Thermoformage

Le thermoformage est une technologie de mise en forme du carton qui a fait ses preuves et n’a pas cessé de s’améliorer. On l’utilise pour mettre en forme des assiettes, des barquettes et autres produits similaires, mais cette technique met le carton à rude épreuve. Le principe du formage s’emploie aussi pour d’autres matériaux, comme le papier et le métal (aluminium).

À condition de le pratiquer sur un carton très solide et aux propriétés régulières, le formage représente un moyen très économique de fabriquer en grandes séries des emballages de produits alimentaires fonctionnels et attrayants. Il permet d’atteindre une productivité élevée et donc de réduire les coûts de production.

L’attrait commercial est plus fort si le carton est imprimé avant le formage. Le formage se pratique sur des produits de toutes dimensions et offre une grande liberté dans le choix des formes. La forme circulaire est une possibilité, ainsi que des compartiments multiples et des formes semblables à la vaisselle classique.

Le formage se pratique souvent sur du carton plastifié. Il existe toute une série de revêtements plastique qui conviennent à toutes les applications. Le plus courant est le revêtement de PE/PP pour assiettes en carton. Le carton plastifié avec PET s’emploie de plus en plus pour la fabrication de barquettes embouties à simple cuvette ou cuvettes multiples contenant:
• des pizzas à cuire dans l’emballage
• des pâtisseries cuites ou à cuire dans le moule
• des plats cuisinés en un seul ou plusieurs compartiments, à cuire au four conventionnel ou à micro-ondes.

Les récipients obtenus par formage acceptent divers types de fermeture:
• couvercle en carton plastifié scellé sur le rebord ; le couvercle est souvent prédécoupé pour faciliter l’ouverture
• film plastique transparent scellé sur le rebord ; la fermeture est souvent du type pelable
• couvercle par pression transparent réutilisable.

Description de l'outil et de la méthode de formage

Le thermoformage est une mise en volume du carton en objets rigides et creux présentant parfois plusieurs compartiments. La résistance au déchirement et l’allongement à la rupture du carton déterminent la profondeur obtenue. Les récipients en carton ont souvent un rebord qui facilite la manipulation. Le rebord accroît également la rigidité de l’ensemble, avantage important puisque la rigidité est réduite dans les zones plissées.

La matière première pour le formage est souvent un carton plastifié sur une face. L’impression se fait au départ d’une bobine et le carton est ensuite rembobiné.

Suivant la profondeur de la barquette à réaliser, le formage se déroule en un ou deux passages.

Un assiette classique a une profondeur de 25 mm. Le formage se fait en un seul passage sans réhumidification préalable. La profondeur maximale est d’environ 45 à 50 mm, et nécessite deux passages. L’illustration décrit le formage d’une assiette en un seul passage.

Le carton est découpé en rondelles, puis introduit dans la machine. Dans ce cas, l’action de la presse ne dure que deux secondes, et l’outil est porté à une température de 80°C. L’assiette terminée s’éjecte et une nouvelle découpe est admise dans la machine.


Emballage multifonctions.


Récipient en carton. Cliquez pour agrandir.

Dans une opération à deux passages, le deuxième outil est chauffé pour verrouiller la forme (comme pour le repassage d’une chemise). Le carton subit dans ce cas un ramollissement préalable par élévation du taux d’humidité jusqu’à 13%. Les bobines sont bien emballées sous plastique pendant la durée de maturation jusqu’aux opérations de découpe, rainage et formage.

En dernier lieu, les arêtes sont ébavurées pour donner un rebord net et régulier.

Propriétés déterminantes du carton

Des cartons de qualité différente réagissent différemment au formage. On peut en tirer les conclusions générales suivantes sur les possibilités de formage de deux cartons courants:
Si le carton est couché, le couchage doit être léger pour minimiser la tendance au craquellement de la surface durant la mise en forme. Le type de couchage doit permettre un démoulage aisé de l’objet formé.

Propriétés déterminantes

Du fait de la déformation mécanique provoquée par le formage, les propriétés suivantes sont primordiales:
• carton solide et tenace doté d’un grand allongement à la rupture
• résistance élevée à la déchirure
• carton hygiéniquement pur et peu sensible aux odeurs
• très bonne adhésion de l’enduction plastique.

Épaisseur

Le procédé de formage dépend de trois paramètres principaux : pression, temps de maintien sous pression et transfert thermique suffisant. Ces paramètres peuvent se régler indépendamment mais ils sont interdépendants. Les propriétés du carton jouent un rôle important dans le transfert thermique parce qu’un bon contact entre les outils et le carton est essentiel ; on l’obtient par l’uniformité de l’épaisseur pendant toute la production. Les outils étant fabriqués pour correspondre à l’épaisseur spécifiée du matériau choisi, il est difficile de changer l’épaisseur du matériau sans changer aussi d’outils.


Outil de formage pour une assiette ronde.


L’opération de pressage. Cliquez pour agrandir.


Type de carton
  Conditions de formage
Carton homogène blanchi (pâte pure cellulose blanchie)   Convient pour tous les types d’opérations de formage, même pour les formes profondes.
Carton intérieur bois (jets centraux en pâte mécanique)   Non adapté aux formes profondes, sinon il y a risque de délaminage.

Quand une épaisseur incorrecte entraîne un transfert de chaleur médiocre, l’opérateur pourra être forcé à augmenter l’un des deux autres paramètres (pression ou temps de maintien). Le résultat du formage risquera cependant d’être sous-optimal en raison de l’épaisseur incorrecte du matériau.

Le formage en pratique

Il est important que les propriétés de résistance et l’humidité restent constantes d’un lot de carton à l’autre, de façon à pouvoir régler les machines selon des schémas connus.

Les transformateurs spécialisés investissent dans des machines rapides et disposent de jeux d’outils permettant de travailler 20 à 40 dimensions différentes.

Les conditions suivantes sont essentielles pour un formage réussi:
• absence de couche ou couche légère à l’extérieur, pour minimiser les craquelures en surface
• conception optimisée des formes pour une stabilité maximale.

Contrôle qualité du formage

Le formage s’évalue subjectivement, en fonction des défauts et craquelures apparentes, etc. (voir ci-dessous).


Sollicitations du carton. Cliquez pour agrandir.

 

Problème
  Cause
Les découpes se déchirent pendant l’opération.   Les découpes de carton sont devenues trop cassantes ou trop sèches suite à des variations hygrométriques.
Les pièces formées gauchissent en séchant pendant le stockage.   Le résultat redeviendra satisfaisant après une nouvelle humidification.
La couche se craquelle et se délamine partiellement pendant l’opération.   Les découpes sont trop humides.
La couche pigmentée utilisée est cassante.

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