FR2864556A1 - Cable a couches pour armature de carcasse de pneumatique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un câble à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une âme C0 à L fils de diamètre d0 avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C1 à M fils de diamètre d1 enroulés ensemble en hélice selon un pas p1 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C1 étant éventuellement entourée d'une couche externe C2 de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec N allant de 8 à 20, caractérisé en ce qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère recouvre, dans la construction [L+M], ladite âme C0 et, dans la construction [L+M+N], au moins ladite couche Cl.L'invention concerne en outre les articles ou produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc renforcés par un tel câble multicouches, notamment les pneumatiques destinés aux véhicules industriels, plus particulièrement les pneumatiques Poids-lourd et leurs nappes d'armature de carcasse.

Description

La présente invention concerne des câbles d'acier à couches qui sont

utilisables comme éléments de renforcement d'articles en caoutchouc et/ou en matière plastique.

Elle se rapporte notamment au renforcement des pneumatiques, plus particulièrement au renforcement de l'armature de carcasse de pneumatiques de véhicules industriels tels que 1 o Poids-lourd.

Les câbles d'acier ("steel cords") pour pneumatiques sont en règle générale constitués de fils en acier perlitique (ou ferrito-perlitique) au carbone, désigné ci-après "acier au carbone", dont la teneur en carbone (% en poids d'acier) est généralement comprise entre 0,1% et 1,2%, le diamètre de ces fils étant le plus souvent compris entre 0,10 et 0,40 mm (millimètre). On exige de ces fils une très haute résistance à la traction, en général supérieure à 2000 MPa, de préférence supérieure à 2500 MPa, obtenue grâce au durcissement structural intervenant lors de la phase d'écrouissage des fils. Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles ou torons, ce qui nécessite des aciers utilisés qu'ils aient aussi une ductilité en torsion suffisante pour supporter les diverses opérations de câblage.

Pour le renforcement notamment des armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd, on utilise le plus souvent aujourd'hui des câbles d'acier dits "à couches" ("layered cords'') ou "multicouches" constitués d'une âme centrale et d'une ou plusieurs couches de fils pratiquement concentriques disposées autour de cette âme. Ces câbles à couches, qui privilégient des longueurs de contact plus importantes entre les fils, sont préférés aux câbles plus anciens dits "à torons" ("strand cords'') en raison d'une part d'une plus grande compacité, d'autre part d'une sensibilité moindre à l'usure par fretting. Parmi les câbles à couches, on distingue notamment, de manière connue, les câbles à structure compacte et les câbles à couches tubulaires ou cylindriques.

Les câbles à couches les plus répandus dans les carcasses de pneumatiques Poids-lourd sont des câbles de formule (L+M) ou (L+M+N), les derniers étant généralement destinés aux plus gros pneumatiques. Ces câbles sont formés de manière connue d'une âme de L fil(s) entourée d'au moins une couche de M fils éventuellement elle-même entourée d'une couche externe de N fils, avec en général L variant de 1 à 4, M variant de 3 à 12, N variant de 8 à 20 le cas échéant, l'ensemble pouvant être éventuellement fretté par un fil de frette externe enroulé en hélice autour de la dernière couche.

Pour remplir leur fonction de renforcement des carcasses de pneumatiques, les câbles à couches doivent tout d'abord présenter une bonne flexibilité et une endurance élevée en flexion, ce qui implique notamment que leurs fils présentent un diamètre relativement faible, de préférence inférieur à 0,28 mm, plus préférentiellement inférieur à 0,25 mm, plus petit généralement que celui des fils utilisés dans les câbles conventionnels pour les armatures de sommet des pneumatiques.

P10-1590 FR Ces câbles à couches sont d'autre part soumis à des contraintes importantes lors du roulage des pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées induisant au niveau des fils des frottements, notamment par suite des contacts entre couches adjacentes, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue; ils doivent donc présenter une haute résistance aux phénomènes dits de "fatigue-fretting".

Il est important enfin qu'ils soient imprégnés autant que possible par le caoutchouc, que cette matière pénètre dans tous les espaces entre les fils constituant les câbles. En effet, si cette pénétration est insuffisante, il se forme alors des canaux vides, le long des câbles, et les agents corrosifs, par exemple l'eau, susceptibles de pénétrer dans les pneumatiques par exemple à la suite de coupures, cheminent le long de ces canaux jusque dans la carcasse du pneumatique. La présence de cette humidité joue un rôle important en provoquant de la corrosion et en accélérant les processus de dégradation ci-dessus (phénomènes dits de "fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche.

Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe généralement sous le terme générique de "fatigue-fretting-corrosion" sont à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de ces derniers.

Afin d'améliorer l'endurance des câbles à couches dans les carcasses de pneumatiques Poids-lourd, où de manière connue les sollicitations en flexion répétées peuvent être particulièrement sévères, on a proposé depuis longtemps de modifier leur construction afin d'augmenter notamment leur pénétrabilité par le caoutchouc, et ainsi limiter les risques dus à la corrosion et la fatigue-corrosion.

Ont été par exemple proposés des câbles à couches de construction (3+9) ou (3+9+15) constitués d'une âme de 3 fils entourée d'une première couche de 9 fils et le cas échéant d'une seconde couche de 15 fils, le diamètre des fils de l'âme étant ou non supérieur à celui des fils des autres couches. Ces câbles ne sont pas pénétrables jusqu'à coeur à cause de la présence d'un canal ou capillaire au centre des trois fils d'âme, qui reste vide après imprégnation par le caoutchouc, et donc propice à la propagation de milieux corrosifs tels que l'eau.

La publication RD N 34370 décrit quant à elle des câbles de structure [1+ 6+12], du type compacts ou à couches tubulaires concentriques, constitués d'une âme formée d'un seul fil, entourée d'une couche intermédiaire de 6 fils elle-même entourée d'une couche externe de 12 fils. La pénétrabilité par le caoutchouc peut être améliorée en utilisant des diamètres de fils différents d'une couche à l'autre, voire à l'intérieur d'une même couche. Des câbles de construction [1+6+12] dont la pénétrabilité est améliorée grâce à un choix approprié des diamètres des fils, notamment à l'utilisation d'un fil d'âme de plus gros diamètre, ont été également décrits, par exemple dans les documents EP-A-648 891 ou WO-A-98/41682.

Pour améliorer encore, par rapport à ces câbles conventionnels, la pénétration du caoutchouc à l'intérieur du câble, on a proposé des câbles multicouches avec une âme centrale entourée d'au moins deux couches concentriques, par exemple des câbles de formule [1+6+N], notamment [1+6+11], dont la couche externe est insaturée (incomplète), assurant ainsi une meilleure pénétrabilité par le caoutchouc (voir par exemple les documents de brevet EP-A-719 889 et P10-1590 FR WO-A-98/41682). Les constructions proposées permettent la suppression du fil de frette, grâce à une meilleure pénétration du caoutchouc à travers la couche externe et l'auto-frettage qui en résulte; l'expérience montre toutefois que ces câbles ne sont pas pénétrés jusqu'à coeur par le caoutchouc, en tout cas pas encore de manière optimale.

