Le CPVC contient de 63 à 69 % de chlore en masse, contre environ 57 % pour le PVC. Ce chlore supplémentaire augmente sa température de transition vitreuse d'environ 30 °C et repousse sa plage de fusion au-delà du point où le PVC commence à libérer du chlorure d'hydrogène. Ce sont ces deux valeurs, et non la famille chimique, qui déterminent la réponse.
Un technicien qui utilise les deux types de vinyle suppose naturellement qu'ils se mélangent à sec comme deux qualités de valeur K d'une même résine. Ce n'est pas le cas.
La question beaucoup plus fréquemment posée — coller un tuyau PVC fini à un tuyau CPVC — relève du collage à l'aide d'un solvant et fera l'objet d'un autre article. Celui-ci traite des résines utilisées sur une ligne de production : peuvent-elles être utilisées dans le même cylindre, la même calandre ou la même filière de coextrusion ?
Peut-on mélanger des résines PVC et CPVC sur une même ligne de production ?
Le mélange ou le co-traitement du PVC et du CPVC sur une ligne standard n'est pas envisageable, car ces deux résines sont immiscibles et leurs plages de fusion sûres se chevauchent à peine. Elles se séparent en phases au lieu de former une masse fondue homogène ; ainsi, un mélange à sec ou un mélange par fusion monovis donne une masse hétérogène à faible adhésion interfaciale, et non un alliage.
Le dossier de brevets le démontre clairement. Les mélanges par fusion directe de ces deux résines nécessitent l'ajout d'agents de compatibilisation et de modificateurs de fluidité pour être mis en œuvre. Les deux résines seront miscibles avec un troisième polymère, tel que la polycaprolactone, avant d'être miscibles entre elles.
L'existence des brevets tient précisément au fait que la paire de bases ne se mélange pas spontanément. Si un simple traitement conjoint suffisait, personne n'aurait déposé de brevet pour la chimie qui l'y contraint.
Il existe un cas physique très précis où les deux peuvent coexister : lorsque des pièces finies en PVC et en CPVC sont assemblées en service, elles ne doivent être utilisées que dans des applications non pressurisées. Il s’agit d’une restriction relative à l’assemblage sur site, et non d’une autorisation de mélange de résine.
Différences entre le PVC et le CPVC au niveau de l'ossature
Le PVC et le CPVC sont issus du même polymère. Le CPVC est obtenu par post-chloration du PVC, ce qui porte sa teneur en chlore d'environ 57 % à 63-69 % pour les qualités commerciales, voire jusqu'à 70-72 % pour les qualités ultra-résistantes à la chaleur. La différence réside dans l'étape de la transformation où le chlore supplémentaire est appliqué.
Dans le PVC, un atome de chlore occupe environ 25 % des sites de liaison de la chaîne principale. La chloration ultérieure porte ce pourcentage à environ 40 % dans le CPVC, en fixant le chlore sur des atomes de carbone initialement non chlorés dans la résine d'origine.
Cette substitution plus dense et plus volumineuse est la structure moléculaire qui explique la meilleure résistance à la chaleur : une plus grande quantité de chlore rigidifie la chaîne et freine l’agitation thermique. C’est également pourquoi le point d’inflammation instantanée du CPVC se situe aux alentours de 482 °C, contre 399 °C pour le PVC.
Les caractéristiques intrinsèques de la résine mère restent déterminantes. Le poids moléculaire et la valeur K définissent les propriétés mécaniques et de mise en œuvre de base sur lesquelles s'appuie la post-chloration. Choisir la bonne qualité de résine en fonction du procédé est donc primordial. Différentes qualités de résine PVC gélifient et s'écoulent à des vitesses différentes avant même la chloration.
