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Was ist Thermoformverpackung?

veröffentlichen Zeit: 2026-03-07 Herkunft: Powered

Das Tiefziehen von Verpackungen ist eines der wichtigsten Formverfahren in der Lebensmittelverpackungsindustrie und sein technologisches Niveau bestimmt direkt die Leistungsgrenze von Verpackungsmaschinen. In diesem Abschnitt wird eine eingehende Analyse aus drei Dimensionen bereitgestellt: Prozessprinzipien, Schlüsselparameter und Materialwissenschaft, um ein besseres Verständnis der Thermoformverpackung zu ermöglichen.

Prinzipien der Tiefziehverpackung

Thermoformen ist ein Prozess, bei dem eine thermoplastische Folie auf eine Erweichungstemperatur erhitzt und dann durch äußere Krafteinwirkung (Vakuum, Luftdruck oder mechanische Kraft) so geformt wird, dass sie sich der Oberfläche einer Form anpasst. Gemäß der Definition in „Food and Beverage Packaging Technology“ (Wiley, 2011) ist der Thermoformprozess im Wesentlichen ein dreidimensionaler Verformungsprozess eines Polymers in einem viskoelastischen Zustand.

Die Essenz des Prozesses: Beim Thermoformen von Verpackungen werden zweidimensionale Folien in dreidimensionale Behälter umgewandelt, wobei das thermomechanische Kopplungsverhalten von Polymeren zum Einsatz kommt. Für eine erfolgreiche Thermoformung ist eine präzise Steuerung des Temperaturfelds in der Nähe des Erweichungspunkts des Materials erforderlich, um eine ausreichende Duktilität bei gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen strukturellen Festigkeit sicherzustellen und Perforationen oder Durchbiegungen durch Überhitzung zu vermeiden.

Thermoform - Verpackungsprozess

Die drei Phasen des Thermoformens von Verpackungen: Erhitzen → Formen → Abkühlen und Entformen

Stufen	Prozessbeschreibung	Wichtige Kontrollpunkte	Typische Parameter
Heizung	Die Folie wird über ihre Glasübergangstemperatur (Tg) erhitzt, um in einen hochelastischen oder viskosen Fließzustand zu gelangen.	Temperaturgleichmäßigkeit Aufheizzeit Energiedichteverteilung	PP: 150–170 ℃ PS: 130–150 ℃ PET: 140-160℃ PE:115-135℃
Bildung	Die Folie wird durch Vakuum/pneumatischen Druck/mechanische Kraft erweicht und mit der Formoberfläche verbunden.	Formdruck Grad der Vorstreckung Die Temperatur	Vakuum: -0,8 bis 0,95 bar Druck: 2–6 bar Formtemperatur: 20–60 °C
Abkühlen und Entformen	Das Blech wird unter seine Tg abgekühlt, um sich zu verfestigen und seine Form festzulegen, und dann aus der Form genommen.	Abkühlrate Entformungstemperatur Entformungskraft	Abkühlrate: 05-3S Entformungstemperatur: 50–80 °C

Art der Tiefziehverpackungsmethoden

Abhängig von der Quelle der Umformkraft kann das Thermoformen in die folgenden Hauptverfahren unterteilt werden:

Umformmethode	Prinzip	Formgebende Kraft	Anwendbare Szenarien	Vor- und Nachteile
Vakuumformen	Zwischen der Form und dem Blech wird Luft entfernt, und die Formung erfolgt mithilfe des atmosphärischen Druckunterschieds.	~1 bar	Flache Zeichnung, einfache Formen	Einfache Ausstattung: ungleichmäßige Wandstärke beim Tiefziehen
Druckformend	Überdruckluft drückt das Blech von oben, damit es in die Form passt.	2~6 bar	Mitteltiefe Zeichnung, feine Züge	Hohe Umformgenauigkeit: höhere Ausrüstungskosten
Plug-Assist	Das Blech wird durch einen mechanischen Stopfen vorgestreckt und anschließend wird eine Vakuum-/Pneumatikformung angewendet.	Mechanisch+Vakuum, Druck	Tiefziehen (Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 0,5)	Kontrollierbare Wandstärkenverteilung: hohe Prozesskomplexität
Passende Form	Ober- und Unterform schließen sich und mechanischer Druck formt direkt die Form.	Mechanische Hochdruckkraft	Hohe Präzision, komplexe Formen	Höchste Präzision: hohe Formkosten

