WO2005113887A1 - Cable metallique pour pneumatique - Google Patents

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WO2005113887A1
WO2005113887A1 PCT/EP2005/005086 EP2005005086W WO2005113887A1 WO 2005113887 A1 WO2005113887 A1 WO 2005113887A1 EP 2005005086 W EP2005005086 W EP 2005005086W WO 2005113887 A1 WO2005113887 A1 WO 2005113887A1
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rubber
tire
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PCT/EP2005/005086
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Henri Barguet
Thibaud Pottier
Denis Alvarez
Christian Signoret
Original Assignee
Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to metallic cables with layers which can be used for the manufacture of tires, in particular for the reinforcement of their beads allowing these tires to be fixed to a vehicle wheel rim.
  • Patent document EP-A-582,196 describes the first tire comprising a crown surmounted by a tread, a crown reinforcement, two sidewalls and two beads, a carcass reinforcement passing through the two sidewalls and anchored by to anchoring means in the beads, in which the carcass reinforcement comprises at least one circumferential alignment of reinforcements (said to be radial) oriented radially, arranged adjacent and practically parallel to each other, aligned circumferentially in at least one circumferential alignment from the beads towards the sides, and in which the means for anchoring these radial reinforcements comprise at least one reinforcement (called anchoring) oriented circumferentially, axially bordering said circumferential alignments of said radial reinforcements and cooperating with an adjacent portion of the carcass reinforcement by means of an appropriate rubber composition (known as old gum rage), at high hardness, in contact with the anchoring reinforcement and the adjacent sections of the first radial reinforcements, and ensuring the transmission of forces between the radial reinforcements and the anchoring reinforcements.
  • the carcass reinforcement
  • the usual method of mounting a "tubeless" tire on a generally monobloc rim and comprising a hollow base consists in passing part of the first bead over the rim flange and placing this part in the hollow base, then pass the rest of the bead over the rim with a slight ovalization of the corresponding bead of the tire, repeat the same operation to pass the second bead over the rim rim.
  • the assembly is then completed by a final step of inflation at a pressure such that it ensures the establishment of the beads on the seats resting on the rim flanges; during this last step the beads can cross "humps" which form an obstacle to the passage of said beads to their respective seats and then prevent the risk of fretting.
  • patent application EP-A-1 277 600 has certainly proposed another, more economical solution, consisting in using, as anchoring gum, a rubber composition of reduced rigidity, having a modulus elasticity between 10 and 20 MPa under a deformation of 10%, and a high creep resistance thanks to a specific formulation.
  • a relatively low rigidity of the anchoring rubber can somewhat affect the road behavior of vehicles fitted with such tires, in particular under sporty driving conditions; this is particularly the case on high-end passenger vehicles whose user wishes a very high level of road behavior, in all circumstances, without compromising on safety, in particular on grip properties, nor on longevity tires.
  • the Applicant has found a new layered cable each having in particular a high torsion (ie very short assembly steps), which makes it possible to improve the existing compromises in terms of tire mountability and road handling, without require modification of the architecture of the lower zone of the beadless tires.
  • a first object of the invention relates to a metal cable with two layers of construction 4 + N comprising an internal layer denoted Cl of 4 wires of diameter di wound together in a helix at a pitch pi, this layer Cl being itself surrounded by an outer layer denoted C2 of N wires of diameter d 2 wound together in a helix at a pitch p 2 , characterized in that said cable also has the following characteristics (d ls d 2 , and p 2 in mm): 0.25 ⁇ d, ⁇ 0.40; 0.25 ⁇ d 2 ⁇ 0.40; 3.5 ⁇ pi ⁇ 7 ⁇ p 2 ⁇ 14.
  • the beads of the bead-less tires are advantageously ovalizable, that is to say deformable in their plane, under industrially acceptable forces; these beads can also be more easily warped, that is to say that their perimeter is more easily deformable, in the axial direction.
  • the invention also relates to the use of such a cable as a reinforcing element for articles or semi-finished products made of plastic and / or rubber intended in particular for any ground connection system of motor vehicles, such as tires. , internal safety supports for tires, wheels, rubber springs, elastomeric joints, other suspension and anti-vibration elements, as well as these semi-finished articles or products themselves.
  • the tires of the invention can be intended for vehicles of the touring type, 4x4, "SUV” (Sport Utility Vehicles), but also for two-wheeled vehicles such as motorcycles, or for industrial vehicles chosen from vans, "Weight - heavy "- ie, metro, bus, road transport equipment (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles -, agricultural or civil engineering equipment, aircraft, other transport or handling vehicles.
  • SUV Sport Utility Vehicles
  • two-wheeled vehicles such as motorcycles
  • industrial vehicles chosen from vans, "Weight - heavy "- ie, metro, bus, road transport equipment (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles -, agricultural or civil engineering equipment, aircraft, other transport or handling vehicles.
  • the cable of the invention can be used for reinforcing a crown reinforcement, a carcass reinforcement or, more preferably, the bead zone of such tires.
  • FIG. 1 and 2 A partial cross-section essentially showing a low zone of a tire without a bead, including in its bead 2 an anchoring zone 5 of a carcass reinforcement 4, according to two alternative embodiments (Fig. 1 and 2);
  • diene elastomer or indistinctly rubber
  • elastomer an elastomer derived at least in part (that is to say a homopolymer or a copolymer) of diene monomer (s) (monomer (s) carrying (s) two carbon-carbon double bonds, conjugated or not)
  • essentially saturated diene elastomer means a diene elastomer derived at least from.
  • conjugated dienes having a rate of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is less than 15% (% by moles); "essentially saturated diene elastomer” a diene elastomer derived at least in part from conjugated diene monomers, having a proportion of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (% by moles); "highly unsaturated diene elastomer” a diene elastomer of the essentially saturated type, having a rate of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 50% (% by moles); "isoprene elastomer” means a homopolymer or a copolymer of isoprene, in other words a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), the various isoprene copolymers and mixtures
  • radial means a direction passing through and normal to the axis of rotation of the tire; this direction may be “radially interior” or “radially exterior” depending on whether it is directed towards the axis of rotation of the tire or towards the exterior of the tire; "reinforcing element” or “reinforcement”, both monofilaments and multifilaments, or assemblies such as cables, twists or any other equivalent type of assembly, and this, whatever the material and the treatment of these reinforcements, for example surface treatment or coating such as exfoliation, or even pre-sizing to promote adhesion to the rubber;
  • circumferentially oriented reinforcement or “circumferential reinforcement”, a reinforcement oriented substantially parallel to the circumferential direction of the tire, that is to say making an angle with this direction not deviating by more than five degrees from the circumferential direction;
  • radially oriented reinforcement means a reinforcement contained substantially in the same axial plane or in a plane forming with an axial plane an angle less than or equal to 10 degrees.
  • the modulus measurements are carried out in tension, unless otherwise indicated according to standard ASTM D 412 of 1998 (test piece “C”): measurement is made at second elongation (that is to say after an accommodation cycle) the true secant modules (or Young's modules) reduced to the real section of the specimen at 10% elongation, noted E10 and expressed in MPa (normal conditions of temperature and hygrometry according to the ASTM D 1349 of 1999).
  • the "static creep rate" corresponds to the variation in deformation, in a given time, for example between 3 and 5 hours of test:
  • the so-called "rheometry” test is an alternating shear test with a deformation of ⁇ 0.2 degrees, a frequency of 100 cycles / min, a temperature of 197 ° C and a duration of 10 min (rheometer from Monsanto) .
  • the test is carried out on a rubber composition disc in the raw state, the evolution during the 10 min of the torque resulting from the shear imposed between the two faces of the disc is recorded and the evolution of the torque after the maximum measured is noted. : if the measured torque remains stable, there is no reversion, that is to say a reduction in the stiffness of the test piece; if the measured torque decreases, there is a reversion.
  • the phenomenon of reversion reflects a reduction in the rigidity of the test piece under the conditions of the test, it is therefore a test of the thermal stability of the mixture at high temperature.
  • the metal cable according to the invention is a cable with two layers of construction 4 + N comprising a core or internal layer (denoted Cl) of 4 wires of diameter di wound together in a helix at a pitch pi, this layer Cl being itself surrounded by an outer layer (denoted C2) of N wires of diameter d 2 wound together in a helix at a pitch p 2 , this cable further having the following characteristics (di, d 2 , pi and p 2 in mm):
  • metal cable is meant here by definition a cable formed of wires made up mainly (that is to say for more than 50% of these wires) or entirely (for 100% of the wires) of a metallic material.
  • the wires of layers C1 and C2 can have an identical or different diameter from one layer to another. Use is preferably made of wires of the same diameter from one layer to another (ie di ⁇ d 2 ), in particular to simplify the wiring process, as shown schematically for example in FIG. 3 appended.
  • the pitch "p" • represents the length, measured parallel to the axis of the cable, at the end of which a wire having this pitch makes a complete revolution around said axis of the cable.
  • pitches pi and p 2 means that, in known manner, the wires of layers C1 and C2 are essentially arranged in two cylindrical (or tubular) layers, adjacent and concentric, so that, at least in the cable at rest, the thickness of the external layer C2 is substantially equal to the diameter of the wires which constitute it; it follows that the cross sections of the internal layer C1 and of the external layer C2, like that of the cable, have an external envelope or an outline (noted for example El and E2 respectively in FIGS. 3 and 4) which is substantially circular .
  • cables with cylindrical or tubular layers must in particular not be confused with cables with so-called “compact” layers, assemblies of wires wound at the same pitch and in the same direction of twist; in such cables, the compactness is such that practically no distinct layer of wires is visible; it follows that the cross section of such cables has a contour which is no longer circular, but polygonal.
  • the layers C1 and C2 are wound in the same direction of twist (either S / S or Z / Z), which has the notable advantage of minimizing the contact pressure between the wires.
  • the layer C2 of the cable of the invention comprises from 8 to 12 wires (8 ⁇ N ⁇ 12), more preferably from 8 to 10 wires (8 ⁇ N ⁇ 10).
  • the external layer C2 is a layer tabular of N wires called "unsaturated” or "incomplete”, that is to say that, by definition, there is enough space in this tubular layer C2 to add at least one (N + 1) th wire of diameter d 2 , several of the N wires possibly being in contact with each other.
  • this tubular layer C2 would be qualified as “saturated” or “complete” if there was not enough room in this layer to add at least one (N + 1) th wire of diameter d 2 .
  • Figure 3 shows schematically, in section perpendicular to the axis of the cable (assumed to be straight and at rest), an example of a preferred cable of construction 4 + 9 (cable noted C-II in the examples which follow).
  • the internal layer C1 formed of four wires 20 wound together in a helix at a pitch pi, is itself surrounded and in contact with an external layer C2 of nine wires 20 wound together in a helix at a pitch p 2 , and therefore d 'thickness substantially equal to the diameter d 2 of said son. It can be seen that the wires 20 are thus arranged in two adjacent and concentric, tubular layers (layer C1 with contour E1 and layer C2 with contour E2).
  • the following characteristics are verified (di, d 2 , pi and p 2 in mm):
  • a treatment may consist of a heat treatment by Joule effect, by static convection or even by induction, carried out directly on the cable, as described in the abovementioned application EP-A-751 015.
  • the invention is preferably implemented with a steel cable, more preferably in perlitic (or ferrito-perlitic) carbon steel designated below by "carbon steel", or in stainless steel (by definition, steel comprising at at least 11% chromium and at least 50% iron) as described for example in applications EP-A-648 891 or WO-A-98/41682.
