WO2015014575A1 - Pneu radial à structure de ceinture allégée - Google Patents

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WO2015014575A1
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layer
reinforcement
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Camille ASTAIX
Aurore LARDJANE
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the present invention relates to tires and their crown reinforcement or belt. It relates more particularly to multilayer composite laminates used in the radial tire belt, especially for passenger cars or vans.
  • a radial carcass reinforcement tire for a passenger vehicle or a van has, as is known, a tread, two inextensible beads, two flexible flanks connecting the beads to the tread, and a rigid crown reinforcement. or “belt” (“belt”) disposed circumferentially between the carcass reinforcement and the tread.
  • the tire belt is generally constituted by at least two rubber plies known as “working plies”, “triangulation plies” or “working reinforcement”, superimposed and crossed, most often reinforced with metal cables arranged substantially parallel to one another. relative to the others and inclined relative to the median circumferential plane, these working plies may or may not be associated with other plies and / or fabrics of rubber. These working plies have the primary function of giving the tire rigidity or high drift (“drift thrust” or “cornering”), necessary in a known manner to obtain good road handling (“handling”). ”) on a motor vehicle.
  • the above belt which is particularly the case for tires that can run at high speed in a sustained manner, may further comprise a rubber sheet called “shrinking sheet” or “hooping reinforcement” which is generally reinforced by so-called “circumferential” reinforcing threads, that is to say that these reinforcing threads are disposed substantially parallel to each other and extend substantially circumferentially around the tire envelope so as to form an angle preferably included in a range of 0 to 5 ° with the median circumferential plane.
  • These circumferential reinforcing son have the primary function, it is recalled, to resist the centrifugation of the top at high speed.
  • Such belt structures ultimately consisting of a multilayer composite laminate comprising at least one hooping web, most often textile, and two generally metallic working webs, are well known to those skilled in the art and do not need to be described here in more detail.
  • the present invention relates (according to the references given in FIGS. 1 and 2 appended) to a radial tire (1), defining three main directions, circumferential (X), axial (Y) and radial (Z), having a crown (2) surmounted by a tread (3), two sidewalls (4), two beads (5), each sidewall (4) connecting each bead (5) at the top (2), a carcass reinforcement (7) anchored in each of the beads (5) and extending in the flanks (4) to the top (2), a crown reinforcement or belt ( 10) extending in the apex (2) in the circumferential direction (X) and radially between the carcass reinforcement (7) and the tread (3), said belt (10) having a multilayer composite laminate ( 10a, 10b, 10c) comprising at least three superposed layers of reinforcements (110, 120, 130), said reinforcements being in each layer unidirectional and embedded in a thickness of rubber (C1, C2, C3), with: o strip side rolling, a first
  • a second layer (10b) of rubber (C2) comprising a second row of reinforcements (120), oriented at a given beta angle, positive or negative, between 10 and 30 degrees relative to the circumferential direction (X), these reinforcements (120) said second reinforcements being metal reinforcements;
  • the first reinforcements (110) of heat-shrinkable textile material are multifilamentary fibers twisted individually on themselves at a twist T greater than 100 turns per meter;
  • o the density di of the first reinforcements (110) in the first rubber layer (C1), measured in the axial direction (Y), is between 90 and 150 son / dm;
  • the second (120) and third (130) reinforcements are steel mono filaments whose diameter or thickness, denoted respectively D2 and D3, is between 0.20 mm and 0.50 mm ;
  • this multilayer composite laminate Due to its specific construction and the combination of the above features, this multilayer composite laminate has been found to reduce tire weight and rolling resistance at reduced cost through the use of steel monofilaments that do not require prior assembly operation, all this without penalizing drift rigidity or endurance under particularly severe driving conditions.
  • the multilayer composite laminate according to the invention can be used as a belt reinforcing element of any type of tire, particularly for a passenger vehicle including, in particular, 4x4 vehicles and "SUV" (Sport Utility Vehicles) or for a van vehicle.
  • rubber or "elastomer” (both terms being considered synonymous): any type of elastomer, whether of the diene type or of the non-diene type, for example thermoplastic;
  • rubber composition or “rubber composition” means a composition which comprises at least one rubber and a filler
  • layer means a sheet, strip or other element of relatively small thickness with respect to its other dimensions, preferably having a ratio of the thickness to the largest of the other dimensions less than 0.5, more preferably less than at 0.1;
  • axial direction a direction substantially parallel to the axis of rotation of the tire;
  • circumferential direction means a direction that is substantially perpendicular both to the axial direction and to a radius of the tire (in other words, tangent to a circle whose center is on the axis of rotation of the tire);
  • radial direction a direction along a radius of the tire, that is to say any direction passing through the axis of rotation of the tire and substantially perpendicular to this direction, that is to say, with a perpendicular at this direction an angle not diverging by more than 5 degrees;
  • oriented perpendicular to an axis or direction speaking of any element such as a reinforcement, an element which is oriented substantially perpendicular to that axis or direction, that is to say making with a perpendicular to this axis or direction an angle not more than 5 degrees apart;
  • M Median circumferential plane
  • reinforcement or "reinforcing wire”: any long and thin strand that is to say filiform, elongate, of great length relative to its cross section, in particular any unitary filament, any multifilament fiber or any assembly of such filaments or fibers such as a plied yarn or cable, this strand or wire being rectilinear as non-rectilinear, for example twisted or corrugated, such a strand or wire being capable of reinforcing a rubber matrix (that is to say increasing the tensile properties of the matrix);
  • unidirectional reinforcements reinforcements substantially parallel to each other, that is to say oriented along the same axis;
  • laminate or "multilayer laminate”: within the meaning of the International Patent Classification, any product having at least two layers, of flat or non-planar shape, in contact with each other, the latter being either unrelated, connected to each other; the term “bound” or “connected” must be interpreted extensively to include all connecting or joining means, in particular by gluing. On the other hand, unless expressly indicated otherwise, all the percentages (%) indicated are% by mass.
  • 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 referred to as "from a to b” means the range of values from a to b (i.e. including the strict limits a and b).
  • FIG. 1 very schematically represents (that is to say, without respecting a specific scale) a radial section of a tire according to the invention, for example for a tourism type vehicle. or van, whose belt comprises a multilayer composite laminate according to the invention.
  • This tire (1) defining three perpendicular, circumferential (X), axial (Y) and radial (Z) directions, comprises an apex (2) surmounted by a tread (3), two sidewalls (4), two beads (5), each flank (4) connecting each bead (5) to the top (2), a carcass reinforcement (7) anchored in each of the beads (5) and extending into the flanks ( 4) to the top (2), a crown reinforcement or belt (10) extending in the crown (2) in the circumferential direction (X) and radially between the carcass reinforcement (7) and the web rolling (3).
  • the carcass reinforcement (7) is in a known manner constituted by at least one rubber ply reinforced by so-called "radial" textile cords arranged substantially parallel to each other and extending from one bead to the other so as to form an angle generally between 80 ° and 90 ° with the median circumferential plane M; it is here, for example, wrapped around two rods (6) in each bead (5), the upturn (8) of this armature (7) being for example disposed towards the outside of the tire (1) which is shown here mounted on its rim (9).
  • the belt (10) of the tire (1) comprises a multilayer composite laminate comprising three layers (10a, 10b, 10c) superimposed reinforcements, said reinforcements being in each unidirectional layer and embedded in a thickness of rubber (respectively Cl, C2, C3), with: o tread side, a first rubber layer (Cl) having a first row of reinforcements (110) oriented at an angle alpha (a) from -5 to +5 degrees with respect to the circumferential direction (X), these reinforcements (110) said first reinforcements being made of thermo-retractable textile material;
  • a second rubber layer (C2) comprising a second row of reinforcements (120) oriented at a given beta ( ⁇ ) angle, positive or negative, between 10 and 30 degrees relative to the circumferential direction (X), said reinforcements (120) said second reinforcements being metal reinforcements;
  • a third rubber layer (C3) comprising a third row of reinforcements (130) oriented at a gamma angle ( ⁇ ) opposite the beta angle, itself between 10 and 30 degrees relative to the circumferential direction (X), these reinforcements (130) said third reinforcements being metal reinforcements.
  • angles ⁇ and ⁇ of opposite directions may be identical or different, that is to say that the second (120) and third (130) reinforcements may be arranged symmetrically or not on either side of the median circumferential plane (M) previously defined.
  • the tread 3, the multilayer laminate 10 and the carcass reinforcement 7 may or may not be in contact with each other, even if these parts were deliberately separated in Figure 1, schematically, for reasons of simplification and clarity of the drawing. They could be physically separated, at least for a part of them, for example by bonding gums, well known to those skilled in the art, intended to optimize the cohesion of the assembly after baking or crosslinking.
  • the first reinforcements (110) made of heat-shrinkable textile material each consist of a unitary single-stranded multifilament fiber which is twisted individually on itself, commonly called “surtors” as opposed to a twist in which, well known, (at least) two fibers (or strands) are first twisted individually in a given direction (eg in the direction S) and then (at least) two twisted together in the direction opposite (Z direction) to finally constitute this twisted assembly of (at least) two surtors.
  • the twist noted T of these multifilament fibers is greater than 100 turns per meter, preferably between 100 and 450 t / m, more preferably in a range of 120 to 350 t / m, in particular in a range from 140 to 300. t / m.