En outre, il doit être noté qu'une amélioration de la pénétrabilité par le caoutchouc n'est pas suffisante pour garantir un niveau de performance suffisant. Lorsqu'ils sont utilisés pour le renforcement de carcasses de pneumatiques, les câbles doivent non seulement résister à la corrosion mais aussi satisfaire un grand nombre de critères, parfois contradictoires, en particulier de ténacité, résistance au fretting, adhésion élevée au caoutchouc, uniformité, flexibilité, endurance en flexion ou traction répétée, stabilité sous forte flexion, etc. Ainsi, pour toutes les raisons exposées précédemment, et malgré les différentes améliorations récentes qui ont pu être apportées ici ou là sur tel ou tel critère déterminé, les meilleurs câbles utilisés aujourd'hui dans les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd restent limités à un petit nombre de câbles à couches de structure fort conventionnelle, du type compacts ou à couches cylindriques, avec une couche externe saturée (complète) ; il s'agit essentiellement des câbles de constructions [3+9], [3+9+15] ou [1+6+12] tels que décrits précédemment.

Le document de brevet US-A-5 139 874 présente des câbles d'acier pour le renforcement de pneumatiques, par exemple de construction [3+9], qui incorporent une résine thermoplastique constituée de polybutadiène syndiotactique-1,2. Cette résine, dont le point de fusion varie de 70 C à 200 C, est nécessairement dispersée à l'état fondu entre les interstices des fils d'acier constituant ces câbles.

Le document de brevet WO-A-99/31313 présente des câbles d'acier pour le renforcement de nappes de pneumatiques, comportant une âme, une couche intermédiaire et une couche externe, ces câbles étant par exemple de construction [1+6+12]. Ces câbles sont tels qu'un ou plusieurs fils de l'âme et/ou de la couche intermédiaire sont recouverts par un polymère de point de fusion supérieur à la température de vulcanisation de la nappe. Ce polymère est choisi dans le groupe constitué par un polyester thermoplastique à base de polybutylène ou polyéthylène téréphtalate, un copolyester, un polyuréthanne thermoplastique et un polyamide.

Le document de brevet WO-A-03/031716 présente également des câbles d'acier pour le renforcement de pneumatiques, comportant une âme, une couche intermédiaire et une couche externe, ces câbles étant par exemple de construction [1+6+12]. Ces câbles sont tels qu'un ou plusieurs fils de la couche intermédiaire sont individuellement recouverts par un polymère de point de fusion supérieur à 160 C tel qu'un polyester, par exemple un polyéthylène téréphtalate, un polybutylène téréphtalate ou un polyéthylène naphténate.

Le document de brevet WO-A-02/44464 présente des câbles d'acier pour le renforcement de pneumatiques de type hors-la-route ( off-road tires ), comportant une âme formée d'un toron qui est entourée d'une ou plusieurs couches formées de torons ou de fils. Ces câbles incorporent une ou plusieurs couches d'un polymère thermoplastique, tel qu'un polyéthylène téréphtalate, entre l'âme et la ou les couches qui l'entourent, ce polymère étant spécifiquement prévu pour conférer à ces câbles une résistance à la rupture élevée en comparaison de celle de câbles de même construction mais dépourvus de cette couche thermoplastique.

P10-1590 FR Or, les Demanderesses ont trouvé lors de leurs recherches un câble à couches nouveau qui, de manière inattendue, améliore encore la performance globale des meilleurs câbles à couches connus pour le renforcement des carcasses de pneumatiques Poids-lourd. Ce câble de l'invention présente, grâce à une architecture spécifique, non seulement une excellente pénétrabilité par le caoutchouc, limitant les problèmes de corrosion, mais encore des propriétés d'endurance en fatigue-fretting qui sont notablement améliorées par rapport aux câbles de l'art antérieur. La longévité des pneumatiques Poids-lourd et celle de leurs armatures de carcasse en sont ainsi très sensiblement améliorées.

En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une âme CO à L fils de diamètre do avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire Cl à M fils de diamètre d, enroulés ensemble en hélice selon un pas p, avec M allant de 3 à 12, ladite couche C 1 étant éventuellement entourée d'une couche externe C2 de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas P2 avec N allant de 8 à 20, caractérisé en ce qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre, dans la construction [L+M], ladite âme CO et, dans la construction [L+M+N], au moins ladite couche Cl.

L'invention concerne également l'utilisation d'un câble conforme à l'invention pour le renforcement d'articles ou de produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc, par exemple des nappes, des tuyaux, des courroies, des bandes transporteuses, des pneumatiques, plus particulièrement des pneumatiques destinés à des véhicules industriels utilisant habituellement une armature de carcasse métallique.

Le câble de l'invention est tout particulièrement destiné à être utilisé comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique destiné à des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poidslourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route - , engins agricoles ou de génie civil, avions, autres véhicules de transport ou de manutention.

Toutefois, ce câble de l'invention pourrait également être utilisé, selon d'autres modes de réalisation particuliers de l'invention, pour renforcer d'autres parties des pneumatiques, notamment des ceintures ou armatures de sommet de tels pneumatiques, en particulier de pneumatiques industriels tels que Poids-lourd ou génie civil.

L'invention concerne en outre ces articles ou produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par un câble conforme à l'invention, en particulier les pneumatiques destinés aux véhicules industriels cités ci-dessus, plus particulièrement les pneumatiques Poids-lourd, ainsi que les tissus composites comportant une matrice de composition de caoutchouc renforcée d'un câble selon l'invention, utilisables comme nappe d'armature de carcasse ou de sommet de tels pneumatiques.

P10-1590 FR L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 3 relatives à ces exemples qui schématisent, respectivement un cliché pris au microscope (grossissement de 40) d'une coupe transversale d'un câble témoin de structure [1+6+12] (Fig. 1) ; un cliché pris au microscope (grossissement de 40) d'une coupe transversale d'un câble selon l'invention de même structure [1+6+12] (Fig. 2); une vue schématique en coupe radiale d'une enveloppe de pneumatique Poids-lourd à 10 armature de carcasse radiale (Fig. 3).

1. MESURES ET TESTS I-1. Test de perméabilité à l'air Le test de perméabilité à l'air constitue un moyen simple de mesure indirecte du taux de pénétration du câble par une composition de caoutchouc. Il est réalisé sur des câbles extraits directement, par décorticage, des nappes de caoutchouc vulcanisées qu'ils renforcent, donc pénétrés par le caoutchouc cuit.

Le test est réalisé sur une longueur de câble déterminée (par exemple 2 cm) de la manière suivante: on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression donnée (par exemple 1 bar), et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre; pendant la mesure l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche de telle manière que seule la quantité d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe longitudinal, est prise en compte par la mesure. Le débit mesuré est d'autant plus faible que le taux de pénétration du câble par le caoutchouc est plus élevé.

I-2. Tests d'endurance en pneumatique L'endurance des câbles en fatiguefretting-corrosion est évaluée dans des nappes de carcasse 35 de pneumatiques Poids-lourd par un test de roulage de très longue durée.

