FR3094273A1 - Pneumatique dont l’armature de carcasse est renforcée par une couche d’éléments de renforcement dans la zone du bourrelet - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un pneumatique (1) comprenant une couche d’éléments de renforcement de l’armature de carcasse (2) ancrée dans chacun des bourrelets (3) par retournement autour d’une tringle (4), ledit retournement (7) d’armature de carcasse étant renforcé par un raidisseur (8). Conformément à l’invention, les éléments de renforcement des raidisseurs (8) sont des câbles dont le diamètre est inférieur à 1.1 mm, le pas de répartition des câbles étant inférieur à 2.1 mm, la rigidité des câbles étant supérieure à 190 GPa et les couches de calandrage étant constituées d’un mélange élastomérique, comprenant comme charge renforçante majoritairement au moins un noir de carbone, présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m²/g et un indice COAN au moins égal à 60 ml/100 g et la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l’équilibre étant comprise entre 13.10-5 mol/cm3 et 21.10-5 mol/cm3 dans les couches de calandrage. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Pneumatique dont l’armature de carcasse est renforcée par une couche d’éléments de renforcement dans la zone du bourrelet

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.

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.

Des câbles sont dits inextensibles lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à 10% de la force de rupture un allongement relatif au plus égal à 0,2%.

Des câbles sont dits élastiques lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à la charge de rupture un allongement relatif au moins égal à 3% avec un module tangent maximum inférieur à 150 GPa.

Des éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement qui font avec la direction circonférentielle des angles compris dans l'intervalle + 2,5°, - 2,5° autour de 0°.

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.

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

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

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

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

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.

On entend par « module d’élasticité » d’un mélange caoutchouteux, un module sécant d’extension à 10 % de déformation et à température ambiante.

En ce qui concerne les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en traction selon la norme AFNOR-NFT-46002 de septembre 1988 : on mesure en seconde élongation (i.e., après un cycle d’accommodation) le module sécant nominal (ou contrainte apparente, en MPa) à 10% d'allongement (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme AFNOR-NFT-40101 de décembre 1979).

De tels pneumatiques comportent encore usuellement au niveau des bourrelets une ou plusieurs couches d’éléments de renforcement appelés raidisseurs ou languettes. Ces couches sont le plus souvent constituées d’éléments de renforcement orientés par rapport à la direction circonférentielle d’un angle inférieur à 45°, et le plus souvent inférieur à 25°. Ces couches d’éléments de renforcements ont notamment pour fonction de limiter les déplacements longitudinaux des matériaux constitutifs du bourrelet par rapport à la jante de la roue pour limiter une usure prématurée dudit bourrelet. Elles permettent également de limiter la déformation permanente du bourrelet sur le crochet de jante, due au phénomène de fluage dynamique des matériaux élastomériques ; cette déformation du bourrelet peut empêcher le rechapage des pneumatiques lorsqu’elle est excessive. Elles contribuent encore à la protection des zones basses du pneumatique contre les agressions subies lors du montage et du démontage des pneumatiques sur les jantes.

Par ailleurs, dans le cas d’ancrage de l’armature de carcasse réalisé autour d’une tringle, qui consiste à enrouler au moins en partie l’armature de carcasse autour d’une tringle dans chacun des bourrelets en formant un retournement s’étendant plus ou moins haut dans le flanc, les couches d’éléments de renforcement ou raidisseur permettent encore d’éviter ou de retarder le déroulement de l’armature de carcasse lors d’échauffements accidentels et excessifs de la jante.

Ces couches d’éléments de renforcement ou raidisseurs sont le plus souvent disposées axialement à l’extérieur du retournement de l’armature de carcasse et s’étendent sur une hauteur dans le flanc radialement extérieure à celle du retournement de l’armature de carcasse notamment pour couvrir les extrémités libres des éléments de renforcement dudit retournement.

Bien que les pneumatiques ne soient pas prévus pour ces cas, il est connu que dans certains pays les pneumatiques sont utilisés en dehors des conditions normales notamment en termes de charges portées et de pression de gonflage. La présence de couches d’éléments de renforcement ou raidisseurs permet encore d’améliorer la résistance des pneumatiques à de telles sollicitations. En effet, il semble que le raidisseur va protéger l’armature de carcasse dans la zone du bourrelet du pneumatique contre ces sollicitations correspondant à des usages excessifs.

