LU100439B1

LU100439B1 - Carbon fiber hybrid cord as bead wire

Info

Publication number: LU100439B1
Application number: LU100439A
Authority: LU
Inventors: Saadettin Fidan; Kursat Aksoy; Neslihan Gulbeycan
Original assignee: Kordsa Teknik Tekstil A S
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2018-02-27
Also published as: LU100439A1

Abstract

Un talon dans des pneus radiaux pneumatiques constitué de câblés hybrides constitués de fibres de carbone et de fils organiques de module plus faible, qui permet un montage aisé du pneu sur les jantes. La structure de talon légère avec des câblés hybrides au sein d'une matrice en caoutchouc ou polymère rend possible la réduction de la consommation de carburant.

Description

CÂBLÉ HYBRIDE EN FIBRE DE CARBONE EN TANT QUE FIL METALLIQUE DE TALONHYBRID CARBON FIBER WIRE AS METAL HEEL WIRE

Domaine de l’inventionField of the invention

Cette invention concerne un pneu qui est pourvu d’une tringle de talon légère. En particulier, la présente invention concerne un pneu qui est pourvu d’une tringle de talon légère, ladite tringle de talon contribuant à diminuer le poids global du pneu.This invention relates to a tire which is provided with a light heel rod. In particular, the present invention relates to a tire which is provided with a light bead wire, said bead wire helping to reduce the overall weight of the tire.

Contexte de l’inventionContext of the invention

En principe, il est requis que la zone de talon du pneu pneumatique ait une rigidité accrue du fait qu’elle joue un rôle de positionnement et de fixation ferme du pneu sur une jante. La tringle de talon est formée en enroulant en hélice et en stratifiant en spirale le câblé afin de former un agencement de câblé de plusieurs rangées sur colonnes.In principle, it is required that the bead area of the pneumatic tire has increased rigidity because it plays a role of positioning and firmly fixing the tire on a rim. The bead core is formed by helically winding and spirally laminating the cord to form a multi-row cord arrangement.

Une pratique courante bien connue dans l’industrie des pneus est le fait que les éléments de renforcement dans les organes de talon soient des fils métalliques en acier agencés soit côte-à-côte, soit torsadés en câbles qui sont normalement logés dans du caoutchouc.A common practice well known in the tire industry is that the reinforcing elements in the bead members are steel wires arranged either side-by-side or twisted into cables which are normally housed in rubber.

Dans le document US 3,942,574, des câblés en aramide à trois plis ont été proposés en tant qu’organe de talon en combinaison avec des fils métalliques en acier afin d’obtenir une structure de talon stable dans des pneus d’avion.In US 3,942,574, three ply aramid cords have been proposed as a bead member in combination with steel wires to provide a stable bead structure in aircraft tires.

Dans le document US 4,098,316, un anneau de talon renforcé par de la fibre de verre en combinaison avec des fils métalliques en métal a été divulgué. Des fibres de verre en tant qu’éléments de renforcement de talon ont également été suggérées dans les documents US 3,612,139, US 3,473,595 et 3,237,674.In US 4,098,316, a fiberglass-reinforced bead ring in combination with metal wires has been disclosed. Glass fibers as heel reinforcing elements have also been suggested in US 3,612,139, US 3,473,595 and 3,237,674.

Dans le but de réduire le poids du pneu et de réaliser une économie de carburant, à la place de fils métalliques en acier classiquement utilisés en tant qu’organes de talon dans des pneus pneumatiques, il a été proposé d’utiliser des fibres non torsadées non métalliques (organiques ou inorganiques) de module élevé comme de l’aramide traitées avec des caoutchoucs liquides ou des résines thermodurcissables dans le document US 4,320,791.In order to reduce the weight of the tire and save fuel, instead of steel wire conventionally used as heel members in pneumatic tires, it has been proposed to use non-twisted fibers. non-metallic (organic or inorganic) high modulus aramid treated with liquid rubbers or thermosetting resins in US 4,320,791.

