L’un des éléments d’emballage qui passent généralement inaperçus, sauf lorsqu’ils ne fonctionnent pas correctement, est le film d’emballage. Une fuite ou une défaillance de scellage survient typiquement lorsque le film, le contenant et les conditions de scellage ne sont pas compatibles. Que vous soyez fabricant ou utilisateur final d’emballages alimentaires, comprendre comment se développe la résistance du scellage et savoir choisir le film d’emballage adapté au produit fait la différence entre un bon emballage et un litige coûteux.
Ce qui se produit réellement pendant le scellage thermique
Le scellage thermique n’est pas simplement une fusion de deux surfaces. Il s’agit d’un processus contrôlé au cours duquel la couche scellante du film est chauffée à une température supérieure à son point de ramollissement, mais inférieure à sa température de fusion ou de dégradation, mise en contact sous pression avec une surface appropriée, puis refroidie sous pression. Le résultat est un enchevêtrement moléculaire à l’interface.
Les trois paramètres qui régissent ce procédé sont la température, la pression et le temps de maintien. Ces trois paramètres interagissent entre eux. Parfois, une température plus basse peut être compensée par une augmentation du temps de maintien, mais uniquement dans une certaine mesure. Si le scellant est sous-chauffé, les chaînes polymères ne s’interdiffuseront pas, et le joint sera faible ou ne se décollera pas correctement. Une chaleur excessive, en revanche, peut provoquer un écoulement excessif du scellant, l’amincissement du scellant au niveau du bord du joint, la dégradation du scellant, des joints fragiles et des fuites.
La couche de scellant elle-même est généralement constituée d’un polymère à point de fusion plus bas (par exemple le polyéthylène, l’acétate de vinyle-éthylène ou un ionomère), coextrudé ou laminé sur une couche structurelle qui assure la résistance, la rigidité et les propriétés barrières. Cette couche structurelle ne scelle pas ; elle soutient le scellant. Il est déconseillé de les confondre, car cela ne fonctionnerait pas correctement.
La résistance du joint n’est pas une seule valeur
La résistance de la soudure est souvent indiquée sous forme de valeur moyenne, en grammes par 25 mm ou en newtons par 15 mm, mais les différentes applications exigent des modes de rupture distincts. Un plat préparé doit comporter un couvercle déchirable qui se détache facilement sans délaminage ni déchirure. Une poche destinée au transport de liquides doit résister à une pression d’éclatement. Un bac pour produits frais nécessite une soudure qui reste en place lors de l’empilement, tout en s’ouvrant sans arracher les fibres.
En pratique, trois mesures sont utilisées. Premièrement, la résistance à l’arrachement correspond à la force nécessaire pour séparer la soudure selon un angle donné. Deuxièmement, la résistance à l’éclatement désigne la pression interne que la soudure peut supporter. Troisièmement, la résistance à chaud (hot tack) — c’est-à-dire la résistance de la soudure à l’état chaud — revêt une importance particulière dans les opérations de conditionnement vertical type form-fill-seal, où la soudure est sollicitée avant son refroidissement. La résistance à chaud peut poser problème sur une ligne d’emballage à grande vitesse, même si le film présente une excellente résistance finale à l’arrachement.
Adaptation du film au substrat du contenant
La plupart des défaillances d’étanchéité découlent de considérations de compatibilité. Un agent d’étanchéité efficace pour les plateaux en polyéthylène ne fonctionnerait pas sur les plateaux en polyéthylène téréphtalate, en polypropylène ou en carton ondulé. La règle est simple : un matériau s’étanche à lui-même, ou l’agent d’étanchéité doit être spécialement conçu pour adhérer au substrat.
En général, une couche d’agent d’étanchéité en polyéthylène assure une étanchéité uniforme et fiable pour les plateaux en polyéthylène. Un agent d’étanchéité dont la température de fusion est inférieure à celle du contenant est requis afin d’éviter la déformation des contenants en polypropylène. Les agents d’étanchéité à base d’ionomère sont fréquemment utilisés pour les plateaux en PET et en PET amorphe, grâce à leur bonne capacité d’adhésion et de délamination. Le carton ondulé et les fibres moulées sont plus difficiles à étanchéifier. Le film doit adhérer à une surface poreuse et fibreuse, et le revêtement ou la dispersion appliquée sur le carton est déterminant pour la formation d’une étanchéité.
