FR3042246A1 - Courroie de transmission de puissance avec film thermoplastique comprenant un elastomere silicone et des nanotubes de carbone - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une courroie de transmission de puissance (C) présentant une denture (D) en élastomère à base d'élastomère éthylène alpha oléfine pourvue d'un film externe (F) réalisé à base d'un thermoplastique oléfinique, ledit thermoplastique du film étant associé à un élastomère silicone représentant au moins 20% en poids du poids total du film et à un agent compatibilisant pour assurer, au sein du film, la compatibilité du thermoplastique et de l'élastomère silicone, caractérisé en ce que ledit thermoplastique du film est également associé à des nanotubes de carbone représentant entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du film. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle courroie.

Description

COURROIE DE TRANSMISSION DE PUISSANCE AVEC FILM THERMOPLASTIQUE COMPRENANT UN ELASTOMERE SILICONE ET DES NANOTUBES DE CARBONE

La présente invention concerne une courroie de transmission de puissance.

Cette courroie peut être une courroie nervurée, dont la nervure est trapézoïdale ou striée, par exemple à nervure en forme de V. Cette courroie peut également être une courroie crantée également dite synchrone.

Les nervures d’une telle courroie, qui sont composées de caoutchouc vulcanisé, présentent des faces destinées à être mises en contact direct avec une poulie menante et les poulies des accessoires entraînés par un moteur. Ces nervures forment la denture formées dans la gomme de la courroie.

Les systèmes entraînés par ce type de courroie sont utilisés dans de nombreux domaines tels que l'industrie, l'électroménager ou l’automobile.

Ce type de courroie doit répondre à de nombreuses contraintes simultanément. On peut citer les contraintes thermiques, mécaniques et plus récemment, les contraintes acoustiques. On peut noter un accroissement permanent du niveau de ces contraintes.

On connaît des courroies de transmission de puissance dont la gomme est réalisée en matériau polybutadiène et chloroprène (ou BR/CR pour Polybutadiene Rubber/Chloroprene Rubber selon la terminologie anglo-saxonne).

Ce matériau permet de répondre à certaines des contraintes mentionnées précédemment, notamment les contraintes mécaniques et acoustiques.

Cependant, ce matériau n’offre pas une tenue suffisante pour des températures élevées.

En effet, une contrainte de température trop élevée se traduit par une bakélisation de la courroie qui ne peut plus fonctionner correctement.

On connaît des courroies de transmission de puissance dont la denture est réalisée en un matériau éthylène-propylène-diène monomère (plus connu sous l’acronyme EPDM). C’est par exemple le cas dans la demande de brevet FR-2 779 731 où la courroie présente également un câblé.

Ce matériau, contrairement au matériau BR/CR, présente de bonnes propriétés de tenue thermique.

Cependant, il présente un coefficient de frottement avec les poulies qui est reiativement élevé. Or, un coefficient de frottement élevé peut générer des contraintes mécaniques de cisaillement importantes à l’interface entre la gomme et le câblé. Ces contraintes mécaniques peuvent ainsi conduire à l’arrachement du câblé ou parfois, à l’arrachement de la denture.

De plus, un coefficient de frottement trop élevé peut générer un niveau de bruyance (acoustique) ne répondant pas aux exigences de plus en plus importantes imposées par les clients.

De nombreuses solutions ont donc cherché à régler ces problèmes d’arrachement de câblé et de bruyance sur les courroies dont la denture est réalisée en un matériau à base d’EPDM. A cet effet, les documents FR 2 898 171 et FR 2 936 291 proposent d’ajouter un film protecteur sur la surface externe des dentures susceptible d’être réalisée en EPDM, lequel film est destiné à être mis en contact avec les poulies.

Plus précisément, la demande FR 2 898 171 montre la présence d’un film thermoplastique contenant du polyéthylène. Cependant, dans certains cas de fortes contraintes thermomécaniques, ce film peut s’abraser rapidement et ainsi ne plus remplir sa fonction.

Dans la demande FR 2 936 291, le film protecteur comprend une couche barrière réalisée en thermoplastique et un revêtement externe, par exemple réalisé en polyéthylène, partiellement inclus dans la couche barrière en thermoplastique. C’est une solution complexe à mettre en œuvre et coûteuse. Récemment, il a été proposé dans le document FR 2 996 617 une courroie de transmission présentant une denture en élastomère de type EPDM pourvue d’un film externe réalisé à base d’un thermoplastique oléfinique associé à un élastomère silicone.

Cette courroie de transmission de puissance s'avère présenter d’excellentes performances pour répondre aux contraintes mécaniques et/ou thermiques et/ou acoustiques qui sont désormais exigées.

