LU100711B1 - Nouveau cable bielastique en aramide pour bandage pneumatique a titre de renforcement de carcasse - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un nouveau renforcement de câblé pour des bandages pneumatiques, réalisé à partir de fibres d'aramide à module ultraélevé, qui possède des propriétés biélastiques de résistance à la traction. Un tel nouveau câblé biélastique pour bandage pneumatique améliore la durabilité à grande vitesse et élimine t'aplanissement lorsqu'il est utilisé à titre de renforcement de carcasse dans des bandages pneumatiques du type à nappe radiale et du type à nappe diagonale.

Description

NOUVEAU CABLE BIELASTIQUE EN ARAMIDE POUR BANDAGE PNEUMATIQUE A TITRE DE RENFORCEMENT DE CARCASSE

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un nouveau renforcement de câblé en aramide pour bandage pneumatique du type à deux nappes ou plus qui contient une solution d'immersion renfermant un adhésif, non seulement sur la surface du câblé, mais également entre ses nappes. Un nouveau câblé biélastique pour bandage pneumatique entre les nappes desquelles a pénétré une solution d'immersion améliore la durabilité à grande vitesse et élimine l'aplanissement lorsqu’on t'utilise comme renforcement de carcasse (nappe de carcasse) dans des bandages pneumatiques du type à nappe radiale et du type à nappe diagonale.

DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Il est bien connu que les renforcements conventionnels en textile pour des bandages pneumatiques représentent des câblés du type à deux nappes ou à trois nappes possédant des nappes fermées, ce qui signifie que chaque nappe individuelle possède un contact d'interface avec l'autre. Des câblés en textile de ce type par exemple peuvent représenter des câblés en rayonne, en polyester, en nylon et des câblés hybrides en aramide/nylon dans des bandages pneumatiques du type à nappe radiale et du type à nappe diagonale.

Des câblés hybrides en aramide/nylon possédant des propriétés biélastiques de résistance à la traction comprenant des fils d'aramide à module élevé et des fils de nylon à faible volume possèdent une meilleure résistance à la fatigue en flexion par rapport aux câblés en aramide possédant des paramètres structuraux comparables, tels que la valeur dtex totale et le coefficient de torsion. L'effet d'amortissement du nylon à faible module (moins d'abrasion entre les nappes de câblés) améliore la résistance à la fatigue des câblés hybrides en aramide/nylon.

Dans le brevet des États-Unis d'Amérique US-A 4 155 394, on décrit un câblé composite (hybride) approprié pour le renforcement d’un bandage pneumatique comprenant plusieurs nappes de fils câblées de manière sélective d'une manière telle que, lorsque s'exerce une contrainte longitudinale, à l'allongement initial du câblé, la nappe supportant la charge primaire est un fil en polyester ou un fil en nylon, et d'une manière telle qu'après un allongement appréciable du câblé, le fil supportant la charge primaire est un fil d'aramide. L’invention concerne en outre un bandage pneumatique, un tuyau flexible ou une courroie industrielle possédant une carcasse contenant un tissu constitué d'un tel câblé à titre d'élément de renforcement.

Dans le brevet des États-Unis d'Amérique US-A 7 484 545, on décrit des câblés hybrides possédant une valeur dtex correspondant à une masse élevée, possédant de l'aramide à module élevé et du nylon à faible module, à titre de renforcement de carcasse et de sommet dans des bandages pneumatiques à nappes radiales destinés à des aéroplanes. La résistance à la rupture de câblés hybrides de ce type est supérieure à 1.050 N et les valeurs d'allongement à la rupture sont supérieures à 12 et inférieures à 20 %.

Dans le brevet des États-Unis d'Amérique n° 2014/0360648, on décrit un câblé de carcasse constitué par un premier fil unique en aramide soumis à une torsion en direction hélicoïdale autour d'un second fil unique en polyester. Le premier fil et le second fil possèdent des modules d'élasticité différents. Le premier fil possède un module supérieur au module du second fil.

SOMMAIRE DE L'INVENTION L'invention concerne un renforcement de câblé du type à deux nappes ou plus, réalisé à partir d'un fil en aramide possédant des propriétés biélastiques de résistance à la traction. Plus précisément, un faible module initial et un module élevé après l’allongement initial. Dans le but d'empêcher des pertes excessives concernant le module et la résistance à la rupture, on a évité un taux élevé de torsion du câblé.

Le principe de production de la transformation du comportement linéaire de résistance à la traction du câblé en aramide en caractéristique biélastique se base sur l'ouverture des nappes de câblés et sur l’insertion d'un adhésif RFL dans ladite ouverture. Le câblé en aramide qui contient du RFL entre ses nappes ouvertes manifeste un comportement biélastique de résistance à la traction sous tension. Définitions Câblé : le produit que l'on obtient en tordant les uns aux autres des fils du type à deux nappes ou plus.

