WO2016166056A1 - Armature de renforcement de pneumatique - Google Patents

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WO2016166056A1
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working
reinforcement
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Christophe Le Clerc
Jacky Pineau
Richard CORNILLE
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Definitions

  • the invention relates to a tire for passenger vehicle, commonly called pneumatic tourism, and more particularly its reinforcing armature.
  • a tire being a toric structure whose axis of revolution is the axis of rotation of the tire, we define below the terminologies used for the present invention:
  • “Circumferential direction” direction perpendicular to a radial plane containing the axis of rotation of the tire
  • Ring plane plane which contains the axis of rotation of the tire
  • Equatorial plane means a plane perpendicular to the axis of rotation and passing through the middle of the tread.
  • a tire usually comprises a tread intended to come into contact with a ground and connected, at its axial ends, radially inwards, by two sidewalls with two beads, intended to come into contact with a tread. rim.
  • the height H of the tire is the radial distance between the radially outermost point of the tread and the line passing through the most radially inner points of the beads, the tire being mounted on its rim.
  • a radial tire further comprises a reinforcing reinforcement, comprising radially from the outside towards the inside at least one working reinforcement and a carcass reinforcement.
  • the working reinforcement radially inner to the tread, comprises at least one working layer comprising working reinforcements embedded in an elastomeric material, said working reinforcements forming, with the circumferential direction, an angle at least equal to 10 °.
  • the reinforcement of a pneumatic tire Tourism includes two working layers, whose respective work reinforcements are crossed from one working layer to the next, so as to achieve a triangulation.
  • the work reinforcements, for a passenger tire are constituted by a metallic material, most often steel, and are formed by a son assembly, called cable, or by a single wire.
  • the carcass reinforcement radially inner to the working frame, connects the two beads of the tire, generally by wrapping in each bead around a circumferential reinforcing element or rod, and comprises at least one layer carcass comprising carcass reinforcements embedded in an elastomeric material.
  • the carcass reinforcement generally comprises a single layer of carcass.
  • the carcass reinforcements form, with the circumferential direction, at any point of the carcass layer, an angle at least equal to 85 °.
  • carcass reinforcements for a passenger tire, are constituted by a textile material, such as, by way of examples and non-exhaustively, an aliphatic or nylon polyamide, an aromatic polyamide or aramid, a polyester such as polyethylene terephthalate (PET), a textile material comprising cellulosic fibers such as rayon.
  • a textile material such as, by way of examples and non-exhaustively, an aliphatic or nylon polyamide, an aromatic polyamide or aramid, a polyester such as polyethylene terephthalate (PET), a textile material comprising cellulosic fibers such as rayon.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the reinforcing reinforcement also comprises a hooping reinforcement.
  • a hooping frame is adjacent to the working frame, that is to say radially external to the working frame or radially inner to the working frame.
  • the hooping frame is generally radially external to the carcass reinforcement. It comprises at least one layer of hooping, and most often a single layer of hooping.
  • a hooping layer comprises shrink reinforcements, embedded in an elastomeric material and forming, with the circumferential direction, an angle at most equal to 5 °.
  • the hoop reinforcements, for a passenger tire may consist of either a textile material or a metallic material.
  • the assembly formed by the work frame and the hooping frame constitutes the crown reinforcement of the tire.
  • a passenger tire can roll on foreign bodies, punching his tread and likely to cause a partial or complete break of the working layers. This is mainly due to the high rigidity, in particular radial, of the reinforcement of work.
  • the large deformations imposed by the punching of such objects are mainly supported by the reinforcement of work, but not by the carcass reinforcement.
  • a radial tire for vehicles of the heavy type and having a high resistance to bursting under the effect of shocks that can occur during passage on a stone.
  • a tire comprises in particular a carcass reinforcement, not having excessive mechanical strength and comprising at least one carcass layer that may comprise textile reinforcements, and a working reinforcement, radially external to the carcass reinforcement, comprising three layers.
  • the two most radially outer work comprise metal reinforcements forming, with respect to the circumferential direction, an angle of between 15 ° and 25 °.
  • the inventors have set themselves the objective of designing a tire for a passenger vehicle having both a good resistance to penetration and perforation of its top by foreign objects, capable of punching said top, and a good resistance fatigue when the top is subjected to pounding, with a simpler and lighter reinforcement architecture than that of a passenger tire of the state of the art.
  • the invention therefore relates to a tire for a passenger vehicle comprising: a tread intended to come into contact with a ground and connected, at its axial ends, radially inwards, by two sidewalls with two beads intended to come into contact with a rim,
  • a working reinforcement radially inner to the tread and comprising at least one working layer comprising metal working reinforcements embedded in an elastomeric material, said working reinforcements forming, with a circumferential direction of the tire, an angle T at least 10 °,
  • a shrink reinforcement radially inner to the tread and radially adjacent to the working reinforcement, and comprising a single frettage layer comprising shrink reinforcements embedded in an elastomeric material, said fretted reinforcements forming, with the direction circumferential angle, an angle A F at most equal to 5 °,
  • a carcass reinforcement connecting the two beads to one another, radially inner to the working reinforcement and to the hooping reinforcement, and comprising at least one carcass layer comprising textile carcass reinforcements embedded in an elastomeric material, said reinforcement carcass reinforcements forming, with the circumferential direction, at least partly in the flanks, an angle Ao of at least 85 °,
  • the hooping layer having a breaking force per mm axial width of shrink layer FR at least equal to 35 daN / mm,
  • the hooping layer having a breaking elongation AR at least equal to 5%
  • the hooping layer having a secant extension module MA at least equal to 250 daN / mm, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR of said hooping layer,
  • Working -l'armature comprising one working layer whose working reinforcement form with the circumferential direction, an angle A T at least equal to 30 ° and at most equal to 50 °,
  • a tire according to the invention is characterized by a reinforcing reinforcement, comprising:
  • a hooping reinforcement constituted by a single hooping layer, the hooping layer having a specified minimum breaking force FR, expressed in daN per mm axial shrink layer width, a specified minimum breaking ratio elongation, and a secant extension module MA, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR of said specified minimum shrinking layer, said secant extending module MA being the ratio of 15% of the breaking force FR and the corresponding elongation, -a frame work consisting of a single layer of work, the metal working reinforcement form with the circumferential direction, an angle a T at least equal to 30 ° and at most equal to 50 ° ,
  • a carcass reinforcement most often constituted by a single carcass layer, whose carcass reinforcements form, with the circumferential direction and in the equatorial plane, an angle Ac 2 at least equal to 55 ° and at most equal to 80; ° and having an orientation opposite to that of the angle of a T of the working reinforcement, so that the carcass reinforcement and the working reinforcement constitute a triangulation.
  • the reinforcing reinforcement according to the invention although comprising a working layer less than the state of the art, that is to say although simpler and lighter, guarantees a better resistance to the penetration of an indenter.
  • the triangulation between the working layer and the carcass layer combined with a heavier and more rigid hooping layer, allows the tire to absorb more efficiently the deformation energy imposed by the punching object, with less degradations of reinforcing reinforcement in the summit area.
  • the choice of the physical characteristics of the hooping layer makes it possible to better control the deformed profile of the crown of the tire, and consequently to avoid any excessive deformation which can lead to early damage during travel.
  • breaking energy test is a static standard test consisting of measuring the energy required to perforate a pneumatic tire inflated on its rim by a metal cylinder called polar and having a diameter equal to 19 mm, the tire being subjected to a given nominal or weighted load (overload).
  • a nominal load is a standard load defined by the European Tire and Rim Technical Organization (ETRTO) standard.
  • this reinforcing reinforcement according to the invention although comprising a working layer less than the state of the art, but this single working layer being coupled to a hooping layer having an elongation at break of at least 5%, exhibits fatigue-resistance performance of the top of the same level as the state of the art, when traveling on the road on a ground covered with pebbles.
  • this lightened vertex architecture induces deformations of the hoop reinforcements locally greater in extension and in compression.
  • the shrink layer must also have sufficient levels of rigidity and breaking strength for the resistance of the tire to the usual stresses, hence the need for a specific compromise between the breaking force, elongation at break and the extension module of the hooping layer.
  • the carcass layer is substantially radial in at least a portion of the flanks, that is to say that the carcass reinforcements form, with the circumferential direction, an angle at less than 85 °. More specifically, the flank portion, preferably concerned by this radial orientation of the carcass layer, extends radially between the axial lines positioned respectively at radial distances equal to 3H / 8 and at H / 8 from the highest point. radially outside of the tread of the tire.