Toutefois, dans de nombreuses applications, on demande désormais à ces courroies de transmission de puissance d'offrir également des performance en termes de conductivité électrique.

En effet, de telles propriétés peuvent être nécessaires pour éviter l’accumulation d’électricité statique dans la courroie.

La courroie de transmission de puissance proposée dans FR 2 996 617 ne répond par exemple pas aux contraintes de conductivité électrique qui sont désormais imposées.

Une difficulté importante est donc de pouvoir proposer une courroie de transmission de puissance qui réponde à ces contraintes électriques mais qui, dans le même temps, réponde de façon satisfaisante aux autres contraintes, à savoir aux contraintes mécaniques et/ou thermiques et/ou acoustiques.

Ceci est le cas pour les différentes applications envisagées, mais plus particulièrement pour l’application automobile. A cet effet, l’invention propose une courroie de transmission de puissance présentant une denture en élastomère à base d’élastomère éthylène alpha oléfine pourvue d'un film externe réalisé à base d’un thermoplastigae oléfinique, ledit thermoplastique du film étant associé à un élastomère silicone représentant au moins 20% en poids du poids total du film et à un agent compatibilisant pour assurer, au sein du film, la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone, caractérisé en ce que ledit thermoplastique du film est également associé à des nanotubes de carbone représentant entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du film.

La présence de nanotubes de carbone dans le film externe dans une proportion judicieusement sélectionnée permet en effet de répondre à l’ensemble des eontraintes désormais imposées.

Cette courroie pourra également présenter l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison : - l’élastomère silicone représente entre 20% et 80% en poids, du poids total du film et de préférence entre 20% et 60% ; - l’élastomère silicone représente entre 25% et 50% en poids, du poids total du film ; - l’agent compatibilisant représente moins de 10% en poids, du poids total du film ; - le thermoplastique du film comprend au moins 30% de polyéthylène, en * " poids par rapport au poids total du thermoplastique ; - le thermoplastique du film comprend entre 30% et 100 % de polyéthylène et notamment entre 50% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermoplastique ; - le thermoplastique du film comprend entre 75% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermoplastique ; - le thermoplastique du film est constitué par un mélange de polyoléfines contenant du polyéthylène ; - le thermoplastique du film est constitué par un copolymère à base de polyéthylène, par exemple un copolymère éthyléne octène-polyéthylène ; - ledit élastomère éthylène alpha oléfine de la denture est un EPDM ou un EPM ; - l’agent compatibilisant est constitué d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée et/ou d’un polyorganosiloxane ; - les nanotubes de carbone représentent entre 2,2% et 4,2%, en poids, du poids total du film, par exemple entre 2,2% et 3,5% ; - l’épaisseur du film est comprise entre 50 pm et 500 μηη. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une courroie selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes A) à C) suivantes : A) fabrication d’un film selon les sous-étapes suivantes : a) formation de granulés solides comportant chacun : - une base thermoplastique oléfinique, - un élastomère silicone représentant au moins 20%, en poids, du poids totale du granulé, - un agent compatibilisant pour assurer la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone ; et - des nanotubes de carbone représentent entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du granulé ; b) calandrage desdits granulés pour former le film. B) application du film sur une face dite externe d’une ébauche de courroie non vulcanisée, C) vulcanisation de l’ensemble pour former une courroie dont la face externe présente une denture revêtue dudit film.

Ce procédé pourra également présenter l’une au moins des caractéristiques suivantes : - l’étape a) de formation des granulés solides comporte les sous-étapes suivantes : a-ι) réaliser une extrusion réactive du thermoplastique oléfinique avec un élastomère silicone bi-composant et l’agent compatibilisant ; a2) obtenir des granulés solides ; a3) réaliser une extrusion réactive de ces granulés en ajoutant les nanotubes de carbone ; 34) obtenir îesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone ; - l’étape a) de formation des granulés solides comporte les sous-étapes suivantes : a’-ι) réaliser une extrusion réactive du thermoplastique oléfinique avec un élastomère silicone bi-composant, l’agent compatibilisant et les nanotubes de carbone ; a’2) obtenir Iesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone. L’invention sera mieux comprise et d’autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est un schéma, selon une vue de face, d’un banc moteur automobile utilisé pour mesurer l’abrasion d’une courroie ; la figure 2 est un schéma d’un autre banc moteur ; la figure 3 est un schéma d’un autre banc moteur ; la figure 4 représente une vue en coupe d’une courroie conforme à l'invention.

Dans le cadre de l’invention, la courroie de transmission de puissance présente une denture en élastomère à base d’élastomère éthylène alpha oléfinique pourvue d’un film externe.

