Sandwich-Spritzguss

Drei Schichten mit Zweikomponenten-Maschine

Barrieeigenschaften in der Kaffeekapsel-Produktion sicherstellen. Im Coinjection-Verfahren sollen während der Fakuma dreischichtige Kaffeekapseln produziert werden. Auf einer vollelektrischen Zweikomponenten-Spritzgießmaschine lassen sich im Sandwich-Spritzguss IML-dekorierte Kunststoffkapseln und viele andere Verpackungsprodukte effizient und mit verlässlicher Barrierewirkung herstellen.

Die vollelektrische Maschine mit hoher Einspritzdynamik und Präzision wird für die Fakuma-Anwendung mit einem vertikalen Zusatzaggregat von Plasdan ausgestattet. (Bild: Netstal)

Gemeinsam mit Systempartnern will Netstal am Beispiel von Kaffeekapseln die Vorzüge des Coinjection-Verfahrens für das Spritzgießen dünnwandiger Aromaschutzverpackungen demonstrieren. Bei der Anwendung, die in Friedrichshafen erstmalig gezeigt wird, produziert eine vollelektrische Elion 1200 mit einem über VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat die Kapseln in einem Vierfach-Test-Werkzeug von Fostag. Die Gesamt-Zykluszeit ist mit rund 4,9 Sekunden angegeben. Die Automatisierungs-Anlage von Beck legt die von Verstraete IML zur Verfügung gestellten In-Mold-Label automatisch ins Werkzeug und entnimmt die dekorierten Kapseln nach dem Spritzgießvorgang. Die fertigen Teile werden mit der Öffnung nach unten abgestapelt, ein in den Entnahmeroboter integriertes optisches Inspektionssystem von IMD-Vista kontrolliert Lage und Dicke der Barriereschicht aus EVOH. Abschließend gelangen die mit dem Nespresso-System kompatiblen Kapseln als Schüttgut in einen Behälter.

Drei Schichten für den Aromaschutz
Die wichtigste Aufgabe einer Kaffeekapsel ist es, den Inhalt vor der Einwirkung von Sauerstoff, Licht und Feuchtigkeit zu schützen; nur dann kann der Verbraucher das volle Aroma genießen. Aluminium bietet einen besonders guten Aromaschutz, steht wegen des hohen Energieverbrauchs bei der Herstellung jedoch in der Kritik. Es liegt der Gedanke nahe, die Vorteile von Kunststoff für das Einwegprodukt zu nutzen. Entscheidend ist, wie man den Aromaschutz gewährleistet. Netstal setzt auf das präzise Coinjection-Verfahren und die gute Barrierewirkung von Polyethylenvinylalkohol (EVOH) und Polyvinylalkohol (PVOH). Weit verbreitet sind einschichtige Lösungen aus Polyproplyen (PP) und Polylactide (PLA). Diese seien zwar einfach und kostengünstig herzustellen, jedoch verfügen weder PP noch PLA über eine nennenswerte Barrierewirkung. Deshalb sei in diesen Fällen eine Sekundärverpackung wie ein Portionenbeutel notwendig. Die Anwendung von Netstal nutzt dagegen die Möglichkeiten der Mehrschichttechnologie: Beim Coinjection-Spritzgießen wird Schmelze von zwei Aggregaten durch den gleichen Angusskanal in die Werkzeugkavitäten eingespritzt. Das zuerst eintreffende Material bildet die Hülle der Formteile, die den Kern der zweiten Komponente umschließt. Im Fall unserer Kaffeekapseln umgeben zwei Schichten PP eine Lage barrierewirksames EVOH und bildet so ein dünnes Sandwich mit einer gesamten Wanddicke von 0,4 Millimeter. Während das EVOH (0,06 Millimeter) den Kaffee schützt, übernimmt das PP (jeweils 0,17 Millimeter) den Schutz des EVOH, denn das empfindliche Material würde sonst Feuchtigkeit absorbieren und seine Barrierewirkung gegen Gasaustausch einbüßen. Das Resultat ist, so Netstal, eine aromadichte Kapsel, die ohne Sekundärverpackung verwendet werden kann.

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Die IML-dekorierte Kaffee-Kapsel wird im Coinjection-Verfahren hergestellt und bietet mit dem Kern aus EVOH sehr guten Aromaschutz. (Bild: Netstal)

Hohe Einspritzdynamik und Präzision
Die Herstellung dünnwandiger Teile erfordert eine hohe Einspritzleistung. Nicht nur die maximal erreichbare Einspritzgeschwindigkeit ist hier ausschlaggebend, sondern auch die Dynamik. Für die exakte Ausbildung mehrerer Schichten sind auf der anderen Seite aber auch Präzision und Reproduzierbarkeit gefragt. Die Elion 1200-250/120 biete mit ihrem vollelektrischen Hauptaggregat und dem vertikal via VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat auf geringer Stellfläche die Voraussetzungen für den Einsatz des Coinjection-Verfahrens. Dank des einzigartigen Übertragungsprinzips mit Doppel-Zahnstangen-Getriebe und einer präzisen, in die Spritzachse integrierten Kraftmessung biete das Haupt-Spritzaggregat hohe Dynamik und Präzision gepaart mit entsprechender Reproduzierbarkeit mit außergewöhnlicher Schuss-zu-Schuss-Konstanz. Die Schließeinheit ist zugleich auf hohe Geschwindigkeit getrimmt und ermögliche kurze Zykluszeiten. Dank konsequent modularem Aufbau und einer Vielzahl an Ausrüstungsoptionen lässt sich die Maschine an verschiedenen Anwendungen anpassen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten
Die Mehrlagentechnik ist nach Ansicht von Netstal vielseitig einsetzbar und eignet sich zum Beispiel auch für das Blocken von Licht oder den Einsatz von Recycling-Material. Im ersten Fall kann man die Innenschicht durch ein schwarzes Polymer ersetzen, im zweiten die Außenhaut aus neuem Material und den Kern aus Recycling-Kunststoff fertigen. Die Zukunftsaussichten des Verfahrens seien positiv. Das Sandwich-Spritzgießen biete viele weitere mögliche Anwendungsbereiche, neben der Portionierung von Kaffee und Tee auch für Babynahrung, Softdrink-Konzentrate, Medikamente und andere Verpackungsanwendungen, bei denen eine zuverlässige Barrierewirkung gefordert ist.

Fakuma 2017, Halle A7, Stand 7303

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