Le moulage par soufflage à chaud, également appelé moulage par étirage-soufflage thermofixé, est une variante du procédé ISBM standard permettant de produire des bouteilles PET pouvant être remplies de produits chauds à des températures de 85 à 95 °C sans se déformer. La principale différence avec le procédé ISBM standard réside dans la température du moule de soufflage : le procédé ISBM standard (remplissage à froid) utilise une température de 8 à 12 °C pour refroidir rapidement la bouteille après le soufflage ; le procédé ISBM à chaud, quant à lui, utilise une température de 100 à 130 °C afin d’induire une cristallisation partielle de la paroi de la bouteille PET pendant l’étape de soufflage. Cette cristallisation, appelée thermofixation, confère à la bouteille sa stabilité dimensionnelle aux températures de remplissage à chaud.

Pourquoi les bouteilles PET standard ne peuvent pas être remplies à chaud

Les bouteilles en PET amorphe standard produites par remplissage à froid par ISBM sont dimensionnellement instables au-dessus d'environ 60-65 °C, soit la température de transition vitreuse (Tg) du PET. Au-delà de cette température, les chaînes polymères amorphes de la paroi de la bouteille se ramollissent et peuvent se déformer sous l'effet de la pression interne et de la gravité d'un produit chaud. Une bouteille en PET standard à remplissage à froid contenant du jus chaud à 90 °C se rétractera, se froissera et se déformera en quelques secondes, la rendant commercialement inacceptable. L'emballage pour le remplissage à chaud nécessite soit une bouteille en PET thermodurcissable, soit une bouteille en PEHD ou en PP (intrinsèquement plus stables thermiquement que le PET amorphe au-dessus de leur Tg), soit une bouteille en verre.

Comment fonctionne le thermofixage

Le thermofixage consiste à induire une cristallisation limitée et contrôlée de la paroi de la bouteille PET en maintenant la bouteille soufflée contre la surface chaude du moule pendant une durée déterminée. Le PET cristallise lorsqu'il est maintenu au-dessus de sa température de début de cristallisation (environ 130–140 °C) pendant une durée suffisante. Dans le procédé ISBM avec thermofixage, le moule de soufflage est chauffé à 100–130 °C et la bouteille soufflée est maintenue contre la paroi du moule pendant 2 à 6 secondes de plus que lors d'une production standard par remplissage à froid. Pendant ce temps de maintien, la paroi de la bouteille PET développe un degré de cristallinité de 25–35%, mesuré par analyse de densité ou par calorimétrie différentielle à balayage (DSC).

Le PET cristallisé présente une température de transition vitreuse (Tg) supérieure d'environ 10 à 15 °C à celle du PET amorphe, en raison des contraintes imposées par la structure cristalline à la mobilité des chaînes. Plus important encore, les régions cristallisées ne se ramollissent pas aussi facilement que les régions amorphes au-dessus de la Tg, ce qui confère aux bouteilles thermofixées une stabilité dimensionnelle à des températures de remplissage qui déformeraient une bouteille standard remplie à froid. Les bouteilles thermofixées peuvent être remplies jusqu'à 90-95 °C (selon le degré de thermofixation) sans variation dimensionnelle significative. Elles subissent toutefois un léger retrait (1 à 31 % du volume de la bouteille) lors du refroidissement de la température de remplissage à la température ambiante, retrait qui doit être compensé par la conception des bouteilles, notamment par l'ajout de panneaux sous vide ou d'un espace libre suffisant.

Paramètres du procédé ISBM pour la production à chaud par thermofixation — la température du moule de soufflage est le paramètre critique qui différencie la production ISBM à chaud de la production ISBM à froid.

Produits remplis par le procédé de remplissage à chaud

Le remplissage à chaud est utilisé pour les boissons et les produits alimentaires qui nécessitent un traitement thermique pour la pasteurisation ou la stérilisation pendant le remplissage :

• Boissons à base de jus : jus d'orange, jus de pomme, mélanges de jus tropicaux (température de remplissage 85–92 °C)
• Thé et thé prêt à boire : thé noir, thé vert, thé glacé (température de remplissage 85–90 °C)
• Boissons pour sportifs et boissons isotoniques : Boissons électrolytiques, boissons vitaminées (température de remplissage 85–90 °C)
• Boissons laitières : lait aromatisé, boissons de substitution de repas (température de remplissage 80–90 °C)
• Condiments et sauces : Ketchup, salsa, sauce pour pâtes, vinaigrette (température de remplissage 75–90 °C)

Exigences relatives aux machines pour le remplissage à chaud ISBM

L'exécution d'une production à chaud sur une machine ISBM nécessite des modifications de la configuration standard à froid :

Thermofixation ou remplissage à froid : laquelle convient le mieux à votre application ?

Le choix entre l'ISBM thermofixé et l'ISBM à remplissage à froid dépend de la température de remplissage. Si le produit est rempli à température ambiante ou inférieure à 60 °C, l'ISBM à remplissage à froid standard convient. Si le produit est rempli entre 65 et 95 °C pour la pasteurisation (applications courantes pour les jus, thés, sauces et boissons lactées), l'ISBM thermofixé est requis. Les produits remplis à plus de 95 °C (stérilisation en autoclave) ne sont pas compatibles avec le PET pour l'ISBM et nécessitent des contenants en verre ou en PP/PEHD stérilisables en autoclave.