D’autres facteurs de compatibilité incluent la contamination. La présence de graisse, d’humidité, de miettes ou de poudre dans la zone d’étanchéité affaiblit le scellage. Les films dotés de couches scellantes plus épaisses et d’un indice de fluidité à la fusion plus élevé tolèrent une certaine contamination ; toutefois, aucun film scellé ne garantit une étanchéité fiable à travers une couche d’huile. C’est pourquoi les applications en restauration comportent fréquemment une étape d’essuyage ou de purge avant le scellage.
Épaisseur, structure et exigences de barrière
L’autre facteur important est la structure du film, qui influe sur la résistance du scellage. Une couche scellante fine permet un scellage rapide, mais peut être expulsée sous haute pression. Une couche scellante plus épaisse fournit une plus grande quantité de matériau pouvant se diffuser avec les autres matériaux et offre une meilleure tolérance à la contamination, mais nécessite davantage de chaleur pour s’activer. Les films coextrudés, composés d’une couche scellante dédiée, d’une couche d’adhésion et d’une couche barrière, offrent le meilleur contrôle, mais requièrent des plages de scellage étroites.
La situation est compliquée par les exigences relatives aux barrières. Lorsqu’un film doit exclure l’oxygène ou l’humidité, la couche barrière est généralement séparée de la couche scellante afin qu’elle ne soit pas endommagée pendant le scellement. Les films comportant une feuille d’aluminium ou des couches métallisées peuvent être bien scellés, mais la soudure doit être suffisamment résistante pour empêcher la délamination entre la couche barrière et la couche scellante. Sur ces structures, les soudures ne constituent pas toujours le point de défaillance ; ce dernier se situe généralement au niveau de la liaison entre les couches.
Essais et dépannage en pratique
Un programme pratique de mesure de la résistance de soudure commence par sceller une série d’échantillons à diverses températures, à pression et temps de maintien constants, puis par mesurer la résistance à l’arrachement. La courbe obtenue monte généralement vers un palier, puis redescend. La plage de fonctionnement cible ne correspond pas nécessairement au point le plus élevé du palier, mais plutôt à son centre, car cela permet de tolérer les variations normales.
Si le scellage ne fonctionne pas, cela vous donne un indice sur l’endroit où il a échoué. Une faible résistance accompagnée d’un décollement propre indique un sous-chauffage ou une zone de scellage sale. Si un scellage se rompt en arrachant le substrat, cela signifie qu’il est trop serré ou qu’un agent d’étanchéité incompatible est utilisé. Un scellage qui se sépare entre les couches du film révèle un défaut de coextrusion ou d’adhésif. Un scellage qui fuit à basse température peut résulter d’une pression insuffisante ou d’un temps de refroidissement très court.
Xiamen Xiefa Packing Co., Ltd. collabore avec des clients des secteurs de la vente au détail, de la restauration, de l’industrie et de l’hôtellerie afin de personnaliser des films thermoscellables pour divers types de barquettes, gobelets, sacs et récipients. L’entreprise détient plus de 50 brevets de conception de produits, possède un atelier interne de fabrication de moules et plus de 2 000 références (SKUs) propres, ce qui lui permet de soutenir le développement d’impressions personnalisées, de structures, de matériaux et d’accessoires, ainsi que la conception et même la fourniture d’échantillons gratuits à des fins d’évaluation. La résistance du scellage est une propriété systémique : les meilleurs résultats sont obtenus en testant conjointement le film et le récipient sur la ligne de production.
Conclusion
Le film de scellage thermique n’est pas un produit que l’on choisit uniquement en fonction de son prix. La résistance du scellage résulte de la combinaison de la température, de la pression, du temps d’application, de la composition chimique du scellant, du substrat et des contaminations. Lorsque l’on comprend les facteurs en jeu, les acheteurs et utilisateurs d’emballages peuvent sélectionner des films qui se scellent de façon fiable, s’ouvrent de façon fiable et assurent une barrière efficace tout au long de la chaîne de distribution. La meilleure approche consiste à considérer le film et le contenant comme un seul et même système d’emballage, à utiliser des mesures réelles pour déterminer la fenêtre de scellage et à analyser le mode de défaillance lorsque des problèmes surviennent.