FR3103737A1 - Pneumatique dont la bande de roulement comprend une structure de renforcement - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un pneumatique comprenant une bande de roulement dont au moins une nervure comprend une composition élastomérique dont le module de cisaillement, mesuré à 10 Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7 MPa, est compris entre 0,3 et 1 MPa et au moins une structure tridimensionnelle de renfort noyée dans cette nervure, s’étendant selon la direction circonférentielle autour dudit pneumatique, le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle présentant un module de Young allant de 1,5 à 5 GPa.
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un pneumatique dont la bande de roulement est renforcée par une structure tridimensionnelle de renfort. Ce pneumatique est plus particulièrement destiné aux véhicules de tourisme.
Art antérieur
De manière connue, la bande de roulement d'un pneumatique, qu'il soit destiné à équiper un véhicule de tourisme ou un véhicule poids lourd, est pourvue d'une sculpture comprenant notamment des éléments de sculpture, pouvant être des nervures s’étendant longitudinalement ou des blocs élémentaires, le plus souvent délimités par diverses découpures principales (ou rainures) longitudinales (ou circonférentielles), transversales ou encore obliques, ces éléments de sculpture pouvant en outre comporter diverses incisions , qui sont des découpures plus fines destinées à se fermer lors de leur passage dans l’aire de contact du pneumatique avec le sol. Les rainures sont des découpures suffisamment larges qui constituent des canaux destinés à évacuer l’eau lors d’un roulage sur sol mouillé.
Pour améliorer l’adhérence d’un pneumatique, et plus particulièrement pour l’adhérence sur sol sec et sur sol humide, il est bien connu de diminuer la rigidité du mélange caoutchouteux constituant de la bande de roulement. Cette diminution de rigidité de la bande de roulement permet à celle-ci de mieux épouser la surface rugueuse du sol de roulage et ainsi la surface réelle de contact avec le sol de roulage est augmentée et la performance d’adhérence améliorée par rapport à une bande de roulement dont le mélange caoutchouteux est plus rigide.
Cependant, notamment dans le cas de l’adhérence transversale, l’utilisation d’un mélange caoutchouteux de bande de roulement moins rigide favorise le cisaillement des éléments de sculpture, leur basculement et cela génère de fortes surpressions sur les arêtes d’attaque des éléments de sculpture qui à leur tour génèrent des échauffements très importants.
Ces surpressions et ces échauffements peuvent contribuer à un endommagement très rapide de la bande de roulement du pneumatique et à une exploitation non optimale du potentiel d’adhérence du mélange de la bande de roulement.
Le document FR1.230.722 présente un pneumatique dont la bande de roulement comprend une tôle enrobée perpendiculaire à la surface de roulement et s’étendant longitudinalement et transversalement par rapport à celle-ci. La tôle enrobée a pour objectif d’améliorer l’adhérence sur sol glacé en entrant au contact du sol, et non de renforcer la rigidité globale de la bande de roulement. La structure de renforcement crée de nombreuses zones de fragilité qui peuvent être le lieu de propagation de fissures ou de rupture de l’interface gomme/structure, pouvant compromettre l’intégrité de la bande de roulement ou permettre la pénétration d’agents corrosifs. Le profil de tôle ondulée ne permet pas non plus de garantir la rigidité de dérive du pneumatique car elle peut se déformer relativement facilement dans la direction axiale.
Le document WO2016/096404 présente un pneumatique dont la bande de roulement est constituée d’une composition caoutchouteuse faiblement rigide et de renforts circonférentiels de la bande de roulement sensiblement longilignes présentant une extensibilité inférieure ou égale à 30% dans la direction dans laquelle ils sont présents. Ces renforts permettent d’améliorer les performances de freinage sur sol mouillé. Toutefois, du fait de la nature sensiblement longiligne de ces renforts, il est possible d’améliorer encore la rigidité de la bande de roulement en préservant les qualités d’adhérence.
Aussi il subsiste le besoin de disposer d’un pneumatique qui présente une bonne performance en adhérence tout en conservant un bon comportement routier et de bonnes performances techniques, telles que la rigidité de dérive, sans créer de fragilité ou de points d’entrée potentiels pour des agents corrosifs dans la bande de roulement.
