FR3136789A1

FR3136789A1 - Câble multi-torons à deux couches de multi-torons

Info

Publication number: FR3136789A1
Application number: FR2205993A
Authority: FR
Inventors: Marianna Chevalley; Alexandre Gianetti; Stephane Laurent; Remi Pinaut; Romain Barbat
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2042-06-20
Also published as: FR3136789B1; WO2023247231A1

Abstract

L’invention a pour objet un câble (50) multi-torons à deux couches de multi-torons , le câble (50) comprenant :- une couche interne (CI) du câble constituée de X=3 ou 4 multi-torons (M1) comprenant K=2, 3 ou 4 torons (T1) enroulés en hélice autour d’un axe (B), chaque toron (T1) étant à au moins deux couches (C1, C3); et- une couche externe (CE) du câble constituée de Y>1 multi-torons (M2) enroulés autour de la couche interne (CI) du câble, chaque multi-torons (M2) comprenant L=2, 3 ou 4 torons (T2) enroulés en hélice autour d’un axe (A’), chaque toron (T2) étant à au moins à deux couches (C1’; C3’) avec les multi-torons de la couche interne (M1) et de la couche externe (M2) étant enroulés en hélice autour d’un axe principal (A).Le câble (50) présente un critère d’endurance V1 = / (M / D) < 3000 N x m /g. Le câble (50) présente un allongement structural As tel que As ≥ 1,0%. Figure pour l’abrégé : Fig 4

Description

Câble multi-torons à deux couches de multi-torons

L’invention concerne des câbles et un pneumatique comprenant ces câbles.

On connait de l’état de la technique, des câbles présentant une structure 1xN tel que décrit dans le document WO2016/131862. Ces câbles comprennent une unique couche de N=4 torons enroulés en hélice à un pas p3=20 mm. Chaque toron comprend, d’une part, une couche interne de 3 fils internes enroulés en hélice à un pas p1=6,7 mm et une couche externe de 8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne à un pas p2=10 mm. L’allongement structural du câble est de 2,8 % et le diamètre du câble est de 3,8 mm, la masse linéique est de 36,4 g/m et le critère d’endurance est égal à 3635 N x m /g.

Ces câbles ont l’avantage de posséder un allongement structural relativement élevé mais le critère endurance pourrait être amélioré pour augmenter la tenue en endurance des renforts tout en en diminuant les cisaillements dans la matrice polymérique.

Aujourd’hui, un besoin se dessine pour le développement de nouveaux câbles pour des applications en nappes sommets, en particulier des nappes à zéro degré telles que des nappes sommet de frettage. Ces nappes ont pour but de fretter le pneumatique pour à la fois diminuer les cisaillements en bord de nappe et diminuer la rigidité du bloc sommet au centre par rapport aux agressions.

L’invention a pour but un câble qui présente une souplesse et un allongement structural suffisant, pour permettre la conformation du pneumatique et diminuer la rigidité du bloc sommet, avec un critère endurance amélioré pour tenir les sollicitations cycliques en extension.

A cet effet l’invention a pour objet un câble multi-torons à deux couches de multi-torons, dans lequel le câble comprend :
- une couche interne du câble constituée de X=3 ou 4 multi-torons comprenant K=2, 3 ou 4 torons enroulés en hélice autour d’un axe, chaque toron étant à au moins deux couches comprenant :
- une couche interne constituée de Q1fil(s) métallique(s) interne(s) de diamètre d1, et
- une couche externe constituée de Q3 fils métalliques externes de diamètre d3 enroulés autour de la couche interne; et
- une couche externe du câble constituée de Y>1 multi-torons enroulés autour de la couche interne du câble, chaque multi-torons comprenant L=2, 3 ou 4 torons enroulés en hélice autour d’un axe, chaque toron étant à au moins à deux couches comprenant :
- une couche interne constituée de Q1’ fil(s) métallique(s) interne(s) de diamètre d1’, et
- une couche externe constituée de Q3’ fils métalliques externes de diamètre d3’ enroulés autour de la couche interne,
avec les multi-torons de la couche interne et de la couche externe étant enroulés en hélice autour d’un axe principal ,
le câble présente un critère d’endurance V1 = / (M / D) < 3000 N x m /g; avec
- en MPa.mm est le maximum de contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils internes et externes des torons internes et externes avec di, di’ étant le diamètre des fils métalliques et i, i’ allant de 1 à 3 et avec Macier = 200 000 MPa ; - M est la masse linéique en g/m du câble, M étant la somme des sections de métal de tous les fils métalliques du câble multipliée par la masse volumique de l’acier Ro avec Ro= 7,79 g/cm3;
-D est le diamètre du câble (50) en mm ; et
le câble présente un allongement structural As tel que As ≥ 1,0%, l’allongement structural As étant déterminé selon la norme ASTM D2969-04 de 2014 au câble de façon à obtenir une courbe force-allongement, l’allongement structural As étant égal à l’allongement, en %, correspondant à l’intersection entre la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement en un point quelconque de sa partie élastique et l’axe des allongements de la courbe force-allongement.

Grâce à cette configuration de câble multi-torons à deux couches de multi-toron, le câble selon l’invention permet d’obtenir un câble avec suffisamment de masse métal tout en gardant des fils fins permettant d’atteindre une performance endurance augmentée et ainsi améliorer le compromis entre les cisaillements dans la matrice polymérique et la tenue en endurance du câble et améliorer la performance de clivage.

