WO2012049206A1 - Pneumatique a armature de carcasse radiale - Google Patents

Pneumatique a armature de carcasse radiale Download PDF

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WO2012049206A1
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reinforcement
reinforcements
angle
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PCT/EP2011/067796
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Michel Deal
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • Y10T152/10495—Pneumatic tire or inner tube
    • Y10T152/10765—Characterized by belt or breaker structure
    • Y10T152/10792—Structure where each bias angle reinforcing cord ply has no opposingly angled ply

Definitions

  • the present invention relates to tires, and more particularly to radial tire for passenger vehicle.
  • Radial-carcass tires commonly known as “radial tires” have progressively become established in most markets and in particular in the passenger car tire market. This success is due in particular to the endurance, comfort, lightness and low rolling resistance qualities of radial technology.
  • the radial tire consists essentially of flexible flanks and a more rigid top, the flanks extending radially from the beads to the shoulders, the shoulders defining between them the top, the crown supporting the tread of the tire. .
  • Each of these parts of the tire having eigenfunctions, their armature is also specific.
  • a feature of the radial technology is that it allows to precisely adapt the armature of each of these parts relatively independently.
  • the crown reinforcement of a radial passenger tire (commonly known as "passenger tire”) comprises, in known manner, the following elements:
  • a radial carcass reinforcement formed of reinforcements (generally textile) connecting the two beads of the tire,
  • Two crossed triangulation layers (or layers) of the apex consisting essentially of reinforcements (generally metal cables) each forming an angle of approximately 30 ° with the circumferential direction of the tire,
  • a crown belt consisting essentially of reinforcements substantially parallel to the circumferential direction of the tire, often called "0 ° reinforcements" even if they generally form a non-zero angle with the circumferential direction, due to their winding.
  • the carcass has the primary function of containing the internal pressure of the tire
  • the crossed webs have the primary function of cooperating with the carcass to give the tire drift rigidity
  • the belt The primary function of vertex is to resist the centrifugation of the vertex, in particular of its central part, at high speed. It can also be said that it is the cooperation of all these reinforcing elements that gives the tire its ability to maintain a relatively cylindrical shape in the face of the various stresses.
  • Each of these elements of the crown reinforcement is generally associated by calendering with rubber mixes. The stack of these elements is then secured during the vulcanization of the tire.
  • An object of the invention is to significantly reduce the weight of the crown and therefore the mass of tires for passenger vehicle without reducing their performance in terms of safety and longevity.
  • a radial carcass reinforcement consisting of a single layer of reinforcements inclined at an angle ⁇ relative to the circumferential direction DC of the tire, the angle a being between 4 and 7 degrees,
  • a flat circumferential polymer reinforcement disposed in a central portion of the crown.
  • the angle a being between 5 and 6 degrees
  • the reinforcements of the working layer are preferably steel cables.
  • the reinforcements of the working layer are preferably aramid cables.
  • the reinforcements of the working layer are preferably steel ribbons.
  • the flat circumferential reinforcement is made of thermoplastic polymer film.
  • thermoplastic polymer film is a film of polyethylene terephthalate (PET) stretched multiaxially.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the flat circumferential reinforcement is located radially outside the working frame.
  • the flat circumferential reinforcement has a thickness of between 0.25 and 0.50 mm.
  • the width of the flat circumferential reinforcement is at least equal to half the width of the tire.
  • FIG. 1 is a cutaway view schematically showing the architecture of a tire according to the state of the art
  • FIG. 2 is a cutaway view showing the architecture of a tire according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a cutaway view showing the architecture of a tire according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the reinforcement according to a third embodiment of the invention.
  • Figures 5 and 6 are plan views of the working layer and its obtaining from a semi-finished.
  • FIG 1 there is shown schematically in broken view a radial tire for passenger vehicle according to the state of the art.
  • the carcass reinforcement 2 which connects the two beads 3 formed around the rods 31.
  • the carcass reinforcement is formed of reinforcements 21 radially oriented.
  • the reinforcements 21 are textile cables (for example nylon, rayon or polyester).
  • the carcass constitutes the only reinforcement of the flanks 8.
  • the carcass is surmounted by two crossed triangulation layers 51 and 52 and a belt 4.
  • the two crossed triangulation layers of the apex 51 and 52 comprise reinforcements (respectively 51 1 and 521) oriented at an angle generally between 20 ° and 40 ° on either side of the circumferential direction of the tire.
  • the reinforcements of the crossed layers are essentially metal cables. These crossed webs are commonly referred to as “working webs” and together they form what is called “the framework” 5.
  • the crown belt 4 consists essentially of reinforcements 41 oriented parallel to the circumferential direction of the tire (often called "0 ° reinforcements"). These reinforcements are generally textile cables (for example nylon, rayon, polyester, aramid) or hybrid cables (eg nylon aramis). In practice, because of their helical winding, the reinforcements of the crown belt are not strictly parallel to the circumferential direction but form an angle with this direction. This angle, extremely low, is considered negligible. It is generally of the order of one-tenth of a degree, for example between 0.05 and 0.5 degree depending on the diameter of the reinforcing cable or the width of the woven reinforcing strip that is used.
  • FIG. 2 there is shown a first embodiment of a tire according to the invention.
  • the reinforcements are represented bare, that is to say without the different layers of rubber.
  • An essential feature of the invention is that the crown reinforcement comprises a single layer 53 of working reinforcement.
  • a second essential characteristic is that the angle of inclination of the reinforcements 531 of the working reinforcement, that is to say the angle "a" between the direction of the reinforcements DR and the circumferential direction DC is between 4 and 7 degrees .
