Application et développement du polypropylène pour le thermoformage dans le domaine de l'emballage

1. Principes de base et caractéristiques du thermoformage

Le thermoformage est un procédé de transformation des matières plastiques permettant de donner forme à des feuilles thermoplastiques. La feuille est chauffée pour la ramollir, puis pressée (sous vide ou sous pression) afin d'épouser la surface du moule. Après refroidissement et mise en forme, la pièce est ébarbée pour obtenir la forme souhaitée. Rapide et uniforme, le thermoformage se caractérise par un temps de cycle court et un faible coût de moule. Adapté à l'automatisation et aux longues durées de production, il est considéré comme le procédé de transformation le plus efficace et le plus économique parmi les méthodes de moulage plastique. Grâce à l'amélioration continue des procédés et des équipements de thermoformage, et notamment à l'apport de la simulation numérique, le thermoformage est devenu un procédé de transformation majeur, concurrençant le moulage par injection et le soufflage. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine des équipements de thermoformage. Jimin a présenté ses équipements et procédés de thermoformage lors du salon K2013 en Allemagne, où rapidité, polyvalence, technologies de contrôle et réduction des coûts étaient les maîtres mots des nouveaux équipements de thermoformage pour l'emballage et l'industrie.

Les principaux types de thermoformage sont : le thermoformage sous vide, le thermoformage sous pression, le thermoformage assisté par piston et leurs combinaisons. On trouve sur le marché une gamme croissante de produits thermoformés, tels que des tasses, des assiettes, des plateaux alimentaires, des jouets, des casquettes et des casques, des pièces d'électroménager et automobiles, des éléments de décoration architecturale, des équipements chimiques, etc. Comparé au moulage par injection, le thermoformage présente l'avantage d'une productivité élevée, d'un faible investissement en équipement et de la possibilité de fabriquer des produits de grande surface. Les principaux plastiques utilisés en thermoformage sont le polystyrène (PS), le polychlorure de vinyle (PVC), les polyoléfines comme le PE, le PP et les polyacrylates (PMMA), ainsi que la cellulose comme la nitrocellulose (NC) et l'acétate de cellulose (CA). Les plastiques techniques, tels que…acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS)On utilise également des plastiques tels que le styrène (ABS) et le polycarbonate (PC). Le développement de polypropylène (PP) haute performance, notamment en termes de transparence, de résistance à la fusion et de faible déformation, a favorisé son application et son développement dans le domaine du thermoformage.

2. État du marché intérieur des emballages thermoformés

On compte plus de 3 000 entreprises chinoises spécialisées dans le thermoformage d'emballages, dont plus de 300 affichent une production annuelle supérieure à 1 000 tonnes. Environ 70 % des usines ayant une capacité de production annuelle de plusieurs milliers de tonnes produisent elles-mêmes leurs feuilles et intègrent des produits thermoformés. Le polystyrène (PS/OPS) et le polyéthylène téréphtalate (PET) sont les principaux matériaux utilisés comme feuilles sous-traitées, tandis que certaines usines performantes fabriquent leurs propres feuilles en polypropylène (PP), PS et PVC et que les petites usines sous-traitent la production de leurs feuilles. Les produits thermoformés sont principalement utilisés dans l'emballage alimentaire, l'emballage non alimentaire et les feuilles découpées ; les exigences relatives aux matières premières varient selon l'application.

3. Développement du PP pour le thermoformage

Les applications de thermoformage du PP en Chine ont débuté dans les années 1990 et connaissent un développement rapide ces dernières années, avec un taux de croissance annuel d'environ 10 %. De nombreux fabricants chinois de renom, tels que Japan Central Chemical, ont implanté des usines de thermoformage d'emballages plastiques en Chine et sont désormais opérationnels. Leurs produits sont principalement destinés au thermoformage de moyenne et haute gamme. Actuellement, la Chine manque de matériaux PP spécifiques au thermoformage. Les fabricants chinois de produits thermoformés utilisent généralement du T30S et d'autres résines à usage général modifiées. Cependant, les produits obtenus après modification et production industrielle présentent des problèmes tels qu'un contrôle inégal des additifs, des propriétés de traction insuffisantes, une épaisseur de paroi irrégulière lors du thermoformage, ainsi que des défauts de bord lors de l'extrusion, du calandrage et du revêtement. Il est donc difficile de répondre aux exigences de haute qualité des applications et de satisfaire aux besoins spécifiques des fabricants. De plus, cela limite l'efficacité de la production des entreprises de transformation en aval.

Les matériaux spéciaux pour thermoformage importés sont principalement des homopolymères, les copolymères aléatoires transparents étant moins courants. De plus, certaines qualités ont des cycles d'importation longs, ce qui explique pourquoi les fabricants de produits thermoformés en aval en Chine utilisent rarement des matériaux importés. La production actuelle de feuilles pour le thermoformage concerne principalement des feuilles de 600 mm de large. Avec les progrès technologiques des machines de moulage, la largeur des feuilles augmente, pouvant dépasser 1 000 mm. Par conséquent, les exigences en matière de résistance à la fusion sont de plus en plus élevées. La solution adoptée par l'industrie des produits en aval consiste à ajouter un certain pourcentage de polyéthylène haute densité (PE-HD) au PP ordinaire pour améliorer la résistance à la déformation à la fusion. Cependant, cette méthode entraîne un mélange hétérogène et une transparence limitée des produits. L'industrie du thermoformage en Chine a un besoin croissant de matières premières PP performantes et ultra-transparentes.
Avant 2012, la recherche et le développement de matériaux de thermoformage hautement transparents en Chine étaient relativement peu développés. À cette époque, la situation de la R&D concernant les matériaux spéciaux de thermoformage en Chine est présentée dans le tableau 2.

Aucun de ces matériaux spéciaux n'a fait l'objet de travaux supplémentaires pour obtenir la résistance à la fusion plus élevée et la distribution de poids moléculaire plus large requises pour le traitement de thermoformage, et certains n'ont pas été produits à grande échelle.

Ces dernières années, Tianjin Petrochemical a continué à développer des matériaux spéciaux dans le domaine du thermoformage du PP, et a obtenu des avantages économiques et sociaux significatifs, donnant ainsi une nouvelle dimension à ce secteur de niche du thermoformage.

Le tableau 4 présente les matériaux PP spéciaux pour thermoformage développés ces dernières années par plusieurs usines pétrochimiques. Ces matériaux, mis au point par Shanghai Ru Xia New Material et chaque usine, répondent aux exigences spécifiques des différents segments du thermoformage. Les fabricants de produits thermoformés en aval sont largement répartis, le secteur est peu concentré et compte peu d'entreprises de grande envergure. La demande en produits dérivés est diversifiée et les usines pétrochimiques ont leurs propres plans de production. Il subsiste donc des difficultés de coordination entre les acteurs en amont et en aval. Cependant, l'industrie du thermoformage s'oriente vers la différenciation des produits dérivés et l'utilisation de matériaux spéciaux afin d'améliorer la qualité et la stabilité des produits finis. Le développement et l'application de ces matériaux spéciaux pour le thermoformage restent prometteurs.