  • the shrink layer has a breaking force per mm axial width of FR shrink layer at least equal to 45 daN / mm, which ensures a better breaking strength of the shrink layer.
  • the hooping layer has an AR breaking elongation of at least 5.5%, which further improves the fatigue strength of the hoop reinforcements.
  • the shrinking layer has a secant extension module MA at least equal to 300 daN / mm, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR of said shrink layer, which guarantees greater rigidity in extension of the hooping layer.
  • the shrinking layer has a secant extension module MA at most equal to 900 daN / mm, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR of said shrink layer.
  • This guarantees a small number of break zones of the hoop reinforcements during severe rolling on a track covered with rollers.
  • the shrinking layer has a secant extension module MA at most equal to 700 daN / mm, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR of said shrink layer. This guarantees a very small number of break zones of the hoop reinforcements during severe rolling on a track covered with rollers, the level of that observed for a tire of the state of the art comprising two working layers including reinforcements. work are crossed from one layer to the next.
  • the hooping layer comprising reinforcing reinforcements having a diameter D and spaced two by two by an inter-reinforcing distance L, the ratio D / L between the diameter D of a hooping reinforcement and the distance L separating two consecutive hoop reinforcements is advantageously at least equal to 1 and at most equal to 8.
  • the density of hoop reinforcements is plethoric with respect to the requirement in terms of mechanical strength of the hooping and, correspondingly, the amount of interstitial elastomeric material between two consecutive hoop reinforcements is insufficient.
  • the hooping layer is difficult to manufacture on productive industrial tools of great width.
  • the hooping layer comprising shrink reinforcements having a diameter D and spaced two by two by an inter-reinforcing distance L, the ratio D / L between the diameter D of a hooping reinforcement and the distance L separating two consecutive reinforcing reinforcements is at least equal to 2 and at most equal to 5.
  • a ratio D / L included in this interval ensures the presence of an optimal amount of elastomeric material vis-à-vis the mechanical strength of the interstitial elastomeric material, which implies a satisfactory strength of the hooping layer.
  • the hooping reinforcements comprise a textile material, such as an aromatic polyamide or aramid, an aliphatic polyamide or nylon, a polyester such as a polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene-naphthenate (PEN), polyketone or textile material comprising cellulosic fibers such as rayon or lyocell.
  • the reinforcements hooping textile material have the advantages of lightness and resistance to moisture.
  • the hooping reinforcements comprise a combination of at least two different textile materials.
  • the hooping reinforcements comprising a combination of at least two different textile materials also called hybrid shrinking reinforcements, have the particularity of having a tensile curve, representing the tensile force applied to the reinforcement as a function of its elongation, being able to present a first modulus of elasticity in relatively low tensile, low elongations, and a second modulus of elasticity in tension higher, with high elongations, hence the name of reinforcements with "bi-module" behavior.
  • the first modulus of elasticity in relatively low traction contributes to the manufacturing robustness of the tire.
  • the second modulus of elasticity in higher traction meets the need for mechanical strength for the tire in service.
  • the hooping reinforcements consist of the combination of an aromatic polyamide or aramid and a polyethylene terephthalate (PET). It was the combination that gave the best results in testing, vis-à-vis both the puncture resistance and resistance to fatigue under pounding of the top.
  • the shrinking and working layers respectively having an axial width L F and L T the shrinking layer preferably has an axial width L F less than the axial width L T of the working layer, preferably when the layer hooping is radially external to the working layer.
  • the shrink layer is narrow relative to the working layer, because its function is to limit essentially the radial displacements of the top in the equatorial plane area, in the center of the tread of the tire. This configuration is particularly advantageous when the hooping layer is radially external to the working layer. But, in the case where the hooping layer is radially inner to the working layer, the axial width L F of the shrink layer may be, where appropriate, greater than the axial width L T of the working layer.
  • the working reinforcement of the working layer form, with the circumferential direction, an angle A T at least equal to 35 ° and at most equal to 45 °.
  • This range of angular values corresponds to the optimum to ensure sufficient tire drift rigidity, necessary for the good behavior of the tire in a rolling course.
  • the rigidity of drift of a tire corresponds to the axial force to be applied to the tire generating a rotation of 1 ° around a radial direction.
  • the carcass reinforcements of the at least one carcass layer form, with the circumferential direction and in the equatorial plane (XZ), an angle Ac 2 at least equal to 60 ° and at most equal to 70 ° .
  • This range of angular values results from the conformation of the tire during its manufacture.
  • the reinforcements of the carcass layer are initially radial, that is to say form an angle close to 90 ° with the circumferential direction.
  • the angle of the carcass reinforcements decreases substantially in the crown zone of the tire, and in particular in the neighborhood of the equatorial plane.
  • Figure 1 shows schematically the section of a half-tire according to the invention in a radial plane.
  • the tire 1 according to the invention comprises a tread 2, intended to come into contact with a ground and connected at its axial ends 21, radially inwardly, by two sidewalls 3 with two beads 4, intended to come into contact with a rim 5.
  • the working frame 6, radially inner to the tread 2, comprises a working layer 61 comprising metal working reinforcements (not shown) embedded in a elastomeric material, said working reinforcements forming with the circumferential direction YY 'of the tire, an angle a T at least equal to 10 °.
  • the frame of 7, radially inner to the tread 2 and radially external to the working frame 6, comprises a single frettage layer 71 comprising shrink reinforcements embedded in an elastomeric material, said reinforcing shrinks forming with the circumferential direction YY ', an angle A F at most equal to 5 °.
  • the carcass reinforcement 8, connecting the two beads 4 to each other, radially inner to the work reinforcement 6 and to the hooping reinforcement 7, comprises at least one carcass layer 81 comprising textile carcass reinforcements (not shown ) embedded in an elastomeric material, said carcass reinforcements forming, with the circumferential direction YY ', at least partly in the sidewalls 3, an angle Ac 2 at least equal to 85 °.
  • FIG. 2 shows a typical behavior curve of a hooping layer, representing the extension force F applied to the hooping layer, expressed in daN / mm, that is to say in daN per mm of axial width of the shrinking layer, as a function of its deformation in extension DX / X.
  • FIG. 2 shows in particular the breaking force FR of the shrinking layer and the secant extension module MA, measured at a force F equal to 0.15 times the breaking force FR and normatively characterizing the rigidity of extension of the hooping layer.
  • FIG. 3 presents various curves of tensile behavior of a shrink-wrap layer, showing the variation of the extension force per mm of axial width of the shrinking layer F, expressed in daN / mm, as a function of its DX / X extension deformation for various types of hoop reinforcements.
  • the curves of Figure 3 were established for a shrinking layer of a passenger tire of size 205/55 R 16, intended to be mounted on a rim 6.5J16 and to be inflated to a nominal pressure of 2.5 bars in "normal load” and 2.9 bars in "extra load”, according to the ETRTO standard (European Tire and Rim Technical Organization).
  • the SI curve is the tensile curve of a shrinking layer whose shrinking reinforcements consist of 3 PET strands of 440 tex (440/3) with a balanced twist of 160 revolutions per m (160 rpm), the pitch P reinforcements being equal to 1.31 mm.
  • Curve S2 is the tensile curve of a shrinking layer whose shrinking reinforcements are of hybrid type and constituted by the combination of a PET of 334 tex and a aramid 330 tex, twisted together with a balanced twist of 270 turns per meter (270 rpm), the pitch P reinforcements being equal to 0.8 mm.
  • Curve S3 is the tensile curve of a hooping layer whose hooping reinforcements are of hybrid type and constituted by the combination of a PET of 334 tex and an aramid of 330 tex, twisted together with a balanced twist of 210 turns per meter (210 rpm), the pitch P reinforcements being equal to 1.23 mm.
  • Curve S4 is the tensile curve of a shrinking layer whose hoop reinforcements consist of two aramid strands of 167 tex (167/2) with a twist of 440 revolutions per m (440 rpm), pitch P reinforcements being equal to 0.87 mm.
  • Curve E1 is the tensile curve of a shrink-wrap layer whose hoop reinforcements consist of two aramid strands of 167 tex (167/2) with a twist of 315 turns per m (315 rpm), pitch P reinforcements being equal to 0.87 mm.
  • Curve E2 is the tensile curve of a shrinking layer whose shrink reinforcements consist of steel wire ropes consisting of an assembly of 3 metal wires with a diameter of 0.26 mm, the pitch P of the reinforcements being equal to 0.85 mm .
