WO2010139583A1 - Câble à trois couches, gommé in situ, pour armature carcasse de pneumatique - Google Patents

Câble à trois couches, gommé in situ, pour armature carcasse de pneumatique Download PDF

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Jacques Gauthier
Thibaud Pottier
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • Y10T428/2936—Wound or wrapped core or coating [i.e., spiral or helical]

Definitions

  • the present invention relates to three-layered metal cables, which can be used in particular for reinforcing rubber articles, more particularly relating to three-layered metal cables of the type "gummed in situ", that is to say, gummed with inside, during their manufacture, by rubber in the raw state.
  • a radial tire comprises in known manner a tread, two inextensible beads, two flanks connecting the beads to the tread and a belt circumferentially disposed between the carcass reinforcement and the tread.
  • This carcass reinforcement is constituted in known manner by at least one ply (or “layer”) of rubber reinforced by reinforcement elements (“reinforcements”) such as cords or monofilaments, generally of the metal type in the case of pneumatic tires for industrial vehicles.
  • layered cords consist of a core layer or core and one or more layers of concentric threads arranged around this core.
  • the most used three-layer cables are essentially M + N + P construction cables, formed of a core of M f (I), M ranging from 1 to 4, surrounded by an intermediate layer of N wires, N typically ranging from 3 to 12, itself surrounded by an outer layer of P son, P typically ranging from 8 to 20, the assembly may be optionally shrunk by an outer hoop thread wound helically around the outer layer.
  • these layered cables are subjected to considerable stresses during the rolling of the tires, in particular to repeated flexures or variations of curvature inducing at the level of the strands of friction, in particular as a result of the contacts between adjacent layers, and therefore of wear, as well as fatigue; they must therefore have a high resistance to phenomena known as "fatigue-fretting".
  • this material penetrates all the spaces between the wires constituting the cables. Indeed, if this penetration is insufficient, then empty channels or capillaries are formed, along and inside the cables, and the corrosive agents such as water or even the oxygen of the air, likely to enter the tires for example as a result of cuts in their tread, walk along these empty channels into the carcass of the tire.
  • the presence of this moisture plays an important role in causing corrosion and accelerating the degradation processes above (phenomena known as "fatigue-corrosion”), compared to use in a dry atmosphere.
  • the application WO 2005/071157 proposed cables with three building layers 1 + M + N, in particular of construction 1 + 6 + 12, one of the essential characteristics is that a sheath consisting a diene rubber composition covers at least the intermediate layer consisting of M son, the core of the cable may itself be covered or not rubber. Thanks to this specific architecture, not only an excellent rubber penetrability is obtained, limiting the corrosion problems, but also the fatigue-fretting endurance properties are significantly improved compared to the cables of the prior art. The longevity of heavy-duty tires and that of their carcass reinforcement are thus very significantly improved.
  • these three-layer cables are obtained in several steps which have the disadvantage of being discontinuous, firstly by producing an intermediate cable 1 + M (in particular 1 + 6), then by sheathing via an extrusion head of this intermediate cable, finally by a final operation of wiring the N (in particular 12 son) remaining around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
  • an intermediate cable 1 + M in particular 1 + 6
  • an extrusion head of this intermediate cable finally by a final operation of wiring the N (in particular 12 son) remaining around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
  • N in particular 12 son
  • a first object of the invention is a three-layer metal cable (C1, C2, C3), gummed in situ, comprising a core or first layer (Cl) of diameter di, around which are surrounded together helically according to a pitch p 2 , in a second layer (C2), N son of diameter d 2 , around which are surrounded together in a helix in a step p 3 , in a third layer (C3), P son of diameter d 3 , said cable characterized in that it has the following characteristics (di, d 2 , d 3 , p 2 and p 3 being expressed in mm): ;
  • this three-layer cable is of the cylindrical layer type, as opposed to the compact type of cables obtained when the pitch p 2 and p 3 are identical, and in addition the directions of torsion of layers C2 and C3 are the same.
  • This three-layer cable of the invention compared to the in situ three-layer gummed in-line cables of the prior art, has the significant advantage of having a reduced and controlled amount of filling rubber, this gum being furthermore evenly distributed to inside the cable, inside each of its capillaries, thus conferring on it an optimal impermeability along its axis.
  • the invention also relates to the use of such a cable for the reinforcement of articles or semi-finished products of rubber, for example webs, pipes, belts, conveyor belts, tires.
  • the cable of the invention is particularly intended to be used as reinforcing member of a carcass reinforcement of industrial vehicle tires (heavy load carriers) selected from vans and vehicles called “heavy vehicles” that is to say means subway vehicles, buses, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers, or off-the-road vehicles, agricultural or civil engineering machinery, and any other type of transport or handling vehicle.
  • the invention further relates to these articles or semi-finished rubber products themselves when reinforced with a cable according to the invention, in particular tires for industrial vehicles such as vans or heavy vehicles.
  • the modulus measurements are carried out in tension, unless otherwise indicated according to ASTM D 412 of 1998 (test piece “C"): it is measured in second elongation (ie after one cycle). accommodation) the secant modulus "true” (i.e., reduced to the actual section of the specimen) at 10% elongation, denoted ElO and expressed in MPa (normal conditions of temperature and hygrometry according to ASTM D 1349 of 1999).
  • This test makes it possible to determine the longitudinal permeability to the air of the cables tested, by measuring the volume of air passing through a specimen under constant pressure for a given time.
  • the principle of such a test is to demonstrate the effectiveness of the treatment of a cable to make it impermeable to air; it has been described for example in ASTM D2692-98.
  • the test is here performed either on cables extracted from tires or rubber sheets that they reinforce, so already coated from the outside by the rubber in the fired state, or on raw cables manufacturing.
  • the raw cables must be previously coated from the outside by a so-called coating gum.
  • a series of parallel cables (inter-cable distance: 20 mm) is placed between two layers (two rectangles of 80 ⁇ 200 mm) of a raw rubber composition, each layer having a thickness 3.5 mm; the whole is then locked in a mold, each of the cables being kept under a sufficient tension (for example 2 daN) to ensure its straightness during the establishment in the mold, using clamping modules; then the vulcanization (baking) is carried out for 40 minutes at a temperature of 140 ° C. and at a pressure of 15 bar (rectangular piston of 80 ⁇ 200 mm). After which, the assembly is demolded and cut 10 pieces of cables thus coated, in the form of parallelepipeds of dimensions 7x7x20 mm, for characterization.
  • a conventional rubber composition for tires based on natural rubber (peptized) and carbon black N330 (65 phr), comprising the following usual additives: sulfur (7 phr), sulfenamide accelerator, is used as a coating rubber. (1 phr), ZnO (8 phr), stearic acid (0.7 phr), antioxidant (1.5 phr), cobalt naphthenate (1.5 phr) (pce means parts by weight per hundred parts of elastomer); the ElO module of the coating gum is approximately 10 MPa.
  • the test is carried out on 2 cm of cable length, thus coated by its surrounding rubber composition (or coating gum) in the fired state, as follows: air is sent to the cable inlet at a pressure of 1 bar, and the volume of air at the outlet is measured using a flow meter (calibrated for example from 0 to 500 cm / min).
  • a flow meter calibrated for example from 0 to 500 cm / min.
  • the cable sample is locked in a compressed seal (eg a dense foam or rubber seal) in such a way that only the amount of air passing through the cable from one end to the other, along its longitudinal axis, is taken into account by the measure; the tightness of the seal itself is checked beforehand with the aid of a solid rubber specimen, that is to say without cable.
  • a compressed seal eg a dense foam or rubber seal
  • the average air flow measured (average of the 10 specimens) is even lower than the longitudinal imperviousness of the cable is high.
  • the measured values less than or equal to 0.2 cm 3 / min are considered as zero; they correspond to a cable that can be described as airtight (totally airtight) along its axis (ie, in its longitudinal direction).
  • the amount of filling compound is measured by difference between the weight of the initial cable (thus erased in situ) and the weight of the cable (and therefore that of its threads) whose filling rubber has been eliminated by a suitable electrolytic treatment.
  • a sample of cable (length 1 m), wound on itself to reduce its bulk, constitutes the cathode of an electrolyzer (connected to the negative terminal of a generator), while the anode (connected to the positive terminal ) consists of a platinum wire.
  • the electrolyte consists of an aqueous solution (demineralized water) comprising 1 mole per liter of sodium carbonate.
  • the sample immersed completely in the electrolyte, is energized for 15 min under a current of 300 mA.
  • the cable is then removed from the bath, rinsed thoroughly with water. This treatment allows the rubber to be easily detached from the cable (if it is not the case, we continue the electrolysis for a few minutes).
  • the eraser is carefully removed, for example by simply wiping with an absorbent cloth, while detaching one by one the son of the cable.
  • the threads are again rinsed with water and then immersed in a beaker containing a mixture of deionized water (50%) and ethanol (50%); the beaker is immersed in an ultrasonic tank for 10 minutes.
  • the threads thus devoid of any trace of gum are removed from the beaker, dried under a stream of nitrogen or air, and finally weighed. From this calculation, the filling rate in the cable, expressed in mg (milligram) of filling rubber per g (gram) of initial cable, is calculated and averaged over 10 measurements (i.e. total cable meters).
  • any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (i.e. terminals a and b excluded) while any range of values designated by the term “from a to b” means the range from a to b (i.e., including the strict limits a and b).
  • the metal cable of the invention therefore comprises three concentric layers:
  • a first layer (C1) of diameter di a first layer (C1) of diameter di
  • a second layer (C2) comprising N son of diameter d 2 wound together in a helix, in a pitch p 2 , around the first layer
  • - A third layer (C3) having P son diameter diameter d 3 rolled together in a helix, in a step p 3 , around the second layer.
  • the first layer is also called the core of the cable, while the first and second assembled layers are what is commonly called the cable core.
  • This cable of the invention also has the following essential characteristics (di, d 2 , d 3 , p 2 and p 3 being expressed in mm):
  • This cable of the invention can be qualified cable gummed in situ, that is to say, it is erased from the inside, during its manufacture itself (so in the raw state of manufacture), by the rubber filling.
  • each of the capillaries or interstices (the two interchangeable terms denoting voids, free spaces in the absence of filling rubber) formed by the adjacent son, taken three by three, of its three layers C1, C2 and C3, is filled, at least in part (continuously or not along the axis of the cable), by the filling rubber such that for any cable length of 2 cm, each capillary comprises at least one rubber stopper .
  • Another essential feature of the cable of the invention is that its level of filling rubber is between 10 and 50 mg of gum per g of cable. Below the minimum indicated, it is not possible to guarantee that, for any cable length of at least 2 cm, the filling rubber is present, at least in part, in each of the interstices of the cable, while beyond the maximum indicated, one is exposed to the various problems described above due to the overflow of the filling rubber at the periphery of the cable. For all these reasons, it is preferred that the level of filling rubber is between 15 and 50 mg, more preferably between 20 and 45 mg per g of cable.
  • each capillary (or cavity) of the cable comprises at least one plug (or internal partition) of filling rubber over this length of 2 cm, so that said cable (once coated with the outside by a polymer such as rubber) is watertight or substantially airtight in its longitudinal direction.
  • an "airtight" cable in the longitudinal direction is characterized by an average air flow rate of not more than 0.2 cm 3 / min while a so-called “substantially airtight" cable in the longitudinal direction is characterized by an average air flow rate of less than 2 cm / min, preferably less than 1 cm 3 / min.
  • the core (C1) of the cable of the invention is preferably made of a single unitary wire or at most 2 son, the latter may for example be parallel or twisted together. However, more preferably, the core (C1) of the cable of the invention consists of a single unitary wire. As for the layer C2, it preferably comprises 5 to 7 wires (ie N equal to 5, 6 or 7).
  • the diameters of the son of the layers C1, C2 and C3, these son have a diameter identical or not from one layer to another, check the following relations (di, d 2 , d 3 being expressed in mm): ; - 0.10 ⁇ d 2 ⁇ 0.35;
  • the pitch "p" represents the length, measured parallel to the axis of the cable, at the end of which a wire having this pitch performs a complete revolution about said axis of the cable.
  • the M yarns are preferably twisted in a pitch pi which is within a range of 3 to 30 mm, in particular in a range of 3 to 20 mm.
  • An essential characteristic of the cable of the invention is that the pitch p 2 of the layer is smaller than the pitch p 3 .
