Emballage sous blister : Guide technique complet sur les matériaux et la qualité

Emballage sous blister en confiserie : Une plongée technique dans les matériaux, les processus et le contrôle de la qualité

Introduction

Les blisters sont omniprésents dans les biens de consommation, les produits pharmaceutiques et les produits alimentaires de grande valeur, en particulier les bonbons et les confiseries qui nécessitent un emballage transparent ou protecteur. Dans les lignes de confiserie, l'emballage sous blister est souvent utilisé pour des unités scellées individuellement (chocolats, gommes, comprimés, menthes) ou des multipacks complexes (assortiments saisonniers, par exemple). L'ingénierie qui sous-tend l'emballage sous blister est beaucoup plus complexe qu'il n'y paraît : elle exige une maîtrise des matériaux, de la physique des procédés et de l'assurance qualité.

Cet article fournit une analyse de niveau expert, orientée vers l'ingénierie :

1. Mécanismes fondamentaux de la formation des cloques

2. La science des matériaux derrière les films de formage et les substrats d'operculage

3. Procédés de fabrication (thermoformage ou formage à froid)

4. Contrôle de qualité rigoureux et résolution des problèmes liés aux défauts

5. Tendances émergentes et innovations en matière d'emballage sous blister

Voyons ce qu'il en est.

Mécanique fondamentale de la formation des cloques

Pour concevoir, optimiser et dépanner les opérations de blistérisation, il faut aller au-delà de la vision “remplir et sceller” et comprendre la physique de la déformation des matériaux, la dynamique de la pression et la distribution des déformations.

Déformation plastique et adoucissement thermique

Une cavité de blister est créée en transformant de manière permanente un film plat en un film tridimensionnel. Cela nécessite une déformation plastique (non réversible).

• En thermoformage, Le film polymère est chauffé (souvent à une température proche ou juste supérieure à la température de transition du verre), TgT_gTg​), ce qui diminue sa limite d'élasticité et permet aux chaînes moléculaires de se déplacer plus librement. Le film devient souple et peut être introduit dans la cavité d'un moule sous pression ou sous vide.

• Si le film est trop chauffé (au-delà de son point de fusion ou s'il se ramollit trop), il perdra son intégrité mécanique, s'affaissera ou s'étirera indûment (amincissement).

• En formage à froid (utilisé pour les stratifiés aluminium/feuille), aucun chauffage n'est utilisé. Au lieu de cela, un tampon ou un bouchon mécanique étire le matériau en exploitant la ductilité du noyau de la feuille (par exemple, l'aluminium). La déformation plastique se produit par traction et étirement mécanique plutôt que par ramollissement thermique.
  

Différentiel de pression et assistance au bouchage

La force motrice de la formation d'une cavité est une différence de pression :

• Un vide est appliqué sous le film (par des orifices ou des trous de moulage) pour évacuer l'air.

• Pendant ce temps, la pression de l'air ambiant (ou comprimé) au-dessus du film le pousse vers le bas dans le moule.

• Dans de nombreuses cavités profondes ou complexes, un aide à la prise est utilisé : un bouchon mécanique ou chauffé touche le film et le pousse ou le pré-étire dans la cavité avant de le tirer sous vide. Cela permet de mieux répartir les contraintes et de réduire l'amincissement local (en particulier dans les coins ou au fond des poches).

Éclaircissement des angles est un défaut très courant dans les blisters à emboutissage profond. Comme le film s'étire davantage à proximité des coins ou des arêtes vives, l'épaisseur diminue à cet endroit et peut devenir faible, voire se fissurer. Une bonne conception de l'aide au bouchage, la géométrie du moule (angles de dépouille, rayons de congés) et le contrôle de la vitesse de formage sont essentiels pour atténuer ce problème.

Science des matériaux des films de formation et des supports d'operculage

Le choix des matériaux est sans doute la décision la plus importante dans le domaine de l'emballage sous blister. Le formage et l'operculage les matériaux doivent équilibrer la performance de la barrière, Les caractéristiques de ces produits sont les suivantes : la résistance à l'usure, le comportement mécanique, l'étanchéité, le coût et la facilité de fabrication, en particulier dans le cadre des contraintes d'une ligne de fabrication de bonbons à grande vitesse.

Principales propriétés des matériaux

Lors de l'évaluation des matériaux, il s'agit des paramètres de performance les plus essentiels :

• Taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR): La quantité d'humidité qui traverse le film (g/m²/jour). Indispensable pour protéger les bonbons sensibles à l'humidité (poudres hygroscopiques, cristaux de sucre, etc.).