  • the arrow segment of FIG. 3 indicates the specified minimum breaking elongation of 5%, beyond which the elongation at break of any shrink layer within the scope of the invention must be positioned.
  • the curves S1, S2, S3 and S4 correspond to shrink layers falling within the scope of the invention, whereas the curves E1 and E2 correspond to comparative examples not falling within the scope of the invention.
  • the invention has been more particularly studied for a passenger tire of size 205/55 R 16, intended to be mounted on a 6.5J16 rim and to be inflated to a nominal pressure of 2.5 bar in "normal load” and 2.9 bars in “extra load”, according to the ETRTO standard (European Tire and Rim Technical Organization).
  • ETRTO European Tire and Rim Technical Organization
  • Table 1 shows the characteristics of the hooping layers of the two comparative examples E1 and E2 not falling within the scope of the invention and the four embodiments of the invention SI, S2, S3. , S4, for a 205 / 55R16 tire:
  • inter-reinforcement distance L of the formula D / L is equal to the difference between the pitch P between the reinforcements, measured between the axes of two consecutive reinforcements, and the diameter D of a reinforcement. .
  • This ratio is equal to 3.2 in all the cases studied, except for comparative example E2 where it is equal to 2.4.
  • the fracture forces per mm axial width of FR shrink layer shrink layers are respectively equal to 69.4 daN / mm and 55.9 daN / mm, for Comparative Examples E1 and E2 outside the invention, and respectively equal to 49.4 daN / mm, 47.2 daN / mm, 58 daN / mm and 56 daN / mm for the variants SI, S2, S3, S4, so they are all greater than the minimum breaking force specified daN / mm, and even greater than the preferred value of the breaking force minimum specified 45 daN / mm.
  • the AR breaking elongations of the hooping layers are respectively equal to 5% and 3.6%, for Comparative Examples E1 and E2 outside the invention, and respectively equal to 11.8%, 9.4%, 6.3% and 5.4% for the variant embodiments SI , S2, S3, S4, therefore only the variant embodiments S1, S2, S3, S4 have breaking strains at least equal to the preferred value of specified elongation at break of 5.5%.
  • the secant modules in extension at 15% of the FR shrink layer breaking force are respectively equal to 991 daN / mm and 1582 daN / mm, for Comparative Examples E1 and E2 outside the invention, and respectively to 345 daN / mm, 606 daN / mm, 600 daN / mm and 724 daN / mm for the variants SI, S2, S3, S4., therefore only the variant embodiments SI, S2, S3, S4 have secant modules between preferred values of the secant modulus extended to 15% of the breaking force of 300 daN / mm and 900 daN / mm.
  • Table 2 Types and angles of reinforcements of carcass reinforcement, working and
  • the carcass reinforcement in all configurations, is constituted by a single carcass layer whose carcass reinforcements consist of 2 PET yarns of 144 tex (144/2) with a twist. 290 turns per m (290 rpm).
  • the carcass reinforcements of the carcass layer form, with the circumferential direction and in the equatorial plane, an angle Ac 2 equal to 90 °.
  • the carcass reinforcements of the carcass layer form, with the circumferential direction and in the equatorial plane, an angle Ac 2 equal to 67 °.
  • the reinforcement for the reference of the state of the art, consists of two working layers whose work reinforcements are steel cables, made of steel containing 0.7% of carbon, constituted by 2 wires having a diameter equal to 0.30 mm, and placed at a pitch P equal to 1.2 mm, said working reinforcements forming, with the circumferential direction, an angle equal to 25 ° and crossed from one working layer to the next.
  • the working reinforcement for all the other configurations studied, is constituted by a single working layer whose working reinforcements are steel cables, made of steel containing 0.7% of carbon, constituted by 2 wires having a diameter equal to 0.30 mm , and placed at a pitch P equal to 0.9 mm, said working reinforcements forming, with the circumferential direction, an angle equal to -40 °.
  • Radial rigidity Rxx expressed in daN / mm, is the radial force to be applied to the tire to obtain a radial displacement of its top equal to 1 mm.
  • the shear stiffness Gxy expressed in daN / mm, is the axial force to be applied to the tire to obtain an axial displacement of its vertex equal to 1 mm.
  • the theoretical burst pressure of the tire expressed in bar, is a tire pressure resistance characteristic.
  • the characteristics of radial rigidity Rxx and rigidity of shear Gxy, as well as the burst pressure are expressed in relative value with respect to the corresponding characteristics of the reference of the state of the art R, taken as base 100.
  • the variants SI, S3 and S4 have values of radial rigidity Rxx and burst pressure close to the values obtained for the reference of the state of the art R.
  • shear stiffnesses Gxy are much lower than the reference R, which is normal considering that the frame of work includes only one layer of work.
  • Table 4 presents the results of measurements and tests relating to the various tire architectures studied, for a tire of size.
  • the drift rigidity Dz of a tire is the axial force applied to the tire to obtain a rotation of 1 ° of the tire around a radial direction.
  • the rigidity of drift is expressed in relative value, that is to say as a percentage of the reference of the state of the art taken as base 100, for a tire of dimension 205 / 55R16, subjected to a load equal to 0.8 times its nominal load, within the meaning of the ETRTO standard, the nominal load being equal to 4826 N.
  • the energy of perforation or breaking energy is measured by indentation by a cylindrical or polar obstacle having a diameter of 19 mm, the tire being inflated to a pressure equal to 2.2 bar (extraload condition).
  • the energy is measured at the time of the peak perforation by the polar and is compared to a minimum threshold value.
  • the minimum threshold value which must be met to satisfy the requirement of the so-called "Extraload” standard, is equal to 588 J.
  • the burst pressure test of the tire is performed on a pneumatic tire inflated with water.
  • the minimum threshold value adopted to guarantee a tire pressure resistance with a satisfactory level of safety is taken equal to 16 bars.
  • Table 4 compared with the results obtained for the reference R, the invention variants SI and S3 and the comparative examples E1 and E2 have a drift rigidity Dz of the same level as the reference (between 98% and 110%).
  • all the tested configurations have a breaking energy value greater than the minimum threshold value of 588 J and a burst pressure higher than the minimum threshold value of 16 bars. It should be noted that these results are obtained for lightened tire structures, comprising only one working layer instead of two working layers crossed relative to each other for the reference R.
  • Table 5 below shows the results of roller rolling tests, aimed at quantifying the fatigue strength of shrink reinforcements under severe pounding conditions of the tread. More specifically, for each configuration tested, the number of rupture zones of the shrink layer is counted, after the tire has been decafed. Table 5, for the shrink-wrap layer of each of the configurations tested, recalls the secant extension module MA, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR, the breaking elongation AR and the number corresponding failure zones, for a 205 / 55R16 tire. Expansion module Elongation at break Number of zones of
  • the reference of the state of the art R has 10 fracture zones of the shrink layer.
  • the best configurations vis-à-vis the roller rolling test are the variants SI, S2 and S3, since the number of rupture zones of the hooping layer is zero or virtually zero.
  • These 3 variants SI, S2 and S3 have in common a secant extension module MA, for an applied force F equal to 15% of the breaking force FR, of between 300 daN / mm and 700 daN / mm, and an elongation at rupture greater than 5.5%.
  • the embodiment variant S4 with a secant extension module MA, for an applied force F equal to 15%> of the breaking force FR, between 700 daN / mm and 900 daN / mm and a breaking elongation AR included between 5%> and 5.5% o, is less efficient than the previous ones, because its number of rupture zones of the shrinking layer amounts to 29.
  • the comparative examples E1 and E2 with a secant extension module MA , for an applied force F equal to 15%> of the breaking force FR, greater than 900 daN / mm and a breaking elongation AR less than 5% o, have a number of rupture zones of the shrink layer respectively equal to 49 and 120, which is a significantly degraded performance compared to the state of the art R.
  • the invention is not limited to carcass reinforcements and work reinforcements previously described.
  • the carcass reinforcements may be of any type of textile material, such as, for example and non-exhaustively, PET, aramid, nylon or any combination of these materials.
  • the work reinforcements are metal cables that can be various assemblies, such as, for example and non-exhaustively, cables of formula 3.26 (assembly of 3 wires of 0.26 mm diameter), 3.18 (assembly of 3 wires of 0.18 mm diameter), 2.30 (assembly of 2 wires of 0.30 mm diameter, with a pitch of 14 mm) or monofilaments of diameter 0.40 mm.