Un but de l’invention est de fournir des pneumatiques allégés dont les propriétés notamment d’endurance sont conservées quel que soit l’usage.

Ce but est atteint selon l’invention par un pneumatique armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet, celle-ci étant coiffée radialement d’une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, au moins une couche d’éléments de renforcement de l’armature de carcasse étant ancrée dans chacun des bourrelets par retournement autour d’une tringle, ledit retournement d’armature de carcasse étant renforcé par au moins une couche d’éléments de renforcement ou raidisseur, les éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur étant des câbles dont le diamètre est inférieur à 1.1 mm, le pas de répartition desdits câbles dans ledit au moins un raidisseur étant inférieur à 2.1 mm, la rigidité desdits câbles dudit au moins un raidisseur étant supérieure à 190 GPa et les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur étant constituées d’un mélange élastomérique à base de caoutchouc naturel ou de polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4 et éventuellement d'au moins un autre élastomère diénique, le caoutchouc naturel ou le polyisoprène synthétique en cas de coupage étant présent à un taux majoritaire par rapport au taux de l'autre ou des autres élastomères diéniques utilisés et d'une charge renforçante comprenant majoritairement au moins un noir de carbone, présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m²/g et un indice d’absorption d’huile d’échantillons comprimés (COAN) au moins égal à 60 ml/100 g, ledit mélange élastomérique ne comprenant pas, ou comprenant au plus 20 pce, et de préférence au plus 10 pce de noir de carbone dont la surface spécifique BET est supérieure à 30 m²/g et l’indice COAN est supérieur à 40 ml/100 g, ledit mélange élastomérique ne comprenant pas, ou comprenant au plus 20 pce, et de préférence au plus 10 pce de charge blanche et la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l’équilibre étant comprise entre 13.10-5 mol/cm³et 21.10-5 mol/cm³dans ledit mélange élastomérique constituant les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur.

La mesure de surface spécifique BET est effectuée selon la méthode de BRUNAUER, EMMET et TELLER décrite dans "The Journal of the American Chemical Society", vol. 60, page 309, février 1938, correspondant à la norme NFT 45007 de novembre 1987.

L’indice de structure du noir COAN (Compressed Oil Absorption Number) est mesuré selon la norme ASTM D3493.

Au sens de l’invention, une charge blanche est une charge de type silice et/ou alumine comportant des fonctions de surface SiOH et/ou AlOH choisie dans le groupe formé par les silices précipitées ou pyrogénées, les alumines ou les aluminosilicates.

Comme autres exemples de charges renforçantes ayant la morphologie et les fonctions de surface SiOH et/ou AlOH des matières de type silice et/ou alumine et pouvant être utilisées selon l'invention en remplacement partiel ou total de celles-ci, on peut citer les noirs de carbone modifiés soit au cours de la synthèse par addition à l'huile d'alimentation du four d'un composé du silicium et/ou d'aluminium soit après la synthèse en ajoutant, à une suspension aqueuse de noir de carbone dans une solution de silicate et/ou d'aluminate de sodium, un acide de façon à recouvrir au moins partiellement la surface du noir de carbone de fonctions SiOH et/ou AlOH. Comme exemples non limitatifs de ce type de charges carbonées avec en surface des fonctions SiOH et/ou AlOH, on peut citer les charges type CSDP décrites dans la Conférence N° 24 du Meeting ACS, Rubber Division, Anaheim, Californie, 6-9 mai 1997 ainsi que celles de la demande de brevet EP-A-0 799 854.

Selon l'invention, les mesures de densités de réticulation sont effectuées à partir de la méthode de gonflement à l'équilibre. Pour mesurer la densité de réticulation on réalise un gonflement des mélanges, préparés sous forme d'échantillons, dans du cyclohexane pendant 72 heures. On mesure le poids des échantillons immédiatement après avoir évacué l'excès de solvant au moyen d'un papier buvard. Le gonflement des échantillons et l'absorption de solvant est inversement proportionnel à la présence et donc à la densité de ponts de réticulation.

Les échantillons sont ensuite séchés sous vide jusqu'à atteindre un poids constant. De la différence entre les deux valeurs de poids mesurées, on en déduit un taux de gonflement. On s’affranchit de la restriction au gonflement liée à la présence de noir en appliquant la théorie de Flory Rhener décrit dans «Journal of applied polymer science, 2016, 133, 43932 ». Il est ainsi possible de déterminer la densité pontale en 10-5 mol/cm3.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le taux de noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g est compris entre 20 et 80 pce, de préférence entre 40 et 65 pce et de préférence encore entre 45 et 60 pce.