  • the linear density or titer of the multifilament fibers is preferably between 50 and 250 tex (g / 1000 m of fiber), more preferably in a range from 65 to 200 tex.
  • the overall diameter (average) D1 of these first textile reinforcements (110) is for its part between 0.30 mm and 0.60 mm, preferably between 0.35 and 0.55 mm, in particular included in a range from 0.40 to 0.50 mm; the diameter of the cylinder of imaginary revolution which surrounds such first textile reinforcements (110) in the case where the latter are not circular in cross section.
  • the second (120) and third (130) reinforcements consist of steel monofllaments whose diameter (or by definition the thickness if the monofilament does not have a circular cross section), respectively denoted D2 and D3, is between 0 , 20 mm and 0.50 mm, preferably greater than 0.25 mm and less than 0.40 mm. More preferably, for optimum endurance of the tire of the invention, especially under severe driving conditions, it is preferred that D2 and D3 are in a range of 0.28 to 0.35 mm.
  • “monofilament” or “monofil” steel means here any unit steel filament, regardless of the shape of its cross section, whose diameter (case of a circular cross section) or the thickness D (case of a non-circular cross section) is greater than 100 ⁇ .
  • This definition therefore covers both monofllaments of substantially cylindrical shape (circular cross section) and monofllaments of different shape, for example monofllaments oblong (flattened shape), or rectangular or square cross section; in the case of a non-circular section, the ratio of the largest dimension to the smallest dimension of the cross-section is preferably less than 50, more preferably less than 30, in particular less than 20.
  • the diameter or thickness D (respectively D2 and D3) of the second (120) and third (130) steel reinforcements is in all cases greater than 0.20 mm .
  • This tire of the invention has the following other essential characteristics: the density of the first reinforcements (110) in the first rubber layer (C1), measured in the axial direction (Y), is between 90 and 150; yarn / dm (decimetre, that is, 100 mm of rubber layer);
  • the density, denoted d 2 and d 3 , of the second (120) and third (130) reinforcements in the second (C2) and third (C3) rubber layers respectively, measured in the axial direction (Y), is between 100 and 180 ⁇ m / dm, the above characteristics being measured in particular and preferably in the central part of the belt of the tire in the vulcanized state, on either side of the median plane (M) over a total axial width 10 cm (ie between - 5 cm and + 5 cm with respect to the median plane M).
  • the density di is between 100 and 140 threads / dm;
  • the densities d 2 and d 3 are between 110 and 170, more preferably between 120 and 160 son / dm.
  • at least one of the following characteristics is verified (more preferably all): o the average thickness Ezi of rubber separating a first reinforcement 110 (from the first layer C1) of the second reinforcement 120 (of the second layer C2) which is closest thereto, measured in the radial direction (Z), is between 0.20 and
  • the total thickness of the multilayer composite laminate that is to say of its three superimposed layers (C1, C2, C3), measured in the radial direction Z, is between 1.8 and 2.7 mm, these characteristics are also measured in the central part of the tire belt in the vulcanized state, on either side of the median plane (M) over a total axial width of 10 cm (ie between -5 cm and +5 cm by ratio to the median plane M),
  • the average thickness Ez 2 of rubber separating a second reinforcement 120 (of the second layer C2) of the third reinforcement 130 (of the third layer C3) which is the closest, measured in the radial direction (Z), is between 0.35 and 0.55 mm;
  • the total thickness of the multilayer composite laminate that is to say of its three superimposed layers (C1, C2, C3), measured in the radial direction Z, is between 2.0 and 2.5 mm.
  • FIG. 2 schematically represents (in a specific scale), in cross-section, an example of a multilayer composite laminate (10a, 10b, 10c) used as a belt (10) in the tire (1) according to FIG. invention of Figure 1, the laminate (10) using reinforcements (110) heat-shrinkable textile material in the form of a multifilament fiber twisted on itself at a twist greater than 100 revolutions / m.
  • Ezi is the average of the thicknesses (Ezi i ), Ezi (2), Ez i , Ezi (i ) of rubber separating a first reinforcement (110) from the second reinforcement (120). closest to it, these thicknesses being each measured in the radial direction Z, and averaged over a total axial distance of between - 5.0 cm and + 5.0 cm from the center of the belt (ie, for example in total about 100 measurements if there are ten reinforcements (110) per cm in the layer C1).
  • Ezi is the average of the minimum distances EZ I Q separating "back to back" each first reinforcement (110) of the second reinforcement (120) which is closest to it in the radial direction Z, this average being calculated on the set of first reinforcements (1 10) present in the central part of the belt, in an axial gap extending between - 5 cm and + 5 cm with respect to the median plane M.
  • Ez 2 is the average of the rubber thicknesses (Ez 2 ( i ) , Ez 2 ( 3 ⁇ 4 Ez 2 (3) , Ez 2 ( i ) ) separating a second reinforcement (120) from the third reinforcement (130) which is the closest, measured in the radial Z direction, this average being calculated over a total axial distance of between - 5.0 cm and + 5.0 cm from the center of the belt, expressed differently, these thicknesses represent the distances which separate "back to back" the second reinforcement (120) of the third reinforcement (130) which is closest thereto in the radial direction Z.
  • Ez 2 is the average of the minimum distances Ez 2 (i) separating "back to back" each second reinforcement (120) of the third reinforcement (130) which is closest to it in the radial direction Z, this average being calculated on all the second reinforcements (120) present in the central part of the belt, in an axial gap extending between - 5 cm and + 5 cm with respect to the median plane M.
  • the tire of the invention preferably satisfies at least one of the following inequalities (more preferably both): 0.20 ⁇ Ezi / (Ezi + Dl + D2) ⁇ 0.35
  • the thermal contraction (denoted by CT) of the first reinforcements (110) of heat-shrinkable textile material, after 2 min at 185 ° C., is preferably less than 7.0%, more preferably less than 6.0%, values which have been found optimal for the manufacturing and dimensioning stability of the tire casings, in particular during the phases of cooking and cooling of the latter.
  • the quantity CT is measured, except for different precisions, according to the ASTM D1204-08 standard, for example on a device of the "TESTRITE" type, under a so-called standard pretension of 0.5 cN / tex (thus reduced to the title or linear density of the sample tested).
  • the maximum contraction force (denoted Fc) is also measured using the above test, this time at a temperature of 180 ° C. and at 3% elongation.
  • This contraction force Fc is preferably greater than 10 N (Newton).
  • a high contraction force proved to be particularly favorable to the hooping capacity of the first reinforcements (110) of heat-shrinkable textile material, vis-à-vis the crown reinforcement of the tire when the latter heats up under high speed rolling.
  • the quantities CT and Fc above can be indistinctly measured on the initial textile reinforcements glued before their incorporation into the laminate and then into the tire, or else measured on these reinforcements once extracted from the central zone of the vulcanized tire and preferably "degummed""(That is to say, freed of the rubber which coats them in the layer C1).
  • Any heat-shrinkable textile material is suitable, in particular and preferably a textile material that satisfies the contraction characteristics CT set forth above is suitable.
  • this heat-shrinkable textile material is chosen from the group consisting of polyamides, polyesters and polyketones.
  • polyamides that may be mentioned in particular are polyamides 4-6, 6, 6-6, 11 or 12.
  • the heat-shrinkable textile material constituting the first reinforcements (110) is a polyamide or a polyester, preferably a polyamide.
  • the second (120) and third (130) reinforcements are steel mono filaments.
  • the steel is a carbon steel such as those used in the steel cords for tires; but it is of course possible to use other steels, for example stainless steels, or other alloys.
  • a carbon steel when a carbon steel is used, its carbon content (% by weight of steel) is in a range of 0.5% to 1.2%, more preferably 0.7%. %> to 1.0%.
  • the invention applies in particular to steels of the steel cord type with normal resistance (called “NT” for “Normal Tensile”) or with high resistance (called “HT” for “High Tensile”), the (second and third ) reinforcing carbon steel then having a tensile strength (Rm) which is preferably greater than 2000 MPa, more preferably greater than 2500 MPa.
  • the invention also applies to steels of the steel cord type with very high strength (called “SHT” for “Super High Tensile”), ultra-high strength (called “UHT” for “Ultra High Tensile” or “MT” for “Mega Tensile”), the (second and third) carbon steel reinforcements then having a tensile strength (Rm) which is preferably greater than 3000 MPa, more preferably greater than 3500 MPa.
  • Rm tensile strength
  • tensile strength For reinforcements (second and third) in steel, tensile strength, tensile strength Rm (in MPa) and elongation at break noted At (total elongation in%) are measured. in tension according to ISO 6892 of 1984.
  • the steel used may itself be coated with a metal layer improving for example the properties of implementation of the monofilament steel, or the properties of use of the reinforcement and / or the tire themselves, such as the properties of adhesion, 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 reinforcements could be covered with a thin metal layer other than brass or zinc, whose function, for example, is to improve the corrosion resistance of these wires and / or their adhesion to rubber, for example. for example a thin layer of Co, Ni, Al, of an alloy of two or more compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
  • Each layer (C1, C2, C3) of rubber composition (or hereinafter “rubber layer”) constituting the multilayer composite laminate is based on at least one elastomer and a filler.
