WO2013075985A1 - Procédé de fabrication d'un câble métallique à deux couches gommé in situ par un élastomère thermoplastique insaturé - Google Patents

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WO2013075985A1
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rubber
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son
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PCT/EP2012/072541
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Emmanuel Custodero
Sébastien RIGO
Jérémy TOUSSAIN
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to methods and devices for manufacturing metal cables with two concentric wire layers, used in particular for the reinforcement of rubber articles, in particular tires.
  • 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.
  • the carcass reinforcement consists of at least one ply (or “layer”) of rubber reinforced by reinforcing elements (or “reinforcements”) such as cords or monofllaments, generally of the metal type in the case of tires for industrial vehicles carrying heavy loads.
  • the belt consists of various plies or layers of rubber reinforced or not by reinforcements such as cords or monofllaments, including metal type. It generally comprises at least two superimposed belt plies, sometimes called “working plies” or “crossed plies”, whose metal reinforcing cables are arranged parallel to each other inside a ply, but crossed with one another. a ply to the other, that is to say, inclined, symmetrically or otherwise, with respect to the median circumferential plane, an angle which is generally between 10 ° and 45 ° depending on the type of tire considered.
  • crossed plies can be supplemented by various other plies or layers of auxiliary rubber, of varying widths depending on the case, with or without reinforcements; examples of so-called “protection” plies responsible for protecting the rest of the belt from external aggressions, perforations, or so-called “hooping” plies comprising reinforcements oriented substantially in the circumferential direction (so-called plies). "At zero degrees").
  • a tire belt must satisfy many known, often antinomic, requirements, namely: to be as rigid as possible at low deformation, since it contributes in a substantial way to stiffening the crown of the tire; to have as low a hysteresis as possible, on the one hand to minimize rolling heating of the inner zone of the crown and on the other hand to reduce the rolling resistance of the tire, which is synonymous with fuel economy;
  • the third requirement is particularly strong for tire casings for industrial vehicles such as heavy-duty vehicles, designed to be retreadable once or more when their treads reach a critical degree of wear after prolonged rolling. .
  • the invention relates to a method of manufacturing a wire rope with two concentric layers of son (Ci, Ce), of M + N construction, having an inner layer or core (Ci) of M son, M varying from 1 to 4, and an outer layer (Ce) of N son, of the type "gummed in situ" that is to say gummed from the inside, during its manufacture itself, by rubber or a rubber composition, said method comprising at least the following steps:
  • This method of the invention makes it possible to manufacture, in line and continuously, a cable with two concentric layers which, in comparison with the in-situ gummed multilayer cables of the prior art, has the notable advantage that the rubber used as a filling compound is an elastomer of the thermoplastic type and no longer diene, by definition heat fusible and therefore easier to implement, the amount of which can be easily controlled; it is thus possible, by adjusting the operating temperature of the thermoplastic elastomer, to evenly distribute the latter within each of the interstices of the cable, giving the latter optimal impermeability along its longitudinal axis.
  • thermoplastic elastomer above does not pose a problem of parasitic tights in case of a slight overflow outside the cable after manufacture.
  • unsaturated and therefore (co) vulcanizable nature of this unsaturated thermoplastic elastomer offers the cable excellent compatibility with matrices of unsaturated diene rubbers such as natural rubber, usually used as calendering gum in metal fabrics for reinforcing tires. .
  • FIGS. 1 to 3 schematize, respectively: an example of a device for twisting and in situ scrubbing usable for the manufacture of a two-layer cable according to a process according to the invention (Fig. 1);
  • 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 method of the invention is therefore intended for the manufacture of a wire rope with two concentric layers of wires, comprising an inner layer or core (Ci) of M son (M varying from 1 to 4) and an outer layer (Ce ) N son, of the type “gummed in situ” that is to say gummed from the inside, during its manufacture itself, by rubber or a rubber composition (called “gum filling"), said method comprising at least the following steps: at least one step of sheathing the inner layer (Ci) by said rubber or said rubber composition, by passing through an extrusion head;
  • the inner layer comprises several (2, 3 or 4) son
  • this process comprises upstream a preliminary step of assembly (for example by twisting or wiring, direction S or Z) of these son for formation of the inner layer (Ci) before its sheathing step.
  • the so-called filling gum is thus introduced in situ in the cable during manufacture, by sheathing the inner layer, said cladding in itself being operated in a known manner, for example by passing through a head. extrusion dispensing the filling rubber in the molten state.
  • wires do not undergo torsion around their own axis, because of a synchronous rotation before and after the assemblage 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.
  • each step of assembling the wires of the inner layer on the one hand, of the outer layer on the other is carried out by twisting.
  • the N son of the outer layer (Ce) are helically wound at the same pitch and in the same direction of torsion as the M son of the inner layer (Ci), so as to manufacture a two-layer cable of the compact type (that is to say, compact layers).
  • the M son of the inner layer and the N son of the outer layer are helically wound: either at a different pitch;
  • the extrusion head is brought to a suitable temperature, easily adjustable according to the specific nature of the TPE elastomer used and its thermal properties.
  • the extrusion temperature of the unsaturated TPE elastomer is between 100 ° C and 250 ° C, more preferably between 150 ° C and 200 ° C.
  • the extrusion head defines a cladding zone having for example the shape of a cylinder of revolution whose diameter is preferably between 0.15 mm and 1.2 mm, more preferably between 0.20 and 1, 0 mm, and whose length is preferably between 1 and 10 mm.
  • the amount of filling gum delivered by the extrusion head is adjusted to a preferred range of 5 to 40 mg per gram of final cable (i.e., finished in manufacture, gummed in situ). Below the indicated minimum, it is more difficult to guarantee that the filling compound is present, at least in part, in each of the interstices or capillaries of the cable, while beyond the maximum indicated, one is exposed to a risk of overflowing of the filling rubber at the periphery of the cable. For all these reasons, it is preferred that the amount of filling gum delivered be between 5 and 35 mg, especially between 5 and 30 mg per gram of cable.
  • the unsaturated thermoplastic elastomer in the molten state thus covers the inner layer (Ci) by means of the cladding head, at a running speed typically of a few meters to a few tens of m / min, for a pump flow of extrusion typically of several cm 3 / min to several tens of cm 3 / min.
  • the son or wires of the inner layer are advantageously preheated before passing into the extrusion head, for example by passing through an HF generator or through a heating tunnel.
  • the inner layer or core once thus sheathed is preferably covered with a minimum thickness of unsaturated TPE elastomer which is greater than 5 ⁇ , typically between 5 and 30 ⁇ .
  • the N son of the outer layer are wired or twisted together (S or Z direction) around the inner layer for forming the two-layer cable and gummed from the inside.
  • the son of the outer layer come to rest on the filling rubber in the molten state, to become embedded in the latter.
  • the filling rubber moving under the pressure exerted by these external son, then has a natural tendency to penetrate into each of the interstices or cavities left empty by the son between the outer layer and the inner layer which is adjacent thereto.
  • all the steps of the method of the invention are operated online and continuously, regardless of the type of cable manufactured (compact cable as cable with cylindrical layers), all this at high speed.
  • the above method can be implemented at a speed (running speed of the cable on the production line) greater than 50 m / min, preferably greater than 70 m / min, especially greater than 100 m / min.
  • the cable according to the invention in a discontinuous manner, for example, in the case by prior sheathing of the inner layer (Ci), then solidification of the filling rubber, finally winding and storage of the latter before the final assembly operation of the outer layer (Ce); the solidification of the elastomeric sheath is easy, it can be conducted by any suitable cooling means, for example by cooling in air or water, followed in the latter case by a drying operation.
  • twist means, in a known manner, the cancellation of the residual torsional torques (or of the elastic recoil of detorsion) acting on the cable.
  • Torsion balancing tools are well known to those skilled in the art of twisting; they may consist for example of trainers and / or twisters and / or twister-trainers consisting of either pulleys for twisters, or small diameter rollers for trainers, pulleys and / or rollers through which the cable runs.
  • the thickness of filling rubber between two adjacent wires of the cable, whatever they are, varies from 1 to 10 ⁇ .
  • This cable can be wound on a receiving reel, for storage, before being processed for example through a calendering plant, for preparing a metal-diene rubber composite fabric that can be used, for example, as a carcass reinforcement, or else crown reinforcement of a tire.
  • the multilayer metal cable obtained according to the process of the invention can be described as gummed cable in situ, that is to say that it is gummed from the inside, during its manufacture itself, by rubber or a composition of rubber called gum filling.
  • This specific rubber is an unsaturated thermoplastic elastomer, used alone or with any additives (that is to say in this case in the form of an unsaturated thermoplastic elastomer composition) to form the filling rubber.
  • thermoplastic elastomers are thermoplastic elastomers in the form of block copolymers based on thermoplastic blocks.
  • thermoplastic rigid blocks especially polystyrene connected by flexible elastomer blocks, for example polybutadiene or polyisoprene for unsaturated TPE or poly (ethylene / butylene) for saturated TPEs.
  • the above TPE block copolymers are generally characterized by the presence of two glass transition peaks, the first peak (lowest temperature, generally negative) being relative to the elastomer sequence of the TPE copolymer, the second peak (highest temperature, positive, typically greater than 80 ° C for preferred elastomers TPS type) being relative to the thermoplastic part (eg styrene blocks) of the TPE copolymer.
  • These TPE elastomers are often triblock elastomers with two rigid segments connected by a flexible segment. The rigid and flexible segments can be arranged linearly, star or connected.
  • TPE elastomers may also be diblock elastomers with a single rigid segment connected to a flexible segment.