Avantageusement selon l’invention, ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g présente un indice COAN au moins égal à 65 ml/100 g, et de préférence au moins égal à 70 ml/100 g.

Avantageusement encore selon l’invention, ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g présente un indice COAN au plus égal à 90 ml/100 g.

Et de préférence selon l’invention, la surface spécifique BET dudit noir de carbone au plus égale à 30 m²/g est au plus égale à 25 m²/g, et de préférence supérieure à 15 m²/g.

Dans le cas d'utilisation de charge claire ou charge blanche, il est nécessaire d'utiliser un agent de couplage et/ou de recouvrement choisi parmi les agents connus de l'homme de l'art. Comme exemples d'agents de couplage préférentiel, on peut citer les alcoxysilanes sulfurés du type polysulfure de bis-(3-trialcoxysilylpropyle), et parmi ceux-ci notamment le tétrasulfure de bis-(3-triéthoxysilylpropyle) commercialisé par la Société DEGUSSA sous les dénominations Si69 pour le produit liquide pur et X50S pour le produit solide (coupage 50/50 en poids avec du noir N330). Comme exemples d'agents de recouvrement on peut citer un alcool gras, un alkylalcoxysilane tel qu'un hexadécyltriméthoxy ou triéthoxysilane respectivement commercialisés par la Société DEGUSSA sous les dénominations Si116 et Si216, la diphénylguanidine, un polyéthylène glycol, une huile silicone éventuellement modifié au moyen des fonctions OH ou alcoxy. L'agent de recouvrement et/ou de couplage est utilisé dans un rapport pondéral par rapport à la charge ≥ à 1/100 et ≤ à 20/100, et préférentiellement compris entre 2/100 et 15/100 lorsque la charge claire représente la totalité de la charge renforçante et compris entre 1/100 et 20/100 lorsque la charge renforçante est constituée par un coupage de noir de carbone et de charge claire.

Parmi les élastomères diéniques pouvant être utilisés en coupage avec le caoutchouc naturel ou un polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4, on peut citer un polybutadiène (BR) de préférence à majorité d'enchaînements cis-1,4, un copolymère styrène-butadiène (SBR) solution ou émulsion, un copolymère butadiène-isoprène (BIR) ou bien encore un terpolymère styrène-butadiène-isoprène (SBIR). Ces élastomères peuvent être des élastomères modifiés en cours de polymérisation ou après polymérisation au moyen d'agents de ramification comme un divinylbenzène ou d'agents d'étoilage tels que des carbonates, des halogénoétains, des halogénosiliciums ou bien encore au moyen d'agents de fonctionnalisation conduisant à un greffage sur la chaîne ou en bout de chaîne de fonctions oxygénées carbonyle, carboxyle ou bien d'une fonction amine comme par exemple par action de la diméthyl ou de la diéthylamino benzophénone. Dans le cas de coupages de caoutchouc naturel ou de polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4 avec un ou plusieurs des élastomères diéniques, mentionnés ci-dessus, le caoutchouc naturel ou le polyisoprène synthétique est utilisé de préférence à un taux majoritaire et plus préférentiellement à un taux supérieur à 70 pce.

Les câbles dudit raidisseur dans le pneumatique selon l’invention, présentant des diamètres plus petits que dans les conceptions plus usuelles contribuent à alléger le pneumatique, bien que les pas de répartition desdits câbles soient plus petits que ceux desdites conceptions plus usuelles. Par ailleurs, ces câbles plus petits associés à des pas plus petits conduisent à un allègement de la masse caoutchouteuse du fait d’une masse des couches de calandrage réduites, la dimension des intervalles entre câbles étant réduite selon deux directions.

Les inventeurs ont encore su mettre en évidence que le choix des mélanges élastomériques comprenant une charge de type noir de carbone présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m²/g et un indice d’absorption d’huile d’échantillons comprimés (COAN) au moins égal à 60 ml/100 g permet de conférer aux couches de calandrages des propriétés notamment d’allongement à rupture permettant de conserver des propriétés d’endurance du pneumatique malgré l’utilisation de câbles de petits diamètres. Il est en effet connu de l’homme du métier que de tels câbles associés à des pas entre câbles plus petits que selon les conceptions usuelles conduisent à des performances en termes d’endurance réduite lors de sollicitations importantes. Les mélanges usuels qui présentent un allongement à rupture plus faible ne permettent effectivement pas de réduire la distance entre les câbles aux risques de favoriser la propagation des fissures qui s’initient en extrémités de câbles.