  • a steel cable more preferably in perlitic (or ferrito-perlitic) carbon steel designated below by "carbon steel”
  • stainless steel by definition, steel comprising at at least 11% chromium and at least 50% iron
  • the metal or steel used may itself be coated with a metallic layer improving, for example, the processing properties of the metallic cable and / or its constituent elements, or the usage properties of the cable and / or tire themselves, such as the properties of adhesion, resistance to corrosion or even resistance to aging.
  • the steel used is covered with a layer of brass (Zn-Cu alloy) or zinc; it is recalled that during the wire manufacturing process, the coating of brass or zinc facilitates the wire drawing, as well as the bonding of the wire with the rubber.
  • the wires could be covered with a thin metallic layer other than brass or zinc, for example having the function of improving the corrosion resistance of these wires and / or their adhesion to rubber, for example a thin layer of Co, Ni, Al, an alloy of two or more of the compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
  • the cables composites of the invention are used for reinforcing tire beads without rod, they are preferably made of carbon steel and have a tensile strength (Rm) greater than 2000 MPa.
  • a person skilled in the art knows how to manufacture steel wires having such a resistance, in particular by adjusting the composition of the steel and the final work hardening rates of these wires, according to his own specific needs, by using for example micro-alloyed carbon steels containing specific addition elements such as Cr, Ni, Co, V, or various other known elements (see for example Research Disclosure 34984 - "Micro-alloyed steel cord constructions for tires” - May 1993 ; Research Disclosure 34054 - "High tensile strength steel cord constructions for tires” - August 1992).
  • carbon steel When carbon steel is used, its carbon content is preferably between 0.1% and 1.2%, especially between 0.5% and 1.1%. It is more preferably between • 0.6% and 1.0% (% by weight of steel), such a content representing a good compromise between the mechanical properties required for the composite and the feasibility of the wires.
  • the cable presently described could be provided with an external hoop, consisting for example of a single wire, metallic or not, wound helically around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer, and a direction of winding opposite or identical to that of this outer layer.
  • an external hoop consisting for example of a single wire, metallic or not, wound helically around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer, and a direction of winding opposite or identical to that of this outer layer.
  • the cable of the invention already self-hooped, generally does not require the use of an external hoop wire, which advantageously solves the problems of wear between the hoop and the wires. of the outermost layer of the cable.
  • the above-described layered cable is manufactured with wiring devices and according to methods well known to those skilled in the art which are not described here for the simplicity of the description. Due to different pitches p and p 2 , it requires two successive operations (manufacture of the first internal layer C 1 then wiring of the second external layer C2 around this layer Cl), these two operations can advantageously be carried out online using two stranding machines (for example Barmag stranding machines) arranged in series.
  • two stranding machines for example Barmag stranding machines
  • the cables according to the invention are particularly intended for reinforcing the bead zones of tires, in particular tires without a solid bead as described in the aforementioned patent documents, by way of cable for anchoring the carcass reinforcement of such tires.
  • such a cable oriented circumferentially, cooperates with an adjacent portion of the carcass reinforcement by means of a diene rubber or elastomer composition (as “anchor rubber”) in contact with said cable. and said carcass reinforcement.
  • anchor rubber a diene rubber or elastomer composition
  • Diene elastomers can be classified in a known manner into two categories, those called essentially unsaturated and those called essentially saturated.
  • butyl rubbers or copolymers of dienes and alpha-olefins of the EPDM type fall within the definition of essentially saturated diene elastomers (rate of units of diene origin low or very low, always clearly less than 15%).
  • the diene elastomer is chosen in particular from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), the different butadiene copolymers, the different isoprene copolymers, and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers are more preferably chosen from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), whether the latter are prepared by emulsion polymerization (ESBR) as in solution (SSBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-butadiene-styrene copolymers (SBIR).
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SIR isoprene-styrene copolymers
  • SBIR isoprene-butadiene-styrene copolymers
  • At least one isoprene elastomer is used, even more preferably natural rubber or a synthetic polyisoprene of the cis-1,4 type; among these synthetic polyisoprenes, polyisoprenes are preferably used having a rate (mol%) of cis-1,4 bonds greater than 90%, more preferably still greater than 98%.
  • the isoprene elastomer can be used alone or in combination with other diene elastomers, in particular SBR and / or BR elastomers as mentioned above, whether the isoprene elastomer is present in the majority or not among all of the diene elastomers used .
  • an SBR copolymer having a Tg glass transition temperature, measured according to ASTM D3418 included preferably between -70 ° C and -10 ° C, whether prepared in emulsion (E-SBR) or in solution (S-SBR), in a proportion of 0 to 70 phr (parts by weight per hundred parts of 'elastomer), the rest (30 to 100 phr) being constituted by the isoprene elastomer.
  • E-SBR emulsion
  • S-SBR solution
  • an SSBR is then used.
  • Said SBRs may also be combined with a BR preferably having more than 90% (mol%) of cis-1,4 bonds, said BR having a Tg preferably between -110 ° C and -50 ° C.
  • diene elastomer (s) can be used in combination with any type of synthetic elastomer other than diene, or even with polymers other than elastomers, for example thermoplastic polymers.
  • Such a composition also comprises all the usual constituents usually used in rubber dies intended in particular for the manufacture of low areas of tires, such as for example reinforcing fillers such as carbon black or inorganic fillers such as silica, coupling agents for inorganic charge, anti-aging agents, antioxidants, plasticizing agents or extension oils, whether the latter are of aromatic or non-aromatic nature (in particular very weak or non-aromatic oils, for example naphthenic or paraffinic type, high or preferably low viscosity, MES or TDAE oils), agents facilitating the implementation (processability) of the compositions in the raw state, stearamides, tackifying resins, a crosslinking system based either on sulfur or on sulfur and / or peroxide donors, accelerators, activators or retardat their vulcanization, anti-reversion agents such as for example sodium hexathiosulfonate or N, N'-m-phenylene-biscitraconimide, methylene acceptors and donors, rein
  • Creep resistance is essential to obtain a solid and durable anchoring of carcass reinforcements in the beads and the thermal stability at high temperature is also important because of the very severe thermal conditions which certain tire beads, in particular tires, can undergo. tires for heavy vehicles, road or not.
  • the anchoring rubber supports without breaking a static creep stress at 150 ° C under an initial stress of 2.35 MPa for at least 5 hours; more preferably, its static creep rate at 150 ° C, under an initial stress of 2.35 MPa, remains below 2.10 "3 / min between 3 and 5 hours of stress.
  • said rubber has a rate of reversion, after 10 min at 197 ° C., which is less than 10% and more preferably less than 5%.
  • the crosslinking system is preferably a vulcanization system based on sulfur and a vulcanization accelerator.
  • Any compound capable of acting as a vulcanization accelerator for diene elastomers in the presence of sulfur can be used, in particular those chosen from the group consisting of 2-mercaptobenzothiazyl disulfide (abbreviated to "MBTS”), N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide (abbreviated “CBS”), N, N-dicyclohexyl- 2-benzothiazyle sulfenamide (abbreviated "DCBS”), N-ter-butyl-2-benzothiazyl sulfenamide (abbreviated "TBBS”), N-ter-butyl -2-benzothiazyle sulfenimide (abbreviated "TBSI”) and mixtures of these compounds.
  • a primary accelerator of the sulfenamide type is used.
  • vulcanization activators such as zinc oxide, stearic acid, guanidine derivatives (e.g. diphenylguanidine), etc.
  • Sulfur is used at a preferential rate of between 3 and 15 phr (parts by weight per hundred parts of elastomer), more preferably between 5 and 12 phr.
  • the primary accelerator vulcanization for example a sulfenamide, is used at a preferential rate of between 0.5 and 7 phr, more preferably between 1 and 5 phr.
  • the level of reinforcing filler for example carbon black or inorganic reinforcing filler such as silica, is preferably greater than 50 phr, for example between 60 and 140 phr. It is more preferably greater than 70 phr, for example between 70 and 120 phr.
  • carbon blacks all carbon blacks are suitable, in particular blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tires (so-called pneumatic grade blacks).
  • HAF HAF
  • ISAF SAF type conventionally used in tires
  • pneumatic grade blacks there may be mentioned more particularly the reinforcing carbon blacks of the 100, 200 or 300 series (ASTM grades), such as, for example, the blacks NI 15, NI 34, N234, N326, N330, N339, N347, N375, or else , depending on the intended applications, the blacks of higher series (for example N660, N683, N772).
  • mineral fillers of the siliceous type in particular silica (Si (2), or of the aluminous type, in particular of alumina (AI2O3) are suitable.
  • the silica used can be any reinforcing silica known to those skilled in the art, in particular any precipitated or pyrogenic silica having a BET surface as well as a CTAB specific surface, both less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g.
  • HD highly dispersible precipitated silicas
  • Ultrasil 7000 and Ultrasil 7005 silicas from the company Degussa
  • Zeosil 1165MP, 1135MP and 1115MP silicas from the company Rhodia the Hi-Sil EZ150G silica from PPG
  • Zeopol 8715, 8745 and 8755 silicas from Huber.
  • reinforcing aluminas examples include "Baikalox”"Al25” or “CRI 25” aluminas from the company Baikowski, "APA-100RDX” from Condea, "Aluminoxid C” from Degussa or “AKP-G015" from Sumitomo Chemicals.
  • an at least bifunctional coupling agent intended in known manner to ensure a sufficient connection, of chemical and / or physical nature, between the inorganic filler (surface of its particles) and the diene elastomer, in particular organosilanes or bifunctional polyorganosiloxanes.
  • the rubber composition or matrix has the preferential characteristic of having, in the vulcanized state, a secant module in extension, at 10% elongation (denoted ElO), which is greater than 20 MPa, more preferably greater than 30 MPa. It is in these areas of rigidity, in particular between 40 and 70 MPa, that the best compromise in performance has been observed. In the case of the strongest rigidities, the composition of.
  • rubber may advantageously comprise an additional reinforcing resin consisting for example of a methylene acceptor such as a formophenolic resin, at a preferential rate of between 3 and 15 phr, more preferably of between 5 and 12 phr, and a methylene donor such than hexamethylenetetramine (“HMT”) or even hexamethoxy-methyl melamine (“H3M”), at a preferential rate of between 1 and 10 phr, more preferably of between 3 and 7 phr.
  • a methylene acceptor such as a formophenolic resin
  • HMT hexamethylenetetramine
  • H3M hexamethoxy-methyl melamine
  • the cable of the invention can also be used with an anchoring rubber of reduced rigidity, in particular having a modulus of elasticity of between 10 and 20 MPa, as described for example in patent application EP-A-1 277 600 supra.
  • the cable of the invention is advantageously usable for reinforcing a tire, in the form of a metal / rubber composite.
  • a composite can be in various forms, for example in the form of a sheet, strip, strip or series of strips, other rubber blocks of various shapes and dimensions depending on the intended applications, in which are incorporated or with which cooperate 4 + N cables previously described.
  • the final adhesion between the metal and the rubber composition is obtained in a known manner after curing the finished article, for example the tire, comprising the composite.
  • this cooking is carried out under pressure.
  • Such a composite preferably constitutes part of a bead zone of a tire devoid of a conventional solid bead, said part of bead zone being intended to ensure the anchoring of the carcass reinforcement of said tire.
  • Such a beadless tire as described for example in its general construction in documents EP-A-582,196, EP-A-664,231, EP-A-664,232, EP-A-664,233, WO-A- 98/54006 or WO-A-2004/009380 mentioned above, generally comprises a crown surmounted by a tread, a crown reinforcement, a carcass reinforcement passing through the sides and joining two beads designed to be mounted on a rim of vehicle wheel.
