WO2017109335A1 - Couche etanche composite - Google Patents

Couche etanche composite Download PDF

Info

Publication number
WO2017109335A1
WO2017109335A1 PCT/FR2016/053443 FR2016053443W WO2017109335A1 WO 2017109335 A1 WO2017109335 A1 WO 2017109335A1 FR 2016053443 W FR2016053443 W FR 2016053443W WO 2017109335 A1 WO2017109335 A1 WO 2017109335A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waterproof layer
elastomer
composite waterproof
composite
elements
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/053443
Other languages
English (en)
Inventor
Marc Greiveldinger
Cécile MOREAU
Emmanuel Custodero
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
Application filed by Compagnie Generale Des Etablissements Michelin, Michelin Recherche Et Technique S.A. filed Critical Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Publication of WO2017109335A1 publication Critical patent/WO2017109335A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L53/00—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L53/02—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers of vinyl-aromatic monomers and conjugated dienes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B60C1/0008—Compositions of the inner liner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C5/00—Inflatable pneumatic tyres or inner tubes
    • B60C5/12—Inflatable pneumatic tyres or inner tubes without separate inflatable inserts, e.g. tubeless tyres with transverse section open to the rim
    • B60C5/14—Inflatable pneumatic tyres or inner tubes without separate inflatable inserts, e.g. tubeless tyres with transverse section open to the rim with impervious liner or coating on the inner wall of the tyre
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/20—Carboxylic acid amides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/18—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons having four or more carbon atoms

Definitions

  • the present invention relates to "pneumatic" objects, i.e., by definition, objects that take their usable form when inflated with air or an equivalent inflation gas.
  • the radially inner face has an airtight layer (or more generally any inflation gas) which allows the swelling and maintaining the 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 maintain the swollen bandage in normal operating condition for a sufficient duration, normally of several weeks or several months. It also serves to protect the carcass carcass and more generally the rest of the tire of a risk of oxidation due to the diffusion of air from the internal space to the bandage.
  • inner layer or “inner liner” waterproof (“inner liner”) is now fulfilled by compositions based on butyl rubber (isobutylene copolymer and isoprene), recognized for a long time for their excellent properties of sealing.
  • compositions based on rubber or butyl elastomer are well-known disadvantages of compositions based on rubber or butyl elastomer.
  • they have significant hysteretic losses, moreover over a wide temperature spectrum, a disadvantage that penalizes the rolling resistance of tires.
  • US 6,136,123 discloses a pneumatic object provided with an inflation-gas-tight layer, comprising a diene elastomeric composition and a thermoplastic film based on thermoplastic resin.
  • the thermoplastic film has the major advantage, because of its thermoplastic nature, can be worked as such in the molten state (liquid), and therefore to offer a simplified implementation possibility , to reduce the hysteresis and to maintain a good seal compared to compositions based on butyl rubber.
  • Application WO 2008/145277 describes a pneumatic object provided with an elastomeric layer impervious to inflation gases, characterized in that said elastomeric layer comprises at least one thermoplastic copolymer elastomer polystyrene block and polyisobutylene, and a polybutene oil.
  • This tire compared to a tire comprising a butyl rubber waterproof layer, has a reduced hysteresis while maintaining good sealing properties.
  • thermoplastics have a high degree of tightness, but a deformability so low as to make their use difficult in the field of tires because of the constraints of manufacture and use.
  • thermoplastic styrene elastomer TPS
  • the present invention particularly relates to a composite waterproof layer comprising:
  • an elastomeric material comprising at least, as sole elastomer or elastomer by weight, a thermoplastic styrene elastomer (“TPS”), and
  • centimetric elements made of a thermoplastic material, the centimeter elements: being disposed inside the elastomeric material, parallel to or substantially parallel to the surface of the composite waterproof layer,
  • the invention relates more particularly to pneumatic tires intended to equip tourism-type motor vehicles, SUVs ("Sport Utility Vehicles"), two wheels (in particular motorcycles, bicycles), planes, such as industrial vehicles chosen from light trucks, "Weight "heavy” - that is, metros, buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-the-road vehicles such as agricultural or civil engineering vehicles -, other transport vehicles or Handling.
