Quels types de films une machine verticale FFS peut-elle traiter ?

Films monocouches principaux : variantes de PE et leur compatibilité avec les machines verticales FFS

LDPE, LLDPE et HDPE — température d’initiation du scellage, résistance à la fusion et stabilité de la formation du tube

Le LDPE, le LLDPE et le HDPE représentent les principaux types de films monocouches utilisés dans les machines verticales de formage-remplissage-scellage, chacun offrant des caractéristiques uniques en matière d’étanchéité et de résistance structurelle, ainsi que des propriétés de compatibilité qui interagissent différemment avec les composants de la machine. En commençant par le LDPE, il présente des températures relativement basses d’initiation du scellage (110−120 °C), ce qui permet un scellage rapide de la soudure longitudinale et une consommation énergétique réduite. En outre, le LDPE possède une bonne résistance à la fusion, ce qui limite au maximum le fléchissement et la déformation lors de la formation des tubes, assurant ainsi une forme constante des sachets tout au long des cycles de production. Concernant le LLDPE, il se distingue par une résistance exceptionnelle aux perforations et une excellente flexibilité sous contrainte. Toutefois, son utilisation exige une attention particulière quant au réglage de la tension opérationnelle, car sa résistance à la fusion est inférieure à celle du LDPE. Enfin, le HDPE constitue la meilleure option lorsqu’il s’agit d’assurer une rigidité supérieure au produit et une protection optimale contre toutes les formes d’agressions externes.

L'inconvénient est que le PEHD est un plastique scellable à haute température, nécessitant des températures comprises entre 140 et 160 degrés Celsius, et que la régulation précise de la température est essentielle, car des soudures faibles, qui se rompent trop facilement, constituent un inconvénient lié à un contrôle insuffisant de la température. Afin d'éviter les déformations, les rides et les soudures qui adhèrent de façon trop intermittente pour être utiles, les fabricants doivent s’efforcer d’adapter les caractéristiques spécifiques des matériaux aux limitations de l’équipement (y compris les dimensions et la configuration de la barre de soudure, le temps de contact et les dimensions du collier de formage).

Comprendre la résistance à la traction et la résistance à la perforation lors du premier scellement des ailettes sur les machines verticales FFS.

Lorsqu’il s’agit de sécuriser les machines verticales de remplissage et de scellage, un scellage adéquat ne repose pas uniquement sur la compréhension des caractéristiques fondamentales du film. Ce dont on a besoin, c’est d’un matériau dont la résistance à la traction est supérieure ou égale à 25 MPa afin de résister à la force de formage vertical et d’éviter que le matériau ne se rompe ou ne déchire aux bords lors de la fabrication rapide des tubes. En outre, une résistance aux perforations doit également être assurée. Cela signifie qu’une résistance aux perforations supérieure à 300 newtons est requise pour garantir qu’aucun petit trou de perforation ne se forme lorsque le produit à emballer présente des angles rugueux ou tranchants (par exemple : riz, muesli, nourriture pour animaux). L’allongement contrôlé sous pression constitue également un facteur essentiel. Un arrêt momentané et un bon scellage se produisent lorsque le film s’étire uniquement de 5 % au moment du contact avec la barre de scellage. Cela signifie que le joint sous pression ne se déforme pas, conservant ainsi le bon fonctionnement des canaux de scellage. Il n’est donc guère étonnant que les fabricants ne respectant pas ces normes rencontrent fréquemment des problèmes tels que des soudures faibles, des rides excessives, voire des fuites. Dans les installations de production et d’emballage à grande vitesse, les taux de rejet atteignent jusqu’à 17 % pour des cadences supérieures à 120 sachets/min. C’est pourquoi la réalisation d’essais normalisés sur les films constitue une bonne pratique en milieu de production : ils permettent de réduire au minimum les arrêts de machine et relèvent certainement de l’expertise des professionnels de l’emballage chez IoPP.