  • a so-called cable of the type with cylindrical layers as opposed to the compact type of cables obtained when both p 2 and p 3 and the torsion directions are identical, are thus obtained. one layer to another.
  • the volume of the channels or capillaries between these two layers is increased and optimized further. its performance in fatigue-fretting.
  • the third or outer layer C3 is a saturated layer, that is to say that, by definition, there is not enough room in this layer to add at least one (P max + 1) th wire diameter d 2 , P max representing the maximum number of windable son in a layer around the second layer C2.
  • P max + 1) th wire diameter d 2 P max representing the maximum number of windable son in a layer around the second layer C2.
  • the number P of wires can vary to a very large extent according to the particular embodiment of the invention, it being understood that the maximum number of wires P will be increased if their diameter d 3 is reduced compared to the diameter d 2 of the son of the second layer, in order to preferentially keep the outer layer in a saturated state.
  • the first layer comprises a single wire
  • the second layer (C2) has 6 wires (N equal to 6)
  • the third layer (C3) has 11 or 12 wires (P equal to 11 or 12 ).
  • the cable of the invention has the preferred constructions 1 + 6 + 11 or 1 + 6 + 12.
  • the two layers C2 and C3, as well as more preferably the layer C1 in the case where the latter consists of several son, are wound in the same direction of torsion, that is to say in the direction S ( "S / S" layout), in the Z direction ("Z / Z” arrangement).
  • the winding in the same direction of these layers advantageously allows to minimize the friction between these two layers and therefore the wear of the son that constitute them.
  • the construction of the cable of the invention advantageously allows the removal of the wire hoop, thanks to a better penetration of the rubber in its structure and self-frettage resulting therefrom.
  • wire rope By wire rope, is meant by definition in the present application a cable formed of son constituted mainly (that is to say for more than 50% in number of these son) or integrally (for 100% son) a metallic material.
  • the core wire or wires (C1), the wires of the second layer (C2) and the wires of the third layer (C3) are preferably made of steel, more preferably carbon steel. But it is of course possible to use other steels, for example a stainless steel, or other alloys.
  • carbon steel When carbon steel is used, its carbon content (% by weight of steel) is preferably between 0.4% and 1.2%, especially between 0.5% and 1.1%; these levels represent a good compromise between the mechanical properties required for the tire and the feasibility of the wires. It should be noted that a carbon content of between 0.5% and 0.6% makes such steels ultimately less expensive because easier to draw.
  • Another advantageous embodiment of the invention may also consist, depending on the applications concerned, of using steels with a low carbon content, for example between 0.2% and 0.5%, in particular because of a cost lower and easier to draw.
  • the metal or steel used may itself be coated with a metal layer improving, for example, the properties of implementation of the wire rope and / or its constituent elements, or the properties of use of the cable and / or the tire themselves, such as adhesion properties, corrosion resistance or 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 drawing of the wire, as well as the bonding of the wire with the rubber.
  • the son could be covered with a thin metal layer other than brass or zinc, for example having the function of improving the resistance to corrosion of these son and / or their adhesion to rubber, for example a thin layer of Co, Ni, Al, an alloy of two or more compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
  • a thin metal layer other than brass or zinc for example having the function of improving the resistance to corrosion of these son and / or their adhesion to rubber, for example a thin layer of Co, Ni, Al, an alloy of two or more compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
  • the cables of the invention are preferably carbon steel and have a tensile strength (Rm) preferably greater than 2500 MPa, more preferably greater than 3000 MPa.
  • the total elongation at break (At) of the cable, the sum of its structural, elastic and plastic elongations, is preferably greater than 2.0%, more preferably at least 2.5%.
  • the elastomer (or indistinctly "rubber”, both of which are considered synonymous) of the filling rubber is preferably a diene elastomer, that is to say by definition an elastomer derived at least in part (ie a homopolymer or a copolymer) of monomer (s) diene (s) (ie, monomer (s) carrier (s) of two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
  • the diene elastomer is more preferentially selected from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), various butadiene copolymers, the various isoprene copolymers, and mixtures
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), whether the latter are prepared by emulsion polymerization (ESBR) or in solution (SSBR), the isoprene copolymers.
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-styrene copolymers
  • SBIR isoprene-butadiene-styrene copolymers
  • a preferred embodiment consists in using an "isoprene” elastomer, that is to say a homopolymer or copolymer of isoprene, in other words a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR). , the synthetic polyisoprenes (IR), the various isoprene copolymers and the mixtures of these elastomers.
  • isoprene elastomer
  • NR natural rubber
  • IR synthetic polyisoprenes
  • the isoprene elastomer is preferably natural rubber or synthetic polyisoprene of the cis-1,4 type.
  • synthetic polyisoprenes polyisoprenes having a content (mol%) of cis-1,4 bonds greater than 90%, more preferably are used. preferentially still greater than 98%.
  • the isoprene elastomer may also be associated with another diene elastomer such as, for example, an SBR and / or BR elastomer.
  • the filling rubber may contain one or more elastomer (s), especially diene (s), the latter or they may be used (s) in combination with any type of polymer other than elastomer.
  • the filling rubber is of the crosslinkable type, that is to say that it comprises by definition a crosslinking system adapted to allow the crosslinking of the composition during its baking (i.e., its hardening and not its melting); thus, this rubber composition can be described as infusible, since it can not be melted by heating at any temperature.
  • the system for crosslinking the rubber sheath is a so-called vulcanization system, that is to say based on sulfur (or a sulfur-donor agent). ) and at least one vulcanization accelerator.
  • vulcanization system that is to say based on sulfur (or a sulfur-donor agent).
  • at least one vulcanization accelerator may be added to this basic vulcanization system may be added various known vulcanization activators.
  • Sulfur is used at a preferential rate of between 0.5 and 10 phr, more preferably between 1 and 8 phr
  • the vulcanization accelerator for example a sulphenamide
  • pce is used at a preferential rate of between 0.5 and 10.
  • the filling rubber may also comprise, in addition to said crosslinking system, all or part of the additives normally used in rubber matrices intended for the manufacture of tires, such as, for example, reinforcing fillers such as carbon black or inorganic fillers such as silica, coupling agents, anti-aging agents, antioxidants, plasticizing agents or extension oils, whether the latter are of aromatic or non-aromatic nature, especially very low or non-aromatic oils, for example of naphthenic or paraffinic type, high or preferably low viscosity, MES or TDAE oils, plasticizing resins with high Tg greater than 30 0 C, agents facilitating the implementation (processability) of compositions in the raw state , tackifying resins, anti-eversion agents, methylene acceptors and donors such as, for example, HMT (hexamethyl) netétramine) or H3M (hexamethoxymethylmelamine), reinforcing resins (such as resorcinol or bismaleimide), known adhe
  • the level of reinforcing filler for example carbon black or a reinforcing inorganic filler such as silica, is preferably greater than 50 phr, for example between
  • carbon blacks for example, all carbon blacks, especially blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in pneumatic (so-called pneumatic grade black). Among the latter, mention will be made more particularly of carbon blacks of (ASTM) grade 300, 600 or 700 (for example N326, N330, N347, N375, N683, N772).
  • suitable mineral fillers of the silica (SiO 2) type in particular precipitated or fumed silica having a BET surface area of less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g.
  • the formulation of the filling rubber can be chosen to be identical to the formulation of the rubber matrix that the cable of the invention is intended to reinforce; thus, there is no problem of compatibility between the respective materials of the filling rubber and said rubber matrix.
  • the formulation of the filling gum may be chosen different from the formulation of the rubber matrix that the cable of the invention is intended to reinforce.
  • the formulation of the filling gum may be adjusted by using a relatively high quantity of adhesion promoter, typically for example from 5 to 15 phr of a metal salt such as a salt of cobalt or nickel, and reducing advantageously the amount of said promoter (or even completely suppressing it) in the surrounding rubber matrix.
  • adhesion promoter typically for example from 5 to 15 phr of a metal salt such as a salt of cobalt or nickel
  • the filling rubber has, in the crosslinked state, a secant modulus in extension ElO (at 10% elongation) which is between 2 and 25 MPa, more preferably between 3 and 20 MPa, in particular included in a range of 3 to 15 MPa.
  • a secant modulus in extension ElO at 10% elongation
  • the invention relates of course to the previously described cable both in the green state (its filling rubber then being uncured) than in the cooked state (its filling rubber then being vulcanized).
  • the cable of the invention with a filling gum in the green state until it is subsequently incorporated into the semi-finished product or finished product such as the tire for which it is intended, so as to promote the connection to the product. during the final vulcanization between the filling rubber and the surrounding rubber matrix (for example the calendering rubber).
  • FIG. 1 shows schematically, in section perpendicular to the axis of the cable (assumed rectilinear and at rest), an example of a preferred cable 1 + 6 + 12 according to the invention.
  • This cable (denoted CI) is of the type with cylindrical layers, that is to say that its second and third layers (C2 and C3) are wound at a different pitch (p 2 ⁇ P3), preferably in the same direction ( S / S or Z / Z).
  • This type of construction has the consequence that the wires (11, 12) of these second and third layers (C2, C3) form around the core (10) or first layer (C1) two substantially concentric layers which each have a contour (E ) (shown in dotted lines) which is substantially cylindrical.
  • the filling rubber (13) fills each capillary (14) (symbolized by a triangle) formed by the adjacent wires (taken three to three) of the various layers (C1, C2, C3) of the cable, spacing them very slightly.
  • these capillaries or interstices are naturally formed either by the core wire (10) and the son (11) of the second layer (C2) surrounding it, or by two son (11) of the second layer (C2) and a wire (13) of the third layer (C3) which is immediately adjacent thereto, or else by each wire (11) of the second layer (C2) and the two wires (12) of the third layer (C3) which are immediately adjacent; a total of 24 capillaries or interstices (14) are thus present in this cable 1 + 6 + 12.
  • the filling rubber extends in a continuous manner around the second layer (C2) that it covers.
  • Figure 2 recalls the section of a cable 1 + 6 + 12 (noted C-2) conventional (i.e., not gummed in situ), also of the type with cylindrical layers.
  • C-2 conventional (i.e., not gummed in situ), also of the type with cylindrical layers.
  • the absence of a filling rubber makes practically all the threads (20, 21, 22) come into contact with one another, which leads to a more compact structure, more difficult to penetrate from the outside by rubber. .
  • the cable of the invention could be provided with an outer hoop, constituted for example by a single wire, metallic or not, helically wound around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer (C3), and a winding direction opposite or identical to that of this outer layer.
  • an outer hoop constituted for example by a single wire, metallic or not, helically wound around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer (C3), and a winding direction opposite or identical to that of this outer layer.
  • the cable of the invention already self-shrinking, does not generally require the use of an external hoop wire, which advantageously solves the wear problems between the hoop and the wires. the outermost layer of the cable.
  • the cable of the invention described above is capable of being manufactured according to a method comprising the following steps (operated or not online):
  • the wires are not twisted around their own axis, due to a synchronous rotation before and after the assembly point; or by twisting: in such a case, the son undergo both a collective twist and an individual twist around their own axis, which generates a torque of detorsion on each of the son and on the cable itself.
  • An essential feature of the above method is to use a twisting step for each of the above assembly steps, particularly for both the second layer (C2) assembly around the core (Cl) and the assembling the third or outer layer (C3) around the second layer (C2).
  • the above method also comprises a step of assembly by twisting these son kernel.
  • the N son of the second layer (C2) are twisted together (direction S or Z) around the core (C1) for formation of the core strand (C1 + C2), in a manner known per se. ; the wires are delivered by feeding means such as coils, a distribution grid, coupled or not with a connecting grain, intended to converge around the core N son in a common point of torsion (or assembly point).
  • the core strand (C1 + C2) thus formed is then sheathed with filling gum in the green state, provided by an extrusion screw at an appropriate temperature.
  • the filling rubber can thus be delivered at a fixed point, unique and compact, by means of a single extrusion head.
  • This method has the advantage of making possible the complete operation of initial twisting, scrubbing and final twisting in line and in one step, all this at high speed.
  • the above method can be implemented at a speed (running speed of the cable on the twisting-scrub line) greater than 50 m / min, preferably greater than 70 m / min, especially greater than 100 m / min.
  • the cable of the invention can also be manufactured in several separate operations, conducted separately in time.
