FR2488298A1 - Matiere composite faite de caoutchouc-cables metalliques et pneumatiques - Google Patents

Abstract

MATIERE COMPOSITE FORMEE DE CAOUTCHOUC ET DE CABLES METALLIQUES ENROBES PAR CELUI-CI. LE CABLE METALLIQUE EST FABRIQUE PAR RETORDAGE D'AU MOINS TROIS FILAMENTS METALLIQUES ET PRESENTE UN ALLONGEMENT SOUS UNE CHARGE DE 5,0KGCABLE P DE 0,2 A 1,2 ET UN ALLONGEMENT SOUS UNE CHARGE DE 2,0KGCABLE P DE P0,947P-0,043 AVANT L'ENROBAGE PAR LE CAOUTCHOUC. APPLICATION NOTAMMENT AUX PNEUMATIQUES.

Description

La présente invention concerne des matières compo-

sites formées de câbles métalliques servant de renforcement et de caoutchouc et elle a trait plus particulièrement à des matières composites formées d'une carcasse de câbles métalliques et de caoutchouc et ayant une résistance à la corrosion améliorée pour les câbles métalliques et une durée de service prolongée par l'utilisation de câbles métalliques

ayant une structure de retordage d'un type nouveau.

La description de la présente invention fait réfé-

rence aux figures des planches de dessins annexées, qui la complètent utilement et dont la signification est donnée

plus loin.

Les matières composites formées de câbles métalliques et de caoutchouc sont utilisées en particulier comme renforts de ceintures dans des pneumatiques à carcasses radiales en acier. Dans ce cas, on utilise à l'heure actuelle à grande échelle dans les renforts de ceintures des câbles d'acier ayant une structure dite à 1 x 4 ou 1 x 5 brins, qui sont produits par retordage de 4 ou 5 filaments d'acier. Cependant, comme indiqué sur la fig. 1, un tel câble métallique comprend une cavité s'étendant dans la direction longitudinale dans

sa partie centrale.

Lorsque les câbles d'acier ayant la structure décrite ci-dessus sont utilisés dans le renfort de ceinture et si le pneumatique est soumis à un dommage externe faisant en sorte qu'un caillou à arête vive, un clou ou une partie semblable atteigne le câble métallique au cours de son roulement sur la route, de l'eau ou des substances semblables qui ont pénétré par la déchirure se propagent aisément vers la cavité de la partie centrale du câble et, en conséquence, le câble est corrodé, ce qui supprime l'adhérence entre le câble et le caoutchouc et produit ce qu'on appelle un

phénomène de séparation entre câble et caoutchouc.

En conséquence, différentes tentatives ont été

faites jusqu'à maintenant pour remédier à cet inconvénient.

En particulier, des câbles tels que celui de la fig. 2 ont été proposés dans le brevet US 4.258.543, suivant lequel

2 2488298

on retord plusieurs filaments à un diamètre de câble légère-

ment plus grand sans qu'ils entrent en contact entre eux de façon à former un intervalle entre filaments adjacents et à les inscrire uniformément dans un cercle de section droite de câble, par comparaison avec les câbles classiques qui ont une structure plus compacte o il n'existe aucun espace entre des filaments adjacents, comme indiqué sur la fig. 1. Pour de tels câbles, la résistance à la corrosion est considérée comme améliorée du fait que, lorsque les câbles sont enrobés de caoutchouc puis sont soumis à une opération de vulcanisation à chaud, le caoutchouc pénètre dans les intervalles existant entre des filaments adjacents,

du fait de son état fluide dans un stade initial de vulcani-

sation, ce qui empêche la dispersion de l'eau qui a pénétré

dans le câble en provenance de la déchirure externe.

Cependant, des essais et l'expérience ont confirmé que les câbles faisant l'objet de ce brevet US susdit présentent les inconvénients suivants. Puisque l'étape de vulcanisation à chaud est effectuée à une pression d'environ 0,4 à 4 MPa, le gonflement du câble est supprimé par la pression exercée et l'intervalle existant initialement entre filaments adjacents est éliminé. Il en résulte que le caoutchouc fluidisé pénètre difficilement dans la cavité de la partie centrale du câble ou bien que. s'il y a pénétration, seulement une légère quantité de caoutchouc parvient à l'intérieur du câble. En conséquence, lorsqu'un produit contenant de tels câbles est soumis à un dommage externe, une interface entre le caoutchouc ayant pénétré localement et le câble est soumise à une corrosion par l'eau au bout d'un temps court et également l'eau qui a pénétré par la déchirure se propage ensuite dans la direction longitudinale

du câble par l'intermédiaire de cette interface corrodée.

