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EnglishRÉSUMÉ
L'objectif permanent de réduction de poids conduit naturellement à fabriquer un emballage thermoformé à partir d'une feuille extrudée en polymère allégé, dont la structure, constituée de bulles microscopiques incrustées dans la matrice de polymère, permet de conserver un niveau de propriétés mécaniques suffisant. Sont décrits dans l'article les principes classiques d'un processus d'expansion (nucléation, gonflement, stabilisation), ainsi que les deux technologies (voie chimique et voie physique) qui permettent d'obtenir une feuille en polymère allégé. Les points communs et les différences qui caractérisent ces deux technologies sont abordés, et les modifications à apporter sur une ligne d'extrusion monovis classique, pour qu'elle puisse supporter leur mise en oeuvre, sont listées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Rudi SALMANG : Spécialiste principal de recherche et développement - Laboratoires DOW Benelux,Terneuzen, Pays-Bas
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Francis PINSOLLE : Ingénieur ENSEM (Nancy) - Master of sciences (University of Philadelphia, USA) - Institut d'administration des entreprises IAE (Aix en Provence)
INTRODUCTION
La technologie d'expansion des polymères a donné naissance à toute une gamme de produits que l'on désigne sous le vocable de mousses de polymères.
Selon leur densité relative (rapport entre la masse volumique de la mousse et celle du polymère utilisé), on distingue :
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les mousses « basse densité » BD dont la densité relative est inférieure à 0,20 ;
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les mousses « haute densité » HD, dont la densité relative est supérieure à 0,70 ;
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et, entre ces deux limites, les mousses « moyenne densité » (MD).
Les mousses BD et MD sont présentes sur le marché depuis plusieurs décennies. Mais ce sont les mousses BD qui sont largement les plus répandues : elles constituent un produit pas cher et facile de manipulation, ayant en prime la particularité d'être ultraléger et antichoc tout en conservant une bonne rigidité.
Les mousses HD sont plus récentes. On parle de polymères allégés, par opposition aux polymères expansés pour les mousses BD et MD.
C'est à partir du milieu des années 2000 que les polymères allégés connaissent un rapide développement. Pièces injectées pour l'automobile, emballages thermoformés, toutes ces applications industrielles sont en croissance, l'allégement étant source de gain de poids tout en permettant de conserver à ces pièces des qualités mécaniques suffisantes.
Cet article est consacré à la feuille expansée destinée au thermoformage pour l'industrie de l'emballage, application dont le polystyrène est le polymère de référence. C'est pourquoi les principes et mécanismes généraux sont abordés pour ce polymère, mais ces principes ne sont pas réservés au polystyrène et s'appliquent aussi à la plupart des autres matières plastiques qui sont utilisées dans l'industrie pour fabriquer des mousses.
Les produits allégés sont présentés en décrivant les similitudes et les différences avec les mousses. Cette analyse comparative est déclinée dans chaque paragraphe de cet article.
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5. Conclusion
Les produits allégés s'imposent dans le domaine des emballages jetables alimentaires. Trois facteurs se combinent pour jouer un rôle moteur dans cette tendance :
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un facteur environnemental ;
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un facteur économique ;
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une facilité d'accès à la technologie.
Dans le contexte environnemental d'aujourd'hui, la pression est de plus en plus forte pour que les industriels réduisent leur empreinte carbone. Les analyses de cycle de vie fournissent désormais un outil performant pour évaluer le bilan carbone global d'un produit, tout au long de sa vie (transport de matière première, fabrication, transport, stockage, consommation, traitement en décharge, incinération). Le gain de masse, associé à la forme du pot, est un des facteurs clés dont on peut mesurer l'impact sur la performance carbonée.
À productivité inchangée – la productivité se mesurant désormais en mètre linéaire (ml) ou m² par heure – le coût unitaire d'un pot diminue, moins toutefois qu'à proportion de la diminution de masse, puisque les additifs nucléants et chimiques contribuent à un renchérissement du coût matière. Il faut encore noter que si la technologie « allégée » ne convient pas aux applications d'emballage qui requièrent une parfaite transparence, puisqu'on opacifie une structure lorsqu'on y introduit des bulles, en contrepartie, pour toutes les autres applications, elle permet, en contribuant à l'opacification, une économie supplémentaire substantielle de consommation de mélange maître.
Comme on l'a vu précédemment, un polymère allégé s'extrude quasiment à l'identique sur une ligne standard de feuille (PS, PP), les aller-retours de production entre polymère compact et polymère allégé s'effectuant sans problème ni perte de temps :
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l'orifice de dégazage doit être bouché – ce dont nul opérateur ne se plaindra –, cette opération s'effectuant en temps masqué lors d'un changement de fabrication ;
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il est préférable d'utiliser une nouvelle vis, spécifiquement adaptée et qui, en particulier, incorpore les éléments mélangeurs indispensables. Mais, là encore, aucun responsable ne devrait avoir à le déplorer, car une telle vis est capable d'une performance au moins équivalente lorsqu'elle opère en mode polymère non allégé ;
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZHANG (H.) - Scale-Up of Extrusion Foaming Process for Manufacture of Polystyrene Foams Using Carbon Dioxide. - Graduate Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto http://tspace.library.utoronto.ca
-
(2) - JULIEN (J.M.) - Développement de polymères et composites alvéolaires biosourcés à base de PLA (Poly Acide Lactique) - . Thèse de Doctorat 40548, Université de Lille 1, Sciences et Techniques. Jean Mario Julien http://hal.archives-ouvertes.fr
-
(3) - MEGALLY (A.), SALMANG (R.) - Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent - . The Dow Chemical Company, Terneuzen, the Nederlands http://archivos.labcontrol.cl
-
(4) - WELSH (G.C.), and. al. - Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent. - U.S. Patent 6, 544, 450, April 8, 2003.
-
(5) - FOGARTY (J.), FOGARTY (D.), RAUWENDAAL (Ch.) - Improved foam extrusion output rates through the use of unique flight channel geometry - http://www.turboscrews.com
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Welsh, G.C., and. al., U.S. Patent 6, 544, 450, April 8, 2003 / Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent. Brevet Dow (original).
CO2RE Foaming Technology. Brevet Styron
HAUT DE PAGE
Rauwendaal http://www.rauwendaal.com
Turbo-Screws http://www.turboscrews.com
Styron http://www.styron.com
Mucell http://www.mucellextrusion.com
Laboratoires DOW Benelux http://www.dow.com/benelux
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