Description détaillée de l’invention
L’invention concerne au moins l’une des réalisations suivantes:
- Pneumatique comprenant au moins une armature de carcasse surmontée radialement à l’extérieur d’une armature de sommet, elle-même radialement à l’intérieur d’une bande de roulement, ladite armature de sommet comprenant au moins une couche d’éléments de renforcement, ladite bande de roulement étant reliée à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, lesdits bourrelets étant destinés à entrer en contact avec une jante, chaque bourrelet comportant au moins un élément de renforcement circonférentiel, ladite bande de roulement comprenant selon la direction axiale une alternance d’éléments en relief et de découpures, ces éléments en relief et découpures s’étendant circonférentiellement autour du pneumatique, caractérisé en ce que la bande de roulement comprend:
- une composition élastomérique dont le module de cisaillement G*, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, est compris entre 0,3 et 1MPa et
- au moins une structure tridimensionnelle de renfort noyée dans au moins un élément en relief, s’étendant selon la direction circonférentielle autour dudit pneumatique, dont le rapport de la hauteur mesurée selon la direction radiale sur la largeur mesurée selon la direction axiale va de 0,2 à 0,5, préférentiellement de 0,3 à 0,4, le volume occupé par la structure tridimensionnelle représentant de 10 à 15% du volume de l’élément en relief, le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle présentant un module de Young allant de 1,5 à 5GPa, de préférence de 1,7 à 2GPa.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel l’élément en relief est une nervure.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle est constituée de la répétition d’un motif tridimensionnel.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel le motif tridimensionnel est substantiellement de forme polyédrique, cylindrique, ou demi-cylindrique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort est symétrique par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel chaque élément constitutif de la structure tridimensionnelle a une épaisseur allant de 0,5 à 1,5mm, préférentiellement allant de 0,6 à 1,2mm et très préférentiellement allant de 0,6 à 1,0mm.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort s’étend tout autour dudit pneumatique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle est un polymère thermoplastique.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyamides, les polycarbonates, les polyacrylates, les polyimides ou les polyesters saturés.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyamides, préférentiellement choisi parmi le PA6, le PA11, le PA12, le PA6.6, le PA6.9 et le PA10.10.
- Pneumatique selon la réalisation 9 dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyesters saturés, préférentiellement le PET.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort présente une extensibilité inférieure ou égale à 30% dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale, préférentiellement une extensibilité inférieure ou égale à 30% dans la direction circonférentielle et la direction axiale.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort présente une extensibilité non nulle, préférentiellement supérieure à 1%, de manière préférée supérieure à 5% dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale, préférentiellement une extensibilité non nulle, préférentiellement supérieure à 1%, de manière préférée supérieure à 5% dans la direction circonférentielle et la direction axiale.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel l’extensibilité de la structure tridimensionnelle selon la direction circonférentielle du pneumatique va de 15 à 30%, et de préférence de 15 à 24%.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort est revêtue d’une composition adhésive.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel la composition adhésive est une colle Résorcinol-Formaldéhyde-Latex dite RFL, ou une composition adhésive à base d’une résine phénol-aldéhyde et d’un latex.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la composition élastomérique présente un module de cisaillement, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, qui va de 0,5 à 0,8MPa.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la composition élastomérique comprend au moins un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
- Pneumatique selon la réalisation précédente dans lequel les copolymères de butadiène et les copolymères d’isoprène sont choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène, les copolymères d’isoprène-butadiène, les copolymères d'isoprène-styrène, les copolymères d’isoprène-butadiène-styrène, les copolymères d’éthylène-butadiène et les mélanges de tels copolymères.
- Pneumatique selon l’une des réalisations 18 ou 19 dans lequel la composition élastomérique comprend au moins un élastomère choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène-styrène et leurs mélanges.
- Pneumatique selon l’une quelconque des réalisations précédentes dans lequel la composition élastomérique comprend au moins un élastomère thermoplastique.
Définitions
Par convention, les directions circonférentielle XX’, axiale YY’ et radiale ZZ’ désignent respectivement une direction tangente à la surface de roulement du pneumatique selon le sens de rotation du pneumatique, une direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et une direction perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique. Par «circonférentiellement», on entend qui s’étend selon la direction circonférentielle. Par «radialement intérieur », respectivement « radialement extérieur», on entend «plus proche de l’axe de rotation du pneumatique », respectivement « plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur », respectivement « axialement extérieur», on entend «plus proche du plan équatorial du pneumatique», respectivement « plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial XZ du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement du pneumatique et perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.
