Étude du procédé d’enduction à la racle de formulations de plastisol

Les procédés d’enduction sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour déposer des liquides en faible épaisseur sur différents types de substrats. Le trempage (dip-coating) est dédié à l’enduction de pièces unitaires. Les procédés d’enduction en continu de surfaces sont nombreux : l’enduction filière plate (slot-die), l’enduction au rideau (curtain-coating) permettent de déposer une couche liquide, mais pas d’appliquer une pression entre la couche déposée et le substrat ; l’enduction calandrage entre deux rouleaux rigides, l’enduction dite « reverse roll » entre deux rouleaux, l’un rigide métallique, l’autre souple avec une âme métallique et une couronne en caoutchouc, permettent le dépôt sous pression de peinture, de laque, de protection anti-corrosion… Cet article présente le procédé de dépôt à la racle dédié à des formulations plus visqueuses, telles celles utilisées pour la réalisation de revêtements de sols ou de papiers peints.

Le procédé d’enduction à la racle est décrit ainsi que les différents paramètres sur lesquels on peut jouer pour obtenir l’épaisseur prescrite du dépôt et dimensionner la géométrie de la racle. Les formulations de plastisol, communément utilisées pour les revêtements de sol, sont présentées. Elles sont composées de particules de PVC de différentes tailles et de charges de carbonate de calcium immergées dans un plastifiant ainsi que de différents additifs dont des agents gonflants. La rhéologie de ces formulations est complexe : une viscosité importante à faible taux de cisaillement, puis un comportement rhéofluidifiant à taux de cisaillement intermédiaire, suivi fréquemment d’un pic de dilatance (c’est-à-dire un comportement rhéoépaississant) à taux de cisaillement élevé ce qui peut provoquer le blocage du procédé. Ce comportement rhéologique dépend de la fraction volumique, de la taille et de la distribution de taille des particules de PVC et de la charge. Cette rhéologie complexe, qui ne correspond à aucun cas classique de comportement pour les polymères thermoplastiques, rend délicat la modélisation du procédé. Les approximations de la lubrification hydrodynamique sont introduites pour surmonter cette difficulté. Elles sont parfaitement légitimes en raison du rapport d’aspect de l’outillage (faible variation de l’entrefer entre la racle et le cylindre dans la direction de l’écoulement). Le caractère non monotone de la courbe de viscosité en fonction du taux de cisaillement ne permet pas l’utilisation des méthodes de résolution classiques issues de la mécanique des milieux continus. Bénéficiant du fait que la contrainte de cisaillement est, elle, monotone croissante en fonction du taux de cisaillement, les approximations de la lubrification hydrodynamique sont exprimées en variables contrainte et pression, ce qui complique la résolution numérique mais permet l’obtention de l’épaisseur déposée ainsi que des efforts exercés sur la racle pour différentes géométries de racle, différents paramètres d’enduction et différentes formulations de plastisol. La modélisation du procédé permet en premier lieu d’évaluer l’impact des paramètres de fonctionnement de la racle et de la rhéologie du plastisol sur l’épaisseur enduite. Elle vise aussi à dimensionner la racle pour limiter sa déformation liée aux contraintes engendrées par l’écoulement du plastisol. Elle sert enfin de guide à l’optimisation des formulations (taux de plastifiant, taille et distribution de taille des particules de PVC et de charge) pour éviter ou limiter l’importance du pic de dilatance, source de blocage du fonctionnement de la racle. Cela étant dit, la formulation de plastisol doit tout d’abord réaliser les propriétés requises pour le revêtement de sol (résistance à l’indentation et au frottement, élasticité, matité, facilité de nettoyage…). Il s’agit donc d’une optimisation sous contraintes multiples.