Papierverarbeitungs technik

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1 Jürgen Blechschmidt (Hrsg.) Papierverarbeitungs technik

2 Blechschmidt (Hrsg.) Papierverarbeitungstechnik

3 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Blechschmidt, Dresden Autoren: Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Blechschmidt, Dresden (Abschn. 1, 2, 3.1, 4) Dr. Ralph Derra, ISEGA Forschungs- und Untersuchungsgesellschaft mbh Aschaffenburg (Abschn. 15) Dr.-Ing. Stephan Eichhorn, SCA Hygiene Products GmbH Mannheim (Abschn. 8) Dr.-Ing. Vera Großmann, Moritz J. Weig GmbH & Co. KG Mayen (Abschn. 9) Prof. Dr.-Ing. Inés Heinze, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Fakultät Medien (Abschn. 11) Prof. Dr.-Ing. Eugen Herzau, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Fakultät Medien (Abschn. 10, 12, 13) Dipl.-Ing. Herbert Holik, Ravensburg (Abschn. 3.2) Dipl.-Ing. Hermann Mensing, BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH Weiherhammer (Abschn. 7) Dipl.-Ing. Irene Pollex, Papiertechnische Stiftung Heidenau (Abschn. 6) Dipl.-Ing. Wolfram Schinkoreit, SCA Hygiene Products GmbH Mannheim (Abschn. 8) Dr.-Ing. Alf-Mathias Strunz, Papiertechnische Stiftung Heidenau (Abschn. 14) Doz. Dr.-Ing. habil. Hans-Jürgen Tenzer, Dresden (Abschn. 1) Dr. rer. nat. Renke Wilken, Gröbenzell (Abschn. 5)

4 Jürgen Blechschmidt (Hrsg.) Papierverarbeitungs- technik Mit 340 Abbildungen und 67 Tabellen Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

5 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN E-Book-ISBN Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Einbandbilder: Tenzer, Leitfaden der Papierverarbeitungstechnik; SCA Packaging Switzerland AG 2013 Carl Hanser Verlag München Lektorat: Jochen Horn Herstellung: Katrin Wulst Einbandrealisierung: Stephan Rönigk Satz: Kösel, Krugzell Druck und Bindung: Friedrich Pustet KG, Regensburg Printed in Germany

6 Vorwort Die Papierverarbeitungstechnik und die Verpackungstechnik sind Teildisziplinen des ingenieurwissenschaftlichen Gesamtgebietes der Verarbeitungstechnik, deren Aufgabe die Analyse, Synthese und industrielle Realisierung aller stoffformenden, form- und lageabhängigen Prozesse im Bereich der Stoffwirtschaft ist [1]. Die Papierverarbeitungstechnik nutzt die allgemeinen Gesetzmäßigkeiten und Arbeitsmethoden und wendet sie auf die Herstellung von Fertigprodukten aus Papier, Karton und Pappe an [2]. Die Anzahl der eingesetzten Werkstoffe, der genutzten Verfahren und erzeugten Produkte ist außerordentlich breit und vielgestaltig. Die wirtschaftliche Bedeutung ist groß, insbesondere durch die industriell angewandten Technologien Wellpappenerzeugung, Herstellung von Faltschachteln, Tissue-Produkten und andere. Eine besonders enge Verknüpfung der Papierverarbeitungstechnik besteht zur grafischen Technik und Verpackungstechnik mit ihren vielseitigen Erzeugnissen aus Papier, Karton und Pappe. Im Gegensatz zur handwerklichen hat die industrielle Papierverarbeitung eine geringe publizistische Bedeutung erlangt. Einige in den Jahren 1970 bis 1989 erschienene Bücher sind veraltet bzw. vergriffen. In den letzten Jahren ist eine große Lücke entstanden, wenngleich auch zahlreiche Einzelveröffentlichungen, insbesondere auf dem Gebiet der Drucktechnik und Printmedien, vorliegen. Zusammenfassende und ordnende Darstellungen des Gesamtgebietes sind sowohl im nationalen als auch internationalen Raum kaum vorhanden. Aufbauend auf eigenen praktischen Erfahrungen, unter Nutzung neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse sowie Auswertung der Literatur sind Herausgeber und Autoren bemüht, mit diesem neuen Fach- und Lehrbuch eine Lücke schließen zu helfen. Das Buch spiegelt als Nachschlagewerk den neuesten Stand der Technik unter Nutzung umfangreichen Bildmaterials und vieler Tabellen wider. Zur Bearbeitung der Breite des Fachgebietes und Gewährleistung der erforderlichen Kompetenz konnten ausgewiesene Fachexperten gewonnen werden. Durch die Vielfalt der Werkstoffe, Verfahren und Produkte der Papierverarbeitungstechnik spricht das Buch einen breiten Leserkreis an. Besonderer Dank gilt Herrn Jochen Horn vom Fachbuchverlag Leipzig, der stets mit wertvollen Ratschlägen und Hinweisen zum Gelingen des Buches beitrug. Dresden, Oktober 2012 Jürgen Blechschmidt [1] Tenzer, H.-J.: Leitfaden der Papierverarbeitungstechnik. Leipzig. Fachbuchverlag 1989 [2] Klingelhöfer: in [1] [3] Schmidt-Bachem, H.: Beiträge zur Industriegeschichte der Papier-, Pappe- und Folienverarbeitung in Deutschland. Dissertation Düren 2009