  • the intermediate cable or core strand (C1 + C2) can in particular be manufactured separately during the first assembly step, then stored on a reel before being subjected to the other successive operations of sheathing the core strand, assembly by twisting the P threads of the third layer around the wrapped strand, and finally final balancing of the twists.
  • the tension stress exerted on the core strand is preferably between 10 and 25% of its breaking force.
  • the extrusion head may comprise one or more dies, for example an upstream guide die and a downstream die calibration. It is possible to add continuous measurement and control means of the diameter of the cable connected to the extruder.
  • the extrusion temperature of the filling rubber is between 50 ° C. and 120 ° C., more preferably between 50 ° C. and 100 ° C.
  • the extrusion head thus defines a cladding zone having the shape of a cylinder of revolution whose diameter is preferably between 0.15 mm and 1.2 mm, more preferably between 0.2 and 1.0 mm, and whose length is preferably between 4 and 10 mm.
  • the amount of filling gum delivered by the extrusion head can be adjusted easily so that, in the final cable, this amount is between 10 and 50 mg, preferably between 15 and 50 mg, more preferably between 20 and 45 mg per g of cable.
  • the core of the cable or core strand (C1 + C2), at any point of its periphery is covered with a minimum thickness of filling compound which is preferably greater than 5 ⁇ m, more preferably greater than 10 ⁇ m, in particular between 10 and 80 ⁇ m.
  • the final assembly is carried out, always by twisting (direction S or Z), P wires of the third layer or outer layer (C3) around the core strand (C1 + C2) and sheathed.
  • twisting direction S or Z
  • the P son come to rely on the eraser, to become embedded in the latter.
  • the filling rubber moving under the pressure exerted by these external P, then naturally tends to fill, at least in part, each of the interstices or cavities left empty by the son, between the core strand (C1 + C2) and the outer layer (C3).
  • the cable of the invention is not finished: the capillaries present inside the core, delimited by the core (Cl) and the N wires of the second layer (C2), are not still filled with filling rubber, in any case insufficiently to obtain a cable having an impervious to air that is optimal.
  • the next essential step is to pass the cable through torsion balancing means to obtain a so-called torsionally balanced cable (i.e. substantially without residual torsion);
  • Torsional balancing here means, in a known manner, the cancellation of the residual torsional torques (or of the detorsion springback) exerted on each wire of the cable, in the second inner layer (C2) as in the third outer layer (C3).
  • Torsion balancing tools are known to those skilled in the art of twisting; they may consist for example of trainers and / or twisters and / or tweezers consisting of either pulleys for twisters, or small diameter rollers for trainers, pulleys or rollers through which the cable runs.
  • the dressing function provided by the use of a trainer tool, would also have the advantage that the contact of the trainer rollers with the son of the third layer (C3) will exert additional pressure on the filling rubber further promoting its penetration into the capillaries present between the second layer (C2) and the third layer (C3) of the cable of the invention.
  • the process described above exploits the twisting of the wires in the final stage of manufacture of the cable, in order to distribute the filling rubber naturally, evenly, inside the cable, while perfectly controlling the quantity of filling rubber provided.
  • the manufacture of the cable of the invention is complete.
  • the thickness of filling rubber between two adjacent wires of the cable, whatever they are, varies from 1 to 10 microns.
  • This cable can be wound on a receiving reel, for storage, before being processed, for example, through a calendering installation, for preparing a metal-rubber composite fabric that can be used, for example, as a tire carcass reinforcement.
  • An assembly and scrubbing device preferably used for the implementation of this method is a device comprising upstream downstream, according to the direction of advancement of a cable being formed:
  • first joining means by twisting the N wires for placing the second layer (C2) around the first layer (Cl), at a point called said point of assembly, for forming an intermediate cable called " soul strand "; downstream of said assembly point, cladding means of the core strand;
  • the above device also comprises means for assembling by twisting these core wires arranged between the supply means of these core wires and the assembly means N son of the second layer (C2).
  • FIG. 3 shows an exemplary device (30) for twisting assembly, of the rotating feed and rotary receiving type, usable for the manufacture of a cable according to the invention (p 2 ⁇ p 3 ; torsion direction of layers C2 and C3).
  • supply means (310) deliver, around a single core wire (Cl), N son (31) through a grid (32) distribution (axisymmetric splitter), coupled or not to a joining grain (33), beyond which converge the N (for example six) wires of the second layer at an assembly point (34), for formation of the core strand (C1 + C2) of construction 1 + N (eg 1 + 6).
  • the core strand (C1 + C2) once formed, then passes through a cladding zone consisting for example of a single extrusion head (35).
  • the distance between the point of convergence (34) and the sheathing point (35) is for example between 50 cm and 1 m.
  • the final cable (C1 + C2 + C3) thus formed is finally collected on the rotary reception (39), after passing through the torsion balancing means (38) consisting for example of a trainer or a twister-trainer.
  • the core strand (C1 + C2) of construction 1 + N could also be prepared separately and sent directly to the inlet of the cladding zone (35).
  • Another possible variant, also not illustrated in FIG. 3, would be to first erase the single core wire (Cl) with filling rubber in a sufficient quantity, passing this core wire through the cladding zone (35). then reassemble the N son (31) around the first layer (Cl) and previously sheathed.
  • the core strand (C1 + C2) thus obtained could itself be sheathed before introduction by twisting the third layer (C3).
  • the cable of the invention is particularly intended for a tire carcass reinforcement for an industrial vehicle.
  • FIG. 4 very schematically represents a radial section of a tire with a metal carcass reinforcement which may or may not be in conformity with the invention, in this general representation.
  • This tire 1 has a crown 2 reinforced by a crown reinforcement or belt 6, two sidewalls 3 and two beads 4, each of these beads 4 being reinforced with a rod 5.
  • the crown 2 is surmounted by a tread not shown in this schematic figure.
  • a carcass reinforcement 7 is wound around the two rods 5 in each bead 4, the upturn 8 of this armature 7 being for example disposed towards the outside of the tire 1 which is shown here mounted on its rim 9.
  • the carcass reinforcement 7 is in known manner constituted by at least one sheet reinforced by so-called "radial” metal cables, that is to say that these cables are arranged substantially parallel to each other and extend from a bead to the other so as to form an angle between 80 ° and 90 ° with the median circumferential plane (plane perpendicular to the axis of rotation of the tire which is located midway between the two beads 4 and passes through the middle of the crown frame 6).
  • the tire according to the invention is characterized in that its carcass reinforcement 7 comprises at least, as reinforcing element of at least one carcass ply, a metal cable according to the invention.
  • this tire 1 further comprises, in a known manner, a layer of rubber or inner elastomer (commonly known as
  • Inner liner which defines the radially inner face of the tire and which is intended to protect the carcass ply from the diffusion of air from the interior of the tire.
  • the density of the cables according to the invention is preferably between 30 and 160 cables per dm (decimetre) of carcass ply, more preferably between 50 and 100 cables per dm of ply, distance between two adjacent cables, axis to axis, being preferably between 0.6 and 3.5 mm, more preferably between 1, 25 and 2.2 mm.
  • the cables according to the invention are preferably arranged in such a way that the width (denoted Lc) of the rubber bridge between two adjacent cables is between 0.25 and 1.5 mm.
  • This width Lc represents, in known manner, the difference between the calendering pitch (no laying of the cable in the rubber fabric) and the diameter of the cable.
  • the rubber bridge which is too narrow, risks being degraded mechanically during the working of the sheet, in particular during the deformations undergone in its own plane by extension or shearing. Beyond the maximum indicated, one is exposed to the risk of appearance of appearance defects on the sidewalls of the tires or penetration of objects, by perforation, between the cables. More preferably, for these same reasons, the width Lc is chosen between 0.35 and 1.25 mm.
  • the rubber composition used for the fabric of the carcass reinforcement ply has, in the vulcanized state (ie, after curing), a secant modulus in extension ElO which is between 2 and 25 MPa, more preferably between 3 and 20 MPa, especially in a range of 3 to 15 MPa.
  • the carbon steel wires are prepared in a known manner, for example starting from machine wires (diameter 5 to 6 mm) which are first cold-rolled, by rolling and / or drawing, to a neighboring intermediate diameter. of 1 mm.
  • the steel used is a known carbon steel (USA AISI 1069 standard) with a carbon content of 0.70%.
  • the intermediate diameter son undergo a degreasing treatment and / or pickling, before further processing.
  • a brass coating on these intermediate son is carried on each wire a so-called “final” work hardening (ie, after the last patenting heat treatment), by cold drawing in a moist medium with a drawing lubricant which is for example in the form of an emulsion or an aqueous dispersion.
  • the brass coating that surrounds the son has a very small thickness, significantly less than one micrometer, for example of the order of 0.15 to 0.30 microns, which is negligible compared to the diameter of the steel son.
  • the steel wires thus drawn have the following diameter and mechanical properties:
  • the cable of the invention 1 + 6 + 12 (C-I), as schematized in FIG. 1, is therefore formed of 19 wires in total, a core wire of diameter 0.20 mm and 18 wires around, all of diameter 0.18 mm, which have been wound in two concentric layers in the same direction of torsion (S / S).
  • the rate of filling rubber measured according to the method indicated previously in paragraph 1-3, is equal to about 30 mg per g of cable.
  • This filling rubber is present in each of the 24 capillaries formed by the various son taken three to three, that is to say that it fills all or at least part of each of these capillaries in such a way that it exists. at least, on any length of cable of length equal to 2 cm, a rubber stopper in each capillary.
  • the filling rubber is a conventional rubber composition for tire carcass reinforcement for industrial vehicles, having the same formulation as that of the carcass rubber ply that the CI cable is intended to reinforce; this composition is based on natural rubber (peptized) and carbon black N330 (55 phr); it also comprises the following usual additives: sulfur (6 phr), sulfenamide accelerator (1 phr), ZnO (9 phr), stearic acid (0.7 phr), antioxidant (1.5 phr), cobalt naphthenate (1 phr) pce); the ElO modulus of the composition is about 6 MPa. This composition was extruded at a temperature of about 65 ° C. through a 0.580 mm calibration die.
  • the CI cables of the invention were subjected to the air permeability test described in paragraph 1-2, by measuring the volume of air (in cm 3 ⁇ ) passing through the cables in 1 minute (average of 10 measurements per minute). each cable tested).
  • control gummed cables in situ of the same construction as the CI compact cables of the invention, were prepared according to the method described in the aforementioned application WO 2005/071557, in several discontinuous steps, by sheathing via a extrusion head of intermediate core strand 1 + 6, then in a second time by wiring the remaining 12 son around the core thus sheathed, for formation of the outer layer. These control cables were then subjected to the air permeability test of section 1-2.
  • the core (Cl) of the cables of the invention could consist of a non-circular section wire, for example plastically deformed, in particular a wire of substantially oval or polygonal section, for example triangular, square or rectangular; the core could also consist of a preformed wire, of circular section or not, for example a corrugated wire, twisted, twisted helical or zig-zag.
  • the diameter di of the nucleus (Cl) represents the diameter of the imaginary revolution cylinder which surrounds the central wire (encumbrance diameter), and no longer the diameter (or any other transverse size). , if its section is not circular) of the central wire itself.
  • the central wire is less stressed during the wiring operation than the other son, given its position in the cable, it is not necessary for this wire to use for example compositions of steel with high torsional ductility; advantageously any type of steel may be used, for example a stainless steel.
  • a (at least one) linear yarn of one of the other two layers (C2 and / or C3) could also be replaced by a preformed or deformed yarn, or more generally by a yarn of section different from that of the other yarns of diameter d 2 and / or d 3 , so as to further improve the penetrability of the cable by the rubber or other material, the overall size of this replacement wire may be smaller, equal to or greater than the diameter ( d 2 and / or d 3 ) other constituent son of the layer (C2 and / or C3) concerned.
  • part of the son constituting the cable according to the invention could be replaced by son other than son steel, metal or not, including son mineral or organic material to high mechanical strength, for example monofilaments organic polymers liquid crystal.
  • the invention also relates to any multi-strand steel cable whose structure incorporates at least, as elementary strand, a layered cable according to the invention.
  • multi-strand cables according to the invention which can be used, for example, in tires for industrial vehicles of the civil engineering type, in particular in their carcass or crown reinforcement, mention may be made of multi-strand cables with two layers of general construction known per se, for example:
  • each elementary strand (or at least a part of them) is constituted by a three-layer cable 1 + N + P, in particular 1 + 6 + 11 or 1 + 6 + 12, which is according to the invention.