  • SUVs Sport Utility Vehicles
  • two wheels in particular motorcycles, bicycles
  • planes such as industrial vehicles chosen from light trucks, "Weight "heavy” - that is, metros, buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-the-road vehicles such as agricultural or civil engineering vehicles -, other transport vehicles or Handling.
  • part by weight per hundred parts by weight of elastomer (or phr) is meant for the purposes of the present invention, the part, by mass per hundred parts by weight of elastomer or rubber.
  • any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (i.e. terminals a and b excluded) while any range of values designated by the expression “from a to b” means the range from a to b (i.e., includes the strict limits a and b).
  • the interval represented by the expression "between a and b" is also designated and preferentially.
  • composition based on is understood to mean a composition comprising the mixture and / or the reaction product of the various constituents used, some of these basic constituents being capable of or intended to react with each other, at least in part, during the different phases of manufacture of the composition, in particular during its crosslinking or vulcanization.
  • a composition based on an elastomeric matrix and sulfur comprises the elastomeric matrix and the sulfur before firing, whereas after firing the sulfur is no longer present in the free state in the elastomeric material because the latter reacted with the elastomeric matrix forming disulfide bridges.
  • a majority compound in the sense of the present invention, it is understood that this compound is predominant among the compounds of the same type in the composition, that is to say that it is the one which represents the largest amount by mass among the compounds of the same type, for example more than 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or even 100% by weight relative to the total weight of the type of compound.
  • a majority reinforcing filler is the reinforcing filler representing the largest mass relative to the total weight of the reinforcing fillers in the composition.
  • a “minor” compound is a compound that does not represent the largest mass fraction among compounds of the same type.
  • the composite waterproof layer according to the invention has the essential feature of comprising an elastomeric composition comprising an elastomeric material comprising at least one styrenic thermoplastic elastomer with which centimetric elements of thermoplastic material are associated, and optionally an oil of extension of the elastomer.
  • the elastomeric material comprises at least, based on a single elastomer or predominant elastomer by weight, a thermoplastic styrene elastomer (TPS) which is part of the family of thermoplastic elastomers (TPE).
  • TPS thermoplastic styrene elastomer
  • TPEs have an intermediate structure between thermoplastic polymers and elastomers. They consist of rigid thermoplastic blocks connected by flexible elastomeric blocks, for example polybutadiene, polyisoprene, poly (ethylene / butylene) or polyisobutylene. They are often triblock elastomers with two rigid segments connected by a flexible segment. The rigid and flexible segments can be arranged linearly, star or connected. Typically, each of these segments or blocks contains at least more of 5, usually more than 10 base units (eg styrene units and isoprene units for a styrene / isoprene / styrene triblock copolymer).
  • base units eg styrene units and isoprene units for a styrene / isoprene / styrene triblock copolymer.
  • the TPE elastomer according to one object of the invention is characterized in that it is chosen from thermoplastic styrene elastomers (TPS).
  • TPS thermoplastic styrene elastomers
  • styrenic monomer any monomer based on styrene, unsubstituted as substituted; among the substituted styrenes may be mentioned, for example, methylstyrenes (for example ⁇ -methylstyrene, m-methylstyrene or p-methylstyrene, alpha-methylstyrene, alpha-2-dimethylstyrene, alpha-4-dimethylstyrene or diphenylethylene), para-tert-butylstyrene, chlorostyrenes (e.g., ⁇ -chlorostyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, 2,4-dichlorostyren
  • bromostyrenes for example ⁇ -bromostyrene, m-bromostyrene, p-bromostyrene, 2,4-dibromostyrene, 2,6-dibromostyrene or 2,4,6-tribromostyrene
  • fluorostyrenes for example ⁇ -fluorostyrene, m-fluorostyrene, p-fluorostyrene, 2,4-difluorostyrene, 2,6-difluorostyrene or 2,4,6-trifluorostyrene
  • para-hydroxy-styrene para-hydroxy-styrene.
  • the styrenic thermoplastic elastomer comprises a polyisobutylene elastomer block.
  • the TPS thermoplastic elastomer is a polystyrene and polyisobutylene block copolymer, ie a block copolymer with styrene and isobutylene.