  • the angle a is 7 degrees in this example.
  • a third essential feature of the invention is the presence of a flat circumferential reinforcement 9 made of polymer disposed in the central part of the crown.
  • the reinforcements 531 of the reinforcement are metal cables of the type used for cross plies according to the state of the art, for example for a passenger tire of size 205/55 R16, "2x30" steel cables so called because they consist of two twisted steel wires, each wire having a diameter of 0.3 mm.
  • Aramid cables can also be used instead of steel cables.
  • the tire according to the invention therefore comprises a single working layer 53 and is further devoid of crown belt, this function being provided by the working layer.
  • the radial carcass 2 and the beads 3 may be identical or similar to that described with respect to the state of the art in support of Figure 1.
  • FIG 3 there is shown similarly to Figure 2 a second embodiment of the invention.
  • This embodiment differs essentially from the first mode in that the work reinforcements are flat steel ribbons 532 and not cables.
  • the width of a steel strip is here about 3 mm.
  • the angle that these reinforcements make with the circumferential direction DC is here about 7 degrees, as in the first embodiment.
  • steel ribbons of 0.3 to 0.4 mm thick seem to be suitable for a 205/55 R16 tire.
  • the use of flat reinforcements instead of cables makes it possible to increase the reinforcement density of the working layer. We can therefore further reduce the thickness of the working layer and the entire top. The mass of the tire can thus be further reduced.
  • the connection with the flat polymer reinforcement 9 is better which promotes the drift rigidity of the tire.
  • Figure 4 shows the working frame 53 of a third embodiment of the tire according to the invention.
  • Reinforcements are here formed by reinforced rubber strips 533 of about 10 mm width. 16 strips are arranged side by side to form a working frame of about 160 mm wide suitable for a passenger tire of size 205/55 R16.
  • the angle a is worth here 5.5 degrees.
  • Each strip may comprise a number of steel cables, for example 2x30 cables as described above at 0.8 mm pitch or 167/2 TEX aramid cables with a diameter of 0.7 mm at a pitch of 0.9 mm. .
  • each strip travels a length of about one lap of the tire.
  • This length of about one turn is a preferred feature of the invention. It is well understood that depending on the diameter of the tire, depending on the width of the strip, depending on the width of the working frame 53 and of course depending on the angle precisely chosen, the length of the strips and therefore reinforcements of the layer of work varies around this value of a tire turn. However, generally according to the invention this length preferably remains between 0.5 and 2 turns.
  • FIG. 5 schematically illustrates an example of a semi-finished product prepared to form a working frame 53 according to the invention.
  • This is a sheet whose reinforcements 531 are inclined 5.5 degrees relative to the direction of laying on the carcass (DP), that is to say with respect to the circumferential direction DC of the tire .
  • This semi-finished has the shape of a rhombus.
  • the edges 55 and 56 are intended to come against each other during the laying, that is to say that the upper tip 59 is positioned near the right angle 61 while the lower tip 60 is positioned close to the left angle 62.
  • the length "L" of the edges 57 and 58 corresponds to the circumference of the working frame once laid.
  • FIG. 4 In order to better represent the implementation of the working layer, reference can be made to FIG. 4 and imagine that one of the edges of the blackened strip corresponds, for example, to the joining of the edges 55 and 56 of the semi-finished product. after laying on the carcass.
  • Figure 6 illustrates a way of preparing the working layer according to the invention from a sheet of semi-finished product of great length.
  • the semi-finished is cut at the angle a so as to form the diamond of Figure 5.
  • the length "L" between two cuts corresponds to the edges 55 and 56 of the diamond. Because of the 5.5 degree angle in this example, the cutting length L 'is barely greater than the length L described above. For the same length and the same width of the working layer, it is understood that a cutting angle has closer to 7 degrees would cause a cutting length L 'then lower that a cutting angle was closer to 4 degrees would correspond to an upper L cut length.
  • an essential feature of the invention is the presence of a flat circumferential reinforcement 9 of polymer disposed in the central portion of the apex.
  • the dimensioning of this reinforcement makes it possible to precisely adjust the drift rigidity of the tire independently of other characteristics. The person skilled in the art knows how to decide on this dimensioning as a function of the rigidity values desired for a given tire, for example by carrying out successive tests.
  • the width of the central circumferential reinforcement 9 is preferably at least equal to half the width of the tire.
  • the term "width of the tire” its normalized width, ie for example 205 mm for a tire of size 205/55 R16.
  • the central circumferential reinforcement 9 may be placed between the carcass reinforcement 2 and the working frame 5 or placed radially outside these two frames as shown in Figures 2 and 3.
  • An advantage of the arrangement shown is that it also provides protection of the top vis-à-vis aggression (perforations, cuts).
  • the central circumferential reinforcement 9 may be continuous, that is to say, travel the entire circumference of the tire without interruption. It can then be butted with an overlap or on the contrary have free ends, preferably edge to edge and cut at about 45 degrees.
  • the central circumferential reinforcement 9 may also be discontinuous, that is to say consist of several parts arranged successively along the circumference of the tire, preferably edge to edge and cut at 45 degrees.
  • the central circumferential reinforcement 9 is preferably made of thermoplastic polymer.
  • a multiaxially stretched thermoplastic polymer film stretched, oriented in more than one direction, is usable.
