Ballon

Contexte

Un ballon est un sac étanche à l’air fabriqué dans un matériau léger qui peut être gonflé avec de l’air ou du gaz. Les ballons jouets sont disponibles dans toutes sortes de formes, de tailles et de couleurs pour ravir les enfants et les adultes lors des fêtes d’anniversaire et autres occasions festives.

Les ballons ont été inventés pour la première fois en France à la fin du 18ème siècle. Deux papetiers, Jacques et Joseph Montgolfier, ont découvert que lorsque les sacs en papier sont remplis d’air chaud, les sacs se soulèvent. Rapidement conscients du potentiel de cela, ils ont commencé à expérimenter avec des ballons de divers matériaux tels que le papier, le tissu et la soie. Ils ont fait la première démonstration publique d’un ballon plus léger que l’air en juin 1783, avec un ballon de 35 pieds (11 m) de diamètre en tissu doublé de papier. Plus tard cette année-là, Jacques Charles a piloté un ballon en soie recouverte d’un vernis en caoutchouc et rempli d’hydrogène, un gaz plus léger que l’air. Ces premières démonstrations suscitèrent beaucoup d’enthousiasme, et les ballons furent bientôt utilisés à de nombreuses fins scientifiques, sportives et guerrières.

Le ballon jouet en caoutchouc tel que nous le connaissons aujourd’hui est différent des premiers ballons en ce sens qu’il est entièrement en caoutchouc. Un moyen pratique de fabriquer de tels produits en caoutchouc formés a nécessité plusieurs découvertes et inventions. Ces développements se sont faits progressivement au fil des ans depuis l’installation de la première usine de caoutchouc au monde près de Paris en 1803.

Le latex naturel est un mélange de petits globules de substance caoutchouteuse en suspension dans l’eau (un peu comme le lait). Lorsqu’il est exposé à l’air, à la chaleur ou à certains produits chimiques, il coagule ou coagule ensemble. Les globules de caoutchouc se regroupent et se séparent de la partie aqueuse du latex, formant éventuellement un matériau élastique et solide. Pour améliorer sa résistance, sa résilience et sa résistance aux températures chaudes et froides, le caoutchouc est vulcanisé ou durci par diverses méthodes, telles que le mélange avec certains produits chimiques ou le traitement à la chaleur.

L’idée de fabriquer un produit en caoutchouc est ancienne. Les indigènes d’Amérique du Sud créaient des bouteilles et d’autres articles en enduisant des moules en terre bien avant que les Européens ne commencent à expérimenter le caoutchouc au milieu des années 1700.En 1830, l’Anglais Thomas Hancock breveta un procédé de création de produits en versant du latex sur des moules ou en plongeant des moules dans un mélange de latex – le précurseur de la technique moderne de fabrication de produits trempés tels que des gants en caoutchouc et des préservatifs.

En 1921, une méthode de retard de la coagulation du latex liquide a été développée. Cette méthode a permis aux fabricants de caoutchouc de transporter plus facilement le latex brut sous forme liquide vers les centres de fabrication du monde entier. Cela a à son tour conduit à de nouveaux procédés de fabrication de produits en caoutchouc. Au début des années 1920, un certain nombre de brevets ont été accordés en Angleterre pour des procédés permettant de tremper des moules dans du latex liquide. En 1931, le premier ballon en latex moderne a été créé par Neil Tillotson dans son grenier. Il a vendu 15 de ses ballons « Tilly Cat » (en forme de tête de chat, avec des moustaches imprimées avec de la teinture) pour le défilé de la Fête des Patriotes dans le Massachusetts en avril 1931, et a formé une entreprise qui fabrique encore des ballons aujourd’hui.

Bien que le caoutchouc puisse être fabriqué de manière synthétique, le latex naturel — un liquide opaque blanc ou jaunâtre similaire au lait — est préféré pour sa grande élasticité.

Matières premières

Bien que le caoutchouc puisse être fabriqué de manière synthétique, le latex naturel est préféré pour sa grande élasticité. Il peut être étiré jusqu’à sept ou huit fois sa longueur d’origine et retrouver sa forme d’origine. Le caoutchouc synthétique ne s’est pas avéré aussi élastique et résilient que le latex naturel.

Le latex naturel brut est un liquide opaque blanc ou jaunâtre, d’apparence similaire au lait. Le latex est la sécrétion de certaines plantes, en particulier l’hévéa originaire du Brésil. Les sources les plus importantes de caoutchouc naturel sont aujourd’hui les plantations en Malaisie et en Afrique.