  • Said carcass reinforcement comprises first reinforcements (or “radial reinforcements”) arranged adjacent and practically parallel to each other, circumferentially aligned in at least one circumferential alignment from at least one of said beads towards one of said flanks and anchored in said bead, the latter comprising an anchoring zone allowing the carcass reinforcement to be held and comprising at least one second reinforcement (“anchoring reinforcement” or “anchoring cable”) oriented circumferentially cooperating with a portion adjacent to the carcass reinforcement via a composition of rubber (or “anchor rubber”) in contact with the anchor reinforcement and the adjacent sections of the first radial reinforcements.
  • the cable and the anchoring rubber are as defined in paragraphs II-1 and II-2 above.
  • the above radial reinforcements are, for example, textile cords made of polyester (for example PET HMLS), PEN, rayon or other cellulose, Nylon, aramid or else of hybrid material (for example aramid / Nylon).
  • FIG. 1 in partial cross-section, a bead and a sidewall of such a tire, in which the conventional anchoring, by inversion of the carcass reinforcement around a massive rod, is remembered replaced by an arrangement in which there is arranged adjacent to the structure of radial reinforcements, circumferential anchoring cables, the whole being embedded in a rubbery mixture or anchoring rubber.
  • This tire comprises a sidewall 1 adjacent to a bead 2.
  • a carcass reinforcement 3 extends circumferentially from the bead 2 towards the sidewall 1 and comprises, in the example presented, a circumferential alignment of first radial reinforcements 4.
  • This carcass reinforcement 3 can be arranged continuously from one bead to the other, passing through the sidewalls and the top of the tire, or else, it may comprise two or more parts, arranged for example along the sidewalls, in particular without covering the entire Mountain peak.
  • the radial reinforcements 4, for example here textile cables made of PET HMLS, are oriented radially in the beads and the sides, and are anchored in an anchoring zone 5 of the bead 2.
  • the anchoring zone 5 preferably comprises two circumferential rolls or “stacks" 6a and 6b of second reinforcements or anchoring cables 7 arranged on either side of the section 4a of the first adjacent radial reinforcements 4, said stacks 6a and 6b cooperating with an anchor rubber 8 in which they are incorporated.
  • This anchoring rubber 8 completely envelops the section 4a of the radial reinforcements 4, and the circumferential windings or piles 6a and 6b of anchoring cable 7, in order to securely anchor the section 4a of the radial reinforcements 4 in the anchoring zone 5 of the bead 2 and take up the forces undergone by the first reinforcements 4 due in particular to the inflation pressure of the tire.
  • the batteries 6 can be produced for example by juxtaposition of several circumferential elements of different cables 7, or by winding (substantially at zero degrees) in a spiral of a single cable 7, the turns being of course, in any case, not contiguous.
  • the anchoring cable 7 is a cable with two layers of construction 4 + 9 as illustrated in FIG. 3, according to the invention. The total number of these cables or windings of the same cable is for example included in a range from 10 to 25 approximately, for the two batteries 6a and 6b combined.
  • the average inter-cable (or inter-winding) distance is of the order of 0.3 mm; the minimum distance (to avoid direct contact between textile and metal) separating the section 4a and each of the two stacks 6a and 6b is between 0.5 and 0.8 mm.
  • the first reinforcements 4 of this tire bead are therefore in contact with two different rubber mixtures, the anchoring rubber 8 in the anchoring zone 5 and the mixture 12 radially externally.
  • the anchoring rubber has as preferential mechanical characteristic an elasticity modulus (ElO) greater than 20 MPa while the mixture 12 has a lower rigidity, with a modulus between 3 and 10 MPa.
  • the anchoring rubber 8 is the only rubber mixture in contact with the first 4 and second 7 reinforcements. This anchoring rubber gives this structure excellent mechanical resistance to the stresses undergone during inflation of the tire and during rolling.
  • FIG. 1 commented above shows only one preferred example of an anchoring structure for the lower zone of a tire using the cable according to the invention.
  • anchoring zones 5 comprising three anchoring stacks 6a, 6b and 6c, on either side of the section 4a of the radial reinforcements 4, or even more than three piles.
  • Figure 2 shows schematically a partial cross section of another possible example of a tire whose anchoring zone 5 comprises the same anchoring rubber 8 but three circumferential piles 6a, 6b and 6c of anchoring cable 7 of construction 4+ 9, according to the invention.
  • the total number of these cables is for example in a range from 15 to 30 approximately, for the three batteries 6a, 6b and 6c combined.
  • the average inter-cable (or inter-winding) distance is of the order of 0.3 mm
  • the average inter-battery distance between batteries 6b and 6c in this figure 2) is order of 0.5 mm
  • the minimum distance (to avoid direct contact between textile and metal) separating the section 4a and each of the two stacks 6a and 6b is between 0.5 and 0.8 mm.
  • tire of the invention will consist, for example, in the use of several sections 4a of radial reinforcements 4 in the anchoring zone 5 of the bead 2, or of several alignments 4 of radial reinforcements in the same carcass reinforcement 3, including in the flank 1, or even of several carcass reinforcements 3 in this flank 1.
  • Another possible variant embodiment will consist of a non-linear anchoring as described in the aforementioned application WO-A-2004/009380.
  • the individual radial reinforcements 4 could of course be replaced by groups of several parallel radial reinforcements, grouped together for example in the form of rubberized strips reinforced by said radial reinforcements, as described for example in application EP-A-919 406.
  • the manufacture of the tires according to the invention can advantageously be carried out according to a process involving little or no transformation of shapes in the raw state.
  • the blank of the future tire can be assembled on a rigid core imposing the shape of its internal cavity. All the individual components of the tire are applied to this core, in the order required by the final architecture, which are arranged directly in their final place, no portion of the tire being subsequently moved or folded against another, as c 'is generally the case in conventional assembly methods.
  • cables with cylindrical layers of different constructions are used, 4 + 9 and 2 + 7, whether or not conforming to the invention depending on the case, consisting of fine carbon steel wires coated with brass.
  • the carbon steel wires are prepared in a known manner, starting for example from machine wires (diameter 5 to 6 mm) which are first worked cold, by rolling and / or drawing, to a neighboring intermediate diameter. of 1 mm, or starting directly from intermediate commercial wires whose diameter is close to 1 mm.
  • the steel used is a carbon steel of the high resistance type (known as HT for "High Tensile"), the carbon content of which is approximately 0.82%, comprising approximately 0.5% of manganese, the remainder consisting of iron and usual unavoidable impurities linked to the steel manufacturing process (for example, silicon contents: 0.25%; phosphorus: 0.01%; sulfur: 0.01%; chromium: 0.11%; nickel: 0.03%; copper: 0.01% ; aluminum: 0.005%; nitrogen: 0.003%).
  • HT High Tensile
  • the wires of intermediate diameter undergo a degreasing and / or pickling treatment, before their further processing.
  • a so-called “final” work hardening is carried out on each wire (ie, after the last patenting heat treatment), by cold wire drawing in a humid environment with a wire drawing lubricant which present for example in the form of an aqueous emulsion or dispersion.
  • the wires thus prepared (referenced 20 in FIGS. 3 and 4), all of diameter equal to approximately 0.35 mm, have the following mechanical properties:
  • the construction cables [4 + 9], denoted CI to C-III, are non-hooped cables (without external hoop wire) and formed of thirteen wires 20 in total, as illustrated in FIG. 3. They have an internal layer Cl of four wires 20 wound together in a helix (direction S) according to the pitch Pi, this layer Cl being in contact with an outer cylindrical layer of nine wires 20 themselves wound together in a helix (direction S) around the core , according to step p 2 .
  • cables C-II and C-III are in accordance with the invention, with short pitches p and p 2 which verify the relations 4.0 ⁇ pi ⁇ 7 and 8 ⁇ p 2 ⁇ 14 mentioned above.
  • the total elongation At of the cable C-II which is not treated as "large elongation", unlike the control cable CI, is advantageously greater than 3.0%.
  • the cable C-III of the same construction as the cable C-II, has undergone in addition a large-elongation treatment, which gives it a very high functional elongation Af and a total elongation At, since both are greater than 6.0%.
  • This treatment consisted in heating the cable continuously during its travel, by induction under a protective atmosphere (for example hydrogen); the heating time was about 0.1 seconds, the processing temperature 450 ° C. After heating, the cable was cooled under a protective atmosphere (H 2 ) and then wound on a reel.
  • a protective atmosphere for example hydrogen
  • cables C-II and C-III in accordance with the invention advantageously verify the following preferential relationships (d ls d 2 , pi and p 2 in mm):
  • the two other control cables, of construction 2 + 7, denoted C-IV and CV, also not shrouded they are formed of nine wires 20 in total, as illustrated in FIG. 4. They have an internal layer C1 of two wires 20 wound together in a helix (direction S) according to the pitch pi, this core being in contact with a cylindrical outer layer of seven wires 20 themselves wound together in a helix (direction S) around the core, according to the pitch p 2 .
  • the anchoring cables CI and C-II on the one hand, C-IV and CV on the other hand are associated with the same anchoring rubber, with high rigidity in the baked state ( ElO module equal to approximately 55 MPa).
  • This anchor gum is a known composition based on diene elastomer (50/50 blend of NR and SSBR having a Tg of approximately -50 ° C.), and of carbon black (approximately 75 phr) as reinforcing filler.
  • It essentially comprises, in addition, an antioxidant (approximately 2 phr), a reinforcing resin (approximately 10 phr of formophenolic resin and 5 phr of H3M methylene donor), a metal salt (approximately 4 phr of cobalt naphthenate) as adhesion promoter with respect to the metal, finally a vulcanization system (approximately 9 phr of sulfur, 1.5 phr of accelerator, 9 phr of ZnO and 1.5 phr of stearic acid).
  • an antioxidant approximately 2 phr
  • a reinforcing resin approximately 10 phr of formophenolic resin and 5 phr of H3M methylene donor
  • a metal salt approximately 4 phr of cobalt naphthenate
  • the above cables and rubber anchors are used as an anchoring structure for a tire carcass reinforcement without a radial carcass bead, of dimension 225/45 RI 7 (speed index Y), conventionally manufactured and in all identical points except the construction of their anchoring zone 5.
  • These tires comprise, in a known manner, a crown surmounted by a tread, a crown reinforcement and, now referring for example to the numberings of FIGS. 1 or 2, two sidewalls 1 and two beads 2, a carcass reinforcement 3 passing in the two sides 2 and anchored by anchoring means 5 (6a, 6b, 8) in the two beads 2.
  • the carcass reinforcement 3 comprises at least one circumferential alignment of radial reinforcements 4, arranged adjacent to each other and practically parallel to each other, circumferentially aligned in at least one circumferential alignment from at least one of said beads 2 to one of said sides 1.
  • the anchoring means 5 (6a, 6b, 8) of said radial reinforcements 4 in at least one bead 2 comprises at least one cable anchor 7 oriented circumferentially, axially bordering said circumferential alignments of the radial reinforcements 4 and cooperate with an adjacent portion of the carcass reinforcement 3 by means of an anchor rubber 8 in contact with the anchor cable 7 and the adjacent sections 4a of the first radial reinforcements 4.
  • the anchoring cables 7 used in these tires are the cables CI and C-II on the one hand, C-IV and CV on the other hand, from table 1.
  • the tires marked P-I, P-II, P-IV and P-V correspond respectively to cables C-I, C-II, C-IV and C-V. More precisely, they have a low zone as shown diagrammatically in FIG. 1 with regard to the tires PI and P-II, with only 2 anchoring piles 6a and 6b comprising a total of 15 cable windings 7, or in FIG. 2 as regards P-IV and PV tires, in this case 3 anchor stacks 6a, 6b and 6c comprising a total of 21 cable windings 7.
  • the anchor cables are arranged according to a circumferential direction, parallel to each other, distant from each other by about 0.3 mm.