Films laminés à haute barrière : utilisation de feuilles d’aluminium, de papier et de cellophane dans les machines verticales FFS

Laminés en feuille d’aluminium – problèmes liés à la conductivité thermique et aux réglages de la barre de scellage des machines verticales FFS

Dans les laminés à haute barrière, les laminés en feuille d’aluminium restent les meilleurs, avec des taux de transmission de l’oxygène (OTR) inférieurs à 0,1 cm³/m²/jour et des taux de transmission de la vapeur d’eau (WVTR) inférieurs à 0,01 g/m²/jour. En raison de ces valeurs, les laminés en feuille d’aluminium sont une nécessité absolue dans la fabrication des sacs à café, des emballages pharmaceutiques et des collations. Toutefois, un inconvénient majeur de la feuille d’aluminium réside dans sa capacité à conduire la chaleur. Il s’agit d’un désavantage sérieux sur les machines verticales de formage-remplissage-scellage (vffs). Les barres de scellage doivent être réglées avec précision afin d’obtenir un bon scellage, car la chaleur s’échappe trop rapidement de la zone de scellage pour permettre la formation d’un joint solide. Des essais industriels ont montré que, dans un environnement scellé, si la température de la barre de scellage n’est pas maintenue à ±30 °C de la valeur cible, si le temps de positionnement de la barre de scellage est insuffisant, ou si celle-ci est appliquée avec une pression insuffisante (c’est-à-dire inférieure à 40 psi), alors 20 % des sachets présenteront un scellage non formé.

Pour améliorer ce processus, les fabricants doivent prendre en compte simultanément trois composants essentiels : le contrôle de la température dans une plage de 140 à 180 degrés Celsius, l’application d’une pression d’au moins 40 psi, et la durée de fermeture de la presse à sceller, comprise entre 0,9 et 1,5 seconde. Les machines modernes de scellage équipées de moteurs servo et d’un contrôle de température en temps réel dans la presse peuvent effectuer des ajustements en continu afin de garantir une intégrité optimale de la liaison tout au long du cycle de production, quelles que soient les variations des paramètres.

Instabilité d’alimentation induite par l’humidité et contrôle de la tension sur les machines verticales FFS destinées aux composites en papier et en cellophane

Lorsqu’il s’agit d’emballages durables compostables ou recyclables, les opérations de conditionnement vertical à remplissage et scellage (vertical form fill seal) rencontrent des difficultés avec les composites en papier et en cellophane. Les machines de conditionnement vertical à remplissage et scellage fonctionnent dans un environnement dont l’humidité relative est inférieure ou égale à 5 %. Si ce seuil est dépassé, le support en papier se dilate ou se contracte suffisamment pour perturber le contrôle de la tension du ruban. Un support présentant une humidité relative inférieure à 5 % entraîne la fermeture des rouleaux de guidage, des dysfonctionnements liés à la tension du ruban, ainsi que des difficultés opérationnelles liées au papier, notamment l’obstruction des capteurs optiques de repérage, une augmentation de la fréquence des ruptures aux raccords et une augmentation de la fréquence des effondrements des tubes pendant leur formation. Les machines de conditionnement vertical à remplissage et scellage fonctionnent de façon optimale dans des installations climatisées où l’humidité relative est maintenue à ± 2 % de l’humidité relative. Des mécanismes de contrôle de la tension intégrant un retour d’information provenant de cellules de charge et des servomoteurs adaptatifs sont également nécessaires. Les rouleaux mentionnés ci-dessus, à faible coefficient de frottement et revêtus de céramique, jouent un rôle essentiel dans la réduction et le contrôle de l’accumulation d’électricité statique. Ils prolongent également l’usure des bords des rouleaux.

En combinant toutes ces corrections, les opérateurs observent généralement une réduction d’environ 18 % des problèmes d’alimentation, selon des essais récents menés auprès de fabricants de céréales et de producteurs de compléments alimentaires (Bulletin technique de l’Association des emballages souples, 2023).

Films spécialisés : BOPP et PET pour la clarté, la rigidité et le scellage thermique contrôlé

Comportement du film BOPP — Stabilité dimensionnelle lors du formage vertical par rapport à l’optimisation de la température d’initiation du scellage

Le polypropylène biorienté, ou BOPP pour faire court, est un film d'emballage en fin de ligne qui est constitué verticalement et qui nécessite une impression claire, ferme et bien définie. Ces caractéristiques sont essentielles pour l'emballage des bonbons, des fruits séchés et des compléments alimentaires. Les films BOPP sont fabriqués selon un procédé spécial qui confère au film une excellente stabilité dimensionnelle. À des températures allant jusqu'à 120 degrés Celsius, le film présente un retrait inférieur à 1,5 %. Ce faible taux de retrait empêche la déformation ou le désalignement des sachets lors de la formation de tubes verticaux. Les films BOPP possèdent également une plage étroite de températures de scellage, comprise entre 130 et 150 degrés Celsius. Au-dessus de cette plage, les films ont tendance à s'enrouler, les soudures peuvent devenir cassantes et un délaminage peut se produire. En dessous de cette plage, les soudures peuvent être trop faibles pour maintenir le film en place. Un consensus général au sein de l'industrie veut que les températures de scellage soient contrôlées avec une grande précision, ce qui devient encore plus pertinent lors d'opérations à haute vitesse.

