Mousse de polypropylène : stimuler la durabilité et l'efficacité coût

Les mousses de polypropylène (PP) sont de plus en plus adoptées dans les secteurs automobile et de l'emballage pour améliorer l'allègement et la durabilité. (Photo: Avient)

Au cours des dernières années, le moussage du polypropylène a gagné un élan substantiel, commençant par la mousse PP extrudée et s'étendant aux variantes moulées par injection et soufflage. Les marchés clés incluent l'automobile et l'emballage, suivis de la construction, des biens de consommation et des applications industrielles. La performance coût reste un moteur majeur, surtout face aux récentes hausses de prix domestiques dues aux contraintes d'approvisionnement et à la demande robuste. Plus important encore, la demande croissante de PP moussé provient d'impératifs de durabilité — utilisant moins de résine et offrant des alternatives plus vertes au PS et EPS.

La poussée de l'industrie automobile vers les véhicules électriques (VE) accélère les efforts d'allègement, ce qui alimente à son tour l'adoption du PP moussé. L'emballage bénéficie également des mandats de durabilité favorisant la réduction de l'utilisation de matériaux. Les avancées technologiques dans le moussage physique et chimique — souvent combinées — permettent cette croissance. Par exemple, l'injection de gaz direct MuCell de Trexel a évolué au cours des trois dernières années, atteignant des niveaux de moulage à parois fines auparavant inaccessibles.

Les agents de moussage chimique (CFA) d'iD Additives, Avient et Trexel produisent maintenant des mousses microcellulaires avec des cellules exceptionnellement petites, uniformes et une esthétique supérieure. Simultanément, les fournisseurs de résines PP tels que SABIC, Asahi Kasei Plastics et Borealis ont lancé des grades à haute résistance à la fusion adaptés pour la mousse PP extrudée ou moulée, ainsi que des composés renforcés spécialisés optimisés pour le moussage.

Une analyse Markets & Markets de 2018 prévoyait une croissance du marché mondial de la mousse PP extrudée à un taux annuel moyen de près de 7 % jusqu'en 2023. L'équipe Mousse & Allègement de SABIC a souligné que leur PP ultra-haute résistance à la fusion soutient l'extrusion pour l'automobile, la construction et l'emballage, tout en identifiant des opportunités dans le moulage par injection et soufflage où la réduction de poids et la durabilité sont critiques.

Les réglementations d'emballage émergentes propulsent davantage l'adoption de la mousse PP, selon des initiés de l'industrie. Craig Sibol, gestionnaire de produits additifs d'Avient, s'attend à une croissance à deux chiffres faibles pour le PP moussé — principalement via le moulage par injection — bien qu'il note que les contraintes d'approvisionnement limitent la croissance de l'extrusion dans la construction.

Todd Glogovsky, VP exécutif ventes et technologie d'Asahi Kasei Plastics Amérique du Nord, souligne que le moussage et l'amincissement de parois sont continuellement évalués pour réduire coût, poids et temps de cycle. Les fabricants choisiront l'option offrant le plus grand impact sur les économies et la performance.

Nick Sotos, président d'iD Additives, rappelle que la hausse des prix du PP en 2021 a déclenché une demande accrue pour les agents de moussage. En réponse, l'entreprise a organisé un webinaire « Foam It or Fill It » pour éduquer les parties prenantes sur les stratégies d'atténuation des coûts.

Le président de Trexel, Brian Bechard, note que, jusqu'à récemment, la hausse des prix du PP n'avait pas radicalement orienté les mouleurs vers le moussage, car les pièces commerciales réussies nécessitent un temps de conception et des ajustements significatifs. Cependant, à mesure que les prix des résines tendent à la hausse, l'économie du moussage devient de plus en plus attractive.

Le PP Stamax à long verre de SABIC, couplé à un processus de moussage cœur-dos, a remporté le prix de l'innovation automobile SPE pour un porteur de planche de bord Mini Countryman qui a atteint une réduction de poids de 15 %.

