FR3040656A1

FR3040656A1 - Pneumatique comportant des cables d’armatures de carcasse presentant un bas taux de carbone et des epaisseurs de melanges caoutchouteux reduites

Info

Publication number: FR3040656A1
Application number: FR1558203A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Verleene; Emmanuel Joulin
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA; Michelin Recherche et Technique SA France
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA; Michelin Recherche et Technique SA France
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-10
Also published as: CN108025596A; US20180250987A1; WO2017037226A1; EP3344475A1

Abstract

L'invention concerne un pneumatique à armature de carcasse radiale, constituée d'au moins une couche d'éléments de renforcement métalliques, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs. Selon l'invention, les éléments de renforcement métalliques d'au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles constitués de plusieurs fils d'acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % ≤ C < 0.4 %, lesdits câbles présentant au test dit de perméabilité un débit inférieur ou égal à 20 cm3/mn et l'épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d'un élément de renforcement métallique de l'armature de carcasse le plus proche de la dite surface intérieure de la cavité est inférieure à 3.2 mm.

Description

PNEUMATIQUE COMPORTANT DES CABLES D’ARMATURES DE CARCASSE PRESENTANT UN BAS TAUX DE CARBONE ET DES EPAISSEURS DE MELANGES CAOUTCHOUTEUX REDUITES

[0001] La présente invention concerne un pneumatique, à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue, tels que, par exemple les camions, tracteurs, remorques ou bus routiers.

[0002] D'une manière générale dans les pneumatiques de type poids-lourds, l'armature de carcasse est ancrée de part et d'autre dans la zone du bourrelet et est surmontée radialement par une armature de sommet constituée d'au moins deux couches, superposées et formées de fils ou câbles parallèles dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. Lesdites couches de travail, formant l'armature de travail, peuvent encore être recouvertes d'au moins une couche dite de protection et formée d'éléments de renforcement avantageusement métalliques et extensibles, dits élastiques. Elle peut également comprendre une couche de fils ou câbles métalliques à faible extensibilité faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 45° et 90°, cette nappe, dite de triangulation, étant radialement située entre l'armature de carcasse et la première nappe de sommet dite de travail, formées de fils ou câbles parallèles présentant des angles au plus égaux à 45° en valeur absolue. La nappe de triangulation forme avec au moins ladite nappe de travail une armature triangulée, qui présente, sous les différentes contraintes qu'elle subit, peu de déformations, la nappe de triangulation ayant pour rôle essentiel de reprendre les efforts de compression transversale dont est l'objet l'ensemble des éléments de renforcement dans la zone du sommet du pneumatique.

[0003] Dans le cas des pneumatiques pour véhicules "Poids-Lourds", une seule couche de protection est habituellement présente et ses éléments de protection sont, dans la plupart des cas, orientés dans la même direction et avec le même angle en valeur absolue que ceux des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus à l'extérieur et donc radialement adjacente. Dans le cas de pneumatiques de Génie Civil destinés aux roulages sur sols plus ou moins accidentés, la présence de deux couches de protection est avantageuse, les éléments de renforcement étant croisés d'une couche à la suivante et les éléments de renforcement de la couche de protection radialement intérieure étant croisés avec les éléments de renforcement inextensibles de la couche de travail radialement extérieure et adjacente à ladite couche de protection radialement intérieure.

[0004] La direction circonférentielle du pneumatique, ou direction longitudinale, est la direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la direction de roulement du pneumatique.

[0005] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l’axe de rotation du pneumatique.

[0006] La direction radiale est une direction coupant l’axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci.

[0007] L’axe de rotation du pneumatique est l’axe autour duquel il tourne en utilisation normale.

[0008] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l’axe de rotation du pneumatique.

[0009] Le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, est un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du pneu et qui divise le pneumatique en deux moitiés.

[0010] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à grande vitesse et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous lesquelles un tel pneumatique est appelé à rouler, permet sans aucun doute un accroissement du nombre de kilomètres parcourus, l'usure du pneumatique étant moindre ; par contre l'endurance de ce dernier est pénalisée. Pour autoriser un voire deux rechapages de tels pneumatiques afin d’allonger leur durée de vie, il est nécessaire de conserver une structure et notamment une armature de carcasse dont les propriétés d’endurance sont suffisantes pour supporter lesdits rechapages.

[0011] Les roulages prolongés dans des conditions particulièrement sévères des pneumatiques ainsi construits font effectivement apparaître des limites en termes d’endurance de ces pneumatiques.