  • the rubber is a diene rubber, that is to say for all elastomeric recall (single elastomer or elastomer mixture) which is derived, at least in part (ie, a homopolymer or a copolymer), monomers dienes that is to say monomers bearing two carbon-carbon double bonds, whether the latter are conjugated or not.
  • elastomeric recall single elastomer or elastomer mixture
  • monomers dienes that is to say monomers bearing two carbon-carbon double bonds, whether the latter are conjugated or not.
  • This diene elastomer is more preferably selected from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), butadiene copolymers, isoprene copolymers, and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers being especially chosen from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-copolymers.
  • SBIR butadiene-styrene
  • a particularly preferred embodiment consists in using an "isoprene” elastomer, that is to say a homopolymer or a copolymer of isoprene, in other words a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR ), the synthetic polyisoprenes (IR), the various isoprene copolymers and the mixtures of these elastomers.
  • isoprene elastomer, that is to say a homopolymer or a copolymer of isoprene, in other words a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR ), the synthetic polyisoprenes (IR), the various isoprene copolymers and the mixtures of these elastomers.
  • the isoprene elastomer is preferably natural rubber or synthetic polyisoprene of the cis-1,4 type.
  • synthetic polyisoprenes polyisoprenes having a content (mol%) of cis-1,4 bonds greater than 90%, more preferably still greater than 98%, are preferably used.
  • each layer of rubber composition comprises 50 to 100 phr of natural rubber.
  • the diene elastomer may consist, in whole or in part, of another diene elastomer such as, for example, an SBR elastomer used in or with another elastomer, for example type BR.
  • Each rubber composition may comprise one or more diene elastomer (s), also all or part of the additives normally used in rubber matrices for the manufacture of tires, such as, for example, reinforcing fillers such as black rubber.
  • carbon or silica coupling agents, anti-aging agents, antioxidants, plasticizers or extension oils, that these the latter are of aromatic or non-aromatic nature (especially very low or non-aromatic oils, for example of the naphthenic or paraffmic type, with high or preferably low viscosity, MES or TDAE oils), plasticizing resins with a high glass transition (greater than 30 ° C), agents facilitating the implementation (processability) of the compositions in the green state, tackifying resins, anti-eversion agents, methylene acceptors and donors such as for example HMT (hexamethylenetetramine) or H3M (hexamethoxymethylmelamine), reinforcing resins (such as resorcinol or bismaleimide), known
  • the crosslinking system of the rubber composition is a so-called vulcanization system, that is to say based on sulfur (or a sulfur-donor agent) and a primary vulcanization accelerator.
  • a vulcanization system may be added various known secondary accelerators or vulcanization activators.
  • the sulfur is used at a preferential rate of between 0.5 and 10 phr
  • the primary vulcanization accelerator for example a sulfenamide
  • the level of reinforcing filler for example carbon black and / or silica, is preferably greater than 30 phr, especially between 30 and 100 phr.
  • Carbon blacks are suitable for all carbon blacks, in particular blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tires (so-called pneumatic grade blacks). Among the latter, mention will be made more particularly of carbon blacks of (ASTM) grade 300, 600 or 700 (for example N326, N330, N347, N375, N683, N772).
  • Suitable silicas are in particular precipitated or pyrogenic silicas having a BET surface area of less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g.
  • each rubber composition has, in the crosslinked state, a secant modulus in extension, at 10% elongation, which is between 4 and 25 MPa, more preferably between 4 and 20 MPa; values in particular between 5 and 15 MPa have proved particularly suitable.
  • the modulus measurements are carried out in tension, unless otherwise indicated according to ASTM D 412 of 1998 (specimen "C"): the secant modulus is measured in second elongation (that is to say after an accommodation cycle). "true” (that is to say, reduced to the actual section of the test piece) at 10% elongation, noted here Ms and expressed in MPa (normal temperature and humidity conditions according to ASTM D 1349 of 1999).
  • any suitable adhesive system for example a textile glue of the "RFL” type (resorcinol-formaldehyde), may be used. latex) or equivalent as regards the first textile reinforcements, or for example an adhesive coating such as brass or zinc with regard to the second and third steel reinforcements; however, it is also possible to use a clear steel, that is to say uncoated steel.
  • each textile reinforcement (110) is a polyamide multifilament fiber (nylon 6.6, title 140 tex) twisted (individually) on itself (in the form of surtors) according to a twist of about 200 revolutions / m.
  • the diameter D1 (as a reminder, the overall diameter measured in the laminate and the tire according to the invention) of these multifilament fibers (110) is equal to approximately 0.47 mm; their CT is equal to about 5.3% and their contraction force Fc is equal to about 12 N.
  • the first rubber layer (Cl) coating the textile reinforcements (113) is a conventional rubber composition for calendering textile reinforcements, based on natural rubber, carbon black, a vulcanization system and usual additives; the adhesion between the polyamide reinforcements and the rubber layer is ensured in a known manner for example by a single textile adhesive type "RFL" (resorcinol-formaldehyde-latex).
  • RRL resorcinol-formaldehyde-latex
  • the metal reinforcements (120) and (130) are monofilts made of micro-alloy carbon (0.9% carbon) type SHT having a resistance Rm of the order of 3200 MPa (breaking force of 226 N), a total elongation At 2.3%, whose diameter (D2, D3) is equal to 0.30 mm.
  • the second (C2) and third (C3) rubber layers coating these steel monofilaments (120, 130) are constituted by a conventional composition for calendering tire belt metal plies, typically based on natural rubber, carbon black , a vulcanization system and conventional additives such as cobalt salts as adhesion promoters.
  • the average measured rubber thickness Ezi separating these textile reinforcements (110) from the steel monofilaments (120) was approximately 0.32 mm while the average rubber thickness Ez 2 separating the steel monofilts (120) from the other monofilms steel (130) was close to 0.45 mm.
  • the control tires used have the same architecture as the tires of the invention, apart from the following technical characteristics: the metal reinforcements (120, 130) consist of conventional cables of architecture "2.30" in steel SHT (breaking force) approximately 470 N) consisting of 2 0.30 mm diameter wires wired together in a pitch of 14 mm; the diameter (size) of these cables is 0.6 mm; they are arranged in a density of about 85 threads / dm; the reinforcements (110) are plies of polyamide 66, each plied yarn consisting of 2 yarns (multifilament fibers) of 140 tex which have been twisted together (on a direct capper) at 250 revolutions / meter, whose diameter D1 is equal to about 0 66 mm; their CT is equal to about 7% and their contraction force Fc is equal to about 28 N; the average measured thickness Ezi of rubber separating the polyamide 66 twists (110) from the steel cables (120) was about 0.30 mm while the average measured thickness Ez 2 of rubber separating the steel cables
  • the rolling resistance was measured on a steering wheel, according to the method ISO 87-67 (1992).
  • each tire was rolled at a constant speed of 80 km / h on an appropriate automatic machine (ground-plane machine marketed by MTS), by varying the load denoted "Z”.
  • Z ground-plane machine marketed by MTS
  • D rigidity or drifting thrust denoted
  • D corrected zero drift thrust
  • the endurance running at very high speed is appreciated by subjecting each tire, on the machine, to a gradual increase in speed, according to determined levels, to a previously set limit speed (255 km / h) or the possible destruction, before the end of the test, of the tested tires.
  • the invention unexpectedly makes it possible to reduce the weight and the rolling resistance of tires for passenger cars or vans, without significantly impairing rigidity of drift and therefore road behavior, while offering endurance in running equivalent, even under particularly severe driving conditions.

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Abstract

Pneu radial notamment pour véhicule tourisme ou camionnette, à structure de ceinture allégée (10) comportant un stratifié composite multicouche (10a, 10b, 10c) de construction spécifique, avec une première couche (10a) de caoutchouc (C1) renforcée de fibres multifilamentaires textiles tordues individuellement sur elles-mêmes (110) de préférence faiblement thermo-rétractiles, circonférentielles, par exemple en nylon ou en polyester, cette première couche surmontant radialement (selon la direction Z) deux autres couches (10b, 10c) de caoutchouc (respectivement C2, C3) renforcées de monofils (120, 130) en acier à haute résistance; ce stratifié composite multicouche permet de diminuer le poids et la résistance au roulement des pneus, sans nuire à la rigidité de dérive et donc au comportement routier, tout en offrant une endurance en roulage équivalente.

Description

PNEU RADIAL A STRUCTURE DE CEINTURE ALLEGEE
1. DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative aux pneumatiques et à leur armature de sommet ou ceinture. Elle se rapporte plus particulièrement aux stratifiés composites multicouche utilisés dans la ceinture des pneus radiaux, notamment pour véhicule tourisme ou camionnette.
2. ETAT DE LA TECHNIQUE Un pneumatique à armature de carcasse radiale pour véhicule tourisme ou camionnette comporte, on le sait, une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs souples reliant les bourrelets à la bande de roulement et une armature de sommet rigide ou « ceinture » ("belt") disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement.
La ceinture de pneumatique est généralement constituée par au moins deux nappes de caoutchouc dites « nappes de travail », « nappes de triangulation » ou encore « armature de travail », superposées et croisées, renforcées le plus souvent de câbles métalliques disposés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres et inclinés par rapport au plan circonférentiel médian, ces nappes de travail pouvant être associées ou non à d'autres nappes et/ou tissus de caoutchouc. Ces nappes de travail ont pour fonction première de donner au pneu une rigidité ou poussée de dérive (en anglais, "drift thrust" ou "cornering") élevée, nécessaire de manière connue pour l'obtention d'un bon comportement routier ("handling") sur véhicule automobile.
