Der Trend in der Folien- und Plattenindustrie zu mehr Funktionalität und Mehrschichtigkeit von Folien und Platten führt zu einem intensiven Wettbewerb in Bezug auf neue Produkte bei gleichzeitig steigendem Bedarf. Dieser Trend hat auch zu höheren Qualitätsanforderungen geführt, und Analysen, Bewertungen und Messungen durch mikroskopische Betrachtung werden zunehmend als wichtig erachtet.
In diesem Abschnitt werden Branchentrends, häufige Mängel und die neuesten Beispiele zur Ursachenbehebung dieser Mängel mit dem neuen Digitalmikroskop vorgestellt.

Betrachtung, Analyse und Messung von Hochleistungsmehrschichtfolien

Steigende Anforderungen an Hochleistungsfolien

Kunststofffolien und -platten mit höherer Leistung dank Laminierung und anderen Techniken werden aufgrund der Bedürfnisse des Marktes verstärkt nachgefragt.
Angesichts individuell gestalteter Menüs in der Lebensmittelindustrie steigt beispielsweise die Nachfrage nach Lebensmittelverpackungen für eine größere Vielfalt an Lebensmitteln in kleineren Portionen, die sich an Single-Haushalte richten. Der Verpackungsbedarf steigt auch für nachfüllbare Produkte wie Shampoo, Körperpflegemittel, Waschmittel und andere Gebrauchsgegenstände, bei denen die Flasche wiederverwendet wird. Auch für den Oberflächenschutz von Wafern und die Herstellung keramischer Kondensatoren in der Halbleiter- und Elektronikindustrie sind funktionale Folien und Platten unverzichtbar. Weitere Anwendungen sind laminierte Gehäuse für (Pouch-) Lithium-Ionen-Batteriezellen.

Herstellung von Mehrschichtfolien

Die meisten Hochleistungsfolien bestehen aus einem Stapel verschiedener Kunststofftypen oder Folien aus unterschiedlichen Materialien wie z. B. Aluminium, die mit einem Überzug laminiert werden. Gängige Laminierverfahren für die Herstellung von Mehrschichtfolien sind folgende:

Extrusionskaschierung
Das Extrusionskaschieren ist ein Verfahren, bei dem das Extrusionsgießen, eine Art Spritzgusstechnik, eingesetzt wird. Das Substrat wird mit einem Adhäsionszusatz (Ankerbeschichtung) vorbeschichtet, und das Material wird durch Wärme geschmolzen und durch eine Düse mit einem Schlitz (T-Düse) zu einem ebenen, flachen Bogen extrudiert, während es auf das Substrat aufgebracht wird. Das Material wird durch die Kühlwalze komprimiert und verfestigt, um eine Haftung mit dem Substrat zu erreichen. Hochleistungsfolien können durch Sandwich-Laminierung, bei der drei Schichten miteinander verbunden werden, durch Tandem-Laminierung, bei der fünf Schichten miteinander verbunden werden, und durch Mehrschichttechnik mittels Koextrusion mehrerer unterschiedlicher Materialien mithilfe einer T-Düse hergestellt werden.
Beispiel für eine Extrusionskaschierung
Beispiel für eine Extrusionskaschierung
  1. A. Substrat
  2. B. Adhäsionszusatzbeschichtung (Ankerbeschichtung)
  3. C. Trocknungszone
  4. D. Material
  5. E. Extruder
  6. F. T-Düse
  7. G. Kühlung (Kühlwalze)
  8. H. Wicklung
Trockenlaminierung
Nachdem Haftvermittler oder Kleber auf das erste Substrat aufgetragen wurde, wird es mit dem zweiten Substrat, das aus einem anderen Material besteht, verbunden. Bei der Verwendung von Klebebändern oder anderen Klebemethoden, die bei der Herstellung verwendet werden, werden die Substrate durch einen Trocknungs- oder Erhitzungsprozess je nach Eigenschaften des Haftvermittlers oder Klebers verbunden. Anschließend werden die Substrate aufgerollt.
Beispiel für einen Trockenlaminierungsprozess
Beispiel für einen Trockenlaminierungsprozess
  1. A. Erstes Substrat
  2. B. Klebstoffbeschichtung
  3. C. Trocknungszone
  4. D. Zweites Substrat
  5. E. Heizung (Stahlwalze)
  6. F. Wickelmaschine