Par "nervure" ("rib" en anglais), on entend un élément en relief formé sur une bande de roulement et s’étendant essentiellement selon la direction circonférentielle, cet élément étant délimité soit par deux découpures, soit par une découpure et un bord de la bande de roulement. Une nervure comprend deux parois latérales et une face de contact, cette dernière étant destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage. Cet élément s’étend dans la direction circonférentielle et fait le tour du pneumatique.
Les découpures peuvent être soit des rainures, soit des incisions selon leur épaisseur, c’est-à-dire la distance entre les parois de matière qui les délimitent et leur fonctionnement lors du roulage. L’épaisseur d’une rainure est typiquement au moins égale à 1 mm, alors que l’épaisseur d’une incision est typiquement au plus égale à 1 mm. Lors du roulage du pneumatique, les parois de matière d’une rainure n’entrent pas en contact l’une avec l’autre, alors que les parois de matière d’une incision entrent en contact au moins en partie l’une avec l’autre.
Dans la présente, une "découpure" ("cut out" en anglais) désigne une rainure et correspond à l'espace délimité par des parois de matière se faisant face et distantes l'une de l'autre d'une distance non nulle, de préférence supérieure à 1 mm, par exemple supérieure à 2, 3, 4 ou 5 mm.
Les composés comprenant du carbone mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou bio-sourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. Sont concernés notamment les polymères, les plastifiants, les charges, etc.
Pneumatique
L’invention a pour objet un pneumatique comprenant au moins une armature de carcasse surmontée radialement à l’extérieur d’une armature de sommet, elle-même radialement à l’intérieur d’une bande de roulement, ladite armature de sommet comprenant au moins une couche d’éléments de renforcement, ladite bande de roulement étant reliée à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, lesdits bourrelets étant destinés à entrer en contact avec une jante, chaque bourrelet comportant au moins un élément de renforcement circonférentiel, ladite bande de roulement comprenant selon la direction axiale une alternance de nervures et de découpures, ces nervures et découpures s’étendant circonférentiellement autour du pneumatique, caractérisé en ce que la bande de roulement comprend:
- une composition élastomérique dont le module de cisaillement, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, est compris entre 0,3 et 1MPa et
- au moins une structure tridimensionnelle de renfort noyée dans au moins une nervure, s’étendant selon la direction circonférentielle autour dudit pneumatique, dont le rapport de la hauteur mesurée selon la direction radiale sur la largeur mesurée selon la direction axiale va de 0,2 à 0,5, préférentiellement de 0,3 à 0,4, le volume occupé par la structure tridimensionnelle représentant de 10 à 15% du volume de la nervure, le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle présentant un module de Young allant de 1,5 à 5GPa, de préférence de 1,7 à 2GPa.
L’invention concerne plus particulièrement les pneumatiques destinés à équiper des véhicules à moteur de type tourisme, SUV («Sports Utility Vehicles»), deux roues (notamment motos), avions, comme des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, «Poids-lourd» - c’est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu’engins agricoles ou de génie civil -, autres véhicules de transport ou de manutention.
Composition élastomérique
La composition élastomérique de la bande de roulement du pneumatique selon l’invention comprend au moins un élastomère et une charge. L’élastomère peut être tout élastomère couramment employé dans les compositions de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques, en particulier un élastomère choisi dans le groupe des élastomères diéniques et des élastomères thermoplastiques.
Par élastomère diénique, on rappelle que doit être entendu un élastomère qui est 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).
L’élastomère diénique est de préférence un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les polybutadiènes (BR), les copolymères de butadiène, les 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), les copolymères d’isoprène-butadiène-styrène (SBIR), les copolymères d’éthylène-butadiène (EBR) et les mélanges de tels copolymères.
Les élastomères thermoplastiques (en abrégé «TPE») ont une structure intermédiaire entre polymères thermoplastiques et élastomères. Ce sont des copolymères à blocs, constitués de blocs rigides, thermoplastiques, reliés par des blocs souples, élastomères.
L’élastomère thermoplastique utilisé pour la mise en œuvre de l’invention est un copolymère à blocs dont la nature chimique des blocs thermoplastiques et élastomères peut varier.
