WO2016156960A1 - Pneumatique comprenant une structure de carcasse pourvue de bandelettes - Google Patents

Pneumatique comprenant une structure de carcasse pourvue de bandelettes Download PDF

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WO2016156960A1
WO2016156960A1 PCT/IB2016/000364 IB2016000364W WO2016156960A1 WO 2016156960 A1 WO2016156960 A1 WO 2016156960A1 IB 2016000364 W IB2016000364 W IB 2016000364W WO 2016156960 A1 WO2016156960 A1 WO 2016156960A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tire
strips
tire according
layer
carcass
Prior art date
Application number
PCT/IB2016/000364
Other languages
English (en)
Inventor
Bertrand BOISDON
Sébastien RIGO
Bastien LIMOZIN
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN201680029792.2A priority patent/CN107995895A/zh
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C9/00Reinforcements or ply arrangement of pneumatic tyres
    • B60C9/02Carcasses
    • B60C9/023Carcasses built up from narrow strips, individual cords or filaments, e.g. using filament winding

Definitions

  • the present invention relates to a tire comprising two sidewalls joined by a tire crown area, beads, provided in the radially inner extension of the sidewalls and a carcass-type reinforcement arrangement arranged from one bead to the other in passing by the flanks and the summit.
  • the sealing function of the tires is implemented using a layer of elastomeric material having a substantially high airtightness ratio.
  • This layer is conventionally arranged radially internally and at the same time forms a protective layer with respect to the tire cavity.
  • the tire is conventionally defined on the basis of three zones:
  • This zone consists essentially of the tread and the outer zone of the tire sidewalls;
  • This zone is generally constituted by the inflation gas-tight layer. It is sometimes referred to as the "inner liner”. This area is described in more detail below.
  • the inner area of the tire that is to say that between the outer and inner zones.
  • This area includes layers or webs that are referred to herein as "inner layers of tires". These are by for example, the carcass ply, the tread sub-layers, the tire belt plies, or any other layer that is not in contact with the ambient air or the inflation gas of the tire.
  • the radially inner face has an airtight layer (or more generally any inflation gas) which allows inflation and maintenance under pressure of the tire.
  • airtight layer or more generally any inflation gas
  • Its sealing properties enable it to guarantee a relatively low rate of pressure loss, making it possible to keep the inflated tire in a normal operating state for a sufficient duration, normally of several weeks or several months.
  • This layer is called “waterproof layer”. It covers the entire inner wall of the tire, extending from one side to the other, at least up to the level of the rim hook when the tire is in the mounted position.
  • This sealed layer defines the radially inner face of the tire and has a sealing coefficient such that the layer may be described as sealed relative to the other layers of the tire.
  • this waterproof layer is at least three times less permeable, that is to say at least three times more impervious than the inner layers.
  • the document WO2008 / 145277 of the Applicants proposes a tire provided with a layer which is impervious to inflation gases.
  • This layer is designed from an elastomeric composition comprising at least one thermoplastic copolymer elastomer with polystyrene and polyisobutylene blocks and a polybutene oil.
  • the "inner liner" function is fulfilled by compositions based on butyl rubber (isobutylene and isoprene copolymer), which have long been recognized for their excellent sealing properties, or based on thermoplastic elastomer copolymer block polystyrene and polyisobutylene.
  • FIG. 1 illustrates an example of an architectural tire 10 with such a sealing layer, identified by the reference numeral 11.
  • This type of solution is well known since it makes it possible to produce tires having improved properties. particularly advantageous sealing.
  • the implementation of the solution requires the preparation of an additional layer, provided only for this function, with significant costs of preparation and installation.
  • the carcass plays an important role in all the characteristics of the tire, namely its mechanical characteristics, its behavior, its performance, and so on.
  • the other architectural elements depend directly on the design of the carcass.
  • the carcass is made from a ply (the carcass ply), consisting of an elastomeric matrix in which longitudinal reinforcements are arranged, as shown in Figure 1 (reference numeral 12).
  • the carcass ply is conventionally made over long lengths, and subsequently cut into a plurality of sections for producing as many tires.
  • the document FR2721553 describes a tire comprising a carcass reinforcement consisting entirely of a single strip wound circumferentially with a covering between two turns, so as to ensure the continuity of the carcass.
  • the strip is oriented in the circumferential direction and does not perform any function in relation to the seal.
  • US3356553 discloses a tire provided with a carcass consisting of a single strip placed continuously with a slight angle.
  • the strip is arranged in two layers having a variable overlap decreasing from the lower zone to the top.
  • EP2205452 discloses a tire comprising a sealed envelope of elastomer composition and a reinforcing structure essentially formed of a plurality of fibers embedded in the elastomeric composition and arranged in layers.
  • This reinforcement structure comprises at least one carcass layer and a crown layer.
  • the fibers of these layers are bonded to each other and oriented, relative to the median plane (P) of the tire, at respective angles of the order of 90 degrees and 0 degrees, each of these fibers also having a cross section related and flattened form.
  • the fibers are arranged without overlap between them.
  • the application EP1397262 discloses a radial tire comprising a crown, two beads extended by flanks comprising a radial carcass reinforcement. This carcass reinforcement extends into the crown and is anchored in each bead to at least one inextensible element in the circumferential direction.
  • the tire comprises, in at least one sidewall, a additional reinforcement frame consisting of an elastomeric composition of reinforcements inclined relative to the circumferential direction.
  • the reinforcement additional reinforcement comprises at least one group of at least two strips extending in the circumferential direction.
  • Each band of width Li is substantially equal to or greater than the total width Lt of the armature divided by the total number of bands in the group considered.
  • Each band is formed of an elastomeric composition reinforced by a plurality of cables or wires inclined at an angle of between 30 ° and 90 °, in the same group, each circumferential band being partially superimposed with a neighboring band.
  • the strips are arranged circumferentially.
  • the invention provides different technical means.