  • the invention is not limited to a tire for a passenger vehicle, but may extend, in a non-exhaustive manner, to tires intended for equipped with two-wheeled vehicles such as motorcycles, type heavyweight or Civil Engineering.

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Abstract

L'invention concerne l'armature de renforcement d'un pneumatique de tourisme. Elle vise une bonne résistance à la pénétration et à la perforation de son sommet par des objets étrangers, avec une architecture de renforcement simple et légère. Selon l'invention, la couche de frettage (71) a une force à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR au moins égale à 35 daN/mm, un allongement à rupture AR au moins égal à 5% et un module d'extension sécant MA au moins égal à 250 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage (71). L'armature de travail (6) comprend une seule couche de travail (61) dont les renforts de travail forment, avec la direction circonférentielle (YY'), un angle ATau moins égal à 30° et au plus égal à 50°. Les renforts de carcasse de la au moins une couche de carcasse (81) forment, avec la direction circonférentielle (YY') et dans le plan équatorial (XZ), un angle Ac2au moins égal à 55° et au plus égal à 80° et ayant une orientation opposée à celle de l'angle ATdes renforts de travail, de façon à ce que les renforts de carcasse et les renforts de travail constituent une triangulation.

Description

Armature de renforcement de pneumatique
[0001] L'invention a pour objet un pneumatique pour véhicule de tourisme, appelé communément pneumatique de tourisme, et plus particulièrement son armature de renforcement.
[0002] Un pneumatique étant une structure torique dont l'axe de révolution est l'axe de rotation du pneumatique, on définit ci-après les terminologies utilisées pour la présente invention:
« direction axiale » : direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique,
- « direction radiale » : direction perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique,
« direction circonférentielle » : direction perpendiculaire à un plan radial contenant l'axe de rotation du pneumatique,
« plan radial» : plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique,
« plan équatorial » : plan perpendiculaire à l'axe de rotation et qui passe par le milieu de la bande de roulement.
[0003] Un pneumatique comprend usuellement une bande de roulement, destinée à entrer en contact avec un sol et reliée, au niveau de ses extrémités axiales, radialement vers l'intérieur, par deux flancs à deux bourrelets, destinés à entrer en contact avec une jante. On appelle hauteur H du pneumatique, la distance radiale entre le point le plus radialement extérieur de la bande de roulement et la droite passant par les points les plus radialement intérieurs des bourrelets, le pneumatique étant monté sur sa jante.
[0004] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, comprenant radialement de l'extérieur vers l'intérieur au moins une armature de travail et une armature de carcasse. [0005] L'armature de travail, radialement intérieure à la bande de roulement, comprend au moins une couche de travail comprenant des renforts de travail enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de travail formant, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 10°. Le plus souvent, l'armature de travail d'un pneumatique de tourisme comprend deux couches de travail, dont les renforts de travail respectifs sont croisés d'une couche de travail à la suivante, de façon à réaliser une triangulation. Généralement les renforts de travail, pour un pneumatique de tourisme, sont constitués par un matériau métallique, le plus souvent par de l'acier, et sont formés par un assemblage de fils, appelé câble, ou par un seul fil.
[0006] L'armature de carcasse, radialement intérieure à l'armature de travail, relie les deux bourrelets du pneumatique, généralement en s 'enroulant dans chaque bourrelet autour d'un élément de renforcement circonférentiel ou tringle, et comprend au moins une couche de carcasse comprenant des renforts de carcasse enrobés dans un matériau élastomérique. Dans le cas d'un pneumatique de tourisme, l'armature de carcasse comprend généralement une seule couche de carcasse. Dans le cas le plus fréquent d'une armature de carcasse radiale, les renforts de carcasse forment, avec la direction circonférentielle, en tout point de la couche de carcasse, un angle au moins égal à 85°. Généralement les renforts de carcasse, pour un pneumatique de tourisme, sont constitués par un matériau textile, tels que, à titre d'exemples et de manière non exhaustive, un polyamide aliphatique ou nylon, un polyamide aromatique ou aramide, un polyester tel qu'un polyéthylène-téréphtalate (PET), un matériau textile comprenant des fibres cellulosiques telles que la rayonne.
[0007] Souvent l'armature de renforcement comprend également une armature de frettage. Une armature de frettage est adjacente à l'armature de travail, c'est-à-dire radialement extérieure à l'armature de travail ou radialement intérieure à l'armature de travail. L'armature de frettage est généralement radialement extérieure à l'armature de carcasse. Elle comprend au moins une couche de frettage, et le plus souvent une seule couche de frettage. Une couche de frettage comprend des renforts de frettage, enrobés dans un matériau élastomérique et formant, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 5°. Les renforts de frettage, pour un pneumatique de tourisme, peuvent être constitués soit par un matériau textile, soit par un matériau métallique.
[0008] L'ensemble formé par l'armature de travail et l'armature de frettage constitue l'armature de sommet du pneumatique. [0009] Au cours de son usage, un pneumatique de tourisme peut rouler sur des corps étrangers, poinçonnant sa bande de roulement et susceptibles d'entraîner une rupture partielle ou totale des couches de travail. Ceci est principalement dû à la forte rigidité, en particulier radiale, de l'armature de travail. Pour un pneumatique classique de l'état de la technique, les grandes déformations imposées par le poinçonnement de tels objets sont essentiellement supportées par l'armature de travail, mais pas par l'armature de carcasse.
[0010] Il est déjà connu du document US 4310043 un pneumatique radial destiné à des véhicules de type poids lourds et ayant une grande résistance à l'éclatement sous l'effet de chocs qui peuvent se produire lors du passage sur une pierre. Un tel pneumatique comprend notamment une armature de carcasse, n'ayant pas une résistance mécanique excessive et comprenant au moins une couche de carcasse pouvant comprendre des renforts textiles, et une armature de travail, radialement extérieure à l'armature de carcasse, comprenant trois couches de travail dont les deux plus radialement extérieures comprennent des renforts métalliques formant, par rapport à la direction circonférentielle, un angle compris entre 15° et 25°.
[0011] Outre le poinçonnement du sommet d'un pneumatique par des corps étrangers, pouvant entraîner la perforation et la rupture de sommet, des sollicitations répétées sur le sommet telles que, par exemple, résultant d'un roulage sur un sol recouvert de galets, provoquent un martèlement du sommet pouvant générer une fatigue mécanique des renforts de sommet et, le cas échéant, leur rupture.
[0012] Les inventeurs se sont donnés comme objectif de concevoir un pneumatique pour véhicule de tourisme présentant à la fois une bonne résistance à la pénétration et à la perforation de son sommet par des objets étrangers, susceptibles de poinçonner ledit sommet, et une bonne résistance à la fatigue lorsque le sommet est soumis à un martèlement, avec une architecture de renforcement plus simple et plus légère que celle d'un pneumatique de tourisme de l'état de la technique.
[0013] L'invention a donc pour objet un pneumatique pour véhicule de tourisme comprenant : -une bande de roulement, destinée à entrer en contact avec un sol et reliée, au niveau de ses extrémités axiales, radialement vers l'intérieur, par deux flancs à deux bourrelets, destinés à entrer en contact avec une jante,
-une armature de travail, radialement intérieure à la bande de roulement et comprenant au moins une couche de travail comprenant des renforts de travail métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de travail formant, avec une direction circonférentielle du pneumatique, un angle AT au moins égal à 10°,
-une armature de frettage, radialement intérieure à la bande de roulement et radialement adjacente à l'armature de travail, et comprenant une seule couche de frettage comprenant des renforts de frettage enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de frettage formant, avec la direction circonférentielle, un angle AF au plus égal à 5°,
-une armature de carcasse, reliant les deux bourrelets entre eux, radialement intérieure à l'armature de travail et à l'armature de frettage, et comprenant au moins une couche de carcasse comprenant des renforts de carcasse textiles enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de carcasse formant, avec la direction circonférentielle, au moins en partie dans les flancs, un angle Ao au moins égal à 85°,
-la couche de frettage ayant une force à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR au moins égale à 35 daN/mm,
-la couche de frettage ayant un allongement à rupture AR au moins égal à 5%,
-la couche de frettage ayant un module d'extension sécant MA au moins égal à 250 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage,
-l'armature de travail comprenant une seule couche de travail dont les renforts de travail forment, avec la direction circonférentielle, un angle AT au moins égal à 30° et au plus égal à 50°,
-et les renforts de carcasse de la au moins une couche de carcasse formant, avec la direction circonférentielle et dans le plan équatorial, un angle Ac2 au moins égal à 55° et au plus égal à 80° et ayant une orientation opposée à celle de l'angle AT des renforts de travail, de façon à ce que les renforts de carcasse et les renforts de travail constituent une triangulation. [0014] Un pneumatique selon l'invention se caractérise par une armature de renforcement, comprenant:
-une armature de frettage, constituée par une seule couche de frettage, la couche de frettage ayant une force à rupture FR minimale spécifiée, exprimée en daN par mm de largeur axiale de couche de frettage, un allongement à rupture AR minimal spécifié, et un module d'extension sécant MA, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage, minimal spécifié, ledit module sécant d'extension MA étant le rapport entre 15% de la force à rupture FR et l'allongement correspondant, -une armature de travail, constituée par une seule couche de travail, dont les renforts de travail métalliques forment, avec la direction circonférentielle, un angle AT au moins égal à 30° et au plus égal à 50°,
-une armature de carcasse, constituée le plus souvent par une seule couche de carcasse, dont les renforts de carcasse forment, avec la direction circonférentielle et dans le plan équatorial, un angle Ac2 au moins égal à 55° et au plus égal à 80° et ayant une orientation opposée à celle de l'angle des AT des renforts de travail, de façon à ce que les renforts de carcasse et les renforts de travail constituent une triangulation.