So kontrollieren Sie die Qualität von Tiefziehverpackungen

1.Wichtige Prozessparameter und Wandstärkenkontrolle

Die Gleichmäßigkeit der Wandstärke ist der wichtigste Qualitätsindikator beim Thermoformen. Laut einer in der Fachzeitschrift *Polymer Engineering & Science* veröffentlichten Studie kann die Wandstärke an den unteren Ecken von tiefgezogenen Behältern (wie Joghurtbechern und Fleischschalen) 50–70 % dünner sein als die Originalfolie, was eine Hauptursache für Verpackungsfehler (Beschädigung, verminderte Barriereeigenschaften) ist.

【Kernherausforderung】Beim Thermoformen variiert das Ausmaß der Verformung an verschiedenen Stellen stark, wenn das Material von einer zweidimensionalen Folie zu einem dreidimensionalen Behälter gedehnt wird. Die unteren Ecken der Schale erfahren die stärkste biaxiale Dehnung, wobei die Wandstärke auf 30–50 % der ursprünglichen Dicke reduziert wird. Unterdessen weisen die Flanschkanten nahezu keine Verformung auf und behalten ihre ursprüngliche Dicke bei.

2. Schlüsselfaktoren, die die Wanddickenverteilung beeinflussen

Faktorkategorie	Spezifische Parameter	Einfluss auf die Wanddickenverteilung	Optimierungsrichtung
Temperaturfaktor	Materialerwärmungstemperatur	Höhere Temperaturen führen zu einer besseren Fließfähigkeit des Materials, eine Überhitzung kann jedoch zu Durchhängen und Perforation führen.	Kontrollieren Sie die Temperatur genau auf 15–30 °C über Tg.
Temperaturfaktor	Temperaturgleichmäßigkeit	Lokale Überhitzungsbereiche verformen sich zunächst und führen zu ungleichmäßigen Wandstärken.	Mehrzonen-Temperaturregelung, Zonenheizung
Schimmelfaktoren	Formtemperatur	Das Formen bei niedriger Temperatur ermöglicht eine schnelle Verfestigung des Kontaktbereichs und schränkt den Materialfluss ein.	Eine Formtemperatur von 60–100 °C verzögert die Aushärtung
Schimmelfaktoren	Schimmel	Je größer das Verhältnis von Tiefe zu Breite ist, desto dünner ist die Dicke der Bodenwand.	Optimieren Sie das kreisförmige U-förmige Design (R≥3mm)
Eindämmungsfaktoren	Kerzentemperatur	Kaltverschließbares (25 °C) Klemmmaterial führt zu einem dicken Boden und dünnen Seitenwänden; Hot-Plug (100°C+) ermöglicht Gleiten.	Wählen Sie basierend auf der Produktform die geeignete Siegeltemperaturstrategie aus.
Eindämmungsfaktoren	Steckerform	Flachbodenstopfen halten das Material am Boden zurück; Rundbodenstopfen fördern den Materialfluss zu den Seitenwänden.	Passende Produkte zur individuellen Steckerform
Künstlerische Faktoren	Plug-Geschwindigkeit/Vakuumverzögerung	Die Geschwindigkeit beträgt 0,15 – 0,27 m/s und die Vakuumverzögerung beträgt 0 – 0,3 Sekunden, was sich auf die Vorverteilung des Materials auswirkt.	Optimieren Sie die Prozesszeit

3. Typische Probleme und Lösungen im Zusammenhang mit der Wanddickenverteilung

Problembereich: Ecke

Ursprüngliche Dicke 300 μm – nach dem Formen darf sie nur noch 90–120 μm betragen (Verdünnung um 60–70 %).