Nappe de câblés : fils du type à nappe unique au sein du câblé.

Dtex : le poids en grammes d'un fil possédant une longueur de 10.000 m.

Aplanissement : les câblés dans un bandage pneumatique possédant une faible valeur Tg et une force élevée de retrait thermique sont soumis à un retrait à l'empreinte. Lorsqu'il est refroidi dans cette position, le câblé maintient l’aplanissement jusqu'à ce qu’il retrouve sa valeur Tg lors de son utilisation. Câblé écru : câblé tordu avant immersion et durcissement à la chaleur.

Durcissement à la chaleur : le processus consistant à conférer une résistance à la déformation et une résistance à la chaleur aux fils, aux câblés ou aux tissus en recourant soit à de l'humidité, soit à de la chaleur. Câblé après durcissement à la chaleur : câblé exposé à une température élevée (par exemple de 120 °C à 260 °C sous tension).

Densité linéaire : poids par unité de longueur exprimé en g/dtex ou en g/d (denier). Écartement(s) : distance réciproque de nappe à nappe au sein d'un câblé torsadé du type à nappes multiples. TASE à un allongement de 1,0 % : déformation à un allongement de 1,0 % exprimée en cN/dtex. Ténacité : force de résistance à la rupture (N) divisé par la densité linéaire (dtex).

Tg : température de transition vitreuse d'un polymère.

Dtex nominale totale d'un câblé : somme des densités linéaires nominales d'un fil (3340 dtex pour un câblé 1670x2).

Torsion : nombre de spires autour de son axe par mètre d'un fil ou d'un câblé (t/m ou tpm).

Fil à module ultraélevé : module d'élasticité en traction supérieur à 100 GPa.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale de câblés conventionnels (technique antérieure) en aramide du type à deux nappes et à trois nappes, respectivement.

La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un câblé hybride conventionnel (technique antérieure) du type à deux nappes, dans laquelle A représente une nappe (un fil) en aramide, B représente une nappe (un fil) en nylon.

La figure 4 est une vue en coupe transversale d’un câblé hybride conventionnel (technique antérieure) du type à trois nappes, dans laquelle A représente une nappe (un fil) en aramide, et B représente une nappe (un fil) en nylon.

Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale de câblés conventionnels (technique antérieure) en nylon du type à deux nappes et à trois nappes, respectivement.

La figure 7 représente l'ouverture des sections transversales du câblé et la pénétration ultérieure par immersion entre les nappes de câblés pour des câblés en aramide du type à deux nappes et à trois nappes, dans laquelle A représente une vue en coupe transversale de câblés en aramide du type à deux nappes et à trois nappes, sous la forme de nappes fermées, B représente une vue en coupe transversale de câblés en aramide du type à deux nappes et à trois nappes, sous la forme de nappes ouvertes, C représente une vue en coupe transversale de câblés en aramide du type à deux nappes et à trois nappes, sous une forme imprégnée par immersion conformément à l'invention, D représente la solution d'immersion renfermant un adhésif (RFL) remplissant les ouvertures entre les nappes et recouvrant la surface des câblés.

La figure 8a est une vue latérale et en coupe transversale d'un câblé conventionnel en aramide du type à deux nappes.

La figure 8b est une vue latérale et en coupe transversale d'un câblé en aramide du type à deux nappes sous la forme ouverte conformément à l'invention (avant l'étape d’immersion).

La figure 9a est une vue latérale et en coupe transversale d’un câblé conventionnel en aramide du type à trois nappes.

La figure 9b est une vue latérale et en coupe transversale d’un câblé en aramide du type à trois nappes sous la forme ouverte conformément à l'invention (avant l'étape d'immersion).

Les figures 10a, 10b, 10c et 10d représentent des vues en coupe transversale de formes fermées et ouvertes de nappes de câblés. D représente le diamètre du câblé et s représente l'écartement (l'ouverture) entre les nappes de câblés.

La figure 11 représente les courbes de contrainte-allongement de câblés en aramide, dans laquelle 1 représente un câblé 1670 dtex/3 en aramide après immersion possédant une torsion Z/S, 320/320 tpm (technique antérieure) possédant une caractéristique linéaire de résistance à la traction, 2 représente un câblé 1670 dtex/3 en aramide possédant une torsion Z/S, 320/280 tpm (soumis à une torsion en retour de 40 tpm dans la direction Z) et après immersion, possédant une caractéristique biélastique de résistance à la traction conformément à l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L’aramide avec son module ultraélevé et sa résistance élevée représente une matière qui résiste très bien à la déformation. Grâce à sa microstructure hautement cristalline, il ne manifeste aucun retrait thermique significatif lorsqu'il est exposé à une température élevée. Sous sa forme tordue à titre de câblé du type à deux nappes ou à trois nappes, il peut être utilisé comme renforcement

dans des bandages pneumatiques et dans des articles mécaniques en caoutchouc tels que des courroies en V (comme on peut le voir dans les figures 1 et 2 K

Le torsion du hi améliore ia résistance à la fatigue de l'aramide en flexion et sous compression, mais réduit en merrie tempe le module ainsi que la résistance.