Ce film externe est réalisé à base d’un thermoplastique oléfinique. Ce thermoplastique oléfinique est associé, au sein du film, à un élastomère silicone représentant au moins 20% en poids du poids total du film, à un agent compatibilisant pour assurer la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone ainsi qu’à des nanotubes de carbone représentant entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du film. L’élastomère formant fa denture à base d’éthylène alpha oléfine peut être l’éthylène-propylène-diène-monomère (EPDM) ou l’éthylène-propylène-monomère (EPM). Dans ce cas, l’agent de réticulation de la denture est généralement de type peroxyde.

Le thermoplastique du film, oléfinique, est alors un thermoplastique capable de co-réticuler avec l’agent de type peroxyde de Pélastomère de la denture.

Par exemple, ce thermoplastique comprendra du polyéthylène, avantageusement dans une proportion en poids de 30% par rapport au poids total du thermoplastique.

Avantageusement, le thermoplastique du film comprendra entre 30% et 100% de polyéthylène et notamment entre 50% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermoplastique.

Encore plus avantageusement, le thermoplastique du film comprendra entre 75% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermopiastique.

Selon un autre exemple, le thermoplastique oléfinique du film sera constitué par un mélange de polyoléfines contenant du polyéthylène.

Selon un autre exemple, le thermoplastique oléfinique du film sera constitué par un copolymère à base de polyéthylène, par exemple un copolymère éthylène-octène-polyéthylène.

Plus généralement, le thermoplastique du film pourra être constitué soit d’homopolymères, soit de copolymères qui seront à base d'éthylène si la gomme de denture est à base d’éthylène alpha oléfine, toujours afin d’améliorer l’adhésion entre le film et la gomme de denture.

En effet, la présence de polyéthylène dans le film permet d’assurer une très bonne adhésion par co-réticulation avec l’éthylène alpha oléfine contenu dans la denture, notamment l’EPDM ou ΓΕΡΜ, grâce à la présence d’un système de réticulation de type peroxyde.

Cependant, le thermoplastique du film peut également être réalisé avec des homopolymères ou des copolymères à base de propylène, d’octène, de butène, de butadiène, de pentène, etc..., en fonction de ta nature de l’élastomère constituant la denture, pour assurer une bonne adhésion entre le film et la gomme de denture. L’élastomère silicone pourra comprendre une ou plusieurs silicone(s). Par exemple, il peut s’agir d’un élastomère silicone liquide bi-composants. Il convient enfin de noter que, dans le cadre de l’invention, i’éiastomère silicone pourra représenter entre 20% et 90% en poids, du poids total du film.

Par ailleurs, l’éiastomère silicone pourra représenter entre 20% et 80% en poids, du poids total du film. Avantageusement, l’élastomère silicone représentera entre 20% et 70% en poids, du poids total du film. Plus avantageusement, i’élastomère silicone représentera entre 20% et 60% en poids, du poids total du film. Encore plus avantageusement, l’élastomère silicone représentera entre 20% et 50% en poids, du poids total du film. Cette proportion, définie comme précédemment, peut encore être choisie entre 25% et 50% ou entre 30% et 50%.

De plus, et à titre d’exemple, l’agent permettant de rendre compatible le thermoplastique oléfinique du film (par exemple à base de (poly-)éthylène) et l’élastomère silicone afin de former un mélange homogène dans le film est alors constitué d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée et/ou d’un polyorganosiloxane.

Dans la suite, cet agent sera nommé agent compatibilisant.

La polyoléfine fonctionnalisée^sera avantageusement adaptée à la nature du thermoplastique considéré pour le film. Par exemple, un agent compatibilisant de type polyoléfine poiypropylène sera adapté à un thermoplastique de type polyéthylène ou poiypropylène.

De manière générale, l’agent compatibilisant ne représentera pas plus de 10%, en poids, du poids total du film. Le plus souvent, sa proportion sera même inférieure à 5%, en poids, du poids total du film.

Enfin, en ce qui concerne les nanotubes de carbone (NTC), on pourra prévoir qu’ils représentent entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du film, avantageusement entre 2,2% et 4,2%, en poids, du poids total du film et encore plus avantageusement entre 2,2% et 3,8%, en poids, du poids total du film. On peut également envisager, de manière encore plus avantageuse, des gammes plus restreintes, à savoir une proportion de nanotubes de carbone (NTC) comprise entre 2,2% et 3,3%, en poids, du poids total du film ou entre 2,4% et 3,3%, en poids, du poids total du film.