Selon une variante avantageuse de réalisation de l’invention, l’allongement à rupture des couches de calandrage dudit au moins un raidisseur est supérieur à 120 %.

L’allongement à la rupture (en %) est mesuré conformément à la norme AFNOR- NF-T-46-002 de septembre 1988. Les mesures de traction pour déterminer les propriétés de rupture sont effectuées à la température de 100°C ± 2°C, et dans les conditions normales d'hygrométrie (50 ± 5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979). Une mesure est réalisée sur des échantillons directement prélevés sur pneumatique neuf et une autre mesure est réalisée sur des échantillons prélevés sur pneumatique neuf et qui subissent au préalable un vieillissement de 10 jours à 77°C sous air. Ce vieillissement simule un usage extrême du pneumatique pendant toute sa durée de vie.

Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, le module d’élasticité sous tension à 10 % d'allongement des couches de calandrage dudit au moins un raidisseur est inférieur à 8,5 MPa.

L’utilisation de tels mélanges dont les modules d’élasticité sont inférieurs à 8.5 MPa va permettre d’améliorer encore les propriétés du pneumatique en matière d’endurance satisfaisante.

Habituellement, les modules d’élasticité sous tension à 10 % d'allongement des calandrages des raidisseurs sont supérieurs à 8.5 MPa et le plus souvent supérieurs à 9 MPa.

De préférence encore selon l’invention, la valeur maximale de tan(δ), noté tan(δ)max, des couches de calandrage dudit au moins un raidisseur est inférieure à 0.055.

Le facteur de perte tan(δ) est une propriété dynamique de la couche de mélange caoutchouteux. Il est mesuré sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d’un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 2 mm d’épaisseur et de 78 mm² de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10Hz, à une température de 100°C. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1 à 50% (cycle aller), puis de 50% à 1% (cycle retour). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(δ) observée, noté tan(δ)max.

La résistance au roulement est la résistance qui apparaît lorsque le pneumatique roule. Elle est représentée par les pertes hystérétiques liées à la déformation du pneumatique durant une révolution. Les valeurs de fréquence liées à la révolution du pneumatique correspondent à des valeurs de tan(δ) mesurée entre 30°C et 100°C. La valeur de tan(δ) à 100 °C correspond ainsi à un indicateur de la résistance au roulement du pneumatique en roulage.

L’utilisation de tels mélanges dont la valeur tan(δ)max est inférieure à 0.055 va permettre d’améliorer les propriétés du pneumatique en matière de résistance au roulement.

Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, lesdits éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur sont des câbles à couches saturées, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d’une composition polymérique telle qu'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.

Des câbles dits "à couches" ("layered cords") ou "multicouches" sont des câbles constitués d'un noyau central et d'une ou plusieurs couches de brins ou fils pratiquement concentriques disposées autour de ce noyau central.

Au sens de l’invention, une couche saturée d’un câble à couches est une couche constituée de fils dans laquelle il n'existe pas suffisamment de place pour y ajouter au moins un fil supplémentaire.

Les inventeurs ont su mettre en évidence que la présence des câbles tels qu’ils viennent d’être décrits comme éléments de renforcement des couches de sommet de travail permettent de contribuer à de meilleures performances en termes d’endurance.

En effet, il apparaît comme expliqué ci-dessus que les mélanges caoutchouteux des calandrages dudit au moins un raidisseur permettent de diminuer la résistance au roulement du pneumatique. Cela se traduit par une baisse des températures de ces mélanges caoutchouteux, lors de l’utilisation du pneumatique, qui peut entraîner une moindre protection des éléments de renforcement vis-à-vis des phénomènes d’oxydation dans certains cas d’utilisation du pneumatique. En effet, les propriétés des mélanges caoutchouteux relatives au blocage de l’oxygène diminuent avec la température et la présence d’oxygène peut conduire à une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles, pour les conditions de roulage les plus sévères, et peut altérer la durée de vie de ces câbles.

La présence de la gaine de caoutchouc au sein des câbles décrits ci-dessus vient compenser cet éventuel risque d’oxydation des éléments de renforcement, la gaine contribuant au blocage de l’oxygène.

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 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.