D’une part, grâce à son critère d’endurance relativement bas, le câble selon l’invention permet de réduire les niveaux de contraintes dans le câble soumis à une sollicitation en extension et donc d’allonger la durée de vie du pneumatique. En effet, les inventeurs à l’origine de l’invention ont découvert que le premier critère déterminant pour améliorer les performances d’endurance d’un câble sous environnement corrosif n’était pas uniquement la force à rupture comme cela est largement enseigné dans l’état de la technique mais le critère d’endurance représentée dans la présente demande par un indicateur égal à une combinaison de contrainte de flexion, de diamètre du câble et de masse métal du câble:
- la contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils internes et externes des torons: étant le maximum de contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils métalliques, sur ce type de câble, les inventeurs à l’origine de l’invention ont découvert que la sollicitation du câble en extension générait en même temps des contraintes d’extension et de flexion à l’échelle des fils unitaires ; ainsi la diminution de ce critère de contrainte flexion est donc positif pour la performance endurance sous tension du câble en soulageant la part due à la flexion ;
- la masse métal du câble sur le diamètre du câble qui par son augmentation permet principalement de soulager les contraintes en extension du câble :
avec M étant la masse linéique du câble en g/m qui peut être défini de manière simplifiée par la somme des sections de métal de tous les fils unitaires du câble multipliée par la masse volumique de l’acier Ro= 7,79 g/cm3 avec la somme des sections étant déterminée par traitement d’image sur une coupe transverse du câble et ;
avec le diamètre du câble D est mesuré sur le câble selon la norme ASTM D2969-04.

Par définition, le diamètre du câble est le diamètre du plus petit cercle dans lequel est circonscrit le câble sans la frette.

L’allongement structural As, grandeur bien connue de l’homme du métier, est déterminé par exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon à obtenir une courbe force-allongement. On déduit l’As sur la courbe obtenue comme l’allongement, en %, correspondant à l’intersection entre la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement et l’axe des allongements de la courbe force-allongement. Pour rappel, une courbe force allongement comprend, en se déplaçant vers les allongements croissants, une partie structurale, une partie élastique et une partie plastique. La partie structurale correspond à un allongement structural du câble résultant du rapprochement des différents torons et fils métalliques constituants le câble. La partie élastique correspond à un allongement élastique résultant de la construction du câble, notamment des angles des différentes couches et des diamètres des fils métalliques. La partie plastique correspond à l’allongement plastique résultant de la plasticité (déformation irréversible au-delà de la limite d’élasticité) des fils métalliques.

Dans l’invention, le câble comprend deux couches de multi-torons, c’est-à-dire qu’il comprend un assemblage constitué d’une couche de Y>1 multi-torons enroulé autour d’une seule couche de multi-torons, ni plus ni moins, c’est-à-dire que l’assemblage possède deux couches de multi-torons, pas une, pas trois, mais uniquement deux.

Dans l’invention, le multi-torons est à une couche de torons, c’est-à-dire qu’il comprend un assemblage constitué d’une couche de toron, ni plus ni moins, c’est-à-dire que l’assemblage a une couche de toron, pas zéro, pas deux, mais uniquement une.

Dans un mode de réalisation, les multi-torons internes du câble sont entourés d’une composition polymérique puis de la couche externe.

Avantageusement, chaque toron est à couches cylindriques.

Avantageusement, chaque toron dans le multi-torons est à deux couches, c’est-à-dire qu’il comprend un assemblage constitué de deux couches de fils métalliques, ni plus ni moins, c’est-à-dire que l’assemblage a deux couches de fils métalliques, pas une, pas trois, mais uniquement deux. La couche externe de chaque toron est enroulée autour de la couche interne de ce toron au contact de la couche interne de ce toron.

De façon très avantageuse, chaque toron de la couche interne et chaque toron de la couche externe sont à couches cylindriques. On rappelle que de telles couches cylindriques sont obtenues lorsque les différentes couches de torons sont enroulées à des pas différents et/ou lorsque les sens d’enroulement de ces couches sont distincts d’une couche à l’autre. Un toron à couches cylindriques est très fortement pénétrable contrairement à un toron à couches compactes dans lequel les pas de toutes les couches sont égaux et les sens d’enroulement de toutes les couches sont identiques qui présente une pénétrabilité bien plus faible.

Avantageusement, chaque toron de la couche interne et chaque toron de la couche externe sont désaturés, c’est-à-dire qu’il existe un espace entre les fils de couche externe, permettant à la composition élastomérique d’imprégner chaque toron.

De préférence, les torons ne subissent pas de préformation.

Avantageusement, le câble tel que défini ci-dessus est nu c’est-à-dire dépourvu de toute composition polymérique, notamment le câble est dépourvu de toute composition élastomérique.

Par fil métallique, on entend un monofilament métallique comprenant une âme constituée majoritairement (c’est-à-dire pour plus de 50% de sa masse) ou intégralement (pour 100% de sa masse) d'un matériau métallique, par exemple en acier au carbone. Le fil métallique peut avantageusement comprendre une couche d’un revêtement métallique revêtant l’âme, le revêtement métallique étant choisi parmi le zinc, le cuivre, l’étain et les alliages de ces métaux, par exemple le laiton. Chaque fil est préférentiellement en acier perlitique ou ferrito-perlitique au carbone.

Les valeurs des caractéristiques décrites dans la présente demande pour le câble nu sont mesurées sur ou déterminées à partir des câbles directement après fabrication, c’est-à-dire avant toute étape de noyage dans une matrice polymérique, notamment élastomérique.