A titre d’exemples d'élastomères TPE commercialement disponibles, on peut citer les élastomères de type SEPS, SEEPS, ou SEBS commercialisés par la société Kraton sous la dénomination "Kraton G" (e.g. produits G1650, G1651, G1654, G1730) ou la société Kuraray sous la dénomination "Septon" (e.g. «Septon 2007», «Septon 4033», «Septon 8004»); ou les élastomères de type SIS commercialisés par Kuraray, sous le nom «Hybrar 5125», ou commercialisés par Kraton sous le nom de «D1161» ou encore les élastomères de type SBS linéaire commercialisé par Polimeri Europasous la dénomination «Europrene SOLT 166» ou SBS étoilé commercialisés par Kraton sous la dénomination «D1184». On peut également citer les élastomères commercialisés par la société Dexco Polymers sous la dénomination de «Vector» ( e.g. «Vector 4114», «Vector 8508»). Parmi les TPE multiblocs, on peut citer le TPE «Vistamaxx» commercialisé par la société Exxon; le TPE COPE commercialisé par la société DSM sous la dénomination « Arnitel», ou par la société Dupont sous le dénomination « Hytrel», ou par la société Ticona sous le dénomination « Riteflex»; le TPE PEBA commercialisé par la société Arkema sous le dénomination « PEBAX» ; le TPE TPU commercialisé par la société Sartomer sous le dénomination « TPU 7840», ou par la société BASF sous le dénomination « Elastogran».
Comme charge peut être utilisée tout type de charge renforçante connue pour ses capacités à renforcer une composition de caoutchouc utilisable pour la fabrication de bandages pneumatiques, par exemple une charge organique telle que du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice, ou encore un coupage de ces deux types de charge, notamment un coupage de noir de carbone et de silice.
La composition élastomérique présente un module de cisaillement, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, qui va de 0,3 à 1MPa. Un tel mélange est décrit notamment dans la demande WO2016/174100, Tableau 2. Préférentiellement, la composition élastomérique présente un module de cisaillement, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, qui va de 0,5 à 0,8MPa.
Structure tridimensionnelle de renfort
Le pneumatique selon l’invention comprend une bande de roulement comprenant au moins une structure tridimensionnelle de renfort noyée dans au moins une nervure, s’étendant selon la direction circonférentielle autour dudit pneumatique, dont le rapport de la hauteur mesurée selon la direction radiale sur la largeur mesurée selon la direction axiale va de 0,2 à 0,5, préférentiellement de 0,3 à 0,4, le volume occupé par la structure tridimensionnelle représentant de 10 à 15% du volume de la nervure, le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle présentant un module de Young allant de 1,5 à 5GPa, de préférence de 1,7 à 2GPa.
La structure tridimensionnelle de renfort est destinée à assurer à la nervure une forte rigidité de cisaillement. Elle peut présenter toute géométrie permettant de résister à une sollicitation dans les directions circonférentielles, axiales, et leur combinaison et consister en un ou plusieurs éléments combinés.
De manière préférée, la structure circonférentielle présente une extensibilité inférieure ou égale à 30% dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale, préférentiellement une extensibilité inférieure ou égale à 30% dans la direction circonférentielle et la direction axiale. De manière préférée, la structure circonférentielle présente une extensibilité non nulle, préférentiellement supérieure à 1%, de manière préférée supérieure à 5% dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale, préférentiellement une extensibilité non nulle, préférentiellement supérieure à 1%, de manière préférée supérieure à 5% dans la direction circonférentielle et la direction axiale. Cette extensibilité non nulle peut être obtenue par exemple au moyen de replis en forme de «S» dans la structure tridimensionnelle, ou bien à partir d’une structure tridimensionnelle à base de motifs en forme de «U».
La structure tridimensionnelle de renfort est préférentiellement constituée de la répétition d’un motif tridimensionnel, ce dernier étant de préférence substantiellement de forme polyédrique, cylindrique, ou demi-cylindrique.
De manière préférée, la structure tridimensionnelle est symétrique par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique. Cette symétrie permet d’obtenir une bonne pérennité de la rigidité de la structure.
Uns structure tridimensionnelle de renfort constituée de la répétition de motifs tridimensionnels et symétrique par rapport à un plan médian permet d’apporter une rigidification homogène à la nervure dans laquelle ladite structure est noyée.