On notera également que la composition de caoutchouc de cette gaine peut être 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.

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).

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.

La composition de caoutchouc de la gaine selon l’invention peut comprendre, 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 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.

A titre préférentiel, la composition de cette gaine est choisie identique à la composition utilisée pour la couche de calandrage dudit au moins un raidisseur que les câbles 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.

Selon une variante de l’invention, lesdits câbles dudit au moins un raidisseur sont des câbles à couches de construction [L+M], comportant une première couche C1 à L fils de diamètre d1 enroulés ensemble en hélice selon un pas p1 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, une gaine constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée à base d’au moins un élastomère diénique, recouvrant, dans la construction ladite première couche C1.

De préférence, le diamètre des fils de la première couche de la couche interne (C1) est compris entre 0.10 et 0.5 mm et le diamètre des fils de la couche externe (C2) est compris entre 0.10 et 0.5 mm et de préférence encore le diamètre des fils des couches (C1) et (C2) est supérieur à 0.2 mm.

De préférence encore, le pas d’hélice d’enroulement desdits fils de la couche externe (C2) est compris entre 8 et 25 mm.

Au sens de l’invention, le pas d’hélice 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.

Lesdits câbles selon l’invention pourront être obtenus selon différentes techniques connues de l'homme du métier, par exemple en deux étapes, tout d’abord par gainage via une tête d'extrusion de l'âme ou couches C1, étape suivie dans un deuxième temps d'une opération finale de câblage ou retordage des M fils restants (couche C2) autour de la couche C1 ainsi gainée. Le problème de collant à l'état cru posé par la gaine de caoutchouc, lors des opérations intermédiaires éventuelles de bobinage et débobinage pourra être résolu de manière connue par l'homme du métier, par exemple par l'emploi d'un film intercalaire en matière plastique.

De tels câbles d’au moins un raidisseur sont par exemple choisis parmi les câbles décrits dans les demandes de brevet WO 2006/013077 et WO 2009/083212.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’armature 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°.

De préférence encore, les éléments de renforcement desdites au moins deux couches de sommet de travail sont inextensibles.

De préférence encore selon l’invention, l’armature sommet comporte une couche d’éléments de renforcement circonférentiels.

Selon un mode de réalisation préférée de l’invention, la couche d’éléments de renforcement circonférentiels est radialement disposée entre deux couches de sommet de travail.

Avantageusement selon ce mode de réalisation de l’invention, les éléments de renforcement d’au moins une couche d’éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement métalliques présentant un module sécant à 0,7 % d’allongement compris entre 10 et 120 GPa et un module tangent maximum inférieur à 150 GPa.

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.

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.

Le pneumatique selon l’invention tel qu’il vient d’être décrit présente donc une masse réduite en comparaison de pneumatiques plus usuels tout en conservant des performances en termes d’endurance comparables.

D’autres détails et caractéristiques avantageux de l’invention ressortiront ci-après de la description des exemples de réalisation de l’invention en référence à la figure qui représente une vue méridienne d’un schéma d’un pneumatique selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure n’est pas représentée à l’échelle pour en simplifier la compréhension.

Sur la figure, le pneumatique 1, de dimension 315/70 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. 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 51 formée de câbles métalliques inextensibles non frettés 2+7x0.28, continus sur toute la largeur de la nappe, orientés d’un angle égal à 65°,
• d’une première couche de travail 52 formée de câbles métalliques inextensibles non frettés 0.12+3+8x0.35, continus sur toute la largeur de la nappe, orientés d’un angle égal à 18°,
• d’une seconde couche de travail 53 formée de câbles métalliques inextensibles non frettés 0.12+3+8x0.35, 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 54 formées de câbles métalliques élastiques 3x2x0.35.

Dans chacun des bourrelets 3, la couche d’armature de carcasse 2 est enroulée autour d’une tringle 4 pour former un retournement 7. Le retournement 7 est encore renforcé par une couche d’éléments de renforcement ou raidisseur 8 qui vient coiffer l’extrémité 9 du retournement 7.

Conformément à l’invention, les câbles des raidisseurs 8 sont des assemblages à deux couches constitués de 9 fils de 0.26 mm. Les câbles ainsi constitués présentent un diamètre d de 1 mm et donc inférieur à 1.1 mm. Les fils d’acier formant les câbles présentent un grade SHT.

Le pas de répartition desdits câbles dans les raidisseurs 8 est égal à 2 mm et donc inférieur à 2.1 mm.