Dans le document US 4,823,857, un organe de talon annulaire pour un pneu comprenant deux couches radialement superposées ou plus, chacune desquelles comprenant un composite de fibres dans une matrice polymère, a été divulgué. Les couches superposées ont été séparées les unes des autres par des couches de polytétrafluoroéthylène afin de faciliter le déplacement latéral des couches de composite. Les fibres dans les couches de composite sont sélectionnées dans le groupe constitué de fibres de verre, de fibres d’aramide, de fibres de carbone, de fibres de polyamide et de fibres métalliques.In US 4,823,857, an annular bead member for a tire comprising two or more radially superimposed layers, each of which comprising a fiber composite in a polymer matrix, has been disclosed. The superimposed layers were separated from each other by polytetrafluoroethylene layers to facilitate lateral displacement of the composite layers. The fibers in the composite layers are selected from the group consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, polyamide fibers and metal fibers.

Selon le document US 5,781,603, dans un pneu pneumatique comprenant une tringle de talon formée en enroulant en hélice et en stratifiant en spirale un câblé en fibre organique ou inorganique obtenu par une torsion de deux plis ou plus dans une direction et une torsion d’au moins deux éléments de renforcement en fibre torsadés dans une direction opposée à la direction de torsion de l’élément de renforcement en fibre, la torsion du câblé est supérieure à la torsion initiale des fils. De préférence, les câblés sont constitués d’aramide de dtex lourd (par exemple, 6 600 x 2) afin d’améliorer la distribution de contrainte au sein de la tringle de talon dans un pneu gonflé. Résumé de l’inventionAccording to US 5,781,603, in a pneumatic tire comprising a bead core formed by helically winding and spirally laminating a tow of organic or inorganic fiber obtained by twisting two or more folds in a direction and a twist of minus two fiber reinforcing elements twisted in a direction opposite to the twist direction of the fiber reinforcing member, the twist of the cord is greater than the initial twist of the wires. Preferably, the cords are made of heavy dtex aramid (eg, 6,600 x 2) to improve the stress distribution within the bead core in an inflated tire. Summary of the invention

Selon cette invention, il y a un anneau de talon pour un pneu radial pneumatique comprenant des câblés hybrides constitués de fibre de carbone et de fils organiques de module plus faible comme le PET et le nylon 6,6.According to this invention, there is a bead ring for a pneumatic radial tire comprising hybrid cords made of carbon fiber and lower modulus organic yarns such as PET and nylon 6,6.

Les pneus ayant des anneaux de talon constitués de fibre de carbone ou de câblés en fibre de carbone présentent un problème avec l’aptitude du pneu à être monté sur les jantes des roues en raison de leur extensibilité extrêmement faible. Une telle sorte d’éléments d’anneau de talon subissent des ruptures de câblé sous la compression par fléchissement durant le montage du pneu.Tires with bead rings made of carbon fiber or carbon fiber cords have a problem with the ability of the tire to be mounted on the wheel rims because of their extremely low extensibility. Such a kind of bead ring members undergo cable breaks under bending compression during tire mounting.

Des structures hybrides contenant de la fibre de carbone et des fils de faible module comme le PET et le nylon 6,6 ont une extensibilité suffisante permettant un montage aisé du pneu sur les jantes de la roue.Hybrid structures containing carbon fiber and low modulus wires such as PET and nylon 6,6 have sufficient extensibility for easy mounting of the tire on the wheel rims.

Qui plus est, avec cette invention, en diminuant le poids du pneu, la consommation de carburant est réduite.Moreover, with this invention, by decreasing the weight of the tire, the fuel consumption is reduced.

Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention

La présente invention fournit un pneu radial pneumatique comprenant en tant que composant structural de celui-ci un élément de talon constitué d’un câblé hybride ayant une fibre de carbone et un fil organique de module plus faible comme le PET et le nylon 6,6.The present invention provides a pneumatic radial tire comprising as a structural component thereof a heel member consisting of a hybrid cord having carbon fiber and a lower modulus organic wire such as PET and nylon 6,6. .