On fabrique pour cela des pneumatiques Poids-lourd dont l'armature de carcasse est constituée d'une seule nappe caoutchoutée renforcée par les câbles à tester. On monte ces pneumatiques sur des jantes connues adaptées et on les gonfle à la même pression (avec une surpression par rapport à la pression nominale) avec de l'air saturé en humidité. On fait ensuite rouler ces pneumatiques sur une machine de roulage automatique, sous une charge très élevée (surcharge par rapport à la charge nominale) et à la même vitesse, pendant un nombre déterminé de kilomètres. A la fin du roulage, on extrait les câbles de la carcasse du pneumatique, par décorticage, et on mesure la force rupture résiduelle à la fois sur les fils et sur les câbles ainsi fatigués.

On réalise d'autre part des pneumatiques identiques aux précédents et on les décortique de la P10-1590 FR même façon que précédemment, mais cette fois sans les soumettre au roulage. On mesure ainsi, après décorticage, la force rupture initiale des fils et des câbles non fatigués.

On calcule finalement la déchéance de force-rupture après fatigue (notée AFm et exprimée en %), en comparant la force-rupture résiduelle à la force-rupture initiale. Cette déchéance AFm est due à la fatigue et à l'usure (diminution de section) des fils causées par l'action conjointe des diverses sollicitations mécaniques, en particulier de l'intense travail des forces de contact entre les fils, et de l'eau provenant de l'air ambiant, en d'autres termes à la fatigue-frettingcorrosion subie par le câble à l'intérieur du pneumatique, lors du roulage.

On peut aussi choisir de conduire le test de roulage jusqu'à la destruction forcée du pneumatique, en raison d'une rupture de la nappe de carcasse ou d'un autre type d'avarie survenant plus tôt (par exemple une destruction du sommet ou un déchapage).

II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION II-1. Câble de l'invention Les termes "formule" ou "structure", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente description pour décrire les câbles, se réfèrent simplement à la construction de ces câbles.

Comme indiqué précédemment, un câble à couches selon l'invention, de construction [L+M] ou [L+M+N], comporte une âme CO de diamètre do constituée de L fils, entourée d'au moins une couche intermédiaire Cl de diamètre d, constituée de M fils, laquelle est éventuellement entourée d'une couche externe C2 de diamètre d2 constituée de N fils.

Selon l'invention, une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre, dans la construction [L+M], ladite âme CO et, dans la construction [L+M+N], au moins ladite couche Cl.

Il faut donc comprendre que dans la construction [L+M+N], la couche CO pourrait être elle-même recouverte de cette gaine de caoutchouc.

Par l'expression "composition à base d'au moins un élastomère diénique", on entend de manière connue que la composition comprend à titre majoritaire (i.e. selon une fraction massique supérieure à 50%) ce ou ces élastomères diéniques.

On notera que la gaine selon l'invention s'étend d'une manière continue autour de ladite âme CO ou de ladite couche Cl qu'elle recouvre (i.e. cette gaine est continue dans la direction orthoradiale du câble qui est perpendiculaire à son rayon), de manière à former un manchon continu de section transversale qui est avantageusement pratiquement circulaire.

On notera également que la composition de caoutchouc de cette gaine est réticulable ou réticulée, c'est-à-dire qu'elle comprend par définition un système de réticulation adapté pour permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (i.e., son durcissement et non sa P10-1590 FR fusion). Ainsi, la composition de caoutchouc selon l'invention peut être qualifiée d'infusible, du fait qu'elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit, contrairement à : - une composition thermoplastique à base d'un plastomère (i.e. comprenant à titre majoritaire un polymère thermoplastique), ce plastomère pouvant être par exemple un polyamide, un polyester, un polyester thermoplastique tel qu'un polybutylène téréphtalate, un polyéthylène téréphtalate ou un polyéthylène naphténate, un polyuréthanne thermoplastique, ou encore une résine thermoplastique telle qu'un polybutadiène-1,2 syndiotactique, et à - une composition de caoutchouc à base d'un élastomère mais dépourvue d'un système de réticulation ou ne comprenant pas ce dernier sous une forme adaptée (par exemple en raison d'une quantité de soufre et d'accélérateur(s) de vulcanisation insuffisantes) pour empêcher la fusion de cette composition.

Par élastomère ou caoutchouc "diénique", on entend de manière connue un élastomère issu au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbonecarbone, conjuguées ou non).

Les élastomères diéniques peuvent être classés de manière connue en deux catégories: ceux dits "essentiellement insaturés" et ceux dits "essentiellement saturés". De manière générale, on entend ici par élastomère diénique "essentiellement insaturé" un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles). C'est ainsi, par exemple, que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques "essentiellement saturés" (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15%). Dans la catégorie des élastomères diéniques "essentiellement insaturés", on entend en particulier par élastomère diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50%.

Ces définitions étant données, on entend plus particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans le câble de l'invention: (a) tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone; (b) tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes de carbone; (c) un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une a-oléfine ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 atomes de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que notamment l'hexadiène-1,4, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène; (d) un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère.

P10-1590 FR Bien qu'elle s'applique à tout type d'élastomère diénique, la présente invention est en premier lieu mise en oeuvre avec des élastomères diéniques essentiellement insaturés, en particulier du type (a) ou (b) ci-dessus.

Ainsi, l'élastomère diénique est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères de butadiène, les différents copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprènebutadiène-styrène (SBIR).

Plus préférentiellement, en particulier lorsque les câbles de l'invention sont destinés à renforcer des pneumatiques, en particulier des armatures de carcasse des pneumatiques pour véhicules industriels tels que Poidslourd, l'élastomère diénique choisi est majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50 pce) constitué d'un élastomère isoprénique. Par "élastomère isoprénique", on entend de manière connue un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.

Selon un mode avantageux de l'invention, l'élastomère diénique choisi est exclusivement (c'est-à-dire pour 100 pce) constitué de caoutchouc naturel, de polyisoprène de synthèse ou d'un mélange de ces élastomères, le polyisoprène de synthèse ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 de préférence supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%.

On pourrait aussi utiliser, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, des coupages (mélanges) de ce caoutchouc naturel et/ou ces polyisoprènes de synthèse avec d'autres élastomères diéniques fortement insaturés, notamment avec des élastomères SBR ou BR tels que précités.

La gaine de caoutchouc du câble de l'invention peut contenir un seul ou plusieurs élastomère(s) diénique(s), ce(s) dernier(s) pouvant être utilisé(s) en association avec tout type d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques, ces polymères autres qu'élastomères étant alors présents à titre de polymère minoritaire.

Bien que la composition de caoutchouc de ladite gaine soit préférentiellement dépourvue de tout plastomère et qu'elle ne comporte qu'un élastomère (ou mélange d'élastomères) diénique(s) comme base polymérique, ladite composition pourrait aussi comprendre au moins un plastomère selon une fraction massique xp inférieure à la fraction massique xe du(des) élastomère(s).

Dans un tel cas, on a de préférence la relation suivante: 0 < xp < 0,5. xe.

P10-1590 FR Plus préférentiellement, on a dans un tel cas la relation: 0 < xp < 0,1. xe.