  • a first object of the invention is to provide a tire whose mass is substantially reduced, without affecting the other characteristics of the tire.
  • Another object of the invention is to provide a tire whose mass is substantially reduced, while maintaining a good level of tightness.
  • Another object of the invention is to provide a tire with a simplified architecture. Yet another object of the invention is to provide a simple tire and inexpensive to manufacture.
  • the invention provides a tire comprising two sides joined by a tire crown area, a bead area each comprising a circumferential reinforcing element, provided in the radially inner extension of the flanks, a reinforcing arrangement.
  • carcass type arranged from one bead to the other through the flanks and the top, and comprising a plurality of substantially flat strips and average width "L" arranged axially in at least two rows superimposed radially, each row comprising a plurality of strips arranged with a pitch of between L and 2L, the rows being separated from each other by a layer of elastomeric composition (decoupling) and offset with a phase shift of between 0.2 times said pitch and 0.5 times said pitch, the strips having a permeability to nitrogen of between 0.001 and 10 cm3. mm / m 2 / day / hour.
  • the reinforcing arrangement is covered with a layer of elastomeric mixture on each of the faces.
  • the pitch is between 1.1 L and 1.4 L in the bead zone.
  • the phase difference between the two rows is between 0.35 times said step and 0.5 times said step.
  • the strips have an average width of between 1 and 12 mm and preferably between 3 and 7 mm.
  • the strips preferably have a thickness of between 0.05 and 0.35 mm and preferably between 0.05 and 0.15 mm.
  • the thickness of the elastomeric mixing layer (decoupling) is advantageously between 0.1 and 0.35 mm.
  • the elastomer composition comprises at least one compound chosen from compounds having a Young's modulus of between 0.1 and 10 MPa, and preferably between 0.1 and 3 MPa.
  • the strips preferably have a permeability to nitrogen of between 0.001 and 10 cm3. Mm / m 2 / day / hour and more preferably between 0.01 and 1 cm 3 mm / m 2 / day / hour.
  • the layer of elastomeric decoupling composition has a permeability of between 10 and 2000 cm3.mm/m2/day/atm, and more preferably between 200 and 1000 cm3.mm/m2/jour/atm.
  • the strips may be mono-material, preferably selected from PET, PEN, aluminum, polyamides and steel.
  • the strips are made of composite material with PET matrix, PEN, PA or epoxy resin.
  • the composite material comprises matrix-based fiber materials, and arranged substantially unidirectionally.
  • a predetermined rate of fibers is preferably provided to achieve the desired tensile strength characteristics.
  • the composite material may comprise PET or PEN fibers and a polyamide-based matrix. DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a sectional view of a tire of known type comprising a substantially sealed inner layer
  • FIG. 2 is a section of a cross section of a carcass ply of a tire of known type such as that of FIG. 1;
  • FIG. 3A is a section in the lower zone of a carcass ply according to the invention.
  • FIG. 3B is a section in the shoulder zone of a carcass ply according to the invention.
  • FIG. 4 is a section of a carcass ply according to the invention with the indications for identifying the relative dimensions of the various elements;
  • FIG. 5 is a perspective view of a carcass ply according to the invention shaped for integration into a tire according to the invention
  • FIG. 6 is an elevational view of a carcass ply according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates a succession of sections of three strips adjacent to a carcass according to the invention in order to show the reduction of the overlap between the two rows of strips from the lower zone (with stronger overlap) towards the zone of shoulder and crown (overlap less important) of the tire, following the arrow indicating a radial position further and further away from the center of rotation;
  • FIG. 8 is a sectional view of a tire according to the invention comprising a carcass ply according to the invention, this tire being devoid of a tight inner layer;
  • FIG. 9 is a graph illustrating the permeability ratio as a function of the width of the strips, in relation to a reference tire of the prior art
  • FIG. 10 is a column diagram showing the loss of pressure in mb for different embodiments with different widths of strips.
  • the term "carcass ply” is understood to mean a reinforcement structure for a tire in the form of a layer consisting of a matrix made of elastomeric material in which generally textile filaments or yarns are arranged according to a substantially parallel and longitudinal alignment.
  • the carcass ply is advantageously manufactured flat, in great length, then cut to the appropriate dimensions for the manufacture of a tire for which the carcass ply is adapted.
  • decoupling layer means an elastomeric layer whose mechanical properties allow a relative re-arrangement of the strips together when the carcass ply is put into toroidal form, such as at the time of integration of the carcass ply to an assembly intended to constitute a tire (operation referred to as "conformation” in this document).
  • Calender layer means a layer intended to cover a surface, for example for protection purposes. In this document, the calender layer is intended to cover the strips.
  • An element is said "radially inward” with respect to another element, when its radial distance measured from the axis of rotation of the tire is shorter than that of the other element.
  • Ring direction means the direction intersecting the axis of rotation of the tire and perpendicular thereto.
  • longitudinal direction or “circumferential direction” means a direction which corresponds to the periphery of the tire and which is defined by the rolling direction of the tire.
  • unconformed profile is meant a substantially flat or cylindrical profile.
  • shaped profile means a torus-shaped profile.
  • the various points of the carcass ply do not have the same radius.
  • phase is meant the phase or operation in which the passage of a substantially flat or cylindrical profile to a toroidal profile is performed.
  • This phase is generally a step in the tire manufacturing process in which the carcass ply is disposed on a core or on a deformable membrane (for example by inflation) adopting the toric profile of a tire.
  • the central sector corresponding to the tread adopts a radial position more and more distant from the center and the flanks adopt a substantially radial alignment.
  • This step generates a significant difference in the radial positioning of the tire zones. In the flanks, the further one moves away from the beads, the greater the spacing between the radial reinforcements (including those of the carcass) becomes important.
  • the implementation of this phase is possible if the materials are provided so as to allow the rearrangement of the architectural elements relative to each other without damage to the product.
  • Figure 1 illustrates an example of a carcass ply performed in conventional manner. A plurality of longitudinal reinforcements are thus encompassed in a layer of elastomeric composition.