Dans la présente demande, tout intervalle de valeurs désigné par l’expression « entre a et b » représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l’expression « de a à b » signifie le domaine de valeurs allant de la borne « a » jusqu’à la borne « b » c’est-à-dire incluant les bornes strictes « a » et « b ».

Avantageusement, As ≥ 1,5% et de préférence As ≥ 2,0%.

L’invention a également pour objet un câble extrait d’une matrice polymérique dans lequel le câble extrait comprend :
- une couche interne du câble constituée de X=3 ou 4 multi-torons comprenant K=2, 3 ou 4 torons enroulés en hélice autour d’un axe, chaque toron étant à au moins deux couches comprenant :
- une couche interne constituée de Q1fil(s) métallique(s) interne(s) de diamètre d1, et
- une couche externe constituée de Q3 fils métalliques externes de diamètre d3 enroulés autour de la couche interne ; et
- une couche externe du câble constituée de Y>1 multi-torons enroulés autour de la couche interne du câble, chaque multi-torons comprenant L=2, 3 ou 4 torons enroulés en hélice autour d’un axe, chaque toron étant à au moins à deux couches comprenant :
- une couche interne constituée de Q1’ fil(s) métallique(s) interne(s) de diamètre d1’, et
- une couche externe constituée de Q3’ fils métalliques externes de diamètre d3’ enroulés autour de la couche interne ,
avec les multi-torons de la couche interne et de la couche externe étant enroulés en hélice autour d’un axe principal ,
le câble extrait (50’) présente un critère d’endurance V1 = / (M / D) < 3000 N x m /g; avec
- en MPa.mm est le maximum de contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils internes et externes des torons internes et externes avec di, di’ étant le diamètre des fils métalliques et i, i’ allant de 1 à 3 et avec Macier = 200 000 MPa ; - M est la masse linéique en g/m du câble, M étant la somme des sections de métal de tous les fils métalliques du câble multipliée par la masse volumique de l’acier Ro avec Ro= 7,79 g/cm3;
-D est le diamètre du câble en mm ; et
le câble présente un allongement structural As’ tel que As’ ≥ 0,3%, l’allongement structural As’ étant déterminé selon la norme ASTM D2969-04 de 2014 au câble de façon à obtenir une courbe force-allongement, l’allongement structural As’ étant égal à l’allongement, en %, correspondant à l’intersection entre la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement en un point quelconque de sa partie élastique et l’axe des allongements de la courbe force-allongement.

De préférence, la matrice polymérique est une matrice élastomérique.

La matrice polymérique, de préférence élastomérique, est à base d’une composition polymérique, de préférence élastomérique.

Par matrice polymérique, on entend une matrice comprenant au moins un polymère. La matrice polymérique est ainsi à base d’une composition polymérique.

Par matrice élastomérique, on entend une matrice comprenant au moins un élastomère. La matrice élastomérique préférentielle est ainsi à base de la composition élastomérique.

Par l'expression "à base de", il faut entendre que la composition comporte le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition pouvant ainsi être à l’état totalement ou partiellement réticulé ou à l’état non-réticulé.

Par composition polymérique, on entend que la composition comprend au moins un polymère. De préférence, un tel polymère peut être un thermoplastique, par exemple un polyester ou un polyamide, un polymère thermodurcissable, un élastomère, par exemple du caoutchouc naturel, un élastomère thermoplastique ou un mélange de ces polymères.

Par composition élastomérique, on entend que la composition comprend au moins un élastomère et au moins un autre composant. De préférence, la composition comprenant au moins un élastomère et au moins un autre composant comprend un élastomère, un système de réticulation et une charge. Les compositions utilisables pour ces nappes sont des compositions conventionnelles pour calandrage d’éléments filaires de renfort et comprennent un élastomère diénique, par exemple du caoutchouc naturel, une charge renforçante, par exemple du noir de carbone et/ou de la silice, un système de réticulation, par exemple un système de vulcanisation, de préférence comprenant du soufre, de l’acide stéarique et de l’oxyde de zinc, et éventuellement un accélérateur et/ou retardateur de vulcanisation et/ou divers additifs. L'adhésion entre les fils métalliques et la matrice dans laquelle ils sont noyés est assurée par exemple par un revêtement métallique, par exemple une couche de laiton.

Les valeurs des caractéristiques décrites dans la présente demande pour le câble extrait sont mesurées sur ou déterminées à partir de câbles extrait d’une matrice polymérique, notamment élastomérique, par exemple d’un pneumatique. Ainsi, par exemple sur un pneumatique, on retire la bande de matière radialement à l’extérieur du câble à extraire de façon à apercevoir le câble à extraire affleurer radialement de la matrice polymérique. Ce retrait peut se faire par décorticage aux moyens de pinces et de couteaux ou bien par rabotage. Puis, on dégage l’extrémité du câble à extraire au moyen d’un couteau. Puis, on tire sur le câble de façon à l’extraire de la matrice en appliquant un angle relativement faible de façon à ne pas plastifier le câble à extraire. Les câbles extraits sont alors nettoyés soigneusement, par exemple au moyen d’un couteau, de façon à détacher les restes de matrice polymérique accrochés localement au câble et en prenant soin de ne pas dégrader la surface des fils métalliques.

Pour déterminer la masse linéique du câble extrait, on effectue une coupe transverse du câble dans la matrice élastomérique, en déterminant la surface d’acier par traitement d’image et en multipliant par la masse volumique de l’acier.