Selon cette invention, les valeurs de l’allongement à la rupture des câblés hybrides dans l’anneau de talon doivent être au minimum de 2 % et au maximum de 5 %. Si la valeur de l’allongement à la rupture est inférieure à 2 %, le montage du pneu sur les jantes de la roue devient difficile, et le câblé peut être rompu en raison des déformations par traction et par compression. Dans le cas de valeurs d’allongement à la rupture supérieures à 5 %, le module du câblé devient trop faible pour fixer le pneu sur les jantes de la roue.According to this invention, the elongation at break values of the hybrid cords in the bead ring must be at least 2% and at most 5%. If the elongation at break value is less than 2%, the mounting of the tire on the rims of the wheel becomes difficult, and the cord may be broken due to tensile and compressive deformations. In the case of elongation at break values greater than 5%, the cable module becomes too weak to fix the tire on the rims of the wheel.

Le pourcentage en poids du fil organique de faible module dans le câblé hybride en fibre de carbone détermine l’extensibilité, en d’autres mots les valeurs de l’allongement à la rupture et du module. Si la teneur du fil organique de faible module est supérieure à 50 %, le câblé hybride devient moins efficace pour fixer le pneu sur les jantes, et si la teneur du fil organique de faible module est inférieure à 20 %, le montage du pneu devient difficile en raison de l’extensibilité réduite.The weight percent of the low modulus organic yarn in the carbon fiber hybrid cord determines the extensibility, in other words the elongation at break and modulus values. If the content of the low modulus organic yarn is greater than 50%, the hybrid yarn becomes less effective at fixing the tire to the rims, and if the content of the low modulus organic yarn is less than 20%, the mounting of the tire becomes difficult due to reduced extensibility.

Selon l’invention, dans le but d’augmenter l’extensibilité du câblé hybride pour une torsade de câblé donnée, le pourcentage de suralimentation du fil en fibre de carbone durant le procédé de torsion avec un câbleur direct peut être ajusté au minimum à 1 % et au maximum à 2,5 %. Les valeurs de suralimentation inférieures à 1 % ne sont pas suffisamment efficaces pour augmenter l’extensibilité du câblé, et les valeurs de suralimentation supérieures à 2,5 % entraînent une chute significative du module initial, ce qui est la cause d’une fonction de fixation réduite du câblé hybride.According to the invention, in order to increase the extensibility of the hybrid cord for a given cord twist, the percentage of supercharging of the carbon fiber wire during the twisting process with a direct wire rope can be adjusted to at least 1 % and up to 2.5%. Boost values less than 1% are not efficient enough to increase cable extensibility, and boost values above 2.5% result in a significant drop in the initial module, which is the cause of an overload function. reduced fixation of the hybrid cable.

Selon l’invention, le dtex nominal total préférable des câblés hybrides va de 2 000 dtex à 20 000 dtex.According to the invention, the preferable total nominal dtex of hybrid cords ranges from 2,000 dtex to 20,000 dtex.

Bien sûr, l’extensibilité du câblé hybride peut également être ajustée avec la torsade du câblé, ce qui signifie que, en augmentant la torsade du câblé, l’extensibilité et l’allongement à la rupture peuvent être accrus, mais dans ce cas le module du câblé et la résistance sont réduits. C’est pourquoi, une torsade de câblé minimale préférable est de 80 tpm, et une torsade de câblé maximale est de 300 tpm. Si la torsade du câblé est inférieure à 80 tpm, l’extensibilité devient trop faible, et si la torsade du câblé est supérieure à 300 tpm, la résistance à la rupture et le module deviennent insuffisants.Of course, the extensibility of the hybrid cord can also be adjusted with the twist of the cord, which means that by increasing the twisting of the cord, the extensibility and elongation at break can be increased, but in this case the Wired module and resistance are reduced. Therefore, a preferred minimum cable twist is 80 rpm, and a maximum cable twist is 300 rpm. If the twist of the cord is less than 80 rpm, the extensibility becomes too weak, and if the twist of the cord is greater than 300 rpm, the breaking strength and the module become insufficient.

Selon la présente invention, certains exemples des câblés hybrides avec leurs propriétés physiques sont donnés dans le tableau 1.According to the present invention, some examples of hybrid cords with their physical properties are given in Table 1.