  • Figure 2 schematically illustrates the path ZZ to be made by the inflation gas to pass through the layer corresponding to a conventional carcass ply 12. It is observed that this course is substantially rectilinear since the elastomer mixture used does not form significant obstacle against the progression of the inflation gas.
  • the sealed inner layer 11 ( Figure 1) is provided to slow the progression of the inflation gas as soon as this gas comes into contact with the inner wall.
  • FIGS. 3A and 3B schematically show the relative provisions of the constituent elements for embodiments of carcass plies 1 according to the invention, when the ply is flat in FIG. 3A, and in FIG. web is shaped on a core so as to adopt the toroidal shape corresponding to the tire to be produced.
  • the arrow Y-Y illustrates the path to be made by air to get through the carcass ply. It is observed that the Y-Y path of FIG. 3A is substantially larger than the Z-Z path of FIG. 2, where the crossing of the material takes place perpendicularly to the wall of the layer. The additional distance to be traveled by the inflation gas molecules serves to slow or retard the flow of air to the outside, thus reducing the loss of inflation gas.
  • the carcass ply when arranged in a tire, adopts a toric profile corresponding to that of the tire.
  • the strips When moving from a flat profile to a toric profile (during the "conformation” phase), depending on the position in the profile of the tire, the strips deviate from each other, to form the final profile.
  • the shoulder area of the tire (example of FIG. 3B), the overlap between the successive rows of strips 3 is reduced, and the diffusion path DD is also shortened. So the profile toric tire has the effect that the overlap between the strips varies depending on the radial position, as described below in connection with Figures 5 to 7.
  • the proposed carcass ply 1 architecture makes it possible to obtain a level of tightness sufficient for the tire which incorporates this carcass ply to have a good level of sealing without having to use an inner layer such as that described with reference to FIG. figure 1.
  • FIG. 4 illustrates some geometrical details of the carcass ply 1 according to the invention:
  • the dimension L corresponds to the width of the strip: advantageously between 1 and 12 mm and preferably between 3 and 7 mm;
  • the dimension P corresponds to the pitch: advantageously between L and 2L, and preferably between 1.1 L and 1.4L;
  • the dimension E corresponds to the thickness of a strip: advantageously between 0.05 and 0.35 mm and preferably between 0.05 and 0.15 mm;
  • the dimension D corresponds to the thickness of the decoupling layer: advantageously between 0.1 and 0.35 mm;
  • - Dimension C corresponds to the thickness of the calender layer: advantageously between 0.1 and 0.5 mm and preferably around 0.3 mm.
  • FIG. 5 illustrates a schematic representation in perspective of the arrangement of the strips 3 to form a carcass-type reinforcement arrangement 2.
  • FIG. 6 shows a side view of the reinforcing arrangement 2.
  • FIG. 7 shows a succession of sections of three adjacent strips presented in relation to FIG. 6, so that the strips at the bottom of the Figure 7 correspond to the area of the bead of the tire. At this position, recovery is the most important. The higher the radius increases, according to the arrow of Figure 7, the more the recovery is reduced.
  • the carcass ply 1 according to the invention provides a particularly high level of tightness, and sufficient to allow to design a tire without internal sealing layer.
  • Such a tire 6 has a sealing level comparable to a conventional tire using a tight inner layer, as in the example of Figure 1.
  • FIG. 8 An example of such a tire 6 is shown in Figure 8. It comprises a carcass 1 as previously described. This carcass 1 extends from one bead 9 to the other, through the sidewalls 7 and the crown 8 of the tire 6. The tire 6 does not have a tight inner layer (comparable to the layer 11 of the tire reference of FIG. 1).
  • EXAMPLE 1 (FIG. 9): Permeability ratio between the reference tire and the inner layer of permeability and the tire according to the invention.
  • the graph of Figure 9 comprises, as abscissa, the values of widths of strips expressed in mm.
  • the graph presents permeability ratio values between the reference tire having an inner layer of permeability and the tire according to the invention.
  • Curve A shows the values obtained with a configuration in which the decoupling layer between the strips is 0.1 mm.
  • this thickness is 0.3 mm.
  • Curve C shows the results for a decoupling thickness of 0.5 mm.
  • Curve D shows the results with a decoupling layer of 0.7 mm.
  • the line E illustrates the limit under which the values represented constitute an improvement with respect to the reference tire. Values above this line are less favorable than for the reference tire.
  • the curves of Figure 9 illustrate the results obtained with a carcass ply and a tire according to the invention. These tests made it possible to obtain particularly conclusive results with respect to the sealing gains. The tests were carried out in comparison with a reference tire of known type such as that of FIG. 1, which comprises an internal layer designed to confer the sealing properties. For the reference tire, the measured pressure loss was 45 mb / month (millibars / month). Various embodiments of tires according to the invention have been measured. The various embodiments further involved several strip widths and several thicknesses of the decoupling layer. For a strip width of 6 mm, the measured pressure loss was 39 mb / month (point c1 of curve C).
  • EXAMPLE 2 (FIG. 10): Pressure loss measurements as a function of the thickness of the strips for a 165 / 70R16 tire.
  • the column diagram of FIG. 10 confirms the results expressed in the graph of FIG. 9.
  • This diagram illustrates the pressure loss values, expressed in mb, for various variants of embodiment of tires according to the invention with different widths. strips.
  • column F indicates the value obtained for the tire used as a reference (tire 165 / 70R16 with internal sealing layer as described in connection with the tire of FIG. 1), ie 45 mb.
  • Column G indicates the pressure loss value for a tire according to the invention with strips with a width of 6 mm. The pressure loss value is 39 mb.
  • Column H indicates a value of 14 mb, corresponding to the pressure loss for one embodiment with 8 mm strips.
  • column I shows the result obtained with strips of 10 mm, 9mb.