Pour mesurer la masse linéique du câble extrait, on peut également, à la suite de l’opération décrite ci-dessus, peser un mètre de câble nettoyé pour déterminer sur 10 mesures la masse linéique moyenne de câble nettoyé.

Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s’appliquent indifféremment au câble nu et au câble extrait d’une matrice polymérique.

Avantageusement, le critère V1 est supérieur ou égal à 1000 N x m /g, de préférence supérieur ou égal à 1500 N x m /g.

Avantageusement, le critère V1 est inférieur ou égal à 2500 N x m /g.

Avantageusement, M va de 30 à 180 g/m, de préférence de 50 à 130 g/m.

De façon préférée, le câble présente un diamètre du câble tel que le diamètre D du câble va de 4 mm à 9,5 mm, de préférence de 5 mm à 7,5 mm.

Par définition, le diamètre d’un toron est le diamètre du plus petit cercle dans lequel est circonscrit le toron.

De façon préférée, les diamètres des fils métalliques vont indépendamment les uns des autres, de 0,15 mm à 0,50 mm, de préférence de 0,18 mm à 0,35 mm et plus préférentiellement de 0,20 mm à 0,30 mm.

De préférence, les fils d’une même couche d’un toron prédéterminé présentent tous sensiblement le même diamètre. Avantageusement, les torons externes présentent tous sensiblement le même diamètre. Par « sensiblement le même diamètre», on entend que les fils ou les torons ont le même diamètre aux tolérances industrielles près.

Avantageusement, Y est égal à 8, 9, 10 ou 11, de préférence Y=9 ou 10 et plus préférentiellement Y=9.

Dans un premier mode de réalisation, chaque toron de la couche interne est à deux couches.

Avantageusement, chaque toron de la couche externe est à deux couches.

Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation, dans une variante préférée, chaque toron des couches interne et externe est à deux couches.

Dans un deuxième mode de réalisation, chaque toron de la couche interne est à trois couches et comprend :
une couche intermédiaire constituée de Q2 fils métalliques intermédiaires enroulés autour de la couche interne, et
une couche externe constituée de Q3 fils métalliques externes enroulés autour de la couche intermédiaire.

Avantageusement, chaque toron de la couche externe est à trois et comprend :
une couche intermédiaire constituée de Q2’ fils métalliques intermédiaires enroulés autour de la couche interne, et
une couche externe constituée de Q3’ fils métalliques externes enroulés autour de la couche intermédiaire.

Avantageusement, dans ce deuxième mode de réalisation, dans une variante préférée, chaque toron des couches interne et externe est à trois couches.

Avantageusement, chaque toron est du type non gommé in situ. Par non gommé in situ, on entend qu’avant assemblage des torons entre eux, chaque toron est constitué des fils des différentes couches et dépourvu de composition polymérique, notamment de composition élastomérique.

Torons des m ulti-torons interne s du câble selon l’invention

Avantageusement, Q1=1, 2, 3 ou 4, de préférence Q1=1, 2 ou 3 et plus préférentiellement Q1=1 ou 3.

Avantageusement, Q3=5, 6, 7,8, 9 ou 10, de préférence Q3=6, 7, 8 ou 9 et plus préférentiellement Q3 =6 ou 9.

Dans un mode de réalisation, Q1=1.

Avantageusement, Q3 =5, 6 ou 7 et de préférence Q3=6.

Dans un autre mode de réalisation préféré, Q1>1, de préférence Q1=2, 3 ou 4.

Avantageusement, Q3 =7, 8, 9 ou 10 et de préférence Q3=7, 8 ou 9.

Dans une première variante, Q1=2 et Q3=7 ou 8, de préférence Q1=2, Q3=7.

Dans une deuxième variante, Q1=3 et Q3=7, 8 ou 9, de préférence Q1=3, Q3=8.

Dans une troisième variante, Q1=4 et Q3=7, 8,9 ou 10, de préférence Q1=4, Q3=9.

Torons des multi-torons externe s du câble selon l’invention

Avantageusement, Q1’=1, 2, 3 ou 4, de préférence Q1’=1, 2 ou 3 et plus préférentiellement Q1’=1 ou 3.

Avantageusement, Q3’=5, 6, 7,8, 9 ou 10, de préférence Q3’=6, 7, 8 ou 9 et plus préférentiellement Q3’ = 6 ou 9.

Dans un mode de réalisation, Q1’=1.

Avantageusement, Q3’ =5, 6 ou 7 et de préférence Q3’=6.

Dans un autre mode de réalisation préféré, Q1’>1, de préférence Q1’=2, 3 ou 4.

Avantageusement, Q3’ =7, 8, 9 ou 10 et de préférence Q3’=7, 8 ou 9.

Dans une première variante, Q1’=2 et Q3’=7 ou 8, de préférence Q1’=2, Q3’=7.

Dans une deuxième variante, Q1’=3 et Q3’=7, 8 ou 9, de préférence Q1’=3, Q3’=8.

Dans une troisième variante, Q1’=4 et Q3’=7, 8, 9 ou 10, de préférence Q1’=4, Q3’=9.

Avantageusement, Q1=1 et Q3=6, Q1’= 1 et Q3’=6.

PRODUIT RENFORCE SELON L’INVENTION

Un autre objet de l’invention est un produit renforcé comprenant une matrice polymérique et au moins un câble ou câble extrait tel que défini précédemment.

Avantageusement, le produit renforcé comprend un ou plusieurs câbles selon l’invention noyés dans la matrice polymérique, et dans le cas de plusieurs câbles, les câbles sont agencés côte à côte selon une direction principale.

