Le thermoscellage

Le thermoscellage permet de coller des cartons enduits de plastique sans utiliser de colle. On utilise une source de chaleur, un dispositif de pression et un temps de pose de sorte que le plastique refroidisse sans subir de contraintes.

La chaleur peut s’appliquer directement sur le polymère avant le scellage, par de l’air chaud ou une flamme de gaz sur la ligne de montage de l’emballage. La chaleur peut aussi s’appliquer par des barres de pression chauffées par induction ou ultrasons.

Dans la plupart des applications, il suffit de disposer d’une couche plastique d’un côté du carton pour réaliser un thermoscellage satisfaisant, mais une enduction sur les deux faces donne un meilleur résultat. Les propriétés du plastique, ou les restrictions techniques/physiques de la couche plastique peuvent interdire l’application de plastique sur les deux faces.

Le thermoscellage est particulièrement indiqué dans les opérations à grande vitesse. En outre, il n’y a pas besoin d’acheter de la colle ni de nettoyer la ligne de collage. Ces facteurs peuvent à eux seuls représenter une raison suffisante pour utiliser un carton enduit de plastique.

Caractéristiques du thermoscellage

L’aptitude d’une enduction plastique à sceller vient de sa capacité à agir comme agent de formation de liaison sans ajout de colle hot-melt. Cette propriété ajoute de la valeur sans coût supplémentaire. La liaison se forme rapidement quand on fait fondre la couche plastique et qu’on presse les deux surfaces à sceller l’une contre l’autre pendant que le plastique se resolidifie. Un bon scellage résultera en l’arrachage complet des fibres.

Caractéristiques de surface

Le thermoscellage fonctionne avec pratiquement toutes les enductions plastique et types de surfaces. La nature chimique des différents plastiques demande toutefois différentes conditions opératoires. Certains plastiques sont plus faciles à thermosceller que d’autres parce qu’ils nécessitent moins d’énergie (sous forme de température, temps ou pression). L’utilisation d’un traitement corona peut améliorer le résultat du thermoscellage mais n’est pas une nécessité absolue.

Les conditions essentielles d’un thermoscellage réussi sont les suivantes:

• la couche plastique doit être fondue quand elle entre en contact avec la deuxième surface.
• il doit y avoir assez de plastique pour former une liaison.
• la pression doit être maintenue jusqu’à ce que le plastique soit refroidi et solidifié.

Description des méthodes de thermoscellage

La mince couche de plastique est ramollie jusqu’à être poisseuse dans la zone de scellage et on applique l’autre surface de carton sous pression, que l’on maintient jusqu’à ce que la liaison soit assez refroidie pour être solidifiée. Les méthodes les plus courantes pour réaliser le scellage sont décrites ci-dessous.

Scellage à barres chauffantes: ce sont des mâchoires chauffées électriquement qui s’appliquent fermement sur les zones plastifiées à sceller. On les utilise principalement avec les outils de mise en volume des boîtes plastifiées remplies par le haut. Cette technique est facile à mettre en œuvre et à entretenir. Les marques de pression parfois visibles sur les boîtes peuvent être un inconvénient

Scellage à roue chauffante: une roue chauffée au gaz est mise en contact avec la zone à sceller. La roue est fixe, les surfaces à sceller se déplacent par rapport à la roue. Ce système présente les mêmes avantages et inconvénients que le système à barres chauffantes.

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Scellage à air chaud: le plastique est fondu à l’aide d’un jet d’air chauffé au gaz ou à l’électricité. Les zones fondues sont pressées entre deux mâchoires anti-adhésives ou entre deux cylindres. Le fonctionnement est sûr , mais l’équipement a tendance à être bruyant et à dégager beaucoup de chaleur.

Scellage par rayonnement: il fonctionne selon le principe du scellage à air chaud mais fait appel à des éléments chauffants disposés de façon très précise. Il n’est pas aussi bruyant et ne disperse pas autant de chaleur. Il présente toutefois l’inconvénient d’exiger des éléments chauffants fabriqués sur mesure pour chaque dimension d’emballage.

Scellage à la flamme: il s’apparente au scellage à air chaud, à la différence près qu’il utilise la chaleur d’une flamme au lieu d’air chaud. Moins bruyant et moins énergivore, il demande toutefois une installation au gaz.

Scellage à haute fréquence: semblable au scellage à barres chauffantes, mais l’énergie est transmise sous forme de pertes diélectriques dans le matériau de l’emballage pris en sandwich entre deux mâchoires reliées à une tension à haute fréquence, l’ensemble constituant une sorte de condensateur. La chaleur se développe au sein du matériau un peu comme dans un four à micro-ondes. L’appareil est rapide et précis.

Scellage à ultrasons: ressemble au scellage haute fréquence, mais la chaleur est dégagée par les pertes de frottement mécanique qui se développent à l’intérieur du carton pris en étau entre une mâchoire vibrante et un support fixe.

Essais et recherche de pannes

Comme dans toutes les étapes de la transformation, des essais réguliers sont essentiels pour assurer un scellage de qualité désirée. La procédure doit être bien documentée, avec la fréquence et la méthode des essais. Différentes techniques et différentes applications de thermoscellage peuvent demander différentes méthodes d’essai.

Il est essentiel que tous les essais préliminaires de la ligne de scellage et d’emballage soient effectués sur le matériau d’emballage prévu pour le tirage réel. Il faudra donc utiliser les mêmes techniques d’impression et de vernissage, ainsi que la qualité voulue d’enduction plastique. Certains traitements supplémentaires et additifs plastiques peuvent affecter les caractéristiques du thermoscellage et il faut donc les évaluer par avance pour éviter toute mauvaise surprise.

Toutes ces méthodes de thermoscellage se basent sur l’utilisation d’une certaine quantité d’énergie (sous forme de chaleur, temps et pression) pour faire adhérer deux surfaces l’une à l’autre. Un écart même minime dans l’énergie appliquée peut entraîner l’insuffisance du thermoscellage et des problèmes importants dans les opérations ultérieures de conditionnement. Les températures relevées, notamment, peuvent être différentes des températures réelles de la barre chauffante ou du jet d’air chaud. Une maintenance soigneuse est cruciale à cet égard.

Le thermoscellage d’un joint latéral nécessite un réglage précis de la machine. Le joint scellé est entièrement déve-loppé après l’application de pression, et les boîtes doivent refroidir pour que la chaleur résiduelle ne les fasse pas coller les unes aux autres.

Evaluation du scellage

On peut décrire les conditions d’un bon thermoscellage en traçant une courbe représentant les résultats de diverses combinaisons temps/température pratiquées par un scellage à barres chauffantes, donnant une liaison capable d’arracher les fibres à pression constante.

Le thermoscellage en pratique

La maintenance de l’équipement de thermoscellage est essentielle, car une panne de la chaîne de production pourrait endommager le produit . Le vieillissement d’un élément chauffant entraînant une insuffisance de chaleur est souvent une cause de panne.


La zone de scellage. Cliquez pour agrandir.

Paramètres
  Effets
Point de fusion plus élevé La zone de scellage se déplace en montant vers la droite.
La zone de scellage se déplace en montant vers la droite. La zone de scellage se déplace en descendant vers la gauche. En même temps, elle devient plus étroite.
Traitement corona La zone de scellage se déplace en descendant vers la gauche parce que le traitement abaisse le point de fusion de la surface et augmente la prise à chaud.
Assemblage d’une surface traitée par effet corona et d’une surface non traitée. La zone de scellage correspond à celle de la surface non traitée parce qu’elle demande plus de chaleur.

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