La ceinture ci-dessus, ce qui est particulièrement le cas pour les pneumatiques susceptibles de rouler à haute vitesse de manière soutenue, peut comporter en outre une nappe de caoutchouc dite « nappe de frettage » ou « armature de frettage » qui est renforcée généralement par des fils de renforcement dits « circonférentiels », c'est-à-dire que ces fils de renforcement sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent sensiblement circonférentiellement autour de l'enveloppe pneumatique de manière à former un angle préférentiellement compris dans un domaine de 0 à 5° avec le plan circonférentiel médian. Ces fils de renforcement circonférentiels ont pour fonction première, on le rappelle, de résister à la centrifugation du sommet à haute vitesse. De telles structures de ceintures, consistant finalement en un stratifié composite multicouche comportant au moins une nappe de frettage, le plus souvent textile, et deux nappes de travail généralement métalliques, sont bien connues de l'homme du métier et ne nécessitent pas d'être décrites ici plus en détail.
L'état de la technique décrivant de telles structures de ceintures est illustré notamment par les documents brevet EP 43 563 ou US 4 371 025, FR 2 443 342 ou US 4 284 117, FR 2 504 067 ou US 4 819 705, EP 738 615, EP 795 426 ou US 5 858 137, EP 1 162 086 ou US 2002/0011296, EP 1 184 203 ou US 2002/0055583, EP 2 261 059 ou US 2010/300595.
La disponibilité en aciers de plus en plus résistants et endurants fait que les manufacturiers de pneumatiques s'orientent aujourd'hui, autant que possible, vers l'emploi dans les ceintures de pneumatiques de câbles à structure très simple, notamment à seulement deux fils, voire même de filaments unitaires, afin d'une part de simplifier la fabrication et diminuer les coûts, d'autre part de diminuer l'épaisseur des nappes de renforcement et ainsi l'hystérèse des pneumatiques, en fin de compte afin de réduire la consommation d'énergie des véhicules équipés de tels pneumatiques.
Les efforts visant à réduire la masse des pneumatiques, en particulier par une réduction d'épaisseur de leur ceinture et des couches de caoutchouc la constituant, se heurtent toutefois, bien naturellement, à des limites physiques qui peuvent donner lieu à un certain nombre de difficultés. Il peut notamment se produire que la fonction de frettage apportée par l'armature de frettage et celle de rigidification apportée par l'armature de travail ne soient plus suffisamment différenciées l'une de l'autre et puissent se perturber mutuellement, sans parler des risques de contacts directs entre les fils circonférentiels textiles et les câbles métalliques des nappes de travail. Bien entendu, tout ceci est préjudiciable au bon fonctionnement du sommet du pneumatique, à la performance et l'endurance globale du pneumatique.
3. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Or, au cours de leurs recherches, les Demanderesses ont trouvé un stratifié composite multicouche de structure spécifique qui permet d'alléger notablement la ceinture des pneumatiques, et donc d'abaisser leur résistance au roulement, tout en palliant les inconvénients cités ci-dessus.
Ainsi, selon un premier objet, la présente invention concerne (selon les références données aux figures 1 et 2 annexées) un pneumatique radial (1), définissant trois directions principales, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), comportant un sommet (2) surmonté d'une bande de roulement (3), deux flancs (4), deux bourrelets (5), chaque flanc (4) reliant chaque bourrelet (5) au sommet (2), une armature de carcasse (7) ancrée dans chacun des bourrelets (5) et s'étendant dans les flancs (4) jusqu'au sommet (2), une armature de sommet ou ceinture (10) s'étendant dans le sommet (2) selon la direction circonférentielle (X) et située radialement entre l'armature de carcasse (7) et la bande de roulement (3), ladite ceinture (10) comportant un stratifié composite multicouche (10a, 10b, 10c) comportant au moins trois couches superposées de renforts (110, 120, 130), lesdits renforts étant dans chaque couche unidirectionnels et noyés dans une épaisseur de caoutchouc (Cl, C2, C3), avec : o côté bande de roulement, une première couche (10a) de caoutchouc (Cl) comportant une première rangée de renforts (110), orientés selon un angle alpha de -5 à +5 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (110) dits premiers renforts étant en matériau textile thermorétractile ;
o au contact de la première couche (10a) et disposée sous cette dernière, une deuxième couche (10b) de caoutchouc (C2) comportant une deuxième rangée de renforts (120), orientés selon un angle beta donné, positif ou négatif, compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (120) dits deuxièmes renforts étant des renforts métalliques ;
o au contact de la deuxième couche (10b) et disposée sous cette dernière, une troisième couche (10c) de caoutchouc (C3) comportant une troisième rangée de renforts (130), orientés selon un angle gamma opposé à l'angle beta, lui-même compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (130) dits troisièmes renforts étant des renforts métalliques ; ce pneumatique étant caractérisé en ce que : o les premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile sont des fibres multifilamentaires tordues individuellement sur elles-mêmes selon une torsion T supérieure à 100 tours par mètre ;
o le diamètre d'encombrement noté Dl des premiers renforts (110) est compris entre
0,30 mm et 0,60 mm ;
o la densité di des premiers renforts (110) dans la première couche de caoutchouc (Cl), mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 90 et 150 fils/dm ;
o les deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts sont des mono filaments en acier dont le diamètre ou l'épaisseur, noté(e) respectivement D2 et D3, est compris(e) entre 0,20 mm et 0,50 mm ;
o la densité, respectivement d2 et d3, des deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts dans respectivement les deuxième (C2) et troisième (C3) couches de caoutchouc, mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 100 et 180 fils/dm. Grâce à sa construction spécifique et la combinaison des caractéristiques ci-dessus, ce stratifié composite multicouche s'est révélé capable de diminuer le poids des pneumatiques et leur résistance au roulement, à coût réduit grâce à l'utilisation de monofilaments en acier ne nécessitant aucune opération d'assemblage préalable, tout ceci sans pénaliser la rigidité de dérive ni l'endurance sous conditions de roulage particulièrement sévères.
Il présente en outre l'avantage d'être très faiblement hystérétique comparativement aux stratifiés utilisés conventionnellement dans les ceintures des pneumatiques du type tourisme ou camionnette.
Le stratifié composite multicouche selon l'invention est utilisable comme élément de renforcement de ceinture de tout type de pneumatique, particulièrement pour véhicule tourisme incluant notamment les véhicules 4x4 et "SUV" (Sport Utility Vehicles) ou pour véhicule camionnette.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description détaillée et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 et 2 relatives à ces exemples qui schématisent (sauf indication contraire, sans respect d'une échelle spécifique) : - en coupe radiale (c'est-à-dire selon un plan contenant l'axe de rotation du pneumatique), un exemple de pneumatique (1) conforme à l'invention, incorporant dans sa ceinture (10) un stratifié composite multicouche conformément à l'invention (Fig. 1) ;
en coupe transversale, un exemple de stratifié composite multicouche (10a, 10b, 10c) utilisé dans le pneumatique (1) conforme à l'invention, utilisant les renforts (110) en matériau textile thermo-rétractile sous la forme de fibre multifîlamentaire tordue sur elle- même (Fig. 2).
4. DEFINITIONS
Dans la présente demande, on entend par :
"caoutchouc" ou "élastomère" (les deux termes étant considérés comme synonymes) : tout type d'élastomère, qu'il soit du type diénique ou du type non diénique par exemple thermoplastique ;
"composition de caoutchouc" ou "composition caoutchouteuse" : une composition qui comporte au moins un caoutchouc et une charge ;
"couche" : une feuille, bande ou tout autre élément d'épaisseur relativement faible par rapport à ses autres dimensions, de préférence dont le rapport de l'épaisseur sur la plus grande des autres dimensions est inférieur à 0,5, plus préférentiellement inférieur à 0,1 ; "direction axiale" : une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation du pneumatique ;
"direction circonférentielle" : une direction qui est sensiblement perpendiculaire à la fois à la direction axiale et à un rayon du pneumatique (en d'autres termes, tangente à un cercle dont le centre est sur l'axe de rotation du pneumatique) ;
"direction radiale" : une direction selon un rayon du pneumatique, c'est-à-dire une direction quelconque passant par l'axe de rotation du pneumatique et sensiblement perpendiculairement à cette direction, c'est-à-dire faisant avec une perpendiculaire à cette direction un angle ne s 'écartant pas de plus de 5 degrés ;
- "orienté selon un axe ou une direction" en parlant d'un élément quelconque tel qu'un renfort, un élément qui est orienté sensiblement parallèlement à cet axe ou cette direction, c'est-à-dire faisant avec cet axe ou cette direction un angle ne s 'écartant pas de plus de 5 degrés (donc nul ou au plus égal à 5 degrés) ;
"orienté perpendiculairement à un axe ou une direction" : en parlant d'un élément quelconque tel qu'un renfort, un élément qui est orienté sensiblement perpendiculairement à cet axe ou cette direction, c'est-à-dire faisant avec une perpendiculaire à cet axe ou cette direction un angle ne s 'écartant pas de plus de 5 degrés ;
"plan circonférentiel médian" (noté M) : le plan perpendiculaire à l'axe Y de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets et passe par le milieu de l'armature de sommet ou ceinture ;
"renfort" ou "fil de renforcement" : tout brin long et fin c'est-à-dire filiforme, longiligne, de grande longueur relativement à sa section transversale, notamment tout filament unitaire, toute fibre multifilamentaire ou tout assemblage de tels filaments ou fibres tels qu'un retors ou un câble, ce brin ou fil pouvant être rectiligne comme non rectiligne, par exemple torsadé, ou ondulé, un tel brin ou fil étant susceptible de renforcer une matrice de caoutchouc (c'est-à-dire augmenter les propriétés en traction de la matrice) ;
"renforts unidirectionnels" : des renforts essentiellement parallèles entre eux, c'est-à-dire orientés selon un même axe ;
"stratifié" ou "stratifié multicouche" : au sens de la classification internationale des brevets, tout produit comportant au moins deux couches, de forme plane ou non plane, qui sont au contact l'une de l'autre, ces dernières pouvant être ou non liées, connectées entre elles ; l'expression "lié" ou "connecté" doit être interprétée de façon extensive de manière à inclure tous les moyens de liaison ou d'assemblage, en particulier par collage. D'autre part, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse.