Des câblés hyhddes en aramide/nylon peuvent être utilisés à titre de renforcement de carcasse dans des bandages pneumatiques du type à nappe radiale destinés à des; aéroplanes et dans des bandages pneumatiques à nappes diagonales destinés à des camions afin de réduire le nombre de nappes et la quantité de caoutchouc (comme en peut le voir dans les figures 3 et 4), En réduisant ie nombre des couches de carcasse (nappes), fèpassseur totale au niveau des flancs est inférieure et le flanc est plus flexible. Par ailleurs, un bandage pneumatique possédant une teneur inférieure en caoutchouc devisait plus léger et plus, froid dans des conditions dynamiques sur base d'une hystérésis du caoutchouc Inférieure.

Des câblés en nylon 6 et en nylon 6.6 du type a deux nappes ou plus (comme on peut le vorr dans les figures 5 et 6) représentent des renforcements bien connus dans des carcasses pour des bandages pneumatiques à nappes radiales deslinés à des aéroplanes et pour des bandages pneumatiques a nappes diagonales destinés à des camions, mass du fait de la résistance inférieure à la rupture (ténacité inférieure) des câblés en nylon, 11 esf nécessaire d'utiliser plusieurs couches de carcasse dans des bandages pneumatiques de ce typé Des contraintes de Cisaillement infedamis'ialre entre de telles couches de carcasse donnent lieu â une accumulation de chaleur et à une élévation de la température, s? bien que l'on esf confronté â êtes séparations précoces des nappes et à des défaillances précoces des bandages pneumatiques.

Conformément à ia présente invention, on peul obtenir des câblés en aramide du type à deux nappes ou plus en l’absence de nappe contenant on quelconque composant à faible module, tel que du nylon, avec des propriétés biélastiques de résistance à la traction (comme on peut ie voir en figure 7). De nouveaux câblés biélastiques en aramide de ce type peuvent être utilisés à titre de renforcement de carcasse dans des bandages pneumatiques do type à nappe radiais al du typa à nappe diagonale avec une durabilité améliorée à grande vitesse et sans aucun aplanissement.

Conformément, à l’invention, le principe de production de base du câblé biélastique en aramide consiste à ouvrir les nappes de câblés et à insérer badbèslf entre les nappes. Le câblé en aramide contenant un pourcentage élevé d'adhésif tel que le RFL entre ses nappes devient extensible avec de faibles forces, et au cours de cette extension, les nappes de câblés en aramide exercent des forces de compression sur sa matière adhesive (RFL) et la compriment. Au cours de ce processus de compression, le câblé subit un allongement avec de faibles forces. Une fols que les nappes de câblés en aramide so sont rapprochées les unes des autres (se sont fermées), le câblé en aramide résisté à l'allongement et ii redevient un câblé à module élevé (comme on peut le voir en figure 11},

Pour pouvoir obtenir une caractéristique biélastique de résistance à la fraction, les nappes dé câblés en aramide peuvent être ouvertes en recourant â différents procédés : ai les câblés écrus en aramide du type à deux nappes ou plus sont durcis à la cbaieui à une température entre 120 :'C et 260 X et apres refroidissement, lis sont soumis à une torsion partielle en retour dans la direction opposée à la torsion du câblé. Au cours de ce processus de torsion en retour, les nappes de câblés sont ouvertes (comme on peut le voir dans tes figures 8a, 8b, 0a, $3b, Ida, 10b, 10c et 10d). Les câblés en aramide avec leurs nappes ouvertes sent a nouveau soumis à une immersion et à un durcissement à la chaleur et, au cours de ces processus, les vides entre les nappes de câblés sont remplis avec la solution d’immersion et la surface externe des nappes de câblés est également recouverte par la solution d'immersion. b) les câblés écrus en aramide du type à deux nappes ou plus sont soumis à une immersion et à un durcissement à la chaleur à une température entre 120 °C et 260 °C et après refroidissement, ils sont soumis à une torsion partielle en retour dans la direction opposée à la torsion du câblé. Au cours de ce processus de torsion en retour, les nappes de câblés sont ouvertes. Les câblés en aramide avec leurs nappes ouvertes sont à nouveau soumis à une immersion et à un durcissement à la chaleur et, au cours de ces processus, les vides entre les nappes de câblés sont remplis avec la solution d’immersion et la surface externe des nappes de câblés est également recouverte avec une quantité supplémentaire de la solution d'immersion. c) les câblés en aramide du type à deux nappes ou plus sont soumis à une compression axiale au cours du processus d’immersion et le câblé avec ses nappes ouvertes sous compression absorbe la solution d'immersion entre les nappes de câblés ouvertes. Après le processus d'immersion, le câblé en aramide, dans lequel la solution d'immersion a pénétré entre les nappes est séché et durci à la chaleur entre 120° et 260 °C.