  • Rolling endurance is assessed by a very long running test (40,000 km) on an automatic rolling machine, under a very high load (overload compared to the nominal load) and at the same speed, during a preset number of kilometers. If the tire reaches the end of the test without destruction, a maximum score of 100 is assigned to it; otherwise, his rating is reduced in proportion to the mileage covered before destruction.
  • the endurance in high speed driving is assessed by subjecting each envelope to a progressive increase in speed, according to determined stages, up to a previously fixed speed limit (greater than 300 km / h). If the tire reaches the end of the test without destruction, a maximum score of 100 is assigned to it; otherwise, his rating is reduced in proportion to the mileage covered before destruction.
  • a mountability test is carried out in which the tire casing (not mounted on its rim) is progressively and radially crushed in order to assess its aptitude for ovalization, that is to say its deformability in its own plane.
  • the test is voluntarily carried out under very severe deformation conditions, until a buckling of the bead structure is obtained and the appearance of at least one permanent deformation (bump visible to the naked eye) on the outside of the low tire area.
  • a relative value equal to 100 is retained for the control tire serving as a reference for the test (here, tire P-I), a higher value indicating improved performance.
  • the tire P-II shows a rolling endurance at least equal to that of the control tires (P-I, P-IV and P-V).
  • tires reinforced with the cable according to the invention can thus be produced in a simpler and faster manner.
  • anchor rubbers with high hardness, which are also favorable to the road behavior of vehicles, without necessarily going through the use of cables treated with great elongation.

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Abstract

Câble métallique à deux couches de construction 4+N comportant une couche interne notée C1 de 4 fils de diamètre d1 enroulés ensemble en hélice selon un pas p1, cette couche C1 étant elle-même entourée d'une couche externe notée C2 de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, caractérisé en ce que ledit câble présente en outre les caractéristiques suivantes (dl, d2, p1 et p2 en mm): - 0,25<d1<0,40 ; - 0,25<d2 <0,40 ; - 3,5<pl<7<p2<14. Un tel câble, de construction préférentielle 4+9, est notamment utilisable pour le renforcement des pneumatiques, en particulier comme moyen d'ancrage d'une armature de carcasse de pneumatique sans tringle massive.

Description

CABLE METALLIQUE POUR PNEUMATIQUE
La présente invention est relative aux câbles métalliques à couches utilisables pour la fabrication des pneumatiques, en particulier pour le renforcement de leurs bourrelets permettant de fixer ces pneumatiques sur une jante de roue de véhicule.
Le document de brevet EP-A-582 196 a décrit le premier un pneumatique comportant un sommet surmontée d'une bande de roulement, une armature de sommet, deux flancs et deux bourrelets, une armature de carcasse passant dans les deux flancs et ancrée grâce à des moyens d'ancrage dans les bourrelets, dans lequel l'armature de carcasse comprend au moins un alignement circonférentiel de renforts (dits radiaux) orientés radialement, disposés de façon adjacente et pratiquement parallèles les uns aux autres, alignés circonférentiellement en au moins un alignement circonférentiel depuis les bourrelets vers les flancs, et dans lequel les moyens d'ancrage de ces renforts radiaux comprennent au moins un renfort (dit d'ancrage) orienté circonférentiellement, bordant axialement lesdits alignements circonférentiels desdits renforts radiaux et coopérant avec une portion adjacente de l'armature de carcasse par l'intermédiaire d'une composition de caoutchouc appropriée (dite gomme d'ancrage), à dureté élevée, en contact avec le renfort d'ancrage et les tronçons adjacents des premiers renforts radiaux, et assurant la transmission des efforts entre les renforts radiaux et les renforts d'ancrage. Pour la description détaillée de tels pneumatiques dits « sans tringle » car dépourvus de tringle conventionnelle massive, de diamètre relativement élevé, autour de laquelle s'enroule usuellement l'armature de carcasse, on pourra se reporter également, à titre d'exemples, aux documents de brevet EP-A-664 231, EP-A-664 232, EP-A-664 233 (ou US- A-5 660 656), WO-A-98/54006 ou WO-A-2004/009380.
Si cette nouvelle architecture de zone basse de pneumatique a certes donné d'excellents résultats, notamment en endurance, il a été cependant constaté que la forte rigidité des bourrelets pouvait entraîner des difficultés lors du montage et/ou démontage des pneumatiques, notamment lors d'opérations manuelles, ce problème étant particulièrement vrai pour des pneumatiques de grandes dimensions tels que par exemple des pneumatiques pour véhicules Poids-lourd.
On rappelle ici que le procédé de montage usuel d'un pneumatique "tubeless" sur une jante généralement monobloc et comportant une base creuse, consiste à faire passer une partie du premier bourrelet par-dessus le rebord de jante et à placer cette partie dans la base creuse, à faire passer alors le reste du bourrelet par-dessus le rebord grâce à une légère ovalisation du bourrelet correspondant du pneumatique, à répéter la même opération pour faire passer le second bourrelet par-dessus le rebord de la jante. Le montage est ensuite terminé par une étape finale de gonflage à une pression telle qu'elle assure la mise en place des bourrelets sur les sièges en appui sur les rebords de jante ; durant cette dernière étape les bourrelets peuvent franchir des "humps" qui forment un obstacle au passage desdits bourrelets jusqu'à leur siège respectif et préviennent ensuite les risques de déjantage.
Pour pallier ce problème de montabilité, on a proposé tout d'abord, selon l'enseignement du document de brevet EP-A-751 015 (ou US-A-5 702 548), l'emploi de câbles d'ancrage à allongement non-structural élevé, notamment des câbles à couches de construction (2+7) ou (3+8), ayant subi un traitement thermique spécifique. Ces câbles dits du type "grand- allongement" sont caractérisés, avant et après cuisson du pneumatique, par un allongement fonctionnel (somme de leur allongement élastique Ae et de leur allongement plastique Ap) particulièrement élevé, supérieur à 4%. Toutefois, un tel allongement est obtenu au prix d'un traitement thermique dit de recuit de restauration, conduit à basse température comprise entre 250°C et Acj (température correspondant à une transformation de la structure cristalline de l'acier), qui présente l'inconvénient d'être relativement complexe et coûteux.
Toujours pour pallier ce problème de montabilité, la demande de brevet EP-A-1 277 600 a certes proposé une autre solution, plus économique, consistant à utiliser à titre de gomme d'ancrage une composition de caoutchouc à rigidité réduite, présentant un module d'élasticité compris entre 10 et 20 MPa sous une déformation de 10%, et une résistance au fluage élevée grâce à une formulation spécifique. On constate toutefois aujourd'hui qu'une rigidité relativement faible de la gomme d'ancrage peut affecter quelque peu le comportement routier de véhicules équipés de tels pneumatiques, notamment sous des conditions de roulage sportives ; c'est notamment le cas sur des véhicules de tourisme de haut de gamme dont l'usager souhaite un très haut niveau de comportement routier, en toutes circonstances, sans compromis sur la sécurité, notamment sur les propriétés d'adhérence, ni sur la longévité des pneumatiques.
Poursuivant ses recherches, la Demanderesse a trouvé un nouveau câble à couches présentant notamment chacune une torsion élevée (soit des pas d'assemblage très courts), qui permet d'améliorer les compromis existants en terme de montabilité des pneumatiques et de comportement routier, sans nécessiter de modification de l'architecture de la zone basse des pneumatiques sans tringle.
En conséquence, un premier objet de l'invention concerne un câble métallique à deux couches de construction 4+N comportant une couche interne notée Cl de 4 fils de diamètre di enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, cette couche Cl étant elle-même entourée d'une couche externe notée C2 de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, caractérisé en ce que ledit câble présente en outre les caractéristiques suivantes (dls d2,
Figure imgf000004_0001
et p2 en mm) : 0,25 < d, < 0,40 ; 0,25 < d2 < 0,40 ; 3,5 < pi < 7 < p2 < 14.
Grâce à ce câble spécifique, les bourrelets des pneus sans tringle sont avantageusement ovalisables, c'est-à-dire déformables dans leur plan, sous des efforts acceptables industriellement ; ces bourrelets peuvent être en outre plus facilement gauchis, c'est-à-dire que leur périmètre est plus aisément déformable, selon la direction axiale. Ces propriétés améliorent très sensiblement l'aptitude du pneumatique de l'invention à l'ovalisation et donc sa montabilité ; il est désormais possible d'utiliser des gommes d'ancrage à dureté élevée, favorables au comportement routier, sans passer nécessairement par l'emploi de câbles traités "grand-allongement" .
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel câble comme élément de renforcement d'articles ou de produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc destinés notamment à tout système de liaison au sol des véhicules automobiles, tels que pneumatiques, appuis internes de sécurité pour pneumatiques, roues, ressorts en caoutchouc, articulations élastomériques, autres éléments de suspension et anti-vibratoire, ainsi que ces articles ou produits semi-fini eux-mêmes.
Les pneumatiques de l'invention peuvent être destinés à des véhicules du type tourisme, 4x4, "SUV" (Sport Utility Vehicles), mais également à des véhicules deux-roues tels que motos, ou à des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, avions, autres véhicules de transport ou de manutention.
A titre d'exemple d'application préférentielle, la câble de l'invention peut être utilisé pour le renforcement d'une armature de sommet, d'une armature de carcasse ou encore, plus préférentiellement, de la zone bourrelet de tels pneumatiques.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 4 relatives à ces exemples qui schématisent, respectivement :
- une coupe transversale partielle montrant essentiellement une zone basse d'un pneumatique sans tringle, comportant notamment dans son bourrelet 2 une zone d'ancrage 5 d'une armature de carcasse 4, selon deux variantes de réalisation (Fig. 1 et 2) ;
- une coupe transversale de câbles de constructions 4+9 (Fig. 3) et 2+7 (Fig. 4) utilisables dans ladite zone d'ancrage. I. DÉFINITIONS ET TESTS
1-1. Définitions
Dans la présente demande, on entend de manière connue par :
- "axiale", une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique ; cette direction peut être "axialement intérieure" lorsqu'elle est dirigée vers l'intérieur du pneumatique et "axialement extérieure" lorsqu'elle est dirigée vers l'extérieur du pneumatique ;
- "bourrelet", la portion du pneumatique adjacente radialement intérieurement au flanc et dont la base est destinée à être montée sur un siège de jante d'une roue de véhicule ; "élastomère (ou indistinctement caoutchouc) diénique", un élastomère issu au moins en partie (c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère) de monomère(s) diène(s) (monomère(s) porteur(s) de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non) ; "élastomère diénique essentiellement saturé" un élastomère diénique issu au moins en . partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est inférieur à 15% (% en moles) ; "élastomère diénique essentiellement saturé" un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles) ; "élastomère diénique fortement insaturé" un élastomère diénique du type essentiellement saturé, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50% (% en moles) ; "élastomère isoprénique", un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères ;
- "flanc", la portion du pneumatique, le plus souvent de faible rigidité de flexion, située entre le sommet et le bourrelet ; "radiale", une direction passant par l'axe de rotation du pneumatique et normale à celui- ci ; cette direction peut être "radialement intérieure" ou "radialement extérieure" selon qu'elle se dirige vers l'axe de rotation du pneumatique ou vers l'extérieur du pneumatique ; "élément de renforcement" ou "renfort", aussi bien des monofilaments que des multifilaments, ou des assemblages comme des câbles, des retors ou bien encore n'importe quel type d'assemblage équivalent, et ceci, quels que soient la matière et le traitement de ces renforts, par exemple traitement de surface ou enrobage tel que gommage, ou encore préencollage pour favoriser l'adhésion sur le caoutchouc ;
- "renfort orienté circonférentiellement" ou "renfort circonférentiel", un renfort orienté sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle du pneumatique, c'est-à-dire faisant avec cette direction un angle ne s'écartant pas de plus de cinq degrés de la direction circonférentielle ;
- "renfort orienté radialement". ou "renfort radial", un renfort contenu sensiblement dans un même plan axial ou dans un plan faisant avec un plan axial un angle inférieur ou égal à 10 degrés.