[0012] Les éléments de l’armature de carcasse sont notamment soumis à des contraintes de flexion et compression lors des roulages qui vont à l’encontre de leur endurance. Les câbles qui constituent les éléments de renforcement des couches de carcasse sont en effet 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, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; Ce phénomène est qualifié de "fatigue-fretting".

[0013] Pour remplir leur fonction de renforcement de l’armature de carcasse du pneumatique, lesdits câbles 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.

[0014] Les câbles de l’armature de carcasse sont également sujets à des phénomènes dits de "fatigue-corrosion" dus à la nature même des câbles qui favorisent le passage voire drainent des agents corrosifs tels que l’oxygène et l’humidité. En effet, l’air ou l’eau qui pénètrent dans le pneumatique par exemple lors d’une dégradation lors d’une coupure ou plus simplement du fait de la perméabilité, même faible de la surface intérieur du pneumatique, peuvent être conduits par les canaux formés au sein des câbles du fait même de leur structure.

[0015] 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.

[0016] Pour améliorer l’endurance de ces câbles de l’armature de carcasse, il est notamment connu d’augmenter l’épaisseur de la couche de caoutchouc qui forme la paroi interne de la cavité du pneumatique pour limiter au mieux la perméabilité de ladite couche.

Cette couche est habituellement pour partie composée de butyle de façon à augmenter l’étanchéité du pneumatique. Ce type de matériau présente l’inconvénient d’augmenter le coût du pneumatique.

[0017] Il est encore connu de modifier la construction desdits câbles afin notamment d'augmenter leur pénétrabilité par le caoutchouc, et ainsi limiter la dimension du passage des agents oxydants.

[0018] Il est encore connu pour limiter la dimension du passage des agents oxydants de réaliser des câbles à couches dont les couches internes sont gainées d’une couche d’élastomères durant leur fabrication de sorte que la migration des agents oxydants soient rendue quasi-impossible le long des éléments de renforcement de l’armature de carcasse. De tels câbles sont par exemple décrits dans le brevet EP-B-1699973.

[0019] Les inventeurs ont su mettre en évidence que si ces solutions sont favorables aux éléments de renforcement pour lutter contre les phénomènes de "fatigue-fretting-corrosion", il s’avère que lors de roulages dans des conditions particulièrement sévères, en termes de charge ou pression, les éléments de renforcement de l’armature de carcasse s’oxydent prématurément de manière très locale.

[0020] Les inventeurs se sont ainsi donnés pour mission de fournir des pneumatiques pour véhicules lourds de type "Poids-Lourds", dont les performances d’endurance des éléments de renforcement de l’armature de carcasse restent satisfaisantes notamment au regard des phénomènes de "fatigue-corrosion" ou de "fatigue-fretting-corrosion" quelles que soient les conditions de roulage et dont le coût de fabrication reste acceptable.

[0021] Ce but a été atteint selon l’invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale, constituée d’au moins une couche d’éléments de renforcement métalliques, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d’une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse étant des câbles constitués de plusieurs fils d’acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % < C < 0.4 %, lesdits câbles d’au moins une couche de l’armature de carcasse présentant au test dit de perméabilité un débit inférieur ou égal à 20 cm3/mn et l’épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d’un élément de renforcement métallique de l’armature de carcasse le plus proche de la dite surface intérieure de la cavité étant inférieure ou égale à 3.2 mm.

[0022] Le test dit de perméabilité permet de déterminer la perméabilité longitudinale à l'air des câbles testés, par mesure du volume d'air traversant une éprouvette sous pression constante pendant un temps donné. Le principe d'un tel test, bien connu de l'homme du métier, est de démontrer l'efficacité du traitement d'un câble pour le rendre imperméable à l'air ; il a été décrit par exemple dans la norme ASTM D2692-98.

[0023] Le test est réalisé sur des câbles extraits directement, par décorticage, des nappes de caoutchouc vulcanisées qu'ils renforcent, donc pénétrés par le caoutchouc cuit.

[0024] Le test est réalisé sur 2 cm de longueur de câble, enrobé donc par sa composition de caoutchouc (ou gomme d'enrobage) environnante à l'état cuit, de la manière suivante : on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression de 1 bar, et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre (calibré par exemple de 0 à 500 cm3/min). Pendant la mesure, l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche comprimé (par exemple un joint en mousse dense ou en caoutchouc) 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 ; l'étanchéité du joint étanche lui-même est contrôlée préalablement à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, c’est-à-dire sans câble.