PNEUMATIQUE SELON L’INVENTION

Un autre objet de l’invention est un pneumatique comprenant au moins un câble extrait ou un produit renforcé tel que défini ci-dessus.

Par pneumatique comprenant un câble extrait, on entend un pneumatique comprenant un câble dont les propriétés, mesurées après extraction du pneumatique, sont celles du câble extrait, ce câble étant, préalablement à son incorporation au pneumatique, un câble tel que le câble décrit précédemment.

De préférence, le pneumatique comporte une armature de carcasse ancrée dans deux bourrelets et surmontée radialement par une armature de sommet elle-même surmontée d'une bande de roulement, l’armature de sommet étant réunie auxdits bourrelets par deux flancs et comportant au moins un câble tel que défini ci-dessus.

Dans un mode de réalisation préféré, l’armature de sommet comprend une armature de protection et une armature de travail et une armature de frettage comprenant au moins un câble tel que défini ci-dessus, l’armature de protection étant radialement intercalée entre la bande de roulement et l’armature de travail et l’armature de frettage étant préférentiellement intercalée entre les deux nappes d’armature de travail.

Le câble est tout particulièrement destiné à des véhicules industriels choisis parmi des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, autres véhicules de transport ou de manutention.

De manière préférentielle, le pneumatique est pour véhicule de type génie civil. Ainsi, le pneumatique présente une dimension dans laquelle le diamètre, en pouces ou millimètres, du siège de la jante sur laquelle le pneumatique est destiné à être monté est supérieur ou égal à 40 pouces soit 1016 mm.

L’invention concerne également un article de caoutchouc comprenant un assemblage selon l’invention, ou un assemblage imprégné selon l’invention. Par article de caoutchouc, on entend tout type d’article de caoutchouc tel qu’un ballon, un objet non pneumatique tel qu’un bandage non pneumatique, une bande transporteuse ou une chenille.
L’invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui vont suivre, donnés uniquement à titre d’exemples non limitatifs et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la est une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d’un pneumatique selon l’invention ;
- la est une vue de détails de la zone II de la ;
- la est une vue en coupe d’un produit renforcé selon l’invention ;
- la est une vue schématique en coupe perpendiculaire à l’axe du câble (supposé rectiligne et au repos) d’un câble (50) selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la est une vue schématique en coupe perpendiculaire à l’axe du câble (supposé rectiligne et au repos) d’un câble extrait (50’) selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et
- la est une vue analogue à celle de la d’un câble (60) selon un deuxième mode de réalisation l’invention.

EXEMPLE DE PNEUMATIQUE SELON L’INVENTION

Dans les figures 1 et 2, on a représenté un repère X, Y, Z correspondant aux orientations habituelles respectivement axiale (X), radiale (Y) et circonférentielle (Z) d’un pneumatique.

Le « plan circonférentiel médian » M du pneumatique est le plan qui est normal à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renfort de chaque bourrelet.

On a représenté sur les figures 1 et 2 un pneumatique selon l’invention et désigné par la référence générale 10.

Le pneumatique 10 est pour véhicule lourd de type génie civil, par exemple de type « dumper ». Ainsi, le pneumatique 10 présente une dimension de type 53/80R63.

Le pneumatique 10 comporte un sommet 12 renforcé par une armature de sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une structure annulaire, ici une tringle 20. L’armature de sommet 14 est surmontée radialement d'une bande de roulement 22 et réunie aux bourrelets 18 par les flancs 16. Une armature de carcasse 24 est ancrée dans les deux bourrelets 18, et est ici enroulée autour des deux tringles 20 et comprend un retournement 26 disposé vers l'extérieur du pneumatique 20 qui est ici représenté monté sur une jante 28. L’armature de carcasse 24 est surmontée radialement par l’armature de sommet 14.

L'armature de carcasse 24 comprend au moins une nappe de carcasse 30 renforcée par des câbles de carcasse radiaux (non représentés). Les câbles de carcasse sont agencés sensiblement parallèlement les uns aux autres et s'étendent d’un bourrelet 18 à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian M (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14).

Le pneumatique 10 comprend également une nappe d’étanchéité 32 constituée d’un élastomère (communément appelée gomme intérieure) qui définit la face radialement interne 34 du pneumatique 10 et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse 30 de la diffusion d’air provenant de l’espace intérieur au pneumatique 10.

L’armature de sommet 14 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur du pneumatique 10, une armature de protection 36 agencée radialement à l’intérieur de la bande de roulement 22, une armature de travail 38 agencée radialement à l’intérieur de l’armature de protection 36 et une armature de frettage 40 radialement intercalée entre les deux nappes 48, 46 de de l’armature de travail 38. L’armature de protection 36 est ainsi radialement intercalée entre la bande de roulement 22 et l’armature de travail 38.

L’armature de protection 36 comprend des première et deuxième nappes de protection 42, 44 comprenant des câbles métalliques de protection, la première nappe 42 étant agencée radialement à l’intérieur de la deuxième nappe 44. De façon optionnelle, les câbles métalliques de protection font un angle au moins égal à 10°, de préférence allant de 10° à 35° et préférentiellement de 15° à 35° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique.

L’armature de travail 38 comprend des première et deuxième nappes de travail 46, 48, la première nappe 46 étant agencée radialement à l’intérieur de la deuxième nappe 48.

L’armature de frettage 40, également appelée bloc limiteur, comprend au moins un câble 50 faisant un angle au plus égal à 10°, de préférence allant de 0° à 5° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique 10.