1-2. Tests
A) Mesures dynamométriques
Pour ce qui concerne les fils et câbles métalliques, les mesures de force à la rupture notée Fm (charge maximale en N), de résistance à la rupture notée Rm (en MPa) et d'allongement à la rupture noté At (allongement total en %) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984.
En ce qui concerne les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en traction, sauf indication contraire selon la norme ASTM D 412 de 1998 (éprouvette "C") : on mesure en seconde élongation (c'est-à-dire après un cycle d'accommodation) les modules sécants vrais (ou modules d'Young) ramenés à la section réelle de l'éprouvette à 10% d'allongement, notés E10 et exprimés en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999).
B) Test de fluage statique
Le test dit "de fluage statique" est un test dans lequel on prépare des éprouvettes de composition de caoutchouc dont la partie utile a une longueur de 70 mm, une largeur de 5 mm et une épaisseur de 2,5 mm (ces éprouvettes sont découpées dans des plaques vulcanisées d'épaisseur 2,5 mm) ; on met en place les éprouvettes dans une étuve à 150°C et on leur accroche immédiatement une masse de 3 kg ; le test s'effectue ainsi avec une contrainte initiale de : = 2,35 MPa
avec M : masse appliquée, g : accélération de la pesanteur et S0 section initiale de l'éprouvette de mesure ; on mesure en fonction du temps l'allongement de la partie utile de l'éprouvette ; le "taux de fluage statique" correspond à la variation de déformation, dans un temps donné, par exemple entre 3 et 5 heures de test :
Aε_ τ ≈ - Δt avec : Δε ≈ ε(t2) - ε(tι) variation de la déformation mesurée pendant Δt = t2 - ti en minutes (min).
C) Test de rhéométrie
Le test dit "de rhéométrie" est un test de cisaillement alterné à une déformation de ± 0,2 degrés, une fréquence de 100 cycles/min, une température de 197°C et une durée de 10 min (rhéomètre de la société Monsanto). Le test est réalisé sur un disque de composition de caoutchouc à l'état cru, on enregistre l'évolution pendant les 10 min du couple résultant du cisaillement imposé entre les deux faces du disque et on note l'évolution du couple après le maximum mesuré : si le couple mesuré reste stable, il n'y a pas de réversion, c'est-à-dire de diminution de la raideur de l'éprouvette ; si le couple mesuré diminue, il y a une réversion. Le phénomène de réversion traduit une diminution de la rigidité de l'éprouvette dans les conditions du test, c'est donc un test de la stabilité thermique du mélange à haute température.
On note r = Cma ιo χ l 0o CV le taux de réversion à l'issue du test ; Cmax est le couple maximum mesuré et Cio est le couple mesuré après 10 min.
II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse.
H-l. Câble à couches 4+N
Le câble métallique selon l'invention est un câble à deux couches de construction 4+N comportant un noyau ou couche interne (notée Cl) de 4 fils de diamètre di enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, cette couche Cl étant elle-même entourée d'une couche externe (notée C2) de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, ce câble présentant en outre les caractéristiques suivantes (di, d2, pi et p2 en mm) :
0,25 < di < 0,40 ; 0,25 < d2 < 0,40 ; 3,5 < Pl < 7 < p2 < 14. Toutes les caractéristiques ci-dessus sont bien entendu mesurées lorsque le câble est au repos et son axe rectiligne.
Par câble métallique, on entend ici par définition un câble formé de fils constitués majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% de ces fils) ou intégralement (pour 100% des fils) d'un matériau métallique.
Les fils des couches Cl et C2 peuvent avoir un diamètre identique ou différent d'une couche à l'autre. On utilise de préférence des fils de même diamètre d'une couche à l'autre (soit di ~ d2), notamment pour simplifier le procédé de câblage, comme schématisé par exemple sur la figure 3 annexée.
On rappelle ici que de manière connue le pas « p » • représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
L'utilisation de pas pi et p2 différents fait que, de manière connue, les fils des couches Cl et C2 sont essentiellement disposés selon deux couches cylindriques (ou tubulaires), adjacentes et concentriques, de telle manière que, au moins dans le câble au repos, l'épaisseur de la couche externe C2 est sensiblement égale au diamètre des fils qui la constituent ; il en résulte que les sections transversales de la couche interne Cl et de la couche externe C2, comme celle du câble, ont une enveloppe externe ou un contour (noté par exemple respectivement El et E2 sur les figures 3 et 4) qui est sensiblement circulaire.
Les câbles à couches cylindriques ou tubulaires ne doivent en particulier pas être confondus avec des câbles à couches dits "compacts", assemblages de fils enroulés au même pas et dans la même direction de torsion ; dans de tels câbles, la compacité est telle que pratiquement aucune couche distincte de fils n'est visible ; il en résulte que la section transversale de tels câbles a un contour qui n'est plus circulaire, mais polygonal.
De préférence, les couches Cl et C2 sont enroulées dans le même sens de torsion (soit S/S ou Z/Z), ce qui présente comme avantage notable de minimiser la pression de contact entre les fils.
De préférence, la couche C2 du câble de l'invention comporte de 8 à 12 fils (8 < N < 12), plus préférentiellement de 8 à 10 fils (8 < N < 10).
Selon un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention, pour une meilleure pénétrabilité des câbles par la gomme d'ancrage, la couche externe C2 est une couche tabulaire de N fils dite "insaturée" ou "incomplète", c'est-à-dire que, par définition, il existe suffisamment de place dans cette couche tubulaire C2 pour y ajouter au moins un (N+l)ème fil de diamètre d2, plusieurs des N fils se trouvant éventuellement au contact les uns des autres. Réciproquement, cette couche tubulaire C2 serait qualifiée de "saturée" ou "complète" s'il n'existait pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter au moins un (N+l)ème fil de diamètre d2.
La figure 3 schématise, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un exemple d'un câble préférentiel de construction 4+9 (câble noté C-II dans les exemples qui suivent). La couche interne Cl, formée de quatre fils 20 enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, est elle-même entourée et au contact d'une couche externe C2 de neuf fils 20 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, et donc d'épaisseur sensiblement égale au diamètre d2 desdits fils. On voit bien que les fils 20 sont ainsi disposés selon deux couches adjacentes et concentriques, tubulaires (couche Cl de contour El et couche C2 de contour E2).
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les caractéristiques suivantes sont vérifiées (di, d2, pi et p2 en mm) :
0,30 < di < 0,40 ; 0,30 < d2 < 0,40 ; 4,0 < pi < 7 et 8 < p2 < 14.
C'est dans ces domaines étroits de diamètres di et d2 d'une part, de pas courts pi et p2 d'autre part, que l'on a obtenu le meilleur compromis de performances. Plus préférentiellement encore, pour ces mêmes raisons, les relations suivantes sont vérifiées (pi et p2 en mm) :
4,5 < pi < 6,5 et 8,5 < p2 < 13,5.
L'allongement total à la rupture (At) du câble, somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap), est de préférence supérieur à 2,5%, plus préférentiellement supérieur à 3,0%, encore plus préférentiellement supérieur à 3,5%.
Le présent câble pourrait être également traité grand allongement, pour lui conférer un allongement fonctionnel Af (Af = Ae + Ap) supérieur à 4%, de préférence supérieur à 5%, plus préférentiellement encore supérieur à 6%. Un tel traitement peut consister, on le rappelle, en un traitement thermique par effet Joule, par convection statique ou encore par induction, réalisé directement sur le câble, comme décrit dans la demande EP-A-751 015 précitée. L'invention est préférentiellement mise en œuvre avec un câble en acier, plus préférentiellement en acier perlitique (ou ferrito-perlitique) au carbone désigné ci-après par "acier au carbone", ou encore en acier inoxydable (par définition, acier comportant au moins 11% de chrome et au moins 50% de fer) tels que décrits par exemple dans les demandes EP- A-648 891 ou WO-A-98/41682. Mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers ou d'autres alliages.
Le métal ou l'acier utilisé, qu'il s'agisse en particulier d'un acier au carbone ou d'un acier inoxydable, peut être lui-même revêtu d'une couche métallique améliorant par exemple les propriétés de mise en œuvre du câble métallique et/ou de ses éléments constitutifs, ou les propriétés d'usage du câble et/ou pneumatique eux-mêmes, telles que les propriétés d'adhésion, de résistance à la corrosion ou encore de résistance au vieillissement.
Selon -un mode de réalisation préférentiel, l'acier utilisé est recouvert d'une couche de laiton (alliage Zn-Cu) ou de zinc ; on rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revêtement de laiton ou de zinc facilite le tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc. Mais les fils pourraient être recouverts d'une fine couche métallique autre que du laiton ou du zinc, ayant par exemple pour fonction d'améliorer la résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc, par exemple une fine couche de Co, Ni, Al, d'un alliage de deux ou plus des composés Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
Lorsque les câbles des composites de l'invention sont utilisés pour renforcer des bourrelets de pneu sans tringle, ils sont préférentiellement en acier au carbone et possèdent' une résistance en traction (Rm) supérieure à 2000 MPa.
L'homme du métier sait comment fabriquer des fils d'acier présentant une telle résistance, en ajustant notamment la composition de l'acier et les taux d'écrouissage final de ces fils, en fonction de ses besoins propres particuliers, en utilisant par exemple des aciers au carbone micro-alliés contenant des éléments d'addition spécifiques tels que Cr, Ni, Co, V, ou divers autres éléments connus (voir par exemple Research Disclosure 34984 - "Micro-alloyed steel cord constructions for tyres" - mai 1993 ; Research Disclosure 34054 - "High tensile strength steel cord constructions for tyres " — août 1992).
Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone est de préférence comprise entre 0,1% et 1,2%, notamment entre 0,5% et 1,1%. Elle est plus préférentiellement comprise entre • 0,6% et 1,0% (% en poids d'acier), une telle teneur représentant un bon compromis entre les propriétés mécaniques requises pour le composite et la faisabilité des fils.
Le câble présentement décrit pourrait être pourvu d'une frette externe, constituée par exemple d'un fil unique, métallique ou non, enroulé en hélice autour du câble selon un pas plus court que celui de la couche externe, et un sens d'enroulement opposé ou identique à celui de cette couche externe. Cependant, grâce à sa structure spécifique, le câble de l'invention, déjà auto- fretté, ne nécessite généralement pas l'emploi d'un fil de frette externe, ce qui résout avantageusement les problèmes d'usure entre la frette et les fils de la couche la plus externe du câble.
Le câble à couches précédemment décrit est fabriqué avec des dispositifs de câblage et selon des procédés bien connus de l'homme du métier qui ne sont pas décrits ici pour la simplicité de l'exposé. En raison de pas pi et p2 différents, il nécessite deux opérations successives (fabrication de la première couche interne C 1 puis câblage de la seconde couche externe C2 autour de cette couche Cl), ces deux opérations pouvant avantageusement être réalisées en ligne à l'aide de deux câbleuses (par exemple câbleuses Barmag) disposées en série.
11-2. Utilisation en matrice de caoutchouc
Les câbles conformes à l'invention sont particulièrement destinés au renforcement des zones bourrelet des pneumatiques, en particulier des pneus sans tringle massive tels que décrits dans les documents de brevet précités, à titre de câble d'ancrage de l'armature de carcasse de tels pneumatiques.
De manière avantageuse, un tel câble, orienté circonférentiellement, coopère avec une portion adjacente de l'armature de carcasse par l'intermédiaire d'une composition de caoutchouc ou élastomère diénique (à titre de "gomme d'ancrage") au contact dudit câble et de ladite armature de carcasse.