De manière préférée, chaque élément constitutif de la structure tridimensionnelle a une épaisseur allant de 0,5 à 1,5mm, préférentiellement allant de 0,6 à 1,2mm et très préférentiellement allant de 0,6 à 1,0mm. Cette épaisseur permet d’assurer une rigidité suffisante de la structure tridimensionnelle pour que l’intégrité de celle-ci soit conservée tout au long de la vie du pneumatique.
De manière préférée, la structure tridimensionnelle de renfort s’étend tout autour du pneumatique. Ainsi, la nervure est rigidifiée de façon homogène sur l’ensemble de la circonférence du pneumatique.
De manière préférée, chaque nervure du pneumatique contient une structure tridimensionnelle de renfort, chaque structure tridimensionnelle de renfort étant identique ou différente d’une nervure à l’autre.
La structure tridimensionnelle de renfort est préférentiellement constituée d’un matériau polymère thermoplastique.
Les polymères thermoplastiques utiles pour la présente invention peuvent être sélectionnés parmi les polyamides (PA), les polycarbonates (PC), les polyacrylates (PMMA), le polyacrylonitrile (PAN) les polyacétals (POM), les polyimides (PI), les polyesters saturés ou les polyétheréther cétones (PEEK) qui présentent un module d’Young suffisamment élevé.
Les polymères préférentiellement utilisés sont les polyesters saturés ou les polyamides.
Parmi les polyesters saturés on utilise préférentiellement le poly(éthylène terephtalate) (PET), le poly (butylène terephtalate) (PBT) ou encore le poly (éthylène naphtalate) (PEN).
En particulier on utilise plus préférentiellement le poly(éthylène terephtalate) (PET). On le trouve sous les dénominations commerciales telles que Mylar®, Melinex® (DuPont Teijin) et Hostaphan® (Mitsubishi) lorsqu’il a été préalablement mis en forme de film étiré.
Parmi les polyamides on utilise préférentiellement les polyamides aliphatiques qui sont obtenus soit par ouverture de cycle d’un lactame, soit par polycondensation entre un diacide aliphatique et une diamine aliphatique.
En particulier le PA6 (polycaprolactame), le PA12 (polylauroamide), le PA11 (polyundécanamide), le PA4.6(polytétraméthylène adipamide), le PA6.6 (nylon) (polyhexaméthylène adipamide), le PA6.9 (polyhexaméthylène nonanediamide), le PA6.10 (polyhexaméthylène sébaçamide), le PA6.12 (polyhexaméthylène dodécanediamide), le PA10.10(polydécaméthylène sébaçamide) ou le PA10.12(polydécaméthylène sébaçamide) sont préférentiellement utilisés pour la présente invention.
Les polyamides PA6.6, PA6, PA11 ou PA12 sont plus préférentiellement utilisés pour cette invention. On les trouve sous les dénominations commerciales telles que Zytel® (Dupont), Technyl® (Solvay), Rilsan® (Arkema) ou encore Radipol® (Radici Group).
La structure tridimensionnelle de renfort est avantageusement adhérisée, c’est-à-dire revêtue d’une composition adhésive permettant d’améliorer son adhésion à la composition élastomérique. L’adhérisation de la structure tridimensionnelle de renfort, en permettant une meilleure adhésion à la composition élastomérique, permet un meilleur transfert des efforts entre la composition et la structure, cette dernière rigidifiant alors la nervure de manière plus efficace.
Cette composition adhésive peut être une colle Résorcinol-formaldéhyde-latex classique, couramment abrégée colle RFL, ou bien encore une composition adhésive à base d’une résine phénol-aldéhyde et d’un latex telle que décrite dans les documents WO2013/017421, WO2013/017422, WO2013/017423, WO2015/007641 et WO2015/007642. L’utilisation de compositions adhésives à base d’une résine phénol-aldéhyde et d’un latex est particulièrement avantageuse du fait de la non-émission de formaldéhyde.
La structure tridimensionnelle de renfort utilisée dans l’invention peut être obtenue par tout moyen connu de l’Homme du métier, par exemple par moulage ou impression 3D.