• Taux de transmission de l'oxygène (OTR): Le taux de pénétration de l'oxygène. Ce paramètre est essentiel pour éviter l'oxydation des arômes, des graisses ou d'autres ingrédients sensibles à l'oxygène.

• Transmission de la lumière / Protection UV: De nombreux bonbons, enrobages ou ingrédients sont sensibles à la lumière (chocolats, colorants). Des matériaux transparents, filtrant les UV ou opaques peuvent être choisis en conséquence.

• Formabilité / Étirabilité: Le film doit résister aux contraintes du formage sans se déchirer, se fissurer, s'amincir trop fortement ou provoquer des contraintes résiduelles.

• Clarté et qualité optique: Pour l'attrait du consommateur et l'inspection, la clarté ou la brillance peuvent être importantes.

• Aptitude au scellage / Compatibilité avec le scellage à chaud: Le film de formage doit adhérer de manière fiable au substrat d'operculage choisi dans des conditions thermiques ou de pression appropriées à votre ligne (et souvent en préservant la pelabilité lorsque cela est nécessaire pour la commodité du consommateur).

• Stabilité des coûts et de l'offre: Le coût des matériaux doit être équilibré avec la performance, et la fiabilité de la chaîne d'approvisionnement est importante pour les emballages de confiserie à grand volume.

Options courantes de film de formage (avec les compromis)

Vous trouverez ci-dessous une comparaison des films de formation de blisters les plus fréquemment utilisés (en ce qui concerne les emballages de bonbons et de produits alimentaires).

Remarque : dans de nombreuses opérations industrielles, des films composites sont utilisés (par exemple, plusieurs couches/enduits) pour équilibrer la barrière, le coût et le comportement de formage.

Matériaux d'operculage / de scellage

Le substrat d'operculage scelle et protège la cavité remplie. Les options les plus courantes sont les suivantes :

• Papier d'aluminium (dur): Rigide, traversant (par exemple pour les comprimés / les bonbons solides).

• Papier d'aluminium (souple): Modèles de scellement plus ductiles et pelables (pour la commodité de l'utilisateur)

• Enduction thermoscellée (HSC): Une laque ou un revêtement polymère sur la feuille (ou parfois sur l'opercule polymère) qui réagit (fond ou se lie) sous l'effet de la chaleur ou de la pression au film de formage. La compatibilité de l'HSC avec le film de formage est essentielle.

• Papier / carton Stratifiés: Moins coûteux, il est parfois utilisé lorsqu'une barrière absolue n'est pas nécessaire. Ils sont enduits pour l'étanchéité et peuvent comporter des couches de protection contre l'humidité et l'oxygène.

• Films plastiques (par exemple PP orienté, PET) comme couvercles: Dans les blisters destinés aux consommateurs ou aux produits alimentaires (non pharmaceutiques), des films d'operculage en plastique transparent ou imprimé peuvent être utilisés à la place du film, à condition que les conditions de barrière soient acceptables.

L'interface de scellage - entre le film et l'interface HSC/feuille - doit être robuste (pas de fuites) mais peut nécessiter d'être pelable (si le consommateur doit retirer le contenu). La conception du modèle de scellage (laminage complet, rails de scellage partiels, évents de vapeur) doit correspondre au produit et au cas d'utilisation.

Procédés de fabrication : Thermoformage et formage à froid

La fabrication de blisters est divisée en deux catégories de procédés : thermoformage (à base de film polymère) et formage à froid (estampage de feuilles et de laminés). Chacune possède ses propres machines, son propre outillage, ses propres contraintes opérationnelles et ses propres applications idéales, particulièrement adaptées à la production de bonbons où le débit, l'intégrité de l'emballage et le coût sont des facteurs critiques.

Procédé de thermoformage (films à base de polymères)

C'est la méthode dominante pour de nombreux emballages sous blister utilisés pour les bonbons, les produits nutraceutiques ou les aliments. Les étapes comprennent généralement

1. Déroulement et manipulation des bobines
   Le film de formage est déroulé d'une bobine sous tension et acheminé vers la station de chauffage.

2. Chauffage / Conditionnement
   Le film passe par des chauffages radiants, des infrarouges, des plaques chauffantes ou des chauffages de contact. L'objectif est d'amener le film à une température de formage cible, c'est-à-dire suffisamment souple pour s'étirer, mais pas trop chaude pour ne pas perdre sa structure.