  • a definition is meant any thermoplastic copolymer having at least one polystyrene block (i.e. one or more polystyrene blocks) and at least one polyisobutylene block (i.e. one or more polyisobutylene blocks) , to which other blocks (for example polyethylene and / or polypropylene) and / or other monomer units (for example unsaturated units such as dienes) may or may not be associated.
  • such a block copolymer is a styrene / isobutylene / styrene triblock copolymer (abbreviated as "SIBS").
  • SIBS styrene / isobutylene / styrene triblock copolymer
  • SIBS elastomer or copolymer SIBS is meant in the present application, by definition, any styrene / isobutylene / styrene triblock elastomer in which the polyisobutylene central block may optionally be halogenated, and may be interrupted or not by one or more unsaturated units, in particular a or more dienic units such as isoprenic.
  • the weight content of styrene in the styrenic elastomer is between 5% and 50%. Below the minimum indicated, the thermoplastic nature of the elastomer may decrease significantly while above the maximum recommended, the elasticity of the seal layer may be affected. For these reasons, the styrene content is more preferably between 10% and 40%, in particular between 15 and 35%.
  • the glass transition temperature (Tg, measured according to ASTM D3418) of the elastomer block of the TPS elastomer is less than -20 ° C., more preferentially less than -40 ° C.
  • Tg higher than these minima can reduce the performance of the waterproof layer during use at very low temperatures; for such use, the Tg of the TPS elastomer is more preferably still lower than -50 ° C.
  • the number-average molecular weight (denoted Mn) of the TPS elastomer is preferably between 30,000 and 500,000 g / mol, more preferably between 40,000 and 400,000 g / mol.
  • Mn number-average molecular weight
  • the cohesion between the chains of the elastomer especially due to the possible dilution of the latter by an extension oil, may be affected; on the other hand, an increase in the temperature of use may affect the mechanical properties, including the properties at break, resulting in decreased performance "hot”.
  • a mass Mn that is too high can reduce the flexibility of the composite waterproof layer.
  • a value in a range of 50,000 to 300,000 g / mol is particularly well suited, in particular to a use of the elastomeric material in a tire.
  • the number-average molecular weight (Mn) of the TPS elastomer is determined in known manner by steric exclusion chromatography (SEC).
  • SEC steric exclusion chromatography
  • the sample is first solubilized in tetrahydrofuran at a concentration of about 1 g / l; then the solution is filtered on 0.45 ⁇ porosity filter before injection.
  • the apparatus used is a "WATERS alliance" chromatographic chain.
  • the elution solvent is tetrahydrofuran, the flow rate 0.7 ml / min, the system temperature 35 ° C and the analysis time 90 min.
  • a set of four WATERS columns in series, of trade names "STYRAGEL"("HMW7","HMW6E" and two "HT6E" is used.
  • the injected volume of the solution of the polymer sample is 100 ⁇ .
  • the detector is a "WATERS 2410" differential refractometer and its associated software for the exploitation of chromatographic data is the "WATERS MILLENIUM” system.
  • the calculated average molar masses relate to a calibration curve made with polystyrene standards.
  • the TPS elastomer and the centimeter elements may alone constitute the composite waterproof layer or be associated in the elastomeric material with other elastomers.
  • the TPS elastomer constitutes the majority elastomer by weight.
  • Such complementary elastomers, minority by weight could be, for example, diene elastomers such as natural rubber or synthetic polyisoprene, butyl rubber or thermoplastic elastomers other than styrenic, within the limit of the compatibility of their microstructures.
  • the elastomer other than the thermoplastic styrene elastomer is selected from the group consisting of polybutadienes, synthetic polyisoprenes, natural rubber, butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • the elastomeric material may comprise from 50 to less than 100 phr, preferably from 70 to less than 100 phr, preferably from 80 to less than 100 phr, preferably from 90 to less than 100 phr, of TPS.
  • the elastomeric material comprises, respectively, from more than 0 to 50 phr, preferably from more than 0 to 30 phr, preferably from more than 0 to 20 phr, preferably from 0 to 10 phr of another different elastomer. GST.
  • the TPS elastomer in particular SIBS, is the only thermoplastic elastomer, advantageously the only elastomer, present in the elastomeric material of the composite waterproof layer.