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).
5. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
A titre d'exemple, la figure 1 représente de manière très schématique (c'est-à-dire sans respect d'une échelle spécifique) une coupe radiale d'un pneumatique conforme à l'invention, par exemple pour véhicule du type tourisme ou camionnette, dont la ceinture comporte un stratifié composite multicouche selon l'invention.
Ce pneumatique (1) conforme à l'invention, définissant trois directions perpendiculaires, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), comporte un sommet (2) surmonté d'une bande de roulement (3), deux flancs (4), deux bourrelets (5), chaque flanc (4) reliant chaque bourrelet (5) au sommet (2), une armature de carcasse (7) ancrée dans chacun des bourrelets (5) et s'étendant dans les flancs (4) jusqu'au sommet (2), une armature de sommet ou ceinture (10) s'étendant dans le sommet (2) selon la direction circonférentielle (X) et situé radialement entre l'armature de carcasse (7) et la bande de roulement (3). L'armature de carcasse (7) est de manière connue constituée d'au moins une nappe de caoutchouc renforcée par des câblés textiles dits "radiaux", disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle généralement compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian M ; elle est ici, à titre d'exemple, enroulée autour de deux tringles (6) dans chaque bourrelet (5), le retournement (8) de cette armature (7) étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique (1) qui est ici représenté monté sur sa jante (9).
Selon la présente invention, conformément à la représentation de la figure 2 qui sera détaillée ultérieurement, la ceinture (10) du pneumatique (1) comporte un stratifié composite multicouche comportant trois couches (10a, 10b, 10c) superposées de renforts, lesdits renforts étant dans chaque couche unidirectionnels et noyés dans une épaisseur de caoutchouc (respectivement Cl, C2, C3), avec : o côté bande de roulement, une première couche de caoutchouc (Cl) comportant une première rangée de renforts (110) orientés selon un angle alpha (a) de -5 à +5 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (110) dits premiers renforts étant en matériau textile thermo-rétractile ;
o au contact de et disposée radialement sous la première couche (Cl), une deuxième couche de caoutchouc (C2) comportant une deuxième rangée de renforts (120) orientés selon un angle beta (β) donné, positif ou négatif, compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (120) dits deuxièmes renforts étant des renforts métalliques ;
o au contact de et disposée radialement sous la deuxième couche (C2), une troisième couche de caoutchouc (C3) comportant une troisième rangée de renforts (130) orientés selon un angle gamma (γ) opposé à l'angle beta, lui-même compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (130) dits troisièmes renforts étant des renforts métalliques.
Selon l'invention, les angles β et γ de sens opposés, tous deux compris entre 10° et 30°, peuvent être identiques ou différents, c'est-à-dire que les deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts peuvent être disposés symétriquement ou pas de part et d'autre du plan circonférentiel médian (M) précédemment défini.
Dans ce pneumatique schématisé à la figure 1 , on comprendra bien entendu que la bande de roulement 3, le stratifié multicouche 10 et l'armature de carcasse 7 peuvent être ou non au contact les uns des autres, même si ces parties ont été volontairement séparées sur la figure 1, schématiquement, pour des raisons de simplification et de clarté du dessin. Elles pourraient être séparées physiquement, tout au moins pour une partie d'entre elles, par exemple par des gommes de liaison, bien connues de l'homme du métier, destinées à optimiser la cohésion de l'ensemble après cuisson ou réticulation.
Dans le pneu de l'invention, les premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile sont chacun constitués d'une fibre multifîlamentaire unitaire (à un seul brin) qui est tordue individuellement sur elle-même, appelée communément « surtors » par opposition à un retors dans lequel, de manière bien connue, (au moins) deux fibres (ou brins) sont d'abord tordues individuellement dans une direction donnée (par exemple dans la direction S) puis les (au moins) deux retordues ensemble dans la direction opposée (direction Z) pour constituer finalement ce retors par assemblage de (au moins) deux surtors. La torsion notée T de ces fibres multifîlamentaires est supérieure à 100 tours par mètre, de préférence comprise entre 100 et 450 t/m, plus préférentiellement comprise dans un domaine de 120 à 350 t/m, en particulier dans un domaine de 140 à 300 t/m.
La masse linéique ou titre des fibres multifîlamentaires est de préférence comprise entre 50 et 250 tex (g/1000 m de fibre), plus préférentiellement dans un domaine de 65 à 200 tex.
Le diamètre d'encombrement (moyen) Dl de ces premiers renforts textiles (110) est quant à lui compris entre 0,30 mm et 0,60 mm, de préférence entre 0,35 et 0,55 mm, en particulier compris dans un domaine de 0,40 à 0,50 mm ; on entend de manière usuelle par diamètre d'encombrement le diamètre du cylindre de révolution imaginaire qui entoure de tels premiers renforts textiles (110) dans le cas où ces derniers ne sont pas à section droite circulaire.
Les deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts consistent en des monofïlaments en acier dont le diamètre (ou par définition l'épaisseur si le monofilament n'a pas une section droite circulaire), respectivement noté D2 et D3, est compris entre 0,20 mm et 0,50 mm, de préférence supérieur à 0,25 mm et inférieur à 0,40 mm. Plus préférentiellement, pour une endurance optimale du pneu de l'invention, notamment sous des conditions de roulage sévères, on préfère que D2 et D3 soient compris dans un domaine de 0,28 à 0,35 mm.
Par « monofilament » ou « monofîl » en acier, on entend ici tout filament unitaire en acier, quelle que soit la forme de sa section droite, dont le diamètre (cas d'une section droite circulaire) ou l'épaisseur D (cas d'une section droite non circulaire) est supérieur à 100 μιη. Cette définition couvre donc aussi bien des monofïlaments de forme essentiellement cylindrique (à section droite circulaire) que des monofïlaments de forme différente, par exemple des monofïlaments oblongs (de forme aplatie), ou de section droite rectangulaire ou carrée ; dans le cas d'une section non circulaire, le rapport de la plus grande dimension sur la plus petite dimension de la section droite est de préférence inférieur à 50, plus préférentiellement inférieur à 30, en particulier inférieur à 20.
Cette définition générale étant donnée, dans le pneumatique de l'invention, le diamètre ou épaisseur D (respectivement D2 et D3) des deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts en acier, est dans tous les cas supérieur à 0,20 mm. Ce pneumatique de l'invention a pour autres caractéristiques essentielles celles qui suivent : o la densité di des premiers renforts (110) dans la première couche de caoutchouc (Cl), mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 90 et 150 fils/dm (décimètre, c'est-à-dire par 100 mm de couche de caoutchouc);
o la densité, notée d2 et d3, des deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts dans respectivement les deuxième (C2) et troisième (C3) couches de caoutchouc, mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 100 et 180 fïls/dm, les caractéristiques ci-dessus étant mesurées en particulier et préférentiellement dans la partie centrale de la ceinture du pneumatique à l'état vulcanisé, de part et d'autre du plan médian (M) sur une largeur axiale totale de 10 cm (soit entre - 5 cm et + 5 cm par rapport au plan médian M).