Les élastomères diéniques peuvent être classés de manière connue en deux catégories, ceux dits essentiellement insaturés et ceux dits essentiellement saturés. C'est ainsi, par exemple, que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM entrent dans la définition d'élastomères diéniques essentiellement saturés (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours nettement inférieur à 15%).
Bien qu'elle soit applicable à tout type d' élastomère diénique, l'homme du métier du pneumatique comprendra aisément que la présente invention est préférentiellement mise en œuvre avec des élastomères diéniques du type fortement insaturés.
L'élastomère diénique est notamment choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères de butadiène, les différents 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), que ces derniers soient préparés par polymérisation en émulsion (ESBR) comme en solution (SSBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
On utilise plus préférentiellement au moins un élastomère isoprénique, encore plus préférentiellement du caoutchouc naturel ou un polyisoprène de synthèse du type cis-1,4 ; parmi ces polyisoprènes de synthèse, sont utilisés de préférence des polyisoprènes ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%.
L'élastomère isoprénique peut être utilisé seul ou en coupage avec d'autres élastomères diéniques, notamment des élastomères SBR et/ou BR tels que précités, que l'élastomère isoprénique soit présent à titre majoritaire ou non parmi l'ensemble des élastomères diéniques utilisés.
Ainsi, selon un mode particulier de réalisation de l'invention, on peut utiliser par exemple, en coupage avec l'élastomère isoprénique (notamment du caoutchouc naturel) un copolymère SBR ayant une Tg (température de transition vitreuse, mesurée selon ASTM D3418) comprise de préférence entre -70°C et -10°C, qu'il soit préparé en émulsion (E-SBR) ou en solution (S-SBR), selon une proportion de 0 à 70 pce (parties en poids pour cent parties d'élastomère), le reste (soit 30 à 100 pce) étant constitué par l'élastomère isoprénique. On utilise alors plus particulièrement un SSBR. Auxdits SBR peut être également associé un BR possédant de préférence plus de 90% (% molaire) de liaisons cis-1,4, ledit BR ayant une Tg comprise de préférence entre -110°C et -50°C.
Enfin, le ou les élastomères diéniques peuvent être utilisés en association avec tout type d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques.
Une telle composition comporte en outre tous les constituants usuels habituellement utilisés dans les matrices de caoutchouc destinées en particulier à la fabrication de zones basses de pneumatiques, tels que par exemple des charges renforçantes comme le noir de carbone ou des charges inorganiques comme la silice, des agents de couplage pour charge inorganique, des agents anti-vieillissement, des antioxydants, des agents plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique (notamment des huiles très faiblement ou non aromatiques, par exemple du type naphténiques ou paraffiniques, à haute ou de préférence à basse viscosité, des huiles MES ou TDAE), des agents facilitant la mise en œuvre (processabilité) des compositions à l'état cru, des stéaramides, des résines tackifiantes, un système de réticulation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde, des accélérateurs, des activateurs ou retardateurs de vulcanisation, des agents antiréversion tels que par exemple l'hexathiosulfonate de sodium ou le N,N'-m-phénylène-biscitraconimide, des accepteurs et donneurs de méthylène, des résines renforçantes, des bismaléimides, des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type "RFS" (résorcinol-formaldéhyde-silice) ou sels métalliques, notamment sels de cobalt ou de nickel.
L'homme de l'art saura, à la lumière de la présente description, ajuster la formulation de la composition de caoutchouc afin d'atteindre les niveaux de rigidité (module d'élasticité) souhaités, et donner une excellente résistance au fluage à haute température et une très bonne stabilité à haute température.
La résistance au fluage est essentielle pour obtenir un ancrage solide et durable des armatures de carcasse dans les bourrelets et la stabilité thermique à haute température est elle aussi importante en raison des conditions thermiques très sévères que peuvent subir en service certains bourrelets de pneumatiques, notamment des pneumatiques pour véhicules lourds, routiers ou non.
Ainsi, de préférence, la gomme d'ancrage supporte sans rompre une sollicitation de fluage statique à 150°C sous une contrainte initiale de 2,35 MPa pendant au moins 5 heures ; plus préférentiellement, son taux de fluage statique à 150°C, sous une contrainte initiale de 2,35 MPa, reste inférieur à 2.10"3/min entre 3 et 5 heures de sollicitation. D'autre part et de préférence, ladite gomme a un taux de réversion, après 10 min à 197°C, qui est inférieur à 10% et plus préférentiellement inférieur à 5%.
Le système de réticulation est préférentiellement un système de vulcanisation à base de soufre et d'un accélérateur de vulcanisation. On peut utiliser tout composé susceptible d'agir comme accélérateur de vulcanisation des élastomères diéniques en présence de soufre, en particulier ceux choisis dans le groupe constitué par disulfure de 2-mercaptobenzothiazyle (en abrégé "MBTS"), N-cyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "CBS"), N,N-dicyclohexyl- 2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "DCBS"), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "TBBS"), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénimide (en abrégé "TBSI") et les mélanges de ces composés. De préférence, on utilise un accélérateur primaire du type sulfénamide.
A ce système de vulcanisation viennent s'ajouter, incorporés au cours de la première phase non-productive et/ou au cours de la phase productive, divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus tels que oxyde de zinc, acide stéarique, dérivés guanidiques (par exemple diphénylguanidine), etc.
Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 3 et 15 pce (parties en poids pour cent parties d'élastomère), plus préférentiellement entre 5 et 12 pce. L'accélérateur primaire de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 7 pce, plus préférentiellement compris entre 1 et 5 pce.
Le taux de charge renforçante, par exemple noir de carbone ou charge inorganique renforçante telle que silice, est de préférence supérieur à 50 pce, par exemple compris entre 60 et 140 pce. Il est plus préférentiellement supérieur à 70 pce, par exemple entre 70 et 120 pce.
Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les pneumatiques (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçants des séries 100, 200 ou 300 (grades ASTM), comme par exemple les noirs NI 15, NI 34, N234, N326, N330, N339, N347, N375, ou encore, selon les applications visées, les noirs de séries plus élevées (par exemple N660, N683, N772).
Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type siliceuse, en particulier de la silice (Siθ2), ou du type alumineuse, en particulier de l'alumine (AI2O3). La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g. A titres de silices précipitées hautement dispersibles (dites "HD"), on citera par exemple les silices Ultrasil 7000 et Ultrasil 7005 de la société Degussa, les silices Zeosil 1165MP, 1135MP et 1115MP de la société Rhodia, la silice Hi-Sil EZ150G de la société PPG, les silices Zeopol 8715, 8745 et 8755 de la Société Huber. Comme exemples d'alumines renforçantes, on peut citer les alumines "Baikalox" "Al 25" ou "CRI 25" de la société Baïkowski, "APA-100RDX" de Condea, "Aluminoxid C" de Degussa ou "AKP-G015" de Sumitomo Chemicals.
Pour coupler l'élastomère diénique à la charge inorganique renforçante, le cas échéant, on utilise un agent de couplage (ou agent de liaison) au moins bifonctionnel destiné de manière connue à assurer une connexion suffisante, de nature chimique et/ou physique, entre la charge inorganique (surface de ses particules) et l'élastomère diénique, en particulier des organosilanes ou des polyorganosiloxanes bifonctionnels.
La composition ou matrice de caoutchouc a pour caractéristique préférentielle de présenter, à l'état vulcanisé, un module sécant en extension, à 10% d'allongement (noté ElO), qui est supérieur à 20 MPa, plus préférentiellement supérieur à 30 MPa. C'est dans ces domaines de rigidité, notamment entre 40 et 70 MPa, que l'on a observé le meilleur compromis de performances. Dans les cas des plus fortes rigidités, la composition de. caoutchouc pourra avantageusement comprendre une résine renforçante additionnelle constituée par exemple d'un accepteur de méthylène tel qu'une résine formophénolique, à un taux préférentiel compris entre 3 et 15 pce, plus préférentiellement compris entre 5 et 12 pce, et un donneur de méthylène tel que l'hexaméthylènetétramine ("HMT") ou encore l'hexaméthoxy-méthylmélamine ("H3M"), à un taux préférentiel compris entre 1 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 3 et 7 pce.
Mais le câble de l'invention est également utilisable avec une gomme d'ancrage à rigidité réduite, présentant notamment un module d'élasticité compris entre 10 et 20 MPa, comme décrit par exemple dans la demande de brevet EP-A-1 277 600 précitée.
II-3. Utilisation en pneumatique
Le câble de l'invention est avantageusement utilisable pour le renforcement d'un pneumatique, sous la forme d'un composite métal/ caoutchouc. Un tel composite peut se présenter sous des formes variées, par exemple sous la forme d'une nappe, bande, bandelette ou série de bandelettes, autres blocs de caoutchouc de formes et dimensions variées selon les applications visées, dans lesquels sont incorporés ou avec lesquels coopèrent des câbles 4+N précédemment décrits.
Dans ce composite, l'adhésion définitive entre le métal et la composition de caoutchouc est obtenue de manière connue à l'issue de la cuisson de l'article fini, par exemple le pneumatique, comportant le composite. De préférence, cette cuisson est opérée sous pression.
Un tel composite constitue préférentiellement une partie d'une zone bourrelet d'un pneumatique dépourvu de tringle massive conventionnelle, ladite partie de zone bourrelet étant destinée à assurer l'ancrage de l'armature de carcasse dudit pneumatique.
Un tel pneu sans tringle, tel que décrit par exemple dans sa construction générale dans les documents EP-A-582 196, EP-A-664 231, EP-A-664 232, EP-A-664 233, WO-A-98/54006 ou WO-A-2004/009380 précités, comporte généralement un sommet surmontée d'une bande de roulement, une armature de sommet, une armature de carcasse passant dans les flancs et rejoignant deux bourrelets conçus pour être montés sur une jante de roue de véhicule. Ladite armature de carcasse comporte des premiers renforts (ou "renforts radiaux") disposés de façon adjacente et pratiquement parallèles les uns aux autres, alignés circonférentiellement en au moins un alignement circonférentiel depuis au moins l'un desdits bourrelets vers l'un desdits flancs et ancrée dans ledit bourrelet, ce dernier comportant une zone d'ancrage permettant le maintien de l'armature de carcasse et comprenant au moins un second renfort ("renfort d'ancrage" ou "câble d'ancrage") orienté circonférentiellement coopérant avec une portion adjacente de l'armature de carcasse par l'intermédiaire d'une composition de caoutchouc (ou "gomme d'ancrage") en contact avec le renfort d'ancrage et les tronçons adjacents des premiers renforts radiaux. Dans ce pneumatique, le câble et la gomme d'ancrage sont tels que définis aux paragraphes II- 1 et II-2 qui précèdent.
Les renforts radiaux ci-dessus sont par exemple des câblés textiles en polyester (par exemple PET HMLS), PEN, rayonne ou autre cellulose, Nylon, aramide ou encore en matériau hybride (par exemple aramide/Nylon).
A titre d'exemple non limitatif, sont schématisés à la figure 1 , en coupe transversale partielle, un bourrelet et un flanc d'un tel pneumatique, dans lequel l'ancrage conventionnel, par retournement de l'armature de carcasse autour d'une tringle massive, est rappelons-le remplacé par un agencement dans lequel on dispose de façon adjacente à la structure de renforts radiaux, des câbles d'ancrage circonférentiel, le tout étant noyé dans un mélange caoutchouteux ou gomme d'ancrage.