[0025] Le débit d'air moyen mesuré (moyenne sur 10 éprouvettes) est d'autant plus faible que l'imperméabilité longitudinale du câble est élevée. La mesure étant faite avec une précision de ± 0,2 cm3/min, les valeurs mesurées inférieures ou égales à 0,2 cm3/min sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe (i.e., dans sa direction longitudinale).

[0026] Ce test de perméabilité constitue en outre un moyen simple de mesure indirecte du taux de pénétration du câble par une composition de caoutchouc. Le débit mesuré est d'autant plus faible que le taux de pénétration du câble par le caoutchouc est élevé.

[0027] Des câbles présentant au test dit de perméabilité un débit inférieur à 20 cm3/mn présentent un taux de pénétration supérieure à 66%.

[0028] Le taux de pénétration d’un câble peut encore être estimé selon la méthode décrite ci-après. Dans le cas d’un câble à couches, la méthode consiste dans un premier temps à éliminer la couche extérieure sur un échantillon d’une longueur comprise entre 2 et 4 cm pour ensuite mesurer selon une direction longitudinale et selon un axe donné la somme des longueurs de mélange caoutchouteux rapporté sur la longueur de l’échantillon. Ces mesures de longueurs de mélange caoutchouteux excluent les espaces non pénétrés sur cet axe longitudinal. Ces mesures sont répétées sur trois axes longitudinaux répartis sur la périphérie de l’échantillon et répétées sur cinq échantillons de câbles.

[0029] Lorsque le câble comporte plusieurs couches, la première étape d’élimination est répétée avec la couche nouvellement extérieure et les mesures de longueurs de mélange caoutchouteux selon des axes longitudinaux.

[0030] Une moyenne de tous les rapports de longueurs de mélange caoutchouteux sur les longueurs des échantillons ainsi déterminés est ensuite effectuée pour définir le taux de pénétration du câble.

[0031] L’épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d’un élément de renforcement le plus proche de la dite surface est égale à la longueur de la projection orthogonale de l’extrémité du point d’un élément de renforcement le plus proche de la dite surface sur la surface intérieure de la cavité du pneumatique.

[0032] Les mesures d’épaisseur de mélange caoutchouteux sont effectuées sur une coupe transversale d’un pneumatique, le pneumatique étant donc dans un état non gonflé.

[0033] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse radialement la plus à l’intérieure étant constitué d’au moins deux couches de mélange caoutchouteux, la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l’intérieur présente une épaisseur inférieure ou égale à 1.5 mm. Comme expliqué précédemment, cette couche est habituellement pour partie composée de butyle de façon à augmenter l’étanchéité du pneumatique et ce type de matériau présentant un coût non négligeable, la diminution de cette couche est favorable.

[0034] De préférence encore selon l’invention, la couche de mélange caoutchouteux radialement adjacente à la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l’intérieur présente une épaisseur inférieure ou égale à 1.7 mm. L’épaisseur de cette couche dont les constituants permettent notamment de fixer l’oxygène de l’air peut également être réduite de façon à diminuer encore le coût du pneumatique.

[0035] Les épaisseurs de chacune de ces deux couches sont égales à la longueur de la projection orthogonale d’un point d’une surface sur l’autre surface de ladite couche.

[0036] Les inventeurs ont su mettre en évidence qu’un pneumatique ainsi réalisé selon l’invention conduit à des améliorations en termes de compromis endurance coûts de fabrication très intéressants. En effet, les propriétés d’endurance avec un tel pneumatique sont améliorées par rapport solutions évoquées ci-dessus notamment dans des conditions de roulage particulièrement sévères. Par ailleurs, l’épaisseur de la couche de mélange caoutchouteux entre l’armature de carcasse et la cavité du pneumatique étant réduite par rapport à des pneumatiques usuelles et celle-ci constituant un des composants les plus onéreux du pneumatique, le coût de fabrication du pneumatique est inférieur à celui d’un pneumatique usuel. Les câbles de l’armature de carcasse étant constitués de plusieurs fils d’acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % < C < 0.4 % permettent de limiter les risques d’oxydation locale des renforts de l’armature de carcasse qui pouvaient apparaître dans des conditions de roulage particulièrement sévères.