Nous allons maintenant fournir des résultats expérimentaux (tests) qui permettent de mettre en évidence l’intérêt de l'invention, en particulier pour les applications automobiles. A cet effet, on a testé différentes courroies, consistant toutes en une courroie Poly V® de type K (application automobile), dont la denture est réalisée en EPDM et pourvue d’un film externe à base d’un thermoplastique oléfinique associé à un élastomère silicone. En effet, ce type de film a montré son efficacité pour répondre aux contraintes mécaniques, acoustiques et thermiques.

La première courroie est une courroie de référence (REF) dont le film externe comprend 58,3% en poids de polyéthylène*et de 39,2% en poids de silicone et 2,5% d’un agent compatibilisant pour assurer, au sein du film, la compatibilité du thermoplastique et de l’éiastomère silicone.

La deuxième courroie est une courroie pour laquelle le film externe comprend 56,8% en poids de polyéthylène, 37,8% en poids de silicone, 2,4% en poids d’un agent compatibilisant pour assurer, au sein du film, la compatibilité du thermoplastique et de i’élastomère silicone et enfin, 3% en poids de nanotubes de carbone (NTC).

Elle est nommée courroie INV (Invention).

La composition du film de la courroie INV est la même que celle de la courroie REF, à l’exception, pour la courroie INV de la présence de nanotubes de carbone. De plus, la proportion relative polyéthylène/silicone, au sein du film, est comparable entre les courroies REF (58,3/39,2 = 1,49) et INV (56,8/37,8 = 1,5). De même, la proportion relative poiyéthylène/agent compatibilisant, au sein du film, est comparable entre les courroies REF (58,3/2,5 = 23,3) et INV (56,8/2,4 = 23,6). On comprend qu'il en est de même pour la proportion relative silicone/agent compatibilisant.

Une série de tests a été réalisé pour déterminer les propriétés acoustiques, mécaniques, thermiques et électriques de ces courroies, en particulier de la courroie INV.

Test 1: test acoustique - conditions sèches.

Avant de débuter le test, la courroie est conditionnée au préalable pendant au moins 24 heures, à une température de 20°C et à un taux d’humidité relative de 50%.

Le test est alors effectué dans des conditions dites sèches.

Celui-ci consiste en un test acoustique (bruit) sur banc de désalignement conçu sur la base de la norme SAE J2432-2000. Ce banc n’est donc pas représenté sur les figures annexées.

Lors du test, la poulie motrice tourne à 2000 tr/mn et la tension appliquée sur la courroie est constante.

La mesure consiste à déterminer l’angle de désalignement entre la poulie motrice et la poulie menée auquel apparaît le grincement. Le grincement est caractérisé par un bruit audible.

Les résultats sont fournis dans le tableau 1.

Tableau 1 A l’état neuf, la courroie selon l’invention (INV) présente des performances similaires à celles de la courroie de référence (REF). A l'état rodée, la courroie selon l’invention (INV) est meilleure que la courroie de référence (REF). En effet, avec la courroie INV, aucun bruit audible n’a été détecté jusqu’à un angle de désalignement de 5°, qui définit la fin du test selon la norme. Cette norme prévoit en effet que le test soit effectué avec un désalignement allant de la valeur nulle (pas de désalignement) à la valeur de 5°, avec une incrémentation de 0,5°.

Il convient de noter que le rodage de la courroie est réalisé conformément aux conditions du test 3 présenté plus loin. En d’autres termes, pour la courroie rodée, on passe d’abord par les conditions du test 3 puis on réalise le conditionnement précité (20°C et taux d’humidité relative à 50% pendant au moins 24h) et enfin, on lance le test 1 proprement dit.

La courroie selon l’invention présente donc des caractéristiques acoustiques, en conditions sèches, qui sont excellentes.

Test 2 : test acoustique - conditions humides.

Le test 2 consiste à placer la courroie sur un moteur thermique DW8 de cinématique 5 axes (accessoires : alternateur et direction assistée seulement). Ce moteur est un moteur série du commerce, connu de l’homme du métier.

La tension de pose de la courroie est de 115 N/dt/b (Newton/dent/brin). Cette tension est obtenue par le réglage d’un tendeur de courroie.

On procède à la mise en rotation du moteur au ralenti sans charge accessoire pendant une durée de 15 minutes.

Puis, on asperge la courroie pendant une durée de 30s avec une quantité de 300ml d’eau.

Ensuite, on laisse tourner le moteur au ralenti sans charge d’accessoires pendant une durée de 15 minutes.

Le moteur tournant toujours au ralenti, on procède alors à la mise en charge simultanée de l'alternateur (en l’occurrence de 70A) et de la direction assistée (fonctionnant à 50 bars) en aspergeant la courroie pendant une durée de 30s, avec une quantité de 300ml d'eau.

On laisse à nouveau tourner le moteur au ralenti sans charge d’accessoires pendant 15 minutes.

