L'évolution du thermoscellage

7 mars 2023 Par Contenu sponsorisé

Par Charles H. Trillich / Co-fondateur Packworld USA

La technologie de thermoscellage a évolué au fil des décennies pour réduire les coûts et augmenter les bénéfices grâce au thermoscellage de précision. Cet article réfléchit à ces avancées et à la manière d'obtenir des joints parfaits à chaque fois.

Au cours des dernières années, les méthodes et les moyens de couper et/ou de sceller les films plastiques et d'assembler des composants en plastique sont passés d'un art à une science grâce au développement et à l'introduction de contrôles de processus qui garantissent pratiquement une liaison parfaite à chaque fois. Le développement de cette capacité a été motivé par la demande de matériaux d'emballage en plastique dans des applications critiques, en particulier dans les sciences de la vie, où la validation est requise et l'échec n'est pas acceptable.

L'art du thermoscellage des matières plastiques a commencé plus ou moins en même temps que le développement des matières thermoplastiques elles-mêmes. Initialement, le scellage des matériaux était réalisé par des moyens manuels avec de simples baguettes chaudes ou des barres de scellage. Lors du scellement manuel, le moment et la qualité du scellement étaient incohérents et dépendaient de la compétence de l'opérateur. De plus, les joints étaient encore chauds lorsque les moyens d'étanchéité ont été retirés. Étant donné que les thermoscellages sur les matériaux plastiques ne sont pas fermement collés tant que le joint n'est pas refroidi, l'intégrité du joint dépendait de la «collage à chaud», la capacité des couches de film à adhérer les unes aux autres alors qu'elles étaient encore chaudes du processus de scellage. Les films plastiques ont été modifiés pour augmenter leurs qualités "hot-tack". Cela augmentait le coût du film mais n'améliorait pas nécessairement la résistance finale du scellage. En attendant, il était extrêmement important de manipuler le film chaud avec beaucoup de soin pour éviter d'endommager l'intégrité ou l'apparence du joint. Avant l'introduction des machines de scellage par impulsion, le scellage était réalisé par des machines équipées de "barres chauffantes" ou de "platines chauffantes". Les barres chauffantes et les plateaux sont toujours utilisés pour les applications où le contrôle du refroidissement n'est pas aussi critique pour une application spécifique. Les machines de scellage en plastique avec "barres chaudes" utilisent des barres de scellage qui sont constamment chauffées avec des cartouches chauffantes qui sont positionnées dans la barre aussi soigneusement que possible pour fournir un chauffage uniforme à la surface de scellage des barres. Les barres et plateaux constamment chauffés sont utiles dans les applications où la vitesse de la machine et la nature des matériaux à sceller offrent une large fenêtre d'opportunité thermique. Certains matériaux de film plastique ont une large plage de température de capacité de scellement et se scelleront avec succès malgré une grande variation des températures de scellage. Cependant, de nombreux films n'offrent pas une large tolérance dans la plage de température de scellage. La plupart des opérations qui scellent ou assemblent des matières plastiques ne peuvent pas se permettre le risque et les coûts associés de créer des produits défectueux causés par un manque de contrôle du temps et de la température. Cela est particulièrement vrai dans les emballages pour la santé, l'alimentation et les matériaux précieux ou nocifs. Au milieu des années 1940, "Impulse Heat Sealing" a été introduit sur le marché. Il s'agissait d'une contribution importante à l'art du thermoscellage car cela offrait l'opportunité de fournir une impulsion de puissance momentanée à travers un élément chauffant relativement mince qui était pressé contre deux ou plusieurs couches de film plastique. L'énergie fournie à la bande produisait suffisamment de chaleur pour joindre les matériaux et les mâchoires pouvaient rester fermées assez longtemps pour que la bande de scellement refroidisse et crée un joint acceptable. La technique de scellement par impulsion s'est progressivement imposée et a gagné une part importante du marché, en particulier pour le scellement du polyéthylène et des produits similaires. Les premières machines de thermoscellage à impulsion ne pouvaient être contrôlées qu'en réglant la tension appliquée à la bande de thermoscellage et en définissant la synchronisation du cycle de scellage. Sur les machines à commande manuelle, la durée de chaque cycle était déterminée d'un cycle à l'autre par l'habileté de l'opérateur car la température de la bande de scellage et des barres devenait progressivement plus chaude à chaque cycle. Lorsqu'une quantité égale d'énergie est ajoutée à l'élément de scellage à chaque cycle supplémentaire, la température de scellage augmente progressivement et devient finalement trop chaude. Par conséquent, il doit être fréquemment ajusté pour éviter la surchauffe

Dans les années 1970, TOSS GmbH, en Allemagne, a reconnu le besoin d'un système de contrôle de température à réponse élevée. Le système devrait surveiller en permanence la température de la bande de thermoscellage, augmenter sa température à un point de consigne prédéterminé en millisecondes et la maintenir à un point de consigne précis pendant un temps de scellement prédéterminé pour permettre au joint de se lier et de refroidir. Le nouveau système nécessitait également un alliage unique qui remplacerait les anciennes bandes de thermoscellage en nichrome. TOSS Alloy-20, ® a ensuite été introduit. Ce nouvel alliage était capable de modifier de manière prévisible et mesurable sa résistance électrique en fonction de sa température. Un contrôleur à réponse ultra-élevée pourrait alors être utilisé pour surveiller la température réelle de la bande de thermoscellage en surveillant le changement de sa résistance.

Au fur et à mesure que l'application de la technologie TOSS se développait, de plus en plus de constructeurs de machines d'emballage personnalisées ont adapté le système TOSS pour assurer les performances de leurs machines. La valeur d'une précision accrue est devenue évidente. Cela a créé une demande pour une gamme standard de machines de thermoscellage utilisant exclusivement la technologie TOSS. En 1995, PackworldUSA a été fondée en réponse à cette demande. PackworldUSA est entré sur le marché pour produire des machines de thermoscellage avec la philosophie que la précision, la qualité et la durabilité sont les plus hautes priorités. Cette philosophie a fait ses preuves. La valeur des machines PackworldUSA a d'abord été reconnue par les entreprises des soins de santé et des sciences de la vie, où la perfection et la validation des processus sont essentielles. D'autres industries ont rapidement reconnu que les machines de thermoscellage de précision durables gagnent rapidement leur vie en réalisant des joints parfaits à chaque fois.

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