De préférence, le système de réticulation de la gaine de caoutchouc est un système dit de vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'un accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base peuvent s'ajouter divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus. Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 1 et 8 pce, l'accélérateur primaire de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5,0 pce.

La composition de caoutchouc de la gaine selon l'invention comprend, outre ledit système de réticulation, tous les ingrédients habituels utilisables dans les compositions de caoutchouc pour pneumatiques, tels que des charges renforçantes à base de noir de carbone et/ou d'une charge inorganique renforçante telle que silice, des agents anti-vieillissement, par exemple des antioxydants, des huiles d'extension, des plastifiants ou des agents facilitant la mise en oeuvre des compositions à l'état cru, des accepteurs et donneurs de méthylène, des résines, des bismaléimides, des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type "RFS" (résorcinolfounaldéhyde-silice) ou sels métalliques, notamment des sels de cobalt.

De préférence, la composition de la gaine de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension M10, mesuré selon la norme ASTM D 412 de 1998, inférieur à 20 MPa et plus préférentiellement inférieur à 12 MPa, en particulier entre 4 et 11 MPa.

A titre préférentiel, la composition de cette gaine est choisie identique à la composition utilisée pour la matrice de caoutchouc que les câbles selon l'invention sont destinés à renforcer. Ainsi, il n'y a aucun problème d'incompatibilité entre les matériaux respectifs de la gaine et de la matrice de caoutchouc. De préférence, ladite composition est à base de caoutchouc naturel et elle

comprend du noir de carbone à titre de charge renforçante, par exemple un noir de carbone de grade (ASTM) 300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772).

Le câble selon l'invention est a pour construction préférentielle [L+M+N].

Selon cette construction [L+M+N], on a de préférence au moins l'une, plus préférentiellement encore l'ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifiée: la couche C2 est une couche saturée, c'est-à-dire qu'il n'existe pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter au moins un (N+l)ème fil de diamètre d2, N représentant alors le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la couche Cl; la gaine de caoutchouc recouvre en outre l'âme CO et/ou sépare les fils deux à deux adjacents de la couche intermédiaire Cl; la gaine de caoutchouc recouvre pratiquement la demi-circonférence radialement 45 intérieure de chaque fil de la couche C2, de telle sorte qu'elle sépare les fils deux à deux adjacents de cette couche C2; P10-1590 FR Dans cette même construction [L+M+N], la couche intermédiaire C 1 comporte de préférence six ou sept fils, et le câble selon l'invention présente alors les caractéristiques préférentielles suivantes (do, di, d2, pi et P2 en mm) : - (i) 0,10 < do < 0,28 - (ii) 0,10 < d1 < 0,25 - (iii) 0,10 < d2 < 0,25 - (iv) M=6ouM=7 (v) 5rc(do+dl)<pI<p2<5n(do+2di+d2) ; - (vi) les fils desdites couches Cl, C2 sont enroulés dans le même sens de torsion (S/S ou Z/Z).

De préférence, la caractéristique (v) est telle que p, = P2, de telle sorte que le câble est dit compact compte tenu par ailleurs de la caractéristique (vi) (fils des couches Cl et C2 enroulés dans le même sens).

On rappelle ici que, selon une définition connue, le pas représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe O du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour de l'axe O du câble; ainsi, si l'on sectionne l'axe O par deux plans perpendiculaires à l'axe O et séparés par une longueur égale au pas d'un fil d'une des deux couches Cl ou C2, l'axe de ce fil (O1 ou 02) a dans ces deux plans la même position sur les deux cercles correspondant à la couche Cl ou C2 du fil considéré.

Selon la caractéristique (vi), tous les fils des couches Cl et C2 sont enroulés dans le même sens de torsion, c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S"), soit dans la direction Z (disposition "Z/Z"). L'enroulement dans le même sens des couches C 1 et C2 permet avantageusement, dans le câble conforme à l'invention, de minimiser les frottements entre ces deux couches Cl et C2 et donc l'usure des fils qui les constituent (puisqu'il n'y a plus de contact croisé entre les fils).

On notera qu'en dépit de son caractère compact (pas et sens de torsion identiques pour les couches C 1 et C2), la couche C2 présente une section transversale pratiquement circulaire grâce à l'incorporation de ladite gaine, comme illustré par la Fig. 2. On peut en effet aisément vérifier sur cette Fig. 2 que le coefficient de variation CV, défini par le rapport (écart type/ moyenne arithmétique) des rayons respectifs des N fils de la couche C2 mesurés à partir de l'axe longitudinal de symétrie du câble, est très réduit.

Or, dans les câbles à couches compacts, par exemple de construction [1+6+ 12], la compacité est telle que la section transversale de tels câbles a un contour qui est pratiquement polygonal, comme illustré par exemple par la Fig. 1 où le coefficient de variation CV précité est sensiblement plus élevé.

De préférence, le câble de l'invention est un câble à couches de construction notée [l+M+N], c'est-à-dire que son âme CO est constituée d'un seul fil, tel que représenté à la Fig. 2.

Dans le câble de l'invention, les rapports (do/d,) sont de préférence fixés dans des limites données, selon le nombre M (6 ou 7) de fils de la couche Cl, comme suit: P10-1590 FR pour M = 6: 1,10 do/ dl) < 1,40; pour M = 7: 1,40 < (do / di) < 1,70.

Une valeur trop faible du rapport peut être préjudiciable à l'usure entre l'âme et les fils de la couche C 1. Une valeur trop élevée peut quant à elle nuire à la compacité du câble, pour un niveau de résistance en définitive peu modifié, ainsi qu'à sa flexibilité ; la rigidité accrue de l'âme due à un diamètre do trop élevé pourrait être par ailleurs préjudiciable à la faisabilité elle-même du câble, lors des opérations de câblage.

Les fils des couches Cl et C2 peuvent avoir un diamètre identique ou différent d'une couche à l'autre. On utilise de préférence des fils de même diamètre (d,=d2), notamment pour simplifier le procédé de câblage et abaisser les coûts.

Le nombre maximal Nmax de fils enroulables en une couche unique saturée C2 autour de la couche Cl est bien entendu fonction de nombreux paramètres (diamètre do de l'âme, nombre M et diamètre d, des fils de la couche Cl, diamètre d2 des fils de la couche C2).

L'invention est de préférence mise en oeuvre avec un câble choisi parmi les câbles de structure [1+6+10], [1+6+11], [1+6+12], [1+7+11], [1+7+12] ou [1+7+13].

L'invention est plus préférentiellement mise en oeuvre, en particulier dans les carcasses des pneumatiques Poids-lourd, avec des câbles de structure [1+6+12].

Pour un meilleur compromis entre résistance, faisabilité et tenue en flexion du câble, d'une part, et pénétrabilité par le caoutchouc, d'autre part, on préfère que les diamètres des fils des couches Cl et C2, identiques ou non, soient compris entre 0,14 mm et 0,22 mm.

Dans un tel cas, on a plus préférentiellement les relations suivantes qui sont vérifiées: 0,18 < do < 0,24; 0,16<d,<d2<0,19; < p, < p2 < 12 (pas en mm réduits) ou bien 20 < p, p2 < 30 (pas en mm élevés).