Enfin, on procède à nouveau à la mise en charge simultanée de l’alternateur et de la direction assistée en aspergeant la courroie pendant une durée de 5s, avec une quantité de 5m! d’eau.

La mesure est effectuée lors de cette dernière aspersion.

Cette mesure consiste à mesurer le temps écoulé entre le début de l’aspersion de la courroie (début de la mesure), laquelle coïncide avec l’apparition d’un bruit audible, et le moment où ce bruit n’est plus audible (fin de la mesure).

Le critère devant être respecté est que le temps tel que défini ci-dessus soit inférieur ou égal à 7s.

Les conditions de test décrites ci-dessus ont été appliquées pour une courroie neuve, mais également pour une courroie préalablement rodée, conformément aux conditions du test 3 présenté plus loin, avant d’entamer le test 2 proprement dit.

Elles ont également été appliquées pour une courroie de référence REF et une courroie selon l’invention INV.

Pour la courroie selon l’invention (INV), on a pu constater que le critère était rempli à l'état neuf, comme à l’état rodé. On a cependant constaté que le bruit avec la courroie neuve durait moins longtemps que le bruit avec la courroie rodée.

Par ailleurs, la comparaison des courroies REF et INV est présentée dans le tableau 2 ci-dessous.

Tableau 2 A l’état neuf, la courroie INV présente un meilleur comportement que la courroie REF. A l’état rodé, le comportement des deux courroies est similaire.

Test 3 : test mécanique - abrasion

Le test 3 consiste à faire tourner la courroie sur un banc 3 axes entraîné par un moteur Diesel G9T au ralenti pendant 31 h.

Le moteur G9T est un moteur série du commerce. Cependant, dans la cadre de ce test, celui-ci n’est utilisé que comme moyen d’entraînement.

La tension de pose de la courroie est de 115 N/dt/b (Newton/dent/brin). Cette tension est obtenue par le réglage d'un tendeur de courroie.

Le moteur entraîne en rotation une inertie de 5 g.m2.

Le banc 3 axes utilisé est spécifique à ce test. Ainsi, la position des accessoires et les diamètres des poulies sont spécifiques à ce test.

Le tableau 3 ci-dessous présente les différentes caractéristiques du banc utilisé pour ce test.

Tableau 3

La figure 1 schématise le banc utilisé.

Le repère (O ; Χ,Υ,Ζ) forme un repère orthonormé direct dont le centre O est sur l’axe de rotation (OZ) du vilebrequin 1.

En particulier, il convient de noter que les positions relatives des différents éléments du banc qui sont mentionnées dans le tableau 2 peuvent être visualisées sur la figure 1. Sur cette figure 1, la poulie vilebrequin est notée 1, le galet fixe 2, la poulie d’alternateur 3 et la courroie C.

Le ralenti Diesel est connu pour ses irrégularités cycliques de vitesses instantanées. Ces irrégularités génèrent des couples dynamiques cycliques (sous l’effet de l’inertie entraînée), qui provoquent l’abrasion de la courroie sous l’effet des glissements de contact entre ia courroie et les différentes poulies par lesquelles cette courroie passe.

Les conditions énoncées ci-dessus pour le test 3 permettent de roder la courroie.

Ce sont ces mêmes conditions qui sont appliquées pour effectuer le rodage de la courroie dans les tests 1 et 2.

Dans le cas spécifique du test d’abrasion, l’abrasion A de celle-ci est définie par un pourcentage (%). Ce pourcentage d’abrasion est calculé en mesurant la masse de la courroie testée à l’état neuf (Mo) et sa masse l’issue du test (M31), à savoir après 31 h de ralenti (état rodé).

On a ainsi : A (%) = 100% *(Mo - M31 ) / M0.

La courroie INV selon l’invention a été comparée à la courroie REF.

Les résultats sont donnés dans le tableau 4 ci-dessous :

Tableau 4

La courroie INV selon l’invention se situe dans les requis pour les applications envisagées. En effet, on considère généralement que les courroies dont l’abrasion est inférieure à 1,3%, dans les conditions de ce test, sont acceptables, il convient par ailleurs de noter que, dans le document FR 2 996 617, la courroie nommée « REF » dans la présente demande de brevet, est comparée à des courroies dites « REF I » et « REF II » existantes pour lesquelles l’abrasion A(%) est, conformément au présent test, dans la limite de 1,3%.

Test 4 : test thermique - grand froid

Le test 4 consiste à faire tourner la courroie sur un banc entraîné par un moteur électrique 4 axes, à très basse température.

Dans le cas d’espèce, la température est fixée à -45°C.

La tension de pose de la courroie testée est de 80 N/dt/b {Newton/dent/brin). Cette tension est obtenue par le réglage d’un tendeur de courroie.