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8 Inhalt 1 Einführung und historischer Abriss Begriffe und Definitionen Erzeugung von Papier, Karton und Pappe Technologie der Papiererzeugung Grundlagen Faserstoffe Additive Stoffaufbereitung Übersicht Zerfasern Entstippen Trennen Flotieren und Waschen Entwässern Mahlen Mischen und Stapeln Papiermaschine Ausrüstung und Veredelung von Papier Maschinen und Anlagen zur Papiererzeugung Stoffaufbereitung Desintegrieren Sortieren (Klassieren) Trennen im Zentrifugalfeld (cleanern) Fraktionieren Flotieren (selektiv) Flotieren (integral) Waschen Entwässern Dispergieren Bleichen Mahlen Mischen und Stapeln Systeme der Stoffaufbereitung Papiermaschinen Aufgabe der Papiermaschine Sektionen der Papiermaschinen... 80

9 8 Inhalt 4 Werkstoffe der Papier verarbeitungstechnik Papier Karton Pappe Folien Verfahren der Papier verarbeitung Einleitung Verfahrensgruppe 1: Umformende Verfahren Einführung Umformung bei Zug- und Stauchbeanspruchung Umformung bei Druckbeanspruchung Umformung bei Biegebeanspruchung Anwendungen Umformen zur Vorbereitung von Biegestellen Verfahrensgruppe 2: Trennende Verfahren Einführung Druckschnitt und seine Anwendung Scherschnitt und seine Anwendung Abtragende Schneidverfahren Wasserstrahlschneiden Laserschneiden Verfahrensgruppe 3: Verbindende Verfahren Einführung Stoffschlüssige Verfahren: Kleben Grundlagen Oberflächenspannung Klebstoffarten Prozessanalyse Beanspruchung von Klebungen Vorbereitung von Klebeflächen Stoffschlüssige Verbindungen: Siegeln und Schweißen Kraft- und formschlüssige Verfahren Verfahrensgruppe 4: Verfahren zur Kombination von Materialien Einführung Imprägnierverfahren und ihre Anwendung Beschichtungsverfahren und ihre Anwendung Laminier- und Kaschierverfahren und ihre Anwendung Verfahrensgruppe 5: Verfahren zur Übertragung von Informationen Einführung Konventionelle Druckverfahren Flachdruck Tiefdruck Hochdruck Siebdruck