  • Such multi-strand steel cables in particular of the type (l + 5) x (l + 6 + 11), (l + 6) x (l + 6 + 11), (2 + 7) x (l + 6 + 11), (2 + 8) x (1 + 6 + 11), (3 + 8) x (1 + 6 + 11), (3 + 9) x (1 + 6 + 11), (4+ 9) x (1 + 6 + 11), (4 + 10) x (1 + 6 + 11), (1 + 5) x (1 + 6 + 12), (1 + 6) x (1 + 6 + 12), (2 + 7) x (1 + 6 + 12), (2 + 8) x (1 + 6 + 12), (3 + 8) x (1 + 6 + 12), or (3 + 9) ) x (1 + 6 + 12), (4 + 9) x (1 + 6 + 12) or (4 + 10) x (1 + 6 + 12), could be themselves gummed in situ during their manufacture that is to say that in this case the central strand is itself, or the center strands if they are several themselves, sheathed

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Abstract

Câble métallique (C-1) à trois couches (C1, C2, C3), gommé in situ, comportant un noyau ou première couche (10, C1) de diamètre d1, autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), N fils (11) de diamètre d2, autour desquels sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), P fils (12) de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (d1, d2, d3, p2 et p3 étant exprimés en mm) : - 0,08 1 2 3 1 + d2) 2 3 1 + 2d2 + d3); sur toute longueur de câble de 2 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" (13) est présente dans chacun des capillaires (14) situés d'une part entre le noyau (C1) et les N fils (11) de la seconde couche (C2), d'autre part entre les N fils (11) de la seconde couche (C2) et les P fils (12) de la troisième couche (C3); le taux de gomme de remplissage (13) dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble. Câble multitorons dont au moins un des torons est un câble métallique (C-1) à trois couches gommé in situ, conforme à l'invention.

Description

CÂBLE À TROIS COUCHES, GOMMÉ IN SITU, POUR ARMATURE CARCASSE DE PNEUMATIQUE
La présente invention est relative aux câbles métalliques à trois couches, utilisables notamment pour le renforcement d'articles en caoutchouc, plus particulièrement relative aux câbles métalliques à trois couches du type « gommés in situ », c'est-à-dire gommés de l'intérieur, pendant leur fabrication même, par du caoutchouc à l'état cru.
Elle se rapporte également à l'utilisation de tels câbles dans des pneumatiques et notamment dans leurs armatures de carcasse, encore appelées « carcasses », plus particulièrement au renforcement des carcasses de pneumatiques pour véhicules industriels.
Un pneumatique radial comporte de manière connue une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une ceinture disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement. Cette armature de carcasse est constituée de manière connue d'au moins une nappe (ou "couche") de caoutchouc renforcée par des éléments de renforcement ("renforts") tels que des câblés ou des monofilaments, généralement du type métalliques dans le cas de pneumatiques pour véhicules industriels.
Pour le renforcement des armatures de carcasse ci-dessus, on utilise généralement des câbles d'acier ("steel cords") dits "à couches" ("layered cords") constitués d'une couche centrale ou noyau et d'une ou plusieurs couches de fils concentriques disposées autour de ce noyau. Les câbles à trois couches les plus utilisés sont essentiellement des câbles de construction M+N+P, formés d'un noyau de M fïl(s), M variant de 1 à 4, entourée d'une couche intermédiaire de N fils, N variant typiquement de 3 à 12, elle-même entourée d'une couche externe de P fils, P variant typiquement de 8 à 20, l'ensemble pouvant être éventuellement fretté par un fil de frette externe enroulé en hélice autour de la couche externe.
De manière bien connue, ces câbles à couches sont soumis à des contraintes importantes lors du roulage des pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées induisant au niveau des fils des frottements, notamment par suite des contacts entre couches adjacentes, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; ils doivent donc présenter une haute résistance aux phénomènes dits de "fatigue-fretting".
Il est particulièrement important en outre qu'ils soient imprégnés autant que possible par le caoutchouc, que cette matière pénètre dans tous les espaces situés entre les fils constituant les câbles. En effet, si cette pénétration est insuffisante, il se forme alors des canaux ou capillaires vides, le long et à l'intérieur des câbles, et les agents corrosifs tels que l'eau ou même l'oxygène de l'air, susceptibles de pénétrer dans les pneumatiques par exemple à la suite de coupures de leur bande de roulement, cheminent le long de ces canaux vides jusque dans la carcasse du pneumatique. La présence de cette humidité joue un rôle important en provoquant de la corrosion et en accélérant les processus de dégradation ci-dessus (phénomènes dits de "fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche.
Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe généralement sous le terme générique de "fatigue-fretting-corrosion" sont à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de ces derniers.
Pour pallier les inconvénients ci-dessus, la demande WO 2005/071157 a proposé des câbles à trois couches de construction 1+M+N, en particulier de construction 1+6+12, dont une des caractéristiques essentielles est qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc diénique recouvre au moins la couche intermédiaire constituée des M fils, le noyau du câble pouvant être lui-même recouvert ou non de caoutchouc. Grâce à cette architecture spécifique, non seulement une excellente pénétrabilité par le caoutchouc est obtenue, limitant les problèmes de corrosion, mais encore les propriétés d'endurance en fatigue- fretting sont notablement améliorées par rapport aux câbles de l'art antérieur. La longévité des pneumatiques Poids-lourd et celle de leurs armatures de carcasse en sont ainsi très sensiblement améliorées.
Toutefois, les procédés décrits pour la fabrication de ces câbles, ainsi que les câbles qui en sont issus, ne sont pas dépourvus d'inconvénients.
Tout d'abord, ces câbles à trois couches sont obtenus en plusieurs étapes qui présentent l'inconvénient d'être discontinues, d'abord par réalisation d'un câble intermédiaire 1+M (en particulier 1+6), puis par gainage via une tête d'extrusion de ce câble intermédiaire, enfin par une opération finale de câblage des N (en particulier 12 fils) restants autour de l'âme ainsi gainée, pour formation de la couche externe. Pour éviter le problème de "collant à cru" de la gaine de caoutchouc avant câblage de la couche externe autour de l'âme, doit être utilisé en outre un film intercalaire en matière plastique lors des opérations intermédiaires de bobinage et débobinage. Toutes ces manipulations successives sont pénalisantes du point de vue industriel et antinomiques de la recherche de cadences de fabrication élevées.
D'autre part, si l'on veut pouvoir garantir un taux de pénétration élevé par le caoutchouc à l'intérieur du câble pour l'obtention d'une perméabilité à l'air du câble, selon son axe, qui soit aussi faible que possible, il s'est avéré nécessaire selon ces procédés de l'art antérieur, d'utiliser des quantités relativement importantes de caoutchouc lors du gainage. De telles quantités conduisent à un débordement parasite, plus ou moins prononcé, du caoutchouc cru à la périphérie du câble terminé de fabrication.
Or, comme cela a déjà été évoqué ci-dessus, en raison du fort pouvoir collant que possède le caoutchouc à l'état cru, un tel débordement parasite génère à son tour des inconvénients notables lors de la manipulation ultérieure du câble, en particulier lors des opérations de calandrage qui vont suivre pour l'incorporation du câble à une bande de caoutchouc elle- même à l'état cru, avant les opérations ultimes de fabrication du bandage pneumatique et de cuisson finale.
Tous les inconvénients exposés ci-dessus ralentissent bien entendu les cadences industrielles et pénalisent le coût final des câbles et des pneumatiques qu'ils renforcent.
Poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert un câble à trois couches amélioré, obtenu grâce à un procédé de fabrication spécifique, qui permet de pallier les inconvénients précités.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble métallique à trois couches (Cl, C2, C3), gommé in situ, comportant un noyau ou première couche (Cl) de diamètre di, autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), N fils de diamètre d2, autour desquels sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), P fils de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (di, d2, d3, p2 et p3 étant exprimés en mm) :
Figure imgf000005_0001
;
- 0,08 < d2 < 0,45 ;
- 0,08 < d3 < 0,45 ;
- 5,1 π ((I1 + d2) < p2 < p3 < 4,9 π (di + 2d2 + d3) ; sur toute longueur de câble de 2 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans chacun des capillaires situés d'une part entre le noyau (Cl) et les N fils de la seconde couche (C2), d'autre part entre les N fils de la seconde couche (C2) et les P fils de la troisième couche (C3) ; le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble.
En raison de ses pas p2 et p3 différents, ce câble à trois couches est du type à couches cylindriques, par opposition aux câbles du type compacts obtenus lorsque les pas p2 et p3 sont identiques et qu'en outre les sens de torsion des couches C2 et C3 sont les mêmes. Ce câble à trois couches de l'invention, comparé aux câbles à trois couches gommés in situ de l'art antérieur, a l'avantage notable de comporter une quantité réduite et maîtrisée de gomme de remplissage, cette gomme étant en outre répartie uniformément à l'intérieur du câble, à l'intérieur de chacun de ses capillaires, lui conférant ainsi une imperméabilité optimale selon son axe.
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel câble pour le renforcement d'articles ou de produits semi-finis en caoutchouc, par exemple des nappes, des tuyaux, des courroies, des bandes transporteuses, des pneumatiques.
Le câble de l'invention est tout particulièrement destiné à être utilisé comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatiques de véhicules industriels (porteurs de lourdes charges) choisis parmi camionnettes et véhicules dits "Poids-lourd" c'est-à-dire véhicules métro, bus, engins de transport routier tels que camions, tracteurs, remorques, ou encore véhicules hors-la-route, engins agricoles ou de génie civil, et tout autre type de véhicules de transport ou de manutention.
L'invention concerne en outre ces articles ou produits semi-finis en caoutchouc eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par un câble conforme à l'invention, en particulier les pneumatiques destinés aux véhicules industriels tels que camionnettes ou Poids-lourd.
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 :
en coupe transversale, un câble de construction 1+6+12 conforme à l'invention, gommé in situ (Fig. 1) ; en coupe transversale, un câble de construction 1+6+12 conventionnel, non gommé in situ (Fig. 2) ; - un exemple d'installation de retordage et gommage in situ utilisable pour la fabrication de câbles conformes à l'invention (Fig. 3) ; en coupe radiale, une enveloppe de pneumatique Poids-lourd à armature de carcasse radiale, conforme ou non à l'invention dans cette représentation générale (Fig. 4).
I. MESURES ET TESTS
I- 1. 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.
Concernant les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en traction, sauf indication différente selon la norme ASTM D 412 de 1998 (éprouvette "C") : on mesure en seconde élongation (c'est-à-dire après un cycle d'accommodation) le module sécant "vrai" (c'est-à-dire ramené à la section réelle de l'éprouvette) à 10% d'allongement, noté ElO et exprimé en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999).
1-2. Test de perméabilité à l'air
Ce test permet de déterminer la perméabilité longitudinale à l'air des câbles testés, par mesure du volume d'air traversant une éprouvette sous pression constante pendant un temps donné. Le principe d'un tel test, bien connu de l'homme du métier, est de démontrer l'efficacité du traitement d'un câble pour le rendre imperméable à l'air ; il a été décrit par exemple dans la norme ASTM D2692-98.
Le test est ici réalisé soit sur des câbles extraits des pneumatiques ou des nappes de caoutchouc qu'ils renforcent, donc déjà enrobés de l'extérieur par du caoutchouc à l'état cuit, soit sur des câbles bruts de fabrication.
Dans le second cas, les câbles bruts doivent être préalablement enrobés de l'extérieur par une gomme dite d'enrobage. Pour cela, une série de 10 câbles disposés parallèlement (distance inter-câble : 20 mm) est placée entre deux couches (deux rectangles de 80 x 200 mm) d'une composition de caoutchouc à l'état cru, chaque couche ayant une épaisseur de 3,5 mm ; le tout est alors bloqué dans un moule, chacun des câbles étant maintenu sous une tension suffisante (par exemple 2 daN) pour garantir sa rectitude lors de la mise en place dans le moule, à l'aide de modules de serrage ; puis on procède à la vulcanisation (cuisson) pendant 40 min à une température de 1400C et sous une pression de 15 bar (piston rectangulaire de 80 x 200 mm). Après quoi, on démoule l'ensemble et on découpe 10 éprouvettes de câbles ainsi enrobés, sous forme de parallélépipèdes de dimensions 7x7x20 mm, pour caractérisation.