  • each of these segments or blocks contains at least more than 5, usually more than 10 base units (e.g., styrene units and isoprene units for a styrene / isoprene / styrene block copolymer).
  • an essential characteristic of the TPE elastomer used in the process of the invention is that it is unsaturated.
  • unsaturated TPE elastomer is meant by definition and well known a TPE elastomer which is provided with ethylenic unsaturations, that is to say which has carbon-carbon double bonds (conjugated or not); reciprocally, a saturated TPE elastomer is of course a TPE elastomer which is free of such double bonds.
  • the unsaturated nature of the unsaturated TPE elastomer causes the latter to be (co) crosslinkable, (co) vulcanizable with sulfur, which makes it advantageously compatible with matrices of unsaturated diene rubbers, such as those based on natural rubber, used usually as a calendering rubber in metal fabrics for reinforcing tires.
  • any overflow of the filling rubber outside the cable, during the manufacture of the latter will not be detrimental to its subsequent adhesion to the calendering gum of said metal fabric, this defect being indeed susceptible of be corrected during the final firing of the tire by the possible co-crosslinking between the unsaturated TPE elastomer and the diene elastomer of the calendering gum.
  • the unsaturated TPE elastomer is a styrenic thermoplastic elastomer (abbreviated as "TPS"), that is to say comprising, as thermoplastic blocks, styrene blocks (polystyrene).
  • TPS thermoplastic elastomer
  • the unsaturated TPS elastomer is a copolymer comprising polystyrene blocks (that is to say formed from polymerized styrene monomer) and polydiene blocks (that is to say formed from polymerized diene monomer), preferably from the latter polyisoprene blocks and / or polybutadiene blocks.
  • polydiene blocks in particular polyisoprene blocks and polybutadiene blocks
  • blocks of random diene copolymer in particular of isoprene or butadiene, for example blocks of styrene / isoprene random copolymer (SI) or styrene-butadiene (SB), these polydiene blocks being particularly associated with polystyrene thermoplastic blocks to form unsaturated TPS elastomers which have been previously described.
  • SI styrene / isoprene random copolymer
  • SB styrene-butadiene
  • styrene monomer any styrene-based monomer, unsubstituted as substituted; among the substituted styrenes may be mentioned, for example, methylstyrenes (for example ⁇ -methylstyrene, m-methylstyrene or p-methylstyrene, alpha-methylstyrene, alpha-2-dimethylstyrene, alpha-4-dimethylstyrene or diphenylethylene), para-tert-butylstyrene, chlorostyrenes (for example o-chlorostyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, 2,4-dichlorostyrene, 2,6-dichlorostyrene or 2, 4,6-trichlorostyrene), bromostyrenes (eg, o-bromostyrene, m-bromostyrene, p-bromostyrene, 2, 2,
  • iene monomer should be understood to mean any monomer bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or otherwise, in particular any conjugated diene monomer having from 4 to 12 carbon atoms chosen in particular from the group constituted by isoprene, butadiene, 1-methylbutadiene, 2-methylbutadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,4-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2-methyl-1,3 -pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 4-methyl-1,3-pentadiene, 2,3-dimethyl-1,3-pentadiene, 2,5-dimethyl-1,3-pentadiene , 1,3-hexadiene, 2-methyl-1,3-hexadiene, 3-methyl-1,3-hexadiene, 4-methyl-1,3-hexadiene, 5-methyl-1,3-hexadiene, hexadiene,
  • Such an unsaturated TPS elastomer is chosen in particular from the group consisting of styrene / butadiene (SB), styrene / isoprene (SI), styrene / butadiene / butylene (SBB), styrene / butadiene / isoprene (SBI), styrene block copolymers.
  • SB styrene / butadiene
  • SI styrene / isoprene
  • SI styrene / butadiene / butylene
  • SBI styrene / butadiene / isoprene
  • SBS butadiene / styrene
  • SBBS styrene / butadiene / butylene / styrene
  • SIS styrene / isoprene / styrene
  • SI styrene / butadiene / isoprene / styrene
  • this unsaturated TPS elastomer is a copolymer comprising at least three blocks, this copolymer being more particularly chosen from the group consisting of styrene / butadiene / styrene (SBS), styrene / butadiene / butylene / styrene block copolymers (SBBS) styrene / isoprene / styrene (SIS), styrene / butadiene / isoprene / styrene (SBIS) and mixtures of these copolymers.
  • SBS styrene / butadiene / styrene
  • SBBS styrene / butadiene / butylene / styrene block copolymers
  • SIS isoprene / styrene
  • SBS styrene / but
  • the styrene content in the unsaturated TPS elastomer above is between 5 and 50%, for an optimal compromise with respect to the thermoplastic properties of a and (co) crosslinkable character of this elastomer on the other hand.
  • the number-average molecular weight (denoted Mn) of the TPE elastomer is preferably between 5,000 and 500,000 g / mol, more preferably between
  • the number average molecular weight (Mn) of the TPS elastomers is determined in known manner by size exclusion chromatography (SEC). The sample is first solubilized in tetrahydrofuran at a concentration of about 1 g / l; then the solution is filtered on 0.45 ⁇ porosity filter before injection. The equipment used is a chromatographic chain "WATERS alliance".
  • the elution solvent is tetrahydrofuran, the flow rate 0.7 ml / min, the system temperature 35 ° C and the analysis time 90 min.
  • a set of four WATERS columns in series, of trade names "STYRAGEL” ("HMW7", “HMW6E” and two “HT6E") is used.
  • the injected volume of the solution of the polymer sample is 100 ⁇ .
  • the detector is a differential refractometer "WATERS 2410" and its associated software for the exploitation of chromatographic data is the "WATERS MILLENIUM" system.
  • the calculated average molar masses relate to a calibration curve made with polystyrene standards.
  • the Tg of the unsaturated TPE elastomer (in particular TPS) (as a reminder, first Tg relative to the elastomer block) is less than 0 ° C., more particularly less than - 15 ° C., this quantity being measured in a known manner by DSC (Differential Scanning Calorimetry), for example according to the ASTM D3418-82 standard.
  • the Shore A hardness (measured according to ASTM D2240-86) of the unsaturated TPE elastomer (in particular TPS) is between 10 and 100, more particularly included in a range of 20 to 90.
  • Unsaturated TPS elastomers such as, for example, SB, SI, SBS, SIS, SBBS or SBIS are well known and commercially available, for example from Kraton under the name "Kraton D” (eg, products Dl 161, Dl 118, Dl 1 16, Dl 163), from the company Dynasol under the name "Calprene” (eg, products C405, C411, C412), from Polimeri Europa under the name "Europrene” (eg, product SOLT166), from from BASF under the name "Styroflex” (eg, product 2G66), or from Asahi under the name "Tuftec” (eg, product PI 500).
  • Kraton D eg, products Dl 161, Dl 118, Dl 1 16, Dl 163
  • Chemicalsol eg, products C405, C411, C412
  • Polimeri Europa eg, product SOLT166
  • BASF under the name "Styroflex” (
  • the unsaturated thermoplastic elastomer previously described is sufficient on its own for the filling rubber to fully fulfill its function of closing off the capillaries or interstices of the cable according to the invention.
  • various other additives may be added, typically in small amounts (preferably at weight ratios of less than 20 parts, more preferably less than 10 parts per 100 parts of unsaturated thermoplastic elastomer), for example plasticizers, reinforcing fillers such as carbon black or silica, non-reinforcing or inert fillers, lamellar fillers, protective agents such as antioxidants or anti-ozonants, various other stabilizers, coloring agents intended for example to color the gum filling.
  • the filling rubber could also comprise, in a minority weight fraction relative to the unsaturated thermoplastic elastomer fraction, polymers or elastomers other than unsaturated thermoplastic elastomers.
  • each interstice or capillary of the cable comprises at least one gum plug which obstructs this capillary or interstice of such that, in the air permeability test according to paragraph II-1, this cable has an average air flow rate of less than 2 cm 3 / min, more preferably less than 0.2 cm 3 / min or at most equal to 0.2 cm 3 / min.
  • Its level of filling rubber is preferably between 5 and 40 mg of gum per g of cable, more preferably between 5 and 35 mg, especially between 5 and 30 mg.
  • 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 (s) (Ci) and the wires of the outer layer (Ce) 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 a carbon steel is used, its carbon content (% by weight of steel) is preferably between 0.2% 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 obtained according to the process of the invention are preferably made of carbon steel and have a tensile strength (Rm) preferably greater than 2500 MPa.
  • the total elongation at break ( ⁇ t) of the cable, the sum of its structural, elastic and plastic elongations, is preferably greater than 2.0%.
  • the method of the invention then comprises at least the following steps:
  • a step of assembling by wiring or twisting the M core wires for formation at a point, called “assembly point", of the inner layer (Ci); downstream of said assembly point, a step of cladding the core with the unsaturated thermoplastic elastomer which is extruded in the molten state by passing through an extrusion head;
  • the M and N son are delivered by feeding means such as coils, distribution grids, coupled or not to assembly grains, all intended to converge the M son on the one hand, the N son on the other hand, to their common torsion points (or assembly points).
  • feeding means such as coils, distribution grids, coupled or not to assembly grains, all intended to converge the M son on the one hand, the N son on the other hand, to their common torsion points (or assembly points).
  • M varies from 1 to 4, but the number N of wires can vary in a very large way according to the particular embodiment of the invention, it being understood that the maximum number of wires N will be increased if their diameter d 2 is reduced compared to the di diameter of the son of the layer, in order to preferentially keep the outer layer in a saturated state.