10 Inhalt Prägefoliendruck Sonderverfahren Strahlenhärtende Druckfarben Digitale Druckverfahren Einleitung Elektrofotografie Thermodruck Inkjetdruck Verfahrensgruppe 6: Verfahren zum Transport in Maschinen Einführung Transport von Rolle zu Rolle Transport von Bogen zu Bogen zu Zuschnitt Verfahren zum Trocknen (Trocknungstechnik) Einleitung Grundlagen der Wärmeübertragung Grundlagen von Trocknungsvorgängen Zusammenfassung und Ausblick Prüfung von Werkstoffen und Erzeugnissen der Papierverarbeitung Einführung Grundlegende Aspekte zur Prüfung in der Papierverarbeitung Allgemeine Hinweise zur Ausführung von Prüfungen Normen und Regelwerke Prüfsystem Material und Einsatz orientierte Prüfungen von Werkstoffen Einführung Papier, Karton Pappe Übersicht zu Prüfungen bei Papier Karton Pappe Analyse von Strukturen und Inhaltsstoffen Allgemeine Eigenschaften von Papierwerkstoffen Basiseigenschaften Festigkeitseigenschaften Oberflächeneigenschaften Permeationseigenschaften Benetzungs- und Penetrationseigenschaften Optische Eigenschaften Bedruckbarkeitseigenschaften Rill- und Faltverhalten Folien Klebstoff Druckfarben und Lack Prozessorientierte Prüfungen Rillung/Faltung Prägung Scheuerfestigkeit/Abriebfestigkeit

11 10 Inhalt Lichtechtheit Schnittkantenqualität/Stauben Siegelbarkeit Verklebbarkeit Erzeugnisorientierte Prüfungen Bedruckte Erzeugnisse Wellpappe Verpackungen aus Wellpappe, Schachteln, Steigen und Trays Wellpappenverpackungen Faltschachteln aus Karton Prüfungen an Verpackungen Einschläge, Einwickler Gewickelte Erzeugnisse (Trommeln, Dosen, Wickelkerne usw.) Tüten, Beutel und Säcke Etiketten Etiketten zum Etikettieren von Mehrwegflaschen (Klebeetiketten) Haftklebeetiketten (und sonstige Selbstklebeprodukte) Tissue und Tissue-Erzeugnisse Buchbinderische Erzeugnisse Transportorientierte Prüfungen Wellpappe und Verpackungen aus Wellpappe Einleitung Papier, Hilfsmittel und Energie Wellenarten, Wellenkombinationen und Sorten Wellpappenarten Wellenarten Weit verbreitete Wellenarten und Kombinationen Einteilung nach Sorten Herstellung von Wellpappe Wet End Einseitige Maschine mit Abrollern und Splicern Bandmaschine Abroller und Splicer Vorheizer und Leimwerk Heiz- und Zugpartie Dry End Kurzquerschneider und Formatwechsel Schneid- und Rillautomat Paddeleinheit Querschneider Ablage Weiterverarbeitung der Wellpappe Schachteln nach FEFCO-Code

12 Inhalt Inliner-Maschinen Druckmaschinen Preprint Digitaldruck Stanzen Flachbettstanze Rotationsstanzen Fertigwarenlager und Versand Erzeugung und Prüfung von Hygienepapieren Begriffe und Definitionen Tissue Besonderheiten in Prozess und Eigenschaften Verfahren in der Tissue-Verarbeitung Einleitung Allgemeine Verarbeitungsprobleme Fördern Abwickeln Aufwickeln Umformen Kalandrieren Prägen Falzen Fügen/Beschichten Fügen Applizieren von Beschichtungen Drucken Trennen Schneiden Perforieren Stapeln Verpacken Verpackung allgemein Verkaufsverpackung Transportverpackung Prüfung von Tissue-Produkten Prüfung von Tissue und Tissue-Fertigprodukten Dicke und Grammatur Rollenkompressibilität Absorptionseigenschaften von Tissue Festigkeitsprüfungen Berstdruckprüfung Prüfung auf Perforationsfestigkeit Desintegration Prüfung auf Weichheit