  • Such multiaxially stretched films are well known, used essentially today in the packaging industry, in the food industry, in the electrical field or as a support for magnetic coatings. They are prepared according to various well-known stretching techniques, all intended to impart to the film high mechanical properties in several main directions and not in a single direction as is the case for conventional thermoplastic polymer fibers (for example). example PET or "nylon") which are known in a known manner monoaxially stretched during their melt spinning.
  • Such techniques call for multiple stretching in several directions, longitudinal, transverse, planar stretching; by way of example, mention may in particular be made of the bi-stretching technique.
  • Multiaxially stretched thermoplastic polymer films and processes for obtaining them have been described in numerous patent documents, for example in documents FR 2539349 (or GB 2134442), DE 3621205, EP 229346 (or US 4876137), EP 27961 1 (or US 4867937), EP 539302 (or US 5409657) and WO 2005/01 1978 (or US 2007/0031691).
  • the stretches can be performed in one or more times, the stretches when they are several that can be simultaneous or sequenced; the draw ratio (s) applied is a function of the final mechanical properties in question, generally greater than 2.
  • the thermoplastic polymer film used has, whatever the traction direction considered, a modulus in extension denoted E which is greater than 500 MPa (in particular between 500 and 4000 MPa), more preferably greater than 1000 MPa. (in particular between 1000 and 4000 MPa), more preferably still greater than 2000 MPa.
  • Module values E of between 2000 and 4000 MPa, in particular between 3000 and 4000 MPa, are particularly desirable as the crown triangulation layer according to the invention.
  • the maximum tensile stress denoted Gmax of the thermoplastic polymer film is preferably greater than 80 MPa (in particular between 800 and 200 MPa), more preferably greater than 100 MPa (especially between 100 and 200 MPa). of the stress values greater than 150 MPa, in particular between 150 and 200 MPa, are particularly desirable.
  • the plastic deformation threshold noted Yp also known as the "yield point" of the thermoplastic polymer film is located beyond 3 % elongation, especially between 3 and 15%. Yp values above 4%, especially between 4 and 12%) are particularly desirable.
  • the thermoplastic polymer film has an elongation at break noted Ar which is greater than 40% (in particular between 40 and 200%>), more preferably higher. at 50%. Ar values between 50 and 200% are particularly desirable.
  • thermoplastic polymer film used is preferably of the thermally stabilized type, that is to say that it has undergone, after drawing, one or more heat treatments intended in a known manner to limit its contraction (or shrinkage).
  • high temperature thermal such heat treatments may consist in particular of annealing, tempering or combinations of such annealing or quenching.
  • the thermoplastic polymer film used has, after 30 min at 150 ° C, a relative contraction of its length which is less than 5%, preferably less than 3% (measured according to ASTM D1204) .
  • the melting temperature ("Tf") of the thermoplastic polymer used is preferably greater than 100 ° C., more preferably greater than 150 ° C., in particular greater than 200 ° C.
  • the thermoplastic polymer is preferably selected from the group consisting of polyamides, polyesters and polyimides, more particularly in the group consisting of polyamides and polyesters.
  • polyamides that may be mentioned in particular are polyamides 4-6, 6, 6-6, 11 or 12.
  • polyesters that may be mentioned for example PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PBT (polybutylene) terephthalate), PBN (polybutylene naphthalate), PPT (polypropylene terephthalate), PPN (polypropylene naphthalate).
  • the thermoplastic polymer is preferably a polyester, more preferably a PET or PEN.
  • multiaxially stretched PET thermoplastic polymer films suitable for the top triangulation layer of the invention are, for example, the bi-stretched PET films marketed under the names "Mylar” and “Melinex” (company DuPont Teijin Films), or "Hostaphan” (Mitsubishi Polyester Film Company).
  • the thickness of the thermoplastic polymer film is preferably between 0.05 and 1 mm, more preferably between 0.1 and 0.7 mm.
  • film thicknesses of 0.25 to 0.50 mm have proved quite suitable.
  • the thermoplastic polymer film may comprise additives added to the polymer, especially at the time of shaping of the latter, these additives being, for example, anti-aging agents, plasticizers, fillers such as silica clays, talc, kaolin or short fibers; fillers may for example make the surface of the film rough and thus contribute to improving its adhesion glue and / or its adhesion to the rubber layers with which it is intended to be in contact.
  • the thermoplastic polymer film is provided with an adhesive layer with respect to each layer of rubber composition with which it is in contact.
  • any suitable adhesive system may be used, for example a simple "RFL" type textile glue (resorcinol-formaldehyde-latex) comprising at least one diene elastomer such as rubber natural, or any equivalent adhesive known to confer a satisfactory adhesion between rubber and conventional thermoplastic fibers such as polyester or polyamide fibers.
  • the sizing process may comprise essentially the following successive steps: passage in a bath of adhesive, followed by a spin (for example by blowing, calibration) to remove the excess glue; then drying for example by passing through an oven (for example for 30 s at 180 ° C) and finally heat treatment (for example for 30 s at 230 ° C).
  • gluing Before gluing above, it may be advantageous to activate the surface of the film, for example mechanically and / or physically and / or chemically, to improve its adhesion and / or its final adhesion to the film.
  • Rubber may for example consist of a preliminary step of matting or scratching of the surface; a physical treatment may for example consist of a radiation treatment such as an electron beam; a chemical treatment may for example consist of a prior passage in an epoxy resin bath and / or isocyanate compound.
  • thermoplastic polymer film is generally particularly smooth, it may also be advantageous to add a thickener to the glue used, to improve the total adhesion of glue of the film during its gluing.
  • a thickener to the glue used, to improve the total adhesion of glue of the film during its gluing.
