Duktibilität

In der Welt der Verpackungen spielt das Material eine entscheidende Rolle. Besonders Wellpappe hat sich in vielen Bereichen bewährt, nicht zuletzt wegen ihrer speziellen Eigenschaften. Eine dieser Eigenschaften ist die Duktibilität. Sie ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität und Funktionalität der Wellpappe maßgeblich beeinflusst. Duktibilität wirkt sich auf Formgebung, Verarbeitungssicherheit und das Verhalten unter Zug- und Biegebeanspruchung aus. Je nach Faserqualität, Feuchtegehalt und Herstellprozess variieren die Ergebnisse – und damit auch die Eignung für spezifische Einsatzzwecke im Transport- und Lageralltag. In der Praxis betrifft dies das sichere Rillen und Falzen ohne Deckenbruch, die zuverlässige Stabilität im Stapel sowie die Beständigkeit gegenüber Klimawechseln entlang der Lieferkette. Durch eine gezielte Auslegung des Materialverbundes können Fertigungsfenster erweitert, Ausschussquoten reduziert und die Dauerfunktionsfähigkeit von Verpackungen aus Wellpappe im realen Einsatz gesteigert werden.

Definition: Was versteht man unter Duktibilität?

Duktibilität, auch oft als Verformbarkeit bezeichnet, beschreibt die Fähigkeit eines Materials, sich unter Zugspannung plastisch, also bleibend, zu verformen, bevor es bricht. Ein Material mit hoher Duktibilität kann stärker verformt werden, ohne zu brechen. Im Bereich der Wellpappe bedeutet das, dass sie sich an verschiedene Formen und Anforderungen anpassen kann, ohne dabei ihre strukturelle Integrität zu verlieren. In der Werkstoffkunde wird Duktibilität häufig über Größen wie Bruchdehnung, Streckgrenze und plastische Dehnung charakterisiert; bei faserbasierten Materialien wie Wellpappe wird sie indirekt über zugehörige Papier- und Verbundprüfungen erschlossen.

Abgrenzung zu Elastizität, Zähigkeit und Sprödigkeit

Elastizität beschreibt die reversible (nicht bleibende) Verformung bis zur Rückkehr in den Ausgangszustand. Duktibilität bezieht sich auf die bleibende, plastische Verformung vor dem Bruch. Zähigkeit misst die Energieaufnahme bis zum Versagen (Fläche unter der Spannungs-Dehnung-Kurve). Sprödigkeit kennzeichnet Materialien, die mit geringer plastischer Verformung versagen. Wellpappe vereint eine elastische Phase (z. B. bei leichten Biegewechseln) mit plastischen Anteilen, etwa beim Rillen, Stanzen oder starken Kantenbelastungen.

Typische Kennwerte und Prüfbezüge

Da Wellpappe ein Verbund aus Decken- und Wellenpapieren ist, werden Eigenschaften oft über Papier- und Verbundtests abgeleitet: Zugversuch an Papierbahnen (z. B. nach ISO 1924), Ring Crush Test (RCT), Corrugated Crush Test (CCT), Edge Crush Test (ECT) und Box Compression Test (BCT). Eine höhere plastische Dehnfähigkeit der Faserschichten begünstigt verarbeitungsbedingte Formgebung (Rillen, Falten) ohne Rissbildung.

Für die Praxis ist bedeutsam, dass diese Kennwerte nicht isoliert interpretiert werden sollten. So korreliert etwa eine höhere Bruchdehnung der Liner- und Wellenpapiere mit einer verbesserten Rillfähigkeit, während ECT/BCT stärker die tragende Kanten- und Flächendruckfestigkeit abbilden. Ergänzende Größen wie Reißfestigkeit, Biegefestigkeit und Berstfestigkeit liefern Hinweise auf das Rissausbreitungsverhalten und die Widerstandsfähigkeit gegenüber schlagartigen Beanspruchungen.

Die Rolle der Duktibilität bei der Herstellung von Wellpappe

Die Duktibilität ist in der Produktion von Wellpappe von großer Bedeutung. Da die Wellpappe durch Hitze und Druck geformt wird, ist eine hohe Duktibilität notwendig, um zu verhindern, dass das Material bricht oder Risse entstehen. Je höher die Verformbarkeit der Wellpappe, desto flexibler kann sie in ihrer Formgebung sein. Gleichzeitig wird durch eine hohe Duktibilität dafür gesorgt, dass die Wellpappe auch nach der Verformung über ihre volle strukturelle Stärke verfügt. Dies betrifft vor allem das Rillen, Nuten, Stanzen und Kleben, bei denen Faserverbünde lokal plastisch beansprucht werden.