Les producteurs de caoutchouc doivent récolter la matière première de ces arbres, ce qui implique de marquer les arbres avec des coupes peu profondes et de laisser la sève suinter des coupes dans des seaux. Le latex est recueilli dans de grands récipients, filtré pour éliminer les particules étrangères et mélangé à de l’alcali pour empêcher la coagulation. Il est ensuite expédié sous forme liquide vers des centres de traitement dans différentes parties du monde.

Le latex doit être mélangé avec des additifs avant de pouvoir être utilisé dans des procédés industriels. Certains produits chimiques sont mélangés pour obtenir une épaisseur, une vitesse de séchage et d’autres propriétés souhaitées. D’autres produits chimiques (collectivement appelés antidégradants) sont ajoutés pour ralentir l’oxydation et la décomposition du caoutchouc. Pour lui donner de la couleur, des pigments sont mélangés dans le latex. Les pigments peuvent être de fines poudres d’oxydes métalliques ou des colorants organiques.

Le processus de fabrication

En substance, le processus de fabrication d’un ballon jouet consiste à tremper un moule dans du latex liquide. Le moule, ou forme, a la forme d’un ballon dégonflé.

Les premières formes de ballons étaient jetables, faites de carton attaché à des chevilles. Les formes modernes sont réutilisables et généralement en acier inoxydable, en aluminium ou en porcelaine. Les formes doivent être lisses et polies. Un certain nombre de ces formes sont attachées à l’envers à une planche ou à un rack. Les planches sont déplacées mécaniquement d’une station à l’autre dans l’usine.

Pour être efficace en termes de coût et de nombre de ballons produits, la fabrication de ballons est devenue un processus hautement automatisé en boucle continue. Les ballons sont fabriqués par lots, tous de la même couleur et de la même taille, car changer la couleur et la forme prend du temps et nécessite une intervention manuelle. Une intervention manuelle n’est généralement nécessaire que pour la mise en place d’une course, puis plus tard pour l’emballage du produit fini, et pour faire face à des problèmes mécaniques occasionnels qui peuvent survenir.

Préparation du latex

• 1 Avant son utilisation, le latex peut avoir besoin d’être coloré. Cela implique de mélanger un pigment dans le latex. Cela peut être fait à l’usine de ballons, ou le fabricant de ballons peut acheter du latex déjà pigmenté auprès d’un fournisseur.
  
• 2 Le latex doit être versé dans des réservoirs dans lesquels les formes seront trempées. Les cuves sont maintenues à une certaine température et peuvent comporter des mécanismes d’agitation pour maintenir le latex en circulation afin d’éviter la décantation.

Trempage des formulaires

• 3 Les ballonnets sont d’abord chauffés, puis immergés dans une cuve de solution coagulante pendant quelques secondes. Lorsque les formes sont immergées dans le latex liquide, le coagulant provoque le gel du caoutchouc en une fine feuille autour des formes. Une solution de coagulant couramment utilisée est un mélange d’eau, d’un sel à base de calcium, de savon et de poudre de talc. Le sel est le coagulant réel; le savon aide le latex à se répandre dans un film uniforme, et le talc aide à faciliter l’élimination du caoutchouc des formes dans une étape ultérieure.
• 4 Les formes sont chauffées à une température comprise entre 38 °C (100 °F) et 93 °C (200 °F), puis immergées dans un réservoir de latex coloré. Le coagulant fait en sorte que le latex recouvre les formes. Plus les formes sont longues dans le réservoir, plus le revêtement qui leur colle est épais. Pour les ballons, une très fine couche de latex est souhaitée, de sorte que les formes ne sont immergées que pendant quelques secondes. Les formes doivent être insérées et retirées à des vitesses soigneusement contrôlées pour éviter de piéger les bulles d’air et obtenir un revêtement uniforme et mince.

Fabrication de l’anneau

• 5 Une lèvre est formée sur le col du ballon en roulant les bords du caoutchouc à l’aide de brosses ou de rouleaux. Cela crée l’anneau vu autour de l’ouverture du ballon.

Élimination de l’excès de coagulant

• 6 Ensuite, les formes sont immergées dans un réservoir de solution de lixiviation (souvent de l’eau ordinaire) pour dissoudre et lessiver l’excès de coagulant du caoutchouc.

Durcissement du caoutchouc

• 7 Le caoutchouc sur les formes doit être séché et durci. La méthode utilisée varie selon les fabricants. Certains fabricants de ballons utilisent un latex qui contient déjà un agent vulcanisant, auquel cas le caoutchouc est séché à température modérée. D’autres fabricants induisent la vulcanisation en mettant les formes revêtues de caoutchouc dans un four et en durcissant jusqu’à une heure.