En effet, pour les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd, les diamètres d, et d2 sont préférentiellement choisis entre 0,16 et 0,19 mm: un diamètre inférieur à 0,19 mm permet de réduire le niveau des contraintes subies par les fils lors des variations importantes de courbure des câbles, alors qu'on choisit de préférence des diamètres supérieurs à 0,16 mm pour des raisons notamment de résistance des fils et de coût industriel.

Un mode de réalisation avantageux consiste par exemple à choisir p, et p2 compris entre 8 mm et 12 mm, avantageusement avec des câbles de structure [1+6+12].

D'une manière générale relative aussi bien aux constructions [L+M] que [L+ M+N] selon 45 l'invention, la gaine de caoutchouc présente une épaisseur moyenne allant de 0,010 mm à 0,040 mm.

P10-1590 FR Egalement d'une manière générale, l'invention peut être mise en oeuvre avec tout type de fils en acier, par exemple des fils en acier au carbone et/ou des fils en acier inoxydable. On utilise de préférence un acier au carbone, mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers ou d'autres alliages.

Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d'acier) est de préférence comprise entre 0,1% et 1,2%, plus préférentiellement entre 0,4% et 1,0% ; ces teneurs représentent un bon compromis entre les propriétés mécaniques requises pour le pneumatique et la faisabilité du fil. Il est à noter qu'une teneur en carbone comprise entre 0,5% et 0,6% rend de tels aciers finalement moins coûteux car plus faciles à tréfiler. Un autre mode avantageux de réalisation de l'invention peut consister aussi, selon les applications visées, à utiliser des aciers à faible teneur en carbone, comprise par exemple entre 0,2% et 0,5%, en raison notamment d'un coût plus bas et d'une plus grande facilité de tréfilage.

Lorsque les câbles de l'invention sont utilisés pour renforcer les carcasses de pneumatiques pour véhicules industriels, leurs fils ont de préférence une résistance en traction supérieure à 2000 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3000 MPa. Dans le cas de pneumatiques de très grosses dimensions, on choisira notamment des fils dont la résistance en traction est comprise entre 3000 MPa et 4000 MPa. L'homme du métier sait comment fabriquer des fils d'acier au carbone présentant une telle résistance, en ajustant notamment la teneur en carbone de l'acier et les taux d'écrouissage final (s) de ces fils.

Le câble de l'invention pourrait être pourvu d'une frette externe, constituée par exemple d'un fil unique, métallique ou non, enroulé en hélice autour du câble selon un pas plus court que celui de la couche externe, et un sens d'enroulement opposé ou identique à celui de cette couche externe.

Cependant, grâce à sa structure spécifique, le câble de l'invention, déjà auto-fretté, ne nécessite généralement pas l'emploi d'un fil de frette externe, ce qui résout avantageusement 30 les problèmes d'usure entre la frette et les fils de la couche la plus externe du câble.

Toutefois, si un fil de frette est utilisé, dans le cas général où les fils de la couche C2 sont en acier au carbone, on pourra alors avantageusement choisir un fil de frette en acier inoxydable afin de réduire l'usure par fretting de ces fils en acier au carbone au contact de la frette en acier inoxydable, comme enseigné par le document de brevet WO-A-98/41682, le fil en acier inoxydable pouvant être éventuellement remplacé, de manière équivalente, par un fil composite dont seule la peau est en acier inoxydable et le coeur en acier au carbone, tel que décrit par exemple dans le document de brevet EP-A-976 541. On peut également utiliser une frette constituée d'un polyester ou d'un polyester-amide aromatique thermotrope, telle que décrite dans le document de brevet WO-A-03/048447.

Le câble selon l'invention pourra être obtenu selon différentes techniques connues de l'homme du métier, par exemple, dans le cas d'une construction [L+M+N]), par gainage via une tête d'extrusion de la structure intermédiaire de structure [L+M] (couches Co et C 1) suivi d'une opération finale de câblage des N fils restants (couche C2) autour de la couche Cl ainsi gainée. Dans le cas d'un câble de construction plus simple [L+M]),on pourra procéder de P10-1590 FR manière similaire, par gainage (via tête d'extrusion) de l'âme L (ou couche CO) du câble, suivi d'un câblage final des M fils restants (couche Cl) autour de la couche CO.

Le problème de collant à l'état cru posé par la gaine de caoutchouc, lors des opérations intermédiaires nécessaires de bobinage et débobinage, peut être résolu de manière connue par l'homme du métier, par exemple par l'emploi d'un film intercalaire en matière plastique.

II-2. Pneumatique de l'invention A titre d'exemple, la Fig. 3 représente de manière schématique une coupe radiale d'un pneumatique Poids-lourd 1 à armature de carcasse radiale pouvant être conforme ou non à l'invention, dans cette représentation générale.

Ce pneumatique 1 comporte un sommet 2, deux flancs 3 et deux bourrelets 4 dans lesquels est ancrée une armature de carcasse 7. Le sommet 2, surmonté d'une bande de roulement (pour simplifier, non representée sur la Fig. 3) qui est réunie auxdits bourrelets 4 par les deux flancs 3, est de manière connue en soi renforcé par une armature de sommet 6 constituée par exemple d'au moins deux nappes croisées superposées, renforcées par des câbles métalliques connus. L'armature de carcasse 7 est ici ancrée dans chaque bourrelet 4 par enroulement autour de deux tringles 5, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 7 est constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles dits "radiaux", c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80 et 90 avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6).

Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée gomme intérieure ) qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique. Avantageusement, il comporte en outre une couche élastomère intermédiaire de renfort qui est située entre la nappe de carcasse et la couche intérieure, destinée à renforcer la couche intérieure et, par conséquent, la nappe de carcasse, et elle est également destinée à délocaliser partiellement les efforts subis par l'armature de carcasse.

Le pneumatique conforme à l'invention est caractérisé en ce que son armature de carcasse 7 comporte au moins une nappe de carcasse dont les câbles radiaux sont des câbles d'acier à couches conformes à l'invention.

Dans cette nappe de carcasse, la densité des câbles conformes à l'invention est de préférence comprise entre 40 et 100 câbles par dm (décimètre) de nappe radiale, plus préférentiellement entre 50 et 80 câbles par dm, la distance entre deux câbles radiaux adjacents, d'axe en axe, étant ainsi de préférence comprise entre 1,0 et 2,5 mm, plus préférentiellement entre 1,25 et 2,0 mm. Les câbles conformes à l'invention sont de préférence disposés de telle manière que la largeur (notée "L") du pont de caoutchouc, entre deux câbles adjacents, est comprise entre 0,35 et 1 mm. Cette largeur "L" représente de manière connue la différence entre le pas de P10-1590 FR calandrage (pas de pose du câble dans le tissu de caoutchouc) et le diamètre du câble. En dessous de la valeur minimale indiquée, le pont de caoutchouc, trop étroit, risque de se dégrader mécaniquement lors du travail de la nappe, notamment au cours des déformations subies dans son propre plan par extension ou cisaillement. Au-delà du maximum indiqué, on s'expose à des risques d'apparition de défauts d'aspect sur les flancs des pneumatiques ou de pénétration d'objets, par perforation, entre les câbles. Plus préférentiellement, pour ces mêmes raisons, la largeur "L" est choisie comprise entre 0,5 et 0,8 mm.