13 12 Inhalt 9 Herstellung von Faltschachteln Einführung Einsatzgebiete Lieferformen und Bauarten Grundsätzliche Technologie bei der Herstellung von Faltschachteln Eingesetzte Packstoffe Überblick Karton Graukarton und Vollpappe Beschichteter Karton Kaschierte Wellpappe Qualitätsforderungen an Faltschachteln Qualitätsforderungen an die eingesetzten Packstoffe Qualitätskriterien von Karton Qualitätskriterien von kaschierter Wellpappe Zusammenhang zwischen den Eigen schaften der Faltschachtel und den Eigen schaften der eingesetzten Werkstoffe Verarbeitungsprozesse bei der Herstellung von Faltschachteln Zuschnittherstellung Überblick Bedrucken Stanzen und Vorbereitung der Biegestellen Zwischenformherstellung Endformherstellung Gesetzliche Vorschriften und Empfehlungen Etikettenherstellung Einführung Papiere zur Etikettenherstellung Bogenverarbeitung zur Etikettenherstellung Bahnverarbeitung zur Etikettenherstellung Bahnverarbeitung zur Herstellung von Selbstklebeetiketten Bahnverarbeitung zur Herstellung von Rundumetiketten Herstellung von Büchern und Broschuren Einleitung Grundlagen der buchbinderischen Verarbeitung Produkte der buchbinderischen Verarbeitung Gliederung in Teilprozesse und Prozessabschnitte Teilprozess Bogen- und Bahnverarbeitung Schneiden Falzen Vorrichten Vorbereiten von Verarbeitungs- und Nutzungsstellen

14 Inhalt Teilprozess Buchblock- und Broschurenherstellung Sammeln/Zusammentragen Fügen des Blocks Drahtheften (Drahtrückstichheften) Fadenheften Klebebinden Fadensiegeln Einzelblatt-Bindeverfahren Dreiseitenbeschnitt Blockausstattung Schnittfärben Runden und Abpressen Fügen von Zusatzteilen Teilprozess Deckenherstellung Buchdeckenkonstruktionen Schneiden der Deckenteile Fügen der Decke Veredeln der Decke Runden der Decke Teilprozess Endverarbeitung Buchmontage und Falzeinbrennen Komplettieren des Erzeugnisses Verpacken des Erzeugnisses Herstellung von Rundgefäßen und gewickelten Hülsen Einleitung Prägen von Schalen und Tellern Ziehen von Stülpdeckeldosen Becherherstellung Herstellen von Wickelhülsen Herstellung von Kombidosen Herstellung von Trommeln und Eimern Herstellung von Eimern und Hobbocks Herstellung von konischen Hülsen Herstellung von Tüten, Beuteln und Säcken aus Papier Einleitung Herstellung von Tüten und Beuteln Klassifizierung der Tüten und Beutel Materialien für die Tüten- und Beutelherstellung Klebstoffe für die Beutelherstellung Spitztütenherstellung Herstellung von Zweinahtflachbeuteln Herstellung von Flachbeuteln, Seitenfaltenbeuteln und Bodenbeuteln

15 14 Inhalt 13.3 Sackherstellung Klassifizierung der Säcke Papiere für die Sackherstellung Klebstoffe für die Sackherstellung Verfahren zur Sackherstellung Kartonverpackungen für flüssige Nahrungsmittel Einführung Marktentwicklung für Karton ver packungen für flüssige Nahrungsmittel Verpackungsmaterialien (Packstoffe) für Kartonverpackungen für flüssige Nahrungsmittel Anforderungen an die Packstoffe Rohkartone für KfN (Liquid Packaging Board LPB) Vorstufen der Packmittelherstellung für KfN Abfülltechnik und Verpackungs endfertigung Rechtliche Anforderungen an die Analytik von Papier und Karton Einleitung Rechtliche Grundlagen Einführung Nationale Vorschriften Empfehlung XXXVI Weitere Regelungen Anforderungen für den Lebensmittelkontakt Anforderungen aus dem Umweltbereich Analytik von Papier und Karton Migration Wasserextrakt Lösungsmittelextrakt Migration in trockene Lebensmittel (Tenaxmigration) Farbechtheit Hemmhof Analysenparameter im Wasserextrakt Trockengehalt Photometrie Metalle Primäre aromatische Amine Pentachlorphenol Bisphenol A Epichlorhydrin und Chlorpropanole Gehaltsanalytik Anorganische Analysenparameter Organische Inhaltsstoffe

16 Inhalt Recycling Mineralöl (MOSH/MOAH) Sensorik Zusammenfassung, Ausblick Sachwortverzeichnis