Retrait des ballons

• 8 Les ballons sont ensuite retirés mécaniquement de leurs formes. Une approche consiste à les souffler à l’aide d’un jet d’eau ou d’air et à collecter les ballons dans un panier ou un filet.
• 9 Si les ballons sont retirés à l’aide d’un jet d’eau, ils sont ensuite placés dans une centrifugeuse, où l’excès d’eau est éliminé en faisant tourner les ballons à grande vitesse.
• 10 Les ballons sont ensuite séchés dans de grands sèche-linge.

Impression et emballage

• 11 Ensuite, les ballons peuvent être emballés, ou d’abord imprimés puis emballés. S’ils sont emballés directement, ils sont déplacés sur une bande transporteuse devant un dispositif de comptage et placés dans des sacs. Lorsqu’un nombre approprié de ballons a été placé dans chaque sac, les sacs sont scellés.
• 12 L’impression de dessins sur des ballons, tels que des logos ou des visages, implique en fait plusieurs étapes. Tout d’abord, les ballons doivent être gonflés afin de permettre une impression uniforme. Cela nécessite qu’un travailleur place manuellement chaque ballon sur le dispositif de gonflage. Ensuite, un motif est soigneusement imprimé sur chaque ballon. Enfin, les ballons sont retirés et transmis à l’étape d’emballage.

Contrôle de la qualité

L’environnement de fabrication du ballon doit être strictement contrôlé afin d’obtenir une qualité et une cohérence élevées. Tout au long du processus de fabrication, l’instrumentation informatique enregistre et contrôle l’humidité de l’air, la température de l’air, la température du réservoir de latex, la température dans les fours, les séchoirs et d’autres paramètres.

Le latex et les autres produits chimiques utilisés dans le processus doivent être soigneusement formulés pour des propriétés spécifiques et soigneusement entretenus. Par exemple, le latex doit avoir une certaine viscosité et une certaine vitesse de séchage. Les réservoirs dans lesquels il est maintenu doivent comporter des dispositifs pour maintenir le latex en circulation afin d’éviter de former une « peau » et d’empêcher les ingrédients de se déposer.

Sous-produits / Déchets

Il est dans l’intérêt des fabricants de gaspiller le moins de caoutchouc possible car le coût du latex est élevé par rapport au prix de vente des ballons individuels. Les fabricants de ballons récupèrent également une grande partie du coagulant qui se retrouve dans la solution de lixiviation. Malheureusement, ce qui n’est pas récupéré finit par devenir des déchets liquides dans l’environnement. La quantité de déchets chimiques qui peut être rejetée par une usine est réglementée par les lois gouvernementales. Les ballons entraînent également des déchets après leur fabrication, car ils sont invariablement jetés après qu’ils se dégonflent ou éclatent. Cependant, comme le latex est naturel, il finit par se décomposer en d’autres substances.

Problèmes de sécurité

Les ballons jouets peuvent être une source de joie, mais ils peuvent également être dangereux de manière inattendue. On sait que de jeunes enfants meurent d’étouffement accidentel sur des ballons. Les ballons en latex peuvent également se retrouver dans l’eau, où ils finissent par perdre leur couleur et peuvent ressembler à des méduses. Des animaux marins tels que les baleines et les tortues ont tenté de les manger et sont morts parce que le latex obstrue leurs systèmes digestifs.

L’avenir

L’industrie des ballons jouets est très compétitive. Les fabricants cherchent constamment des moyens de rendre le processus plus automatique et plus efficace, notamment en réduisant les interventions manuelles. Actuellement, les parties les plus exigeantes en main-d’œuvre sont les étapes d’impression et d’emballage. L’automatisation croissante de ces étapes est un domaine d’amélioration potentielle future.

Ces dernières années, les ballons en films métalliques sont devenus populaires. Le processus de fabrication de ces ballons est très différent. Ils sont fabriqués à partir d’un sandwich de deux échantillons de mylar — un film de polyester — souvent de forme circulaire, qui sont scellés ensemble sur les bords. Il reste une petite ouverture à travers laquelle le ballon peut être gonflé. Comme le matériau est initialement plat, ces ballons peuvent être imprimés plus facilement que les ballons en caoutchouc. La feuille peut être rendue très brillante et réfléchissante, ce qui permet des dessins très lumineux. Ils sont plus solides et plus durables que les ballons en caoutchouc, mais pour certaines utilisations, c’est aussi un inconvénient. Par exemple, ils ne peuvent pas être tordus en différentes formes ni être remplis d’eau. La feuille prend également beaucoup plus de temps à se dégrader dans l’environnement que le caoutchouc.