En conséquence, il se produit une rupture par séparation

entre le câble et le caoutchouc.

Dans les circonstances indiquées ci-dessus, les inventeurs ont effectué différentes études et ils ont trouvé qu'on pouvait remédier aux inconvénients précités

3 2488298

en enrobant descâbles métalliques avec du caoutchouc d'une nouvelle manière qui a conduit à la mise au point de la

présente invention.

Conformément à l'invention, on réalise une matière composite formée de câbles métalliques enrobés de caoutchouc et caractérisée en ce que le câble métallique est produit par retordage d'au moins trois filaments métalliques, et de préférence quatre à cinq filaments, et a un allongement sous une charge de 5,0 kg/câble (P1) de 0,2 à 1,2 % et un allongement sous une charge de 2,0 kg/câble (P2) qui est

P2 (%) 0,947 P1 - 0,043 avant l'enrobage avec du caoutchouc.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention

ressortiront de la suite de la description, donnée à titre

d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La fig. 1 est une vue en coupe schématique de câbles métalliques du type compact classique, comme mentionné ci-dessus, - La fig. 2 est une vue en coupe schématique de câbles métalliques tels que ceux faisant l'objet du brevet

US 4.258.543,

- La fig. 3 est une vue en coupe schématique-de câbles métalliques conformes à l'invention, et - La fig. 4 est un graphique montrant la relation entre les allongements P1, P2 du câble métallique et le

degré de pénétration du caoutchouc.

Comme indiqué sur la Fig. 3, le câble métallique 1 à utiliser dans la présente invention est produit par retordage d'au moins trois filaments métalliques 2 et il comprend au moins trois genres de formes de section dans sa direction longitudinale, excepté le cas ou tous les filaments se touchent mutuellement. Ainsi, pour obtenir des câbles métalliques ayant ces différentes formes de section, le câble métallique selon l'invention doit avoir un allongement P1, sous une charge de 5,0 kg/câble qui soit de 0,2 à 1,2 % et un allongement P sous une charge de 2,0 kg/câble qui ne soit pas supérieur à 0,947 P1 - 0,043, de préférence pas

4 -2488298

supérieur à 0,947 P1 - 0,083 et plus particulièrement pas supérieur à 0, 947 P - 0,204. Lorsque l'allongement P1 est inférieur à 0,2 %, l'objectif selon l'invention ne peut être atteint, car il n'existe pas une grande différence entre le câble en question et le câble connu du type compact, tandis que, lorsque l'allongement P1 dépasse 1,2 %, le câble risque de provoquer une perturbation de retordage à son extrémité sectionnée et c'est l'aptitude de mise en oeuvre qui entre alors en jeu. En outre l'allongement P1 est de préférence choisi entre-0,2 et 0,7 % en fonction de l'aptitude de mise en oeuvre, mais dans une plage comprise entre 0,7 et 1,2 % en fonction de la propriété de pénétration du caoutchouc. D'autre part, même si l'allongement P1 est compris dans la plage définie ci-dessus, lorsque l'allongement p2 dépasse 0,947 P1 - 0,043, l'augmentation de la forme de section droite du câble risque de se perdre sous l'effet de la pression exercée dans la phase de vulcanisation à chaud après l'enrobage avec du caoutchouc et par conséquent le

caoutchouc pénètre difficilement à l'intérieur du câble.

On va définir dans la suite l'allongement P2 en référence à la propriété de pénétration du caoutchouc dans

le câble.

Dans des câbles à retordage ouvert, chaque filament

constituant le câble a tendance habituellement à se contrac-

ter vers le centre du câble lorsque celui-ci est soumis à une contrainte de tension. Dans ce cas, même lorsque l'allongement P1 est constant, l'allongement P2 peut être

grand ou petit.

Le grand allongement P2 correspond au cas o la forme de section du câble est uniforme dans la direction longitudinale (ou l'espace entre des filaments adjacents est uniforme) comme indiqué sur la Fig. 2. En conséquence, chaque filament constituant le câble a tendance à se déplacer librement en direction du centre du câble, de sorte que l'allongement sous une charge de 2 kg/câble est

relativement grand.

D'autre part, le petit allongement P2 correspond

2488298

à un cas o la forme de section du câble n'est pas uniforme, comme indiqué par exemple en (1 x 5) B-E sur la fig. 3 et o les filaments constituant le câble sont partiellement

mais non complètement en contact les uns avec les autres.