  • the strips allow to obtain drift rigidity gains, as well as weight gains due to the rigidity provided by the strips.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

Pneumatique (6) comprenant deux flancs (7) réunis par une zone de sommet (8) de pneumatique, une zone de bourrelets comprenant chacun un élément de renforcement circonférentiel (9), un arrangement de renfort de type carcasse (1) agencé d'un bourrelet (9) à l'autre en passant par les flancs (7) et le sommet (8) et comprenant une pluralité de bandelettes (3) sensiblement planes et de largeur moyenne « L » disposées axialement en au moins deux rangées superposées radialement et agencées avec un pas compris entre L et 2L, les rangées étant séparées entre elles par une couche (4) de composition élastomère et décalées avec un déphasage compris entre 0,2 fois et 0,5 fois ledit pas, les bandelettes (3) ayant une perméabilité à l'azote comprise entre 0.001 et 10 cm3.mm/m2/jour/atm.

Description

PNEUMATIQUE COMPRENANT UNE STRUCTURE DE CARCASSE
POURVUE DE BANDELETTES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne un pneumatique comprenant deux flancs réunis par une zone de sommet de pneumatique, des bourrelets, prévus dans le prolongement radialement intérieur des flancs et un arrangement de renfort de type carcasse agencé d'un bourrelet à l'autre en passant par les flancs et le sommet.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] De façon classique, la fonction d'étanchéité des pneumatiques est mise en œuvre à l'aide d'une couche de matériau élastomère présentant un taux d'étanchéité à l'air sensiblement élevé. Cette couche est classiquement agencée radialement intérieurement et forme en même temps une couche de protection par rapport à la cavité du pneumatique.
[0003] Plus précisément, le pneumatique est classiquement défini sur la base de trois zones :
- une zone radialement extérieure et en contact avec l'air ambiant. Cette zone est essentiellement constituée de la bande de roulement et de la zone externe des flancs du pneumatique ;
- une zone radialement intérieure et en contact avec le gaz de gonflage. Cette zone est généralement constituée par la couche étanche aux gaz de gonflage. Elle est parfois désignée par le terme « gomme intérieure » (« inner liner » en anglais). Cette zone est décrite plus en détails ci-après.
- la zone interne du pneumatique, c'est-à-dire celle comprise entre les zones extérieure et intérieure. Cette zone inclut des couches ou nappes qui sont désignées ici par l'expression « couches internes de pneumatiques ». Ce sont par exemple la nappe carcasse, les sous-couches de bande de roulement, les nappes de ceintures de pneumatiques, ou toute autre couche qui n'est pas en contact avec l'air ambiant ou le gaz de gonflage du pneumatique.
[0004] Dans un pneumatique conventionnel du type « tubeless », (c'est-à-dire sans chambre à air), la face radialement interne comporte une couche étanche à l'air (ou plus généralement à tout gaz de gonflage) qui permet le gonflement et le maintien sous pression du pneumatique. Ses propriétés d'étanchéité lui permettent de garantir un taux de perte de pression relativement faible, permettant de maintenir le pneumatique gonflé en état de fonctionnement normal pendant une durée suffisante, normalement de plusieurs semaines ou plusieurs mois. Elle a également pour fonction de protéger la structure de renfort de carcasse et plus généralement le reste du pneumatique d'un risque d'oxydation dû à la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur du pneumatique. On nomme cette couche «couche étanche». Elle couvre toute la paroi interne du pneumatique, se prolongeant d'un flanc à l'autre, au moins jusqu'au niveau du crochet de jante lorsque le pneumatique est en position montée.
[0005] Cette couche étanche définit la face radialement interne du pneumatique et possède un coefficient d'étanchéité tel que la couche peut être qualifiée d'étanche par rapport aux autres couches du pneumatique. De manière usuelle, cette couche étanche est au moins trois fois moins perméable, c'est-à-dire au moins trois fois plus imperméable que les couches internes.
[0006] Le document WO2008/145277 des Demanderesses propose un pneumatique pourvu d'une couche étanche aux gaz de gonflage. Cette couche est conçue à partir d'une composition élastomére comprenant au moins un élastomére thermoplastique copolymére à blocs polystyrène et polyisobutylène et une huile polybutène. Dans cette architecture, la fonction de couche étanche (« inner liner ») est remplie par des compositions à base de caoutchouc butyl (copolymére d'isobutylène et d'isoprène), reconnues depuis longtemps pour leurs excellentes propriétés d'étanchéité, ou à base d'élastomère thermoplastique copolymère à blocs polystyrènes et polyisobutylène.
[0007] Il est connu que les performances des pneumatiques sont optimales pour une pression de gonflage définie. Cette pression de gonflage doit être vérifiée régulièrement par les utilisateurs pour leur permettre d'obtenir les meilleures performances de leurs pneumatiques. Il est donc souhaitable d'améliorer encore l'étanchéité globale des pneumatiques afin d'améliorer la stabilité de performance des pneumatiques dans le temps tout en prolongeant les intervalles de temps entre lesquels les utilisateurs doivent vérifier la pression de gonflage de leurs pneumatiques.
[0008] La figure 1 illustre un exemple d'un pneumatique 10 architecturé avec une telle couche d'étanchéité, identifiée par la référence numérique 11. Ce type de solution est bien connu puisqu'il permet de réaliser des pneumatiques ayant des propriétés d'étanchéité particulièrement avantageuses. Par contre, la mise en oeuvre de la solution requiert la préparation d'une couche additionnelle, prévue uniquement pour cette fonction, avec des coûts de préparation et de pose non négligeables.