[0037] En effet, les inventeurs ont su mettre en évidence que les solutions du type câbles fortement pénétrés ou câbles comportant un mélange élastomérique déposé lors de la fabrication dudit câble au niveau des couches internes, conduisent à une répartition de la pression d’air au sein des mélanges non homogène ; sur une coupe méridienne, la répartition de la pression au niveau de l’armature carcasse varie effectivement le long de celle-ci. Les inventeurs pensent interpréter cette inhomogénéité du fait de la non circulation d’air au sein des câbles et donc uniquement du fait de la présence d’air lié au passage au travers des mélanges. La pression résiduelle au niveau de la carcasse doit donc dépendre essentiellement des épaisseurs de mélange à traverser depuis la cavité et de la réactivité desdits mélanges vis-à-vis de l’oxygène. Ces épaisseurs pouvant varier le long de la carcasse selon une coupe méridienne soit du fait de la conception même du pneumatique soit du fait de déformations des mélanges lors de la fabrication et notamment lors de la conformation du pneumatique, elles peuvent expliquer ces variations de pression. Les zones soumises à des pressions plus élevées peuvent alors conduire à une oxydation et donc un vieillissement prématuré des éléments de renforcement de l’armature de carcasse. Le choix de câbles de l’armature de carcasse constitués de plusieurs fils d’acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % < C < 0.4 % permet de limiter encore ce type de risque d’oxydation locale.

[0038] De préférence selon l’invention, lesdits fils d’acier présentent une contrainte maximale avant rupture R, exprimée en MPa, telle que R > 175 + 930.C - 600.1n(d) et R > 1500 MPa.

[0039] La contrainte maximale à la rupture ou limite de rupture correspond à la force nécessaire pour faire rompre le fil. Les mesures de contrainte maximale avant rupture notée R (en MPa) sont effectuées selon la norme ISO 6892 de 1984.

[0040] Même si la contrainte maximale avant rupture peut être dans certains cas inférieure à celle de fils de l’état de la technique présentant un taux de carbone en masse C plus élevé, le fil selon l’invention est beaucoup moins sensible à la fatigue et à la corrosion ce qui améliore l’endurance du pneumatique et compense son éventuel déficit initial en contrainte maximale avant rupture.

[0041] De plus, le taux de carbone en masse C étant relativement faible, on améliore la tréfilabilité du fil, c’est-à-dire la possibilité d’écrouir suffisamment le fil par tréfilage pour lui conférer des propriétés de résistance mécaniques importantes et notamment une contrainte maximale avant rupture satisfaisante. Il peut ainsi être possible de réduire le diamètre du fil, et donc alléger le pneumatique, tout en conservant une résistance mécanique suffisante pour renforcer le pneumatique.

[0042] De préférence encore selon l’invention, lesdits fils d’acier présentent un taux de chrome en masse Cr tel que Cr < 12 %.

[0043] L’utilisation d’un faible taux de chrome Cr permet d’obtenir un fil présentant des avantages en termes de contraintes liées à l’environnement. En effet, l’utilisation de chrome nécessite l’emploi de mesures spécifiques coûteuses, notamment lors du recyclage des tels fils, ce qui peut être évité grâce au fil selon l’invention.

[0044] Avantageusement selon l’invention, la micro-structure de l’acier est intégralement de la ferrite, de la perlite ou un mélange de ces microstructures.

[0045] Ainsi, la micro-structure de l’acier est dépourvue de martensite et/ou de bainite. Une microstructure ferrito-martensitique entraîne des décohésion entre les phases ferritique et martensitique ce qui n’est pas souhaitable. Une microstucture martensitique n’est pas suffisamment ductile pour permettre un tréfilage du fil qui casserait trop fréquemment.

[0046] On distingue une micro-structure ferritique, perlitique ou ferrito-perlitique d’une autre micro-structure, en particulier martensitique ou bainitique par observation métallographique. La micro-structure ferrito-perlitique présente des grains de ferrite ainsi que des zones perlitiques lamellaires. Au contraire, la micro-structure martensitique comprend des lattes et/ou des aiguilles que l’homme du métier saura distinguer des grains et des lamelles des micro-structures ferrito-perlitique et perlitique.

[0047] Plus préférentiellement selon l’invention, la microstructure de l’acier est intégralement ferrito-perlitique.