  • the core (Ci) of the cable according to the invention is preferably made of a single single wire or at most 2 or 3 son, the latter may for example be parallel or on the contrary and preferably twisted together. More preferably still, when M is equal to 1, N is in a range from 5 to 7, and when M is equal to 2 or 3, N is in a range from 6 to 11; When M is 4, N is preferably in the range of 8 to 12.
  • 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 son are preferably assembled, in particular twisted, in a pitch pi which is more preferably in a range of 3 to 30 mm, in particular in a range of 3 to 20 mm.
  • the pitches pi and p 2 are equal. This is particularly the case for compact type of cables in which the two layers Ci and Ce have the other characteristic of being wound in the same direction of torsion (S / S or Z / Z). In such cables with so-called compact layers, the compactness is very high, such that the cross section of these cables has an outline that is polygonal and non-cylindrical.
  • the pitches pi and p 2 are different. This is particularly the case for cables with cylindrical type layers in which the two layers Ci and Ce can be wound in the same direction of twist (S / S or Z / Z) or in the opposite direction (S / Z or Z / S). In such cables with so-called cylindrical layers, the compactness is such that the cross-section of these cables has a contour which is cylindrical, as illustrated by way of example in FIG. 2 (cylindrical cable 3 + 9 prepared according to the invention) .
  • the outer layer Ce is preferably a saturated layer, that is to say that, by definition, there is not enough room in this layer to add an additional wire diameter d 2 , in other words at least one (N max + 1) th wire diameter d 2 , N max representing the maximum number of windable son in a layer around the central layer (Ci).
  • This construction has the notable advantage of offering, for a given diameter of the cable, a higher resistance.
  • the cable according to the invention can be of two types, namely of the type with compact layers or of the type with cylindrical layers.
  • the layer Ci - in the case where M is greater than 1 - and the layer Ce are wound in the same direction of torsion, that is to say in the direction S ("S / S" arrangement), in the Z direction (“Z / Z” arrangement). Coiling 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 two layers are wound in the same direction of torsion and at a different pitch (ie pi ⁇ p 2 ), to obtain a cable of the cylindrical type as represented for example in FIG. Figure 2.
  • the method of the invention makes it possible to manufacture cables which can be, according to a particularly preferred embodiment, without or almost no filling rubber at their periphery; by such an expression, it is meant that no particle of filling compound is visible, with the naked eye, at the periphery of the cable, that is to say that the person skilled in the art does not make any difference at the end of the manufacturing process, with the naked eye and at a distance of three meters or more, between a cable reel prepared according to the invention and a conventional cable reel not gummed in situ.
  • the method of the invention is of course applicable to the manufacture of compact type cables (for recall and by definition, those whose layers are wound at the same pitch and in the same direction) as in the manufacture of cables type to cylindrical layers (for recall and by definition, those whose layers are wound either in different steps (regardless of their torsion directions, identical or not), or in opposite directions (whatever their steps, identical or different) ).
  • An assembly and scrubbing device that can be used for carrying out the method of the invention described above, applied by way of example to the manufacture of a cable with two layers of construction 3 + N, is a device comprising upstream downstream, according to the direction of advancement of a cable being formed: feed means on the one hand of the 3 core wires, on the other hand N son of the outer layer (Ce);
  • extrusion means delivering the thermoplastic elastomer in the molten state, disposed downstream of the first assembly point, for cladding of the core;
  • FIG. 1 shows an exemplary twisting assembly device (10) of the rotary feed and rotary receiving type (symbolized by two arrows of the same direction Fi and F 2 ), which can be used for manufacturing a cable with cylindrical layers in which the pitch p and p 2 are different and the direction of twist of the two identical layers.
  • supply means (110) deliver 3 wires (11) through a distribution grid (12) (axisymmetric splitter), coupled or not to an assembly grain (13), grid at beyond which the 3 wires converge at an assembly point (14), for formation of the core (Ci).
  • a distribution grid (12) axisymmetric splitter
  • the distance between the point of convergence (14) and the sheathing point (15) is for example between 50 cm and 1 m.
  • This cable 3 + N (denoted Cl) is of the type with cylindrical layers; in this example, its two layers are wound in the same direction (S / S or Z / Z according to a recognized nomenclature) but at a different pitch (pi ⁇ p 2 ).
  • This type of construction has the consequence that its constituent threads (20, 21) form two substantially concentric layers which each have a contour (E) (shown in dotted lines) which is substantially cylindrical and non-polygonal as in the case of so-called layered cables. compact.
  • This cable C1 can be described as cable gummed in situ: each of the capillaries or interstices (voids in the absence of filling rubber) formed by the adjacent son, taken three by three, of its two layers Ci, Ce 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.
  • the filling rubber (23) fills each capillary, in particular the central capillary (24) (symbolized by a triangle) formed by the adjacent wires.
  • the filling rubber extends in a continuous manner around the inner layer (Ci) that it covers.
  • the M + N cable can be qualified as airtight: in the air permeability test described in paragraph II-1B which follows, it is characterized by an average air flow which is preferably less than at 2 cm 3 / min, more preferably below or at most equal to 0.2 cm 3 / min.
  • Figure 3 recalls the section of a cable 3 + 9 (noted C-2) conventional (ie, not gummed in situ), also of the type with two cylindrical layers. The absence of filling gum causes the three wires (30) of the inner layer (Ci) to be in practically contact with one another, which leads to an empty and closed, impenetrable central capillary (33). outside by rubber and thus conducive to the propagation of corrosive media.
  • the modulus measurements are carried out in tension, unless otherwise indicated according to the ASTM D 412 standard of 1998 (test-tube “C"): the secant modulus "true” (i.e., brought back to the actual section of the specimen) is measured at the second elongation (i.e., after an accommodation cycle) at 10% elongation , noted E10 and expressed in MPa (normal temperature and humidity conditions 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 embedded, coated from the outside by a so-called coating gum.
  • a series of 10 parallel cables (inter-cable distance: 20 mm) is placed between two "skims" or layers (two rectangles of 80 x 200 mm) of a diene rubber composition in the green state, each skim having a thickness of 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 min at a temperature of 140 ° C and a pressure of 15 bar (rectangular piston 80 x 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.
  • 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 3 / min). During the measurement, 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; a leakproofness test of the seal is made using a solid rubber specimen, ie without cable.
  • a compressed seal eg a dense foam or rubber seal
  • the measured flow rate is lower as long as the longitudinal imperviousness of the cable is high.
  • measured values equal to or less than 0.2 cm 3 / min are considered to be zero; they correspond to a cable that can be described as airtight along its axis (ie, in its longitudinal direction).
  • the amount of filling compound is measured by the difference between the weight of the initial cable (thus erased in situ) and the weight of the cable (thus that of its threads) whose filling compound has been eliminated by a treatment in a suitable extraction solvent.
  • the procedure is as follows. A sample of cable of a given length (for example one meter), wound on itself to reduce its bulk, is placed in a sealed bottle containing one liter of toluene. Then the flask is stirred (125 rounds per minute) for 24 hours at room temperature (20 ° C.), using a "Ping-Pong 400" agitator from the company. Fischer Scientific); after removal of the solvent, the operation is repeated once. The thus treated cable is recovered and the residual solvent evaporated under vacuum for 1 hour at 60 ° C. Then the cable thus freed of its filling rubber is weighed. From the 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). II-2. Cable manufacturing and testing
  • 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 carbon steel of the standard (NT type for "Normal Tensile") whose carbon content is about 0.7%, the rest being made of iron and the usual unavoidable impurities related to the manufacturing process. steel.
  • the intermediate diameter son undergo a degreasing treatment and / or pickling, before further processing.
  • the steel wires thus drawn have the following diameter and mechanical properties:
  • the cable according to the invention 3 + 9 (Cl) as schematized in FIG. 2, is formed of 12 wires in total, all of diameter 0.23 mm, which were wound to two different pitch (pi ⁇ p 2 ) and in the same direction of twist (S) to obtain a cable of the type with cylindrical layers.
  • the rate of filling rubber (22), measured according to the method indicated previously in paragraph 1-3, is 23 mg per g of cable.
  • This filling gum fills the central channel or capillary (23) formed by the three core wires (20) slightly apart, while completely covering the inner layer Ci formed by the three son. It also fulfills, at least in part, if not preferably completely, each of the other interstices or capillaries formed by the yarns of the two layers (Ci, Ce).
  • unsaturated TPS elastomer in this case an SBS elastomer of Shore A hardness equal to about 70
  • the cables prepared according to the process according to the invention thus have an optimal penetration rate by the unsaturated thermoplastic elastomer, with a controlled amount of filling compound, which guarantees the presence of internal partitions (continuous or discontinuous in the case of the invention).
  • thermoplastic elastomer used does not pose a problem of parasitic stickiness in the event of a slight overflow outside the cable after its manufacture due to its unsaturated nature and therefore (co) vulcanizable with an unsaturated diene rubber matrix such as natural rubber.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un câble métallique (C-1, C-2) à deux couches (Ci, Ce) concentriques de fils (11, 20, 17, 21), de construction M + N, comportant une couche interne ou noyau (Ci) de M fils (11, 20), M variant de 1 à 4, et une couche externe (Ce) de N fils (17, 21), du type « gommé in situ » c'est-à-dire gommé de l'intérieur (22), pendant sa fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes : • - une étape de gainage de la couche interne (Ci) par ledit caoutchouc ou ladite composition de caoutchouc, par passage à travers une tête d'extrusion (15); • - une étape d'assemblage des N fils de la couche externe (Ce) autour de la couche interne (Ci), pour formation du câble à deux couches ainsi gommé de l'intérieur, ledit caoutchouc est un élastomère thermoplastique insaturé extrudé à l'état fondu, préférentiellement un élastomère thermoplastique du type styrénique (« TPS ») tel que par exemple un copolymère à blocs SBS ou SIS.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN CÂBLE MÉTALLIQUE À DEUX COUCHES GOMMÉ IN SITU PAR UN ÉLASTOMÈRE THERMOPLASTIQUE INSATURÉ
La présente invention est relative aux procédés et dispositifs de fabrication de câbles métalliques à deux couches de fils concentriques, utilisables notamment pour le renforcement d'articles en caoutchouc, en particulier de pneumatiques.