[0009] Egalement de façon classique, dans les architectures de pneumatiques, la carcasse joue un rôle important sur l'ensemble des caractéristiques du pneumatique, à savoir ses caractéristiques mécaniques, son comportement, ses performances, etc. Par ailleurs, les autres éléments architecturaux dépendent directement de la conception de la carcasse. Classiquement, la carcasse est réalisée à partir d'une nappe (la nappe carcasse), constituée d'une matrice élastomère dans laquelle des renforts longitudinaux sont disposés, tel que représenté à la figure 1 (référence numérique 12). La nappe carcasse est classiquement réalisée sur des longueurs importantes, et par la suite coupée en une pluralité de sections servant à la réalisation d'autant de pneumatiques. [0010] On connaît également divers cas de pneumatiques construits sur la base d'une carcasse réalisée à base de bandelettes. Par exemple, le document FR2721553 décrit un pneumatique comportant un renforcement de carcasse constitué entièrement à partir d'une bandelette unique bobinée circonférentiellement avec un recouvrement entre deux tours, de façon à assurer la continuité de la carcasse. La bandelette est orientée dans le sens circonférentiel et ne remplit pas de fonction en relation avec l'étanchéité.
[0011] Le document US3356553 décrit un pneumatique pourvu d'une carcasse constituée d'une bandelette unique posée en continu avec un léger angle. La bandelette est agencée en deux couches présentant un recouvrement variable diminuant de la zone basse vers le sommet.
[0012] Ces deux documents sont en relation avec des architectures utilisant une bandelette unique, et sans relation avec des fonctions d'étanchéité.
[0013] Le document EP2205452 décrit un pneumatique comprenant une enveloppe étanche de composition élastomère et une structure de renfort essentiellement formée d'une pluralité de fibres noyées dans la composition élastomère et agencées en couches. Cette structure de renfort comprend au moins une couche carcasse et une couche de sommet. Les fibres de ces couches sont liées les unes aux autres et orientées, par rapport au plan médian (P) du pneumatique, à des angles respectifs de l'ordre de 90 degrés et 0 degrés, chacune de ces fibres présentant en outre une section transversale connexe et de forme aplatie. Les fibres sont agencées sans qu'il y ait de recouvrement entre elles.
[0014] La demande EP1397262 décrit un pneumatique radial comprenant un sommet, deux bourrelets prolongés par des flancs comprenant une armature de carcasse radiale. Cette armature de carcasse s'étend dans le sommet et est ancrée dans chaque bourrelet à au moins un élément inextensible dans la direction circonférentielle. Le pneumatique comprend, dans au moins un flanc, une armature supplémentaire de renforcement constituée d'une composition élastomère de renforts inclinés par rapport à la direction circonférentielle.
[0015] L'armature supplémentaire de renforcement comprend au moins un groupement d'au moins deux bandes s'étendant dans la direction circonférentielle. Chaque bande de largeur Li est sensiblement égale ou supérieure à la largeur totale Lt de l'armature divisée par le nombre total de bandes dans le groupement considéré. Chaque bande est formée d'une composition élastomère renforcée par une pluralité de câbles ou fils inclinés d'un angle compris entre 30° et 90°, dans un même groupement, chaque bande circonférentielle étant superposée partiellement avec une bande voisine. Dans cette architecture, les bandes sont disposées circonférentiellement.
[0016]On constate qu'aucun des documents ci-dessus ne décrit un pneumatique disposant d'une architecture optimisée de façon à réduire le poids, tout en garantissant un haut niveau d'étanchéité.
[0017] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0018]Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un pneumatique dont la masse est sensiblement réduite, sans affecter les autres caractéristiques du pneumatique.
[0019] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pneumatique dont la masse est sensiblement réduite, tout en conservant un bon niveau d'étanchéité.
[0020] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pneumatique d'une architecture simplifiée. [0021] Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pneumatique simple et peu coûteux à fabriquer.
[0022] Pour ce faire, l'invention prévoit un pneumatique comprenant deux flancs réunis par une zone de sommet de pneumatique, une zone de bourrelets comprenant chacun un élément de renforcement circonférentiel, prévus dans le prolongement radialement intérieur des flancs, un arrangement de renfort de type carcasse agencé d'un bourrelet à l'autre en passant par les flancs et le sommet, et comprenant une pluralité de bandelettes sensiblement planes et de largeur moyenne « L » disposées axialement en au moins deux rangées superposées radialement, chaque rangée comportant une pluralité de bandelettes agencées avec un pas compris entre L et 2L, les rangées étant séparées entre elles par une couche de composition élastomère (de découplage) et décalées avec un déphasage compris entre 0,2 fois ledit pas et 0,5 fois ledit pas, les bandelettes ayant une perméabilité à l'azote comprise entre 0.001 et 10 cm3.mm/m2/jour/atm.
[0023] De manière avantageuse, l'arrangement de renfort est recouvert d'une couche de mélange élastomère sur chacune des faces.
[0024]Selon un mode de réalisation avantageux, le pas est compris entre 1.1 L et 1.4 L dans la zone de bourrelet.
[0025] Selon un autre mode de réalisation avantageux, le déphasage entre les deux rangées est compris entre 0.35 fois ledit pas et 0.5 fois ledit pas.
[0026] De manière avantageuse, les bandelettes ont une largeur moyenne comprise entre 1 et 12 mm et de préférence entre 3 et 7 mm.
[0027] Les bandelettes ont de préférence une épaisseur comprise entre 0.05 et 0.35 mm et de préférence entre 0.05 et 0.15 mm. [0028] L'épaisseur de la couche de mélange élastomère (de découplage) est avantageusement comprise entre 0.1 et 0.35 mm.
[0029] Selon un autre mode de réalisation, la composition élastomère comprend au moins un composé choisi parmi les composés présentant un module de Young compris entre 0.1 et 10 Mpa, et de préférence entre 0.1 et 3 Mpa.
[0030] Les bandelettes ont de préférence une perméabilité à l'azote comprise entre 0.001 et 10 cm3.mm/m2/jour/atm et plus préférentiel lement entre 0.01 et 1 cm3.mm/m2/jour/atm.
[0031] De manière avantageuse, la couche de composition élastomère de découplage a une perméabilité comprise entre 10 et 2000 cm3.mm/m2/jour/atm, et plus préférentiellement entre 200 et 1000 cm3.mm/m2/jour/atm.