3. Station de formage / de moulage
   Le film est conduit dans une station de formage où le vide (et parfois une pression d'air positive) l'attire dans une cavité de moule refroidie. Un dispositif d'aide au bouchage peut faciliter le pré-étirage.

4. Remplissage / Chargement de produits
   Immédiatement après la mise en forme, les cavités sont remplies avec le bonbons ou produits. Cela doit se produire de manière fiable avant que le film ne refroidisse trop ou ne rétrécisse.

5. Operculage / Scellage
   Le matériau de l'opercule (feuille ou film) est aligné, souvent préchauffé ou conditionné, puis pressé à chaud ou sous pression pour activer le revêtement thermoscellé et former le joint hermétique.

6. Perforation / Coupe de bande
   Après le scellage, la bande peut être perforée (pour faciliter la déchirure) et découpée en cartes blister individuelles ou en multipacks.

7. Inspection / Rejet Ejection
   Les tests de vision ou d'intégrité contrôlent les scellés, l'apparence ou l'impression des codes. Les paquets défectueux sont éjectés ou détournés.

Principales différences entre les machines :

• Etanchéité rotative (sur la base d'un cylindre): Fonctionnement à grande vitesse par scellage à l'aide d'une filière à tambour rotatif, idéal pour les lignes de confiserie à haut débit.

• Scellage à plat (presse à platine): Plus lent mais offrant une pression plus uniforme et un temps de séjour plus long - favorable pour les zones de scellement délicates ou épaisses, ou pour les scellements exigeant une bonne intégrité.

Formage à froid / Blisters à base de feuilles d'aluminium

Le formage à froid est utilisé lorsqu'une barrière maximale est requise (par exemple, pour les produits extrêmement sensibles à l'humidité). Le procédé :

1. Déroulement d'une feuille de laminé
   La feuille ou le laminé (par exemple OPA/Alu/PVC) est alimenté sans être chauffé.

2. Mécanisme d'emboutissage / de formage
   Une presse ou un bouchon mécanique force la feuille dans les cavités du moule. L'étirement se produit dans le noyau de la feuille (souvent de l'aluminium). Les couches extérieures de polymère subissent une déformation plastique.

3. Remplissage / Chargement de produits
   Comme pour le thermoformage, les cavités sont ensuite chargées avec le bonbons ou produits.

4. Scellement
   Un matériau d'operculage (souvent une feuille ou un film) est aligné et scellé à chaud. La cavité formée étant quelque peu rigide, le scellage exige un alignement et une pression de scellage précis.

5. Coupe / Ejection
   Le paquet est découpé ou coupé en unités individuelles.

Le formage à froid permet d'obtenir une vésicule dont l'aspect est essentiellement barrière absolue à l'humidité, à l'oxygène et à la lumière. Cependant, les coûts d'outillage, les exigences en matière de force mécanique et les limites de la géométrie de la cavité (moins de possibilités pour les angles aigus ou les détails fins) restreignent son utilisation.

Thermoformage ou formage à froid : Compromis

Contrôle de la qualité et résolution des problèmes liés aux défauts

Sur les lignes de fabrication de bonbons sous blister à grande vitesse, il est essentiel d'obtenir une qualité constante. Les défauts ont un impact sur l'expérience du consommateur, la conformité réglementaire, la durée de conservation et la réputation de la marque. Vous trouverez ci-dessous un guide pratique, axé sur la production, pour la détection et la résolution des défauts.

Mesures essentielles d'assurance de la qualité

1. Inspection visuelle / par caméra
   Utiliser des systèmes de vision montés en ligne pour vérifier le bon remplissage, l'intégrité de la cavité, l'aspect du joint (bourrelet uniforme, absence de vides), l'étiquetage ou l'impression correcte, le désalignement, la délamination ou les défauts esthétiques.

2. Test d'intégrité des joints

   • Décroissance du vide / Décroissance de la pression: Placer l'emballage scellé dans une chambre sous vide et surveiller la perte de pression (indiquant des fuites).

   • Pénétration des colorants (par exemple, ASTM F1929): Immerger les emballages sous vide dans un colorant coloré, puis vérifier que le colorant ne pénètre pas dans l'emballage pour indiquer la présence de microfuites.

   • Essai d'air moulé ou d'éclatement: Injecter de l'air et mesurer la réponse à la pression pour détecter les joints faibles.

3. Échantillonnage / Essais destructifs
   Essais destructifs périodiques (par exemple, essais de pelage, résistance à la traction du joint, coupe transversale de l'épaisseur du film) pour valider les marges de performance.