On utilise comme gomme d'enrobage une composition de caoutchouc conventionnelle pour pneumatique, à base de caoutchouc naturel (peptisé) et de noir de carbone N330 (65 pce), comportant en outre les additifs usuels suivants: soufre (7 pce), accélérateur sulfénamide (1 pce), ZnO (8 pce), acide stéarique (0,7 pce), antioxydant (1,5 pce), naphténate de cobalt (1,5 pce) (pce signifiant parties en poids pour cent parties d'élastomère) ; le module ElO de la gomme d'enrobage est de 10 MPa environ.
Le test est réalisé sur 2 cm de longueur de câble, enrobé donc par sa composition de caoutchouc (ou gomme d'enrobage) environnante à l'état cuit, de la manière suivante : on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression de 1 bar, et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre (calibré par exemple de 0 à 500 cm /min). Pendant la mesure, l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche comprimé (par exemple un joint en mousse dense ou en caoutchouc) de telle manière que seule la quantité d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe longitudinal, est prise en compte par la mesure ; l'étanchéité du joint étanche lui-même est contrôlée préalablement à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, c'est-à-dire sans câble.
Le débit d'air moyen mesuré (moyenne sur les 10 éprouvettes) est d'autant plus faible que l'imperméabilité longitudinale du câble est élevée. La mesure étant faite avec une précision de ± 0,2 cm3/min, les valeurs mesurées inférieures ou égales à 0,2 cm3/min sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe (i.e., dans sa direction longitudinale).
1-3. Taux de gomme de remplissage
La quantité de gomme de remplissage est mesurée par différence entre le poids du câble initial (donc gommé in situ) et le poids du câble (donc celui de ses fils) dont la gomme de remplissage a été éliminée par un traitement électrolytique approprié.
Un échantillon de câble (longueur 1 m), bobiné sur lui-même pour réduire son encombrement, constitue la cathode d'un électrolyseur (reliée à la borne négative d'un générateur), tandis que l'anode (reliée à la borne positive) est constituée d'un fil de platine. L'électrolyte consiste en une solution aqueuse (eau déminéralisée) comportant 1 mole par litre de carbonate de sodium.
L'échantillon, plongé complètement dans l'électrolyte, est mis sous tension pendant 15 min sous un courant de 300 mA. Le câble est ensuite retiré du bain, rincé abondamment avec de l'eau. Ce traitement permet à la gomme de se détacher facilement du câble (si ce n'est pas le cas, on continue l'électrolyse pendant quelques minutes). On élimine soigneusement la gomme, par exemple par simple essuyage à l'aide d'un tissu absorbant, tout en détordant un à un les fils du câble. Les fils sont de nouveau rincés à l'eau puis plongés dans un bêcher contenant un mélange d'eau déminéralisée (50%) et d'éthanol (50%) ; le bêcher est plongé dans une cuve à ultrasons pendant 10 min. Les fils ainsi dépourvus de toute trace de gomme sont retirés du bêcher, séchés sous un courant d'azote ou d'air, et enfin pesés. On en déduit par le calcul le taux de gomme de remplissage dans le câble, exprimé en mg (milligramme) de gomme de remplissage par g (gramme) de câble initial, et moyenne sur 10 mesures (c'est-à-dire sur 10 mètres de câble au total).
II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % massiques.
D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
II- 1. Câble de l'invention
Le câble métallique de l'invention comporte donc trois couches concentriques :
une première couche (Cl) de diamètre di ; une deuxième couche (C2) comportant N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice, selon un pas p2, autour de la première couche ; - une troisième couche (C3) comportant P fils de diamètre de diamètre d3 enroulés ensemble en hélice, selon un pas p3, autour de la deuxième couche.
De manière connue, la première couche est aussi appelée le noyau du câble, alors que la première et la deuxième couches assemblées constituent ce que l'on a coutume d'appeler l'âme du câble.
Ce câble de l'invention présente en outre les caractéristiques essentielles suivantes (di, d2, d3, p2 et p3 étant exprimés en mm) :
- 0,08 < (I1 < 0,50 ;
- 0,08 < d2 < 0,45 ;
- 0,08 < d3 < 0,45 ;
- 5,1 π ((I1 + d2) < p2 < p3 < 4,9 π (di + 2d2 + d3) ; pour toute longueur de câble de 2 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans chacun des capillaires situés d'une part entre le noyau (Cl) et les N fils de la seconde couche (C2), d'autre part entre les N fils de la seconde couche (C2) et les P fils de la troisième couche (C3) ; le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble.
Ce câble de l'invention peut être qualifié de câble gommé in situ, c'est-à-dire qu'il est gommé de l'intérieur, pendant sa fabrication même (donc à l'état brut de fabrication), par la gomme de remplissage. En d'autres termes, chacun des capillaires ou interstices (les deux termes interchangeables désignant les vides, espaces libres en l'absence de gomme de remplissage) formés par les fils adjacents, pris trois par trois, de ses trois couches Cl, C2 et C3, est rempli, au moins en partie (de manière continue ou non selon l'axe du câble), par la gomme de remplissage de telle manière que pour toute longueur de câble de 2 cm, chaque capillaire comporte au moins un bouchon de gomme.
Le câble de l'invention a pour autre caractéristique essentielle que son taux de gomme de remplissage est compris entre 10 et 50 mg de gomme par g de câble. En dessous du minimum indiqué, il n'est pas possible de garantir que, pour toute longueur de câble d'au moins 2cm, la gomme de remplissage soit bien présente, au moins en partie, dans chacun des interstices du câble, tandis qu'au-delà du maximum indiqué, on s'expose aux différents problèmes précédemment décrits dus au débordement de la gomme de remplissage à la périphérie du câble. Pour toutes ces raisons, on préfère que le taux de gomme de remplissage soit compris entre 15 et 50 mg, plus préférentiellement entre 20 et 45 mg par g de câble.
Un tel taux de gomme de remplissage et son contrôle dans les limites indiquées ci-dessus n'est rendu possible que grâce à la mise en œuvre d'un procédé de retordage-gommage spécifique, adapté à la géométrie du câble, qui sera exposé en détail ultérieurement.
La mise en œuvre de ce procédé spécifique, tout en permettant l'obtention d'un câble dont la quantité de gomme de remplissage est maîtrisée, garantit la présence de cloisons internes (continues ou discontinues dans l'axe du câble) ou bouchons de gomme dans le câble de l'invention, ceci en un nombre suffisant ; ainsi, le câble de l'invention devient étanche à la propagation, le long du câble, de tout fluide corrosif tel que l'eau ou l'oxygène de l'air, supprimant ainsi l'effet de mèche décrit en introduction du présent mémoire.
Ainsi, la caractéristique suivante est préférentiellement vérifiée : sur toute longueur de câble de 2 cm, le câble est étanche ou pratiquement étanche à l'air dans la direction longitudinale. En d'autres termes, chaque capillaire (ou cavité) du câble comporte au moins un bouchon (ou cloison interne) de gomme de remplissage sur cette longueur de 2 cm, de telle manière que ledit câble (une fois enrobé de l'extérieur par un polymère tel que du caoutchouc) est étanche ou pratiquement étanche à l'air dans sa direction longitudinale. Au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe 1-2, un câble dit "étanche à l'air" dans la direction longitudinale est caractérisé par un débit d'air moyen inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min tandis qu'un câble dit "pratiquement étanche à l'air" dans la direction longitudinale est caractérisé par un débit d'air moyen inférieur à 2 cm /min, de préférence inférieur à 1 cm3/min.
Le noyau (Cl) du câble de l'invention est préférentiellement constitué d'un seul fil unitaire ou au plus de 2 fils, ces derniers pouvant être par exemple parallèles ou bien retordus ensemble. Toutefois, plus préférentiellement, le noyau (Cl) du câble de l'invention est constitué d'un seul fil unitaire. Quant à la couche C2, elle comporte préférentiellement 5 à 7 fils (soit N égal à 5, 6 ou 7).
Pour un compromis optimisé entre résistance, faisabilité, rigidité et endurance en flexion du câble, on préfère que les diamètres des fils des couches Cl, C2 et C3, que ces fils aient un diamètre identique ou non d'une couche à l'autre, vérifient les relations suivantes (di, d2, d3 étant exprimés en mm): ; - 0,10 < d2 < 0,35 ;
- 0,10 < d3 < 0,35 .
Plus préférentiellement encore, les relations suivantes sont vérifiées :
Figure imgf000011_0002
;
- 0,10 < d2 < 0,30 ;
- 0,10 < d3 < 0,30 .
Selon un autre mode de réalisation particulier, les caractéristiques suivantes sont vérifiées :
- pour N = 5 : 0,6 < (di/ d2) < 0,9 ;
- pour N = 6 : 0,9 < (d1 / d2) < 1,3 ;
- pour N = 7 : 1,3 < (di/ d2) < 1,6.
Les fils des couches C2 et C3 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 d2 = d3), ce qui simplifie notamment la fabrication et réduit le coût des câbles.
De préférence, on a la relation suivante qui est vérifiée: 5,2 π (di + d2) < p2 < p3 < 4,8 π (di + 2d2 + d3).
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.
Les pas p2 et p3 sont choisis plus préférentiellement dans un domaine de 5 à 30 mm, plus préférentiellement encore dans un domaine de 5 à 20 mm, en particulier lorsque d2 = d3.
Lorsque le noyau (Cl) est constitué de plus d'un fil (M différent de 1), les M fils sont de préférence retordus selon un pas pi qui est compris dans un domaine de 3 à 30 mm, en particulier dans un domaine de 3 à 20 mm.
Une caractéristique essentielle du câble de l'invention est que le pas p2 de la couche est inférieur au pas p3. De manière bien connue de l'homme du métier, on obtient ainsi un câble dit du type à couches cylindriques, par opposition aux câbles du type compacts obtenus lorsque à la fois pas p2 et p3 et les sens de torsion sont identiques d'une couche à l'autre. En décalant ainsi les pas et donc les angles de contact entre les fils de la couche C2 d'une part, et ceux de la couche C3 d'autre part, on augmente le volume des canaux ou capillaires entre ces deux couches et on optimise encore ses performances en fatigue- fretting.
C'est par exemple le cas des câbles à couches tels que schématisés à la figure 1 , dans lesquels les deux couches C2 et C3 peuvent être enroulées préférentiellement dans le même sens de torsion (soit S/S ou Z/Z, selon une nomenclature reconnue) voire dans des sens de torsion opposés (soit S/Z ou Z/S). Dans de tels câbles à couches cylindriques, la compacité est telle que les couches de fils sont bien visibles avec un contour (E) qui est essentiellement cylindrique (symbolisé par un cercle en pointillés), comme illustré à la figure 1 (câble 1+6+12 conforme à l'invention) ou à la figure 2 (câble 1+6+12 témoin, c'est-à-dire non gommé in situ).
De préférence, la troisième couche ou couche externe C3 est une couche saturée, c'est-à-dire que, par définition, il n'existe pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter au moins un (Pmax+l)ème fil de diamètre d2, Pmax représentant le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la deuxième couche C2. Cette construction a pour avantage notable de limiter encore le risque de débordement de gomme de remplissage à sa périphérie et d'offrir, pour un diamètre donné du câble, une résistance plus élevée.
Ainsi, le nombre P de fils peut varier dans une très large mesure selon le mode de réalisation particulier de l'invention, étant entendu que le nombre maximal de fils P sera augmenté si leur diamètre d3 est réduit comparativement au diamètre d2 des fils de la deuxième couche, afin de conserver préférentiellement la couche externe dans un état saturé.
Selon un mode plus préférentiel, la couche C3 comporte de 10 à 14 fils ; sont particulièrement sélectionnés parmi les câbles ci-dessus ceux constitués de fils ayant sensiblement le même diamètre de la couche C2 à la couche C3 (soit d2 = di).
Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, la première couche comporte un seul fil, la deuxième couche (C2) comporte 6 fils (N égal à 6) et la troisième couche (C3) comporte 11 ou 12 fils (P égal à 11 ou 12). En d'autres termes, le câble de l'invention a pour constructions préférentielles 1+6+11 ou 1+6+12.