  • the elastomeric material may comprise exclusively, that is to say 100 phr, of TPS, preferably the SI BS.
  • the TPS elastomers can be implemented conventionally, by extrusion or molding, for example from a raw material available in the form of beads or granules.
  • TPS elastomers are commercially available, sold for example in the case of SI BS by KANEKA under the name "SI BSTAR" (eg "Sibstar 102T", “Sibstar 103T” or “Sibsta r 073T”). For example, they have been described, as well as their synthesis, in patent documents EP 731 112, US Pat. No. 4,946,899, US 5,260,383. They were first developed for biomedical applications then described in various applications specific to TPS elastomers, as varied as medical equipment, parts for automobile or household appliances, sheaths for electrical wires, sealing parts or elastics (see for example EP I 431 343, EP 1 561 783, EP 1 566 405, WO 2005/103146).
  • centimetric elements advantageously makes it possible to lower the coefficient of permeability (thus increasing the seal) of the sealed layer while decreasing the hysteresis.
  • centimetric elements are made of a thermoplastic material, that is to say of a material that softens when heated above a certain temperature called “softening temperature”, and which, reversibly, becomes again hard when cooled below this temperature.
  • its melting or softening temperature is greater than 100 ° C, preferably greater than 140 ° C and very preferably between 170 and 300 ° C;
  • its permeability to air at 60 ° C is less than 3.10 17 ITAN ⁇ S 1 , preferably less than 5.10 18 m 4 .N _1 .s 1 in order to improve the tightness of the sealed elastomeric composition.
  • the softening temperature can be measured, for example, according to the method described in ASTM D 1525.
  • the air permeability at 60 ° C can be measured, for example, according to the method described hereinafter.
  • the thermoplastic material is selected from the group consisting of polyolefins, chlorinated vinyl polymers, polystyrenes, polyamides, polyesters, copolymers of ethylene and vinyl alcohol (EVOH), polyacrylates, polyacetals, and their mixtures.
  • the polyolefins are chosen from polyethylenes and polypropylenes.
  • the chlorinated vinyl polymers are chosen from polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), chlorinated polyvinyl chloride (CPVC) and mixtures thereof.
  • the polyesters are chosen from among polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC) and polyethylene naphthalate (PEN), and mixtures thereof.
  • the polyamides may be chosen from aliphatic polyamides and preferably from polyamides 6, polyamides 6-6, polyamides 11 and mixtures thereof.
  • An example of polyacrylate is polymethyl methacrylate (PMMA); an example of polyacetal is methylene oxide (POM).
  • thermoplastic materials particularly with regard to polyamides
  • they have been described, as well as their synthesis, in the documents Techniques de l' publication, ref A3360 and 0702 polyamides PA, a reference derived from "plastic and composite materials" by B. Guerin.
  • the centimetric elements may be adhered, that is to say treated so as to improve their adhesion to the elastomeric material.
  • centimetric elements may be adhered with a glue chosen from epoxy glues followed by liquid resorcinol-formaldehyde latex (RFL) treatment and formaldehyde-based glues, preferably RFL glues.
  • RFL adhesive used to adhere centimetric elements, those described in application WO 2001/057116 may be mentioned.
  • centimeter elements can be measured simply by means of a ruler in terms of their area, and an optical microscope in terms of their thickness.
  • centimeter elements have a thickness of between 10 and 100 ⁇ , preferably between 10 and 50 ⁇ , preferably between 10 and 30 ⁇ . Above 100 ⁇ , the centimetric elements become too rigid and no longer allow the composite waterproof layer to provide satisfactory deformability or flexibility. Below 10 ⁇ , the risk of deteriorating centimetric elements when handling becomes too important.
  • the centimeter elements have an area of between 0.5 and 10 cm 2 , preferably between 2 and 6 cm 2 , preferably between 2 and 4 cm 2 . Beyond 10 cm 2 , the biasing amplitude of the centimeter elements becomes too high vis-à-vis the fatigue resistance capacity of the thermoplastics used. Below 0.5 cm 2 , the tightness of the composite waterproof layer is no longer satisfactory.
  • the ratio of the surface area to the thickness of the centimeter elements is between 5.10 3 and 10 6 , preferably between 10 5 and 10 6 .