Le tableau 5 ci-dessous présente les différentes caractéristiques du banc utilisé pour ce test.

Tableau 5

La position des accessoires et les diamètres des poulies sont spécifiques à ce test.

La figure 2 schématise le banc utilisé.

On note la présence de la poulie motrice 1 ’ (entraînée par le moteur électrique, non représenté), de la poulie lisse 2’, de la poulie réceptrice 3’ et du tendeur réglable 4’. La courroie est référencée C.

Le repère (Ο; Χ,Υ,Ζ) forme un repère orthonormé direct dont le centre O est sur l’axe de rotation (OZ) de la poulie motrice 1’.

Pour le test, la poulie motrice T est entraînée à 670 tr/mn pendant 1mn puis est arrêtée pendant 14 mn. Ceci permet de définir un cycle de 15mn qui est répétée sur une durée de 24h, soit 96 cycles.

La mesure consiste alors à comptabiliser le nombre de craquelures observées sur la denture de la courroie.

On considère que le test est concluant lorsque le nombre de craquelures est inférieur à 8.

Dans le cas d'espèce, on a pu comptabiliser 4 craquelures sur la courroie INV à l’issue du test.

Le test s’avère donc concluant sur la résistance de la courroie aux grands froids.

Test 5 : test de flexion/contre-flexion de la courroie

Le test 5 est un essai de fiexion/contre-fîexion sur la courroie de référence REF d’une part, et sur la courroie selon l'invention INV d’autre part.

Il est réalisé avec un moteur électrique 5 axes.

Le test est réalisé à chaud, en l’occurrence à une température de 120°C. L'axe moteur sert également d’axe tendeur.

La tension de pose de la courroie testée est d’environ 64 N/dt/b. On rappelle que la courroie est une courroie automobile de type 6PK, 1200mm de largeur. Cette tension est obtenue par l’application d’une charge radiale de 770N (770N pour deux brins et pour 6 dents aboutit à la tension de pose mentionnée).

Le tableau 6 ci-dessous présente les différentes caractéristiques du banc utilisé pour ce test.

Tableau 6

La position des accessoires et les diamètres des poulies sont spécifiques à ce test.

La figure 3 schématise le banc utilisé.

On note la présence de la poulie motrice gravée 10 (entraînée par le moteur électrique, non représenté), de la poulie lisse 11, de la première poulie gravée 12, de la deuxième poulie gravée 13 et de la deuxième poulie lisse 14. La courroie est référencée C.

Le repère (Ο; Χ,Υ,Ζ) forme un repère orthonormé direct dont le centre O est un axe fixe théorique.

Le moteur est actionnée pour que la courroie 6” présente une vitesse linéaire de 17 m/s.

Le test consiste à déterminer le nombre d’heures de test nécessaires pour obtenir un nombre prédéterminé de craquelures sur la courroie.

En l’occurrence, le nombre prédéterminé de craquelures est fixé à huit.

Pour la courroie REF de référence, ces huit craquelures ont été observées après 170h de test.

Pour la courroie INV selon l’invention, ces huit craquelures ont été observées après 392h de test.

Le comportement en fiexion/contre-flexion, à chaud, de la courroie selon l’invention est donc meilleur que celui de la courroie de référence.

Test 6 : test électrique - via fiexion/contre-flexion de la courroie

Le test 6 est un essai de fiexion/contre-flexion visant à déterminer la conductivité électrique de la courroie selon l’invention INV.

Il est réalisé avec un moteur électrique 5 axes.

Le test est réalisé à chaud, en l’occurrence à une température de 120°C. L’axe moteur sert également d’axe tendeur.

La tension de pose de la courroie testée est d’environ 58 N/dt/b. On rappelle que la courroie est une courroie automobile de type 6PK, 1200mm de largeur. Cette tension est obtenue par l’application d’une charge radiale de 770N (770N pour deux brins et pour 6 dents aboutit à la tension de pose mentionnée).

Le tableau 7 ci-dessous présente les différentes caractéristiques du banc utilisé pour ce test.

Tableau 7

La position des accessoires et les diamètres des poulies sont spécifiques à ce test. Cependant, le banc utilisé est, dans sa forme, similaire à celui du test 5 et n’est donc pas représenté. Seules les dimensions des poulies et leurs coordonnées changent, conformément aux informations fournies dans le tableau 7.

Le moteur est actionnée pour que la courroie 6” présente une vitesse linéaire de 10 m/s.

Le test dure 100h. A l’issue de ce test, on effectue une mesure de la résistance électrique de la courroie INV, basée sur la méthodologie liée à la norme IS01813.