Elle est plus particulièrement relative aux procédés et dispositifs de fabrication de câbles métalliques du type « gommés in situ », c'est-à-dire gommés de l'intérieur, pendant leur fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc, en vue d'améliorer leur résistance à la corrosion et par voie de conséquence leur endurance notamment dans les armatures de carcasses ou de sommet des 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. L'armature de carcasse est constituée d'au moins une nappe (ou "couche") de caoutchouc renforcée par des éléments de renforcement (ou "renforts") tels que des câblés ou des monofïlaments, généralement du type métalliques dans le cas de pneumatiques pour véhicules industriels porteurs de lourdes charges.
La ceinture est constituée de diverses nappes ou couches de caoutchouc renforcées ou non par des renforts tels que des câblés ou des monofïlaments, notamment du type métalliques. Elle comporte généralement au moins deux nappes de ceinture superposées, dites parfois « nappes de travail » ou « nappes croisées », dont les câbles de renforcement métalliques sont disposés parallèles les uns aux autres à l'intérieur d'une nappe, mais croisés d'une nappe à l'autre, c'est-à-dire inclinés, symétriquement ou non, par rapport au plan circonférentiel médian, d'un angle qui est généralement compris entre 10° et 45° selon le type de pneumatique considéré. Ces nappes croisées peuvent être complétées par diverses autres nappes ou couches de caoutchouc auxiliaires, de largeurs variables selon les cas, comportant ou non des renforts ; on citera à titre d'exemple des nappes dites « de protection » chargées de protéger le reste de la ceinture des agressions externes, des perforations, ou encore des nappes dites « de frettage » comportant des renforts orientés sensiblement selon la direction circonférentielle (nappes dites « à zéro degré »).
Une ceinture de pneumatique doit satisfaire on le sait à de nombreuses exigences, souvent antinomiques, notamment : être la plus rigide possible à faible déformation, car elle contribue d'une manière substantielle à rigidifïer le sommet du pneumatique ; avoir une hystérèse aussi basse que possible, pour d'une part minimiser réchauffement en roulage de la zone interne du sommet et d'autre part réduire la résistance au roulement du pneumatique, synonyme d'économie de carburant ;
- posséder enfin une endurance élevée, vis-à-vis en particulier du phénomène de séparation, fissuration des extrémités des nappes croisées dans la zone d'épaule du pneumatique, connu sous le terme de "clivage", ce qui exige notamment des câbles métalliques qui renforcent les nappes de ceinture de présenter une résistance élevée à la fatigue en compression, le tout dans une atmosphère plus ou moins corrosive.
La troisième exigence est particulièrement forte pour les enveloppes de pneumatiques pour véhicules industriels tels que véhicules poids-lourd, conçues pour pouvoir être rechapées une ou plusieurs fois lorsque les bandes de roulement qu'elles comportent atteignent un degré d'usure critique après un roulage prolongé.
La disponibilité en aciers au carbone de plus en plus résistants et endurants fait que les manufacturiers de pneumatiques s'orientent aujourd'hui, autant que possible, vers l'emploi de câbles ayant seulement deux couches, afin notamment de simplifier la fabrication de ces câbles, diminuer l'épaisseur des nappes composites de renforcement et ainsi l'hystérèse des pneumatiques, en fin de compte diminuer les coûts des pneumatiques eux-mêmes et réduire la consommation d'énergie des véhicules équipés de tels pneumatiques.
On sait bien par ailleurs que l'endurance en fatigue-fretting-corrosion des câbles à couches, en particulier dans les armatures de sommet ou de carcasse des pneumatiques, est améliorée de manière notable par la présence de caoutchouc à l'intérieur même de ces câbles s 'opposant à la circulation d'agents corrosifs tels que eau ou oxygène le long de canaux vides formés par les fils constitutifs de ces câbles, que ce caoutchouc : et c'est le cas le plus courant aujourd'hui, soit apporté ultérieurement à l'intérieur du câble, lors de la cuisson finale du pneumatique que le câble est destiné à renforcer, à la condition que l'architecture de ce câble, terminé de fabrication, soit suffisamment aérée et donc pénétrable par du caoutchouc ;
- voire même, ce qui est encore mieux, soit déjà incorporé in situ dans le câble lors de sa fabrication-même, ce qui autorise du même coup l'utilisation de câbles à compacité plus élevée (moins aérés) par ailleurs préférable si l'on souhaite notamment continuer à pouvoir réduire notablement l'épaisseur des nappes de caoutchouc et leur hystérèse.
Les demandes WO 2006/013077, WO 2007/090603, WO 2009/083212, WO 2009/083213, WO 2010/012411, déposées par les Demanderesses, ont décrit de tels câbles à deux couches du type gommés in situ, ainsi que leurs procédés de fabrication. Ces câbles ont pour caractéristique commune d'être gommés de l'intérieur, pendant leur fabrication même, par une gomme dite de remplissage consistant en une composition à l'état cru (c'est-à-dire non vulcanisée) d'un caoutchouc diénique tel que du caoutchouc naturel.
Toutefois, les procédés de gommage in situ décrits pour la fabrication de ces câbles, ainsi que les câbles qui en sont issus, ne sont pas dépourvus d'inconvénients.
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 est nécessaire, selon les types de câbles et les procédés utilisés, d'utiliser des quantités plus ou moins importantes de caoutchouc lors du gainage, ce qui peut conduire dans certains cas à un risque de débordement parasite du caoutchouc cru à la périphérie du câble terminé de fabrication.
Or, en raison du fort pouvoir collant (ici, parasite) que possèdent à l'état cru (non vulcanisé) ces compositions de caoutchoucs diéniques, un débordement accidentel, même très faible, à la périphérie des câbles lors de la fabrication de ces derniers, peut générer des inconvénients notables lors de la manipulation ultérieure des câbles, en particulier lors des opérations qui vont suivre pour l'incorporation du câble à une bande de caoutchouc diénique (elle-même à l'état cru), avant les opérations ultimes de fabrication du pneumatique et de cuisson (réticulation) finale.
De tels inconvénients ont été notamment décrits dans les demandes précitées WO 2009/083212, WO 2009/083213 et WO 2010/012411. Ils ralentissent bien entendu, in fine, les cadences industrielles et pénalisent le coût final des câbles et des pneumatiques qu'ils renforcent.
Or, poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert un procédé de fabrication amélioré, utilisant un caoutchouc de gainage spécifique, qui permet de pallier les inconvénients précités.
En conséquence, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un câble métallique à deux couches concentriques de fils (Ci, Ce), de construction M+N, comportant une couche interne ou noyau (Ci) de M fils, M variant de 1 à 4, et une couche externe (Ce) de N fils, du type « gommé in situ » c'est-à-dire gommé de l'intérieur, pendant sa fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes :
- une étape de gainage de la couche interne (Ci) par le caoutchouc ou la composition de caoutchouc, par passage à travers une tête d'extrusion ; - une étape d'assemblage des N fils de la couche externe (Ce) autour de la couche interne (Ci), pour formation du câble à deux couches ainsi gommé de l'intérieur, et étant caractérisé en ce que ce caoutchouc est un élastomère thermoplastique insaturé extrudé à l'état fondu.
Ce procédé de l'invention permet de fabriquer, en ligne et en continu, un câble à deux couches concentriques qui, comparé aux câbles multicouches gommés in situ de l'art antérieur, a pour avantage notable que le caoutchouc utilisé comme gomme de remplissage est un élastomère du type thermoplastique et non plus diénique, par définition thermo fusible et donc plus facile à mettre en œuvre, dont la quantité peut être aisément contrôlée ; il est ainsi possible, en jouant sur la température de mise en œuvre de l'élastomère thermoplastique, de répartir uniformément ce dernier à l'intérieur de chacun des interstices du câble, conférant à ce dernier une imperméabilité optimale selon son axe longitudinal.
En outre, l'élastomère thermoplastique ci-dessus ne pose pas de problème de collant parasite en cas d'un léger débordement à l'extérieur du câble après sa fabrication. Enfin, le caractère insaturé et donc (co)vulcanisable de cet élastomère thermoplastique insaturé offre au câble une excellente compatibilité avec les matrices de caoutchoucs diéniques insaturés tels que du caoutchouc naturel, utilisées habituellement comme gomme de calandrage dans les tissus métalliques destinés au renforcement des pneumatiques.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 3 relatives à ces exemples qui schématisent, respectivement : un exemple de dispositif de retordage et gommage in situ utilisable pour la fabrication d'un câble à deux couches selon un procédé conforme à l'invention (Fig. 1) ;
en coupe transversale, un exemple de câble de construction 3+9 du type à couches cylindriques, gommé in situ, susceptible d'être fabriqué par le procédé de l'invention
(Fig- 2) ;
en coupe transversale, un câble de construction 3+9 conventionnel, également du type à couches cylindriques, non gommé in situ (Fig. 3).
I. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages 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).