Préférentiellement, les deux couches C2 et C3, ainsi que plus préférentiellement la couche Cl dans le cas où cette dernière est constituée de plusieurs fils, sont enroulées dans le même sens de torsion, c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S"), soit dans la direction Z (disposition "Z/Z"). L'enroulement dans le même sens de ces couches permet avantageusement de minimiser les frottements entre ces deux couches et donc l'usure des fils qui les constituent..
La construction du câble de l'invention permet de manière avantageuse la suppression du fil de frette, grâce à une meilleure pénétration du caoutchouc dans sa structure et à l'auto- frettage qui en résulte.
Par câble métallique, on entend par définition dans la présente demande un câble formé de fils constitués majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% en nombre de ces fils) ou intégralement (pour 100% des fils) d'un matériau métallique.
Indépendamment les uns des autres et d'une couche à l'autre, le ou les fils du noyau (Cl), les fils de la deuxième couche (C2) et les fils de la troisième couche (C3) sont de préférence en acier, plus préférentiellement en acier au carbone. Mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers, par exemple un acier inoxydable, ou d'autres alliages.
Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d'acier) est de préférence comprise entre 0,4% et 1,2%, notamment entre 0,5% et 1,1% ; ces teneurs représentent un bon compromis entre les propriétés mécaniques requises pour le pneumatique et la faisabilité des fils. Il est à noter qu'une teneur en carbone comprise entre 0,5% et 0,6% rend de tels aciers finalement moins coûteux car plus faciles à tréfiler. Un autre mode avantageux de réalisation de l'invention peut consister aussi, selon les applications visées, à utiliser des aciers à faible teneur en carbone, comprise par exemple entre 0,2% et 0,5%, en raison notamment d'un coût plus bas et d'une plus grande facilité de tréfilage. 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 du 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.
Les câbles de l'invention sont préférentiellement en acier au carbone et possèdent une résistance en traction (Rm) de préférence supérieure à 2500 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3000 MPa. L'allongement total à la rupture (At) du câble, somme de ses allongements structural, élastique et plastique, est de préférence supérieur à 2,0%, plus préférentiellement au moins égal à 2,5%.
L'élastomère (ou indistinctement "caoutchouc", les deux étant considérés comme synonymes) de la gomme de remplissage est préférentiellement un élastomère diénique, c'est-à-dire par définition un élastomère issu au moins en partie (c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère) de monomère(s) diène(s) (i.e., monomère(s) porteur(s) de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). L"élastomère diénique est plus préférentiellement 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) ou en solution (SSBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène- styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
Un mode de réalisation préférentiel consiste à utiliser un élastomère "isoprénique", c'est-à- dire 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.
L'élastomère isoprénique est de préférence 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%. Selon d'autres modes de réalisation préférentiels, A l'élastomère isoprénique peut être également associé un autre élastomère diénique tel que, par exemple, un élastomère SBR et/ou BR.
La gomme de remplissage peut contenir un seul ou plusieurs élastomère(s), notamment diénique(s), ce dernier ou ces derniers pouvant être utilisé(s) en association avec tout type de polymère autre qu'élastomère.
La gomme de remplissage est du type réticulable, c'est-à-dire qu'elle comprend par définition un système de réticulation adapté pour permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (i.e., son durcissement et non sa fusion) ; ainsi, cette composition de caoutchouc peut être qualifiée d'infusible, du fait qu'elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit. De préférence, dans le cas d'une composition de caoutchouc diénique, le système de réticulation de la gaine de caoutchouc est un système dit de vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'au moins un accélérateur de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base peuvent s'ajouter divers activateurs de vulcanisation connus. Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 1 et 8 pce, l'accélérateur de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5,0 pce.
La gomme de remplissage peut comporter également, outre ledit système de réticulation, tout ou partie des additifs habituellement utilisés dans les matrices de caoutchouc destinées à la fabrication 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, 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 paraffïniques, à haute ou de préférence à basse viscosité, des huiles MES ou TDAE, des résines plastifiantes à haute Tg supérieure à 300C, des agents facilitant la mise en œuvre (processabilité) des compositions à l'état cru, des résines tackifîantes, des agents antiréversion, des accepteurs et donneurs de méthylène tels que par exemple HMT (hexaméthylènetétramine) ou H3M (hexaméthoxyméthylmélamine), des résines renforçantes (tels que résorcinol ou bismaléimide), des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type sels métalliques par exemple, notamment sels de cobalt ou de nickel.
Le taux de charge renforçante, par exemple du noir de carbone ou une charge inorganique renforçante telle que silice, est de préférence supérieur à 50 pce, par exemple compris entre
50 et 120 pce. Comme noirs de carbone, par exemple, 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 de grade (ASTM) 300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772). Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type silice (Siθ2), notamment les silice précipitées ou pyrogénées présentant une surface BET inférieure à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g.
L'homme de l'art saura, à la lumière de la présente description, ajuster la formulation de la gomme de remplissage afin d'atteindre les niveaux de propriétés (notamment module d'élasticité) souhaités, et adapter la formulation à l'application spécifique envisagée.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la formulation de la gomme de remplissage peut être choisie identique à la formulation de la matrice de caoutchouc que le câble de l'invention est destiné à renforcer ; ainsi, il n'y a aucun problème de compatibilité entre les matériaux respectifs de la gomme de remplissage et de ladite matrice de caoutchouc.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, la formulation de la gomme de remplissage peut être choisie différente de la formulation de la matrice de caoutchouc que le câble de l'invention est destiné à renforcer. On pourra notamment ajuster la formulation de la gomme de remplissage en utilisant une quantité relativement élevée de promoteur d'adhésion, typiquement par exemple de 5 à 15 pce d'un sel métallique tel qu'un sel de cobalt ou de nickel, et en réduisant avantageusement la quantité dudit promoteur (voire en le supprimant totalement) dans la matrice de caoutchouc environnante. Bien entendu, on pourra également ajuster la formulation de la gomme de remplissage en vue d'optimiser sa viscosité et ainsi sa pénétration à l'intérieur du câble lors de la fabrication de ce dernier.
De préférence, la gomme de remplissage présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension ElO (à 10% d'allongement) qui est compris entre 2 et 25 MPa, plus préférentiellement entre 3 et 20 MPa, en particulier compris dans un domaine de 3 à 15 MPa.
L'invention concerne bien entendu le câble précédemment décrit tant à l'état cru (sa gomme de remplissage étant alors non vulcanisée) qu'à l'état cuit (sa gomme de remplissage étant alors vulcanisée). On préfère toutefois utiliser le câble de l'invention avec une gomme de remplissage à l'état cru jusqu'à son incorporation ultérieure dans le produit semi-fini ou produit fini tel que pneumatique auquel il est destiné, de manière à favoriser la liaison au cours de la vulcanisation finale entre la gomme de remplissage et la matrice de caoutchouc environnante (par exemple la gomme de calandrage).
La figure 1 schématise, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un exemple d'un câble préférentiel 1+6+12 conforme à l'invention. Ce câble (noté C-I) est du type à couches cylindriques, c'est-à-dire que ses deuxième et troisième couches (C2 et C3) sont enroulées à un pas différent (p2 < P3), préférentiellement dans le même sens (S/S ou Z/Z). Ce type de construction a pour conséquence que les fils (11, 12) de ces deuxième et troisième couches (C2, C3) forment autour du noyau (10) ou première couche (Cl) deux couches sensiblement concentriques qui ont chacune un contour (E) (représenté en pointillés) qui est sensiblement cylindrique.
La gomme de remplissage (13) remplit chaque capillaire (14) (symbolisé par un triangle) formé par les fils adjacents (pris trois à trois) des différentes couches (Cl, C2, C3) du câble, en écartant ces derniers très légèrement. On voit que ces capillaires ou interstices sont naturellement formés soit par le fil noyau (10) et les fils (11) de la deuxième couche (C2) qui l'entourent, soit par deux fils (11) de la deuxième couche (C2) et un fil (13) de la troisième couche (C3) qui leur est immédiatement adjacent, soit encore par chaque fil (11) de la deuxième couche (C2) et les deux fils (12) de la troisième couche (C3) qui lui sont immédiatement adjacents ; au total, 24 capillaires ou interstices (14) sont ainsi présents dans ce câble 1+6+12.
Selon un mode de réalisation préférentiel, dans le câble conforme à l'invention, la gomme de remplissage s'étend d'une manière continue autour de la deuxième couche (C2) qu'elle recouvre.
Pour comparaison, la figure 2 rappelle la coupe d'un câble 1+6+12 (noté C-2) conventionnel (i.e., non gommé in situ), également du type à couches cylindriques. L'absence de gomme de remplissage fait que pratiquement tous les fils (20, 21, 22) sont au contact l'un de l'autre, ce qui conduit à une structure plus compacte, plus difficilement pénétrable de l'extérieur par du caoutchouc.
Le câble de l'invention 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 (C3), 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.
Toutefois, si un fil de frette est utilisé, dans le cas général où les fils de la couche externe sont en acier au carbone, on pourra alors avantageusement choisir un fil de frette en acier inoxydable afin de réduire l'usure par fretting de ces fils en acier au carbone au contact de la frette en acier inoxydable, comme enseigné par exemple dans la demande WO-A-98/41682, le fil en acier inoxydable pouvant être éventuellement remplacé, de manière équivalente, par un fil composite dont seule la peau est en acier inoxydable et le cœur en acier au carbone, tel que décrit par exemple dans le document EP-A-976 541. On peut également utiliser une frette constituée d'un polyester ou d'un polyester-amide aromatique thermotrope, telle que décrite dans la demande WO-A-03/048447.
II-2. Fabrication du câble de l'invention
Le câble de l'invention précédemment décrit est susceptible d'être fabriqué selon un procédé comportant les étapes suivantes (opérées ou non en ligne) :
tout d'abord, une étape d'assemblage par retordage des N fils autour du noyau (Cl), pour formation en un point dit « point d'assemblage » d'un câble intermédiaire (C1+C2) dit « toron d'âme » (notamment de construction 1+N lorsque le noyau est constitué d'un seul fil) ;
- puis, en aval du point d'assemblage, une étape de gainage du toron d'âme (C1+C2) par la gomme de remplissage à l'état cru (c'est-à-dire non réticulée) ;
- suivie d'une étape d'assemblage par retordage des P fils autour du toron d'âme ainsi gainé ; - puis d'une étape finale d'équilibrage des torsions.
On rappelle ici qu'il existe deux techniques possibles d'assemblage de fils métalliques :
soit par câblage : dans un tel cas, les fils ne subissent pas de torsion autour de leur propre axe, en raison d'une rotation synchrone avant et après le point d'assemblage ; soit par retordage : dans un tel cas, les fils subissent à la fois une torsion collective et une torsion individuelle autour de leur propre axe, ce qui génère un couple de détorsion sur chacun des fils et sur le câble lui-même.
Une caractéristique essentielle du procédé ci-dessus est d'utiliser une étape de retordage pour chacune des étapes d'assemblage ci-dessus, en particulier tant pour l'assemblage de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) que pour l'assemblage de la troisième couche ou couche externe (C3) autour de la deuxième couche (C2). Bien entendu, si le noyau (Cl) est constitué de plusieurs fils assemblés, le procédé ci-dessus comporte également une étape d'assemblage par retordage de ces fils noyau.
Au cours de la première étape, les N fils de la deuxième couche (C2) sont retordus ensemble (direction S ou Z) autour du noyau (Cl) pour formation du toron d'âme (C1+C2), de manière connue en soi ; les fils sont délivrés par des moyens d'alimentation tels que des bobines, une grille de répartition, couplée ou non à un grain d'assemblage, destinés à faire converger autour du noyau les N fils en un point de torsion commun (ou point d'assemblage).
Le toron d'âme (C1+C2) ainsi formé est ensuite gainé de gomme de remplissage à l'état cru, apportée par une vis d'extrusion à une température appropriée. La gomme de remplissage peut être ainsi délivrée en un point fixe, unique et de faible encombrement, au moyen d'une tête d'extrusion unique.
Ce procédé a l'avantage de rendre possible l'opération complète de retordage initial, gommage et retordage final en ligne et en une seule étape, tout ceci à haute vitesse. Le procédé ci-dessus peut être mis en œuvre à une vitesse (vitesse de défilement du câble sur la ligne de retordage-gommage) supérieure à 50 m/min, préférentiellement supérieure à 70 m/min, notamment supérieure à 100 m/min.
