Fasermischung 101: Wie das Faserverhältnis die Papiersteifigkeit beeinflusst

Legt man zwei Kartonstücke mit identischem Flächengewicht nebeneinander, bleibt eines steif, das andere sackt zusammen. Der Unterschied liegt selten im Gewicht – es sind die Fasern. Steifigkeit ist die am meisten unterschätzte Eigenschaft von Verpackungspapier, denn sie entscheidet im Stillen darüber, ob eine Geschenkbox ihre Ecken behält, ob ein Buchumschlag sauber gefaltet werden kann und ob eine Einkaufstüte den Weg zum Auto unbeschadet übersteht. Und die Ursache für Steifigkeit liegt nicht in der Pressung oder im Kalander, sondern im Verhältnis von langen zu kurzen Fasern im Zellstoff.

Langfaser und Kurzfaser: Eine Arbeitsteilung

Die langen Fasern des Nadelholzes bilden das Gerüst und verleihen dem Papier seine Zugfestigkeit. Kurze Fasern und die umgebende Zellstoffmatrix lagern sich zwischen den langen Fasern an und bestimmen so Form, Volumen und Faltverhalten. Ein zu hoher Anteil an langen Fasern führt zu einer ungleichmäßigen Papierform, trüben Drucken und einer rauen Oberfläche. Ein zu hoher Anteil an kurzen Fasern hingegen lässt die Festigkeit nach – die Kartons wölben sich an den Ecken und Kanten fransen beim Stanzen aus. Die richtige Fasermischung erfordert, dass beide Fasertypen ausreichend berücksichtigt werden.

Die 3:7-Mischlogik in der Praxis

Bei der Massenproduktion hält TONLI das Verhältnis von langen zu kurzen Fasern bei etwa 3:7: Rund 30 Prozent der langen Nadelholzfasern tragen das Grundgerüst, während 70 Prozent der kurzen Fasern und Matrixfasern für die Formgebung und das Volumen sorgen. Der Mahlgrad wird streng auf 38–42°SR gehalten, damit sich die Fasern gleichmäßig verteilen. Entscheidend ist, dass für jede Grammaturklasse ein eigenes Mischungsverhältnis verwendet wird und nicht eine einheitliche Formel für die gesamte Produktpalette gilt. Ein 120-g/m²-Hangetikett und eine 350-g/m²-Boxverpackung haben unterschiedliche Anforderungen; ihre Fasern müssen daher unterschiedlich gemischt werden.

Wie sich das Übersetzungsverhältnis in einem Datenblatt darstellt

• Flächengewichtsabdeckung von 90-400 g/m²: Anpassungen des Verhältnisses sorgen für eine gleichmäßige Steifigkeitskurve über alle Bänder hinweg, anstatt dies durch zusätzliche Dicke auszugleichen;

• Faltfestigkeit von mindestens 100 Faltungen: Die Mischung sorgt auch für Faltbarkeit, sodass die Schachteln wiederholtes Öffnen überstehen, ohne in Faserrichtung zu reißen;

• Chargenschwankungen innerhalb von ±3 % und Abweichungen der Messschiebermessung in Querrichtung innerhalb von ±1,5 %: Der zuverlässigste Beweis für ein stabiles Verhältnis sind physikalische Indikatoren, die sich zwischen den Produktionschargen wiederholen;

• Vier Produktionslinien mit Deckblattbreiten von 1880/2450/2700/3600 mm und einer Jahreskapazität von 110.000 Tonnen: Die Einhaltung des Verhältnisses ist nur dann nachhaltig, wenn die dahinterstehende Fabrik groß genug ist, um dies auch zu gewährleisten.

Warum Freiheit genauso wichtig ist wie Verhältnis

Verwendet man dasselbe Faserverhältnis von 3:7 bei zwei unterschiedlichen Faserfeinheiten, erhält man zwei verschiedene Papiere. Bei zu geringer Faserfeinheit bleiben die Fasern grob und steif, die Verwebung ist schlecht und das Blatt wird offen und schwach. Bei zu hoher Faserfeinheit sind die Fasern zu kurz, die Entwässerung wird erschwert, die Sprödigkeit nimmt zu und Falten reißen. Eine Faserfeinheit von 38–42°SR hält die Mischung in einem verarbeitbaren Bereich: Die Fasern fibrillieren ausreichend, um sich miteinander zu verbinden, behalten aber gleichzeitig genügend Länge, um die Tragfähigkeit des Fasergerüsts zu gewährleisten. Das Faserverhältnis bestimmt, welche Fasern die Struktur tragen; die Faserfeinheit entscheidet über deren Stabilität. Fehlt eines von beiden, ist die Steifigkeit nur eine Zahl im Datenblatt.

Vier Arten, wie sich Steifheit stromabwärts bemerkbar macht

• Hardcover-Einbände: Ohne ausreichende Steifigkeit schärft sich die Rille am Buchrücken nicht richtig und das Buch fühlt sich beim Öffnen weich an, was ein Qualitätsmangel ist, den kein Coverbild beheben kann;
• Geschenkkartons: Ihre Steifigkeit entscheidet darüber, ob die Ecken stabil bleiben und ob die Kanten nach dem Transport einer Palette über einen Kontinent verformt werden;
• Anhänger und Karten: Sind sie zu steif, brechen sie an der Lochung; sind sie zu weich, fühlen sie sich billig an, daher muss das Verhältnis Band für Band angepasst werden;
• Einkaufstaschen: Die Steifigkeit quer zur Faserrichtung sorgt für die Formstabilität der Tasche, während die Festigkeit in Längsrichtung darüber entscheidet, wie viel Gewicht die Griffe tragen können.

Deshalb ist das Hinzufügen von Gewicht oft die teuerste Methode, um ein Steifigkeitsproblem zu lösen. Dieselbe Steifigkeit lässt sich mit einem geringeren Flächengewicht erreichen, wodurch Papierverbrauch, Verpackungskosten und Frachtgewicht sinken. Umgekehrt zeigt ein schlecht gemischtes Papier trotz zusätzlicher Faserzugabe immer noch einen plötzlichen Einbruch in der Steifigkeitskurve. Zusätzliches Gewicht behebt keinen Rezepturfehler; es verteuert lediglich den Transport.

Beim Mischen treffen Kosten, Haptik und Ausbeute aufeinander.

Die Fasermischung befindet sich in einer schwierigen Lage, die leicht vernachlässigt wird: Sie ist technisch genug, um in den Zuständigkeitsbereich der Papierfabrik zu fallen, kommerziell genug, um in den Zuständigkeitsbereich des Einkaufs zu fallen, und gleichzeitig so unauffällig, dass niemand danach fragt, bis eine Papierpackung beschädigt wird. Dabei beeinflusst dasselbe Mischungsverhältnis drei Aspekte, die für den Käufer von Bedeutung sind. Es bestimmt die Kosten, da Langfasern die teure Komponente darstellen und jeder zusätzliche Prozentpunkt pro Tonne Papier zu Buche schlägt. Es bestimmt die Haptik, da die Mischung darüber entscheidet, ob sich ein Blatt Papier griffig oder weich anfühlt. Und es bestimmt die Ausbeute, da ein ungleichmäßig geformtes Blatt Materialverluste an Stanzmaschine, Faltschachtelklebemaschine und Druckmaschine verursacht, lange nachdem es die Papiermaschine verlassen hat. Diese drei Aspekte als eine einzige Entscheidung zu betrachten, anstatt sie als separate zu behandeln, unterscheidet ein Papier mit einer Spezifikation von einem Papier mit einem bestimmten Verhalten.

Das Verhältnis, umgerechnet in Datenblattzahlen