[0015] Les différences essentielles de l'invention par rapport à un pneumatique de tourisme de l'état de la technique sont donc :
-une armature de frettage à couche de frettage unique ayant à la fois une force à rupture plus élevée, un allongement à rupture plus élevé et une rigidité en extension plus élevée, -une armature de travail à couche de travail unique, au lieu de deux couches de travail dont les renforts de travail sont croisés d'une couche à l'autre,
-et une armature de carcasse avec une couche de carcasse non radiale dans la portion de sommet, de telle sorte que les renforts de carcasse et les renforts de travail sont croisés les uns par rapport aux autres.
[0016] Les inventeurs ont pu constater, de façon surprenante, que l'armature de renforcement selon l'invention, bien que comprenant une couche de travail en moins par rapport à l'état de la technique, c'est-à-dire bien que plus simple et plus légère, garantit une meilleure résistance à la pénétration d'un indenteur. Dans le cas présent, la triangulation entre la couche de travail et la couche de carcasse, associée à une couche de frettage à la fois plus résistante et plus rigide, permet au pneumatique d'absorber plus efficacement l'énergie de déformation imposée par l'objet poinçonnant, avec moins de dégradations de l'armature de renforcement dans la zone de sommet. Plus particulièrement, le choix des caractéristiques physiques de la couche de frettage permet de mieux maîtriser le profil déformé du sommet du pneumatique, et par conséquent d'éviter toute déformation excessive pouvant entraîner un endommagement précoce lors du roulage.
[0017] Cet avantage a été quantifié par un test de perforation appelé test de « breaking energy », qui est un test normé statique consistant à mesurer l'énergie nécessaire pour perforer un pneumatique monté gonflé sur sa jante par un cylindre métallique appelé polar et ayant un diamètre égal à 19 mm, le pneumatique étant soumis à une charge donnée nominale ou pondérée (surcharge). Une charge nominale est une charge normée définie par la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO. [0018] De plus, les inventeurs ont également pu constater de façon surprenante que cette armature de renforcement selon l'invention, bien que comprenant une couche de travail en moins par rapport à l'état de la technique, mais cette couche de travail unique étant couplée à une couche de frettage ayant un allongement à rupture au moins égal à 5%, présente des performance en résistance à la fatigue du sommet de même niveau que l'état de la technique, lors d'un roulage sur route sur un sol recouvert de galets. Dans le cas présent, cette architecture de sommet allégée induit des déformations des renforts de frettage localement plus importantes en extension et en compression. La couche de frettage doit par ailleurs avoir des niveaux de rigidité et de force à rupture suffisants pour le tenue du pneumatique aux sollicitations usuelles, d'où la nécessité d'un compromis spécifique entre la force à rupture, l'allongement à rupture et le module d'extension de la couche de frettage.
[0019] Cet avantage a été quantifié par des tests très sévères de roulage sur galets. Un parcours de 8000km, à 30km/h, sur une piste recouverte de galets, a été réalisé par un véhicule équipé de 4 pneumatiques de test de dimension 205/55/R16, gonflés à 2.2 bars et soumis à leur charge nominale, au sens de la norme de la European Tyre ans Rim Technical Organisation. A l'issue du roulage, chaque pneumatique a été déchapé, c'est-à- dire que sa bande de roulement a été retirée, et un comptage du nombre de zones de rupture des renforts de frettage a été réalisé.
[0020] En ce qui concerne l'armature de carcasse, la couche de carcasse est sensiblement radiale dans au moins une partie des flancs, c'est-à-dire que les renforts de carcasse forment, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 85°. Plus précisément, la portion de flanc, concernée préférentiellement par cette orientation radiale de la couche de carcasse, s'étend radialement entre les droites axiales positionnées respectivement à des distances radiales égales à 3H/8 et à H/8 à compter du point le plus radialement extérieur de la bande de roulement du pneumatique.
[0021] De préférence la couche de frettage a une force à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR au moins égale à 45 daN/mm, ce qui garantit une meilleure résistance à la rupture de la couche de frettage.
[0022] Encore préférentiellement la couche de frettage a un allongement à rupture AR au moins égal à 5,5%, ce qui améliore encore la résistance à la fatigue des renforts de frettage.
[0023] Egalement préférentiellement la couche de frettage a un module d'extension sécant MA au moins égal à 300 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage, ce qui garantit une plus grande rigidité en extension de la couche de frettage.
[0024] Avantageusement la couche de frettage a un module d'extension sécant MA au plus égal à 900 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage. Ceci garantit un faible nombre de zones de rupture des renforts de frettage lors d'un roulage sévère sur une piste recouverte de galets. [0025] Encore avantageusement la couche de frettage a un module d'extension sécant MA au plus égal à 700 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage. Ceci garantit un très faible nombre de zones de rupture des renforts de frettage lors d'un roulage sévère sur une piste recouverte de galets, du niveau de celui observé pour un pneumatique de l'état de la technique comprenant deux couches de travail dont les renforts de travail respectifs sont croisés d'une couche à la suivante.
[0026] La couche de frettage comprenant des renforts de frettage ayant un diamètre D et espacés deux à deux d'une distance inter-renforts L, le rapport D/L entre le diamètre D d'un renfort de frettage et la distance L séparant deux renforts de frettage consécutifs est avantageusement au moins égal à 1 et au plus égal à 8. Pour un rapport D/L supérieur à 8, la densité de renforts de frettage est pléthorique par rapport au besoin en terme de résistance mécanique de la couche de frettage et, corrélativement, la quantité de matériau élstomérique interstitiel, compris entre deux renforts de frettage consécutifs, est insuffisante. Pour un rapport D/L inférieur à 1, la couche de frettage est difficile à fabriquer sur des outils industriels productifs de grande largeur.
[0027] Préférentiellement, la couche de frettage comprenant des renforts de frettage ayant un diamètre D et espacés deux à deux d'une distance inter-renforts L, le rapport D/L entre le diamètre D d'un renfort de frettage et la distance L séparant deux renforts de frettage consécutifs est au moins égal à 2 et au plus égal à 5. Un rapport D/L compris dans cet intervalle garantit la présence d'une quantité de matériau élastomérique optimale vis-à-vis de la tenue mécanique du matériau élastomérique interstitiel, ce qui implique une robustesse satisfaisante de la couche de frettage.
[0028] Selon un premier mode de réalisation relatif au matériau des renforts de frettage, les renforts de frettage comprennent un matériau textile, tel qu'un polyamide aromatique ou aramide, un polyamide aliphatique ou nylon, un polyester tel qu'un polyéthylène- téréphtalate (PET) ou un polyéthylène-naphténate (PEN), une polycétone ou un matériau textile comprenant des fibres cellulosiques telles que la rayonne ou le lyocell. Les renforts de frettage en matériau textile présentent les avantages de la légèreté et de la tenue à l'humidité.