Méthodes de mesure
Les propriétés dynamiques sont bien connues des hommes du métier. Ces propriétés sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000) avec des éprouvettes moulées à partir de mélanges crus ou d’éprouvettes collées ensemble à partir de mélanges vulcanisés. Les éprouvettes utilisées sont décrites dans la norme ASTM D 5992-96 (on utilise la version publiée en septembre 2006 mais initialement approuvée en 1996) à la figure X2.1 (éprouvettes circulaires). Le diamètre «d» des éprouvettes est de 10 mm (la section circulaire est ainsi de 78,5 mm2), l’épaisseur «L» de chaque portion de mélange est de 2 mm, donnant un rapport «d/L» de 5 (par opposition au standard ISO 2856, mentionné au paragraphe X2.4 du standard ASTM, qui recommande une valeur d/L de 2).
On enregistre la réponse d’un échantillon de composition vulcanisée soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10 Hz. La contrainte de cisaillement maximale imposée est de 0,7MPa.
Les mesures sont faites avec une variation de température de 1,5°C par minute, d’une température minimale inférieure à la température de transition vitreuse (Tg) du mélange ou caoutchouc jusqu’à une température maximale supérieure à 100°C. Avant le commencement du test, l’éprouvette est conditionnée à la température minimale pendant 20 minutes pour garantir une bonne homogénéité de température dans l’éprouvette.
Le résultat utilisé est notamment la valeur du module dynamique de cisaillement G* à la température de 60°C.
Le module de Young du matériau constitutif de la structure tridimensionnelle, ou module d’élasticité, est mesuré conformément à la norme ASTM D638-14.
L’extensibilité de la structure tridimensionnelle selon une direction donnée est mesurée en sollicitant en traction ladite structure selon cette direction. La structure commence alors à s’allonger avant de créer un effort résistif significatif et d’atteindre son module d’extension maximum. L’extension devient maximale au moment de la rupture, ce qui permet de définir le seuil d’extensibilité à rupture. L’extensibilité est définie, en pourcentage, comme le ratio de la longueur de la structure selon la direction de traction lorsque l’extensibilité à rupture est atteinte sur la longueur de la structure selon cette direction lorsque la structure est au repos, c’est-à-dire ne subit ni effort compressif, ni effort extensif. Cette valeur est mesurée à une température de 20°C, dans une atmosphère standard, avec une vitesse de traction de 200mm/min.
Description des figures
Exemple
Dans les exemples suivants, on compare différentes bandes de roulement en termes d’adhérence et de rigidité de dérive.
Une éprouvette dont la forme reprend celle de nervures de bande de roulement et dont la géométrie est présentéefigure 1est mise en contact avec un sol de type béton bitumineux. Comme représenté schématiquementfigure 2, On applique sur cette éprouvette d’épaisseur I et de surface de contact avec le sol A une force constante Fz perpendiculairement à la surface du sol et une force Fy parallèlement à la surface de contact entre le sol et l’éprouvette ajustée pour déplacer l’éprouvette à une vitesse constante parallèlement à la surface du sol. L’éprouvette se déforme progressivement, d’abord sans glissement. Au-delà d’une certaine force Fy appliquée, le contact éprouvette/sol est un contact avec glissement.
On mesure le coefficient de frottement µ=Fy/Fz, Ce coefficient augmente progressivement, passe par un maximum µmax, puis reste substantiellement constant une fois que le contact s’effectue avec glissement. La valeur de µmaxest représentative de l’adhérence de l’éprouvette.
On mesure également la contrainte de cisaillement à 10% de déformation G=Fy10/A.I/Δx, Fy10étant la force Fy appliquée pour obtenir 10% de déformation de l’éprouvette. Cette mesure est représentative de la rigidité de l’éprouvette et permet de caractériser la rigidité de dérive de la bande de roulement testée.
Trois mélanges sont testés. Le mélange témoin T est une composition classique de bande de roulement pneu été qui présente un module de cisaillement G* d’environ 1,3MPa obtenu à une fréquence de 10Hz et à une température de 60°C sous une contrainte alternée de 0,7MPa.
Un second mélange M1 est un mélange à base d’un élastomère diénique qui présente un module de cisaillement G* d’environ 0,6MPa obtenu à une fréquence de 10Hz et à une température de 60°C sous une contrainte alternée de 0,7MPa.