De préférence, les caractéristiques suivantes sont vérifiées : o la densité di est comprise entre 100 et 140 fils/dm ;
o les densités d2 et d3 sont comprises entre 110 et 170, plus préférentiellement entre 120 et 160 fils/dm. D'autre part et selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, au moins une des caractéristiques suivantes est vérifiée (plus préférentiellement la totalité) : o l'épaisseur moyenne Ezi de caoutchouc séparant un premier renfort 110 (de la première couche Cl) du deuxième renfort 120 (de la deuxième couche C2) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,20 et
0,40 mm;
o l'épaisseur moyenne Ez2 de caoutchouc séparant un deuxième renfort 120 (de la deuxième couche C2) du troisième renfort 130 (de la troisième couche C3) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,35 et 0,60 mm ;
o l'épaisseur totale du stratifié composite multicouche, c'est-à-dire de ses trois couches (Cl, C2, C3) superposées, mesurée selon la direction radiale Z, est comprise entre 1,8 et 2,7 mm, ces caractéristiques étant mesurées également dans la partie centrale de la ceinture du pneumatique à l'état vulcanisé, de part et d'autre du plan médian (M) sur une largeur axiale totale de 10 cm (soit entre - 5 cm et + 5 cm par rapport au plan médian M),
Toutes les données indiquées ci-dessus (Dl, D2, D3, Ezi et Ez2, di, d2, d3) sont des valeurs moyennes mesurées expérimentalement par un opérateur sur des photographies de coupes radiales des pneumatiques opérées dans la partie centrale de la ceinture, comme indiqué précédemment, 5 cm de part et d'autre du plan médian (M), soit sur une largeur totale de 10 cm. Plus préférentiellement, pour une performance optimisée en termes de résistance au roulement, poussée de dérive et endurance au roulage, au moins une des caractéristiques suivantes est vérifiée (plus préférentiellement la totalité) : o l'épaisseur moyenne Ezi de caoutchouc séparant un premier renfort 110 (de la première couche Cl) du deuxième renfort 120 (de la deuxième couche C2) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,20 et 0,35 mm ;
o l'épaisseur moyenne Ez2 de caoutchouc séparant un deuxième renfort 120 (de la deuxième couche C2) du troisième renfort 130 (de la troisième couche C3) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,35 et 0,55 mm ;
o l'épaisseur totale du stratifié composite multicouche, c'est-à-dire de ses trois couches (Cl, C2, C3) superposées, mesurée selon la direction radiale Z, est comprise entre 2,0 et 2,5 mm.
La figure 2 représente de manière schématique (sans respect d'une échelle spécifique), en coupe transversale, un exemple de stratifié composite multicouche (10a, 10b, 10c) utilisé comme ceinture (10) dans le pneu (1) conforme à l'invention de la figure 1, le stratifié (10) utilisant des renforts (110) en matériau textile thermorétractile sous la forme d'une fibre multifilamentaire tordue sur elle-même selon une torsion supérieure à 100 tours/m.
Comme illustré à la figure 2, Ezi est la moyenne des épaisseurs (Ez^i), Ezi(2), Ez^ ..., Ezi(i)) de caoutchouc séparant un premier renfort (110) du deuxième renfort (120) qui lui est le plus proche, ces épaisseurs étant chacune mesurées dans la direction radiale Z, et moyennées sur une distance axiale totale comprise entre - 5,0 cm et + 5,0 cm par rapport au centre de la ceinture (soit, par exemple au total environ 100 mesures si l'on trouve dix renforts (110) par cm dans la couche Cl). Exprimé autrement, Ezi est la moyenne des distances minimales EZIQ séparant « dos à dos » chaque premier renfort (110) du deuxième renfort (120) qui lui est le plus proche dans la direction radiale Z, cette moyenne étant calculée sur l'ensemble des premiers renforts (1 10) présents dans la partie centrale de la ceinture, dans un intervalle axial s 'étendant entre - 5 cm et + 5 cm par rapport au plan médian M.
De même, Ez2 est la moyenne des épaisseurs de caoutchouc (Ez2(i), Ez2(¾ Ez2(3), Ez2(i)) séparant un deuxième renfort (120) du troisième renfort (130) qui lui est le plus proche, mesurées dans la direction radiale Z, cette moyenne étant calculée sur une distance axiale totale comprise entre - 5,0 cm et + 5,0 cm par rapport au centre de la ceinture. Exprimé différemment, ces épaisseurs représentent les distances minimales qui séparent « dos à dos » le deuxième renfort (120) du troisième renfort (130) qui lui est le plus proche dans la direction radiale Z.
Exprimé différemment, Ez2 est la moyenne des distances minimales Ez2(i) séparant « dos à dos » chaque deuxième renfort (120) du troisième renfort (130) qui lui est le plus proche dans la direction radiale Z, cette moyenne étant calculée sur l'ensemble des deuxièmes renforts (120) présents dans la partie centrale de la ceinture, dans un intervalle axial s 'étendant entre - 5 cm et + 5 cm par rapport au plan médian M. Pour une performance optimisée en termes de résistance au roulement, poussée de dérive et endurance au roulage, le pneumatique de l'invention vérifie préférentiellement au moins une des inégalités suivantes (plus préférentiellement les deux) : 0,20 < Ezi / (Ezi + Dl + D2) < 0,35
0,30 < Ez2 / (Ez2 + D2 + D3) < 0,50
Préférentiellement, on a l'inégalité suivante qui est vérifiée : 0,300 < (Ezi+Ez2) / (Ezi+Ez2+Dl+D2+ D3) < 0,450 .
La contraction thermique (notée CT) des premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile, après 2 min à 185°C, est de préférence inférieure à 7,0%, plus préférentiellement inférieure à 6,0%, valeurs qui se sont révélées optimales pour la stabilité de fabrication et de dimensionnement des enveloppes de pneumatiques, en particulier lors des phases de cuisson et refroidissement des ces dernières.
Il s'agit de la contraction relative de ces premiers renforts (110) dans les conditions énoncées ci-après du test. La grandeur CT est mesurée, sauf précisions différentes, selon la norme ASTM D1204-08, par exemple sur un appareil du type « TESTRITE », sous une prétension dite standard de 0,5 cN/tex (donc ramenée au titre ou densité linéique de l'échantillon testé). A longueur constante, on mesure également le maximum de la force de contraction (notée Fc) à l'aide du test ci-dessus, cette fois à une température de 180°C et sous 3% d'élongation. Cette force de contraction Fc est préférentiellement supérieure à 10 N (Newton). Une force de contraction élevée s'est révélée particulièrement favorable à la capacité de frettage des premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile, vis-à-vis de l'armature de sommet du pneumatique lorsque ce dernier s'échauffe sous une haute vitesse de roulage.
Les grandeurs CT et Fc ci-dessus peuvent être indistinctement mesurées sur les renforts textiles initiaux encollés avant leur incorporation dans le stratifié puis dans le pneumatique, ou bien mesurée sur ces renforts une fois extraits de la zone centrale du pneumatique vulcanisé et de préférence « dégommés » (c'est-à-dire débarrassés du caoutchouc qui les enrobe dans la couche Cl). Tout matériau textile thermorétractile convient, en particulier et préférentiellement un matériau textile vérifiant les caractéristiques de contraction CT énoncées ci-dessus convient. De préférence, ce matériau textile thermorétractile est choisi dans le groupe constitué par les polyamides, les polyesters et les polycétones. Parmi les polyamides, on peut citer notamment les polyamides 4-6, 6, 6-6, 11 ou 12. Parmi les polyesters, on peut citer par exemple les PET (polyéthylène téréphthalate), PEN (polyéthylène naphthalate), PBT (polybutylène téréphthalate), PBN (polybutylène naphthalate), PPT (polypropylène téréphthalate), PPN (polypropylène naphthalate). Selon l'invention, le matériau textile thermorétractile constitutif des premiers renforts (110) est un polyamide ou un polyester, de préférence un polyamide.
Par définition, les deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts sont des mono filaments en acier. De préférence, l'acier est un acier au carbone tel que ceux utilisés dans les câbles type " steel cords" pour pneumatiques ; mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers, par exemple des aciers inoxydables, ou d'autres alliages.
Selon un mode de réalisation préférentiel, lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d'acier) est comprise dans un domaine de 0,5% à 1,2%, plus préférentiellement de 0,7%> à 1,0%. L'invention s'applique en particulier à des aciers du type steel cord à résistance normale (dit "NT" pour " Normal Tensile ") ou à haute résistance (dit "HT" pour " High Tensile "), les (deuxièmes et troisièmes) renforts en acier au carbone possédant alors une résistance en traction (Rm) qui est de préférence supérieure à 2000 MPa, plus préférentiellement supérieure à 2500 MPa. L'invention s'applique également à des aciers du type steel cord à très haute résistance (dit "SHT" pour " Super High Tensile "), ultra-haute résistance (dit "UHT" pour "Ultra High Tensile " ou "MT" pour "Mega Tensile "), les (deuxièmes et troisièmes) renforts en acier au carbone possédant alors une résistance en traction (Rm) qui est de préférence supérieure à 3000 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3500 MPa. L'allongement total à la rupture (At) de ces renforts, somme de l'allongement élastique et de l'allongement plastique, est de préférence supérieur à 2,0%.
Pour ce qui concerne les renforts (deuxième et troisièmes) en acier, les mesures de force à la rupture, 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.
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 mono filament d'acier, ou les propriétés d'usage du renfort 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 renforts 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.
Chaque couche (Cl, C2, C3) de composition de caoutchouc (ou ci-après "couche de caoutchouc") constitutive du stratifié composite multicouche, est à base d'au moins un élastomère et une charge.
De préférence, le caoutchouc est un caoutchouc diénique, c'est-à-dire pour rappel tout élastomère (élastomère unique ou mélange d'élastomères) qui est issu, au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère), de monomères diènes c'est-à-dire de monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, que ces dernières soient conjuguées ou non.