Problem	Grund	Traditionelle Lösungen	Fortschrittliche Lösung (Matrixheizung)
Die untere Ecke ist zu dünn.	Die maximale biaxiale Zugzone	Erhöhen Sie die Dicke des ursprünglichen Substrats (Kosten ↑)	Senken Sie die Heiztemperatur im unteren Bereich, um den Durchfluss zu verringern.
Der Boden ist zu dick.	Der Kaltstopfen wird festgeklemmt und verhindert so ein Fließen des Materials.	Verwenden Sie Wärmestopfen oder Schmierstopfen	Erhöhen Sie die Heiztemperatur unten in der Mitte, um den Durchfluss zu fördern.
Seitenwand nicht alle	Durch hohes Gewicht erschlaffen Körperteile.	Aufheizzeit verkürzen	Zonenweise Temperaturregelung zur Kompensation des Schwerkrafteffekts

Beim herkömmlichen Thermoformen wird das gesamte Material mit einer gleichmäßigen Temperatur erhitzt, was die Hauptursache für ungleichmäßige Wandstärken ist. Die von der deutschen Firma Watttron entwickelte cera2heat-Matrix-Heiztechnologie nutzt 5×5 mm große unabhängige, steuerbare Heizpixel, um unterschiedliche Temperaturen für verschiedene Bereiche einzustellen und so das Problem der ungleichmäßigen Wandstärkenverteilung grundlegend zu lösen.

Auswahl von Folienmaterialien für eine Tiefziehverpackungsmaschine s

Tiefziehfolien sind ein Schlüsselfaktor für die Verpackungsleistung. Moderne Lebensmittelverpackungen verwenden üblicherweise mehrschichtige Coextrusionsstrukturen, um die optimale Kombination aus mechanischen Eigenschaften, Barriereeigenschaften und Heißsiegeleigenschaften zu erreichen.

Schicht	Material	Funktion	Typischer Dickenprozentsatz
Äußere Schicht	PA (Nylon)	Durchstoßfest, abriebfest, gute Thermoformbarkeit	15-20 %
Klebeschicht	Krawatte (modifiziertes Polyolefin)	Verbindet unterschiedliche Materialien	5 %
Barriereschicht	EVOH	Sauerstoffbarriere (Kernfunktionsschicht)	5-10 %
Klebeschicht	Binden	Verbindet unterschiedliche Materialien	5 %
Innere Schicht	PE/PP	Heißsiegelung, Lebensmittelkontaktsicherheit	55-70 %

Zusammenhang zwischen Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (OTR) und Formung

【Wichtige Erkenntnis】 Durch Thermoformen wird die Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) dünner Filme deutlich erhöht. Laut einer Studie von Buntinx et al. aus dem Jahr 2014. Wie in der Fachzeitschrift *Polymers* veröffentlicht wurde, betrug die OTR von Mehrschichtfolien mit EVOH-Barriereschichten vor dem Thermoformen 0,48–1,7 cm³/m²·Tag·atm. Nach dem Thermoformen kann sich die OTR aufgrund der verringerten Wandstärke jedoch um das Zwei- bis Dreifache erhöhen. Die Wandstärke der Barriereschicht ist der entscheidende Faktor für die Barriereleistung.

Membranstruktur	Originalstärke	OTR (vor dem Formen)	OTR (Tiefziehzone nach dem Formen)	Faktor ändern
PA/PE	166–293 μm	21-26 cc/m²·Tag·atm	40-60 cc/m²·Tag·atm	~2×
PA/EVOH/PE	150–250 μm	0,48–1,7 cm³/m²·Tag·atm	1,0–3,5 cm³/m²·Tag·atm	~2×
PE/EVOH/PE	180–220 μm	0,5–1,5 cm³/m²·Tag·atm	1,2–3,0 cm³/m²·Tag·atm	~2×

Die Barriereeigenschaften thermogeformter Behälter werden durch den dünnsten Teil (normalerweise den Boden) bestimmt. Das Design muss sicherstellen, dass die Dicke der EVOH-Schicht nach dem Formen noch den Haltbarkeitsanforderungen des Produkts entspricht.

Dies kann erreicht werden durch:

(1) Erhöhen der anfänglichen Filmdicke;

(2) Optimierung der Formparameter, um übermäßiges Dehnen zu reduzieren;

(3) Verwendung der Matrixheiztechnologie zur Verbesserung der Wanddickenverteilung.