Il est impossible d'utiliser un moule ISBM standard à remplissage à froid pour des applications à remplissage à chaud en augmentant simplement la température de remplissage : le circuit de refroidissement du moule et le matériau doivent être configurés pour le remplissage à chaud dès le départ. Si vous prévoyez une production à la fois à remplissage à froid et à chaud sur la même machine, veuillez en informer Ever-Power lors de votre commande afin que les deux jeux de moules soient correctement conçus et que le circuit de refroidissement de la machine soit configuré pour permettre l'alternance entre les températures de moule à chaud et à froid entre les cycles de production.

Voir le applications pour les contenants d'eau et de boissons La page contient des exemples, ou parcourez-la. gamme complète de machines pour les spécifications techniques.

Foire aux questions

Conception des bouteilles à remplissage à chaud : panneaux sous vide et poignées ergonomiques

Les bouteilles PET à remplissage à chaud nécessitent des caractéristiques de conception spécifiques, contrairement aux bouteilles à remplissage à froid. En effet, après bouchage, la bouteille, une fois remplie et scellée, refroidit de sa température de remplissage (85–95 °C) à la température ambiante (20–25 °C), ce qui réduit le volume de gaz interne et crée un vide partiel à l'intérieur de la bouteille. Sans une conception adaptée à ce vide, la paroi de la bouteille risque de s'affaisser ou de se déformer lors du refroidissement, ce qui est inacceptable pour un produit destiné à la vente.

Les panneaux sous vide sont des zones plates ou concaves intégrées à la paroi de la bouteille. Ils se déforment vers l'intérieur de manière contrôlée et symétrique à mesure que le vide interne se crée lors du refroidissement. Leur dimension et leur positionnement sont adaptés à la contraction volumique spécifique attendue en fonction du volume du contenant et de la température de remplissage. Ils confèrent à la bouteille son aspect caractéristique : la plupart des bouteilles de jus et de thé remplies à chaud présentent des panneaux plats visibles, alternant avec des zones de préhension incurvées sur leur pourtour. Ces zones de préhension (en creux ou en relief sur le corps de la bouteille) remplissent une double fonction : elles renforcent la structure (en améliorant la résistance de la bouteille à l'affaissement de la paroi entre les panneaux) et facilitent la prise en main et le versement.

La conception de bouteilles pour remplissage à chaud est une tâche d'ingénierie spécialisée qui exige la connaissance précise de la température et du volume de remplissage, du volume d'espace libre, du couple de fermeture et des conditions de refroidissement prévues. L'équipe de conception de moules d'Ever-Power peut fournir des conseils sur la conception de bouteilles pour remplissage à chaud et une analyse par éléments finis des performances des panneaux sous vide dans le cadre de l'étude de faisabilité des moules pour les applications de remplissage à chaud. La conception des moules de soufflage pour la production de produits thermofixés diffère également des moules pour remplissage à froid par les matériaux et la construction : des inserts en cuivre-béryllium ou en acier à outils à haute conductivité thermique sont utilisés à la place de l'aluminium, et le moule doit être conçu pour un système de chauffage à eau chaude ou à huile thermique plutôt que pour un système de refroidissement à eau glacée comme pour un moule de soufflage standard.

Aseptique vs remplissage à chaud vs remplissage à froid : choisir le procédé adapté à votre produit

Les producteurs de boissons et d'aliments qui optent pour un procédé de fabrication de contenants en PET doivent adapter les spécifications de ces contenants à la technologie de remplissage qu'ils utilisent ou envisagent d'installer. Les trois méthodes courantes sont le remplissage à froid (à température ambiante), le remplissage à chaud (entre 85 et 95 °C) et le remplissage aseptique (contenant stérilisé rempli d'un produit stérile à température ambiante). Chacune requiert une conception de contenant différente et, dans le cas du remplissage à chaud, une configuration de machine différente.

Le remplissage à froid est le cas le plus simple : le contenant est rempli à température ambiante avec un produit ne nécessitant aucun traitement thermique (eau plate, boissons à température ambiante, huile, sauces pasteurisées séparément). Une bouteille ISBM standard pour remplissage à froid, sans système de vide, convient. Le remplissage à chaud est utilisé pour les produits traités thermiquement lors du remplissage afin d'obtenir une stérilité commerciale ou une durée de conservation prolongée : jus, thé, boissons énergétiques et sauces conditionnés entre 85 et 95 °C. Une bouteille ISBM thermoscellée avec système de vide est requise. Le remplissage aseptique traite séparément le contenant et le produit, puis les réunit dans un environnement stérile. Le contenant n'a pas besoin de résister à des températures de remplissage élevées et utilise une bouteille ISBM standard pour remplissage à froid, mais la ligne de remplissage et la manipulation des contenants doivent respecter les normes de stérilité pharmaceutiques.

Pour les producteurs prévoyant d'utiliser des machines ISBM monoblocs pour le remplissage à chaud, la commande doit préciser : un moule de soufflage thermofixable (régulation de la température par eau chaude ou huile thermique plutôt qu'eau glacée) ; un matériau de moule adapté aux cycles thermiques répétés entre 100 et 130 °C ; et un temps de soufflage prolongé (4 à 8 secondes contre 2 à 4 secondes pour le remplissage à froid) afin de permettre un temps de thermofixation suffisant. La préforme pour le remplissage à chaud est généralement 10 à 20 TP3T plus lourde que son équivalent pour le remplissage à froid, à volume de contenant égal, afin d'offrir une épaisseur de paroi accrue pour une meilleure résistance à la chaleur. Ever-Power propose des configurations complètes de machines et de moules pour le remplissage à chaud sur demande ; veuillez préciser votre température de remplissage, le type de produit et le volume de bouteille souhaité lorsque vous contactez notre équipe d'applications.