Tendances dans l'automobile

La division automobile de SABIC rapporte près de deux décennies d'utilisation de PP moussé dans les pièces automobiles, principalement pour la réduction de poids par moussage et géométries de pièces plus fines. En 2017, le PP Stamax à long verre de la société et le moussage cœur-dos ont remporté un prix d'innovation automobile SPE pour un porteur de planche de bord Mini Countryman qui a réduit le poids d'environ 15 %.

Historiquement, le PP moussé était limité aux composants structurels non visibles car la finition de surface était inadéquate. La demande croissante d'intérieurs légers et esthétiques et d'économies de temps de cycle a conduit au développement de mousses PP de nouvelle génération avec une qualité de surface supérieure, s'alignant sur l'objectif de l'industrie automobile de réduire la consommation de carburant et les émissions.

Une source automobile de SABIC a souligné que la montée en puissance de la production de VE intensifie le besoin de pièces plus légères, car le poids du véhicule impacte directement l'efficacité et l'autonomie. Les composés PP moussés peuvent réduire le poids des pièces de 8 à 10 %, et un écoulement amélioré permet des pièces plus fines et plus flexibles en conception, atteignant potentiellement 20 à 25 % d'économies de poids par rapport aux équivalents non moussés.

SABIC a investi dans une gamme de composés PP moussables combinant économies de poids et esthétique de surface supérieure. Les améliorations clés incluent la minimisation des stries et défauts, et l'atténuation des marques de retrait même dans les pièces à parois fines. Bien que les pièces intérieures typiques fassent jusqu'à 3 mm d'épaisseur, le moussage génère une pression interne qui compense le retrait, réduisant les marques de retrait. Une conception et un traitement optimisés débloquent le plein potentiel de la mousse PP, avec des plans pour améliorer l'esthétique pour les applications extérieures.

S'appuyant sur une vaste expérience de moussage MuCell pour pièces PP chargées automobiles — tels que panneaux de bord, panneaux de porte et carters sous capot — le PDG de Trexel, Brian Bechard, rapporte une activité accrue dans le moussage de PP non chargé pour l'automobile et l'emballage. Le CFA TecoCell est reconnu pour fournir des finitions de surface classe A dans les intérieurs automobiles visibles, avec plusieurs pièces près du lancement commercial.

Alors que le PP moussé a traditionnellement servi les zones automobiles non classe A, non structurelles — comme les couvercles de batterie et composants sous capot — Glogovsky d'Asahi Kasei vise des applications semi-structurelles telles que consoles de plancher, plafonniers et garnitures inférieures d'intérieur.

Borealis note que sa famille Daploy HMS-PP comprend des polymères à chaînes longues ramifiées offrant haute résistance à la fusion et extensibilité. Ces matériaux se mélangent parfaitement aux grades PP d'extrusion standard, permettant des propriétés de mousse personnalisées dans les marchés automobile, emballage, construction et bâtiment.

Le gestionnaire de produits d'Avient, Craig Sibol, affirme que la demande automobile pour la mousse PP reste robuste, tirée par les initiatives d'allègement et les futures normes CAFE américaines. Alors qu'Avient se concentre sur les composants automobiles moulés par injection et certains emballages, ses CFA servent à la fois d'agents d'allègement en moulage par injection et d'agents de nucléation en extrusion avec injection de gaz direct, créant des structures de mousse plus fines.

Trexel cible le PP non chargé pour l'emballage à parois fines, où MuCell améliore l'écoulement pour produire des pièces plus fines sur les presses existantes. L'entreprise collabore avec des propriétaires de marques et des mouleurs pour amener des produits commerciaux sur le marché.

Croissance dans l'emballage

L'accent de Trexel sur le PP non chargé pour l'emballage à parois fines inclut contenants, gobelets, bols, couvercles et becs. Bechard note que MuCell améliore l'écoulement, permettant des pièces plus fines sur le même équipement, et souligne une réduction de poids de 5 %, une pression d'injection 15 % plus faible et une réduction de force de serrage de 20 % réalisée dans un bol d'un constructeur de machines d'injection chinois à Chinaplas.

L'équipe Mousse & Allègement de SABIC rapporte une demande croissante de PP moussé dans les boîtes de retour e-commerce, palettes, emballages alimentaires et emballages protecteurs. Le lancement de leur matériau PP-UMS (ultra-haute résistance à la fusion) en 2017 a catalysé la croissance du marché, avec une accélération significative en 2020-2021.