La mesure effectuée conformément au test sur la résistance électrique de la courroie donne une valeur de 3,7MOhms, ce qui répond aux requis des différents constructeurs automobiles (critère < 50MOhms).

Fin des tests.

Comme on peut le constater à travers les tests précédents, les inventeurs montrent que l’utilisation de carbone sous la forme de nanotubes (NTC) est particulièrement avantageuse pour obtenir une courroie répondant aux exigences relatives à la conductivité électrique, mais également à celles qui concernent les contraintes acoustiques, mécaniques et thermiques.

La courroie INV testée présente une proportion, en poids, de 3% de nanotubes de carbone, par rapport au poids total du film externe.

Pour autant, les avantages procurés par cette courroie ont pu être montrés dans une gamme de valeurs comprise entre 1,9% et 4,2% de nanotubes de carbone (NTC), en poids, par rapport au poids total du film externe.

En effet, un test préalable a été réalisé conformément au test 6, sur une courroie de transmission de puissance conforme à la courroie INV, mais avec une proportion, en poids, strictement inférieure à 1,9 % en nanotubes de carbone, par rapport au poids total du film externe.

Ce test a montré que le critère relatif à la conductivité électrique (résistance électrique de la courroie inférieur à 50MOhms) n’était pas rempli.

Augmenter la proportion en nanotubes de carbone (NTC) au sein du film ne peut qu’améliorer la conductivité électrique.

Cependant, l’augmentation de cette proportion modifie le comportement de la courroie sur les autres aspects (mécanique, thermique,

En effet, d’autres tests ont été effectués conformément aux tests 1 à 5 dont les conditions ont été décrites précédemment sur une courroie de transmission de puissance conforme à la courroie INV, mais avec une proportion, en poids, strictement supérieure à 4,2 % en nanotubes de carbone, par rapport au poids total du film externe.

En particulier les tests acoustiques (tests 1 et 2) et grand froid (test 4) ont montré qu’au-delà d’une telle proportion en nanotubes de carbone (NTC), les requis n’étaient pas atteints. En particulier, la courroie a montré la présence de trop nombreuses craquelures à l’issue du test grand froid.

Le choix de nanotubes de carbone dans certaines proportions est donc particulièrement avantageux. A cet égard, il convient de noter qu’un autre test a été effectué avec une autre forme de carbone, à savoir du noir de carbone. L’utilisation de noir de carbone est très répandue dans les courroies de transmission de puissance, en particulier dans l’élastomère formant la denture de la courroie. L’idée d’utiliser du noir de carbone pour ses propriétés conductrices dans le film externe apparaissait donc comme une solution envisageable pour l’homme du métier. Toutefois, si cette solution permet de répondre aux contraintes électriques, la présence de noir de carbone dans le film externe, en l’occurrence dans une proportion classique de 11,5% en poids, du poids total du film externe s’est avérée modifier le comportement mécanique de la courroie dans des limites inacceptables pour répondre aux requis sur les autres contraintes, en particulier sur les contraintes acoustiques en conditions humides (test 2).

Enfin, ii convient de noter que le film utilisé sur une courroie conforme à l'invention pourra avantageusement être réalisé selon ies étapes suivantes : a) formation de granulés comportant chacun : - une base thermoplastique oléfinique, - un élastomère silicone représentant au moins 20%, en poids, du poids totale du granulé, - un agent compatibilisant pour assurer la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone ; et - des nanotubes de carbone représentent entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du granulé ; b) calandrage desdits granulés pour former le film. L’étape b) de calandrage est tout à fait classique. L’étape a) peut être plus précisément réalisée de différentes manières.

Ainsi, pour former ces granulés conformément à l’étape a), on peut réaliser les sous-étapes suivantes : a-ι) réaliser une extrusion réactive du thermoplastique oléfinique avec un éiastomère silicone bi-composant et l’agent compatibilisant ; 82) obtenir des granulés solides ; 83) réaliser une extrusion réactive de ces granulés en ajoutant les nanotubes de carbone ; a4) obtenir iesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone.

La sous-étape a-ι) est classique et est par exemple décrite dans le document FR 2 959 235. Lors de l’extrusion, les deux composants de l’élastomère silicone réticulent en étant dispersés dans le thermopîastique oléfinique devenu liquide du fait de l’extrusion.

La sous-étape étape 82) permet d’obtenir des granulés sous forme solide, après refroidissement.

La sous-étape étape a3) permet d’intégrer les nanotubes de carbone, par exemple sous la forme d’une poudre.

Enfin, la sous-étape a4) permet, par refroidissement, de finaliser l’étape a).

