La qualité d'un plastisol utilisable dépend du procédé de fabrication, et non de sa formulation. Deux plages de viscosité initiales, largement publiées, pour une même pâte de PVC diffèrent d'un facteur trois environ : l'une se situe entre 1 000 et 5 000 cP, l'autre entre 2 000 et 15 000 cP à 25 °C. Chacune a été optimisée pour une application différente.
La structure de base reste quasiment inchangée : résine, plastifiant, charge, stabilisant thermique, plastifiant secondaire. Seules les proportions varient, et elles sont déterminées par la fluidité de la pâte sur votre équipement.
Il faut donc procéder à l'envers. Déterminez la viscosité et la rhéologie cibles requises par votre procédé, puis choisissez la qualité de la résine, la charge de plastifiant et le niveau de charge pour y parvenir, que ce soit par trempage, enduction par étalement ou rotomoulage.
Étape 1 : Choisir la résine et le plastifiant adaptés à votre procédé cible
Commencez par nommer votre procédé, car il définit la plage de viscosité avant même de peser un seul ingrédient. Chaque procédé travaille la pâte selon un régime de cisaillement différent, et la viscosité cible doit correspondre à ce régime.
| Processus | Régime de cisaillement | Viscosité souhaitée |
|---|---|---|
| Étaler le revêtement (couteau, rouleau) | Cisaillement élevé | Faibles — débits et niveaux sous la lame |
| Revêtement par immersion | Faible cisaillement lors du retrait | Modéré — adhère et forme du film |
| Rotomoulage | Faible cisaillement, rotation | Intermédiaire — distribue sans drainer |
La distinction entre deux vitesses de cisaillement n'est pas une légende urbaine. L'industrie caractérise chaque pâte à deux vitesses de cisaillement car les procédés se déroulent selon différents régimes.
Les mesures Brookfield à faible cisaillement (ASTM D1824) permettent de suivre les opérations de coulée, de moulage et d'immersion. Les mesures Severs à fort cisaillement (ASTM D1823) permettent de suivre les opérations de mélange, de pompage et d'application d'enduit au couteau ou au rouleau, conformément au champ d'application des normes.
Une fois l'objectif défini, choisissez la résine. Un plastisol fluide n'est possible qu'avec une résine de dispersion en pâte (E-PVC) , dont les fines particules restent en suspension dans le plastifiant au lieu de se dissoudre. Une résine de dispersion K-80 à haut poids moléculaire offre une viscosité de pâte faible et stable, idéale pour les revêtements et les films.
Un piège se cache dans la fiche technique. La viscosité de la pâte indiquée dans la fiche technique d'une résine (par exemple, 4 000 cP sur un viscosimètre Brookfield à 2 tr/min) est mesurée avec une pâte de référence fixe, généralement 60 phr de DOP vieillie deux heures et non désaérée. Cette valeur sert à comparer les grades de résine entre eux ; elle ne correspond pas à la viscosité de votre formulation en service.
Ensuite, définissez le type et le dosage de plastifiant. Les valeurs publiées varient de 40 à 100 phr selon les sources, et peuvent atteindre 200 phr pour les pâtes les plus souples.
Le dosage de la charge tient compte à la fois de la dureté cible et de la viscosité admissible par votre procédé. Pour un revêtement qui doit être appliqué en fine couche, privilégiez une charge plus faible et utilisez un diluant ou un agent dépresseur pour réduire la viscosité, plutôt qu'un plastifiant supplémentaire.
Le choix du plastifiant contrôle la fusion, et pas seulement la flexibilité ; il faut donc choisir la qualité en tenant compte des deux.
Étape 2 : Ajuster la viscosité du plastisol avec des charges et des modificateurs
Ajustez la viscosité à l'aide de deux leviers indépendants, la charge et les modificateurs de rhéologie, et travaillez séparément les extrémités à faible et à fort cisaillement, car elles ne bougent pas ensemble :
- remplisseuse (le carbonate de calcium) ajoute du corps et réduit les coûts, mais augmente la viscosité de manière non linéaire — plus fortement à faible cisaillement.
- Un dépresseur À une concentration de 2 à 4 phr, la pâte s'affine sur toute la courbe.
- Silice pyrogénée s'épaissit sur toute la courbe, ajoutant simultanément des propriétés anti-affaissement et anti-tassement.
- Un gel de sulfonate de calcium épaissit uniquement l'extrémité à faible cisaillement.
Ce dernier additif est essentiel. Une pâte à appliquer par étalement doit adhérer à la lame sans couler, tout en s'écoulant facilement sous celle-ci : viscosité élevée à faible cisaillement, faible viscosité à fort cisaillement. Un gel de sulfonate de calcium assure cette adhérence sans surcoût lors de l'application.
La charge et le plastifiant doivent se solidifier ensemble, jamais indépendamment. Une matrice de laboratoire courante contient environ 33 phr de carbonate de calcium pour 57 phr de plastifiant.
Augmenter la charge au-delà du seuil généralement admis de 60 phr revient à sacrifier la flexibilité et la facilité de mise en œuvre au profit du coût. Chaque phr de charge supplémentaire représente un phr de viscosité – et souvent de qualité de fusion – dont vous devrez compenser les pertes par d'autres facteurs.
Un plastifiant secondaire tel que l'huile de soja époxydée à raison de 5 à 15 phr est utile ici, faisant également office de co-stabilisant.