[0029] Selon un deuxième mode de réalisation relatif au matériau des renforts de frettage, les renforts de frettage comprennent une combinaison d'au moins deux matériaux textiles distincts. Les renforts de frettage comprenant une combinaison d'au moins deux matériaux textiles distincts, appelés également renforts de frettage hybrides, ont la particularité d'avoir une courbe de traction, représentant l'effort de traction appliqué au renfort en fonction de son allongement, pouvant présenter un premier module d'élasticité en traction relativement faible, aux faibles allongements, et un second module d'élasticité en traction plus élevé, aux forts allongements, d'où l'appellation de renforts à comportement « bi-module ». Le premier module d'élasticité en traction relativement faible contribue à la robustesse de fabrication du pneumatique. Le second module d'élasticité en traction plus élevé répond au besoin de tenue mécanique pour le pneumatique en service. [0030] Dans une variante préférée du deuxième mode de réalisation relatif au matériau des renforts de frettage, les renforts de frettage sont constitués par la combinaison d'un polyamide aromatique ou aramide et d'un polyéthylène-téréphtalate (PET). C'est la combinaison qui a donné les meilleurs résultats en test, vis-à-vis à la fois de la résistance à la perforation et de la résistance à la fatigue sous martèlement du sommet. [0031] Les couches de frettage et de travail ayant respectivement une largeur axiale LF et LT, la couche de frettage a de préférence une largeur axiale LF inférieure à la largeur axiale LT de la couche de travail, préférentiellement lorsque la couche de frettage est radialement extérieure à la couche de travail. La couche de frettage est étroite par rapport à la couche de travail, car sa fonction est de limiter essentiellement les déplacements radiaux du sommet dans la zone du plan équatorial, au centre de la bande de roulement du pneumatique. Cette configuration est particulièrement intéressante lorsque la couche de frettage est radialement extérieure à la couche de travail. Mais, dans le cas où la couche de frettage est radialement intérieure à la couche de travail, la largeur axiale LF de la couche de frettage peut être, le cas échéant, supérieure à la largeur axiale LT de la couche de travail.
[0032] Préférentiellement, les renforts de travail de la couche de travail forment, avec la direction circonférentielle, un angle AT au moins égal à 35° et au plus égal à 45°. Cet intervalle de valeurs angulaires correspond à l'optimum pour garantir une rigidité de dérive du pneumatique suffisante, nécessaire au bon comportement du pneumatique en roulage virageux. La rigidité de dérive d'un pneumatique correspond à l'effort axial à appliquer au pneumatique générant une rotation de 1° autour d'une direction radiale.
[0033] Encore préférentiellement, les renforts de carcasse de la au moins une couche de carcasse forment, avec la direction circonférentielle et dans le plan équatorial (XZ), un angle Ac2 au moins égal à 60° et au plus égal à 70°. Cet intervalle de valeurs angulaires résulte de la conformation du pneumatique au cours de sa fabrication. Les renforts de la couche de carcasse sont initialement radiaux, c'est-à-dire forment un angle proche de 90° avec la direction circonférentielle. Lors de la conformation du pneumatique en fabrication, c'est-à-dire lors du passage d'une forme cylindrique à une forme torique, l'angle des renforts de carcasse diminue sensiblement dans la zone de sommet du pneumatique, et en particulier au voisinage du plan équatorial.
[0034] Dans ce qui suit, l'invention est décrite à l'aide des figures 1 à 3 en annexe, et des exemples décrits dans les tableaux 1 à 5, donnés à titre d'illustration. [0035] La figure 1 présente, de manière schématique, la coupe d'un demi-pneumatique selon l'invention dans un plan radial. Comme le montre la figure 1, le pneumatique 1 selon l'invention comprend une bande de roulement 2, destinée à entrer en contact avec un sol et reliée, au niveau de ses extrémités axiales 21, radialement vers l'intérieur, par deux flancs 3 à deux bourrelets 4, destinés à entrer en contact avec une jante 5. L'armature de travail 6, radialement intérieure à la bande de roulement 2, comprend une couche de travail 61 comprenant des renforts de travail métalliques (non représentés) enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de travail formant, avec la direction circonférentielle YY' du pneumatique, un angle AT au moins égal à 10°. L'armature de frettage 7, radialement intérieure à la bande de roulement 2 et radialement extérieure à l'armature de travail 6, comprend une seule couche de frettage 71 comprenant des renforts de frettage enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de frettage formant, avec la direction circonférentielle YY', un angle AF au plus égal à 5°. L'armature de carcasse 8, reliant les deux bourrelets 4 entre eux, radialement intérieure à l'armature de travail 6 et à l'armature de frettage 7, comprend au moins une couche de carcasse 81 comprenant des renforts de carcasse textiles (non représentés) enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de carcasse formant, avec la direction circonférentielle YY', au moins en partie dans les flancs 3, un angle Ac2 au moins égal à 85°. [0036] La figure 2 présente une courbe de comportement type d'une couche de frettage, représentant la force d'extension F appliquée à la couche de frettage, exprimée en daN/mm c'est-à-dire en daN par mm de largeur axiale de couche de frettage, en fonction de sa déformation en extension DX/X. Sur la figure 2, sont en particulier indiqués la force à rupture FR de la couche de frettage et le module d'extension sécant MA, mesuré à une force F égale à 0.15 fois la force à rupture FR et caractérisant de façon normative la rigidité d'extension de la couche de frettage.
[0037] La figure 3 présente différentes courbes de comportement en traction d'une couche de frettage, montrant la variation de la force d'extension par mm de largeur axiale de couche de frettage F, exprimée en daN/mm, en fonction de sa déformation en extension DX/X, pour divers types de renforts de frettage.
[0038] Les courbes de la figure 3 ont été établies pour une couche de frettage d'un pneumatique de tourisme de dimension 205/55 R 16, destiné à être monté sur une jante 6,5J16 et à être gonflé à une pression nominale de 2.5 bars en « normal load » et 2.9 bars en « extra load », selon la norme ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation). La courbe SI est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont constitués par 3 brins en PET de 440 tex (440/3) avec une torsion équilibrée de 160 tours par m (160 tpm), le pas P des renforts étant égal à 1.31 mm. La courbe S2 est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont de type hybride et constitués par la combinaison d'un PET de 334 tex et un aramide de 330 tex, retordus ensemble avec une torsion équilibrée de 270 tours par mètre (270 tpm), le pas P des renforts étant égal à 0.8 mm. La courbe S3 est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont de type hybride et constitués par la combinaison d'un PET de 334 tex et un aramide de 330 tex, retordus ensemble avec une torsion équilibrée de 210 tours par mètre (210 tpm), le pas P des renforts étant égal à 1.23 mm. La courbe S4 est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont constitués par 2 brins en aramide de 167 tex (167/2) avec une torsion de 440 tours par m (440 tpm), le pas P des renforts étant égal à 0.87 mm. La courbe El est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont constitués par 2 brins en aramide de 167 tex (167/2) avec une torsion de 315 tours par m (315 tpm), le pas P des renforts étant égal à 0.87 mm. La courbe E2 est la courbe de traction d'une couche de frettage dont les renforts de frettage sont constitués par des câbles métalliques en acier constitués par un assemblage de 3 fils métalliques de diamètre 0.26 mm, le pas P des renforts étant égal à 0.85 mm. Le segment avec une flèche de la figure 3 indique l'allongement à rupture minimal spécifié de 5%, au- delà duquel doit être positionné l'allongement à rupture de toute couche de frettage entrant dans le cadre de l'invention. Les courbes SI, S2, S3 et S4 correspondent à des couches de frettage entrant dans le cadre de l'invention, alors que les courbes El et E2 correspondent à des exemples comparatifs n'entrant pas dans le cadre de l'invention.
[0039] L'invention a été plus particulièrement étudiée pour un pneumatique de tourisme de dimension 205/55 R 16, destiné à être monté sur une jante 6,5J16 et à être gonflé à une pression nominale de 2.5 bars en « normal load » et 2.9 bars en « extra load », selon la norme ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation). Une comparaison a été effectuée entre quatre variantes de réalisation de l'invention SI, S2, S3, S4 et deux exemples comparatifs El et E2 n'entrant pas dans le cadre de l'invention.
[0040] Le tableau 1 ci-dessous présente les caractéristiques des couches de frettage de des deux exemples comparatifs El et E2 n'entrant pas dans le cadre de l'invention et des quatre variantes de réalisation de l'invention SI, S2, S3, S4, pour un pneumatique de dimension 205/55R16:
Figure imgf000015_0001
Tableau 1 : Caractéristiques des couches de frettage en 205/55R16
[0041] Il est à noter que la distance inter-renforts L de la formule D/L est égale à la différence entre le pas P entre les renforts, mesuré entre les axes de deux renforts consécutifs, et le diamètre D d'un renfort. Ce rapport est égal à 3.2 dans tous les cas étudiés, sauf pour l'exemple comparatif E2 où il est égal à 2.4.