Dans ce cas, même si chaque filament a tendance à se déplacer vers le centre du câble, la pression de contact (ou force de rebond) agit sur les filaments adjacents qui se touchent,

de sorte que l'allongement sous charge de 2 kg/câble diminue.

Lorsque le nombre de points de contact 3 entre des

filaments adjacents dans la forme de section de câble indi-

quée sur la fig. 3 est défini comme un nombre de contacts, si l'allongement P1 est constant, la non-uniformité de la forme de section du câble est représentée par le nombre de contacts. Ainsi, plus le nombre de contacts est élevé, plus

la non-uniformité de la forme de section du câble est grande.

Dans la structure à un seul retordage, la non-unifor-

mité de la forme de section du câble est maximale quand le nombre de contacts du câble composé de cinq filaments est 4(1x5, E de la fig. 3) ou bien quand le nombre de contacts du câble composé de quatre filaments est 3(1x4, D de la fig.3). Il en résulte que l'intervalle entre des filaments adjacents ne se touchant pas est maximal et également que

le câble se rompt difficilement dans la phase de vulcanisa-

tion à chaud, de sorte que l'intervalle d'espacement néces-

saire pour la pénétration du caoutchouc est maintenu dans le câble. Dans le câble métallique selon l'invention, il est préférable que le pas de retordage des filaments métalliques soit compris entre 3 et 16 mm. Lorsque le pas de retordage est inférieur à 3 mm, la productivité de fabrication du câble est excessivement faible et la valeur commerciale est mauvaise, alors que, quand le pas de retordage dépasse 16 mm, la résistance au pliage du câble soumis à une fatigue par ondulation diminue considérablement. En outre, un pas de retordage non inférieur à 8 mm est préférable du point de vue de la productivité, de sorte que la plage de pas de retordage comprise entre 8 et 16 mm est optimale

6 2488298

en pratique.

En outre, chaque filament métallique constituant le câble selon l'invention doit de préférence avoir un diamètre de 0,12 à 0,4 mm, car, lorsque le diamètre est inférieur à 0,12 mm, la résistance est trop faible, tandis que, lorsque le diamètre dépasse 0,4 mm, la résistance à la fatigue diminue à une valeur inadmissible en pratique. En outre,on n'est pas limité par le type de câble métallique à utiliser, mais des câbles en acier sont préférables du point de vue de la disponibilité commerciale et du faible coût. Dans le dernier cas, des filaments d'acier constituant le câble peuvent être revêtus d'un métal tel que Cu, Sn, Zn et des métaux semblables ou bien d'un alliage de Ni, Co et de métaux semblables.pour améliorer l'adhérence du

filament sur le caoutchouc.

Les câbles métalliques à utiliser dans la présente

invention peuvent être fabriqués de la manière suivante.

En pratique le câble métallique est fabriqué par retordage d'un nombre donnné de filaments qui ont été auparavant

excessivement travaillés, puis par compression de ces fila-

ments dans la direction radiale du câble résultant, afin qu'on ait un allongement P1 donné (sous une charge de kg/câble). A titre d'exemple, les câbles du lot nO 2 du tableau 1 suivant sont réalisés par retordage de cinq filaments d'acier travaillés ayant chacun une valeur de P1 de 1,8 % dans une machine de retordage classique, puis par

compression jusqu'à une valeur de P1 de 0,87 % par l'inter-

médiaire de galets.

Conformément à la présente invention, on utilise du caoutchouc naturel ou synthétique pour enrober les câbles métalliques. En particulier, lorsque la matière composite câbles métalliques/caoutchouc est utilisée, par exemple, comme renfort de ceinture dans des pneumatiques à carcasse radiale, il est avantageux que le module à 50 % du caoutchouc d'enrobage soit compris entre environ 1 et 4 MPa. Lorsque le module à 50 % est inférieur à environ 1 MPa, la déformation produite dans la partie extrême du

7 2488298

câble métallique augmente et la résistance à la séparation de l'extrémité de ceinture (augmentation de la fissuration du caoutchouc d'enrobage de ceinture à partir de l'extrémité de câble de ceinture) diminue. En outre, lorsque le module à 50 % dépasse environ 4 MPa, la durabilité de la ceinture risque de diminuer, ou bien un pliage de câble peut se produire et en même temps l'aptitude de mise en oeuvre

diminue considérablement.