Le procédé de l'invention est donc destiné à la fabrication d'un câble métallique à deux couches concentriques de fils, comportant une couche interne ou noyau (Ci) de M fils (M variant de 1 à 4) et une couche externe (Ce) de N fils, du type « gommé in situ » c'est-à-dire gommé de l'intérieur, pendant sa fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc (dite « gomme de remplissage »), ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes : au moins une étape de gainage de la couche interne (Ci) par ledit caoutchouc ou ladite composition de caoutchouc, par passage à travers une tête d'extrusion ;
- une étape d'assemblage des N fils de la couche externe (Ce) autour de la couche interne (Ci), pour formation du câble multicouches ainsi gommé de l'intérieur, et étant caractérisé en ce que ledit caoutchouc est un élastomère thermoplastique insaturé extrudé à l'état fondu.
Bien entendu, lorsque la couche interne comporte plusieurs (2, 3 ou 4) fils, il faut comprendre que ce procédé comporte en amont une étape préalable d'assemblage (par exemple par retordage ou câblage, direction S ou Z) de ces fils pour formation de la couche interne (Ci) avant son étape de gainage.
Dans le procédé de l'invention, la gomme dite de remplissage est donc introduite in situ dans le câble en cours de fabrication, par gainage de la couche interne, ledit gainage en soi étant opéré de manière connue par exemple par passage à travers une tête d'extrusion délivrant la gomme de remplissage à l'état fondu.
On rappellera 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.
Les deux techniques ci-dessus sont applicables, bien que l'on utilise préférentiellement une étape de retordage pour chaque étape d'assemblage ci-dessus. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, lorsque la couche interne comporte plusieurs fils (M différent de 1), chaque étape d'assemblage des fils de la couche interne d'une part, de la couche externe d'autre part, est réalisée par retordage.
Lorsque M est différent de 1 (c'est-à-dire égal à 2, 3 ou 4), selon un autre mode de réalisation plus préférentiel, les N fils de la couche externe (Ce) sont enroulés en hélice au même pas et dans le même sens de torsion que les M fils de la couche interne (Ci), de manière à fabriquer un câble à deux couches du type compact (c'est-à-dire à couches compactes).
Selon un autre mode de réalisation plus préférentiel, toujours lorsque M est différent de 1, les M fils de la couche interne et les N fils de la couche externe sont enroulés en hélice : soit à un pas différent ;
soit selon un sens de torsion opposé ;
soit à un pas différent et selon un sens de torsion opposé, de manière à fabriquer un câble à deux couches du type cylindrique (c'est-à-dire à couches cylindriques).
La tête d'extrusion est portée à une température appropriée, ajustable aisément en fonction de la nature spécifique de l'élastomère TPE utilisé et de ses propriétés thermiques. De préférence, la température d'extrusion de l'élastomère TPE insaturé est comprise entre 100°C et 250°C, plus préférentiellement entre 150°C et 200°C. Typiquement, la tête d'extrusion définit une zone de gainage ayant par exemple 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 0,20 et 1,0 mm, et dont la longueur est de préférence comprise entre 1 et 10 mm.
La quantité de gomme de remplissage délivrée par la tête d'extrusion est ajustée dans un domaine préférentiel compris entre 5 et 40 mg par gramme de câble final (i.e., terminé de fabrication, gommé in situ). En dessous du minimum indiqué, il est plus difficile de garantir que la gomme de remplissage soit bien présente, au moins en partie, dans chacun des interstices ou capillaires du câble, tandis qu'au-delà du maximum indiqué, on s'expose à un risque de débordement excessif de la gomme de remplissage à la périphérie du câble. Pour toutes ces raisons, on préfère que la quantité de gomme de remplissage délivrée soit comprise entre 5 et 35 mg, notamment entre 5 et 30 mg par gramme de câble.
L'élastomère thermoplastique insaturé à l'état fondu recouvre ainsi la couche interne (Ci) par le biais de la tête de gainage, à une vitesse de défilement typiquement de quelques mètres à quelques dizaines de m/min, pour un débit de pompe d'extrusion typiquement de plusieurs cm3/min à plusieurs dizaines de cm3/min. Le ou les fils de la couche interne, selon le cas applicable, sont avantageusement préchauffés avant passage dans la tête d'extrusion, par exemple par passage à travers un générateur HF ou à travers un tunnel chauffant. Le couche interne ou noyau une fois ainsi gainé(e) est recouvert(e) de préférence d'une épaisseur minimale d'élastomère TPE insaturé qui est supérieure à 5 μιη, typiquement comprise entre 5 et 30 μιη.
Puis les N fils de la couche externe sont câblés ou retordus ensemble (direction S ou Z) autour de la couche interne pour formation du câble à deux couches ainsi gommé de l'intérieur. Au cours de cet assemblage final, les fils de la couche externe viennent s'appuyer sur la gomme de remplissage à l'état fondu, s'incruster dans cette dernière. La gomme de remplissage, en se déplaçant sous la pression exercée par ces fils externes, a alors naturellement tendance à pénétrer dans chacun des interstices ou cavités laissés vides par les fils entre la couche externe et le couche interne qui lui est adjacente.
Préférentiellement, toutes les étapes du procédé de l'invention sont opérées en ligne et en continu, quel que soit le type de câble fabriqué (câble compact comme câble à couches cylindriques), 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 fabrication) supérieure à 50 m/min, préférentiellement supérieure à 70 m/min, notamment supérieure à 100 m/min.
Mais il est bien entendu également possible de fabriquer le câble selon l'invention en discontinu, par exemple, dans le cas par gainage préalable de la couche interne (Ci), puis solidification de la gomme de remplissage, enfin bobinage et stockage de ce dernier avant l'opération finale d'assemblage de la couche externe (Ce) ; la solidification de la gaine élastomère est aisée, elle peut être conduite par tout moyen de refroidissement approprié, par exemple par un refroidissement à l'air ou à l'eau, suivi dans ce dernier cas d'une opération de séchage.
A ce stade, la fabrication du câble selon l'invention est terminée. Toutefois, lorsque, conformément à un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les deux couches du câble sont assemblées par retordage, on préfère alors ajouter une étape d'équilibrage de torsion pour obtention d'un câble dit équilibré (ou stabilisé) en torsion ; 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 le câble. Les outils d'équilibrage de la torsion sont bien 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 et/ou galets à travers lesquels circule le câble. 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 μιη. 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 diénique utilisable par exemple comme armature de carcasse, ou encore comme armature de sommet d'un pneumatique.
Le câble métallique multicouches obtenu selon le procédé 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, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc dénommé(e) gomme de remplissage.
En d'autres termes, à l'état brut de fabrication, ses "capillaires" ou "interstices" (les deux termes, interchangeables, désignant les espaces vides , libres, formés par des fils adjacents, en l'absence de gomme de remplissage), pour une partie ou préférentiellement la totalité d'entre eux, comportent déjà un caoutchouc spécifique à titre de gomme de remplissage qui remplit au moins en partie lesdits interstices, de manière continue ou non selon l'axe du câble. Par câble à l'état brut de fabrication, on entend bien entendu un câble qui n'a pas encore été mis au contact d'une matrice de caoutchouc diénique (e.g. caoutchouc naturel) d'un produit semi- fini ou d'un article fini en caoutchouc tel qu'un pneumatique, que ledit câble serait destiné à renforcer ultérieurement.
Ce caoutchouc spécifique est un élastomère thermoplastique insaturé, utilisé seul ou avec d'éventuels additifs (c'est-à-dire dans ce cas sous forme d'une composition d'élastomère thermoplastique insaturé) pour constituer la gomme de remplissage.
On rappellera tout d'abord ici que les élastomères thermoplastiques (en abrégé "TPE") sont des élastomères thermoplastiques se présentant sous la forme de copolymères blocs à base de blocs thermoplastiques. De structure intermédiaire entre polymères thermoplastiques et élastomères, ils sont constitués de manière connue de séquences rigides thermoplastiques, notamment polystyrène reliées par des séquences souples élastomère, par exemple polybutadiène ou polyisoprène pour des TPE insaturés ou poly(éthylène/butylène) pour des TPE saturés. C'est la raison pour laquelle, de manière connue, les copolymères blocs TPE ci-dessus se caractérisent généralement par la présence de deux pics de transition vitreuse, le premier pic (température la plus basse, généralement négative) étant relatif à la séquence élastomère du copolymère TPE, le second pic (température la plus haute, positive, typiquement supérieure à 80°C pour des élastomères préférentiels du type TPS) étant relatif à la partie thermoplastique (par exemple blocs styrène) du copolymère TPE. Ces élastomères TPE sont souvent des élastomères triblocs avec deux segments rigides reliés par un segment souple. Les segments rigides et souples peuvent être disposés linéairement, en étoile ou branchés. Ces élastomères TPE peuvent être aussi des élastomères diblocs avec un seul segment rigide relié à un segment souple. Typiquement, chacun de ces segments ou blocs contient au minimum plus de 5, généralement plus de 10 unités de base (par exemple unités styrène et unités isoprène pour un copolymère blocs styrène/ isoprène/ styrène).
Ceci étant rappelé, une caractéristique essentielle de l'élastomère TPE utilisé dans le procédé de l'invention est qu'il est insaturé. Par élastomère TPE insaturé, on entend par définition et de manière bien connue un élastomère TPE qui est pourvu d'insaturations éthyléniques, c'est- à-dire qui comporte des doubles liaisons carbone-carbone (conjuguées ou non) ; réciproquement, un élastomère TPE dit saturé est bien entendu un élastomère TPE qui est dépourvu de telles doubles liaisons.