EXEMPLE DE PRODUIT RENFORCE SELON L’INVENTION

On a représenté sur la un produit renforcé selon l’invention et désigné par la référence générale 100. Le produit renforcé 100 comprend au moins un câble 50, en l’espèce plusieurs câbles 50, noyés dans la matrice polymérique 102.

Sur la , on a représenté la matrice polymérique 102, les câbles 50 dans un repère X, Y, Z dans lequel la direction Y est la direction radiale et les directions X et Z sont les directions axiale et circonférentielle. Sur la , le produit renforcé 100 comprend plusieurs câbles 50 agencés côte à côte selon la direction principale X et s’étendant parallèlement les uns aux autres au sein du produit renforcé 100 et noyés collectivement dans la matrice polymérique 102.
Ici, la matrice polymérique 102 est une matrice élastomérique à base d’une composition élastomérique.

CABLE SELON UN PREMIER MODE DE REALISATION DE L’INVENTION

On a représenté sur la le câble 50 selon un premier mode de réalisation de l’invention.

En référence à la , chaque élément de renfort de frette marginale est formé, après extraction du pneumatique 10, par un câble extrait 50’ tel que décrit ci-dessous. Le câble 50 est obtenu par noyage dans une matrice polymérique, en l’espèce dans une matrice polymérique formant respectivement chaque matrice polymérique de chaque nappe de travail.

Le câble 50 et le câble extrait 50’ sont métalliques et du type multi-torons de multi-torons à deux couches cylindriques. Ainsi, on comprend que les couches de multi-torons constituant le câble 50 ou 50’ sont au nombre de deux, ni plus, ni moins.

Au moins 50% des fils métalliques, de préférence au moins 60%, plus préférentiellement au moins 70% des fils métalliques, et très préférentiellement chaque fil métallique du câble comprend une âme en acier présentant une composition conforme à la norme NF EN 10020 de septembre 2000 et un taux de carbone C > 0,80% et de préférence C ≥ 0,82 % et au moins 50% des fils métalliques, de préférence au moins 60%, plus préférentiellement au moins 70% des fils métalliques, et très préférentiellement chaque fil métallique du câble comprend une âme en acier présentant une composition conforme à la norme NF EN 10020 de septembre 2000 et un taux de carbone C ≤ 1,20% et de préférence C ≤ 1,10%. Ici chaque fil métallique comprend une âme en acier présentant une composition conforme à la norme NF EN 10020 de septembre 2000 et un taux de carbone C= 0,86%.

Chaque fil présente une résistance à la rupture, notée Rm, telle que 2500 ≤ Rm ≤ 3100 MPa. On dit de l’acier de ces fils qu’il est de grade SHT (« Super High Tensile » ou très haute résistance à la traction). D’autres fils peuvent être utilisés, par exemple des fils de grade inférieur, par exemple de grade NT (« Normal Tensile »ou résistance normale à la traction) ou HT (« High Tensile » ou haute résistance à la traction), comme des fils de grade supérieur, par exemple de grade UT (« Ultra Tensile » ou ultra haute résistance à la traction) ou MT (« Mega Tensile » ou mega haute résistance à la traction).

PROCEDE DE FABRICATION DU CABLE SELON L’INVENTION

Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de fabrication du câble multi-torons de multi-torons 50.

Chaque toron interne T1 précédemment décrit est fabriqué selon des procédés connus comportant les étapes suivantes, opérées préférentiellement en ligne et en continu :
- tout d’abord, une première étape d’assemblage par câblage ou retordage des 6 fils externes F3 autour du fil interne F1 de la couche interne C1 au pas p3 et dans le sens S pour former la couche externe C3 en un premier point d’assemblage;
- préférentiellement une étape d’équilibrage final des torsions.
Chaque toron externe T2 précédemment décrit est fabriqué selon des procédés connus comportant les étapes suivantes, opérées préférentiellement en ligne et en continu:
- tout d’abord, une première étape d’assemblage par câblage ou retordage des 6 fils externes F3’ autour du fil interne F1’ de la couche interne C1’ au pas p3’ et dans le sens S pour former la couche externe C3’ en un premier point d’assemblage;
- préférentiellement une étape d’équilibrage final des torsions.

Par « équilibrage de torsion », on entend ici de manière bien connue de l’homme du métier l’annulation des couples de torsion résiduels (ou du retour élastique de torsion) s’exerçant sur chaque fil du toron, dans la couche externe.

Après cette étape ultime d’équilibrage de la torsion, la fabrication du toron est terminée. Chaque toron est enroulé sur une ou plusieurs bobines de réception, pour stockage, avant l’opération ultérieure d’assemblage par retordage des torons élémentaires pour l’obtention du câble multi-torons.

Pour la fabrication des multi-torons de l’invention, on procède de manière bien connue de l’homme du métier, par retordage des torons précédemment obtenus, à l’aide de machines de retordage dimensionnées pour assembler des torons.

Dans une étape de fabrication d’un multi-torons M1, on assemble par câblage les K=3 torons internes T1 au pas P1 et dans le sens S pour former un multi-torons M1 de la couche interne CI en un premier point d’assemblage.

Dans une étape de fabrication de la couche interne CI, on assemble par câblage les X=3 multi-torons M1 au pas pi et dans le sens Z pour former la couche interne CI en un premier point d’assemblage.

Dans une étape de fabrication des multi-torons M2 de la couche externe CE, on assemble par câblage les L=3 torons externes T2 au pas P2 et dans le sens S pour former les multi-torons M2 de la couche externe CE en un premier point d’assemblage.