Le tableau 1 reprend les caractéristiques des mélanges testés. Pour le coefficient de friction, représentant l’adhérence du mélange, une base 100 est prise pour le mélange témoin. Une valeur plus élevée que 100 témoigne d’un mélange plus adhérent que le témoin. On observe que le mélange M1 est bien moins rigide et plus adhérent que le mélange T.
| T | M1 | |
| Coefficient de friction µ (23°C) | 100 | 130 |
| G* 60°C (MPa) | 1,3 | 0,6 |
Différentes structures tridimensionnelles de renfort sont utilisées: une structure de type «Cadre» constituée de la répétition d’un motif à base carrée représentéfigure 3, une structure de type «Arc» constituée de la répétition d’un motif en forme de U représentéfigure 4, et une structure de type «Trèfle» constituée de la répétition d’un motif en forme de trèfle représentéfigure 5. Des éprouvettes, toutes de taille identique, sont réalisées à partir des mélanges et des structures. Pour chaque éprouvette, on mesure le coefficient de friction et la contrainte de cisaillement à 10% de déformation selon le protocole exposé précédemment et dans les conditions suivantes:
- Température=23°C
- Fz=147daN
- Déplacement de l’éprouvette=15mm/min
Les résultats sont indiqués dans le tableau 2.
| Eprouvette | Mélange | Structure 3D | Module de cisaillement à 10% (MPa) |
µmax(23°C) |
| 1 | T | - | 1,7 | 100 |
| 2 | M1 | - | 1,1 | 130 |
| 3 | M1 | Cadre | 2.3 | 118 |
| 4 | M1 | Arc | 2.3 | 112 |
| 5 | M1 | Trèfle | 2.0 | 101 |
On voit que la mise en œuvre de l’invention permet d’améliorer à la fois la rigidité de dérive et l’adhérence des bandes de roulement.
Claims (15)
- Pneumatique comprenant au moins une armature de carcasse surmontée radialement à l’extérieur d’une armature de sommet, elle-même radialement à l’intérieur d’une bande de roulement, ladite armature de sommet comprenant au moins une couche d’éléments de renforcement, ladite bande de roulement étant reliée à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, lesdits bourrelets étant destinés à entrer en contact avec une jante, chaque bourrelet comportant au moins un élément de renforcement circonférentiel, ladite bande de roulement comprenant selon la direction axiale une alternance d’éléments en relief et de découpures, ces éléments en relief et découpures s’étendant circonférentiellement autour du pneumatique, caractérisé en ce que la bande de roulement comprend:
- une composition élastomérique dont le module de cisaillement G*, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, est compris entre 0,3 et 1MPa et
- au moins une structure tridimensionnelle de renfort noyée dans au moins un élément en relief, s’étendant selon la direction circonférentielle autour dudit pneumatique, dont le rapport de la hauteur mesurée selon la direction radiale sur la largeur mesurée selon la direction axiale va de 0,2 à 0,5, préférentiellement de 0,3 à 0,4, le volume occupé par la structure tridimensionnelle représentant de 10 à 15% du volume de l’élément en relief, le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle présentant un module de Young allant de 1,5 à 5GPa, de préférence de 1,7 à 2GPa.
- Pneumatique selon la revendication précédente dans lequel l’élément en relief est une nervure.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle est constituée de la répétition d’un motif tridimensionnel.
- Pneumatique selon la revendication précédente dans lequel le motif tridimensionnel est substantiellement de forme polyédrique, cylindrique, ou demi-cylindrique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort est symétrique par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque élément constitutif de la structure tridimensionnelle a une épaisseur allant de 0,5 à 1,5mm, préférentiellement allant de 0,6 à 1,2mm et très préférentiellement allant de 0,6 à 1,0mm.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort s’étend tout autour dudit pneumatique.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le matériau constitutif de la structure tridimensionnelle est un polymère thermoplastique.
- Pneumatique selon la revendication précédente dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyamides, les polycarbonates, les polyacrylates, les polyimides ou les polyesters saturés.
- Pneumatique selon la revendication précédente dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyamides, préférentiellement choisi parmi le PA6, le PA11, le PA12, le PA6.6, le PA6.9 et le PA10.10.
- Pneumatique selon la revendication 9 dans lequel le polymère thermoplastique constitutif de la structure tridimensionnelle est choisi parmi les polyesters saturés, préférentiellement le PET.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la structure tridimensionnelle de renfort est revêtue d’une composition adhésive.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la composition élastomérique présente un module de cisaillement, mesuré à 10Hz, à une température de 60°C et sous une contrainte alternée de 0,7MPa, qui va de 0,5 à 0,8MPa.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la composition élastomérique comprend au moins un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
- Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la composition élastomérique comprend au moins un élastomère thermoplastique.
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