  • the surface of the centimeter elements can be of any form allowing its use in the context of the present invention.
  • the surface of the centimeter elements can have a shape of a square, a rectangle, a rhombus, a trapezium, a triangle, a circle, an oval, a hexagon, etc.
  • the surface of the centimeter elements is in the form of a parallelogram (i.e. is a quadrilateral whose opposite sides are parallel in pairs), preferably a rectangle or a rhombus, more preferably a square.
  • centimeter elements are disposed inside the elastomeric material, parallel or substantially parallel to the surface of the composite waterproof layer.
  • substantially parallel is meant parallel to plus or minus 20 degrees, preferably plus or minus 15 degrees, preferably plus or minus 10 degrees, preferably plus or minus 5 degrees, relative to the surface of the seal layer. composite.
  • the centimeter elements cover a surface corresponding to 80% to 100% of the surface of the composite waterproof layer.
  • the centimeter elements may cover a corresponding surface of 90 to 100%, preferably from 95% to 100%, preferably 100% of the surface of the composite waterproof layer.
  • the centimeter elements have an overlap ratio ranging from 10 to 100%.
  • the centimeter elements can shift slightly relative to each other.
  • the rate of overlap may decrease during the conformation of the tire.
  • the overlap ratio is between 50 and 100%, preferably between 60 and 100%, preferably between 70 and 100%, preferably between 80 and 100%.
  • the rate of overlap is between 10 and 90%, preferably between 10 and 80%, preferably between 40 and 80%, preferably between 30 and 60%.
  • overlap ratio is meant the percentage of the area covered by all centimeter elements which is covered by at least two different centimetric elements.
  • the centimeter elements can be distributed over at least two planes parallel or substantially parallel to the surface of the composite waterproof layer.
  • This number of plans can be two, three, or more.
  • the centimeter elements are distributed in two planes parallel or substantially parallel to the surface of the composite waterproof layer.
  • the distance between each of the planes may be zero, that is to say that the centimeter elements of a plane are contiguous (that is to say in contact) centimetric elements of at least one other plane ( Figure 2B).
  • the distance between the at least two planes (called decoupling thickness) may be in a range from 0 to 500 ⁇ , preferably from 100 to 500 ⁇ , preferably from 100 to 200 ⁇ (FIG. 2A).
  • the TPS elastomer and the centimeter elements are sufficient on their own for the gas-tight function to be fulfilled with respect to the pneumatic objects in which they are used.
  • the elastomeric material previously described also comprises, as plasticizer, an extender oil (or plasticizing oil) whose function is to facilitate the implementation of the composite waterproof layer, particularly its integration into the pneumatic object by a lowering of the module and an increase in the tackifying power.
  • an extender oil or plasticizing oil
  • Any extension oil preferably of a slightly polar nature, capable of extending and plasticizing elastomers, especially thermoplastics, may be used. At room temperature (23 ° C), these oils, more or less viscous, are liquids (that is to say, as a reminder, substances having the ability to eventually take the shape of their container), as opposed in particular to resins or rubbers which are inherently solid.
  • the extender oil is chosen from the group consisting of polyolefinic oils (that is to say derived from the polymerization of olefins, monoolefins or diolefins), paraffinic oils, naphthenic oils (low or high viscosity), aromatic oils, mineral oils, and mixtures of these oils.
  • a polybutene-type oil is preferably used, in particular a polyisobutylene oil (abbreviated as "PIB"), which has demonstrated the best compromise of properties compared to the other oils tested, in particular to a conventional oil of the paraffinic type.
  • PIB polyisobutylene oil
  • polyisobutylene oils are sold in particular by UNIVAR under the name “Dynapak Poly” (eg “Dynapak Poly 190”), by INEOS Oligomer under the name “INDOPOL H1200”), by BASF under the names “ Glissopal “(eg” Glissopal 1000 ”) or” Oppanol “(eg” Oppanol B12 "); paraffinic oils are marketed for example by EXXON under the name “Telura 618" or by Repsol under the name "Extensol 51".