Cet élastomère diénique est choisi plus préférentiellement dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères, de tels copolymères étant notamment choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
Un mode de réalisation particulièrement préférentiel consiste à utiliser un élastomère "isoprénique", c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
L' élastomère isoprénique est de préférence du caoutchouc naturel ou un polyisoprène de synthèse du type cis-1,4. Parmi ces polyisoprènes de synthèse, sont utilisés de préférence des polyisoprènes ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque couche de composition de caoutchouc comporte 50 à 100 pce de caoutchouc naturel. Selon d'autres modes de réalisation préférentiels, l'élastomère diénique peut être constitué, en tout ou partie, d'un autre élastomère diénique tel que, par exemple, un élastomère SBR utilisé en coupage ou non avec un autre élastomère, par exemple du type BR.
Chaque composition de caoutchouc peut comporter un seul ou plusieurs élastomère(s) diénique(s), également tout ou partie des additifs habituellement utilisés dans les matrices de caoutchouc destinées à la fabrication de pneumatiques, tels que par exemple des charges renforçantes comme le noir de carbone ou la silice, des agents de couplage, des agents anti- vieillissement, des antioxydants, des agents plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique (notamment des huiles très faiblement ou non aromatiques, par exemple du type naphténiques ou paraffmiques, à haute ou de préférence à basse viscosité, des huiles MES ou TDAE), des résines plastifiantes à haute température de transition vitreuse (supérieure à 30°C), des agents facilitant la mise en œuvre (processabilité) des compositions à l'état cru, des résines tackifîantes, des agents antiréversion, des accepteurs et donneurs de méthylène tels que par exemple HMT (hexaméthylènetétramine) ou H3M (hexaméthoxyméthylmélamine), des résines renforçantes (tels que résorcinol ou bismaléimide), des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type sels métalliques par exemple, notamment sels de cobalt, de nickel ou de lanthanide, un système de réticulation ou de vulcanisation.
De préférence, le système de réticulation de la composition de caoutchouc est un système dit de vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'un accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base peuvent s'ajouter divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus. Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, l'accélérateur primaire de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce. Le taux de charge renforçante, par exemple du noir de carbone et/ou de la silice, est de préférence supérieur à 30 pce, notamment compris entre 30 et 100 pce.
Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les pneumatiques (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone de grade (ASTM) 300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772). Comme silices conviennent notamment les silices précipitées ou pyrogénées présentant une surface BET inférieure à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g.
L'homme de l'art saura, à la lumière de la présente description, ajuster la formulation des compositions de caoutchouc afin d'atteindre les niveaux de propriétés (notamment module d'élasticité) souhaités, et adapter la formulation à l'application spécifique envisagée.
De préférence, chaque composition de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension, à 10% d'allongement, qui est compris entre 4 et 25 MPa, plus préférentiellement entre 4 et 20 MPa ; des valeurs comprises notamment entre 5 et 15 MPa se sont révélées particulièrement convenir. 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 ici Ms et exprimé en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999).
Pour faire adhérer les premiers, deuxièmes et troisièmes renforts à leurs trois couches de caoutchouc respectives (Cl, C2, C3) précédemment décrites, on pourra utiliser tout système adhésif approprié, par exemple une colle textile du type "RFL" (résorcinol-formaldéhyde- latex) ou équivalente pour ce qui concerne les premiers renforts textiles, ou par exemple un revêtement adhésif tel que du laiton ou du zinc pour ce qui concerne les deuxièmes et troisièmes renforts en acier ; toutefois, on peut aussi utiliser un acier clair, c'est-à-dire non revêtu.
6. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION Les essais qui suivent démontrent que, grâce à sa construction spécifique, le stratifié composite multicouche selon l'invention permet de diminuer le poids et donc la résistance au roulement des pneumatiques, à coût réduit notamment grâce à l'emploi de monofils en acier non câblés, tout ceci et avant tout sans dégrader la rigidité de dérive ni l'endurance globale de ces pneumatiques.
Ces essais comparatifs ont été conduits sur des pneus pour véhicule tourisme de dimensions 205/55 RI 6, conventionnellement fabriqués et en tous points identiques hormis la construction de leur stratifié composite multicouche. A) Pneumatiques testés
Dans les pneus conformes à l'invention de ces exemples, conformément à la représentation schématique de la figure 2, chaque renfort textile (110) est une fibre multifilamentaire en polyamide (nylon 6.6, titre 140 tex) tordue (individuellement) sur elle-même (sous forme de surtors) selon une torsion d'environ 200 tours/m. Le diamètre Dl (pour rappel, diamètre d'encombrement mesuré dans le stratifié et le pneu selon l'invention) de ces fibres multifilamentaires (110) est égal à environ 0,47 mm ; leur CT est égal à environ 5,3 % et leur force de contraction Fc est égale à environ 12 N. La première couche de caoutchouc (Cl) enrobant les renforts textiles (113) est une composition de caoutchouc conventionnelle pour calandrage de renforts textiles, à base de caoutchouc naturel, de noir de carbone, d'un système de vulcanisation et des additifs usuels ; l'adhésion entre les renforts en polyamide et la couche de caoutchouc est assurée de manière connue par exemple par une simple colle textile type "RFL" (résorcinol-formaldéhyde-latex). Pour la fabrication de cette première couche (Cl), on a procédé de manière bien connue de l'homme du métier, par une opération de calandrage des renforts textiles (1 13) entre deux couches de composition de caoutchouc à l'état cru (non vulcanisé) ayant chacune une épaisseur d'environ 0,25 mm.
Les renforts métalliques (120) et (130) sont des monofïls en acier au carbone micro-allié (0,9% de carbone) type SHT ayant une résistance Rm de l'ordre de 3200 MPa (force rupture de 226 N), un allongement total At de 2,3%, dont le diamètre (D2, D3) est égal à 0,30 mm. Les deuxième (C2) et troisième (C3) couches de caoutchouc enrobant ces monofïls en acier (120, 130) sont constituées par une composition conventionnelle pour calandrage de nappes métalliques de ceinture de pneumatique, typiquement à base de caoutchouc naturel, de noir de carbone, d'un système de vulcanisation et des additifs usuels tels que sels de cobalt comme promoteurs d'adhésion.
Pour la fabrication de ces deux couches (C2, C3), on a procédé de manière bien connue de l'homme du métier, par calandrage des monofïls (130) entre deux couches de composition de caoutchouc à l'état cru (non vulcanisé) ayant chacune une épaisseur d'environ 0,32 mm. La densité di des renforts textiles (110) dans la première couche (Cl), mesurée dans la direction axiale (Y), est égale à environ 120 fils/dm, celle (respectivement d2 et d3) des deuxièmes (120) et troisièmes (130) monofïls en acier est égale à environ 140 fils/dm.
Ainsi, dans un intervalle s'étendant axialement entre - 5 cm et + 5 cm de part et d'autre du plan médian M, il y a environ 120 (soit 60 de part et d'autre) renforts textiles (113) et environ 140 (soit 70 de part et d'autre) deuxièmes (120) et troisièmes (130) monofïls en acier.
L'épaisseur moyenne mesurée Ezi de caoutchouc séparant ces renforts textiles (110) des monofïls en acier (120) était égale à environ 0,32 mm tandis que l'épaisseur moyenne Ez2 de caoutchouc séparant les monofïls acier (120) des autres monofïls acier (130) était voisine de 0,45 mm. L'épaisseur moyenne totale du stratifié selon l'invention, mesurée dans la direction radiale, était égale à environ 2,3 mm.
Ainsi, dans cet exemple conforme à l'invention, on note que les trois inégalités ci-dessous, particulièrement préférentielles, sont bien vérifiées :
0,20 < Ezi / (Ezi+Dl+D2) < 0,35
0,30 < Ez2 / (Ez2+D2+D3) < 0,50
0,30 < (Ezi+Ez2) / (Ezi+Ez2+Dl+D2+ D3) < 0,45 Toutes les données indiquées ci-dessus (Dl, D2, D3, Ezi et Ez2 selon Z, di, d2, d3 selon Y) sont des valeurs moyennes mesurées expérimentalement par un opérateur sur des photographies de coupes radiales des pneumatiques opérées dans la partie centrale de la ceinture, comme indiqué précédemment 5 cm de part et d'autre du plan médian (M).
Les pneus témoins utilisés ont la même architecture que les pneus de l'invention, hormis les caractéristiques techniques qui suivent : les renforts métalliques (120, 130) sont constitués de câbles conventionnels d'architecture « 2.30 » en acier SHT (force à la rupture d'environ 470 N) constitués de 2 fils de diamètre 0,30 mm câblés ensemble selon un pas de 14 mm ; le diamètre (encombrement) de ces câbles est donc de 0,6 mm ; ils sont disposés selon une densité d'environ 85 fils/dm ; les renforts (110) sont des retors en polyamide 66, chaque retors consistant en 2 filés (fibres multifilamentaires) de 140 tex qui ont été retordus ensemble (sur câbleuse directe) à 250 tours/mètre, dont le diamètre Dl est égal à environ 0,66 mm ; leur CT est égal à environ 7% et leur force de contraction Fc est égale à environ 28 N ; l'épaisseur moyenne mesurée Ezi de caoutchouc séparant les retors en polyamide 66 (110) des câbles en acier (120) était égale à environ 0,30 mm tandis que l'épaisseur moyenne mesurée Ez2 de caoutchouc séparant les câbles acier (120) était de l'ordre de 0,50 mm. L'épaisseur moyenne totale du stratifié, mesurée dans la direction radiale, était égale à environ 3,0 mm.