  • the dimension tested is 205 / 55R16.
  • the tire according to the state of the art (MICHELIN ENERGY tm Saver 205 / 55R16) has a mass of 8 kg.
  • the tire according to the invention has a mass of 7, 1 kg when the reinforcements of the working layer are steel cables and a mass of 6.8 kg when the reinforcements of the working layer are aramid cables. The gain in mass is therefore respectively 1 1 and 15%.

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Abstract

L'invention concerne en particulier un pneumatique pour véhicule de tourisme dont l'armature de sommet consiste en : une armature de carcasse radiale (2), une armature de travail (53) consistant en une couche unique de renforts (531) inclinés d'un angle « a » par rapport à la direction circonférentielle (DC) du pneumatique, l'angle a étant compris entre 4 et 7 degrés, un renfort circonférentiel plat (9) en polymère disposé dans une partie centrale du sommet.

Description

PNEUMATIQUE A ARMATURE DE CARCASSE RADIALE
[0001] La présente invention se rapporte aux pneumatiques, et plus particulièrement aux pneumatiques à carcasse radiale pour véhicule de tourisme.
[0002] Les pneumatiques à carcasse radiale, couramment appelés « pneumatiques radiaux » se sont progressivement imposés sur la plupart des marchés et en particulier sur le marché des pneumatiques pour véhicules de tourisme (« passenger cars »). Ce succès est dû en particulier aux qualités d'endurance, de confort, de légèreté et de faible résistance au roulement de la technologie radiale.
[0003] Le pneumatique radial est essentiellement constitué de flancs souples et d'un sommet plus rigide, les flancs s'étendant radialement des bourrelets jusqu'aux épaules, les épaules délimitant entre eux le sommet, le sommet supportant la bande de roulement du pneumatique. Chacune de ces parties du pneumatique ayant des fonctions propres, leur armature est également spécifique. Une caractéristique de la technologie radiale est qu'elle permet d'adapter précisément l'armature de chacune de ces parties de manière relativement indépendante.
[0004] L'armature du sommet d'un pneumatique radial de tourisme (couramment appelé « pneumatique tourisme ») comprend de manière connue les éléments suivants :
• une armature de carcasse radiale formée de renforts (généralement textiles) reliant les deux bourrelets du pneumatique,
• deux couches (ou nappes) croisées de triangulation du sommet consistant essentiellement en des renforts (généralement des câbles métalliques) formant chacune un angle d'environ 30° avec la direction circonférentielle du pneumatique,
• une ceinture de sommet consistant essentiellement en des renforts pratiquement parallèles à la direction circonférentielle du pneumatique, appelés souvent « renforts à 0° » même s'ils forment en général un angle non nul avec la direction circonférentielle, du fait de leur enroulement. [0005] Si l'on schématise, on peut dire que la carcasse a pour fonction première de contenir la pression interne du pneumatique, les nappes croisées ont pour fonction première de coopérer avec la carcasse pour donner au pneumatique sa rigidité de dérive, la ceinture de sommet a pour fonction première de résister à la centrifugation du sommet, en particulier de sa partie centrale, à haute vitesse. On peut également dire que c'est la coopération de tous ces éléments d'armature qui confère au pneumatique sa capacité à maintenir une forme relativement cylindrique face aux diverses sollicitations.
[0006] Chacun de ces éléments de l'armature de sommet est généralement associé par calandrage à des mélanges caoutchoutiques. L'empilement de ces éléments est alors rendu solidaire au cours de la vulcanisation du pneumatique.
[0007] Après plusieurs décennies de recherche, de progrès et d'optimisation de l'architecture des pneumatiques radiaux, c'est la combinaison de tous ces éléments d'armature (carcasse, couches croisées, ceinture) qui permet au pneumatique radial d'atteindre les indéniables performances de confort, de longévité et de coût de revient qui font son succès. Tout au long de ce développement, on a cherché à améliorer les performances des pneumatiques, par exemple du point de vue de leur masse et de leur résistance au roulement. C'est ainsi que le sommet du pneumatique radial a vu progressivement son épaisseur diminuer par l'adoption de renforts de plus en plus performants et de calandrages de plus en plus minces de manière à fabriquer les pneumatiques les plus légers possible.
[0008] Un objectif de l'invention est de permettre de réduire encore significativement la masse du sommet et donc la masse des pneumatiques pour véhicule de tourisme sans réduire leurs performances en terme de sécurité et de longévité.
[0009] Cet objectif est atteint par l'invention qui propose un pneumatique pour véhicule de tourisme dont l'armature de sommet consiste en :
• une armature de carcasse radiale, • une armature de travail consistant en une couche unique de renforts inclinés d'un angle a par rapport à la direction circonférentielle DC du pneumatique, l'angle a étant compris entre 4 et 7 degrés,
• un renfort circonférentiel plat en polymère disposé dans une partie centrale du sommet.
[0010] De préférence, l'angle a étant compris entre 5 et 6 degrés,
[0011] Selon une première variante de l'invention, les renforts de la couche de travail sont de préférence des câbles d'acier.
[0012] Selon une deuxième variante de l'invention, les renforts de la couche de travail sont de préférence des câbles aramides.
[0013] Selon une troisième variante de l'invention, les renforts de la couche de travail sont de préférence des rubans d'acier.
[0014] De préférence, le renfort circonférentiel plat est en film polymère thermoplastique.
[0015] De préférence encore, le film de polymère thermoplastique est un film de polyéthylène téréphtalate (PET) étiré multiaxialement.