Le caractère insaturé de l'élastomère TPE insaturé fait que ce dernier est (co)réticulable, (co)vulcanisable au soufre, ce qui le rend avantageusement compatible avec les matrices de caoutchoucs diéniques insaturés, telles que celles à base de caoutchouc naturel, utilisées habituellement comme gomme de calandrage dans les tissus métalliques destinés au renforcement des pneumatiques. Ainsi, un éventuel débordement de la gomme de remplissage à l'extérieur du câble, lors de la fabrication de ce dernier, ne sera pas préjudiciable à son adhésion ultérieure à la gomme de calandrage dudit tissu métallique, ce défaut étant en effet susceptible d'être corrigé lors de la cuisson finale du pneumatique par la co-réticulation possible entre l'élastomère TPE insaturé et l'élastomère diénique de la gomme de calandrage.
De préférence, l'élastomère TPE insaturé est un élastomère thermoplastique styrénique (en abrégé "TPS") c'est-à-dire comportant, à titre de blocs thermoplastiques, des blocs styrène (polystyrène).
Plus préférentiellement, l'élastomère TPS insaturé est un copolymère comportant des blocs polystyrène (c'est-à-dire formés de monomère styrénique polymérisé) et des blocs polydiène (c'est-à-dire formés de monomère diénique polymérisé), préférentiellement parmi ces derniers des blocs polyisoprène et/ou des blocs polybutadiène.
Par blocs polydiène, notamment polyisoprène et blocs polybutadiène, on entend également par extension, dans la présente demande, des blocs de copolymère diène statistique, notamment d'isoprène ou de butadiène comme par exemple des blocs de copolymère statistique styrène/ isoprène (SI) ou styrène-butadiène (SB), ces blocs polydiène étant particulièrement associés à des blocs thermoplastiques polystyrène pour constituer les élastomères TPS insaturés qui ont été décrits précédemment.
Par monomère styrénique doit être entendu tout monomère à base de styrène, non substitué comme substitué ; parmi les styrènes substitués peuvent être cités par exemple les méthylstyrènes (par exemple Γο-méthylstyrène, le m-méthylstyrène ou le p-méthylstyrène, l'alpha-méthylstyrène, l'alpha-2-diméthylstyrène, l'alpha-4-diméthylstyrène ou le diphényléthylène), le para-tertio-butylstyrène, les chloro styrènes (par exemple l'o- chlorostyrène, le m-chlorostyrène, le p-chlorostyrène, le 2,4-dichlorostyrène, le 2,6- dichlorostyrène ou le 2,4,6-trichlorostyrène), les bromostyrènes (par exemple l'o- bromostyrène, le m-bromostyrène, le p-bromostyrène, le 2,4-dibromostyrène, le 2,6- dibromostyrène ou les 2,4,6-tribromostyrène), les fluorostyrènes (par exemple l'o- fluorostyrène, le m-fluorostyrène, le p-fluorostyrène, le 2,4-difluorostyrène, le 2,6- difluoro styrène ou les 2,4,6-trifluorostyrène), le para-hydroxy-styrène, et les mélanges de tels monomères.
Par monomère diénique doit être entendu tout monomère porteur de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non, en particulier tout monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone choisi notamment dans le groupe constitué par l'isoprène, le butadiène, le 1-méthylbutadiène, le 2- méthylbutadiène, le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 2,4- diméthyl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2-méthyl-l,3-pentadiène, le 3-méthyl-l,3- pentadiène, le 4-méthyl- 1,3-pentadiène, le 2,3-diméthyl- 1,3-pentadiène, le 2, 5-diméthyl- 1,3- pentadiène, le 1,3-hexadiène, le 2-méthyl-l,3-hexadiène, le 3-méthyl-l,3-hexadiène, le 4- méthyl-l,3-hexadiène, le 5-méthyl- 1,3-hexadiène, le 2,5-diméthyl- 1,3-hexadiène, le 2- néopentylbutadiène, le 1,3-cyclopentadiène, le 1,3-cyclohexadiène, l-vinyl-1,3- cyclohexadiène, et les mélanges de tels monomères.
Un tel élastomère TPS insaturé est choisi en particulier dans le groupe constitué par les copolymères blocs styrène/ butadiène (SB), styrène/ isoprène (SI), styrène/ butadiène/ butylène (SBB), styrène/ butadiène/ isoprène (SBI), styrène/ butadiène/ styrène (SBS), styrène/ butadiène/ butylène/ styrène (SBBS), styrène/ isoprène/ styrène (SIS), styrène/ butadiène/ isoprène/ styrène (SBIS) et les mélanges de ces copolymères.
Plus préférentiellement encore, cet élastomère TPS insaturé est un copolymère comportant au moins trois blocs, ce copolymère étant plus particulièrement choisi dans le groupe constitué par les copolymères blocs styrène/ butadiène/ styrène (SBS), styrène/ butadiène/ butylène/ styrène (SBBS), styrène/ isoprène/ styrène (SIS), styrène/ butadiène/ isoprène/ styrène (SBIS) et les mélanges de ces copolymères. Selon un mode de réalisation particulier et préférentiel de l'invention, le taux de styrène, dans l'élastomère TPS insaturé ci-dessus est compris entre 5 et 50%, pour un compromis optimal vis-à-vis des propriétés thermoplastiques d'une part et du caractère (co)réticulable de cet élastomère d'autre part.
Selon un autre mode de réalisation particulier et préférentiel de l'invention, la masse moléculaire moyenne en nombre (notée Mn) de l'élastomère TPE (notamment TPS) est préférentiellement comprise entre 5 000 et 500 000 g/mol, plus préférentiellement comprise entre 7 000 et 450 000. La masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) des élastomères TPS est déterminée de manière connue, par chromatographie d'exclusion stérique (SEC). L'échantillon est préalablement solubilisé dans du tétrahydrofuranne à une concentration d'environ 1 g/1 ; puis la solution est filtrée sur filtre de porosité 0,45 μιη avant injection. L'appareillage utilisé est une chaîne chromatographique "WATERS alliance". Le solvant d'élution est le tétrahydrofuranne, le débit de 0,7 ml/min, la température du système de 35°C et la durée d'analyse de 90 min. On utilise un jeu de quatre colonnes WATERS en série, de dénominations commerciales "STYRAGEL" ("HMW7", "HMW6E" et deux "HT6E"). Le volume injecté de la solution de l'échantillon de polymère est de 100 μΐ. Le détecteur est un réfractomètre différentiel "WATERS 2410" et son logiciel associé d'exploitation des données chromatographiques est le système "WATERS MILLENIUM". Les masses molaires moyennes calculées sont relatives à une courbe d'étalonnage réalisée avec des étalons de polystyrène.
Selon un autre mode de réalisation particulier et préférentiel de l'invention, la Tg de l'élastomère TPE (notamment TPS) insaturé (pour rappel, première Tg relative à la séquence élastomère) est inférieure à 0°C, plus particulièrement inférieure à -15°C, cette grandeur étant mesurée de manière connue par DSC {Differential Scanning Calorimetry), par exemple selon la norme ASTM D3418-82.
Selon un autre mode de réalisation particulier et préférentiel de l'invention, la dureté Shore A (mesurée selon ASTM D2240-86) de l'élastomère TPE (notamment TPS) insaturé est comprise entre 10 et 100, plus particulièrement comprise dans un domaine de 20 à 90.
Des élastomères TPS insaturés tels que par exemple SB, SI, SBS, SIS, SBBS ou SBIS sont bien connus et disponibles commercialement, par exemple auprès de la société Kraton sous la dénomination "Kraton D" (e.g., produits Dl 161, Dl 118, Dl 1 16, Dl 163), auprès de la société Dynasol sous la dénomination "Calprene" (e.g., produits C405, C411, C412), auprès de la société Polimeri Europa sous la dénomination "Europrene" (e.g., produit SOLT166), auprès de la société BASF sous dénomination "Styroflex" (e.g., produit 2G66), ou encore auprès de la société Asahi sous la dénomination "Tuftec" (e.g., produit PI 500). L'élastomère thermoplastique insaturé précédemment décrit est suffisant à lui seul pour que la gomme de remplissage remplisse totalement sa fonction d'obturation des capillaires ou interstices du câble selon l'invention. Toutefois, divers autres additifs peuvent être ajoutés, typiquement en faible quantité (préférentiellement à des taux pondéraux inférieurs à 20 parties, plus préférentiellement inférieurs à 10 parties pour 100 parties d'élastomère thermoplastique insaturé), comme par exemple des plastifiants, des charges renforçantes tels que du noir de carbone ou de la silice, des charges non renforçantes ou inertes, des charges lamellaires, des agents de protection tels que des anti-oxydants ou anti-ozonants, divers autres stabilisants, des agents colorants destinés par exemple à colorer la gomme de remplissage. La gomme de remplissage pourrait aussi comporter, selon une fraction pondérale minoritaire par rapport à la fraction d'élastomère thermoplastique insaturé, des polymères ou élastomères autres que des élastomères thermoplastiques insaturés.
Grâce au procédé de l'invention, il est possible de fabriquer des câbles tels que, sur toute portion de câble de longueur égale à 2 cm, chaque interstice ou capillaire du câble comporte au moins un bouchon de gomme qui obstrue ce capillaire ou interstice de telle manière que, au test de perméabilité à l'air selon le paragraphe II- 1, ce câble présente un débit d'air moyen inférieur à 2 cm3/min, plus préférentiellement inférieur à 0,2 cm3/min ou au plus égal à 0,2 cm3/min. Son taux de gomme de remplissage est de préférence compris entre 5 et 40 mg de gomme par g de câble, plus préférentiellement compris entre 5 et 35 mg, notamment entre 5 et 30 mg.