Höherer Leistungs- und Qualitätsanspruch bei Folien

Mehrschichtfolien müssen sowohl eine hohe Qualität als auch Funktionalität aufweisen, wie z. B. Hitzebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Stoßfestigkeit, chemische Beständigkeit, aromabindende oder feuchtigkeitsabweisende Eigenschaften. Daher sind zuverlässige Prüfungen und Beurteilungen in der Praxis weit verbreitet. Der Wettbewerb in der Forschung und Entwicklung und der Herstellung von Folien mit höherem Mehrwert wird immer größer. Neben Oberflächenfestigkeit, Siegelleistung und Barriereeigenschaften werden neuere Funktionen wie Mikrowellenkompatibilität für eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit angestrebt, während Heißsiegeleigenschaften für eine höhere Produktivität gefordert werden.

Risiko unentdeckter Mängel und fehlerhafter Produkte

Mehrschichtfolien werden häufig für Lebensmittel und Medikamente verwendet, die neben der Funktionalität auch ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit erfordern. Besondere Sorgfalt ist erforderlich, um Mängel und Abweichungen zu erkennen und zu vermeiden.
Typische Defekte in Folien und Platten sind Fischaugen, d. h. unebene Oberflächen, die durch ungleichmäßige Foliendicke aufgrund von nicht aufgeschmolzenem Material entstehen, sowie Pinholes, die durch Einstiche, Reibung oder Biegeermüdung verursacht werden. Andere mikroskopische Defekte wie Kratzer, Risse und Fehler, die durch Fremdkörper verursacht werden, können ebenfalls zu einer schlechten Verpackung und somit zu einer Qualitätsminderung des Verpackungsinhalts führen. Eine schlechte Verpackungsqualität kann zu Kundenreklamation führen.

Bedeutung von Betrachtung und Analyse

Um die Qualität solcher Hochleistungsfolien und -platten zu sichern, wird in den F&E- und Fertigungsabteilungen verstärkt Wert auf die Beurteilung durch detaillierte mikroskopische Betrachtungen und Analysen gelegt. Gleichzeitig sind hochpräzise Analysen und Messungen sowie kürzere Durchlaufzeiten zur Erstellung genauer Beurteilungen gefragt, um Hochleistungsfolien mit strengen Anforderungen an die Schichtdickengenauigkeit herzustellen und schnellen Produktzyklen gerecht zu werden.

Aktuelle Beispiele für die Betrachtung, Analyse und Messung von Folien und Platten

Vorgängermodelle weisen folgende Probleme bei der Betrachtung, Analyse oder Messung von Folien und Platten auf:

  • Beim Messen der Schichtdicke einer Querschnittsprobe ist die zu betrachtende Fläche uneben, wodurch eine korrekte Betrachtung und Messung verhindert wird.
  • Die Form von Pinholes kann nicht betrachtet werden, sodass die Richtung, aus der der Einstich erfolgte, nicht analysiert werden kann.
  • Eine vergrößerte Betrachtung von mikroskopischen Kratzern, Fremdpartikeln und Fischaugen kann aufgrund der unzureichenden Auflösung nicht durchgeführt werden.
  • Bei glänzenden Folien erschwert das von der Folie reflektierte Licht die Betrachtung.
  • Bei unebenen Oberflächen fokussiert das Bild nur einen Teil der Oberfläche.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE verwendet hochauflösende Aufnahmen und ein eigens entwickeltes System, das Betrachtungen mit hoher Vergrößerung und präzise 2D- und 3D-Messungen mit hoher Tiefenschärfe und hoher Auflösung ermöglicht. Auf diese Weise werden bisherige Probleme gelöst und gleichzeitig genauere Auswertungen ermöglicht, die sowohl schnell als auch einfach durchgeführt werden können.
In diesem Abschnitt werden Anwendungsbeispiele der Modellreihe VHX zur Betrachtung, Analyse und Beurteilung von Folien vorgestellt.