De préférence, la composition de caoutchouc utilisée pour le tissu de la nappe de carcasse présente, à l'état vulcanisé (i.e., après cuisson), un module sécant en extension M10 qui est inférieur à 20 MPa, plus préférentiellement inférieur à 12 MPa, en particulier compris entre 5 et 1 l MPa. C'est dans un tel domaine de modules que l'on a enregistré le meilleur compromis d'endurance entre les câbles de l'invention d'une part, les tissus renforcés de ces câbles d'autre part.

III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION III-1. Nature et propriétés des fils utilisés Pour la réalisation des exemples de câbles conformes ou non conformes à l'invention, on utilise des fils fins en acier au carbone préparés selon des méthodes connues, en partant de fils commerciaux dont le diamètre initial est d'environ 1 mm. L'acier utilisé est un acier au carbone connu (norme USA AISI 1069) dont la teneur en carbone est de 0, 70%.

Les fils commerciaux de départ subissent d'abord un traitement connu de dégraissage et/ou décapage avant leur mise en oeuvre ultérieure. A ce stade, leur résistance à la rupture est égale à environ 1150 MPa, leur allongement à la rupture est d'environ 10%. On effectue ensuite sur chaque fil un dépôt de cuivre, puis un dépôt de zinc, par voie électrolytique à la température ambiante, et on chauffe ensuite thermiquement par effet Joule à 540 C pour obtenir du laiton par diffusion du cuivre et du zinc, le rapport pondéral (phase a) / (phase a + phase 13) étant égal à environ 0,85. Aucun traitement thermique n'est effectué sur le fil après l'obtention du revêtement de laiton.

On effectue alors sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e. après le dernier traitement thermique), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de tréfilage qui se présente sous forme d'une émulsion dans de l'eau. Ce tréfilage humide est effectué de manière connue afin d'obtenir le taux d'écrouissage final (noté E) calculé à partir du diamètre initial indiqué précédemment pour les fils commerciaux de départ.

Par définition, le taux d'un écrouissage noté E est donné par la formule E = Ln (Si / Sf) , dans laquelle Ln est le logarithme népérien, Si représente la section initiale du fil avant cet écrouissage et Sf la section finale du fil après cet écrouissage.

En jouant sur le taux d'écrouissage final, on prépare ainsi deux groupes de fils de diamètres différents, un premier groupe de fils de diamètre moyen égal à environ 0,200 mm (E = 3,2) P10-1590 FR pour les fils d'indice 1 (fils notés F1) et un second groupe de fils de diamètre moyen égal à environ 0,175 mm (s = 3,5) pour les fils d'indice 2 (fils notés F2) .

Le revêtement de laiton qui entoure les fils a une épaisseur très faible, nettement inférieure au micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 m, ce qui est négligeable par rapport au diamètre des fils en acier. Bien entendu, la composition de l'acier du fil en ses différents éléments (par exemple C, Mn, Si) est la même que celle de l'acier du fil de départ.

On rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revêtement de laiton facilite le tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc. Bien entendu, les fils pourraient être recouverts d'une fine couche métallique autre que du laiton, ayant par exemple pour fonction d'améliorer la résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc, par exemple une fine couche de Co, Ni, Zn, Al, d'un alliage de deux ou plus des composés Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.

III-2. Réalisation des câbles Les fils précédents sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches de structure [1+6+12] pour le câble témoin de l'art antérieur (Fig. 1) et pour le câble selon l'invention (Fig. 2) ; les fils F1 sont utilisés pour former l'âme CO, les fils F2 pour former les couches Cl et C2 de ces différents câbles.

Chaque câble est dans cet exemple de réalisation dépourvu de frette; il présente les caractéristiques suivantes (d et p en mm) : structure [1+6+ 12] do = 0,200 (mm); (do/ dl) = 1,14; d, = d2 = 0,175 (mm); p,= 10; p2 = 10 (mm).

Les fils F2 des couches Cl et C2 sont enroulés dans le même sens de torsion (direction Z).

Les deux types de câble (câble témoin noté C-I et câble de l'invention noté C-II) se distinguent par le seul fait que dans le câble C-II de l'invention, la couche Cl intermédiaire (structure [1+6]) a été gainée par une composition de caoutchouc à base d'élastomère diénique non vulcanisé (à l'état cru).

Le câble C-II selon l'invention a été obtenu par réalisation d'un câble intermédiaire de structure [1+6], puis par gainage via une tête d'extrusion de ce câble intermédiaire, suivi enfin d'une opération finale de câblage des 12 fils restants autour de la couche Cl gainée. Pour éviter le problème de "collant à cru" de la gaine de caoutchouc, on a utilisé un film intercalaire en matière plastique (PET) lors des opérations intermédiaires nécessaires de bobinage et débobinage.

Comme on peut le voir à la Fig. 2, l'âme CO se trouve également gainée, du fait de la pénétration de cette composition de caoutchouc entre les fils de la couche Cl.

P10-1590 FR La composition élastomérique constituant la gaine de caoutchouc a la même formulation (à base de caoutchouc naturel et de noir de carbone) que celle de la nappe d'armature de carcasse que les câbles sont destinés à renforcer.

III-3. Endurance en pneumatique Ces câbles à couches sont ensuite incorporés par calandrage à des tissus composites formés d'une composition connue à base de caoutchouc naturel et de noir de carbone à titre de charge renforçante, utilisée conventionnellement pour la fabrication des nappes de carcasse des pneumatiques Poids-lourd radiaux. Cette composition comporte essentiellement, en plus de l'élastomère et de la charge renforçante, un antioxydant, de l'acide stéarique, une huile d'extension, du naphténate de cobalt en tant que promoteur d'adhésion, enfin un système de vulcanisation (soufre, accélérateur, ZnO).

Les tissus composites renforcés par ces câbles comportent une matrice de caoutchouc formée de deux couches fines de gomme qui sont superposées de part et d'autre des câbles et qui présentent chacune une épaisseur de 0, 75 mm. Le pas de calandrage (pas de pose des câbles dans le tissu de caoutchouc) est de 1,5 mm pour les deux types de câbles.

A) Test d'endurance en pneumatiques: On réalise ensuite deux séries d'essais de roulage de pneumatiques Poids-lourd (notées P-I et P-II) de dimension 315/70 R 22.5 XZA, avec dans chaque série des pneumatiques destinés au 25 roulage, d'autres au décorticage sur pneu neuf.

L'armature de carcasse de ces pneumatiques est constituée d'une seule nappe radiale formée des tissus caoutchoutés décrits ci-dessus.

Les pneumatiques P-I renforcés par les câbles C-I constituent les pneus témoins de l'art antérieur, les pneumatiques P-II les pneumatiques conformes à l'invention. Ces pneumatiques sont donc identiques à l'exception des câbles à couches qui renforcent leur armature de carcasse 7.