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 (Ci) et les fils de la couche externe (Ce) 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 0,2% 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 obtenus selon le procédé de l'invention sont préférentiellement en acier au carbone et possèdent une résistance en traction (Rm) de préférence supérieure à 2500 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%.
Pour illustrer plus en détail la mise en œuvre de l'invention par exemple dans le cas d'un câble à deux couches concentriques (Ci, Ce) de construction M+N avec M différent de 1, comportant une couche interne ou noyau (Ci) constitué de M (par exemple 2 ou 3) fil(s) de diamètre di enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, couche autour de laquelle sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une couche externe (Ce), N fils de diamètre d2, le procédé de l'invention comporte alors au moins les étapes suivantes :
- tout d'abord, une étape d'assemblage (par câblage ou retordage) des M fils noyau pour formation en un point, dit « point d'assemblage », de la couche interne (Ci) ; en aval dudit point d'assemblage, une étape de gainage du noyau par Pélastomère thermoplastique insaturé qui est extrudé à l'état fondu par passage à travers une tête d'extrusion ;
- puis une étape d'assemblage (par câblage ou retordage) des N fils de la couche externe (Ce) autour de la couche interne (Ci) pour formation du câble ainsi gommé de l'intérieur. Bien entendu, lorsque M est égal à 1, l'étape de gainage est conduite directement sur le fil noyau unique.
Les M et N fils sont délivrés par des moyens d'alimentation tels que des bobines, grilles de répartition, couplées ou non à des grains d'assemblage, tous destinés à faire converger les M fils d'une part, les N fils d'autre part, vers leurs points de torsion (ou points d'assemblage) communs.
M varie de 1 à 4, mais le nombre N de fils peut varier quant à lui dans une très large mesure selon le mode de réalisation particulier de l'invention, étant entendu que le nombre maximal de fils N sera augmenté si leur diamètre d2 est réduit comparativement au diamètre di des fils de la couche, afin de conserver préférentiellement la couche externe dans un état saturé.
Préférentiellement, N est compris dans un domaine de 5 à 15. Plus préférentiellement, les câbles fabriqués selon l'invention ont pour constructions préférentielles 1+6, 2+7, 2+8, 3+8, 3+9, 4+9 et 4+10. Parmi ces câbles sont particulièrement choisis ceux constitués de fils ayant le même diamètre d'une couche à l'autre (soit di = d2).
Le noyau (Ci) du câble selon l'invention est préférentiellement constitué d'un seul fil unitaire ou au plus de 2 ou 3 fils, ces derniers pouvant être par exemple parallèles ou au contraire et de préférence retordus ensemble. Plus préférentiellement encore, lorsque M est égal à 1, N est compris dans un domaine de 5 à 7, et lorsque M est égal à 2 ou 3, N est compris dans un domaine de 6 à 11 ; Lorsque M est égal à 4, N est compris de préférence dans un domaine de 8 à 12.
Pour un compromis optimisé entre résistance, faisabilité, rigidité et endurance en flexion du câble, on préfère que les diamètres (d] et d2) des fils des couches (Ci, Ce), identiques ou différents, soient compris dans un domaine de 0,08 à 0,50 mm, plus préférentiellement dans un domaine de 0,10 à 0,35 mm. On utilise de préférence des fils de même diamètre d'une couche à l'autre (soit di = d2), ce qui simplifie notamment la fabrication et réduit le coût des câbles.
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.
Lorsque le noyau (Ci) est constitué de plus d'un fil (M supérieur à 1), les M fils sont de préférence assemblés, notamment retordus, selon un pas pi qui est plus préférentiellement compris dans un domaine de 3 à 30 mm, en particulier dans un domaine de 3 à 20 mm.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les pas pi et p2 sont égaux. C'est notamment le cas pour des câbles à couches du type compacts dans lesquels les deux couches Ci et Ce ont pour autre caractéristique d'être enroulées dans le même sens de torsion (S/S ou Z/Z). Dans de tels câbles à couches dits compacts, la compacité est très élevée, telle que la section transversale de ces câbles a un contour qui est polygonal et non cylindrique. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les pas pi et p2 sont différents. C'est notamment le cas pour des câbles à couches du type cylindriques dans lesquels les deux couches Ci et Ce peuvent être enroulées dans le même sens de torsion (S/S ou Z/Z) ou dans un sens opposé (S/Z ou Z/S). Dans de tels câbles à couches dits cylindriques, la compacité est telle que la section transversale de ces câbles a un contour qui est cylindrique, comme illustré à titre d'exemple à la figure 2 (câble cylindrique 3+9 préparé selon l'invention).
Dans le câble préparé selon l'invention, la couche externe Ce est préférentiellement une couche saturée, c'est-à-dire que, par définition, il n'existe pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter un fil supplémentaire de diamètre d2, en d'autres termes au moins un (Nmax+l)ème fil de diamètre d2, Nmax représentant le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la couche centrale (Ci). Cette construction a pour avantage notable d'offrir, pour un diamètre donné du câble, une résistance plus élevée.
Comme déjà indiqué précédemment, le câble selon l'invention, comme tout autre câble à couches, peut être de deux types, à savoir du type à couches compactes ou du type à couches cylindriques. Préférentiellement, la couche Ci - dans le cas où M est supérieur à 1 - et la couche Ce 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.
Selon un premier mode de réalisation plus préférentiel, les deux couches sont enroulées dans le même sens de torsion et au même pas (soit pi = p2), pour l'obtention d'un câble du type compact. Selon un autre mode de réalisation plus préférentiel, les deux couches sont enroulées dans le même sens de torsion et à un pas différent (soit pi≠ p2), pour l'obtention d'un câble du type cylindrique tel que représenté par exemple à la figure 2.
Le procédé de l'invention rend possible la fabrication de câbles qui peuvent être, selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, 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 préparé selon l'invention et une bobine de câble conventionnel non gommé in situ. Toutefois, comme indiqué précédemment, un éventuel débordement de la gomme de remplissage à la périphérie du câble ne sera pas préjudiciable à son adhésion ultérieure à une gomme de calandrage de tissu métallique, grâce au caractère co-réticulable de l'élastomère thermoplastique insaturé et de l'élastomère diénique de ladite gomme de calandrage.
Le procédé de l'invention s'applique bien entendu à la fabrication de câbles du type compacts (pour rappel et par définition, ceux dont les couches sont enroulées au même pas et dans le même sens) comme à la fabrication de câbles du type à couches cylindriques (pour rappel et par définition, ceux dont les couches sont enroulées soit à des pas différents (quels que soient leurs sens de torsion, identiques ou pas), soit dans des sens opposés (quels que soient leurs pas, identiques ou différents)).
Un dispositif d'assemblage et gommage utilisable pour la mise en œuvre du procédé de l'invention précédemment décrit, appliqué à titre d'exemple à la fabrication d'un câble à deux couches de construction 3+N, 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 des 3 fils noyau, d'autre part des N fils de la couche externe (Ce) ;
- des premiers moyens d'assemblage des 3 fils pour fabrication de la couche interne
(Ci) en un point dit « premier point d'assemblage » (disposés entre les moyens d'alimentation des 3 fils et les moyens d'extrusion qui suivent) ;
des moyens d'extrusion délivrant l'élastomère thermoplastique à l'état fondu, disposés en aval du premier point d'assemblage, pour gainage du noyau ;
- des seconds moyens d'assemblage des N fils autour de la couche interne (Ce) ainsi gainée, pour mise en place de la couche externe (Ce) en un point dit « second point d'assemblage ».
On voit sur la figure 1 annexée un exemple de dispositif (10) d'assemblage par retordage, du type à alimentation tournante et à réception tournante (symbolisées par deux flèches de même sens Fi et F2), utilisable pour la fabrication d'un câble à couches cylindriques dans lequel les pas pi et p2 sont différents et les sens de torsion des deux couches identiques.
Dans ce dispositif (10), des moyens d'alimentation (110) délivrent 3 fils (11) à travers une grille (12) de répartition (répartiteur axisymétrique), couplée ou non à un grain d'assemblage (13), grille au-delà de laquelle convergent les 3 fils en un point d'assemblage (14), pour formation du noyau (Ci).
L'âme (Ci), une fois formée, traverse ensuite une zone de gainage consistant par exemple en une tête d'extrusion unique (15) constituée par exemple par une extrudeuse bi-vis (alimentée par une trémie contenant l'élastomère TPE sous forme de granules) alimentant une filière de calibrage par l'intermédiaire d'une pompe. La distance entre le point de convergence (14) et le point de gainage (15) est par exemple comprise entre 50 cm et 1 m. Autour de l"âme ainsi gommée (16) et progressant dans le sens de la flèche, sont ensuite assemblés par retordage les N fils (17) de la couche externe (Ce), par exemple au nombre de neuf, délivrés par des moyens d'alimentation (170). Le câble final (Ci+Ce) ainsi formé est finalement collecté sur la réception tournante (19), après traversée des moyens d'équilibrage de torsion (18) consistant par exemple en un dresseur et/ou un retordeur- dresseur. On rappelle ici que, de manière bien connue de l'homme du métier, pour la fabrication d'un câble du type à couches compactes (pas pi et p2 égaux et sens de torsion identiques des deux couches), on aurait utilisé un dispositif comportant un seul organe (alimentation ou réception) tournant, et non deux comme décrits ci-dessus (Fig. 1) à titre d'exemple. La figure 2 schématise, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un exemple d'un câble préférentiel 3+9 gommé in situ, susceptible d'être obtenu à l'aide du procédé conforme à l'invention précédemment décrit.