4. Surveillance des processus et SPC
   Surveillez en permanence les paramètres du processus (zones de température, niveaux de vide, pression de scellage, vitesse de la machine) et suivez-les statistiquement pour détecter rapidement les dérives ou les écarts.

Défauts courants, causes profondes et mesures correctives

Vous trouverez ci-dessous une matrice de dépannage pratique adaptée aux lignes de blisters dans le contexte de la confiserie :

Dans la pratique, de nombreux défauts ne sont pas dus à une cause unique, mais à la combinaison de températures de formage marginales, d'une géométrie d'outil imparfaite, d'une variation du matériau ou d'un équipement dégradé. Une approche méthodique - recueillir les données relatives aux défauts, isoler les paramètres corrélés (température, vide, vitesse), puis procéder à des itérations - est essentielle.

Tendances futures et innovations dans l'emballage sous blister

Le secteur de l'emballage sous blister évolue sous la pression de la durabilité, de la commodité pour le consommateur et de la fonctionnalité “intelligente”. Voici quelques-unes des innovations susceptibles de façonner l'avenir de l'emballage des bonbons et des confiseries.

Durabilité et innovation en matière de matériaux

• Systèmes PET monomatériaux: Ingénierie du PET ou des systèmes à base de PET (à la fois pour le formage et l'operculage) afin de permettre un recyclage plus direct. Cela simplifie le tri et réduit les déchets de matériaux mélangés.

• Films biosourcés / biodégradables: L'acide polylactique (PLA), les dérivés de la cellulose ou les nouveaux bio-composites sont à l'étude, mais la barrière, la stabilité thermique et la résistance mécanique restent des défis techniques, en particulier pour la formation de blisters.

• Films plus fins / structures optimisées: Réduire l'utilisation de matériaux (films plus légers, meilleurs dessins) tout en préservant la barrière et les performances mécaniques.

• Systèmes recyclables / réutilisables: De nouvelles conceptions où les cavités des blisters et les parties de l'opercule peuvent être séparées et recyclées plus facilement.

Emballage intelligent / actif

• Électronique embarquée / Capteurs: Incorporation de la NFC, de la RFID et de capteurs imprimés (humidité, température, détection d'effraction) dans les plaquettes thermoformées. Dans le contexte de la confiserie, cela peut contribuer à la chaîne de possession, au suivi de la fraîcheur ou à l'authentification de la marque.

• Systèmes de barrières actives: Films contenant des couches déshydratantes, des capteurs d'oxygène ou des agents d'absorption de l'humidité qui prolongent la durée de conservation des bonbons hygroscopiques.

• Surveillance intelligente des joints: Contrôle en temps réel de l'intégrité du joint à l'aide de capteurs intégrés (par exemple, des capteurs de micropression ou de capacité) qui peuvent détecter une défaillance du joint ou une délamination en ligne, ce qui permet un rejet ou un retravail immédiat.

Ces innovations offrent des opportunités passionnantes, mais aussi des défis techniques (coût, intégration des processus, respect des réglementations). Les solutions qui réussiront seront celles qui combineront viabilité technique et faisabilité pratique et l'acceptation par les consommateurs.

Conclusion et enseignements clés pour les ingénieurs spécialisés dans l'emballage des bonbons

• L'emballage sous blister est un processus hautement technique. L'apparence de la surface cache l'interaction complexe du comportement des matériaux, de la physique du formage, de la mécanique du scellage et du contrôle des défauts.

• La sélection des matériaux est fondamentale. Le film de formage et le système d'operculage doivent être équilibrés en termes de barrière, de formabilité, de clarté, de scellage et de coût. Il n'existe pas de solution unique.

• Le thermoformage et le formage à froid présentent des avantages distincts. Le thermoformage domine en termes de polyvalence et de débit ; le formage à froid offre la barrière la plus élevée, mais avec des compromis en termes de coût et d'outillage.

• Des processus robustes d'assurance qualité et de résolution des défauts sont essentiels dans les lignes de production de bonbons sous blister à grande vitesse. L'inspection visuelle, les tests d'intégrité des joints, le contrôle SPC et les matrices de défauts méthodiques contribuent à maintenir le rendement et la cohérence.

• Les tendances futures s'orientent vers des blisters plus intelligents et plus durables. Qu'il s'agisse de matériaux recyclables ou d'électronique embarquée, la prochaine génération de blisters exigera des solutions intégrées. la prévoyance en matière d'ingénierie des concepteurs d'emballages et de la production ingénieurs.