[0016] De préférence, le renfort circonférentiel plat est situé radial ement à l'extérieur de l'armature de travail.
[0017] De préférence, le renfort circonférentiel plat a une épaisseur comprise entre 0.25 et 0.50 mm.
[0018] De préférence, la largeur du renfort circonférentiel plat est au moins égale à la moitié de la largeur du pneumatique.
[0019] L'invention sera mieux comprise grâce à la suite de la description, qui s'appuie sur les figures suivantes : • la figure 1 est une vue écorchée montrant schématiquement l'architecture d'un pneumatique selon l'état de la technique,
• la figure 2 est une vue écorchée montrant l'architecture d'un pneumatique selon un premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 3 est une vue écorchée montrant l'architecture d'un pneumatique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 4 est une vue en perspective de l'armature de travail selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
• les figures 5 et 6 sont des vues en plan de la couche de travail et de son obtention à partir d'un semi-fini.
[0020] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent la même référence. Leur description n'est donc pas systématiquement reprise.
[0021] A la figure 1, on a représenté schématiquement en vue écorchée un pneumatique radial pour véhicule de tourisme selon l'état de la technique. On voit son armature de carcasse 2 qui relie les deux bourrelets 3 formés autour des tringles 31. L'armature de carcasse est formée de renforts 21 orientés radial ement. Les renforts 21 sont des câbles textiles (par exemple en nylon, rayonne ou polyester). La carcasse constitue l'unique armature des flancs 8.
[0022] Dans le sommet, c'est à dire entre les deux épaules du pneumatique, la carcasse est surmontée de deux couches croisées de triangulation 51 et 52 et d'une ceinture 4.
[0023] Les deux couches croisées de triangulation du sommet 51 et 52 comportent des renforts (respectivement 51 1 et 521) orientés selon un angle généralement compris entre 20° et 40° de part et d'autre de la direction circonférentielle du pneumatique. Les renforts des couches croisées sont essentiellement des câbles métalliques. On désigne couramment ces nappes croisées sous le nom de « nappes de travail » et elle forment ensemble ce qu'on appelle « l'armature de travail » 5.
[0024] La ceinture de sommet 4 consiste essentiellement en des renforts 41 orientés parallèlement à la direction circonférentielle du pneumatique (appelés souvent « renforts à 0° »). Ces renforts sont généralement des câbles textiles (par exemple en nylon, rayonne, polyester, aramide) ou des câbles hybrides (par exemple arami de-nylon). En pratique, du fait de leur enroulement hélicoïdal, les renforts de la ceinture de sommet ne sont pas strictement parallèles à la direction circonférentielle mais forment un angle avec cette direction. Cet angle, extrêmement faible, est considéré comme négligeable. Il est généralement de l'ordre du dixième de degré, par exemple compris entre 0.05 et 0.5 degré en fonction du diamètre du câble de renfort ou de la largeur de la bandelette câblée de renfort que l'on utilise.
[0025] Sous la carcasse, une couche de gomme d'étanchéité 7 couvre la cavité du pneumatique. Une bande de roulement 6 vient coiffer l'armature de sommet. [0026] A la figure 2, on a représenté un premier mode de réalisation d'un pneumatique selon l'invention. Dans la partie écorchée de cette vue, les renforts sont représentés nus, c'est à dire sans les différentes couches de caoutchouc. Une caractéristique essentielle de l'invention est que l'armature de sommet comprend une couche unique 53 d'armature de travail. Une deuxième caractéristique essentielle est que l'angle d'inclinaison des renforts 531 de l'armature de travail c'est à dire l'angle « a » entre la direction des renforts DR et la direction circonférentielle DC est compris entre 4 et 7 degrés. L'angle a vaut 7 degrés sur cet exemple. Une troisième caractéristique essentielle de l'invention est la présence d'un renfort circonférentiel plat 9 en polymère disposé dans la partie centrale du sommet.
[0027] Sur cet exemple, les renforts 531 de l'armature de travail sont des câbles métalliques du type de ceux employés pour les nappes croisées selon l'état de la technique, par exemple pour un pneumatique tourisme de dimension 205/55 R16, des câbles d'acier « 2x30 » dénommées ainsi parce qu'il sont constitués de deux fils d'acier retordus, chaque fil ayant un diamètre de 0,3 mm. Des câbles aramides peuvent également être utilisés en lieu et place des câbles d'acier. [0028] Le pneumatique selon l'invention comporte donc une seule couche de travail 53 et est en outre dépourvu de ceinture de sommet, cette fonction étant assurée par la couche de travail. [0029] La carcasse radiale 2 et les bourrelets 3 peuvent être identiques ou similaires à ce qui a été décrit concernant l'état de la technique à l'appui de la figure 1.
[0030] De manière surprenante, les caractéristiques fonctionnelles de ce pneumatique sont tout à fait comparables à celle d'un pneumatique selon l'état de la technique. En revanche son poids est nettement inférieur. Ceci est bien sûr dû à l'absence de deux des trois couches de renforts selon l'état de la technique mais aussi à la réduction de l'épaisseur total du sommet du pneumatique.