[0032] Les bandelettes peuvent être en mono-matériau, avantageusement choisi parmi le PET, le PEN, l'aluminium, les polyamides et l'acier.
[0033] En variante, les bandelettes sont en matériau composite avec matrice PET, PEN, PA ou résine époxy.
[0034] De manière avantageuse, le matériau composite comprend des matériaux à base de fibres mélangés à une matrice, et agencées de façon sensiblement unidirectionnelle. On prévoit de préférence un taux prédéterminé de fibres afin d'obtenir les caractéristiques de résistance à la rupture souhaitées.
[0035] Le matériau composite peut comprendre des fibres de PET ou PEN et une matrice à base de polyamide. DESCRIPTION DES FIGURES
[0036]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 10, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un pneumatique de type connu comprenant une couche interne sensiblement étanche ;
- la figure 2 est une coupe d'une section transversale d'une nappe carcasse d'un pneumatique de type connu tel que celui de la figure 1 ;
- la figure 3A est une coupe en zone basse d'une nappe carcasse selon l'invention ;
- la figure 3B est une coupe en zone d'épaule d'une nappe carcasse selon l'invention ;
- la figure 4 est une coupe d'une nappe carcasse selon l'invention avec les indications permettant de repérer les dimensions relatives des différents éléments ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'une nappe carcasse selon l'invention conformée pour intégration dans un pneumatique selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue en élévation d'une nappe carcasse selon l'invention ;
- la figure 7 illustre une succession de coupes de trois bandelettes voisines d'une carcasse selon l'invention afin de montrer la diminution du recouvrement entre les deux rangées de bandelettes depuis la zone basse (à plus fort recouvrement) en allant vers la zone d'épaule et de sommet (à recouvrement moins important) du pneumatique, en suivant la flèche indiquant une position radiale de plus en plus éloignée du centre de rotation ;
- la figure 8 est une vue en coupe d'un pneumatique selon l'invention comprenant une nappe carcasse selon l'invention, ce pneumatique étant dépourvu de couche interne étanche ;
- la figure 9 est un graphique illustrant le rapport de perméabilité en fonction de la largeur des bandelettes, en relation avec un pneumatique de référence de l'art antérieur ; - la figure 10 est un diagramme à colonnes présentant la perte de pression en mb pour différents modes de réalisations avec différentes largeurs de bandelettes.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0037] Dans le présent document, par « nappe carcasse », on entend une structure de renfort pour pneumatique sous forme d'une couche constituée d'une matrice en matériau élastomère dans laquelle des filaments ou fils, généralement textiles, sont agencés selon un alignement sensiblement parallèle et longitudinal. La nappe carcasse est avantageusement fabriquée à plat, en grande longueur, puis découpée aux dimensions adéquates pour la fabrication d'un pneumatique pour lequel la nappe carcasse est adaptée.
[0038] Par « couche de découplage », on entend une couche élastomère dont les propriétés mécaniques permettent un ré-agencement relatif des bandelettes entre elles lorsque la nappe carcasse est mise sous forme toroïdale, comme par exemple au moment de l'intégration de la nappe carcasse à un assemblage destiné à constituer un pneumatique (opération désignée par le terme « conformation » dans le présent document).
[0039] Par « couche de calandrage », on entend une couche destinée à recouvrir une surface, par exemple à des fins de protection. Dans ce document, la couche de calandrage est destinée à recouvrir les bandelettes.
[0040] Un élément est dit « radialement à l'intérieur » par rapport à un autre élément, lorsque sa distance radiale mesurée depuis l'axe de rotation du pneumatique est plus courte que celle de l'autre élément.
[0041] Par « direction radiale », on entend la direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. [0042] Par « direction longitudinale » ou « direction circonférentielle », on entend une direction qui correspond à la périphérie du pneumatique et qui est définie par la direction de roulement du pneumatique.
[0043] Par « profil non conformé », on entend un profil sensiblement plat ou cylindrique.
[0044] Par « profil conformé », on entend un profil en forme de tore. Dans le cas d'une nappe carcasse de « profil conformé », les différents points de la nappe carcasse n'ont pas le même rayon.
[0045] Par « conformation », on entend la phase ou opération lors de laquelle le passage d'un profil sensiblement plat ou cylindrique vers un profil toroïdal est effectué. Cette phase est en général une étape du processus de fabrication des pneumatiques lors de laquelle la nappe carcasse est disposée sur un noyau ou sur une membrane déformable (par exemple par gonflage) adoptant le profil torique d'un pneumatique. Lors de cette étape, le secteur central correspondant à la bande de roulement adopte une position radiale de plus en plus éloignée du centre et les flancs adoptent un alignement sensiblement radial. Cette étape engendre une importante différence du positionnement radial des zones du pneumatique. Dans les flancs, plus on s'éloigne des bourrelets, plus l'espacement entre les renforts radiaux (dont ceux de la carcasse) devient important. La mise en œuvre de cette phase est possible si les matériaux sont prévus de façon à permettre le réagencement des éléments architecturaux les uns par rapport aux autres sans endommagement du produit.
[0046] La figure 1 illustre un exemple d'une nappe carcasse réalisée de façon conventionnelle. Une pluralité de renforts longitudinaux sont ainsi englobés dans une couche de composition élastomère. La figure 2 illustre schématiquement le parcours Z-Z à effectuer par le gaz de gonflage pour traverser la couche correspondant à une nappe carcasse 12 classique. On observe que ce parcours est sensiblement rectiligne puisque le mélange élastomère utilisé ne forme pas d'obstacle important à encontre de la progression du gaz de gonflage. Dans une telle architecture, la couche interne étanche 11 (figure 1 ) est prévue pour freiner la progression du gaz de gonflage dès que ce gaz entre en contact avec la paroi interne.