La rigidité des câbles des raidisseurs 8 est égale à 196 GPa et est supérieure à 190 GPa.

Les couches de calandrage des raidisseurs 8 sont réalisées à partir du mélange I suivant :

(1) Caoutchouc naturel
(2) Noir de carbone « S204 » de la société Orion Engineered Carbon
(3) N-1,3-diméthylbutyl-N-phénylparaphénylènediamine « Santoflex 6-PPD » de la société Flexsys
(4) Stéarine (« Pristerene 4931 » de la société Uniqema)
(5) Oxyde de zinc, grade industriel, société Umicore
(6) Naphténate de cobalt – N° de produit 60830 de la société Fluka
(7) N,N-dicyclohexylbenzothiazole-2-sulfénamide de la société Flexsys
(8) N-cyclohexylthiophtalimide commercialisé sous dénomination « Vulkalent G » par la société Lanxess.

Les valeurs des constituants sont exprimées en pce (parties en poids pour cent parties d’élastomères).

La masse du raidisseur comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, est égale à 0.44 Kg.

La masse du pneumatique I est égale à 59.56 Kg.

Conformément à l’invention, la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l’équilibre sur les couches de calandrage des raidisseurs 8 est égale à 19.10-5 mol/cm3 et donc comprise entre 13.10-5 mol/cm3 et 21.10-5 mol/cm3.

Le module d’élasticité sous tension à 10 % d'allongement des couches de calandrage des raidisseurs 8 est égal à 5.7 MPa et donc inférieur à 8.5 MPa.

La valeur de tan(δ)max des couches de calandrages des raidisseurs 8 est égale à 0.050 et donc inférieure à 0.055.

Des essais ont été réalisés avec différents pneumatiques réalisés selon l’invention conformément à la représentation de la figure et comparés avec un pneumatique de référence T1 également conforme à la représentation de la figure.

Le pneumatique T1 diffère du pneumatique selon l’invention d’une part, par la nature des mélanges constituants les couches de calandrage des raidisseurs 8 et d’autre part, par les câbles des raidisseurs 8 qui sont des câbles 9.35 dont le diamètre est égal à 1.35 mm, les fils d’acier formant les dits câbles présentant un grade SHT.

Le pas de répartition desdits câbles dans les raidisseurs 8 du pneumatique T1 est égal à 2.5 mm.

La rigidité des câbles des raidisseurs 8 du pneumatique T1 est égale à 185 GPa.

Les couches de calandrage des raidisseurs 8 du pneumatique de référence T1 sont réalisées à partir du mélange R1 suivant :


(1) Caoutchouc naturel
(2) Noir de carbone « N683 » de la société Cabot.
(3) N-1,3-diméthylbutyl-N-phénylparaphénylènediamine « Santoflex 6-PPD » de la société Flexsys
(4) Stéarine (« Pristerene 4931 » de la société Uniqema)
(5) Oxyde de zinc, grade industriel, société Umicore
(6) Naphténate de cobalt – N° de produit 60830 de la société Fluka
(7) N,N-dicyclohexylbenzothiazole-2-sulfénamide de la société Flexsys
(8) N-cyclohexylthiophtalimide commercialisé sous dénomination « Vulkalent G » par la société Lanxess.

Les valeurs des constituants sont exprimées en pce (parties en poids pour cent parties d’élastomères).

La masse cumulée des raidisseurs 8 du pneumatique R1 comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, est égale à 0.58 Kg.

La masse du pneumatique T1 est égale à 59.7 Kg.

La densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l’équilibre sur les couches de calandrage des raidisseurs 8 du pneumatique T1 est égale à 25.10-5 mol/cm3.

Le module d’élasticité sous tension à 10 % d'allongement des couches de calandrage raidisseurs 8 du pneumatique T1 est égal à 6.12 MPa.

La valeur de tan(δ)max des couches de calandrages raidisseurs 8 du pneumatique T1 est égale à 0.056.

L’allongement à rupture des mélanges I et R1 est mesurée sur des prélèvements faits sur pneumatique neuf.

Une première mesure est réalisée sur l’échantillon prélevé. Une autre mesure est réalisée sur un échantillon prélevé puis vieillit 10 jours à 77°C sous air.

L’allongement à la rupture (en %) est mesuré conformément à la norme AFNOR- NF-T-46-002 de septembre 1988. Les mesures de traction pour déterminer les propriétés de rupture sont effectuées à la température de 100°C ± 2°C, et dans les conditions normales d'hygrométrie (50 ± 5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979).