[0048] Lesdits fils selon l’invention sont en acier, c’est-à dire qu’ils sont constitués majoritairement (c’est-à-dire pour plus de 50% en masse) ou intégralement (pour 100% en masse) d'acier tel que défini dans la norme NF EN10020. Conformément à cette norme, un acier est un matériau contenant plus de fer que tout autre élément et dont la teneur en carbone est inférieure à 2% et qui contient d’autres éléments d’alliages. Toujours conformément à cette norme, l’acier comprend éventuellement d’autres éléments d’alliages.

[0049] De préférence, l’acier est un acier non allié tel que défini dans la norme NF EN10020. Ainsi, l’acier comprend, en plus du carbone et du fer, d’autres éléments alliages connus dans des quantités conformes à la norme NF EN10020.

[0050] Dans un autre mode de réalisation, l’acier est un acier allié tel que défini dans la norme NF EN10020. Dans ce mode de réalisation, l’acier comprend, en plus du carbone et du fer, d’autres éléments alliages connus.

[0051] De préférence, l’acier n’est pas un acier inoxydable tel que défini dans la norme NF EN10020. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l’acier comprend préférentiellement au plus 10,5% en masse de chrome.

[0052] Avantageusement, le fil présente un taux de carbone en masse C tel que 0,07 % < C < 0,3 %, de préférence 0,1 % < C < 0,3 % et plus préférentiellement 0,15 % < C < 0,25 %.

[0053] Avantageusement, R > 350 + 930.C - 600.1n(d), de préférence R > 500 + 930.C - 600.1n(d), plus préférentiellement R > 700 + 930.C - 600.1n(d).

[0054] Avantageusement, d est supérieur ou égal à 0,10 mm et de préférence à 0,12 mm.

[0055] Lorsque le diamètre d est trop petit, le coût de revient industriel du fil devient trop important et incompatible avec une production de masse.

[0056] Dans certains modes de réalisation, d > 0,15 mm et R > 1800 MPa et de préférence d > 0,15 mm et R > 1900 MPa.

[0057] Avantageusement, d est inférieur ou égal à 0,40 mm, de préférence à 0,25 mm, plus préférentiellement à 0,23 mm et encore plus préférentiellement à 0,20 mm.

[0058] Lorsque le diamètre d est trop grand, la flexibilité et l’endurance du fil sont trop faibles pour une utilisation du fil dans certaines nappes du pneumatique, notamment l’armature de carcasse, par exemple pour véhicule de type poids lourd.

[0059] Dans certains modes de réalisation, d < 0,15 mm et R > 2000 MPa et de préférence d < 0,15 mm et R > 2100 MPa.

[0060] Selon un mode de réalisation de l’invention, les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles métalliques à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une première couche Cl à L fils de diamètre di avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant éventuellement entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20.

[0061] De préférence, le diamètre des fils de la première couche de la couche interne (Cl) est compris entre 0.10 et 0.4 mm et le diamètre des fils des couches externes (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.4 mm [0062] De préférence encore, le pas d’hélice d’enroulement desdits fils de la couche externe (C3) est compris entre 8 et 25 mm.

[0063] Au sens de l’invention, le pas représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour de l'axe du câble ; ainsi, si l'on sectionne l'axe par deux plans perpendiculaires audit axe et séparés par une longueur égale au pas d'un fil d’une couche constitutive du câble, l'axe de ce fil a dans ces deux plans la même position sur les deux cercles correspondant à la couche du fil considéré.

[0064] Dans la construction L+M+N selon l’invention, la couche intermédiaire C2 comporte de préférence six ou sept fils, et le câble conforme à l’invention présente alors les caractéristiques préférentielles suivantes (di, d2, d3, P2 et p3 en mm) : -(i) 0,10 < di < 0,28 ; -(ii) 0,10 < d2 < 0,25 ; - (iii) 0,10 < d3 < 0,25 ; - (iv) M = 6 ou M = 7 ; - (v) 5 π (di + d2) < p2 < p3 < 5 π (di + 2d2 + d3) ; - (vi) les fils desdites couches C2, C3 sont enroulés dans le même sens de torsion (S/S ou Z/Z).

[0065] De préférence, la caractéristique (v) est telle que p2 = p3, de telle sorte que le câble est dit compact compte tenu par ailleurs de la caractéristique (vi) (fils des couches C2 et C3 enroulés dans le même sens).

[0066] Selon la caractéristique (vi), tous les fils des couches C2 et C3 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 C2 et C3 permet avantageusement, dans le câble conforme à l'invention, de minimiser les frottements entre ces deux couches C2 et C3 et donc l'usure des fils qui les constituent (puisqu'il n'y a plus de contact croisé entre les fils).