Dickenmessung des Querschnitts von Mehrschichtfolien

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über eine hohe Tiefenschärfe. Damit lassen sich hochauflösende Aufnahmen von dünnen Folienschichten bei hohen Vergrößerungen aufnehmen.
Mit der Tiefenzusammensetzung wird aus einer begrenzten Anzahl von Aufnahmen ein 3D-Bild konstruiert, sodass selbst Objekte mit unebenen Oberflächen tiefenscharf betrachtet werden können.
Eine präzise 2D-Messung ist ebenfalls möglich, indem einfach ein Werkzeug ausgewählt und das zu messende Objekt auf der vergrößerten Aufnahme angegeben wird. Darüber hinaus können mit der Berichtsfunktion die vergrößerte Aufnahme und die Messwerte automatisch in einer Vorlage gespeichert werden, um so eine Reihe von Aufgaben schnell mit nur einem System zu erledigen.

Dickenmessung des Querschnitts von Mehrschichtfolien mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Dickenmessung des Querschnitts von Mehrschichtfolien mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Dickenmessung des Querschnitts von Mehrschichtfolien mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Betrachtung und 3D-Formanalyse von Pinholes

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können hochauflösende Aufnahmen mit hoher Vergrößerung für die klare Betrachtung von Pinholes verwendet werden, deren Formen schwer zu erfassen sind.
Dank der hochauflösenden vergrößerten Aufnahmen ist auch eine genaue 3D-Formmessung möglich. Zusätzlich kann jeder beliebige Querschnitt für die Profilmessung verwendet werden, was eine genaue Analyse und schnelle quantitative Beurteilung von präzisen Formdaten der Pinholes ermöglicht.

Betrachtung und 3D-Messung eines Pinhole mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Oben: Betrachtung mit hoher Vergrößerung eines Pinhole / unten: 3D-Form- und Profilmessung
Oben: Betrachtung mit hoher Vergrößerung eines Pinhole / unten: 3D-Form- und Profilmessung

Betrachtung von Fremdpartikeln und Fischaugen

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können verschiedene Funktionen genutzt werden, um mikroskopische Fehler klar zu erfassen und so eine präzise und schnelle Betrachtung, Analyse und Beurteilung zu ermöglichen.
Mit der Multi-Lighting-Funktion werden unterschiedliche Beleuchtungsarten einfach per Knopfdruck erfasst. Aus diesen Daten kann dann eine geeignete Aufnahme zur Analyse ausgewählt werden. Dadurch müssen die Beleuchtungseinstellungen nicht wiederholt angepasst werden, um eine klare Aufnahme zu erhalten. Der Zeitaufwand reduziert sich damit erheblich. Die Beleuchtungsoptionen bleiben auch nach der Aufzeichnung der Aufnahme erhalten. Dadurch kann die Beleuchtung jederzeit nachträglich und benutzerunabhängig angepasst werden, um mit diesem Bild weitere Messungen durchzuführen.
Selbst bei glänzenden Folien lassen sich mit der Glanzlichtentfernung Lichtreflexionen entfernen, um die Fehlerdetails genau zu erfassen. Scharfe, hochauflösende Aufnahmen können für Betrachtungen mit bis zu 6000-facher Vergrößerung erzielt werden. Dadurch können die Details von mikroskopisch kleinen Fremdkörpern untersucht werden.

Betrachtung von Folienfehlern mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung eines Folienfehlers
Betrachtung eines Folienfehlers
Fremdpartikelbetrachtung und 2D-Messung mit Multi-Lighting
Fremdpartikelbetrachtung und 2D-Messung mit Multi-Lighting
4K-Betrachtung mit hoher Vergrößerung eines Fischauges (50x)
Betrachtung mit hoher Vergrößerung eines Fischauges (50x)
Betrachtung mit hoher Vergrößerung von Fremdpartikeln (1000x)
Betrachtung mit hoher Vergrößerung von Fremdpartikeln (1000x)

Betrachtung von Fremdpartikeln nach Ringreflexionsentfernung einer Folienoberfläche

Bisher verursachten Fremdpartikel, die in einer Folie mit glänzender Oberfläche eingeschlossen sind, eine Erhebung in der Folie, die das Licht in einem ringförmigen Muster reflektiert, wodurch eine genaue Betrachtung und Analyse der Form des Einschlusses erschwert wird.
Die Funktion zur Optimierung von ringförmigen Reflexionen des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX unterstützt die genaue Betrachtung der Form von Fremdpartikeln, die in einer Folie eingeschlossen sind.