[0031] A la figure 3, on a représenté de manière similaire à la figure 2 un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation diffère essentiellement du premier mode en ce que les renforts de travail sont des rubans d'acier plat 532 et non des câbles. La largeur d'un ruban d'acier est ici d'environ 3 mm. L'angle a que font ces renforts avec la direction circonférentielle DC vaut ici environ 7 degrés, comme dans le premier mode de réalisation. Des rubans en acier de 0.3 à 0.4 mm d'épais semblent par exemple convenir pour un pneumatique de dimension 205/55 R16. L'utilisation de renforts plats au lieu de câbles permet d'augmenter la densité de renfort de la couche de travail. On peut donc encore réduire l'épaisseur de la couche de travail et de l'ensemble du sommet. La masse du pneumatique peut donc ainsi être encore réduite. En outre, la liaison avec le renfort polymère plat 9 est meilleure ce qui favorise la rigidité de dérive du pneumatique.
[0032] La figure 4 représente l'armature de travail 53 d'un troisième mode de réalisation du pneumatique selon l'invention. Les renforts sont ici formés par des bandelettes de caoutchouc renforcées 533 d'environ 10 mm de largeur. 16 bandelettes sont disposées côte à côte pour former une armature de travail d'environ 160 mm de large adaptée à un pneumatique tourisme de dimension 205/55 R16. L'angle a vaut ici 5,5 degrés. Chaque bandelette peut comporter un certain nombre de câbles d'acier, par exemple des câbles 2x30 tels que décrit plus haut au pas de 0,8 mm ou des câbles aramide 167/2 TEX d'un diamètre de 0.7 mm au pas de 0.9 mm.
[0033] Sur la représentation de la figure 4, on a noirci l'une des bandelettes afin de permettre au lecteur de la suivre sur toute sa longueur. On voit ainsi qu'entre le début 10 d'une bandelette 533 sur l'une des épaules et la fin 1 1 de la même bandelette sur l'autre épaule, chaque bandelette parcourt une longueur d'environ un tour du pneumatique.. Cette longueur d'environ un tour constitue une caractéristique préférée de l'invention. On comprend bien que selon le diamètre du pneumatique, selon la largeur de la bandelette, selon la largeur de l'armature de travail 53 et bien sûr selon l'angle a précisément choisi, la longueur des bandelettes et donc des renforts de la couche de travail varie autour de cette valeur d'un tour de pneumatique. Cependant, de manière générale selon l'invention cette longueur demeure de préférence entre 0.5 et 2 tours. Ce qu'illustre cette représentation quant à la disposition et la longueur des renforts dans l'armature de travail n'est pas limité à un type particulier de renforts de travail mais est au contraire valable pour tous les types de renforts de travail. La même figure pourrait également illustrer l'utilisation comme renfort d'un ruban d'acier de 10 mm de large.
[0034] La figure 5 illustre schématiquement un exemple de produit semi-fini préparé pour constituer une armature de travail 53 selon l'invention. Il s'agit ici d'une nappe dont les renforts 531 sont inclinés de 5,5 degrés par rapport à la direction de pose sur la carcasse (DP), c'est-à-dire par rapport à la direction circonférentielle DC du pneumatique. Ce semi- fini a la forme d'un losange. Les bords 55 et 56 sont destinés à venir l'un contre l'autre lors de la pose c'est à dire que la pointe supérieure 59 vient se positionner à proximité de l'angle droit 61 alors que la pointe inférieure 60 vient se positionner à proximité de l'angle gauche 62. La longueur « L » des bords 57 et 58 correspond à la circonférence de l'armature de travail un fois posée. Afin de mieux se représenter la mise en place de la couche de travail, on peut se référer à la figure 4 et imaginer que l'un des bords de la bandelette noircie correspondrait par exemple à la jointure des bords 55 et 56 du semi-fini après sa pose sur la carcasse.
[0035] La figure 6 illustre une façon de préparer la couche de travail selon l'invention à partir d'une nappe de produit semi-fini de grande longueur. Le semi-fini est coupé à l'angle a de manière à former le losange de la figure 5. La longueur « L' » entre deux coupes correspond aux bords 55 et 56 du losange. Du fait de l'angle de 5,5 degrés sur cet exemple, la longueur de coupe L' est à peine supérieure à la longueur L décrite plus haut. Pour une même longueur et une même largeur de la couche de travail, on comprend qu'un angle de coupe a plus proche de 7 degrés occasionnerait une longueur de coupe L' inférieure alors qu'un angle de coupe a plus proche de 4 degrés correspondrait à une longueur de coupe L' supérieure.
[0036] Comme décrit plus en référence aux figures 2 et 3, une caractéristique essentielle de l'invention est la présence d'un renfort circonférentiel plat 9 en polymère disposé dans la partie centrale du sommet. Le dimensionnement de ce renfort permet d'ajuster précisément la rigidité de dérive du pneumatique de manière indépendante des autres caractéristiques. L'homme du métier sait décider de ce dimensionnement en fonction des valeurs de rigidité recherchées pour un pneumatique donné, par exemple en procédant à des essais successifs. La largeur du renfort circonférentiel central 9 est de préférence au moins égale à la moitié de la largeur du pneumatique. On entend par « largeur du pneumatique », sa largeur normalisée, c'est à dire par exemple 205 mm pour un pneumatique de dimension 205/55 R16.
[0037] Le renfort circonférentiel central 9 peut être placé entre l'armature de carcasse 2 et l'armature de travail 5 ou placé radialement à l'extérieur de ces deux armatures comme représenté aux figures 2 et 3. Un avantage de la disposition représentée est qu'elle assure en outre une protection du sommet vis-à-vis des agressions (perforations, coupures).
[0038] Le renfort circonférentiel central 9 peut être continu, c'est à dire parcourir toute la circonférence du pneumatique sans interruption. Il peut alors être abouté avec un recouvrement ou au contraire avoir des extrémités libres, de préférence bord à bord et coupées à environ 45 degrés. Le renfort circonférentiel central 9 peut également être discontinu, c'est à dire être constitué de plusieurs pièces disposées successivement le long de la circonférence du pneumatique, de préférence bord à bord et coupées à 45 degrés.