Ce pneumatique comprend un flanc 1 adjacent à un bourrelet 2. Une armature de carcasse 3 s'étend circonférentiellement du bourrelet 2 vers le flanc 1 et comporte dans l'exemple présenté un alignement circonférentiel de premiers renforts radiaux 4. Cette armature de carcasse 3 peut être agencée de façon continue d'un bourrelet à l'autre, en passant par les flancs et le sommet du pneumatique, ou encore, elle peut comporter deux ou plusieurs parties, agencées par exemple le long des flancs, notamment sans couvrir la totalité du sommet. Les renforts radiaux 4, par exemple ici des câblés textiles en PET HMLS, sont orientés radialement dans les bourrelets et les flancs, et sont ancrés dans une zone d'ancrage 5 du bourrelet 2.
La zone d'ancrage 5 comprend de préférence deux emoulements ou "piles" circonférentiels 6a et 6b de seconds renforts ou câbles d'ancrage 7 disposés de part et d'autre du tronçon 4a des premiers renforts radiaux 4 adjacents, lesdites piles 6a et 6b coopérant avec une gomme d'ancrage 8 dans laquelle ils sont incorporés.
Cette gomme d'ancrage 8 enrobe complètement le tronçon 4a des renforts radiaux 4, et les emoulements ou piles circonférentiels 6a et 6b de câble d'ancrage 7, afin d'ancrer solidement le tronçon 4a des renforts radiaux 4 dans la zone d'ancrage 5 du bourrelet 2 et reprendre les efforts subis par les premiers renforts 4 dus notamment à la pression de gonflage du pneumatique. Les piles 6 peuvent être réalisées par exemple par juxtaposition de plusieurs éléments circonférentiels de câbles 7 différents, ou par enroulement (sensiblement à zéro degré) en spirale d'un seul et même câble 7, les spires étant bien entendu, en tout cas, non jointives. Le câble d'ancrage 7 est un câble à deux couches de construction 4+9 tel qu'illustré à la figure 3, conforme à l'invention. Le nombre total de ces câbles ou d'enroulements du même câble est par exemple compris dans un domaine de 10 à 25 environ, pour les deux piles 6a et 6b confondues.
A titre d'exemple, la distance moyenne inter-câbles (ou interrenroulements) est de l'ordre de 0,3 mm ; la distance minimale (pour éviter tout contact direct entre textile et métal) séparant le tronçon 4a et chacune des deux piles 6a et 6b est comprise entre 0,5 et 0,8 mm.
Axialement intérieurement relativement à l'enroulement circonférentiel de câbles d'ancrage 6a, on trouve un mélange de caoutchouc 9 usuel à titre de "gomme intérieure" dont la fonction est d'assurer l'étanchéité avec l'intérieur de l'enveloppe du pneumatique. Axialement extérieurement relativement à l'enroulement circonférentiel 6b des câbles d'ancrage, on trouve un mélange protecteur 10, puis radialement extérieurement, un mélange flanc 11 qui le remplace progressivement. Radialement extérieurement à la zone d'ancrage 5, les renforts radiaux 4 de l'armature de carcasse 3 sont en contact direct avec un mélange 12.
Les premiers renforts 4 de ce bourrelet de pneumatique sont donc en contact avec deux mélanges caoutchouteux différents, la gomme d'ancrage 8 dans la zone d'ancrage 5 et le mélange 12 radialement extérieurement. La gomme d'ancrage a comme caractéristique mécanique préférentielle un module d'élasticité (ElO) supérieur à 20 MPa tandis que le mélange 12 a une rigidité plus faible, avec un module compris entre 3 et 10 MPa.
Dans la zone d'ancrage 5 du bourrelet 2, la gomme d'ancrage 8 est le seul mélange caoutchouteux en contact avec les premiers 4 et seconds 7 renforts. Cette gomme d'ancrage donne à cette structure une excellente résistance mécanique aux efforts subis lors du gonflage du pneumatique et en roulage.
La figure 1 commentée ci-dessus ne schématise qu'un seul exemple préférentiel de structure d'ancrage de la zone basse d'un pneumatique utilisant le câble selon l'invention.
L'homme du métier comprendra aisément qu'un grand nombre d'autres variantes sont possibles, par exemple avec des zones d'ancrage 5 comportant trois piles d'ancrage 6a, 6b et 6c, de part et d'autre du tronçon 4a des renforts radiaux 4, voire plus de trois piles.
La figure 2 schématise une coupe transversale partielle d'un autre exemple possible de pneumatique dont la zone d'ancrage 5 comporte la même gomme d'ancrage 8 mais trois piles circonférentielles 6a, 6b et 6c de câble d'ancrage 7 de construction 4+9, conforme à l'invention. Le nombre total de ces câbles est par exemple compris dans un domaine de 15 à 30 environ, pour les trois piles 6a, 6b et 6c confondues. A titre d'exemple, la distance moyenne inter-câbles (ou inter-enroulements) est de l'ordre de 0,3 mm, la distance moyenne inter-piles (entre piles 6b et 6c sur cette figure 2) est de l'ordre de 0,5 mm et la distance minimale (pour éviter tout contact direct entre textile et métal) séparant le tronçon 4a et chacune des deux piles 6a et 6b est comprise entre 0,5 et 0,8 mm.
D'autres variantes possibles de réalisation du pneumatique de l'invention consisteront par exemple en l'emploi de plusieurs tronçons 4a de renforts radiaux 4 dans la zone d'ancrage 5 du bourrelet 2, ou de plusieurs alignements 4 de renforts radiaux dans la même armature de carcasse 3, y compris dans le flanc 1, voire encore de plusieurs armatures de carcasse 3 dans ce flanc 1.
Une autre variante possible de réalisation consistera en un ancrage non-linéaire tel que décrit dans la demande WO-A-2004/009380 précitée.
Dans une autre variante possible de réalisation de l'invention, prise seule ou en combinaison avec au moins l'une des variantes précédemment décrites, les renforts radiaux individuels 4 pourraient bien entendu être remplacés par des groupements de plusieurs renforts radiaux parallèles, regroupés entre eux par exemple sous forme de bandelettes caoutchoutées renforcées par lesdits renforts radiaux, comme décrit par exemple dans la demande EP-A-919 406.
A titre non limitatif, il est à noter que la fabrication des pneumatiques selon l'invention peut avantageusement être réalisée selon un procédé n'impliquant pas ou peu de transformations de formes à l'état cru. Par exemple, on peut assembler l'ébauche du futur pneumatique sur un noyau rigide imposant la forme de sa cavité intérieure. On applique sur ce noyau, dans l'ordre requis par l'architecture finale, tous les constituants individuels du pneumatique, qui sont disposés directement à leur place finale, aucune portion du pneumatique n'étant ultérieurement déplacée ni repliée contre une autre, comme c'est généralement le cas dans les modes d'assemblage classiques. Cette fabrication peut notamment utiliser les dispositifs décrits dans les documents de brevet EP-A-243 851 (ou US-A-4 795 523) pour la pose des renforts radiaux de l'armature de carcasse et EP-A-264 600 (ou US-A-4 963 207) pour la pose des gommes ou compositions de caoutchouc. Le pneumatique peut alors être moulé et vulcanisé comme exposé par exemple dans le document de brevet EP-A-242 840 (ou US 4 895 692). III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
IJJ-1. Câbles d'ancrage
Pour la réalisation des exemples de réalisation qui suivent, on utilise des câbles à couches cylindriques de différentes constructions, 4+9 et 2+7, conformes ou non à l'invention selon les cas, constitués de fils fins en acier au carbone revêtus de laiton.
Les fils en acier au carbone sont préparés de manière connue, en partant par exemple de fils machine (diamètre 5 à 6 mm) que l'on écrouit tout d'abord, par laminage et/ou tréfilage, jusqu'à un diamètre intermédiaire voisin de 1 mm, ou encore en partant directement de fils commerciaux intermédiaires dont le diamètre est voisin de 1 mm. L'acier utilisé est un acier au carbone du type à haute résistance (dit HT pour " High Tensile ") dont la teneur en carbone est de 0,82% environ, comportant 0,5% de manganèse environ, le reste étant constitué de fer et des impuretés inévitables habituelles liées au procédé de fabrication de l'acier (pour exemple, teneurs en silicium : 0.25% ; phosphore : 0.01% ; soufre : 0.01% ; chrome : 0.11% ; nickel : 0.03% ; cuivre : 0.01% ; aluminium : 0.005% ; azote : 0.003%).
Les fils de diamètre intermédiaire subissent un traitement de dégraissage et/ou décapage, avant leur transformation ultérieure. Après dépôt d'un revêtement de laiton sur ces fils intermédiaires, on effectue sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e., après le dernier traitement thermique de patentage), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de tréfilage qui se présente par exemple sous forme d'une émulsion ou d'une dispersion aqueuses.
Les fils ainsi préparés (référencés 20 sur les figures 3 et 4), tous de diamètre égal à 0,35 mm environ, ont les propriétés mécaniques suivantes :
- Force-rupture : 265 N ;
- Module d'Young : 210 GPa ;
- Résistance à la rupture : 2790 MPa ;
- Allongement à la rupture : 2,2% (Ae = 1,4% + Ap = 0,8%).
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de différents câbles à couches cylindriques, référencés C-I à C-V, dont la construction et les propriétés mécaniques sont données dans le tableau 1.
Figure imgf000021_0001
Les câbles de construction [4+9], notés C-I à C-III, sont des câbles non frettés (sans fil de frette externe) et formés de treize fils 20 au total, comme illustré à la figure 3. Ils comportent une couche interne Cl de quatre fils 20 enroulés ensemble en hélice (direction S) selon le pas Pi, cette couche Cl étant au contact d'une couche externe cylindrique de neuf fils 20 eux- mêmes enroulés ensemble en hélice (direction S) autour de l'âme, selon le pas p2.
Le câble C-I (non conforme à l'invention) possède des pas pi et p2 conventionnels longs (pi ≈ 7,5 mm ; p2 = 15 mm) ; comme enseigné dans la demande EP-A-751 015 précitée, il a été soumis à un traitement "grand-allongement" afin de lui conférer un allongement fonctionnel Af supérieur à 4,0%.
Seuls les câbles C-II et C-III sont conformes à l'invention, avec des pas pi et p2 courts qui vérifient les relations 4,0 <pi <7 et 8 <p2< 14 précitées. L'allongement total At du câble C-II, non traité "grand-allongement" contrairement au câble témoin C-I, est avantageusement supérieur à 3,0%. Pour comparaison, le câble C-III, de même construction que le câble C-II, a subi en plus un traitement grand-allongement, ce qui lui confère un allongement fonctionnel Af et un allongement total At très élevés, puisque tous deux supérieurs à 6,0%. Ce traitement a consisté à chauffer le câble en continu pendant son défilement, par induction sous atmosphère protectrice (par exemple hydrogène) ; la durée de chauffage était de 0,1 seconde environ, la température de traitement de 450°C. Après le chauffage, le câble a été refroidi sous atmosphère protectrice (H2) puis enroulé sur bobine.
On note par ailleurs que ces câbles C-II et C-III conformes à l'invention vérifient avantageusement les relations préférentielles qui suivent (dls d2, pi et p2 en mm) :
0,30 < di = d2 < 0,40 ; 4,5 < pi < 6,5 ; 8,5 < p2 < 13,5 . Quant aux deux autres câbles témoins, de construction 2+7, notés C-IV et C-V, également non frettés, ils sont formés de neuf fils 20 au total, comme illustrés à la figure 4. Ils comportent une couche interne Cl de deux fils 20 enroulés ensemble en hélice (direction S) selon le pas pi, cette âme étant au contact d'une couche externe cylindrique de sept fils 20 eux-mêmes enroulés ensemble en hélice (direction S) autour de l'âme, selon le pas p2. Le câble C-IV possède des pas pi et p2 conventionnels longs (pi = 7,5 mm ; p2 = 15 mm), il a' été soumis à un traitement "grand-allongement" afin de lui conférer un allongement Af supérieur à 4,0%. Le câble C-V possède des pas pi et p2 courts (pi = 5 mm ; p2 = 10 mm), il n'a pas subi de "traitement grand-allongement".
