeinflussen.
Temperatur
Die Transmissionseigenschaften können sich mit der Temperatur verändern. Daher müssen die Prüfungen unter definierten Temperaturbedingungen durchgeführt werden.
Relative Luftfeuchtigkeit
Die Luftfeuchtigkeit kann das Verhalten bestimmter Materialien beeinflussen und muss kontrolliert werden, wenn dies vom Prüfverfahren verlangt wird.
Beschichtungen und Coatings
Beschichtungen oder funktionale Schichten können die Barriereeigenschaften der Struktur verändern.
Herstellungsprozess
Laminierung, Coextrusion und weitere Produktionsschritte können die fertige Struktur und damit ihre Eigenschaften beeinflussen.
Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, muss der Permeabilitätswert stets zusammen mit den Messbedingungen und den Eigenschaften der Probe dokumentiert werden.
Unterschiedliche Mehrschichtstrukturen vergleichen
Die Permeabilitätsmessung ist besonders hilfreich, wenn mehrere Konfigurationen miteinander verglichen werden sollen.
Bei der Entwicklung einer neuen Folie können beispielsweise folgende Varianten miteinander verglichen werden:
- unterschiedliche Barrierematerialien;
- unterschiedliche Dicken;
- unterschiedliche Schichtfolgen;
- verschiedene Laminate;
- alternative coextrudierte Strukturen;
- Folien mit und ohne Beschichtung (Coating).
Der Vergleich sollte unter konsistenten Prüfbedingungen erfolgen; zugleich sollten die Eigenschaften der Proben dokumentiert werden.
Auf diese Weise kann der Permeabilitätswert technische Entscheidungen während der Materialentwicklung unterstützen.
Qualitätskontrolle von Mehrschichtfolien
Die Messung der Barriereeigenschaften kann in die Qualitätskontrollprozesse für Laminate und Mehrschichtstrukturen integriert werden.
Tests unter definierten Bedingungen ermöglichen es, die Konstanz der Materialeigenschaften zu überwachen und unterschiedliche Chargen miteinander zu vergleichen.
Die Prüfungen können eingesetzt werden, um:
- neue Materialien zu qualifizieren;
- Rohmaterialien zu überprüfen;
- die Produktion zu kontrollieren;
- unterschiedliche Chargen zu vergleichen;
- interne Spezifikationen zu überprüfen;
- Prozessänderungen zu bewerten;
- neue Strukturen zu validieren.
Die Überwachung der Permeabilitätsparameter liefert einen quantitativen Referenzwert zur Überprüfung der Materialeigenschaften.
Permeabilität und Entwicklung neuer Strukturen
Während der Forschung und Entwicklung ermöglicht die direkte Messung der Barriereeigenschaften einer Struktur, die Auswirkungen konstruktiver Änderungen zu überprüfen.
Der Test kann in einen iterativen Prozess eingebunden werden:
Strukturentwurf → Herstellung der Probe → Permeabilitätsmessung → Ergebnisvergleich → Optimierung der Struktur.
Dieser Ansatz ermöglicht es, die Entwicklung auf experimentelle Daten zu stützen und unterschiedliche Lösungen systematisch miteinander zu vergleichen.
Messgeräte zur Prüfung von Mehrschichtfolien und Laminaten
ExtraSolution bietet konfigurierbare Systeme zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Folien, Laminaten und Mehrschichtstrukturen.
OTR und CO₂TR
Produktseite MultiPerm O2-CO2 ermöglicht die Charakterisierung der Sauerstoff- und Kohlendioxidtransmission.
OTR und WVTR
Produktseite MultiPerm O2-H2O kombiniert die Sauerstoffmessung mit der Wasserdampfmessung.
WVTR und CO₂TR
Produktseite MultiPerm H2O-CO2 ermöglicht die Charakterisierung der Wasserdampf- und Kohlendioxidtransmission.
OTR, WVTR und CO₂TR
Produktseite TotalPerm vereint die drei wichtigsten Permeabilitätsmessungen in einem System und ermöglicht es, mehrere Barriereeigenschaften derselben Struktur zu charakterisieren.
WVTR
Produktseite PermeH2O ist auf die Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und die Bestimmung des WVTR ausgelegt.
Die Auswahl des Messgeräts hängt von den zu messenden Parametern und den Eigenschaften der untersuchten Strukturen ab.
ExtraSolution-Lösungen für Mehrschichtfolien und Laminate
Die Lösungen von ExtraSolution unterstützen die Forschung und Entwicklung, die Materialqualifizierung und die Qualitätskontrolle.
Die Möglichkeit, unterschiedliche Permeabilitätsparameter zu messen, erlaubt es, komplexe Strukturen zu charakterisieren und verschiedene Konfigurationen von Folien, Laminaten und Barrierematerialien miteinander zu vergleichen.
Die Gerätekonfiguration kann abhängig vom interessierenden Gas beziehungsweise Parameter und vom gewünschten Umfang der Laborcharakterisierung ausgewählt werden.
Weiterführende Informationen
Weitere Informationen zu den wichtigsten Aspekten der Permeabilitätsmessung finden Sie hier:
Informationen anfordern
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Kontaktieren Sie ExtraSolution, um die am besten geeignete Messkonfiguration für die Struktur und die Barriereeigenschaften zu ermitteln, die Sie untersuchen möchten.