[0047] Les figures 3A et 3B présentent schématiquement les dispositions relatives des éléments constituants pour des exemples de réalisation de nappes carcasses 1 selon l'invention, lorsque la nappe est à plat à la figure 3A, et, à la figure 3B, lorsque la nappe est conformée sur un noyau de façon à adopter la forme torique correspondant au pneumatique à réaliser.
[0048]A la figure 3A, deux rangées de bandelettes 3 agencées de façon à créer un décalage latéral ou déphasage sont séparées l'une de l'autre par une couche 4 de composition élastomère de découplage. De part et d'autre des bandelettes 3, la nappe est couverte par une couche 5 de calandrage.
[0049] Dans cet exemple, la flèche Y-Y illustre le parcours devant être effectué par l'air pour parvenir à traverser la nappe carcasse. On observe que le parcours Y-Y de la figure 3A est sensiblement plus grand que le parcours Z-Z de la figure 2, où la traversée du matériau s'effectue perpendiculairement à la paroi de la couche. La distance supplémentaire à parcourir par les molécules de gaz de gonflage permet de freiner ou retarder le cheminement de l'air vers l'extérieur, réduisant ainsi les pertes de gaz de gonflage.
[0050] Cependant, en pratique, comme on le voit à la figure 5, la nappe carcasse, lorsqu'elle est agencée dans un pneumatique, adopte un profil torique correspondant à celui du pneumatique. Lors du passage d'un profil plat à un profil torique (pendant la phase de « conformation »), en fonction de la position dans le profil du pneumatique, les bandelettes s'écartent les unes des autres, pour former le profil final. Par exemple, dans la zone de l'épaule du pneumatique (exemple de la figure 3B), le recouvrement entre les rangées successives de bandelettes 3 est réduit, et le chemin de diffusion D-D est également raccourci. Ainsi, le profil torique du pneumatique a pour effet que le recouvrement entre les bandelettes varie en fonction de la position radiale, tel que décrit plus loin en relation avec les figures 5 à 7.
[0051] L'architecture de nappe carcasse 1 proposée permet d'obtenir un niveau d'étanchéité suffisant pour que le pneumatique qui intègre cette nappe carcasse présente une étanchéité de bon niveau sans devoir utiliser une couche interne telle que celle décrite en référence à la figure 1.
[0052] La figure 4 illustre quelques détails géométriques de la nappe carcasse 1 selon l'invention :
- la dimension L correspond à la largeur de la bandelette : de manière avantageuse comprise entre 1 et 12 mm et de préférence entre 3 et 7 mm ;
- la dimension P correspond au pas : de manière avantageuse compris entre L et 2L, et de préférence entre 1.1 L et 1.4L ;
- la dimension E correspond à l'épaisseur d'une bandelette : de manière avantageuse comprise entre 0.05 et 0.35 mm et de préférence entre 0.05 et 0.15 mm ;
- la dimension D correspond à l'épaisseur de la couche de découplage : de manière avantageuse comprise entre 0.1 et 0.35 mm ;
- la dimension C correspond à l'épaisseur de la couche de calandrage : de manière avantageuse entre 0.1 et 0.5 mm et de préférence aux alentours de 0.3 mm.
[0053] Les figures 5 à 7 permettent d'illustrer, à partir de différentes vues complémentaires, la progression du recouvrement entre les deux rangées de bandelettes en fonction de la diminution du rayon du fait de la forme torique du pneumatique. La figure 5 illustre une représentation schématique en perspective de l'agencement des bandelettes 3 pour former un arrangement de renfort 2 de type carcasse. La figure 6 montre une vue de côté de l'arrangement de renfort 2. La figure 7 présente une succession de coupes de trois bandelettes voisines présentées en relation avec la figure 6, de sorte que les bandelettes au bas de la figure 7 correspondent à la zone du bourrelet du pneumatique. A cette position, le recouvrement est le plus important. Plus le rayon augmente, suivant la flèche de la figure 7, plus le recouvrement se réduit.
[0054] Les demanderesses ont tout de même constaté, de façon surprenante, que malgré le fait que le recouvrement diminue en fonction du rayon, la nappe carcasse 1 selon l'invention permet d'obtenir un niveau d'étanchéité particulièrement élevé, et suffisant pour permettre de concevoir un pneumatique dépourvu de couche interne d'étanchéité. Un tel pneumatique 6 comporte un niveau d'étanchéité comparable à un pneumatique classique utilisant une couche interne étanche, comme dans l'exemple de la figure 1.
[0055] Un exemple d'un tel pneumatique 6 est représenté à la figure 8. Il comprend une carcasse 1 telle que préalablement décrit. Cette carcasse 1 se prolonge d'un bourrelet 9 à l'autre, en passant par les flancs 7 et le sommet 8 du pneumatique 6. Le pneumatique 6 est dépourvu de couche interne étanche (comparable à la couche 11 du pneumatique référence de la figure 1).
EXEMPLE 1 (figure 9): Rapport de perméabilité entre le pneumatique de référence avec couche interne de perméabilité et le pneumatique selon l'invention.