Nick Sotos d'iD Additives identifie l'emballage industriel — comme les gaylords et palettes — comme un marché majeur du PP moussé, tandis que l'entreprise s'étend également aux bouteilles, bouchons et fermetures soufflés en utilisant ses agents de moussage microcellulaires Micro Fine Cell.

Glogovsky d'Asahi Kasei voit le calage d'emballage comme un domaine prometteur, notant que le moussage peut réduire le temps de cycle de 5 à 35 % pour les pièces à sections épaisses en diminuant la masse de matériau.

Borealis souligne que les résines et mélanges Daploy HMS-PP restent non réticulés, assurant que les mousses extrudées résultantes sont entièrement recyclables — un avantage clé pour l'emballage et d'autres secteurs plastiques.

Le technicien mouleur Ron Bishop démontre de la mousse produite avec le nouveau CFA Micro Fine Cell d'iD Additives.

Bâtiment/Construction et autres applications

Nick Sotos identifie le bois plastique comme un ajustement naturel pour la mousse PP, tandis que son entreprise explore aussi la toiture, les boîtes à outils et les niveaux de construction.

L'équipe Mousse & Allègement de SABIC poursuit les mousses structurelles et composants de construction préfabriqués — y compris isolation de maison, tuyauterie et sous-couche de plancher — tandis que Glogovsky d'Asahi Kasei voit l'allègement comme un moteur secondaire dans ce secteur, principalement pour les réductions de coûts d'expédition.

Glogovsky considère les segments consommation et santé au cas par cas, se concentrant sur les améliorations de temps de cycle. Trexel collabore avec une grande entreprise de produits ménagers pour réduire coût et consommation de résine sur sa gamme, et iD Additives a collaboré sur des biens de consommation comme des cintres en PP moussé, avec des applications de niche comme la chaussure citées par l'équipe Mousse & Allègement de SABIC.

Le Thermylene d'Asahi Kasei, PP renforcé verre court, chimiquement couplé, a été employé dans des modules de toit ouvrant moussés, substituant du PP long verre non moussé tout en offrant une esthétique supérieure.

Avancées récentes

La division automobile de SABIC prévoit de lancer une nouvelle gamme de composés PP moussés adaptés aux pièces intérieures esthétiques d'ici début 2022, avec trois composés initiaux promettant une finition de surface améliorée.

Asahi Kasei a conçu des matériaux de moussage qui améliorent à la fois l'esthétique et l'allègement, y compris le Thermylene renforcé verre court, chimiquement couplé, utilisé dans des modules de toit ouvrant moussés.

Nick Sotos note que les CFA Micro Fine Cell d'iD Additives ont révolutionné la capacité de l'entreprise à cibler des applications à parois plus fines.

Au NPE2018, Trexel a introduit le système gazeux MuCell P-Series, optimisé pour l'emballage à cycle rapide, parois fines. Bechard explique que le système offre maintenant le dosage à l'extrémité de vis, permettant aux vis standard de délivrer du gaz sans sacrifier la sortie de plastification — un avantage critique pour l'emballage à haut débit.

Trexel a étendu ses unités de dosage satellite avec un booster de gaz central à haute puissance, faible coût, offrant aux mouleurs opérant plusieurs machines flexibilité et abordabilité MuCell.

Le portefeuille élargi d'Avient de CFA liquides et solides, avec un soutien de test complet, permet aux clients de repousser les limites de l'allègement tout en maintenant l'intégrité mécanique. Sibol souligne que la taille de cellule plus petite et la manipulation des propriétés de surface permettent l'application de peinture ou décalcomanie sans traitement corona supplémentaire, améliorant l'efficacité de production.

L'équipe Mousse & Allègement de SABIC promeut son PP-UMS comme PP moussable de nouvelle génération, haute résistance à la fusion. Avec une résistance à la fusion dépassant 65 cN, il démontre une excellente moussabilité, surtout pour les pièces à haut taux d'expansion.

Le PP-UMS de SABIC permet la création de contenants alimentaires moussés qui peuvent remplacer l'EPS, offrant une alternative plus durable.