Pour la fabrication des deux couches métalliques ci-dessus, on a procédé de manière bien connue de l'homme du métier, par calandrage des câbles « 2.30 » entre deux couches de composition de caoutchouc à l'état cru (non vulcanisé) ayant chacune une épaisseur d'environ 0,40 mm.
Dans le stratifié composite multicouche de ces pneus témoins, on peut noter en particulier que, contrairement au cas de l'invention, aucune des inégalités suivantes n'est vérifiée : 0,20 < Ezi / (Ezi + Dl + D2) < 0,30 ;
0,30 < Ez2 / (Ez2 + D2 + D3) < 0,50 .
B) Résultats des tests comparatifs Lors d'une première série de tests réalisés sur machines, on a constaté tout d'abord que les pneus de l'invention, comparativement aux pneus témoin, présentaient :
- un gain de poids d'environ 18% sur le stratifié composite multicouche, soit un gain de poids de 3% environ sur le pneu lui-même ;
- un gain de résistance au roulement d'environ 2% (soit environ 0,150 kg/tonne) ; de manière inattendue, malgré cet allégement notable de la ceinture, une poussée de dérive très peu diminuée (d'environ - 3%).
La résistance au roulement a été mesurée sur un volant, selon la méthode ISO 87-67 (1992). Pour mesurer la poussée de dérive, on a fait rouler chaque pneumatique à une vitesse constante de 80 km/h sur une machine automatique appropriée (machine type "sol-plan" commercialisée par la société MTS), en faisant varier la charge notée "Z", sous un angle de dérive de 1 degré, et on a mesuré de manière connue la rigidité ou poussée de dérive notée "D" (corrigée de la poussée à dérive nulle), en enregistrant à l'aide de capteurs l'effort transversal sur la roue en fonction de cette charge Z ; la poussée de dérive est la pente à l'origine de la courbe D(Z).
Puis, des tests de roulage réels ont été ensuite effectués soit sur machine soit sur véhicule (marque « Volkswagen » type « Golf ») pour comparer l'endurance des pneumatiques, témoins et conformes à l'invention, sous différentes condition de roulage.
Tout d'abord, l'endurance en roulage à très haute vitesse est appréciée en soumettant chaque pneumatique, sur machine, à une montée progressive en vitesse, selon des paliers déterminés, jusqu'à une vitesse limite préalablement fixée (255 km/h) ou l'éventuelle destruction, avant fin du test, des pneus testés.
Enfin, l'endurance en roulage de très longue durée (40 000 km) sous conditions très sévères a également été testée, sur machine de roulage automatique, selon différents cycles prédéterminés de pression et de surcharge, à vitesse constante ; après quoi, chaque pneu testé a été décortiqué et on a observé l'état général de leur stratifié composite multicouche, particulièrement dans les zones épaules des pneumatiques qui sont soumises de manière connue au plus fort échauffement.
A l'issue de cette seconde série de tests, on a observé que les pneus conformes à l'invention, comparativement aux pneus témoins, possédaient de manière surprenante pour l'homme du métier :
- une endurance en roulage à haute vitesse équivalente (aucune destruction constatée des pneumatiques testés, dans les deux cas) ;
- enfin, une endurance en roulage de très longue durée équivalente sous conditions de roulage extrêmement sévères (état général équivalent du stratifié composite multicouche conforme à l'invention, par rapport au stratifié composite témoin). Ainsi, à la condition de respecter l'ensemble des caractéristiques techniques essentielles précédemment exposées, notamment d'utiliser d'une part des renforts circonférentiels textiles (110) sous la forme de fibres multifïlamentaires tordues individuellement sur elles-mêmes, dont la thermorétractabilité est par ailleurs et préférentiellement contrôlée, et d'autre part des renforts métalliques (120, 130) sous forme de monofils de faible diamètre, dans les limites de construction préconisées, on a constaté qu'il était encore possible de réduire de manière notable l'épaisseur globale des ceintures de pneumatiques, sans nuire à la bonne mise en œuvre et différentiation des fonctions d'une part de frettage apportées par les renforts circonférentiels de la première couche, d'autre part de rigidifîcation apportées par les renforts métalliques des deux autres couches.
L'invention permet de manière inattendue de diminuer le poids et la résistance au roulement des pneumatiques pour véhicule tourisme ou camionnette, sans nuire de manière notable à la rigidité de dérive et donc au comportement routier, tout en offrant une endurance en roulage équivalente, même sous des conditions de roulage particulièrement sévères.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pneumatique radial (1), définissant trois directions principales, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), comportant un sommet (2) surmonté d'une bande de roulement (3), deux flancs (4), deux bourrelets (5), chaque flanc (4) reliant chaque bourrelet (5) au sommet (2), une armature de carcasse (7) ancrée dans chacun des bourrelets (5) et s'étendant dans les flancs (4) jusqu'au sommet (2), une armature de sommet ou ceinture (10) s'étendant dans le sommet (2) selon la direction circonférentielle (X) et situé radialement entre l'armature de carcasse (7) et la bande de roulement (3), ladite ceinture (10) comportant un stratifié composite multicouche (10a, 10b, 10c) comportant au moins trois couches superposées de renforts (110, 120, 130), lesdits renforts étant dans chaque couche unidirectionnels et noyés dans une épaisseur de caoutchouc (respectivement Cl, C2, C3), avec : o côté bande de roulement, une première couche (10a) de caoutchouc (Cl) comportant une première rangée de renforts (110), orientés selon un angle alpha de -5 à +5 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (110) dits premiers renforts étant en matériau textile thermorétractile ;
o au contact de la première couche (10b) et disposée sous cette dernière, une deuxième couche (10b) de caoutchouc (C2) comportant une deuxième rangée de renforts (120), orientés selon un angle beta donné, positif ou négatif, compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (120) dits deuxièmes renforts étant des renforts métalliques ;
o au contact de la deuxième couche (10b) et disposée sous cette dernière, une troisième couche (10c) de caoutchouc (C3) comportant une troisième rangée de renforts (130), orientés selon un angle gamma opposé à l'angle beta, lui-même compris entre 10 et 30 degrés par rapport à la direction circonférentielle (X), ces renforts (130) dits troisièmes renforts étant des renforts métalliques ; caractérisé en ce que : o les premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile sont des fibres multifilamentaires tordues individuellement sur elles-mêmes selon une torsion T supérieure à 100 tours par mètre ;
o le diamètre d'encombrement noté Dl des premiers renforts (110) est compris entre
0,30 mm et 0,60 mm ;
o la densité di des premiers renforts (110) dans la première couche de caoutchouc (Cl), mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 90 et 150 fils/dm ; o les deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts sont des mono filaments en acier dont le diamètre ou l'épaisseur, noté(e) respectivement D2 et D3, est compris(e) entre 0,20 mm et 0,50 mm ;
o la densité, respectivement d2 et d3, des deuxièmes (120) et troisièmes (130) renforts dans respectivement les deuxième (C2) et troisième (C3) couches de caoutchouc, mesurée dans la direction axiale (Y), est comprise entre 100 et 180 fils/dm.
2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la torsion T des fibres multifilamentaires est comprise entre 100 et 450 t/m, de préférence dans un domaine de 120 à 350 t/m, en particulier de 140 à 300 t/m.
3. Pneumatique selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la masse linéique des fibres multifilamentaires est comprise entre 50 et 250 tex, de préférence dans un domaine de 65 à 200 tex.
4. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel Dl est compris entre 0,35 mm et 0,55 mm, de préférence dans un domaine de 0,40 mm à 0,50 mm.
5. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la densité di est comprise entre 100 et 140 fils/dm.
6. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel D2 et D3 sont chacun supérieurs à 0,25 mm et inférieurs à 0,40 mm.
7. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les densités d2 et d3 sont chacune comprises entre 110 et 170 fils/dm.
8. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la contraction thermique CT des premiers renforts (110) en matériau textile thermorétractile, après 2 min à 185°C, est inférieure à 7,0%, de préférence inférieure à 6%.
9. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les caractéristiques suivantes, mesurées dans la partie centrale de la ceinture du pneumatique à l'état vulcanisé, de part et d'autre du plan médian (M) sur une largeur axiale totale de 5 cm, sont vérifiées : o l'épaisseur moyenne Ezi de caoutchouc séparant un premier renfort (110) du deuxième renfort (120) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,20 et 0,40 mm ; o l'épaisseur moyenne Ez2 de caoutchouc séparant un deuxième renfort (120) du troisième renfort (130) qui lui est le plus proche, mesurée dans la direction radiale (Z), est comprise entre 0,35 et 0,60 mm.
10. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'inégalité suivante est vérifiée :
0,20 < Ezi / (Ezi + Dl + D2) < 0,35
11. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'inégalité suivante est vérifiée :
0,30 < Ez2 / (Ez2 + D2 + D3) < 0,50
12. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l'épaisseur Ezi est comprise entre 0,25 et 0,35 mm.
13. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'épaisseur Ez2 est comprise entre 0,35 et 0,55 mm.
14. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel :
0,30 < (Ezi+Ez2) / (Ezi+Ez2+Dl+D2+ D3) < 0,45 .
15. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l'acier constitutif des deuxièmes et troisièmes renforts (120, 130) est un acier au carbone.
16. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le matériau textile thermorétractile constitutif des premiers renforts (110) est un polyamide ou un polyester, de préférence un polyamide.
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