[0056] Le graphique de la figure 9 comporte, en abscisse, des valeurs de largeurs de bandelettes exprimées en mm. En ordonnée, le graphique présente des valeurs de rapport de perméabilité entre le pneumatique de référence ayant une couche interne de perméabilité et le pneumatique selon l'invention. La courbe A présente les valeurs obtenues avec une configuration dans laquelle la couche de découplage entre les bandelettes est de 0.1 mm. Pour la courbe B, cette épaisseur est de 0.3 mm. La courbe C présente les résultats pour une épaisseur de découplage de 0.5 mm. La courbe D montre les résultats avec une couche de découplage de 0.7 mm. La droite E illustre la limite sous laquelle les valeurs représentées constituent une amélioration par rapport au pneumatique de référence. Les valeurs au-dessus de cette droite sont moins favorables que pour le pneumatique de référence. [0057] Les courbes de la figure 9 illustrent les résultats obtenus avec une nappe carcasse et un pneumatique selon l'invention. Ces essais ont permis d'obtenir des résultats particulièrement concluants par rapport aux gains en étanchéité. Les essais ont été réalisés en comparaison avec un pneumatique de référence de type connu tel que celui de la figure 1 , qui comprend une couche interne prévue pour conférer les propriétés d'étanchéité. Pour le pneumatique de référence, la perte de pression mesurée correspondait à 45 mb/mois (millibars/mois). Divers modes de réalisations de pneumatiques selon l'invention ont fait l'objet de mesures. Les divers modes de réalisations impliquaient en outre plusieurs largeurs de bandelettes et plusieurs épaisseurs de la couche de découplage. Pour une largeur de bandelettes de 6 mm, la perte de pression mesurée était de 39 mb/mois (point c1 de la courbe C). Pour une largeur de bandelettes de 8 mm, la perte de pression mesurée était de 14 mb/mois (point c2 de la courbe C). Pour une largeur de bandelettes de 10 mm, la perte de pression mesurée était de 9 mb/mois seulement (point c3 de la courbe C). Ces trois dernières mesures sont à isocouche de découplage d'une épaisseur de 0.5 mm. On observe que toutes les valeurs de perte de pression pour les pneumatiques selon l'invention pourvus de bandelettes d'au moins 7 mm de large permettent des gains par rapport au pneumatique de référence. Les gains sont particulièrement avantageux pour les plus grandes largeurs de bandelettes et les couches de découplage les plus minces, en particulier pour 0.1 et 0.3 mm (courbes A et B).
EXEMPLE 2 (figure 10): Mesures de pertes de pression en fonction de l'épaisseur des bandelettes pour un pneumatique 165/70R16.
[0058] Le diagramme à colonnes de la figure 10 confirme les résultats exprimés au graphique de la figure 9. Ce diagramme illustre les valeurs de perte de pression, exprimées en mb, pour diverses variantes de réalisation de pneumatiques selon l'invention avec différentes largeurs de bandelettes. A gauche du tableau, la colonne F indique la valeur obtenue pour le pneumatique utilisé en référence (pneumatique 165/70R16 avec couche étanche interne telle que décrite en relation avec le pneumatique de la figure 1), soit 45 mb. La colonne G indique la valeur de perte de pression pour un pneumatique selon l'invention avec des bandelettes d'une largeur de 6 mm. La valeur de perte de pression est de 39 mb. La colonne H indique une valeur de 14 mb, correspondant à la perte de pression pour un mode de réalisation avec des bandelettes de 8 mm. Enfin, la colonne I présente le résultat obtenu avec des bandelettes de 10 mm, soit 9mb.
[0059] Les mesures effectuées lors de ces essais ont donc permis de confirmer d'une part que la perméabilité diminue avec l'augmentation de la largeur des bandelettes, et d'autre part que la perméabilité diminue avec la réduction de l'épaisseur de calandrage entre deux rangées de bandelettes.
[0060] Par ailleurs, il a été observé que les bandelettes permettent d'obtenir des gains en rigidité de dérive, ainsi que des gains de poids du fait de la rigidité apportée par les bandelettes.
Numéros de référence employés sur les figures
Nappe carcasse
Arrangement de renfort
Bandelettes
Couche de découplage
Couche de calandrage
Pneumatique
Flancs
Sommet
Bourrelets
Pneumatique selon l'art antérieur
Couche interne étanche selon l'art antérieur
Carcasse selon l'art antérieur

Claims

REVENDICATIONS
1. Pneumatique (6) comprenant deux flancs (7) réunis par une zone de sommet (8) de pneumatique, une zone de bourrelets comprenant chacun un élément de renforcement circonférentiel (9), prévus dans le prolongement radialement intérieur des flancs, un arrangement de renfort de type carcasse (1) agencé d'un bourrelet (9) à l'autre en passant par les flancs (7) et le sommet (8) et comprenant une pluralité de bandelettes (3) sensiblement planes et de largeur moyenne « L » disposées axialement en au moins deux rangées superposées radialement, chaque rangée comportant une pluralité de bandelettes (3) agencées avec un pas compris entre L et 2L, les rangées étant séparées entre elles par une couche (4) de composition élastomère et décalées avec un déphasage compris entre 0,2 fois ledit pas et 0,5 fois ledit pas, les bandelettes (3) ayant une perméabilité à l'azote comprise entre 0.001 et 10 cm3.mm/m2/jour/atm.
2. Pneumatique selon la revendication 1 , dans lequel les bandelettes (3) ont une largeur moyenne comprise entre 1 et 12 mm et de préférence entre 3 et 7 mm.
3. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les bandelettes (3) ont une épaisseur comprise entre 0.05 et 0.35 mm et de préférence entre 0.05 et 0.15 mm.
4. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de la couche de mélange élastomère (4) est comprise entre 0.1 et 0.35 mm.
5. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la composition élastomère (4) comprend au moins un composé choisi parmi les composés présentant un module de Young compris entre 0.1 et 10 Mpa, et de préférence entre 0.1 et 3 Mpa.
6. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les bandelettes (3) sont mono-matériau.
7. Pneumatique selon la revendication 6, dans lequel le mono-matériau est choisi parmi le PET, le PEN, l'aluminium, l'acier ou les polyamides.
8. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les bandelettes (3) sont en matériau composite, avec une matrice de PET, PEN, PA ou résine époxy.
9. Pneumatique selon la revendication 8, dans lequel le matériau composite comprend des matériaux à base de fibres mélangés à une matrice, lesdites fibres étant agencées selon un arrangement sensiblement unidirectionnel.
10. Pneumatique selon la revendication 8, dans lequel le matériau composite comprend des fibres de PET ou PEN et une matrice à base de polyamide.
11. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le pas est compris entre 1.1xL et 1.4xL dans la zone de bourrelet.
12. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le déphasage entre les deux rangées est compris entre 0.35 fois ledit pas et 0.5 fois ledit pas.
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