[0067] De préférence, le câble de l'invention est un câble à couches de construction notée 1+M+N, c'est-à-dire que sa couche interne Cl est constituée d'un seul fil.

[0068] Les fils des couches C2 et C3 peuvent avoir un diamètre identique ou différent d'une couche à l'autre. On utilise de préférence des fils de même diamètre (d2=d3), notamment pour simplifier le procédé de câblage et abaisser les coûts.

[0069] L'invention est de préférence mise en œuvre avec un câble choisi parmi les câbles de structure 1+9, 1+4+8, 1+4+9, 1+4+10, 1+5+9, 1+5+10, 1+5+11,1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 ou 1+7+13.

[0070] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, les câbles de l’armature de carcasse présentent au test dit de perméabilité un débit inférieur à 10 cm3/mn et de préférence encore inférieur à 2 cm3/mn.

[0071] Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles à au moins deux couches, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.

[0072] 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.

[0073] On notera que la gaine selon l’invention s’étend d’une manière continue autour de la couche qu’elle recouvre (c’est-à-dire que 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.

[0074] 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 fusion) ; ainsi, cette composition de caoutchouc peut être qualifiée d’infusible, du fait qu’elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit.

[0075] 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 carbone-carbone, conjuguées ou non).

[0076] 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 id 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%.

[0077] 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 norbomène, 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.

[0078] Bien qu'elle s'applique à tout type d'élastomère diénique, la présente invention est en premier lieu mise en œuvre avec des élastomères diéniques essentiellement insaturés, en particulier du type (a) ou (b) ci-dessus.

[0079] 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’isoprène-butadiène-styrène (SBIR).

[0080] De préférence encore selon l’invention, 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.

[0081] 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%.

[0082] 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.

[0083] La gaine de caoutchouc du câble de l'invention peut contenir un seul ou plusieurs élastomère(s) diénique(s), ce(s) demier(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.

[0084] 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, et plus préférentiellement: 0 < xp < 0,1. xe.

[0085] 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.

[0086] 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 antivieillissement, par exemple des antioxydants, des huiles d'extension, des plastifiants ou des agents facilitant la mise en œuvre 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" (résorcinol-formaldéhyde-silice) ou sels métalliques, notamment des sels de cobalt.

[0087] De préférence, la composition de la gaine de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension à 10% d’allongement (noté 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.

[0088] 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 éventuelle entre les matériaux respectifs de la gaine et de la matrice de caoutchouc.

[0089] 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).

[0090] Selon une variante de réalisation de l’invention, l’armature de sommet du pneumatique est formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement de préférence inextensibles, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°.

[0091] Selon d’autres variantes de réalisation de l’invention, l’armature de sommet comporte encore au moins une couche d’éléments de renforcement circonférentiels.

[0092] Une réalisation préférée de l’invention prévoit encore que l'armature de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une couche supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 10° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la couche de travail qui lui est radialement adjacente.

[0093] La couche de protection peut avoir une largeur axiale inférieure à la largeur axiale de la couche de travail la moins large. Ladite couche de protection peut aussi avoir une largeur axiale supérieure à la largeur axiale de la couche de travail la moins large, telle qu'elle recouvre les bords de la couche de travail la moins large et, dans le cas de la couche radialement supérieure comme étant le moins large, telle qu'elle soit couplée, dans le prolongement axial de l'armature additionnelle, avec la couche de sommet de travail la plus large sur une largeur axiale, pour être ensuite, axialement à l'extérieur, découplée de ladite couche de travail la plus large par des profilés d'épaisseur au moins égale à 2 mm. La couche de protection formée d'éléments de renforcement élastiques peut, dans le cas cité ci-dessus, être d'une part éventuellement découplée des bords de ladite couche de travail la moins large par des profilés d'épaisseur sensiblement moindre que l'épaisseur des profilés séparant les bords des deux couches de travail, et avoir d'autre part une largeur axiale inférieure ou supérieure à la largeur axiale de la couche de sommet la plus large.

[0094] Selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention évoqué précédemment, l'armature de sommet peut encore être complétée, radialement à l'intérieur entre l'armature de carcasse et la couche de travail radialement intérieure la plus proche de ladite armature de carcasse, par une couche de triangulation d'éléments de renforcement inextensibles métalliques en acier faisant, avec la direction circonférentielle, un angle supérieur à 60° et de même sens que celui de l'angle formé par les éléments de renforcement de la couche radialement la plus proche de l'armature de carcasse.