Les usines d’emballage ont constaté qu’un temps de séjour optimisé compris entre 0,8 et 1,2 seconde, associé à une pression d’au moins 0,3 MPa, permet d’économiser jusqu’à 20 % des matériaux. Les opérateurs intelligents surveillent leur tension de formage et la maintiennent en dessous de 2,5 newtons par millimètre carré afin d’éviter les fissures dues aux contraintes. N’oubliez pas de refroidir après le scellage pour éviter les rides de surface causées par le retrait.

Fonctionnalités additionnelles : fermetures à glissière, valves et couches barrières dans le flux de travail des machines verticales FFS

Intégration des fermetures à glissière et des valves de dégazage — alignement, synchronisation et interférence avec le scellage par recouvrement ou par soudure de fin sur les machines verticales FFS

Les fermetures à glissière refermables et les valves de dégazage unidirectionnelles ajoutent une valeur fonctionnelle à un conditionnement, mais posent de nouveaux défis aux opérations verticales FFS (Form-Fill-Seal). Dans ces cas, des tolérances d’alignement n’excédant pas 0,3 mm peuvent entraîner divers problèmes en aval, tels que le blocage du tube, des scellés finaux déformés ou des sachets présentant des scellés faibles. Heureusement, de nouvelles technologies ont vu le jour : des capteurs optiques et des moteurs servo permettent désormais de contrôler le positionnement de ces composants avec une précision extrême. Le positionnement des fermetures à glissière et des valves peut être synchronisé à quelques tirages de film près au cours d’un cycle FFS. Il convient également de prendre en compte les valves de dégazage : celles-ci doivent être activées bien avant la station de scellage par recouvrement. Si l’activation des valves de dégazage est retardée, cela peut compromettre la durée de conservation du café torréfié et des collations fermentées.

Un autre défi lié aux fermetures à glissière réside dans leur conception avec des profils irréguliers. Ces profils irréguliers provoquent la formation de petites poches d’air sous les joints à ailettes, ce qui peut réduire leur résistance à l’éclatement de jusqu’à cinquante pour cent dans les cas extrêmes. Toutefois, des concepteurs ingénieux ont contourné ce problème. Bon nombre des meilleurs systèmes intègrent des canaux latéraux uniques qui maintiennent les fermetures à glissière à l’écart des zones principales d’étanchéité, ainsi que des dispositifs de réglage automatique de la tension qui s’adaptent en réponse à l’augmentation du poids et des frottements. Lorsque tous ces éléments fonctionnent ensemble, le système permet d’obtenir un joint plus étanche et pleinement fonctionnel pour une utilisation quotidienne, avec en outre la réduction des déchets d’emballage d’environ quinze pour cent.

FAQ

Quels sont les principaux types de films utilisés dans les machines verticales de formage-remplissage-scellage ?

Les principaux types de films utilisés sont le PEBD, le PEBDL et le PEHD, qui présentent tous des résistances différentes en matière d’étanchéité et de structure, ainsi qu’une compatibilité variable avec la machine.

Pourquoi le PEBD est-il privilégié pour un scellage plus rapide ?

Le PE-BD est privilégié car il présente des températures relativement basses d’initiation du scellage (110 à 120 degrés Celsius), ce qui accélère le processus de scellage par soudure à fin et contribue à la conservation de l’énergie.

Quelle est la résistance à la traction minimale requise pour un scellage fiable par soudure à fin ?

Les films doivent présenter une résistance à la traction minimale de 25 MPa afin de suivre correctement la forme verticale sans se déchirer, et nécessitent une résistance à la perforation supérieure à 300 newtons pour éviter la formation de trous lors du remplissage du produit.

Quels problèmes les laminés en feuille d’aluminium peuvent-ils poser sur les machines verticales FFS ?

Les laminés en feuille d’aluminium conducteurs évacuent la chaleur de la zone de scellage, ce qui crée des problèmes de scellage, sauf si la température et la pression de scellage sont contrôlées avec précision.