Leur armature de sommet 6, en particulier, est de manière connue en soi constituée de deux demi-nappes de triangulation renforcées de câbles métalliques inclinés de 65 degrés, surmontées de deux nappes de travail superposées croisées, renforcées de câbles métalliques inextensibles inclinés de 26 degrés (nappe radialement interne) et 18 degrés (nappe radialement externe), ces deux nappes de travail étant recouvertes par une nappe sommet de protection renforcée de câbles métalliques élastiques (haute élongation) inclinés de 18 degrés. Dans chacune de ces nappes d'armature de sommet, les câbles métalliques utilisés sont des câbles conventionnels connus, disposés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, et tous les angles d'inclinaison indiqués sont mesurés par rapport au plan circonférentiel médian.

Les pneumatiques P-I sont des pneumatiques commercialisés par la Demanderesse pour des véhicules Poids-lourd et constituent, en raison de leurs performances reconnues, un témoin de P10-1590 FR choix pour cet essai.

On fait subir à ces pneumatiques un test de roulage sévère tel que décrit au paragraphe I-2, en conduisant le test jusqu'à la destruction forcée des pneumatiques testés.

On constate alors que les pneus témoins P-I, dans les conditions très sévères de roulage qui leur sont imposées, sont détruits au bout d'une distance moyenne de 232 000 km, suite à une rupture de la nappe de carcasse (nombreux câbles C-I rompus en zone basse du pneumatique).

Ceci illustre pour l'homme du métier la performance déjà très élevée des pneumatiques témoins; un tel kilométrage parcouru équivaut à un roulage en continu proche de 8 mois environ et à près de 80 millions de cycles de fatigue.

De manière inattendue, les pneus P-II conformes à l'invention montrent une endurance nettement supérieure, avec une distance parcourue moyenne proche de 400 000 km, soit un gain d'endurance d'environ 70%. En outre, on observe que la destruction des pneumatiques de l'invention se produit non pas au niveau de l'armature de carcasse qui continue à résister, mais dans l'armature sommet, ce qui illustre déjà l'excellente performance des câbles selon l'invention.

Après roulage, on réalise un décorticage c'est-à-dire une extraction des câbles hors des pneumatiques. Les câbles sont alors soumis à des essais de traction, en mesurant à chaque fois la force-rupture initiale (câble extrait du pneumatique neuf) et la force-rupture résiduelle (câble extrait du pneumatique ayant roulé) de chaque type de fil, selon la position du fil dans le câble, et pour chacun des câbles testés. Seuls les câbles témoins C-I non rompus pendant le roulage sont pris en compte pour ce test.

La déchéance moyenne AFm est donnée en % dans le tableau 1 ci-dessous; elle est calculée à la fois pour les fils d'âme (CO) et pour les fils des couches Cl et C2. Les déchéances AFm 30 globales sont également mesurées sur les câbles eux-mêmes.

Tableau 1

Pneus Câbles AFm (%) CO Cl C2 Câble P-I C-I 38 30 12 19 P-II C-II 9 6 2 3. 5 A la lecture du tableau 1, on constate que, quelle que soit la zone du câble analysée (âme CO, couches Cl ou C2), les meilleurs résultats, de très loin, sont registrés sur les câbles C-II conformes à l'invention: on observe notamment que plus on pénètre à l'intérieur du câble (couches C2, Cl puis âme CO), plus la déchéance AFm est élevée, celle du câble selon l'invention étant de 4 à 6 fois moindre que celle du câble témoin, selon la couche CO, Cl ou C2 considérée.

Enfin et surtout, le câble selon l'invention C-II qui a pourtant enduré une distance de roulage P10-1590 FR très nettement supérieure, révèle une usure globale (AFm) qui est cinq à six fois plus faible que celle du câble témoin (3,5% au lieu de 19%).

Corrélativement à ces résultats, un examen visuel des différents fils montre que les phénomènes d'usure ou fretting (érosion de matériel aux points de contact), qui résultent du frottement répété des fils entre eux, sont nettement réduits dans les câbles C-II par rapport aux câbles C-I.

En résumé, l'utilisation du câble conforme à l'invention permet donc d'augmenter de manière 10 tout à fait sensible la longévité de la carcasse, déjà excellente par ailleurs sur le pneumatique témoin.

Les résultats d'endurance décrits ci-dessus apparaissent par ailleurs très bien corrélés au taux de pénétrabilité des câbles par le caoutchouc, comme expliqué ci-après.

Les câbles C-I et C-II non fatigués (après extraction hors des pneumatiques neufs) ont été soumis au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe I-1, en mesurant le volume d'air (en cm3) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures).

Le tableau 2 ci-dessous présente les résultats obtenus, en terme de débit moyen d'air (moyenne sur 10 mesures en unités relatives base 100 sur les câbles témoins) et de nombre de mesures correspondant à un débit d'air nul.

Tableau 2

Câble débit moyen d'air Nombre de mesures (unités relatives) à débit nul C-I 100 0/10 C-II 6 9/ 10 On note que les câbles C-II de l'invention sont ceux qui, de très loin, présentent la perméabilité à l'air la plus réduite (débit moyen d'air nul ou pratiquement nul) et, par conséquent, le taux de pénétration par le caoutchouc le plus élevé.

Les câbles selon l'invention, rendus imperméables par la gaine de caoutchouc qui recouvre leur couche intermédiaire Cl (et âme CO), se trouvent ainsi protégés des flux d'oxygène et d'humidité qui transitent par exemple depuis les flancs ou la bande de roulement des pneumatiques vers les zones de l'armature de carcasse, où les câbles de manière connue sont soumis au travail mécanique le plus intense.

En conclusion, comme le démontrent les essais qui précèdent, les câbles de l'invention permettent de réduire de manière notable les phénomènes de fatigue-fretting-corrosion des câbles dans les armatures de carcasse des pneumatiques, en particulier des pneumatiques Poids-lourd, et d'améliorer ainsi la longévité de ces pneumatiques.

P10-1590 FR On a en outre constaté que ces câbles selon l'invention, grâce à une résistance au flambage améliorée, ne nécessitant pas en particulierl'emploi d'un fil de frette, offraient aux armatures de carcasse de pneumatique une endurance notablement améliorée en roulage sous pression réduite.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.

C'est ainsi par exemple que l'âme CO des câbles de l'invention pourrait être constituée d'un fil à section non circulaire, par exemple déformé plastiquement, notamment un fil de section sensiblement ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée ou encore rectangulaire; l'âme CO pourrait aussi être constituée d'un fil préformé, de section circulaire ou non, par exemple un fil ondulé, vrillé, tordu en forme d'hélice ou en zig-zag. Dans de tels cas, il faut bien sûr comprendre que le diamètre do de l'âme représente le diamètre du cylindre de révolution imaginaire qui entoure le fil d'âme (diamètre d'encombrement), et non plus le diamètre (ou toute autre taille transversale, si sa section n'est pas circulaire) du fil d'âme lui-même. Il en serait de même si l'âme CO était formée non pas d'un seul fil comme dans les exemples précédents, mais de plusieurs fils assemblés entre eux, par exemple de deux fils disposés parallèlement l'un à l'autre ou bien tordus ensemble, dans une direction de torsion identique ou non à celle de la couche intermédiaire Cl.