Betrachtung von Fremdpartikeleinschlüssen in einer Folie mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Normal
Betrachtung mit Ringreflexionen
Mit Optimierung von ringförmigen Reflexionen
Mit Optimierung von ringförmigen Reflexionen

Betrachtung und Beurteilung von Kratzern auf einer Folienoberfläche

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können hochauflösende Aufnahmen, die durch das hochauflösende Objektiv und den 4K-CMOS-Sensor erzeugt werden, für eine einfache und genaue Betrachtung und Beurteilung der Folienoberfläche verwendet werden.

Betrachtung eines Kratzers auf einer Filmoberfläche mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Hochauflösende 4K-Betrachtung eines Kratzers auf einer Folienoberfläche
Hochauflösende Betrachtung eines Kratzers auf einer Folienoberfläche

Strukturbetrachtung und 3D-Messung einer Folienoberfläche

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können feine Strukturdetails auf der Folienoberfläche bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen klar betrachtet werden.
Auch 3D-Form- und Profilmessungen sind direkt aus dem vergrößerten Bild möglich und unterstützen so eine quantitative Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit anhand von 3D-Daten.

Betrachtung und 3D-Messung der Struktur einer Folienoberfläche mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Oben: Differential-Interferenz-Kontrast / unten: Koaxiale Beleuchtung
Oben: Differential-Interferenz-Kontrast / unten: Koaxiale Beleuchtung
3D-Form- und Profilmessung der Oberflächenbeschaffenheit
3D-Form- und Profilmessung der Oberflächenbeschaffenheit

Hochauflösende Aufnahmen von Rissen in Verpackungsfolien für chemische Produkte

Risse und andere Fehler in chemischen Verpackungsfolien können zu Leckagen und zur Qualitätsminderung des Inhalts führen. Die Ursache muss durch genaue Prüfung im Rahmen der Qualitätssicherung ermittelt werden.

Dank der neu entwickelten hochauflösenden Objektive, dem 4K-CMOS-Sensor sowie seines optischen Systems mit integrierter Hochleistungsbeleuchtung ermöglicht das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX eine hochauflösende Betrachtung mit hoher Tiefenschärfe. Dadurch ist eine deutliche Darstellung von feinen Rissen auch bei stark vergrößerter Betrachtung möglich.
Diese Merkmale ermöglichen eine einfache und schnelle Detailbetrachtung, die Aufschluss darüber gibt, ob der Riss in Maschinenlaufrichtung oder in Querrichtung verläuft und ob er von innen oder außen entstanden ist. Eine solche Betrachtung trägt zur schnellen Identifizierung der Ursache und zur Umsetzung von Prozessverbesserungen bei.

Betrachtung eines Risses in einer Verpackungsfolie für chemische Produkte mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung eines Risses in einer Verpackungsfolie für chemische Produkte mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Ein neuer Maßstab für die Beurteilung von Hochleistungsfolien und -platten

Mit dem hochauflösenden Digitalmikroskop der Modellreihe VHX werden nicht nur die Probleme bei der Betrachtung, Analyse, Messung und Beurteilung von Folien und Platten gelöst, sondern es ermöglicht auch die detailgenaue Betrachtung von bisher nicht erkennbaren mikroskopischen Defekten.
Heutzutage findet bei Folien- und Plattenprodukten ein verstärkter Wettbewerb um höhere Funktionalität statt. Mit der Modellreihe VHX steht Ihnen ein neuer Partner zur Seite, der die Forschung und Entwicklung sowie die Herstellung beliebiger Folien und Platten unterstützt, da er anspruchsvolle Betrachtungen, Analysen und Messungen bietet, die für die Zuverlässigkeit solcher Produkte unerlässlich sind.

Zusätzlich zu den hier vorgestellten Funktionen ist die Modellreihe VHX mit vielen weiteren nützlichen Funktionen ausgestattet, die im Einklang mit den Bedürfnissen unserer Kunden entwickelt wurden. Für weitere Produktinformationen klicken Sie bitte auf die unten angezeigte Schaltfläche, um die Broschüre herunterzuladen. Für Anfragen klicken Sie bitte auf die entsprechende Schaltfläche, um KEYENCE zu kontaktieren.