En variante, toujours pour former ces granulés conformément à l’étape a), on peut réaliser les étapes suivantes : a’i) réaliser une extrusion réactive du thermopiastique oléfinique avec un élastomère silicone bi-composant, l’agent compatibilisant et les nanotubes de carbone ; a’2) obtenir lesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone.

Lors de l’extrusion de la sous-étape a’1), les deux composants de l’élastomère silicone réticulent en étant dispersés dans le thermoplastique oléfinique devenu liquide du fait de l’extrusion. Au cours de cette étape, les nanotubes de carbone peuvent se présenter sous la forme d’une poudre introduite dans le mélange.

La solidification sous formes de granulés s’obtient au cours de l’étape a’2) par refroidissement des composants.

Pour fabriquer une courroie conforme à l’invention, on pourra envisager le procédé suivant : - application du film obtenu selon le procédé les étapes a) et b) sur une face dite active ou externe d’une ébauche de courroie non vulcanisée, et - vulcanisation de l’ensemble pour former une courroie dont la face externe présente une denture revêtue dudit film.

La courroie INV ainsi obtenue est représentée sur la figure 5. Sur cette figure 4, on peut distinguer la denture D de la courroie et le film externe F, qui vient sur la denture D.

Claims (16)

1. revendications

   1. Courroie de transmission de puissance (INV) présentant une denture (D) en élastomère à base d’ëlastomère éthylène alpha oléfine pourvue d’un film externe (F) réalisé à base d’un thermoplastique oléfinique, ledit thermoplastique du film étant associé à un élastomère silicone représentant au moins 20% en poids du poids total du film et à un agent compatibilisant pour assurer, au sein du film, la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone, caractérisé en ce que ledit thermoplastique du film est également associé à des nanotubes de carbone représentant entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du film.
2. 2. Courroie selon la revendication 1, dans lequel l’élastomère silicone représente entre 20% et 80% en poids, du poids total du film et de préférence entre 20% et 60%.
3. 3. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel î’élastomère silicone représente entre 25% et 50% en poids, du poids total du film.
4. 4. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’agent compatibilisant représente moins de 10% en poids, du poids total du film.
5. 5. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le thermoplastique du film comprend au moins 30% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermoplastique.
6. 6. Courroie selon la revendication précédente, dans lequel le thermoplastique du film comprend entre 30% et 100 % de polyéthylène et notamment entre 50% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermopiastique.
7. 7. Courroie selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel le thermoplastique du film comprend entre 75% et 100% de polyéthylène, en poids par rapport au poids total du thermoplastique.
8. 8. Courroie selon la revendication 5, dans lequel le thermoplastique du film est constitué par un mélange de polyoiéfines contenant du polyéthylène.
9. 9. Courroie selon la revendication 5, dans lequel le thermoplastique du film est constitué par un copolymère à base de polyéthylène, par exemple un copolymère éthyléne octène-polyéthylène.
10. 10. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit élastomère éthylène alpha oléfine de la denture est un EPDM ou un EPM.
11. 11. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’agent compatibilisant est constitué d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée et/ou d’un polyorganosiloxane.
12. 12. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les nanotubes de carbone représentent entre 2,2% et 4,2%, en poids, du poids total du film, par exemple entre 2,2% et 3,5%.
13. 13. Courroie selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur du film est comprise entre 50 pm et 500 pm.
14. 14. Procédé de fabrication d’une courroie selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes A) à C) suivantes : A) fabrication d’un film selon les sous-étapes suivantes : a) formation de granulés solides comportant chacun : - une base thermoplastique oléfinique, - un élastomère silicone représentant au moins 20%, en poids, du poids totale du granulé, - un agent compatibilisant pour assurer la compatibilité du thermoplastique et de l’élastomère silicone ; et - des nanotubes de carbone représentent entre 1,9% et 4,2%, en poids, du poids total du granulé ; b) Calandrage desdits granulés pour former le film. B) application du film sur une face dite externe d’une ébauche de courroie non vulcanisée, C) vulcanisation de l’ensemble pour former une courroie dont la face externe présente une denture revêtue dudit film.
15. 15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape a) de formation des granulés solides comporte les sous-étapes suivantes : ai) réaliser une extrusion réactive du thermoplastique oléfinique avec un élastomère silicone bi-composant et l’agent compatibilisant ; a2) obtenir des granulés solides ; az) réaliser une extrusion réactive de ces granulés en ajoutant les nanotubes de carbone ; a4) obtenir lesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone.
16. 16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l’étape a) de formation des granulés solides comporte les sous-étapes suivantes : a’i) réaliser une extrusion réactive du thermoplastique oléfinique avec un élastomère silicone bi-composant, l’agent compatibilisant et les naiiotubes de carbone ; a’2) obtenir lesdits granulés solides comportant les nanotubes de carbone.