Les mesures sont présentées dans le tableau suivant :

Des essais de roulage des pneumatiques correspondant à des conditions sévères d’utilisation des pneumatiques ont été réalisés. Ces essais sont réalisés avec les pneumatiques selon l’invention et les pneumatiques de référence. Avant d’effectuer les essais, les pneumatiques subissent un vieillissement accéléré en étuve dans des conditions de teneur en oxygène du gaz de gonflage et de température, adaptées pour produire un état de thermo-oxydation des matériaux représentatif d’un usage moyen durant une vie en clientèle. Les pneumatiques sont roulés sur un volant dans des conditions de charge 20% supérieures à la charge nominale et de gonflage 20% supérieures à la pression nominale.

Les tests sont arrêtés lors de l’apparition d’une dégradation de la zone du bourrelet du pneumatique. Les pneumatiques sont ensuite décortiqués pour permettre l’analyse des couches de calandrage des raidisseurs. Alors que les pneumatiques de référence R1 présentent des fissures fortement propagées pouvant potentiellement conduire à une défaillance du pneumatique, les pneumatiques selon l’invention ne présentent que des amorces de fissures en extrémités des raidisseurs, celles-ci ne s’étant que très faiblement propagées.

Claims (9)

1. Pneumatique (1) à armature de carcasse radiale (2) comprenant une armature de sommet (5), celle-ci étant coiffée radialement d’une bande de roulement (6), ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, au moins une couche d’éléments de renforcement de l’armature de carcasse (2) étant ancrée dans chacun des bourrelets (3) par retournement autour d’une tringle (4), ledit retournement (7) d’armature de carcasse étant renforcé par au moins une couche d’éléments de renforcement ou raidisseur (8), caractérisé en ce que les éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur (8) sont des câbles dont le diamètre est inférieur à 1.1 mm, en ce que le pas de répartition desdits câbles dans ledit au moins un raidisseur est inférieur à 2.1 mm, en ce que la rigidité desdits câbles dudit au moins un raidisseur est supérieure à 190 GPa et en ce que les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur (8) sont constituées d’un mélange élastomérique à base de caoutchouc naturel ou de polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4 et éventuellement d'au moins un autre élastomère diénique, le caoutchouc naturel ou le polyisoprène synthétique en cas de coupage étant présent à un taux majoritaire par rapport au taux de l'autre ou des autres élastomères diéniques utilisés et d'une charge renforçante comprenant majoritairement au moins un noir de carbone, présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m²/g et un indice d’absorption d’huile d’échantillons comprimés (COAN) au moins égal à 60 ml/100 g, en ce que ledit mélange élastomérique ne comprend pas, ou comprend au plus 20 pce de noir de carbone dont la surface spécifique BET est supérieure à 30 m²/g et l’indice COAN est supérieur à 40 ml/100 g, en ce que ledit mélange élastomérique ne comprend pas, ou comprend au plus 20 pce de charge blanche et en ce que la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l’équilibre est comprise entre 13.10-5 mol/cm³et 21.10-5 mol/cm³dans ledit mélange élastomérique constituant les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur.
2. Pneumatique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g est compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 40 et 65 pce.
3. Pneumatique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g présente un indice COAN au moins égal à 65 ml/100 g, et de préférence au moins égal à 70 ml/100 g.
4. Pneumatique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m²/g présente un indice COAN au plus égal à 90 ml/100 g.
5. Pneumatique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface spécifique BET dudit noir de carbone au plus égale à 30 m²/g est au plus égale à 25 m²/g, et de préférence supérieure à 15 m²/g.
6. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur (8) sont des câbles à couches saturées, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d’une composition polymérique telle qu'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.
7. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature sommet (5) comporte une couche d’éléments de renforcement circonférentiels (52) et en ce que la couche d’éléments de renforcement circonférentiels (52) est radialement disposée entre deux couches de sommet de travail (51, 53).
8. Pneumatique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d’au moins une couche d’éléments de renforcement circonférentiels (52) sont des éléments de renforcement métalliques présentant un module sécant à 0,7 % d’allongement compris entre 10 et 120 GPa et un module tangent maximum inférieur à 150 GPa.
9. Pneumatique (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les éléments de renforcement des couches de sommet de travail (51, 53) sont inextensibles.