Mais le câble de l'invention peut être également fabriqué en plusieurs opérations distinctes, conduites séparément dans le temps. Le câble intermédiaire ou toron d'âme (C1+C2) peut être notamment fabriqué séparément lors de la première étape d'assemblage, puis stocké sur bobine avant d'être soumis aux autres opérations successives de gainage du toron d'âme, d'assemblage par retordage des P fils de la troisième couche autour du toron gainé, et enfin d'équilibrage final des torsions.
En aval du point d'assemblage (et donc, notamment, en amont de la tête d'extrusion), la contrainte de tension exercée sur le toron d'âme est de préférence comprise entre 10 et 25% de sa force à la rupture.
La tête d'extrusion peut comporter une ou plusieurs filières, par exemple une filière amont de guidage et une filière aval de calibrage. On peut ajouter des moyens de mesure et de contrôle en continu du diamètre du câble, reliés à l'extrudeuse. De préférence, la température d'extrusion de la gomme de remplissage est comprise entre 500C et 1200C, plus préférentiellement comprise entre 500C et 1000C.
La tête d'extrusion définit ainsi une zone de gainage ayant la forme d'un cylindre de révolution dont le diamètre est compris de préférence entre 0,15 mm et 1,2 mm, plus préférentiellement entre 0,2 et 1,0 mm, et dont la longueur est de préférence comprise entre 4 et 10 mm.
Ainsi, la quantité de gomme de remplissage délivrée par la tête d'extrusion peut être ajustée aisément de telle manière que, dans le câble final, cette quantité soit comprise entre 10 et 50 mg, de préférence entre 15 et 50 mg, plus préférentiellement entre 20 et 45 mg par g de câble. Typiquement, en sortie de la tête d'extrusion, l'âme du câble ou toron d'âme (C1+C2), en tout point de sa périphérie, est recouverte d'une épaisseur minimale de gomme de remplissage qui est préférentiellement supérieure à 5 μm, plus préférentiellement supérieure à 10 μm, notamment comprise entre 10 et 80 μm.
En sortie de l'étape de gainage qui précède, au cours d'une troisième étape, on procède à l'assemblage final, toujours par retordage (direction S ou Z), des P fils de la troisième couche ou couche externe (C3) autour du toron d'âme (C1+C2) ainsi gainé. Au cours du retordage, les P fils viennent s'appuyer sur la gomme de remplissage, s'incruster dans cette dernière. La gomme de remplissage, en se déplaçant sous la pression exercée par ces P fils externes, a alors naturellement tendance à remplir, au moins en partie, chacun des interstices ou cavités laissés vides par les fils, entre le toron d'âme (C1+C2) et la couche externe (C3).
A ce stade, le câble de l'invention n'est pas terminé : les capillaires présents à l'intérieur de l'âme, délimités par le noyau (Cl) et les N fils de la deuxième couche (C2), ne sont pas encore remplis de gomme de remplissage, en tout cas de manière insuffisante pour l'obtention d'un câble ayant une imperméabilité à l'air qui soit optimale.
L'étape essentielle qui suit consiste à faire passer le câble à travers des moyens d'équilibrage de torsion pour obtention d'un câble dit équilibré en torsion (c'est-à-dire pratiquement sans torsion résiduelle) ; par "équilibrage de torsion", on entend ici de manière connue l'annulation des couples de torsion résiduels (ou du retour élastique de détorsion) s'exerçant sur chaque fil du câble, dans la deuxième couche interne (C2) comme dans la troisième couche externe (C3). Les outils d'équilibrage de la torsion sont connus de l'homme du métier du retordage ; ils peuvent consister par exemple en des dresseurs et/ou des retordeurs et/ou des retordeurs- dresseurs constitués soit de poulies pour les retordeurs, soit de galets de petit diamètre pour les dresseurs, poulies ou galets à travers lesquels circule le câble.
On suppose a posteriori que, lors du passage à travers cet outil d'équilibrage, la torsion s'exerçant sur les N fils de la deuxième couche (C2) est suffisante pour forcer, pour entraîner la gomme de remplissage à l'état cru (i.e., non réticulée, non cuite), encore chaude et relativement fluide de l'extérieur vers le noyau du câble, à l'intérieur même des capillaires formés par le noyau (Cl) et les N fils de la deuxième couche (C2), offrant finalement au câble de l'invention l'excellente propriété d'imperméabilité à l'air qui le caractérise. La fonction de dressage, apportée par l'utilisation d'un outil dresseur, aurait en outre pour avantage que le contact des galets du dresseur avec les fils de la troisième couche (C3) va exercer une pression supplémentaire sur la gomme de remplissage favorisant encore sa pénétration dans les capillaires présents entre les deuxième couche (C2) et la troisième couche (C3) du câble de l'invention. En d'autres termes, le procédé décrit ci-dessus exploite la torsion des fils au stade final de fabrication du câble, pour répartir naturellement, de manière homogène, la gomme de remplissage à l'intérieur du câble, tout en contrôlant parfaitement la quantité de gomme de remplissage fournie.
Ainsi, de manière inattendue, il s'est avéré possible de faire pénétrer la gomme de remplissage au cœur même du câble de l'invention, dans l'ensemble de ses capillaires, en déposant la gomme en aval du point d'assemblage des N fils autour du noyau (Cl), tout en contrôlant et en optimisant la quantité de gomme de remplissage délivrée grâce à l'emploi d'une tête d'extrusion unique.
Après cette étape ultime d'équilibrage de la torsion, la fabrication du câble de l'invention est terminée. Préférentiellement, dans ce câble terminé, l'épaisseur de gomme de remplissage entre deux fils adjacents du câble, quels qu'ils soient, varie de 1 à 10 μm. Ce câble peut être enroulé sur une bobine de réception, pour stockage, avant d'être traité par exemple à travers une installation de calandrage, pour préparation d'un tissu composite métal-caoutchouc utilisable par exemple comme armature de carcasse de pneumatique.
Le procédé précédemment décrit rend possible la fabrication de câbles qui peuvent être dépourvus (ou quasiment dépourvus) de gomme de remplissage à leur périphérie ; par une telle expression, on entend qu'aucune particule de gomme de remplissage n'est visible, à l'œil nu, à la périphérie du câble, c'est-à-dire que l'homme du métier ne fait pas de différence en sortie de fabrication, à l'œil nu et à une distance de trois mètres ou plus, entre une bobine de câble conforme à l'invention et une bobine de câble conventionnel non gommé in situ.
Un dispositif d'assemblage et gommage utilisable préférentiellement pour la mise en œuvre de ce procédé, est un dispositif comportant d'amont en aval, selon la direction d'avancement d'un câble en cours de formation :
des moyens d'alimentation d'une part du noyau (Cl), d'autre part des N fils de la deuxième couche (C2) ;
- des premiers moyens d'assemblage par retordage des N fils pour mise en place de la deuxième couche (C2) autour de la première couche (Cl), en un point dit point d'assemblage, pour formation d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » ; en aval dudit point d'assemblage, des moyens de gainage du toron d'âme ;
- en sortie des moyens de gainage, des seconds moyens d'assemblage par retordage des P fils autour du toron d'âme ainsi gainé, pour mise en place de la troisième couche (C3) ; - en sortie des seconds moyens d'assemblage, des moyens d'équilibrage de torsion. Bien entendu, lorsque le noyau (Cl) est constitué de plusieurs fils, le dispositif ci-dessus comporte également des moyens d'assemblage par retordage de ces fils noyau disposés entre les moyens d'alimentation de ces fils noyau et les moyens d'assemblage des N fils de la deuxième couche (C2).
On voit sur la figure 3 un exemple de dispositif (30) d'assemblage par retordage, du type à alimentation tournante et à réception tournante, utilisable pour la fabrication d'un câble conforme à l'invention (p2 < p3 ; même sens de torsion des couches C2 et C3). Dans ce dispositif (30), des moyens d'alimentation (310) délivrent, autour d'un fil noyau unique (Cl), N fils (31) à travers une grille (32) de répartition (répartiteur axisymétrique), couplée ou non à un grain d'assemblage (33), au-delà de laquelle convergent les N (par exemple six) fils de la deuxième couche en un point d'assemblage (34), pour formation du toron d'âme (C1+C2) de construction 1+N (par exemple 1+6).
Le toron d'âme (C1+C2), une fois formé, traverse ensuite une zone de gainage consistant par exemple en une tête d'extrusion unique (35). La distance entre le point de convergence (34) et le point de gainage (35) est par exemple comprise entre 50 cm et 1 m. Autour du toron d'âme ainsi gommé (36) et progressant dans le sens de la flèche, sont ensuite assemblés par retordage les P fils (37) de la couche externe (C3), par exemple au nombre de douze, délivrés par des moyens d'alimentation (370). Le câble final (C1+C2+C3) ainsi formé est finalement collecté sur la réception tournante (39), après traversée des moyens d'équilibrage de torsion (38) consistant par exemple en un dresseur ou un retordeur-dresseur.
Comme indiqué précédemment, le toron d'âme (C1+C2) de construction 1+N (par exemple 1+6) pourrait être aussi préparé séparément et envoyé directement à l'entrée de la zone de gainage (35). Une autre variante possible, également non illustrée à la figure 3, serait de gommer préalablement le fil noyau unique (Cl) avec de la gomme de remplissage en une quantité suffisante, en passant ce fil noyau à travers la zone de gainage (35), puis d'assembler par retordage les N fils (31) autour de la première couche (Cl) ainsi préalablement gainée. Le toron d'âme (C1+C2) ainsi obtenu pourrait être lui-même gainé avant mise en place par retordage de la troisième couche (C3).
II-3. Utilisation du câble en armature carcasse de pneumatique
Comme expliqué en introduction du présent mémoire, le câble de l'invention est particulièrement destiné à une armature de carcasse de pneumatique pour véhicule industriel.
A titre d'exemple, la figure 4 représente de manière très schématique une coupe radiale d'un pneumatique à armature de carcasse métallique pouvant être conforme ou non à l'invention, dans cette représentation générale. Ce pneumatique 1 comporte un sommet 2 renforcé par une armature de sommet ou ceinture 6, deux flancs 3 et deux bourrelets 4, chacun de ces bourrelets 4 étant renforcé avec une tringle 5. Le sommet 2 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 7 est enroulée autour des deux tringles 5 dans chaque bourrelet 4, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 7 est de manière connue en soi constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles métalliques dits "radiaux", c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6).
Le pneumatique conforme à l'invention est caractérisé en ce que son armature de carcasse 7 comporte au moins, à titre d'élément de renforcement d'au moins une nappe de carcasse, un câble métallique conforme à l'invention. Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée
"gomme intérieure") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique.
Dans cette nappe d'armature de carcasse, la densité des câbles conformes à l'invention est de préférence comprise entre 30 et 160 câbles par dm (décimètre) de nappe de carcasse, plus préférentiellement entre 50 et 100 câbles par dm de nappe, la distance entre deux câbles adjacents, d'axe en axe, étant de préférence comprise entre 0,6 et 3,5 mm, plus préférentiellement comprise entre 1 ,25 et 2,2 mm.
Les câbles conformes à l'invention sont de préférence disposés de telle manière que la largeur (notée Lc) du pont de caoutchouc, entre deux câbles adjacents, est comprise entre 0,25 et 1,5 mm. Cette largeur Lc représente de manière connue la différence entre le pas de calandrage (pas de pose du câble dans le tissu de caoutchouc) et le diamètre du câble. En dessous de la valeur minimale indiquée, le pont de caoutchouc, trop étroit, risque de se dégrader mécaniquement lors du travail de la nappe, notamment au cours des déformations subies dans son propre plan par extension ou cisaillement. Au-delà du maximum indiqué, on s'expose à des risques d'apparition de défauts d'aspect sur les flancs des pneumatiques ou de pénétration d'objets, par perforation, entre les câbles. Plus préférentiellement, pour ces mêmes raisons, la largeur Lc est choisie comprise entre 0,35 et 1,25 mm.
De préférence, la composition de caoutchouc utilisée pour le tissu de la nappe d'armature de carcasse présente, à l'état vulcanisé (i.e., après cuisson), un module sécant en extension ElO qui est compris entre 2 et 25 MPa, plus préférentiellement entre 3 et 20 MPa, notamment dans un domaine de 3 à 15 MPa.