Pour des raisons de faisabilité industrielle, de coût et de performance globale, on préfère toutefois mettre en oeuvre l'invention avec un seul fil d'âme linéaire conventionnel, de section circulaire.

D'autre part, le fil d'âme étant moins sollicité lors de l'opération de câblage que les autres fils, compte tenu de sa position dans le câble, il n'est pas nécessaire pour ce fil d'employer par exemple des compositions d'acier offrant une ductilité en torsion élevée; on pourra avantageusement utiliser tout type d'acier, par exemple un acier inoxydable.

En outre, un (au moins un) fil linéaire d'une des deux couches Cl et/ou C2 pourrait lui aussi être remplacé par un fil préformé ou déformé, ou plus généralement par un fil de section différente de celle des autres fils de diamètre d, et/ou d2, de manière par exemple à améliorer encore la pénétrabilité du câble par le caoutchouc ou toute autre matière, le diamètre d'encombrement de ce fil de remplacement pouvant être inférieur, égal ou supérieur au diamètre (d, et/ou d2) des autres fils constitutifs de la couche (Cl et/ou C2) concernée.

Sans que l'esprit de l'invention soit modifié, tout ou partie des fils constituant le câble conforme à l'invention pourrait être constitué de fils autres que des fils en acier, métalliques ou non, notamment des fils en matière minérale ou organique à haute résistance mécanique, par exemple des monofilaments en polymères organiques cristaux liquides.

L'invention concerne également tout câble d'acier multi-torons ("multistrand rope") dont la structure incorpore au moins, en tant que toron élémentaire, un câble à couches conforme à l'invention.

P10-1590 FR

Claims (34)

REVENDICATIONS

1. Câble à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une âme CO à L fils de diamètre do avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire Cl à m fils de diamètre d, enroulés ensemble en hélice selon un pas p, avec M allant de 3 à 12, ladite couche C 1 étant éventuellement entourée d'une couche externe C2 de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec N allant de 8 à 20, caractérisé en ce qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre, dans la construction [L+M], ladite âme CO et, dans la construction [L+M+N], au moins ladite couche Cl.

2. Câble selon la revendication 1, l'élastomère diénique de la gaine de caoutchouc étant choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères.

3. Câble selon la revendication 2, l'élastomère diénique étant choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, et les mélanges de ces élastomères.

4. Câble selon la revendication 3, l'élastomère diénique étant du caoutchouc naturel.

5. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ladite composition de caoutchouc comprenant du noir de carbone à titre de charge renforçante.

6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la composition de caoutchouc présentant à l'état réticulé un module sécant en extension inférieur à 20 MPa.

7. Câble selon la revendication 6, le module sécant en extension de la composition de caoutchouc étant inférieur à 12 MPa.

8. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ladite composition de caoutchouc étant utilisable pour constituer la matrice de caoutchouc d'une nappe d'armature de carcasse de pneumatique.

9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ce câble étant de construction 40 [L+M+N].

10. Câble selon la revendication 9, sa couche externe C2 étant une couche saturée.

11. Câble selon les revendications 9 ou 10, ladite gaine de caoutchouc recouvrant en outre l'âme CO.

P10-1590 FR

12. Câble selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, la gaine de caoutchouc séparant en outre les fils deux à deux adjacents de la couche intermédiaire Cl.

13. Câble selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, la gaine de caoutchouc recouvrant la demi-circonférence radialement intérieure de chaque fil de ladite couche C2, de telle sorte qu'elle sépare les fils deux à deux adjacents de ladite couche C2.

14. Câble selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, la couche intermédiaire Cl comportant six ou sept fils (M = 6 ou 7).

15. Câble selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (do, d,, d2, p, et p2 en mm) : - (i) 0,10 < do < 0,28 - (ii) 0,10 < d, < 0,25 - (iii) 0,10 < d2 < 0,25 -(iv) M=6ouM=7; -(v) 5n(do+d,)<p,<p2<57t(do+2d1+d2); - (vi) les fils desdites couches Cl, C2 sont enroulés dans le même sens de torsion.

16. Câble selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes: pour M = 6: 1,10 < (do/ d,) < 1,40; pour M=7: 1,40 <(do/d,) < 1,70.

17. Câble selon les revendications 15 ou 16, caractérisé en ce p, = P2,

18. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce que sa couche externe C2 présente une section transversale pratiquement circulaire.

19. Câble selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisé en ce qu'il est de construction [1+M+N], ladite âme CO étant constituée par un seul fil.

20. Câble selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est choisi dans le groupe constitué par les câbles de construction [1+6+10], [1+6+11] , [1+6+12], [1+7+11], [1+7+12] et [1+7+13].

21. Câble selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il est de construction [1+6+12].

22. Câble selon l'une quelconque des revendications 15 à 21, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes: 0,18 < do < 0,24; 0,16<d, d2<0,19; 45 5<p1<p2<12.

P10-1590 FR

23. Câble selon l'une quelconque des revendications 15 à 21, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes: 0,18 < do < 0,24; 0,16<dt<_d2<0,19; 20<p,5p2<30.

24. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, la gaine de caoutchouc présentant une épaisseur moyenne allant de 0,010mm à 0,040 mm.

25. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, les fils de chacune des couches CO, Cl et C2 étant en acier au carbone.

26. Câble selon la revendication 25, la teneur en carbone de l'acier étant comprise dans un 15 domaine de 0,4% à 1,0%

27. Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, comme élément de renforcement d'articles ou de produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc.

28. Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique destiné à un véhicule industriel tel que Poids-lourd.

29. Produit semi-fini en matière plastique et/ou en caoutchouc, caractérisé en ce qu'il comporte à titre d'élément(s) de renforcement un ou plusieurs câbles selon l'une quelconque des revendications des revendications 1 à 26.

30. Tissu composite utilisable comme nappe d'armature de carcasse d'un pneumatique Poids-lourd, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice de caoutchouc renforcée par un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 26.

31. Tissu composite selon la revendication 30, caractérisé en ce que ladite matrice de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension qui est inférieur à 35 20 MPa, de préférence inférieur à 12 MPa.

32. Pneumatique renforcé d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 26 ou comportant un tissu composite selon les revendications 30 ou 31.

33. Pneumatique selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'il est destiné à un véhicule industriel choisi dans le groupe constitué par les camionnettes, le véhicules Poids-lourd, les engins agricoles ou de génie civil, avions, véhicules de transport ou de manutention, ledit pneumatique comportant une armature de carcasse qui est ancrée dans deux bourrelets et qui est surmontée radialement par une armature de sommet elle-même surmontée d'une bande de roulement qui est réunie auxdits bourrelets par deux flancs, caractérisé en ce que ladite armature de carcasse comporte des câbles selon une des revendications 1 à 26.

P10-1590 FR - 23 -

34. Pneumatique selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il est destiné à un véhicule Poids-lourd.

P10-1590 FR