[0039] Le renfort circonférentiel central 9 est de préférence en polymère thermoplastique. Par exemple, un film de polymère thermoplastique étiré multiaxialement, c'est-à-dire étiré, orienté dans plus d'une direction, est utilisable. De tels films étirés multiaxialement sont bien connus, utilisés essentiellement à ce jour dans l'industrie de l'emballage {"packaging"), de l'alimentaire, dans le domaine électrique ou encore en tant que support de revêtements magnétiques. [0040] Ils sont préparés selon diverses techniques d'étirage bien connues, toutes destinées à conférer au film des propriétés mécaniques élevées dans plusieurs directions principales et non dans une seule direction comme c'est le cas pour des fibres usuelles en polymère thermoplastique (par exemple en PET ou "Nylon") qui sont de manière connue étirées monoaxialement lors de leur filage au fondu.
[0041] De telles techniques font appel à des étirages multiples dans plusieurs directions, étirages longitudinaux, transversaux, étirages planaires ; à titre d'exemple, on peut notamment citer la technique de bi-étirage par soufflage.
[0042] Des films de polymère thermoplastique étirés multiaxialement ainsi que leur procédés d'obtention ont été décrits dans de nombreux documents brevets, par exemple dans les documents FR 2539349 (ou GB 2134442), DE 3621205, EP 229346 (ou US 4876137), EP 27961 1 (ou US 4867937), EP 539302 (ou US 5409657) et WO 2005/01 1978 (ou US 2007/0031691).
[0043] Les étirages peuvent être réalisés en une ou plusieurs fois, les étirages lorsqu'ils sont plusieurs pouvant être simultanés ou séquencés ; le ou les taux d'étirage appliqués sont fonction des propriétés mécaniques finales visées, généralement supérieurs à 2.
[0044] De préférence, le film de polymère thermoplastique utilisé présente, quelle que soit la direction de traction considérée, un module en extension noté E qui est supérieur à 500 MPa (notamment entre 500 et 4000 MPa), plus préférentiellement supérieur à 1000 MPa (notamment entre 1000 et 4000 MPa), plus préférentiellement encore supérieur à 2000 MPa. Des valeurs de module E comprises entre 2000 et 4000 MPa, en particulier entre 3000 et 4000 MPa sont particulièrement souhaitables comme couche de triangulation du sommet selon l'invention.
[0045] Selon un autre mode préférentiel, quelle que soit la direction de traction considérée, la contrainte maximale en traction notée Gmax du film de polymère thermoplastique est de préférence supérieure à 80 MPa (notamment entre 800 et 200 MPa), plus préférentiellement supérieure à 100 MPa (notamment entre 100 et 200 MPa). Des valeurs de contrainte supérieures à 150 MPa, en particulier comprises entre 150 et 200 MPa, sont particulièrement souhaitables.
[0046] Selon un autre mode préférentiel, quelle que soit la direction de traction considérée, le seuil de déformation plastique noté Yp (connu aussi sous le terme anglais de "yield point") du film de polymère thermoplastique est situé au-delà de 3% d'allongement, notamment entre 3 et 15%. Des valeurs Yp au-delà de 4%, en particulier comprises entre 4 et 12%), sont particulièrement souhaitables.
[0047] Selon un autre mode préférentiel, quelle que soit la direction de traction considérée, le film de polymère thermoplastique présente un allongement à la rupture noté Ar qui est supérieur à 40% (notamment entre 40 et 200%>), plus préférentiellement supérieur à 50%. Des valeurs de Ar comprises entre 50 et 200% sont particulièrement souhaitables.
[0048] Les propriétés mécaniques énoncées ci-dessus sont bien connues de l'homme du métier, déduites des courbes force-allongement, mesurées par exemple selon la norme ASTM F 638-02 pour des bandes d'épaisseur supérieures à 1 mm, ou encore selon la norme ASTM D882-09 pour des feuilles fines ou films dont l'épaisseur est au plus égale à 1 mm ; les valeurs de module E et de contrainte Gmax ci-dessus, exprimées en MPa, sont calculées par rapport à la section initiale de l'éprouvette tractionnée.
[0049] Le film de polymère thermoplastique utilisé est de préférence du type stabilisé thermiquement, c'est-à-dire qu'il a subi, après étirage, un ou plusieurs traitements thermiques destinés de manière connue à limiter sa contraction (ou retrait) thermique à haute température ; de tels traitements thermiques peuvent consister notamment en des recuits, des trempes ou des combinaisons de tels recuits ou trempes.
[0050] Ainsi, et de préférence, le film de polymère thermoplastique utilisé présente, après 30 min à 150°C, une contraction relative de sa longueur qui est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 3% (mesurée selon ASTM D1204). [0051] La température de fusion ("Tf") du polymère thermoplastique utilisé est préférentiellement choisie supérieure à 100°C, plus préférentiellement supérieure à 150°C, en particulier supérieure à 200°C.
[0052] Le polymère thermoplastique est choisi préférentiellement dans le groupe constitué par les polyamides, les polyesters et les polyimides, plus particulièrement dans le groupe constitué par les polyamides et les polyesters. Parmi les polyamides, on peut citer notamment les polyamides 4-6, 6, 6-6, 1 1 ou 12. Parmi les polyesters, on peut citer par exemple les PET (polyéthylène téréphthalate), PEN (polyéthylène naphthalate), PBT (polybutylène téréphthalate), PBN (polybutylène naphthalate), PPT (polypropylène téréphthalate), PPN (polypropylène naphthalate).