III-2. Gomme d'ancrage
Pour les tests qui suivent, les câbles d'ancrage C-I et C-II d'une part, C-IV et C-V d'autre part, sont associés à une même gomme d'ancrage, à rigidité élevée à l'état cuit (module ElO égal à environ 55 MPa).
Cette gomme d'ancrage est une composition connue à base d'élastomère diénique (coupage 50/50 de NR et de SSBR ayant une Tg d'environ -50°C), et de noir de carbone (environ 75 pce) à titre de charge renforçante. Elle comporte essentiellement, en plus, un antioxydant (environ 2 pce), une résine renforçante (environ 10 pce de résine formophénolique et 5 pce de donneur de méthylène H3M), un sel métallique (environ 4 pce de naphténate de cobalt) en tant que promoteur d'adhésion vis-à-vis du métal, enfin un système de vulcanisation (environ 9 pce de soufre, 1,5 pce d'accélérateur, 9 pce de ZnO et 1,5 pce d'acide stéarique).
IH-3. Tests comparatifs sur pneumatiques
Les câbles et gommes d'ancrage ci-dessus sont utilisés comme structure d'ancrage d'une armature de carcasse de pneumatiques sans tringle à carcasse radiale, de dimension 225/45 RI 7 (indice de vitesse Y), conventionnellement fabriqués et en tous points identiques hormis la construction de leur zone d'ancrage 5.
Ces pneumatiques comportent de manière connue un sommet surmontée d'une bande de roulement, une armature de sommet et, en se référant maintenant par exemple aux numérotations des figures 1 ou 2, deux flancs 1 et deux bourrelets 2, une armature de carcasse 3 passant dans les deux flancs 2 et ancrée grâce à des moyens d'ancrage 5 (6a, 6b, 8) dans les deux bourrelets 2. L'armature de carcasse 3 comprend au moins un alignement circonférentiel de renforts radiaux 4, disposés de façon adjacente et pratiquement parallèles les uns aux autres, alignés circonférentiellement en au moins un alignement circonférentiel depuis au moins l'un desdits bourrelets 2 vers l'un desdits flancs 1. Les moyens d'ancrage 5 (6a, 6b, 8) desdits renforts radiaux 4 dans au moins un bourrelet 2 comprennent au moins un câble d'ancrage 7 orienté circonférentiellement, bordant axialement lesdits alignements circonférentiels des renforts radiaux 4 et coopèrent avec une portion adjacente de l'armature de carcasse 3 par l'intermédiaire d'une gomme d'ancrage 8 en contact avec le câble d'ancrage 7 et les tronçons adjacents 4a des premiers renforts radiaux 4. Les câbles d'ancrage 7 utilisés dans ces pneumatiques sont les câbles C-I et C-II d'une part, C-IV et C-V d'autre part, du tableau 1.
Les pneumatiques notés P-I, P-II, P-IV et P-V correspondent respectivement aux câbles C-I, C-II, C-IV et C-V. Ils comportent plus précisément une zone basse telle que schématisée sur la figure 1 en ce qui concerne les pneus P-I et P-II, avec seulement 2 piles d'ancrage 6a et 6b comportant au total 15 enroulements de câble 7, ou sur la figure 2 en ce qui concerne les pneus P-IV et P-V avec dans ce cas 3 piles d'ancrage 6a, 6b et 6c comportant au total 21 enroulements de câble 7. Dans chacune des piles d'ancrage, les câbles d'ancrage sont disposés selon une direction circonférentielle, parallèlement les uns aux autres, distants les uns des autres d'environ 0,3 mm.
Ces pneumatiques, montés ou non sur une jante de dimension appropriée selon le type d'analyse réalisée, ont été testés en conditions statiques et dynamiques, sur différentes machines de roulage ou autre tests, afin de comparer leurs performances sur les critères définis ci-après.
A) Endurance en roulage longue durée :
L'endurance en roulage est appréciée par un test de roulage de très longue durée (40 000 km) sur une machine de roulage automatique, sous une charge très élevée (surcharge par rapport à la charge nominale) et à la même vitesse, pendant un nombre prédéfini de kilomètres. Si le pneumatique arrive au bout du test sans destruction, une note maximale de 100 lui est attribuée ; dans le cas contraire, sa note est réduite au prorata du kilométrage parcouru avant destruction.
B Endurance en roulage haute vitesse :
L'endurance en roulage à haute vitesse est appréciée en soumettant chaque enveloppe à une montée en vitesse progressive, selon des paliers déterminés, jusqu'à une vitesse limite préalablement fixée (supérieure à 300 km/h). Si le pneumatique arrive au bout du test sans destruction, une note maximale de 100 lui est attribuée ; dans le cas contraire, sa note est réduite au prorata du kilométrage parcouru avant destruction. C) Montabilité (aptitude à l'ovalisation)
Un test de montabilité est pratiqué dans lequel on écrase progressivement, radialement, l'enveloppe de pneumatique (non montée sur sa jante) pour apprécier son aptitude à l'ovalisation, c'est-à-dire sa déformabilité dans son propre plan.
Le test est volontairement conduit sous des conditions de déformation très sévères, jusqu'à obtenir un flambage de la structure du bourrelet et l'apparition d'au moins une déformation permanente (bosse visible à l'œil nu) sur l'extérieur de la zone basse du pneumatique. Plus le seuil critique d'écrasement, en d'autres termes la flèche supportée sont élevés, meilleure est la déformabilité et la résistance en flexion de la zone basse du pneumatique. Une valeur relative égale à 100 est retenue pour le pneumatique témoin servant de référence pour le test (ici, pneu P-I), une valeur supérieure indiquant une performance améliorée.
L'ensemble des résultats obtenus à ces différents tests a été résumé dans le tableau 2 ci-après.
Tableau 2
Figure imgf000024_0001
On constate tout d'abord que le pneumatique P-II conforme à l'invention montre une endurance en roulage au moins égale à celle des pneumatiques témoins (P-I, P-IV et P-V).
Mais on observe surtout, de manière inattendue, un résultat très nettement amélioré en ce qui concerne la montabilité du pneumatique P-II renforcé du câble selon l'invention, comparativement :
- non seulement aux pneus témoins P-I et P-IV dont la structure d'ancrage utilise pourtant des câbles à élongation élevée, traités grand-allongement et donc nettement plus coûteux ;
- mais aussi au pneu P-V utilisant des câble d'ancrage à pas courts mais de construction différente non conforme à l'invention.
Seul le pneu P-II utilisant le câble selon l'invention a montré une excellente déformabilité, aucune déformation permanente n'ayant été observée, même sous un écrasement maximal de l'enveloppe. En outre, ce pneu P-II peut être plus facilement gauchi (périmètre plus aisément déformable) selon la direction axiale.
En résumé, grâce au câble spécifique de l'invention, les opérations de montage et démontage, notamment sur une roue monobloc, des pneumatiques renforcés du câble selon l'invention peuvent ainsi être réalisées de manière plus simple et plus rapide.
Il est désormais possible d'utiliser des gommes d'ancrage à dureté élevée, favorables par ailleurs au comportement routier des véhicules, sans passer nécessairement par l'emploi de câbles traités grand allongement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Câble métallique à deux couches de construction 4+N comportant une couche interne notée Cl de 4 fils de diamètre di enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, cette couche Cl étant elle-même entourée d'une couche externe notée C2 de N fils de diamètre d2 emoulés ensemble en hélice selon un pas p2, caractérisé en ce que ledit câble présente en outre les caractéristiques suivantes (dls d2, pi et p2 en mm) :
0,25 < d! < 0,40 ; 0,25 < d2 < 0,40 ; 3,5<p1<7<p2<14.
2. Câble selon la revendication 1, dans lequel les fils des couches Cl et C2 sont de diamètre identique (di = d2).
3. Câble selon les revendications 1 ou 2, dans lequel les couches Cl et C2 sont enroulées dans le même sens de torsion.
4. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, la couche C2 comporte de 8 à 12 fils (8 < N < 12).
5. Câble selon la revendication 4, dans lequel la couche C2 comporte de 8 à 10 fils (8<N<10).
6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche externe C2 est une couche insaturée.
7. Câble selon la revendication 6, dans lequel le câble a pour construction 4+9.
8. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, présentant les caractéristiques suivantes (di, d2, pi et p2 en mm) :
0,30 < di < 0,40 ; 0,30 < d2 < 0,40 ; 4,0<pι<7et8<p2<14.
9. Câble selon la revendication 8, présentant les caractéristiques suivantes :
4,5<pι≤6,5et8,5<p2<13,5.
10. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, le métal du câble métallique étant de l'acier.
11. Câble selon la revendication 10, l'acier étant un acier au carbone.
12. Câble selon la revendication 11, l'acier au carbone ayant une teneur en carbone comprise entre 0,1% et 1,2%.
13. Câble selon la revendication 12, l'acier au carbone ayant une teneur en carbone comprise entre 0,5% et 1,1%.
14. Câble selon la revendication 13, l'acier au carbone ayant une teneur en carbone comprise entre 0,6% et 1,0%.
15. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, l'allongement total à la rupture (At) du câble étant supérieur à 2,5%.
16. Câble selon la revendication 15, At étant supérieur à 3,0%.
17. Câble selon la revendication 16, At étant supérieur à 3,5%.
18. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, l'allongement fonctionnel (structural et élastique) (Af) du câble étant supérieur à 4,0%.
19. Câble selon la revendication 18, Af étant supérieur à 5,0%.
20. Câble selon la revendication 19, Af étant supérieur à 6,0%.
21. Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 comme élément de renforcement d'un article ou d'un produit semi-fini en matière plastique et/ou en caoutchouc.
22. Utilisation selon la revendication 21 , l'article étant un pneumatique.
23. Utilisation selon la revendication 22, le câble étant utilisé pour le renforcement d'une armature de sommet, d'une armature de carcasse ou de la zone bourrelet d'un pneumatique.
24. Utilisation selon la revendication 22, le câble étant utilisé dans un bourrelet de pneumatique pour permettre l'ancrage de l'armature de carcasse du pneumatique.
25. Utilisation selon la revendication 24, le câble étant orienté circonférentiellement et coopérant avec une portion adjacente de l'armature de carcasse par l'intermédiaire d'une composition de caoutchouc au contact dudit câble et de ladite armature de carcasse.
26. Utilisation selon la revendication 25, la composition de caoutchouc présentant, à l'état vulcanisé, un module sécant en extension, à 10% d'allongement, qui est supérieur à 20 MPa.
27. Utilisation selon la revendication 26, la composition de caoutchouc présentant, à l'état vulcanisé, un module sécant en extension, à 10% d'allongement, qui est supérieur à 30 MPa.
28. Utilisation selon la revendication 27, la composition de caoutchouc présentant, à l'état vulcanisé, un module sécant en extension, à 10% d'allongement, qui est compris entre 40 et 70 MPa.
29. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 21 à 28, ladite composition de caoutchouc comportant un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
30. Utilisation selon la revendication 29, l'élastomère diénique étant choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères d'isoprène et les mélange de ces élastomères.
31. Utilisation selon la revendication 30, le caoutchouc diénique étant majoritairement du caoutchouc naturel.
32. Utilisation selon la revendication 30, le caoutchouc diénique étant un mélange de caoutchouc naturel et d'élastomère diénique synthétique.
33. Utilisation selon la revendication 32, l'élastomère diénique synthétique étant choisi dans le groupe constitué par les par les polybutadiènes, les copolymères de butadiène- styrène et les mélanges de ces élastomères.
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