[0095] D’autres détails et caractéristiques avantageux de l’invention ressortiront ci-après de la description des exemples de réalisation de l’invention en référence aux figures 1 à 2 qui représentent : figure 1, une vue méridienne d’un schéma d’un pneumatique selon un mode de réalisation de l’invention, figure2, une vue partielle agrandie d’une partie du schéma de la figure 1.

[0096] Les figures ne sont pas représentées à l’échelle pour en simplifier la compréhension.

[0097] Sur la figure 1, le pneumatique 1, de dimension 295/80 R 22.5, comprend une armature de carcasse radiale 2 ancrée dans deux bourrelets 3, autour de tringles 4. L’armature de carcasse 2 est formée d'une seule couche de câbles métalliques 11 et de deux couches de calandrage 13. L’armature de carcasse 2 est frettée par une armature de sommet 5, elle-même coiffée d’une bande de roulement 6. L’armature de sommet 5 est formée radialement de l'intérieur à l'extérieur : d’une couche de triangulation formée de câbles métalliques inextensibles 9.28 non frettés, orientés d'un angle égal à 65°, d'une première couche de travail formée de câbles métalliques inextensibles 11.35 non frettés, continus sur toute la largeur de la nappe, orientés d'un angle égal à 26°, d’une seconde couche de travail formée de câbles métalliques inextensibles 11.35 non frettés, continus sur toute la largeur de la nappe, orientés d'un angle égal à 18° et croisés avec les câbles métalliques de la première couche de travail, d’une couche de protection formée de câbles métalliques élastiques 6.35 non frettés, continus sur toute la largeur de la nappe, orientés d'un angle égal à 18° dans le même sens que les câbles métalliques de la seconde couche de travail.

[0098] L’ensemble de ces couches constituant l’armature de sommet 5 n’est pas représenté en détail sur les figures.

[0099] La figure 2 illustre un agrandissement de la zone 7 de la figure 1 et indique notamment l’épaisseur E de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure 10 de la cavité 8 du pneumatique et le point 12 d’un élément de renforcement 11 le plus proche de ladite surface 10. Cette épaisseur E est égale à la longueur de la projection orthogonale du point 12 d’un élément de renforcement 11 le plus proche de ladite surface 10 sur la surface 10. Cette épaisseur E est la somme des épaisseurs des différents mélanges caoutchouteux mis en place entre ledit élément de renforcement 11 de l’armature de carcasse 2 ; il s’agit d’une part de l’épaisseur de la couche de calandrage 13 radialement intérieure de l’armature de carcasse et d’autre part, des épaisseurs ei, e2 des différentes couches 14, 15 de mélange caoutchouteux formant la paroi interne du pneumatique 1. Ces épaisseurs ei, e2 sont par ailleurs égales à la longueur de la projection orthogonale d’un point d’une surface sur l’autre surface de la couche concernée respectivement 14 ou 15.

[00100] Ces mesures d’épaisseur sont effectuées sur une coupe transversale du pneumatique, celui-ci étant par conséquent non monté et non gonflé.

[00101] La valeur de E mesurée est égale à 2.4 mm.

[00102] Les valeurs de ei et e2 sont respectivement égales à 1.4 mm et 1 mm.

[00103] Les câbles d’armature de carcasse du pneumatique 1 sont des câbles à couche de structure 1+6+12, non fretté, constitué d’un noyau central formé d’un fil, d’une couche intermédiaire formée de six fils et d’une couche externe formée de douze fils.

[00104] Ils présentent les caractéristiques suivantes (d et p en mm) : structure 1+6+12 ; di = 0.20 (mm); d2 = 0.18(mm); p2 = 10 (mm) d3 = 0.18(mm); p2 = 10 (mm), (d2/d3)=l; avec d2, p2, respectivement le diamètre et le pas d’hélice de la couche intermédiaire et d3 et p3, respectivement le diamètre et le pas de d’hélice des fils de la couche externe.

[00105] Les fils d’acier constituant les câbles d’armature de carcasse présentent un taux de carbone en masse C égal à 0.2%.