Dans la matière composite câbles/caoutchouc ayant la structure définie cidessus conformément à l'invention, du caoutchouc pénètre intimement dans le câble àla fois dans des directions longitudinales et radiales, de sorte qu'on empêche la diffusion de la rouille sur la surface du câble métallique àla suite de la pénétration d'eau par des déchirures externes. En conséquence, le phénomène de séparation du à une réduction de l'adhérence entre le câble métallique et le caoutchouc sous l'effet de la corrosion du câble est fortement contrebalancé et il en résulte une amélioration considérable de la durée de service de la matière composite selon l'invention. Ainsi la matière

composite selon l'invention a non seulement un effet favora-

ble lors de son utilisation dans des pneumatiques, mai.s elle peut aussi être largement utilisée dans des produits industriels tels que des engins d'agriculture, des courroies

et organes semblables.

En outre, l'invention est applicable à des câbles retordus en faisceaux tels que 2+7, 3+6, 3+9, 4+10, 3+9+15 et autres structures, ou bienà des câbles à structure en

brins tels que 7x3,7x4 et autres structures.

Les exemples suivants sont donnés aux fins d'illus-

tration de la présente invention, mais ne limitent aucune-

ment celle-ci.

EXEMPLE 1

Douze types de câbles métalliques précisés dans le tableau 1 suivant ont été fabriqués par retordage d'au moins trois filaments d'acier, qui étaient chacun revêtus de laiton, avec un pas de retordage de 9,5 mm. Chacun de ces

8 2488298

filaments métalliques a été enrobé de caoutchouc ayant uni module à 50 % d'environ 2,5 Mpa, tel que du caoutchouc d'enrobage de ceinture de pneumatique, qu'on a ensuite vulcanisé pour former une matière composite. Après que le câble métallique a été sorti de la matière composite, une longueur de la partie contenant du caoutchouc ayant pénétré presque complètement dans la partie centrale du câble a été mesurée et on a alors défini le degré de pénétration du caoutchouc par un indice correspondant au rapport du degré de pénétration et de la longueur totale du câble. A titre de comparaison, on a effectué une estimation semblable pour

le câble métallique classique représenté sur la fig. 1.

Les résultats des mesures sont également donnés dans le tableau 1. P1 et P2 sont les allongements (en %) sous des charges respectives de 5,0 kg et 2,0 kg par câble d'une longueur totale de 20-50 cm et le profil de section est indiqué par des symboles indiqués sur la fig. 3, en fonction de l'observation de la section du câble à des intervalles de 5 mm dans sa direction longitudinale à l'aide d'un verre

grossissant.

TABLEAU 1

e ot Type de câbleP (% P (% forme de Degré de longueur NO de lot TyP1 ()2 section pénétration corrodée du caout- de câble chouc 1 (lx5)xO,25 1,00 0, 62 ABCC'DD'E 100 5 2 (lx5)xO,25 0,87 0,45 " 95 5 3 (lx5)x0,25 0,30 0,10 " 65 10 4 (lx4)xO,25 0,70 0,42 ABCC'D 70 10 (lx3)xO,25 0,50 0,27 ABC 80 7 6 (lx5)x0,25 0,84 0,72 ABCC' 55 15 7 (lx4)x0,25 0,64 0,54 ABCC' 50 20 8 (lx3)x0,25 0,33 0,27 ABC 25 40 9 (lx4)xO,25 0,70 0,64 AB 15 95 (lx4)xO,25 0,64 0,60 " 10 98 11 (lx3)x0,25 0,50 0,47 " 5 100 12 (lx5)xO,25 0,30 0,27 " 0 100 13 (lx5)x0,25 (0,14) (0,06) Fig. 1 0 100 N tu Co CO %0 0o

2488298

Pour les câbles des lots nOS 1 à 12 du tableau 1, on a indiqué sur la fig. 4 le degré de pénétration de caoutchouc par 0(80-100), < (60-79), a (4059), A (20-39) et V (0-19) sous la forme d'un graphique o l'allongement P2 (exprimé en %) sous une charge de 2kg/ câble est porté en ordonnées et o l'allongement P1 (exprimé en %) sous une

charge de 5 kg/câble est porté en abscisses.

Comme le montrent le tableau 1 et la fig. 4, les câbles métalliques des lots 1 à 8 (de préférence les lots 1 à 6) correspondant à une gamme de P2 4 0,947 P1 - 0,043 (de préférence P2 4 0,947 P1 - 0,083) ont un degré de pénétration de caoutchouc non inférieur à 25 (de préférence non inférieur à 55), ce qui montre que le caoutchouc pénètre bien à l'intérieur du câble métallique. D'autre part, les câbles métalliques des lots nOS 9 à 12 correspondant à une

gamme de P2 > 0,947 P1 - 0,043 sont essentiellement identi-

ques au câble ayant une forme de section à gonflement uniforme, o les filaments constituant le câble ne se touchent

pas, et sont mauvais en ce qui concerne le degré de pénétra-

tion du caoutchouc.