[0053] Le polymère thermoplastique est préférentiellement un polyester, plus préférentiellement un PET ou PEN.
[0054] Des exemples de films de polymère thermoplastique PET étirés multiaxialement, convenant à la couche de triangulation du sommet de l'invention, sont par exemple les films de PET bi-étirés commercialisés sous les dénominations "Mylar" et "Melinex" (société DuPont Teijin Films), ou encore "Hostaphan" (société Mitsubishi Polyester Film).
[0055] Dans le renfort circonférentiel 9, l'épaisseur du film de polymère thermoplastique est de préférence comprise entre 0,05 et 1 mm, plus préférentiellement entre 0, 1 et 0,7 mm. Par exemple, des épaisseurs de film de 0,25 à 0,50 mm se sont révélées tout à fait convenir.
[0056] Le film de polymère thermoplastique peut comporter des additifs ajoutés au polymère, notamment au moment de la mise en forme de ce dernier, ces additifs pouvant être par exemple des agents de protection contre le vieillissement, des plastifiants, des charges telles que silice, argiles, talc, kaolin ou encore fibres courtes ; des charges peuvent par exemple rendre la surface du film rugueuse et contribuer ainsi à améliorer sa prise de colle et/ou son adhésion aux couches de caoutchouc avec lesquelles il est destiné à être au contact. [0057] Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le film de polymère thermoplastique est pourvu d'une couche adhésive au regard de chaque couche de composition de caoutchouc avec laquelle il est au contact.
[0058] Pour faire adhérer le caoutchouc au film de polymère thermoplastique, on pourra utiliser tout système adhésif approprié, par exemple une simple colle textile du type "RFL" (résorcinol-formaldéhyde-latex) comportant au moins un élastomère diénique tel que du caoutchouc naturel, ou toute colle équivalente connue pour conférer une adhésion satisfaisante entre du caoutchouc et des fibres thermoplastiques conventionnelles telles que des fibres en polyester ou en polyamide. [0059] A titre d'exemple, le procédé d'encollage peut comporter essentiellement les étapes successives suivantes : passage dans un bain de colle, suivi d'un essorage (par exemple par soufflage, calibrage) pour éliminer l'excès de colle ; puis séchage par exemple par passage dans un four (par exemple pendant 30 s à 180°C) et enfin traitement thermique (par exemple pendant 30 s à 230°C). [0060] Avant l'encollage ci-dessus, il peut être avantageux d'activer la surface du film, par exemple par voie mécanique et/ou physique et/ou chimique, pour améliorer sa prise de colle et/ou son adhésion finale au caoutchouc. Un traitement mécanique pourra consister par exemple en une étape préalable de matage ou de rayage de la surface ; un traitement physique pourra consister par exemple en un traitement par un rayonnement tel qu'un faisceau d'électrons ; un traitement chimique pourra par exemple consister en un passage préalable dans un bain de résine époxy et/ou composé isocyanate.
[0061] La surface du film de polymère thermoplastique étant en règle générale particulièrement lisse, il peut être également avantageux d'ajouter un épaississant à la colle utilisée, afin d'améliorer la prise totale de colle du film lors de son encollage. [0062] L'homme du métier comprendra aisément que la connexion entre le film de polymère thermoplastique et chaque couche de caoutchouc avec laquelle il est au contact est assurée définitivement lors de la cuisson (réticulation) finale du pneumatique. [0063] Des pneumatiques selon le mode de réalisation de la figure 2 ont été comparés à des pneumatiques tourisme selon l'état de la technique.
[0064] La dimension testée est 205/55R16. Le pneumatique selon l'état de la technique (MICHELIN ENERGYtm Saver 205/55R16) a une masse de 8 kg. Le pneumatique selon l'invention a une masse de 7, 1 kg lorsque les renforts de la couche de travail sont des câbles d'acier et une masse de 6,8 kg lorsque les renforts de la couche de travail sont des câbles aramides. Le gain en masse est donc respectivement de 1 1 et 15%.

Claims

REVENDICATIONS
Pneumatique pour véhicule de tourisme dont l'armature de sommet consiste en : une armature de carcasse radiale (2),
une armature de travail (53) consistant en une couche unique de renforts (531) inclinés d'un angle « a » par rapport à la direction circonférentielle (DC) du pneumatique, l'angle a étant compris entre 4 et 7 degrés,
un renfort circonférentiel plat (9) en polymère disposé dans une partie centrale du sommet.
2. Pneumatique selon la revendication 1 dans lequel l'angle a est compris entre 5 et 6 degrés.
3. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes dans lequel les renforts de la couche de travail sont des câbles d'acier.
4. Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les renforts de la couche de travail sont des câbles aramides.
5. Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les renforts de la couche de travail sont des rubans d'acier (532).
6. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes dans lequel le renfort circonférentiel plat est en film polymère thermoplastique.
7. Pneumatique selon la revendication 6, dans lequel le film de polymère thermoplastique est un film de polyéthylène téréphtalate (PET) étiré multiaxialement.
8. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes dans lequel le renfort circonférentiel plat est situé radialement à l'extérieur de l'armature de travail.
9. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le renfort circonférentiel plat a une épaisseur comprise entre 0.25 et 0.50 mm.
10. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur du renfort circonférentiel plat est au moins égale à la moitié de la largeur du pneumatique.
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