[0042] Selon le tableau 1, les forces à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR des couches de frettage sont respectivement égales à 69.4 daN/mm et 55.9 daN/mm, pour les exemples comparatifs El et E2 hors invention, et respectivement égales à 49.4 daN/mm, 47.2 daN/mm, 58 daN/mm et 56 daN/mm pour les variantes de réalisation SI, S2, S3, S4, donc elles sont toutes supérieures à la force à rupture minimale spécifiée 35 daN/mm, et même supérieures à la valeur préférentielle de la force à rupture minimale spécifiée 45 daN/mm. Les allongements à rupture AR des couches de frettage sont respectivement égaux à 5% et 3.6%, pour les exemples comparatifs El et E2 hors invention, et respectivement égaux à 11.8% , 9.4%, 6.3% et 5.4% pour les variantes de réalisation SI, S2, S3, S4, donc seules les variantes de réalisation SI, S2, S3, S4 ont des déformations à rupture au moins égales à la valeur préférentielle d'allongement à rupture spécifiée de 5.5%. Enfin, les modules sécants en extension à 15% de la force à rupture de couche de frettage FR sont respectivement égaux à 991 daN/mm et 1582 daN/mm, pour les exemples comparatifs El et E2 hors invention, et respectivement à 345 daN/mm, 606 daN/mm, 600 daN/mm et 724 daN/mm pour les variantes de réalisation SI, S2, S3, S4., donc seules les variantes de réalisation SI, S2, S3, S4 ont des modules sécants compris entre les valeurs préférentielles spécifiées du module sécant en extension à 15% de la force à rupture de 300 daN/mm et 900 daN/mm.
[0043] Le tableau 2 ci-dessous présente les types de renforts et les angles, formés par lesdits renforts, pour les armatures de carcasse, de travail et de frettage, pour un pneumatique de tourisme de dimension 205/55R16, pour les deux exemples comparatifs El et E2 n'entrant pas dans le cadre de l'invention et les quatre variantes de réalisation de l'invention SI, S2, S3, S4:
Type de renfort Angle A dans Type de renfort Angle AT dans Type de renfort Angle Ar dans de carcasse le plan de travail le plan de frettage le plan équatorial (°) équatorial (°) équatorial (°)
Référence de PET 144/2 90 Acier 2.30 +/-25 Nylon NI 40/2 0
l'état de la 290tpm P= 1.2mm 250/250tpm
technique R
PET 144/2 67 Acier 2.30
Variante SI -40 PET 440/3 0
290tpm P=0.9mm
160tpm
PET 144/2 Acier 2.30
Variante S2 67 -40 Aramide 330 + 0
290tpm P=0.9mm
PET 334
270/270tpm
PET 144/2 Acier 2.30
Variante S3 67 -40 Aramide 330 + 0
290tpm P=0.9mm
PET 334
210/210tpm
PET 144/2 67 Acier 2.30
Variante S4 -40 Aramide 167/2 0
290tpm P=0.9mm
440tpm
PET 144/2 67 Acier 2.30
Exemple -40 Aramide 167/2 0
290tpm P=0.9mm
comparatif El 315tpm
PET 144/2 67 Acier 2.30
Exemple -40 Câble métallique 0
290tpm P=0.9mm
comparatif E2 3.26
Tableau 2 : Types et angles des renforts des armatures de carcasse, de travail et de
frettage en 205/55R16
[0044] Selon le tableau 2, l'armature de carcasse, dans toutes les configurations, est constituée par une couche de carcasse unique dont les renforts de carcasse sont constitués par 2 brins en PET de 144 tex (144/2) avec une torsion de 290 tours par m (290 tpm). Pour la référence de l'état de la technique R, les renforts de carcasse de la couche de carcasse forment, avec la direction circonférentielle et dans le plan équatorial, un angle Ac2 égal à 90°. Pour toutes les autres configurations, les renforts de carcasse de la couche de carcasse forment, avec la direction circonférentielle et dans le plan équatorial, un angle Ac2 égal à 67°.
[0045] L'armature de travail, pour la référence de l'état de la technique, est constituée par deux couches de travail dont les renforts de travail sont des câbles métalliques, en acier contenant 0.7% de carbone, constitués par 2 fils ayant un diamètre égal à 0.30 mm, et posés à un pas P égal à 1.2 mm, lesdits renforts de travail formant, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 25° et croisés d'une couche de travail à la suivante. L'armature de travail, pour toutes les autres configurations étudiées, est constituée par une couche de travail unique dont les renforts de travail sont des câbles métalliques, en acier contenant 0.7% de carbone, constitués par 2 fils ayant un diamètre égal à 0.30 mm, et posés à un pas P égal à 0.9 mm, lesdits renforts de travail formant, avec la direction circonférentielle, un angle égal à -40°.
[0046] Le tableau 3 ci-après présente des résultats théoriques relatifs aux rigidités radiales Rxx et de cisaillement Gxy, issus de calculs analytiques, ainsi que des pressions d'éclatement théoriques, pour un pneumatique de dimension 205/55R16:
Figure imgf000018_0001
Tableau 3 : Rigidités et pressions d'éclatement calculées en 205/55R16
[0047] La rigidité radiale Rxx, exprimée en daN/mm, est la force radiale à appliquer au pneumatique pour obtenir un déplacement radial de son sommet égal à 1mm. La rigidité de cisaillement Gxy, exprimée en daN/mm, est la force axiale à appliquer au pneumatique pour obtenir un déplacement axial de son sommet égal à 1mm. La pression d'éclatement théorique du pneumatique, exprimée en bars, est une caractéristique de résistance à la pression du pneumatique. Les caractéristiques de rigidité radiale Rxx et de rigidité de cisaillement Gxy, ainsi que la pression d'éclatement sont exprimées en valeur relative par rapport aux caractéristiques correspondantes de la référence de l'état de la technique R, prises comme base 100.
[0048] Selon le tableau 3, les variantes SI, S3 et S4 présentent des valeurs de rigidité radiale Rxx et de pression d'éclatement proches des valeurs obtenues pour la référence de l'état de la technique R. Par contre les rigidités de cisaillement Gxy sont très inférieures à de la référence R, ce qui est normal compte tenu du fait que l'armature de travail ne comprend qu'une seule couche de travail.
[0049] Le tableau 4 ci-après présente des résultats de mesures et de tests relatifs aux diverses architectures de pneumatique étudiées, pour un pneumatique de dimension
205/55 R 16 :
Figure imgf000019_0001
Tableau 4 : Rigidités de dérive, Breaking Energy et pressions d'éclatement mesurées en
205/55R16
[0050] La rigidité de dérive Dz d'un pneumatique est la force axiale appliquée au pneumatique pour obtenir une rotation de 1° du pneumatique autour d'une direction radiale. Dans le tableau 4, la rigidité de dérive est exprimée en valeur relative, c'est-à-dire en pourcentage de la référence de l'état de la technique prise comme base 100, pour un pneumatique de dimension 205/55R16, soumis à une charge égale à 0.8 fois sa charge nominale, au sens de la norme ETRTO, ladite charge nominale étant égale à 4826 N. [0051] L'énergie de perforation ou breaking energy est mesurée par indentation par un obstacle cylindrique ou polar ayant un diamètre de 19 mm, le pneumatique étant gonflé à une pression égale à 2.2 bar (condition extraload). Au cours de ce test, l'énergie est mesurée au moment de la perforation du sommet par le polar et est comparée à une valeur seuil minimale. Pour un pneumatique de cette dimension, la valeur seuil minimale, devant être respectée pour satisfaire l'exigence de la norme dite « Extraload », est égale à 588 J.
[0052] Le test de pression d'éclatement du pneumatique est réalisé sur un pneumatique gonflé à l'eau. La valeur seuil minimale retenue pour garantir une résistance à la pression du pneumatique avec un niveau de sécurité satisfaisant est prise égale à 16 bars. [0053] Selon le tableau 4, par rapport aux résultats obtenus pour la référence R, les variantes d'invention SI et S3 ainsi que les exemples comparatifs El et E2 présentent une rigidité de dérive Dz du même niveau que la référence (entre 98% et 110%). De plus toutes les configurations testées ont une valeur en breaking energy supérieure à la valeur seuil minimale de 588 J et une pression d'éclatement supérieure à la valeur seuil minimale de 16 bars. Il est à noter que ces résultats sont obtenus pour des structures de pneumatique allégées, ne comprenant qu'une seule couche de travail au lieu de deux couches de travail croisées l'une par rapport à l'autre pour la référence R.