Ce câble 3+N (noté C-l) est du type à couches cylindriques ; dans cet exemple, ses deux couches sont enroulées dans le même sens (S/S ou Z/Z selon une nomenclature reconnue) mais à un pas différent (pi≠ p2). Ce type de construction a pour conséquence que ses fils constitutifs (20, 21) forment deux couches sensiblement concentriques qui ont chacune un contour (E) (représenté en pointillés) qui est sensiblement cylindrique et non polygonal comme dans le cas de câbles à couches dits compacts.
Ce câble C-l peut être qualifié de câble gommé in situ : chacun des capillaires ou interstices (espaces vides en l'absence de gomme de remplissage) formés par les fils adjacents, pris trois par trois, de ses deux couches Ci, Ce 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.
Plus précisément, la gomme de remplissage (23) remplit chaque capillaire, notamment le capillaire central (24) (symbolisé par un triangle) formé par les fils adjacents. Selon un mode de réalisation préférentiel, la gomme de remplissage s'étend d'une manière continue autour de la couche interne (Ci) qu'elle recouvre.
Ainsi préparé, le câble M+N peut être qualifié d'étanche à l'air : au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe II-l-B qui suit, il se caractérise par un débit d'air moyen qui est préférentiellement inférieur à 2 cm3/min, plus préférentiellement inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min. Pour comparaison, la figure 3 rappelle la coupe d'un câble 3+9 (noté C-2) conventionnel (i.e., non gommé in situ), également du type à deux couches cylindriques. L'absence de gomme de remplissage fait que les trois fils (30) de la couche interne (Ci) sont pratiquement au contact l'un de l'autre, ce qui conduit à un capillaire central (33) vide et fermé, impénétrable de l'extérieur par du caoutchouc et donc propice à la propagation de milieux corrosifs.
II. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
II- 1. Mesures et tests utilisés
II- 1 -A. Mesures dynamométriques Pour ce qui concerne les fils et câbles métalliques, les mesures de force à la rupture notée Fm (charge maximale en N), de résistance à la rupture notée Rm (en MPa) et d'allongement à la rupture noté At (allongement total en %) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984. Concernant les compositions de caoutchouc diénique, 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 E10 et exprimé en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999).
II-l-B. 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 noyés, 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 « skims » ou couches (deux rectangles de 80 x 200 mm) d'une composition de caoutchouc diénique à l'état cru, chaque skim 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 140°C 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) ; le module El 0 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 cm3/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 ; un contrôle d'étanchéité préalable du joint étanche est fait à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, i.e., sans câble.
Le débit mesuré 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 égales ou inférieures à 0,2 cm3/min sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche à l'air selon son axe (i.e., selon sa direction longitudinale).
II-l-C. 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 dans un solvant d'extraction approprié.
On procède par exemple comme suit. Un échantillon de câble de longueur donnée (par exemple un mètre), bobiné sur lui-même pour réduire son encombrement, est placé dans un flacon étanche contenant un litre de toluène. Puis le flacon est agité (125 aller-retour par min) pendant 24 heures à température ambiante (20°C), à l'aide d'un agitateur "va-et-vient" ("Ping- Pong 400" de la société Fischer Scientific) ; après élimination du solvant, l'opération est répétée une fois. Le câble ainsi traité est récupéré et le solvant résiduel évaporé sous vide pendant 1 heure à 60°C. Puis le câble ainsi débarrassé de sa gomme de remplissage est pesé. 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 moyenné sur 10 mesures (c'est-à-dire sur 10 mètres de câble au total). II-2. Fabrication des câbles et tests
On fabrique dans les essais qui suivent des câbles à deux couches de construction 3+9, 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 du standard (du type NT pour " Normal Tensile ") dont la teneur en carbone est de 0,7% environ, le reste étant constitué de fer et des impuretés inévitables habituelles liées au procédé de fabrication de l'acier. Les fils de diamètre intermédiaire subissent un traitement de dégraissage et/ou décapage, avant leur transformation ultérieure. Après dépôt d'un revêtement de laiton sur ces fils intermédiaires, on effectue sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e., après le dernier traitement thermique de patentage), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de tréfilage qui se présente par exemple sous forme d'une émulsion ou d'une dispersion aqueuses.
Les fils en acier ainsi tréfilés ont le diamètre et les propriétés mécaniques suivantes :
Tableau 1
Figure imgf000022_0001
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles à deux couches 3+9 et dont les propriétés mécaniques sont données dans le tableau 2.
Tableau 2
Figure imgf000022_0002
Le câble selon l'invention 3+9 (C-l) tel que schématisé à la Fig. 2, est formé de 12 fils au total, tous de diamètre 0,23 mm, qui ont été enroulés à deux pas différents (pi≠ p2) et dans la même direction de torsion (S) pour l'obtention d'un câble du type à couches cylindriques. Le taux de gomme de remplissage (22), mesuré selon la méthode indiquée précédemment au paragraphe 1-3, est de 23 mg par g de câble. Cette gomme de remplissage remplit le canal ou capillaire central (23) formé par les trois fils d'âme (20) en les écartant légèrement, tout en recouvrant totalement la couche interne Ci formée par les trois fils. Elle remplit aussi, au moins en partie sinon préférentiellement de manière totale, chacun des autres interstices ou capillaires formés par les fils des deux couches (Ci, Ce).
Pour la fabrication de ce câble, on a utilisé un dispositif tel que décrit précédemment et schématisé à la figure 1. La gomme de remplissage était constituée d'un élastomère TPS insaturé (en l'occurrence un élastomère SBS de dureté Shore A égale à environ 70) qui a été extrudé à une température de 180°C environ, au moyen d'une extrudeuse bi-vis (longueur 960 mm, L/D = 40) alimentant une filière de calibrage de diamètre 0,515 mm par l'intermédiaire d'une pompe ; la couche interne Ci se déplaçait pendant son gainage perpendiculairement à la direction d'extrusion et de façon rectiligne.
Puis les câbles C-l ainsi fabriqués ont été soumis au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe II- 1, en mesurant le volume d'air (en cm3) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures pour chaque câble testé).
Pour chaque câble C-l 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 préparés selon le procédé de l'invention peuvent être qualifiés d'étanches à l'air selon leur axe longitudinal.
En conclusion, les câbles préparés selon le procédé conforme à l'invention présentent donc un taux de pénétration optimal par l'élastomère thermoplastique insaturé, avec une quantité de gomme de remplissage maîtrisée, qui garantit la présence de cloisons internes (continues ou discontinues dans l'axe du câble) ou bouchons de gomme dans les capillaires ou interstices en un nombre suffisant ; ainsi, le câble 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. En outre, l'élastomère thermoplastique utilisé ne pose pas de problème de collant parasite en cas d'un léger débordement à l'extérieur du câble après sa fabrication grâce à son caractère insaturé et donc (co)vulcanisable avec une matrice de caoutchouc diénique insaturé tel que du caoutchouc naturel.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de fabrication d'un câble métallique à deux couches (Ci, Ce) concentriques de fils, de construction M+N, comportant une couche interne ou noyau (Ci) de M fils, M variant de 1 à 4, et une couche externe (Ce) de N fils, du type « gommé in situ » c'est-à- dire gommé de l'intérieur, pendant sa fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes :
- une étape de gainage de la couche interne (Ci) par ledit caoutchouc ou ladite composition de caoutchouc, par passage à travers une tête d'extrusion ;
- une étape d'assemblage des N fils de la couche externe (Ce) autour de la couche interne (Ci), pour formation du câble à deux couches ainsi gommé de l'intérieur, caractérisé en ce que ledit caoutchouc est un élastomère thermoplastique insaturé extrudé à l'état fondu.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'élastomère thermoplastique insaturé est un élastomère thermoplastique styrénique.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'élastomère thermoplastique styrénique insaturé comporte des blocs polystyrène et des blocs polydiène.
Procédé selon la revendication 3, dans lequel les blocs polydiène sont choisis dans le groupe constitué par les blocs polyisoprène, les blocs polybutadiène et les mélanges de tels blocs.
Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'élastomère thermoplastique styrénique insaturé est un copolymère choisi dans le groupe constitué par les copolymères blocs styrène/ butadiène/ styrène (SBS), styrène/ butadiène/ butylène/ styrène (SBBS), styrène/ isoprène/ styrène (SIS), styrène/ butadiène/ isoprène/ styrène (SBIS) et les mélanges de ces copolymères.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la température d'extrusion de l'élastomère thermoplastique est comprise entre 100°C et 250°C.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la couche interne (Ci) contient plus d'un fil (M supérieur à 1), et dans lequel les fils de la couche externe (Ce) sont enroulés en hélice au même pas et dans le même sens de torsion que les fils de la couche interne (Ci) de manière à fabriquer un câble à couches compactes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche interne (Ci) contient plus d'un fil (M supérieur à 1), et dans lequel les M fils de la couche interne (Ci) et les N fils de la couche externe (Ce) sont enroulés en hélice à un pas différent et/ou selon un sens de torsion opposé, de manière à fabriquer un câble à deux couches cylindriques.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque étape d'assemblage des fils de la couche externe (Ce) d'une part, de la couche interne (Ci) d'autre part lorsque M est supérieur à 1, est réalisée par retordage.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape d'assemblage par retordage des N fils de la couche externe (Ce) est suivie d'une étape finale d'équilibrage des torsions par passage du câble à travers des moyens d'équilibrage de torsion.
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