Puis, dans une étape de fabrication ultérieure, on assemble par câblage les Y=9 multi- torons externes M2 autour de la couche interne CI au pas pe et dans le sens Z pour former l’assemblage des couches CI et CE. Eventuellement, dans une dernière étape d’assemblage, on enroule la frette F au pas pf dans le sens S autour de l’assemblage précédemment obtenu.

Le câble 50 est ensuite incorporé par calandrage à des tissus composites formés d'une composition connue à base de caoutchouc naturel et de noir de carbone à titre de charge renforçante, utilisée conventionnellement pour la fabrication des armatures de sommet de pneumatiques radiaux. Cette composition comporte essentiellement, en plus de l'élastomère et de la charge renforçante (noir de carbone), un antioxydant, de l'acide stéarique, une huile d'extension, du naphténate de cobalt en tant que promoteur d'adhésion, enfin un système de vulcanisation (soufre, accélérateur, ZnO).

Les tissus composites renforcés par ces câbles comportent une matrice de composition élastomérique formée de deux couches fines de composition élastomérique qui sont superposées de part et d’autre des câbles et qui présentent respectivement une épaisseur allant de 1 et 4 mm. Le pas de calandrage (pas de pose des câbles dans le tissu de composition élastomérique) va de 4 mm à 8 mm.

Ces tissus composites sont ensuite utilisés en tant que nappe de travail dans l’armature de sommet lors du procédé de fabrication du pneumatique, dont les étapes sont par ailleurs connues de l’homme du métier.

CABLE SELON UN DEUXIEME MODE DE REALISATION DE L’INVENTION

On a représenté sur la un câble 60 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

A la différence du premier mode de réalisation décrit précédemment, le câble 60 selon le deuxième mode de réalisation est tel que Q1=Q1’=1 ; Q2=Q2’=5 et Q3=Q3’=10.

On a résumé dans le tableau 1 ci-dessous les caractéristiques pour les différents câbles 50, 50’ et 60.

Câbles	50	50’	60
M1	X=3	K	3	3	3
	T1	Q1/Q2/Q3	1/-/6	1/-/6	1/5/10
		d1/d2/d3	0,26/-/0,23	0,26/-/0,23	0,12/0,12/0,12
		sens C1/pas p1 (mm)	S/inf	S/inf	S/inf
		sens C2/pas p2 (mm)	-	-	S/8,1
		sens C3/pas p3 (mm)	S/13,7	S/13,7	S/11,5
	Sens T1/P1 (mm)	S/7,5	S/7,5	S/10
M2	Y=9	L	3	3	3
	T2	Q1’/Q2’/Q3’	1/-/6	1/-/6	1/5/10
		d1’/d2’/ d3’	0,26/-/0,23	0,26/-/0,23	0,12/0,12/0,12
		sens C1’/pas p1’ (mm)	S/inf	S/inf	S/inf
		sens C2’/pas p2’ (mm	-	-	S/8,1
		sens C3’/pas p3’ (mm)	S/13,7	S/13,7	S/11,5
	Sens T2/P2 (mm)	S/7,5	S/7,5	S/10
Sens câble/pi/pe	ZZ/50/80	ZZ/50/80	ZZ/40/60
As (%)	2	-	2
As’(%)	-	0,5	-
At (%)	3,6	-	4
D (mm)	6,7	6,7	5,8
M (g/m)	91,8	91,8	56
M/D (kg.m²)	13,5	13,5	9,6
(MPa.mm)	26000	26000	12000
V1 (N x m/g)	1920	1920	1250

Et on a résumé dans le tableau 2 ci-dessous les caractéristiques pour le câble de l’état de la technique décrit dans le document WO2016/131862.

Câble	EDT
K/sens câble	4/S
sens torons	S
Q1	3
Q3	8
p1 (mm)	6,7
p2 (mm)	10
Pe (mm)	20
At %	6,0
As %	2,8
D (mm)	3,80
M (g/m)	36,4
M /D (kg.m²)	9,5
	34800
V1(N x m/g)	3635

On constate que les câbles 50, 50’ et 60 selon l’invention permettent d’obtenir un câble présentant une souplesse et un allongement structural suffisant, pour permettre la conformation du pneumatique et diminuer la rigidité du bloc sommet, avec un critère endurance amélioré pour tenir les sollicitations cycliques en extension par rapport au câble de l’état de la technique.

L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits.