Tableau 1Table 1

Propriétés physiques des câblés hybridesPhysical properties of hybrid cords

En tant qu’exemple de l’application de talon, la section transversale d’un anneau de talon selon l’invention est donnée en annexe en Figure 1, et les composants du talon sont : 1 - Section transversale de l’anneau de talon 2- Matrice en caoutchouc ou polymère 3- Câblé hybride 4- Fil organique de faible module (par exemple, nylon 6,6) dans le câblé hybride 5- Fibre de carbone dans le câblé hybride Définitions :As an example of the bead application, the cross section of a bead ring according to the invention is appended in Figure 1, and the components of the bead are: 1 - Cross section of the bead ring 2- Rubber or Polymeric Matrix 3- Hybrid Wired 4- Low Modulus Organic Wire (eg, nylon 6,6) in Hybrid Cable 5- Carbon Fiber in Hybrid Cable Definitions:

Tringle de talon : Un renfort en boucle annulaire dans la région de talon du pneu, couramment formé de câblés ou câbles de module élevé Câblé : Désigne un câble formé en torsadant ensemble deux fils retordus ou plusBead Rod: An annular loop reinforcement in the tire bead area, commonly formed of high modulus cables or cables Wired: Refers to a cable formed by twisting together two or more twisted wires

Denier : Le poids en grammes pour 9 000 mètres (unité pour exprimer la masse volumique linéaire)Denier: The weight in grams for 9000 meters (unit to express the linear density)

Dtex : Le poids en grammes pour 10 000 mètres (unité pour exprimer la masse volumique linéaire) Câblé hybride : Un câblé construit en torsadant en hélice ensemble une pluralité de fils individuels, au moins l’un des fils individuels étant d’une matière différente de la matière d’au moins l’un des autres fils individuels. LASE : Charge à allongement spécifique LASE à 1 % : Charge à 1 % d’allongementDtex: Weight in grams per 10,000 meters (unit to express linear density) Hybrid wired: A wired twisted twisted together a plurality of individual wires, at least one of the individual wires being of a different material of the material of at least one of the other individual threads. LASE: 1% LASE specific stretch load: 1% elongation load

Module : Contrainte divisée par la déformation, résistance à la déformation Masse volumique linéaire nominale du câblé : Somme des masses volumiques linéaires initiales des fils du câblé (par exemple, 1 880 dtex pour une construction de câblé 940 x 2)Module: Strain divided by strain, strain resistance Nominal linear density of the cord: Sum of the initial linear densities of the strands of the cord (for example, 1880 dtex for a 940 x 2 cable construction)

Pneu radial : Un pneu pneumatique à courroie ou à circonférence restreinte dans lequel les câblés de carcasse ou de pli de corps qui s’étendent de talon à talon sont tendus à des angles de câblé compris entre 65° et 90° par rapport au plan équatorial du pneu.Radial tire: A pneumatic tire with a restricted circumference or belt in which body carcass or body fold cords that extend from heel to heel are stretched at cord angles between 65 ° and 90 ° to the equatorial plane of the tire.

Jante : Un support pour un pneu sur lequel les talons de pneu sont installés TPM : Nombre de tours par mètreRim: A support for a tire on which the tire beads are installed TPM: Number of revolutions per meter

Torsade : Le nombre de tours autour de son axe par unité de longueur d’un fil ou câblé, tours par mètre étant tpm.Twist: The number of turns around its axis per unit length of a wire or wired, revolutions per meter being rpm.

Claims

CLAIMS AMENDED

1. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords (3) composed of carbon fiber (5) and a lower modulus organic yarn (4) is characterized by the content of said organic yarn (4) in said hybrid cords (3) is between 20% and 50% by weight, the value of the elongation at break of said hybrid cords (3) determined by ASTM D885 is greater than 2% and less than 5%.

2. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords (3) according to claim 1 characterized in that one of the plies of said hybrid cords (3) is a nylon yarn. 6.6 as said low modulus organic yarn (4).

3. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords according to claim 1 characterized in that one of said plies of said hybrid cords is a PET yarn as said organic yarn. low module (4).

4. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords (3) according to claim 1 characterized in that the percentage of supercharging of said carbon fiber (5) in said hybrid cords (3) is at least 1% and at the most 2.5%.

5. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords (3) according to claim 1 characterized in that the total nominal dtex of said hybrid cords (3) is between 2,000 and 20,000 dtex.

6. A radial pneumatic tire bead consisting of a plurality of two-ply or three-ply hybrid cords (3) according to claim 1, wherein the cord twist of the hybrid cords (3) is between 80 and 300 rpm.