[00106] L’âme des câbles constituée du noyau central formé d’un fil et de la couche intermédiaire formée des six fils est gainée par une composition de caoutchouc à base d'élastomère diénique non vulcanisé (à l'état cru). Le gainage est obtenu via une tête d'extrusion de l’âme constituée du noyau central formé d’un fil entouré des six fils de la couche intermédiaire. Ensuite, une opération finale de retordage ou câblage des 12 fils de la couche externe autour de l’âme ainsi gainée permet de finir les câbles.

[00107] L’aptitude à la pénétration des câbles d’armature de carcasse ainsi réalisés, mesurée selon la méthode décrite précédemment, est égale à 95 %.

[00108] Des essais ont été réalisés avec des pneumatiques P réalisés selon l’invention conformément à la représentation des figures let 2, et d’autres avec des pneumatiques R dits de référence.

[00109] Ces pneumatiques de référence R diffèrent des pneumatiques P selon l’invention par des câbles de l’armature de carcasse comportant une couche de gainage autour des couches internes mais dont les fils d’acier constituant les câbles d’armature de carcasse présentent un taux de carbone en masse C égal à 0.58 %.

[00110] Des essais d’endurance en roulage sur volant extérieur de circonférence égale à 8.5 mètres ont été réalisés en imposant aux pneumatiques une charge de 4176 daN et une vitesse de 40 km/h, avec un gonflage des pneumatiques dopé en oxygène à 10.2 bars. Ces essais sont réalisés dans une enceinte climatisée à 15°C. Les essais ont été réalisés pour les pneumatiques selon l’invention avec des conditions identiques à celles appliquées aux pneumatiques de référence. Les roulages sont arrêtés dès que les pneumatiques présentent des dégradations de l’armature de carcasse.

[00111] Le kilométrage parcouru est mesuré jusqu’à ce que le pneumatique présente une dégradation. Les mesures illustrées ci-dessous sont ramenées à une base 100 pour le pneumatique de référence.

[00112] Ces résultats montrent que dans des conditions de roulage particulièrement sévères, les pneumatiques selon l’invention sont plus performants en termes d’endurance de que les pneumatiques de référence. Les défaillances de ces derniers sont dues à une oxydation localisée des câbles de l’armature de carcasse. De tels défauts n’apparaissent dans les pneumatiques selon l’invention qu’à des kilométrages plus élevés.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Pneumatique à armature de carcasse radiale, constituée d’au moins une couche d’éléments de renforcement métalliques, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d’une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, caractérisé en ce que les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles constitués de plusieurs fils d’acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % < C < 0.4 %, en ce que lesdits câbles d’au moins une couche de l’armature de carcasse présentent au test dit de perméabilité un débit inférieur ou égal à 20 cm3/mn et en ce que l’épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d’un élément de renforcement métallique de l’armature de carcasse le plus proche de la dite surface intérieure de la cavité est inférieure ou égale à 3.2 mm.
2 - Pneumatique selon la revendication 1, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse radialement la plus à l’intérieure étant constitué d’au moins deux couches de mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l’intérieur présente une épaisseur inférieure ou égale à 1.5 mm.
3 - Pneumatique selon l’une des revendications 1 ou 2, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse radialement la plus à l’intérieure étant constitué d’au moins deux couches de mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que la couche de mélange caoutchouteux radialement adjacente à la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l’intérieur présente une épaisseur inférieure ou égale à 1.7 mm.
4 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits fils d’acier présentent une contrainte maximale avant rupture R, exprimée en MPa, telle que R > 175 + 930.C - 600.1n(d) et R > 1500 MPa.
5 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits fils d’acier présentent un taux de chrome en masse Cr tel que Cr < 12 %.
6 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles métalliques à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une première couche Cl à L fils de diamètre di avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant éventuellement entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20.
7 - Pneumatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre des fils de la première couche (Cl) est compris entre 0.10 et 0.4 mm, et en ce que le diamètre des fils des couches (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.4 mm.
8 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits câbles d’au moins une couche de l’armature de carcasse présentent au test dit de perméabilité un débit inférieur à 10 cm3/mn et de préférence inférieur à 2 cm3/mn
9 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits câbles d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles à au moins deux couches et en ce qu’au moins une couche interne est gainée d’une couche constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.
10 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature de sommet est formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°.
11 - Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature de sommet comporte encore au moins une couche d’éléments de renforcement circonférentiels.
12 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une nappe supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 10° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la nappe de travail qui lui est radialement adjacente.
13 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet comporte en outre une couche de triangulation formée d’éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60°.