Claims

Câble (50) multi-torons à deux couches de multi-torons,caractérisé en ce quele câble (50) comprend :
- une couche interne (CI) du câble constituée de X=3 ou 4 multi-torons (M1) comprenant K=2, 3 ou 4 torons (T1) enroulés en hélice autour d’un axe (B), chaque toron (T1) étant à au moins deux couches (C1, C3) comprenant :
- une couche interne (C1) constituée de Q1fil(s) métallique(s) interne(s) (F1) de diamètre d1, et
- une couche externe (C3) constituée de Q3 fils métalliques externes (F3) de diamètre d3 enroulés autour de la couche interne (C1); et
- une couche externe (CE) du câble constituée de Y>1 multi-torons (M2) enroulés autour de la couche interne (CI) du câble, chaque multi-torons (M2) comprenant L=2, 3 ou 4 torons (T2) enroulés en hélice autour d’un axe (A’), chaque toron (T2) étant à au moins à deux couches (C1’; C3’) comprenant :
- une couche interne (C1’) constituée de Q1’ fil(s) métallique(s) interne(s) (F1’) de diamètre d1’, et
- une couche externe (C3’) constituée de Q3’ fils métalliques externes (F3’) de diamètre d3’ enroulés autour de la couche interne (C1’),
avec les multi-torons de la couche interne (M1) et de la couche externe (M2) étant enroulés en hélice autour d’un axe principal (A) ,
le câble (50) présente un critère d’endurance V1 = / (M / D) < 3000 N x m /g; avec
- en MPa.mm est le maximum de contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils internes et externes des torons internes et externes avec di, di’ étant le diamètre des fils métalliques et i, i’ allant de 1 à 3 et avec Macier = 200 000 MPa ; - M est la masse linéique en g/m du câble (50), M étant la somme des sections de métal de tous les fils métalliques du câble multipliée par la masse volumique de l’acier Ro avec Ro= 7,79 g/cm3;
-D est le diamètre du câble (50) en mm ; et
le câble (50) présente un allongement structural As tel que As ≥ 1,0%, l’allongement structural As étant déterminé selon la norme ASTM D2969-04 de 2014 au câble (50) de façon à obtenir une courbe force-allongement, l’allongement structural As étant égal à l’allongement, en %, correspondant à l’intersection entre la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement en un point quelconque de sa partie élastique et l’axe des allongements de la courbe force-allongement .
Câble (50) selon la revendication précédente, dans lequel As ≥ 1,5% et de préférence As ≥ 2,0%.
Câble (50’) multi-torons à deux couches de multi-torons extrait d’une matrice polymérique (102),caractérisé en ce quele câble extrait (50’) comprend :
- une couche interne (CI) du câble constituée de X=3 ou 4 multi-torons (M1) comprenant K=2, 3 ou 4 torons (T1) enroulés en hélice autour d’un axe (B), chaque toron (T1) étant à au moins deux couches (C1, C3) comprenant :
- une couche interne (C1) constituée de Q1fil(s) métallique(s) interne(s) (F1) de diamètre d1, et
- une couche externe (C3) constituée de Q3 fils métalliques externes (F3) de diamètre d3 enroulés autour de la couche interne (C1); et
- une couche externe (CE) du câble constituée de Y>1 multi-torons (M2) enroulés autour de la couche interne (CI) du câble, chaque multi-torons (M2) comprenant L=2, 3 ou 4 torons (T2) enroulés en hélice autour d’un axe (A’), chaque toron (T2) étant à au moins à deux couches (C1’; C3’) comprenant :
- une couche interne (C1’) constituée de Q1’ fil(s) métallique(s) interne(s) (F1’) de diamètre d1’, et
- une couche externe (C3’) constituée de Q3’ fils métalliques externes (F3’) de diamètre d3’ enroulés autour de la couche interne (C1’),
avec les multi-torons de la couche interne (M1) et de la couche externe (M2) étant enroulés en hélice autour d’un axe principal (A) ,
le câble extrait (50’) présente un critère d’endurance V1 = / (M / D) < 3000 N x m /g; avec
- en MPa.mm est le maximum de contrainte de flexion par unité de courbure vue par les fils internes et externes des torons internes et externes avec di, di’ étant le diamètre des fils métalliques et i, i’ allant de 1 à 3 et avec Macier = 200 000 MPa ; - M est la masse linéique en g/m du câble (50’), M étant la somme des sections de métal de tous les fils métalliques du câble multipliée par la masse volumique de l’acier Ro avec Ro= 7,79 g/cm3;
-D est le diamètre du câble (50’) en mm ; et
le câble (50’) présente un allongement structural As’ tel que As’ ≥ 0,3%, l’allongement structural As’ étant déterminé selon la norme ASTM D2969-04 de 2014 au câble (50’) de façon à obtenir une courbe force-allongement, l’allongement structural As’ étant égal à l’allongement, en %, correspondant à l’intersection entre la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement en un point quelconque de sa partie élastique et l’axe des allongements de la courbe force-allongement.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le critère V1 est supérieur ou égal à 1000 N x m /g, de préférence supérieur ou égal à 1500 N x m /g.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le critère V1 est inférieur ou égal à 2500 N x m /g.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel M va de 30 à 180 g/m, de préférence de 50 à 130 g/m.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre D du câble va de 4 mm à 9,5 mm, de préférence de 5 mm à 7,5 mm.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les diamètres des fils métalliques (F1 ; F3 ; F1’ ; F3’) vont indépendamment les uns des autres de 0,15 mm à 0,50 mm, de préférence de 0,18 mm à 0,35 mm et plus préférentiellement de 0,20 mm à 0,30 mm.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Y est égal à 8, 9, 10 ou 11, de préférence Y=9 ou 10 et plus préférentiellement Y=9.
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9,dans lequel chaque toron (T1) de la couche interne (CI) est à deux couches (C1, C3).
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9,dans lequel chaque toron (T2) de la couche externe (CE) est à deux couches (C1’, C3’).
Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque toron (T1 ; T2) des couches interne et externe (CI ; CE) est à deux couches (C1, C3, C1’, C3’).
Produit renforcé (100),caractérisé en ce qu’il comprend une matrice polymérique (102) et au moins un câble (50’) tel que les propriétés de ce câble, mesurées après extraction, sont celles du câble extrait (50’) selon l’une quelconque des revendications 3 à 12.
Pneumatique (10),caractérisé en ce qu’il comprend au moins un câble (50’) tel que les propriétés de ce câble, mesurées après extraction du pneumatique, sont celles du câble extrait (50’)selon l’une quelconque des revendications 3 à 12 ou un produit renforcé selon la revendication 13.