Surveillez la fin de cuisson lors de toute modification de la viscosité. Les données des tests brevetés confirment ce compromis.
Les plastifiants réducteurs de viscosité classiques ont augmenté le temps de fusion d'environ 19 minutes à 21.5 minutes, tandis qu'un mélange de téréphtalate de dibutyle (DBT) a réduit la viscosité à haut cisaillement d'environ dix fois et le temps de fusion à environ 7 minutes. Si vous constatez ce défaut — une pièce qui sort insuffisamment fusionnée après avoir dilué la pâte — vérifiez si votre réducteur de viscosité a augmenté sa fluidité en réduisant la fusion.
Avant d'approuver un lot, vérifiez que la pâte se conserve bien. Un plastisol de bonne qualité ne perd pas plus de 20 % de viscosité après 30 jours de stockage.
La quantité de plastifiant influe principalement sur la viscosité. On peut y remédier en choisissant un plastifiant adapté au procédé utilisé : un grade DOP ou DOTP dimensionné en fonction de la viscosité cible et de la plage de fusion.
Étape 3 : Libérer l’air emprisonné dans le plastisol avant la gélification
Éliminez l'air emprisonné avant que la pâte ne soit chauffée, car une bulle qui persiste lors de la gélification forme un trou d'épingle ou un œil de poisson impossible à corriger ultérieurement. Le dégazage sous vide est la méthode standard, et les mélangeurs modernes l'intègrent d'emblée grâce à des couvercles sous vide et des cuves réfrigérées, au lieu de le considérer comme une simple formalité.
Avant d'ajouter le produit au mélangeur, assurez-vous que le récipient reste froid. Maintenez le mélange en vrac à une température inférieure à 40 °C environ afin d'éviter que la chaleur de cisaillement ne provoque une gélification prématurée, l'évaporation du plastifiant et une augmentation soudaine de la viscosité.
Deux problèmes distincts qui ressemblent tous deux à des bulles et nécessitent des solutions différentes. L'air incorporé lors du mélange est évacué sous vide ou après un temps de repos suffisant.
La fine couche de minuscules bulles en surface est généralement due à l'humidité — condensation sur un moule froid ou résine humide — et le vide ne permet pas de fixer une pâte humide. Une pâte froide aggrave le problème : elle est plus épaisse et emprisonne davantage d'air, et un chauffage trop rapide pour compenser provoque des cloques en surface.
En l'absence de système de vide, le temps de repos et l'écrémage de surface constituent les solutions de repli rudimentaires, mais elles ne permettent d'éliminer que l'air emprisonné. Maintenez vos moules et votre résine au sec afin de bloquer l'humidité à la source.
Étape 4 : Définir le profil de gélification et de fusion du plastisol
Faites passer la pâte par trois étapes de température, car la résistance mécanique n'apparaît qu'une fois la résine complètement fondue. Le processus décrit dans la littérature se déroule approximativement comme suit :
| Stage | Température | Ce qui se produit |
|---|---|---|
| Pénétration du plastifiant | 80-120 ° C | Le plastifiant commence à pénétrer dans la résine |
| Fusion primaire | 120-160 ° C | Les particules gonflent et s'agglutinent. |
| Gélification complète | 160-200 ° C | Le réseau se complète, la force se développe |
Le point de gélification rhéologique, où se croisent les modules de conservation et de perte, se situe aux alentours de 140 à 160 °C. La fusion complète nécessite généralement une température de 170 à 200 °C, avec un optimum de traitement courant d'environ 175 °C.
Une partie prélevée avant la gélification complète est crayeuse et fragile ; une partie pressée trop chaude ou trop longtemps brûle et se décolore.
Ce qui différencie les procédés, c'est le temps de cuisson, pas la courbe. Un revêtement mince étalé fusionne en quelques secondes une fois la température atteinte, tandis qu'une paroi épaisse moulée par rotomoulage nécessite un trempage prolongé pour que son noyau se forme.
La plage de traitement optimale pour cette formulation se situe entre la fusion complète et le début du roussissement. Si elle est trop réduite, un seul point chaud peut rendre la pièce inutilisable.
Une astuce pour l'étape 2 apparaît également ici. Si vous avez fluidifié la pâte avec un plastifiant réducteur de viscosité, vérifiez la fusion avant d'approuver la modification : le réducteur qui a facilité la fusion au mélangeur peut entraîner une fusion insuffisante de la pièce au four.
Commencez par un lot de laboratoire, pas par la ligne de production complète.
Avant de vous fier à une seule valeur, réalisez un petit échantillon en laboratoire et mesurez sa viscosité à faible et à fort taux de cisaillement. Ce sont ces deux mesures, et non la fiche technique, qui vous indiqueront si la pâte convient à votre procédé.
Le rapport de formulation que je recommande comme squelette de départ reste proche de la base publiée : environ 100 phr de résine en pâte, 55 à 60 phr de plastifiant, une trentaine de phr de charge, plus un stabilisant et un plastifiant secondaire.
Considérez cette structure comme un point de départ, pas comme une solution définitive. Les ingrédients sont définis ; ce sont les quantités qui les entourent — déterminées par la méthode de trempage, d’enrobage ou de rotomoulage — qui décideront si la pâte est utilisable ou bonne à jeter.
Pour obtenir rapidement un plastisol reproductible, il ne s'agit pas d'une meilleure recette, mais d'un viscosimètre permettant des mesures à deux vitesses de cisaillement et d'un test de fusion fiable.