[0054] Le tableau 5 ci-après présente les résultats des tests de roulage sur galets, visant à quantifier la tenue en fatigue des renforts de frettage dans des conditions de martèlement sévères de la bande de roulement. Plus précisément, pour chaque configuration testée, le nombre de zones de rupture de la couche de frettage est compté, après déchapage du pneumatique. Le tableau 5, pour la couche de frettage de chacune des configurations testées, rappelle le module d'extension sécant MA, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR, l'allongement à rupture AR et présente le nombre de zones de rupture correspondant, pour un pneumatique de dimension 205/55R16. Module d'extension Allongement à rupture Nombres de zones de
sécant MA à 15%FR AR (%) rupture de la couche de
(daN/mm) frettage, après test de
roulage sur galets
Référence de l'état de la 10
technique R
Variante SI 345 1 1.60 0
Variante S2 606 9.40 0
Variante S3 600 6.26 2
Variante S4 724 5.39 29
Exemple comparatif El 991 4.96 49
Exemple comparatif E2 1582 3.60 120
Tableau 5 : Nombre de zones de rupture de la couche de frettage, après test de roulage sur galets, en 205/55R16
[0055] D'après le tableau 5, la référence de l'état de la technique R présente 10 zones de rupture de la couche de frettage. Les meilleures configurations vis-à-vis du test de roulage sur galets, sont les variantes de réalisation SI, S2 et S3, puisque le nombre de zones de rupture de la couche de frettage est nul ou quasi nul. Ces 3 variantes de réalisation SI, S2 et S3 ont en commun un module d'extension sécant MA, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR, compris entre 300 daN/mm et 700 daN/mm, et un allongement à rupture AR supérieur à 5.5%. La variante de réalisation S4, avec un module d'extension sécant MA, pour une force appliquée F égale à 15%> de la force à rupture FR, compris entre 700 daN/mm et 900 daN/mm et un allongement à rupture AR compris entre 5%> et 5.5%o, est moins performante que les précédentes, car son nombre de zones de rupture de la couche de frettage s'élève à 29. Enfin les exemples comparatifs El et E2, avec un module d'extension sécant MA, pour une force appliquée F égale à 15%> de la force à rupture FR, supérieur à 900 daN/mm et un allongement à rupture AR inférieur 5%o, présentent un nombre de zones de rupture de la couche de frettage respectivement égal à 49 et à 120, ce qui est une performance sensiblement dégradée par rapport à l'état de la technique R. [0056] Dans le domaine des pneumatiques de tourisme, l'invention n'est pas limitée aux renforts de carcasse et aux renforts de travail précédemment décrits. Les renforts de carcasse peuvent être en tout type de matériau textile, tels que, par exemple et de façon non exhaustive, le PET, l'aramide, le nylon ou toute combinaison de ces matériaux. Les renforts de travail sont des câbles métalliques pouvant être des assemblages divers, tels que, par exemple et de façon non exhaustive, des câbles de formule 3.26 (assemblage de 3 fils de 0.26 mm de diamètre), 3.18 (assemblage de 3 fils de 0.18 mm de diamètre), 2.30 (assemblage de 2 fils de 0.30 mm de diamètre, avec un pas d'hélice de 14 mm) ou des mono-filaments de diamètre 0.40 mm.
[0057] L'invention n'est pas limitée à un pneumatique pour véhicule de tourisme, mais peut s'étendre, de façon non exhaustive, à des pneumatiques destinés à équipés des véhicules à 2 roues tels que des motos, à des véhicules de type poids lourd ou Génie Civil.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Pneumatique (1) pour véhicule de tourisme comprenant :
-une bande de roulement (2), destinée à entrer en contact avec un sol et reliée, au niveau de ses extrémités axiales (21), radialement vers l'intérieur, par deux flancs (3) à deux bourrelets (4), destinés à entrer en contact avec une jante (5),
-une armature de travail (6), radialement intérieure à la bande de roulement (2) et comprenant au moins une couche de travail (61) comprenant des renforts de travail métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de travail formant, avec une direction circonférentielle (ΥΥ') du pneumatique, un angle AT au moins égal à 10°,
-une armature de frettage (7), radialement intérieure à la bande de roulement (2) et radialement adjacente à l'armature de travail (6), et comprenant une seule couche de frettage (71) comprenant des renforts de frettage enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de frettage formant, avec la direction circonférentielle (ΥΥ'), un angle AF au plus égal à 5°,
-une armature de carcasse (8), reliant les deux bourrelets (4) entre eux, radialement intérieure à l'armature de travail (6) et à l'armature de frettage (7), et comprenant au moins une couche de carcasse (81) comprenant des renforts de carcasse textiles enrobés dans un matériau élastomérique, lesdits renforts de carcasse formant, avec la direction circonférentielle (ΥΥ'), au moins en partie dans les flancs (3), un angle Ao au moins égal à 85°,
caractérisé en ce que la couche de frettage (71) a une force à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR au moins égale à 35 daN/mm, en ce que la couche de frettage (71) a un allongement à rupture AR au moins égal à 5%, en ce que la couche de frettage (71) a un module d'extension sécant MA au moins égal à 250 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage (71), en ce que l'armature de travail (6) comprend une seule couche de travail (61) dont les renforts de travail forment, avec la direction circonférentielle (ΥΥ'), un angle AT au moins égal à 30° et au plus égal à 50°, et en ce que les renforts de carcasse de la au moins une couche de carcasse (81) forment, avec la direction circonférentielle (ΥΥ') et dans le plan équatorial (XZ), un angle Ac2 au moins égal à 55° et au plus égal à 80° et ayant une orientation opposée à celle de l'angle AT des renforts de travail, de façon à ce que les renforts de carcasse et les renforts de travail constituent une triangulation.
2 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la couche de frettage (71) a une force à rupture par mm de largeur axiale de couche de frettage FR au moins égale à 45 daN/mm.
3 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la couche de frettage (71) a un allongement à rupture AR au moins égal à 5,5%.
4 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de frettage (71) a un module d'extension sécant MA au moins égal à 300 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage (71). 5 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche de frettage (71) a un module d'extension sécant MA au plus égal à 900 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage (71).
6 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche de frettage (71) a un module d'extension sécant MA au plus égal à 700 daN/mm, pour une force appliquée F égale à 15% de la force à rupture FR de ladite couche de frettage (71).
7 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, la couche de frettage (71) comprenant des renforts de frettage ayant un diamètre D et espacés deux à deux d'une distance inter-renforts L, dans lequel le rapport D/L entre le diamètre D d'un renfort de frettage et la distance L séparant deux renforts de frettage consécutifs est au moins égal à 1 et au plus égal à 8.
8 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, la couche de frettage (71) comprenant des renforts de frettage ayant un diamètre D et espacés deux à deux d'une distance inter-renforts L, dans lequel le rapport D/L entre le diamètre D d'un renfort de frettage et la distance L séparant deux renforts de frettage consécutifs est au moins égal à 2 et au plus égal à 5.
9 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les renforts de frettage comprennent un matériau textile, tel qu'un polyamide aromatique ou aramide, un polyamide aliphatique ou nylon, un polyester tel qu'un polyéthylène-téréphtalate (PET) ou un polyéthylène-naphténate (PEN), une polycétone ou un matériau textile comprenant des fibres cellulosiques telles que la rayonne ou le lyocell.
10 - Pneumatique selon la revendication 9, dans lequel les renforts de frettage comprennent une combinaison d'au moins deux matériaux textiles distincts.
11 - Pneumatique selon la revendication 10, dans lequel les renforts de frettage sont constitués par la combinaison d'un polyamide aromatique ou aramide et d'un polyéthylène-téréphtalate (PET).
12- Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, les couches de frettage (71) et de travail (61) ayant respectivement une largeur axiale LF et LT, dans lequel la couche de frettage (71) a une largeur axiale LF inférieure à la largeur axiale LT de la couche de travail (61), préférentiellement lorsque la couche de frettage (71) est radialement extérieure à la couche de travail (61).
13 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les renforts de travail de la couche de travail (61) forment, avec la direction circonférentielle (ΥΥ'), un angle AT au moins égal à 35° et au plus égal à 45°. 14 - Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les renforts de carcasse de la au moins une couche de carcasse (81) forment, avec la direction circonférentielle (ΥΥ') et dans le plan équatorial (XZ), un angle Ac2 au moins égal à 60° et au plus égal à 70°.
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