Einfluss der Material- und Prozessparameter

• Faserqualität und Recyclinganteil: Längere Fasern und ausgewogene Mischung erhöhen die plastische Dehnfähigkeit; hohe Kurzfaseranteile begünstigen spröderes Verhalten.
• Feuchtegehalt: Ein moderater Feuchtegehalt verbessert die Verformbarkeit; zu trockenes Material neigt zu Rissen, zu feuchtes Material verliert Festigkeit.
• Temperatur und Konditionierung: Erwärmung beim Rillen/Prägen erleichtert plastische Formgebung und reduziert Risskanten.
• Klebstoffsysteme und Leimauftrag: Gleichmäßige Verklebung der Welle mit den Decken erhält die Kanäle und verhindert Delamination beim Formen.
• Wellenprofil (E-, B-, C-, Doppelwelle): Feinere Wellen erlauben engere Radien, gröbere Wellen bieten mehr Dämpfung, reagieren jedoch empfindlicher auf lokale Knicke.

Zusätzlich beeinflussen Grammatur und Steifigkeit der Liner, die Stärkeleim-Formulierung (z. B. Feststoffgehalt, Viskosität) sowie Vorheizer- und Spannungsführung im Corrugator die plastischen Reserven. Eine homogene Feuchteverteilung über die Breite reduziert Spannungsgradienten und damit Rissinitiierung an Kanten und Rilllinien.

Faserorientierung und Anisotropie

Wellpappe zeigt richtungsabhängiges Verhalten: In Maschinenrichtung (MD) und Querrichtung (CD) unterscheiden sich Dehnfähigkeit und Rissfortschritt. Prozessschritte berücksichtigen diese Anisotropie, um Rilllinien und Faltkanten so zu platzieren, dass plastische Verformungen ohne Schädigungen möglich sind.

Im Detail bedeutet dies: Rillungen quer zur MD erfordern in der Regel höhere Duktibilität der Deckschichten, da die Dehnreserven in CD geringer ausfallen können. Auch die Stanzgeometrie wird an die Faserausrichtung angepasst, um Kerbspannungen zu minimieren und saubere Kanten ohne Faserabriss zu erzielen.

Einfluss der Duktibilität auf die Qualität der Wellpappe

Die Qualitätsmerkmale einer Verpackung aus Wellpappe hängen stark von der Duktibilität des verwendeten Materials ab. Ein hoher Grad an Duktibilität ermöglicht nicht nur vielseitige Formgebungsmöglichkeiten, sondern erhöht auch die Stabilität und Belastbarkeit der fertigen Verpackung. Auch unter starkem Druck oder bei rauen Transportbedingungen kann eine hohe Belastbarkeit beibehalten werden. Demzufolge stehen die Duktibilität und die Qualität des Endprodukts in direktem Zusammenhang. In der Praxis zeigen sich Zusammenhänge zu ECT/BCT-Werten, Kanten- und Flächendruckverhalten sowie zur Beständigkeit gegen Kantenquetschungen, insbesondere bei Stapellasten und dynamischer Beanspruchung.

Praxisaspekte: Rillen, Falzen, Kantenstabilität

• Rillen und Falzen: Genügend plastische Verformung verhindert Deckenbrüche und sorgt für saubere Faltkanten ohne Faserabriss.
• Kantenstauchung: Duktile Schichten nehmen lokale Verformungen auf und verteilen Spannungsspitzen, was die Kantenstabilität unterstützt.
• Formkomplexität: Individuelle Zuschnitte, Stanzkonturen und kleinteilige Laschen erfordern ausreichende plastische Reserven, um Gratbildung und Mikrorisse zu vermeiden.

Die konstruktive Auslegung berücksichtigt Materialaufbau, Wellenart und relevante weiterführende Grundlagen zu Abmessungen und Messmethodik, damit Verformungszonen definierbar bleiben und die Gesamtkonstruktion ihre Tragfähigkeit erhält.

Zusätzlich beeinflussen Verpackungsgeometrie, Perforationslinien, Schlitzabstände und Mindestbiegeradien das Risiko von Deckenbrüchen. Sauber eingestellte Rillspaltbreiten und angepasste Werkzeughärte begünstigen eine kontrollierte plastische Deformation ohne Faserzugversagen.

Vor- und Nachteile von Duktibilität

Die hohe Duktibilität hat zahlreiche Vorteile in der Verpackungsindustrie. Sie ermöglicht es, komplexe und individuelle Formen zu erstellen, wodurch die Produkte besser geschützt und ansprechend präsentiert werden können. Darüber hinaus erhöht sie die Stabilität der Verpackungen, was besonders bei schweren oder gefährlichen Gütern von Bedeutung ist. Doch trotz aller Vorteile, kann eine hohe Duktibilität auch Herausforderungen mit sich bringen. Ein Material mit extremer Verformbarkeit kann bei der Verarbeitung schwierig zu handhaben sein und erfordert spezielle Produktionsverfahren. Des Weiteren kann ein Übermaß an Duktibilität dazu führen, dass die Struktur der Verpackung nachgibt, wenn sie zu stark belastet wird.