Pourquoi une seule fenêtre de fusion ne peut pas traiter les deux résines
Une seule plage de fusion ne permet pas de fusionner les deux résines car l'écart de transition vitreuse d'environ 30 °C implique que la température de gélification du PVC ne permet pas une fusion complète du CPVC, tandis que la température de fusion complète du CPVC dégrade déjà le PVC. La transition vitreuse du PVC se situe aux alentours de 80 °C ; celle du CPVC à 67 % de chlore atteint 105 à 115 °C.
Cet écart se répercute directement sur les températures de transformation. Le PVC se transforme entre 170 et 200 °C environ. Le CPVC, quant à lui, nécessite entre 180 et 210 °C, avec une viscosité à l'état fondu plus élevée et une marge de sécurité plus étroite.
La zone de chevauchement est mince et la limite de stabilité thermique la ferme. Le CPVC commence à se déshydrochlorer au-dessus d'environ 160 °C et libère du chlorure d'hydrogène à un rythme d'environ 0.01 à 0.05 % en poids par minute à 200 °C pour une résine non stabilisée.
Au-delà de 210 °C environ, la réaction devient autocatalytique : le HCl dégagé accélère la déshydrochloration et la formation de polyènes décolore la masse fondue du jaune au brun.
La température nécessaire pour gélifier correctement le CPVC est celle qui provoque la décomposition autocatalytique du PVC. Aucun point de consigne ne permet d'obtenir les deux, ce qui explique mécaniquement l'échec du mélange avant même que l'immiscibilité ne soit prise en compte.
Quand faut-il opter pour le CPVC plutôt que pour le mélange ?
Pour la plupart des transformateurs, le choix se porte sur la substitution, et non sur le mélange : il faut utiliser une seule résine adaptée à la température de service et à l’exposition chimique, plutôt que d’en combiner deux. Le PVC résiste à des températures allant jusqu’à environ 60 °C (140 °F) ; le CPVC, jusqu’à environ 93 °C (200 °F), et leurs pressions nominales diffèrent tout autant.
C’est le coefficient de réduction qui fait toute la différence. À 54 °C (130 °F), une conduite de 25 cm (10 pouces) de diamètre, de type Schedule 80, présente un coefficient de réduction de 0.31 pour le PVC contre 0.57 pour le CPVC, soit près du double de la pression admissible en service à haute température.
Ainsi, si la pièce est exposée à de l'eau chaude, à des températures de process élevées ou à des produits chimiques agressifs, la solution ne consiste pas à y incorporer du CPVC. Il est préférable de formuler la pièce entièrement en résine CPVC et de réserver le PVC aux applications à température ambiante pour lesquelles il est déjà parfaitement adapté.
En dessous d'environ 60 °C (140 °F) et sans agent de résistance chimique, le PVC reste la résine la plus économique et la plus facile à mettre en œuvre ; il n'est donc pas nécessaire d'opter pour une qualité à plus forte teneur en chlore. Le choix est binaire et dépend des conditions d'utilisation ; il s'agit d'une résine à la fois.
Ce que cela signifie sur la ligne
Considérez le PVC et le CPVC comme deux systèmes de résine distincts, chacun ayant sa propre plage de fusion, son propre stabilisant et son propre système de vis. Ne les utilisez jamais comme deux qualités différentes que vous pourriez alimenter séparément ou mélanger pour obtenir des propriétés intermédiaires.
L'écart de température de transition vitreuse (Tg) d'environ 30 °C et le plafond d'autocatalyse de l'HCl au-dessus de 210 °C éliminent tout point de consigne commun. L'immiscibilité exclut l'option de fusion homogène, même si une plage de températures existait.
Ce piège consiste à supposer que « les deux sont des vinyles chlorés » implique « les deux fonctionnent sur la même ligne ». La famille chimique n'est pas le bon critère ; les facteurs déterminants sont la teneur en chlore, l'intervalle de transition vitreuse et la marge de stabilité thermique. Choisissez la résine adaptée aux conditions d'utilisation et utilisez-la sur une ligne dédiée.