La caractéristique de biélasticité de résistance à la traction du câblé en aramide peut être modifiée avec le(s) degré(s) d'ouverture des nappes (comme on peut le voir dans les figures 10b et 10d), avec le type de solution d'immersion, avec la teneur en solution d'immersion entre les nappes et avec le degré de durcissement de la solution d'immersion à des températures élevées (dureté de la solution d'immersion).

Conformément à l'invention, le câblé en aramide du type à deux nappes ou plus possède une valeur TASE inférieure à 2,0 cN/dtex à un allongement de 1,0 %, déterminée conformément à la norme ASTM D885-16 et l'écartement (les écartements) entre tes nappes de câblés, qui est (sont) remph(s) avec te solution d'immersion renfermant un adhésif, est (sont) supérleer(s) à 0,1 xD et inférieurs) à 0,5x0.

Les câblés an aramide possédant une valeur TASE à 1,055 supérieure â 2,0 cN/dtex disposent d'une capacité d'extension qui n'est pas suffisante et d'une résistance insuffisante à te fatigue en flexion x«y

De préférence, s est supérieur à 0.2xD et inférieur à 0,4x0.

Conformément à l’invention. l'absorption de la solution d'immersion renfermant un adhésif (DPU) du câblé après immersion est supérieure à 10 % et inférieure à 50 %, de préférence supérieure â 15 % et inférieure à 35 %, en poids.

Une DPU inférieure à 10 % ne permet pas de remplir totalement les ouvertures entre tes nappes de câblés et une DPU supérieure à 50 55 donne heu â des diamètres de câbles trop épars.

Conformément à l'invention, 1e coefficient de torsion du câbtè est supérieur à 10.000 et inférieur à 3.5 000, comme déterminé en se basant sur la formule suivante :

Coefficient de torsion torsion du câblé (tpm) x racine carrée de la valeur dtex nominate totale du câblé pi).

Des câblés dont le coefficient de torsion est inférieur à 10.000 possèdent une résistance insuffisante à la fatigue en flexion et des câblés doré le coefficient de torsion est supérieur à 25.000 possèdent des réductions de modules significatives.

Conformément a l'invention. la densité linéaire nominale futaie du câblé est supérieure à 600 dtex et inférieure à 8 000 dtex.

Les câblés possédant une valeur inférieure à 600 dtex ne sont pas suffisamment efficaces et les câblés possédant une valeur supérieure à 6.000 dtex sont trop épais.

Claims (8)

1. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur possédant au moins deux nappes et possédant un (des) écartement(s) entre lesdites nappes de câblés, dont la valeur TASE est inférieure à 2,0 cN/dtex à un allongement de 1,0 %, caractérisé en ce que l'écartement (les) écartement(s) entre lesdites nappes de câblés représente(nt) plus de 10 % et moins de 50 % du diamètre (D) du câblé.

2. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, dont l'écartement (les) écartement(s) entre les nappes de câblés dudit câblé est (sont) représente(nt) de préférence plus de 20 % et moins de 40 % du diamètre (D) du câblé.

3. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, dont la valeur d'absorption de la solution d'immersion renfermant un adhésif (DPU) dudit câblé est supérieure à 10 % et inférieure à 50 %, en poids.

4. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, dont la valeur d'absorption de la solution d'immersion renfermant un adhésif (DPU) dudit câblé est de préférence supérieure à 15 % et inférieure à 35 %, en poids.

5. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, dont le coefficient de torsion se situe entre 10.000 et 25.000, qui est calculé en se référant à la formule (1).

6. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, dont la densité linéaire nominale totale se situe entre 600 dtex et 6.000 dtex.

7. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, qui est utilisé à titre de renforcement de carcasse dans des bandages pneumatiques du type à nappe radiale et du type à nappes diagonale.

8. Câblé en aramide après immersion et durcissement à la chaleur selon la revendication 1, qui est utilisé à titre de renforcement d'articles mécaniques en caoutchouc.