Ensuite on a fabriqué des pneumatiques de dimen-

sions normalisées 175 SR 14 en utilisant les câbles métal-

liques des lots nos 1 à 12 du tableau 1 comme renforcement d'une couche de ceinture (module à 50 % du caoutchouc de revêtement: environ 2,5 MPa). Dans une zone de contact du pneumatique avec le sol, on a percé un trou de 3 mm de diamètre pour arriver au câble métallique. Après avoir fait rouler ces pneumatiques sur une distance de 50 000 km, on a sorti le câble métallique du pneumatique dans une position

correspondant à celle du trou, puis on a défini la détério-

ration d'adhérence de l'interface entre câble et caoutchouc d'enrobage par la "longueur corrodée de câble" et on l'a chiffrée par un indice établi en prenant pour base une

valeur 100 pour la longueur corrodée du câble du lot n0 13.

Les résultats des mesures sont aussi indiqués dans le Tableau 1, o plus la valeur de l'indice est faible, meilleure est

la résistance à la corrosion du câble.

11 2488298

Il ressort des résultats du tableau 1 que, dans les pneumatiques utilisant les câbles métalliques des lots

n'D 1 à 8 conformément à la présente invention, la résis-

tance à la corrosion des câbles est améliorée, en particulier pour les câbles des lots 1 à 6, et par conséquent la durée

de service des pneumatiques est largement prolongée.

EXEMPLE 2

On a répété la même évaluation que celle de l'exemple 1 en enrobant le câble métallique selon l'invention, ayant un allongement P1 de 0,70 %, un allongement P2 de 0,52 % et des profils de section A,BC,C',D,D',E et constitué de cinq filaments d'acier plaqué de laiton de 0,25 mm de

diamètre, avec un caoutchouc ayant un module à 50 % d'envi-

ron 1 à 4 MPa. Les résultats de mesures sont donnés dans le tableau 2 ciaprès

TABLEAU 2

H I de lot Module à 50% du caoutchouc (en MPa) type de câble P1(%) P2(%) Forme de section Degré de Longueur pénétration corrodée du caout- de cUble chouc (lx5)xO,25 II II Tl

0,70 0,52 'ABCC'DD'E

t, I, fT tT T, IlT It t, Iv co ru Co Co

13 2488298

Comme le montre le tableau 2, l'objectif de la présente invention peut être atteint indépendamment d'un changement de module à 50 %, pour autant que ce module

reste dans une gamme définie.

EXEMPLE 3

On a utilisé le même câble que celui décrit dans l'exemple 2 comme renforcement dans une chenille en caoutchouc pour un engin agricole tel qu'un cultivateur. A la suite d'un essai de fonctionnement qui a duré un an, il s'est

confirmé que la résistance à la corrosion du câble métalli-

que selon l'invention est considérablement améliorée.

14 2488298

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Matière composite formée de caoutchouc et de câbles métalliques enrobés par celui-ci, caractérisée en ce que le câble métallique est fabriqué par retordage d'au moins trois filaments métalliques et présente un allongement sous une charge de 5,0 kg/câble (P1) de 0,2 à 1,2 % et un allongement sous une charge de 2,0 kg/câble (P2) de P2 (%)

,947 P1 - 0,043 avant l'enrobage par le caoutchouc.

2. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le câble métallique comprend au moins trois types de formes de section, excepté le cas o tous les

filaments métalliques se touchent dans la direction lcngi-

tudinale du câble.

3. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le câble métallique a un allongement

P2M) de P2 4 0,947 P1 - 0,083.

4. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament métallique est retordu

avec un pas de retordage de 3 à 16 mm.

5. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament métallique a un diamètre

de 0,12 à 0,4 mm.

6. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caoutchouc d'enrobage du câble

métallique a un module à 50 % d'environ 1 à 4 MPa.

7. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le type de câble métallique est

(1 x 5) x 0,25.

8. Pneumatique comportant des câbles métalliques servant de renfort pour une couche de ceinture, caractérisé en ce que le câble métallique est fabriqué par retordage de

quatre ou cinq filaments métalliques et présente un allonge-

ment sous une charge de 5,0 kg/câble (P1) de 0,2 à 1,2 % et un allongement sous une charge de 2,0 kg/câble (P2) de P2 (%) 4 0,947 P1 - 0, 043 avant son enrobage dans du

caoutchouc ayant un module à 50 % d'environ 1 à 4 MPa.