III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
Les essais qui suivent démontrent la capacité de l'invention à fournir des câbles à trois couches qui, comparés aux câbles à trois couches gommés in situ de l'art antérieur, ont l'avantage notable de comporter une quantité réduite de gomme de remplissage, ce qui leur garantit une meilleure compacité, cette gomme étant en outre répartie uniformément à l'intérieur du câble, à l'intérieur de chacun de ses capillaires, leur conférant ainsi une imperméabilité longitudinale optimale.
III- 1. Fabrication des câbles
On utilise dans les essais qui suivent des câbles à couches de constructions 1+6+12 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. L'acier utilisé est un acier au carbone connu (norme USA AISI 1069) dont la teneur en carbone est de 0,70%. 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 aqueuse. Le revêtement de laiton qui entoure les fils a une épaisseur très faible, nettement inférieure au micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 μm, ce qui est négligeable par rapport au diamètre des fils en acier.
Les fils en acier ainsi tréfilés ont le diamètre et les propriétés mécaniques suivantes :
Tableau 1
Figure imgf000024_0001
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches 1+6+12 dont la construction est conforme à la représentation de la figure 1 et dont les propriétés mécaniques sont données dans le tableau 2.
Tableau 2
Figure imgf000025_0001
Le câble de l'invention 1+6+12 (C-I), tel que schématisé à la Fig. 1, est donc formé de 19 fils au total, un fil noyau de diamètre 0,20 mm et 18 fils autour, tous de diamètre 0,18 mm, qui ont été enroulés en deux couches concentriques dans la même direction de torsion (S/S). Le taux de gomme de remplissage, mesuré selon la méthode indiquée précédemment au paragraphe 1-3, est égal à environ 30 mg par g de câble. Cette gomme de remplissage est présente dans chacun des 24 capillaires formés par les différents fils pris trois à trois, c'est-à- dire qu'elle remplit en totalité ou au moins en partie chacun de ces capillaires de telle manière qu'il existe au moins, sur toute longueur de câble de longueur égale à 2 cm, un bouchon de gomme dans chaque capillaire.
Pour la fabrication de ce câble, on a utilisé un dispositif tel que décrit précédemment et schématisé à la figure 3. La gomme de remplissage est une composition de caoutchouc conventionnelle pour armature carcasse de pneumatique pour véhicules industriels, ayant la même formulation que celle de la nappe de caoutchouc de carcasse que le câble C-I est destiné à renforcer ; cette composition est à base de caoutchouc naturel (peptisé) et de noir de carbone N330 (55 pce) ; elle comporte en outre les additifs usuels suivants: soufre (6 pce), accélérateur sulfénamide (1 pce), ZnO (9 pce), acide stéarique (0,7 pce), antioxydant (1,5 pce), naphténate de cobalt (1 pce) ; le module ElO de la composition est de 6 MPa environ. Cette composition a été extrudée à une température de 65°C environ à travers une filière de calibrage de 0,580 mm.
III-2. Tests de perméabilité à l'air
Les câbles C-I de l'invention ont été soumis au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe 1-2, en mesurant le volume d'air (en cm 3λ ) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures pour chaque câble testé).
Pour chaque câble C-I testé et pour 100% des mesures (soit dix éprouvettes sur dix), on a mesuré un débit nul ou inférieur à 0,2 cm3/min ; en d'autres termes, les câbles de l'invention peuvent être qualifiés d'étanches à l'air selon leur axe longitudinal ; ils présentent donc un taux de pénétration optimal par le caoutchouc. D'autre part, des câbles gommés in situ témoins, de même construction que les câbles compacts C-I de l'invention, ont été préparés conformément au procédé décrit dans la demande WO 2005/071557 précitée, en plusieurs étapes discontinues, par gainage via une tête d'extrusion du toron d'âme intermédiaire 1+6, puis dans un deuxième temps par câblage des 12 fils restants autour de l'âme ainsi gainée, pour formation de la couche externe. Ces câbles témoins ont été ensuite soumis au test de perméabilité à l'air du paragraphe 1-2.
On a constaté tout d'abord qu'aucun de ces câbles témoins ne présentait 100% des mesures (soit dix éprouvettes sur dix) avec un débit nul ou inférieur à 0,2 cm /min, en d'autres termes qu'aucun de ces câbles témoins ne pouvait être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe.
On a observé d'autre part que, parmi ces câbles témoins, ceux présentant les meilleurs résultats d'imperméabilité (soit un débit moyen d'environ 2 cm3/min), présentaient tous une quantité relativement importante de gomme de remplissage parasite débordant à leur périphérie, les rendant inaptes à une opération de calandrage satisfaisante en conditions industrielles.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.
C'est ainsi par exemple que le noyau (Cl) des câbles de l'invention pourrait être constituée d'un fil à section non circulaire, par exemple déformé plastiquement, notamment un fil de section sensiblement ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée ou encore rectangulaire ; le noyau pourrait aussi être constitué d'un fil préformé, de section circulaire ou non, par exemple un fil ondulé, vrillé, tordu en forme d'hélice ou en zig-zag. Dans de tels cas, il faut bien sûr comprendre que le diamètre di du noyau (Cl) représente le diamètre du cylindre de révolution imaginaire qui entoure le fil central (diamètre d'encombrement), et non plus le diamètre (ou toute autre taille transversale, si sa section n'est pas circulaire) du fil central lui-même.
Pour des raisons de faisabilité industrielle, de coût et de performance globale, on préfère toutefois mettre en œuvre l'invention avec un seul fil central (couche Cl) linéaire conventionnel, de section circulaire.
D'autre part, le fil central étant moins sollicité lors de l'opération de câblage que les autres fils, compte tenu de sa position dans le câble, il n'est pas nécessaire pour ce fil d'employer par exemple des compositions d'acier offrant une ductilité en torsion élevée ; on pourra avantageusement utiliser tout type d'acier, par exemple un acier inoxydable. En outre, un (au moins un) fil linéaire d'une des deux autres couches (C2 et/ou C3) pourrait lui aussi être remplacé par un fil préformé ou déformé, ou plus généralement par un fil de section différente de celle des autres fils de diamètre d2 et/ou d3, de manière par exemple à améliorer encore la pénétrabilité du câble par le caoutchouc ou toute autre matière, le diamètre d'encombrement de ce fil de remplacement pouvant être inférieur, égal ou supérieur au diamètre (d2 et/ou d3) des autres fils constitutifs de la couche (C2 et/ou C3) concernée.
Sans que l'esprit de l'invention soit modifié, une partie des fils constituant le câble conforme à l'invention pourrait être remplacé par des fils autres que des fils en acier, métalliques ou non, notamment des fils en matière minérale ou organique à haute résistance mécanique, par exemple des monofilaments en polymères organiques cristaux liquides.
L'invention concerne également tout câble d'acier multi-torons ("multi-strand rope") dont la structure incorpore au moins, en tant que toron élémentaire, un câble à couches conforme à l'invention.
A titre d'exemples de câbles multi-torons conformes à l'invention, utilisables par exemple dans des pneumatiques pour véhicules industriels du type génie civil, notamment dans leur armature carcasse ou sommet, on peut citer des câbles multi-torons à deux couches de construction générale connue en soi, par exemple :
(1+5) x (1+N+P) formé au total de six torons élémentaires, un au centre et les cinq autres câblés autour du centre ;
(1+6) x (1+N+P) formé au total de sept torons élémentaires, un au centre et les six autres câblés autour du centre ;
(2+7) x (1+N+P) formé au total de neuf torons élémentaires, deux au centre et les sept autres câblés autour du centre ;
(2+8) x (1+N+P) formé au total de dix torons élémentaires, deux au centre et les huit autres câblés autour du centre ; - (3+8) x (1+N+P) formé au total de onze torons élémentaires, trois au centre et les huit autres câblés autour du centre ;
(3+9) x (1+N+P) formé au total de douze torons élémentaires, trois au centre et les neuf autres câblés autour du centre ;
(4+9) x (1+N+P) formé au total de treize torons élémentaires, trois au centre et les neuf autres câblés autour du centre ;
(4+10) x (1+N+P) formé au total de quatorze torons élémentaires, quatre au centre et les dix autres câblés autour du centre, mais dans lesquels chaque toron élémentaire (ou tout au moins, au moins une partie d'entre eux) est constitué par un câble à trois couches 1+N+P, notamment 1+6+11 ou 1+6+12, qui est conforme à l'invention.
De tels câbles d'acier multi-torons, notamment du type (l+5)x(l+6+l l), (l+6)x(l+6+l l), (2+7)x(l+6+l l), (2+8)x(l+6+l l), (3+8)x(l+6+l l), (3+9)x(l+6+l l), (4+9)x(l+6+l l), (4+10)x(l+6+l l), (l+5)x(l+6+12), (l+6)x(l+6+12), (2+7)x(l+6+12), (2+8)x(l+6+12), (3+8)x(l+6+12), ou (3+9)x(l+6+12), (4+9)x(l+6+12) ou (4+10)x(l+6+12), pourraient être eux-mêmes gommés in situ lors de leur fabrication, c'est-à-dire que dans ce cas le toron central est lui-même, ou les torons du centre s'ils sont plusieurs sont eux-mêmes, gainé(s) par de la gomme de remplissage non vulcanisée pendant leur fabrication, avant mise en place par câblage des torons périphériques formant la couche externe.

Claims

REVENDICATIONS
1. Câble métallique à trois couches (Cl, C2, C3), gommé in situ, comportant un noyau ou première couche (Cl) de diamètre di, autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), N fils de diamètre d2, autour desquels sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), P fils de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (di, d2, d3, p2 et p3 étant exprimés en mm) :
- 0,08 < (I1 < 0,50 ;
- 0,08 < d2 < 0,45 ;
- 0,08 < d3 < 0,45 ; - 5,1 π (di + d2) < p2 < p3 < 4,9 π (di + 2d2 + d3) ; sur toute longueur de câble de 2 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans chacun des capillaires situés d'une part entre le noyau (Cl) et les N fils de la seconde couche (C2), d'autre part entre les N fils de la seconde couche (C2) et les P fils de la troisième couche (C3) ; - le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble.
2. Câble selon la revendication 1 , dans lequel le caoutchouc de la gomme de remplissage est un élastomère diénique.
3. Câble selon la revendication 2, dans lequel l'élastomère diénique est 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.
4. Câble selon la revendication 3, dans lequel l'élastomère diénique est un élastomère isoprénique, de préférence du caoutchouc naturel.
5. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les caractéristiques suivantes sont vérifiées (di, d2, d3 en mm) :
Figure imgf000029_0001
;
- 0,10 < d2 < 0,35 ;
- 0,10 < d3 < 0,35 .
6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les caractéristiques suivantes sont vérifiées :
- pour N = 5 : 0,6 < ((I1/ d2) < 0,9 ;
- pour N = 6 : 0,9 < (di / d2) < 1,3 ;
- pour N = 7 : 1,3 < ((I1/ d2) < 1,6.
7. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les N et P fils des deuxième (C2) et troisième (C3) couches sont enroulés dans le même sens de torsion.
8. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel p2 et p3 sont compris dans un domaine de 5 à 30 mm, de préférence dans un domaine de 5 à 20 mm.
9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel d2 = d3.
10. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la deuxième couche (C2) comporte 5, 6 ou 7 fils.
11. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la troisième couche (C3) comporte 10 à 14 fils.
12. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la troisième couche (C3) est une couche saturée.
13. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le noyau est constitué d'un seul fil.
14. Câble selon la revendication 13, de construction 1+6+11 ou 1+6+12.
15. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le taux de gomme de remplissage est compris entre 15 et 50 mg, de préférence entre 20 et 45 mg, par g de câble.
16. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que, au test de perméabilité à l'air (selon paragraphe 1-2), il présente un débit d'air moyen inférieur à
2 cm3/min.
17. Câble selon la revendication 16, caractérisé en ce que, au test de perméabilité à l'air (selon paragraphe 1-2), il présente un débit d'air inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min.
18. Câble multi-torons dont au moins un des torons est un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.
19. Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, pour le renforcement d'un article ou produit semi-fini en caoutchouc.
20. Utilisation selon la revendication 19, dans laquelle l'article en caoutchouc est un pneumatique.
21. Pneumatique comportant un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.
22. Pneumatique selon la revendication 21, ledit pneumatique étant un pneumatique de véhicule industriel.
23. Pneumatique selon la revendication 21 ou 22, le câble étant présent dans l'armature de carcasse du pneumatique.
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