• Vorteile: erleichterte Rillbarkeit und Falzbarkeit, geringere Rissneigung beim Stanzen, höhere Toleranz gegenüber lokalen Druckspitzen, bessere Anpassung an komplexe Konturen.
• Herausforderungen: Risiko von bleibenden Setzungen unter Langzeitlast, potenziell weichere Kanten bei hoher Feuchte, engere Prozessfenster hinsichtlich Temperatur und Feuchteführung.
• Abwägung: Optimierung zwischen plastischer Verformbarkeit und erforderlicher Steifigkeit (z. B. für Stapeldruck) ist notwendig, um Funktions- und Transportsicherheit zu gewährleisten.

Mess- und Prüfhinweise

Zur Beurteilung der Verformbarkeit werden Prüfungen am Papier (Zugversuch, Biege- und Reißfestigkeit) und an der Wellpappe (ECT, CCT, RCT, BCT, Berstfestigkeit) herangezogen. Veränderungen in Feuchte und Temperatur sollten vor Prüfungen durch Konditionierung stabilisiert werden, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.

Bewährt haben sich klimaangepasste Prüfbedingungen (z. B. 23 °C und 50 % relative Feuchte) sowie repräsentative Probenentnahmen über die Breite der Bahn. Für die Bewertung von Langzeitverhalten sind Kriech- und Relaxationsmessungen sinnvoll, da sie Setzerscheinungen und Tragfähigkeitsverluste unter Dauerlast abbilden.

Zeit- und Klimaeffekte: Kriechen und Relaxation

Duktibilität ist zeit- und klimadependent. Unter konstanter Last treten Kriechverformungen auf, die die nutzbare Stapelhöhe von Kartonagen im Lager beeinflussen. Gleichzeitig führt Spannungsrelaxation zu einer Abnahme der inneren Spannung, was Faltlagen entlasten, aber auch Passgenauigkeiten verändern kann. Feuchtezunahmen wirken häufig plastifizierend und erhöhen kurzfristig die Verformbarkeit, reduzieren jedoch die Steifigkeit und damit die Tragfähigkeit.

Relevanz für Lagerung und Transport

In der Praxis werden Verpackungen über Wochen im Stapel gelagert oder erfahren wechselnde Klimata im Transport. Eine ausgewogene Duktibilität mindert Rissbildung an Kanten nach Klimawechseln und reduziert Schäden durch Schwingungs- und Stoßbelastungen. Für konditionierte Lagerbedingungen lassen sich so gleichbleibende BCT-Reserven und stabile Faltgeometrien sichern.

Anwendungsbeispiele in der Praxis

Beispiele reichen von belastbaren Versandkartons für schwere Produkte über stoßunempfindlichere Umverpackungen mit engeren Rillradien bis zu fein detaillierten Zuschnitten für produktnahe Einlagen. In E-Commerce-Anwendungen erleichtert eine ausreichende Duktibilität das sichere Nachfalzen an variablen Füllhöhen. Bei Doppelwelle profitieren Kantenbereiche von plastischen Reserven, die lokale Druckspitzen verteilen und Beschädigungen im Mehrfachstapel mindern.

Zusammenfassung:

• Die Duktibilität ist eine wichtige Materialeigenschaft, die die Dehnbarkeit oder Formbarkeit eines Werkstoffs beschreibt. Bei Verpackungen aus Wellpappe ist sie bedeutend, da sie die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Materials erhöht.
• Mit hoher Duktibilität gestaltete Verpackungen aus Wellpappe eignen sich besonders für unterschiedliche Produktformen und -größen. Sie können leicht angepasst und modifiziert werden, was sie für Unternehmen vielseitig einsetzbar macht.
• Durch die Kombination von Duktibilität und Festigkeit bietet Wellpappe optimalen Schutz für Inhalte. Trotz ihrer Elastizität und Anpassungsfähigkeit behält die Wellpappe ihre Form und Stabilität bei, was einen sicheren und zuverlässigen Transportschutz garantiert.
• Praxisrelevanz: Ausreichende plastische Reserven erleichtern Rillen, Falzen und Stanzen, reduzieren Risskanten und verbessern die Kantenstabilität unter Stapel- und Transportbelastung.
• Gestaltung und Prüfung: Die richtige Balance zwischen Verformbarkeit und Steifigkeit wird über Materialauswahl, Prozessführung und geeignete Prüfkennwerte (z. B. ECT/BCT) abgesichert.
• Klimaführung und Dauerlasten: Eine angepasste Konditionierung und die Berücksichtigung von Kriech- und Relaxationseffekten unterstützen gleichbleibende Verpackungsqualität über den gesamten Nutzungszeitraum.