  • the number-average molecular mass (Mn) of the extender oil is preferably between 200 and 25,000 g / mol, more preferably between 300 and 10,000 g / mol. For masses Mn too low, there is a risk of migration of the oil to the outside of the elastomeric material and excessive tack, while too high masses can lead to excessive stiffening of this composition. A mass Mn of between 350 and 4000 g / mol, in particular between 400 and 3000 g / mol, has proved to be an excellent compromise for the intended applications, in particular for use in a tire.
  • the number average molecular weight (Mn) of the extender oil is determined by SEC, according to the procedure previously described.
  • the level of extender oil is greater than 5 phr, preferably between 5 and 150 phr (parts by weight per hundred parts of total elastomer, that is to say elastomer TPS plus any other elastomer eventual present in the elastomeric material).
  • the elastomeric material may be too rigid for some applications while beyond the maximum recommended, there is a risk of insufficient cohesion of the elastomeric material and loss of sealing.
  • the extender oil content be greater than 10 phr, in particular between 10 and 130 phr, more preferably still greater than 10 phr. at 20 phr, in particular between 20 and 100 phr.
  • the composite waterproof layer or the elastomeric material described above may further comprise the various additives usually present in the airtight layers known to those skilled in the art.
  • reinforcing fillers such as carbon black or silica, non-reinforcing or inert fillers, coloring agents that can be advantageously used for coloring the elastomeric material, plasticizers other than the above-mentioned extension oils, resins tackifying agents, protective agents such as antioxidants or antiozonants, anti-UV, various processing agents or other stabilizers, or promoters able to promote adhesion to the rest of the structure of the pneumatic object.
  • the composite waterproof layer or composition according to the invention is a solid assembly with an elastic behavior (at 23 ° C.), which is characterized in particular by its specific formulation by a very high flexibility and very high deformability.
  • the composite waterproof layer described herein can be used as a gas-tight layer, especially air and nitrogen, in any type of pneumatic object. Examples of such pneumatic objects include vehicle tires or inflatable boats.
  • an airtight layer or any other inflation gas, for example nitrogen
  • a pneumatic object finished or semi-finished product, of rubber, especially in a pneumatic tire.
  • a motor vehicle such as a two-wheeled vehicle, tourism or industrial.
  • Industrial means trucks, "heavy goods vehicles” - that is, metros, buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-the-road vehicles such as agricultural civil engineering - and other transport or handling vehicles.
  • Such a composite waterproof layer is preferably disposed on the inner wall of the pneumatic object, but it can also be completely integrated into its internal structure.
  • the thickness of the composite waterproof layer is preferably greater than 0.05 mm, more preferably between 0.1 mm and 10 mm, more preferably between 0.5 and 2 mm.
  • the ratio of the thickness of the composite waterproof layer to the thickness of the composite elements within the composite waterproof layer may be in a range from 2 to 100, preferably from 2 to 5, preferably from 2 to 10.
  • the thickness of the elastomeric material within the composite waterproof layer may be at least 0.04 mm, preferably at least 0.09 mm, preferably between 0.04 and 9.98 mm, preferably between 0.09 and 9 mm, more preferably between 0.09 and 2 mm.
  • the embodiment of the invention may vary, the composite waterproof layer then having several preferential thickness ranges.
  • the preferred thickness may be between 1 and 3 mm.
  • the preferred thickness can be between 2 and 10 mm.
  • the composite waterproof layer according to the invention has the advantage of not only having a lower hysteresis, and thus of offering reduced rolling resistance to pneumatic tires. , but still a greatly improved seal while having good deformability, as demonstrated in the following embodiments.
  • the present invention also relates to a tire provided with a composite waterproof layer according to the present invention.
  • the composite waterproof layer is disposed on the inner wall of the tire. 1.4 Preparation of composite waterproof layers
  • the manufacture of the sealed elastomeric composition is advantageously carried out by means of an extrusion tool, preferably with a twin-screw extruder.
  • an extrusion tool preferably with a twin-screw extruder.
  • Such an extruder makes it possible to obtain both the melting of the thermoplastic constituent (s) of the composition and their intimate kneading with the other constituents of the composition.
  • the manufacturing process can comprise the following steps:
  • thermoplastic elastomer and the other constituents of the composition into one or more feeds of the twin-screw extruder; and - melting and kneading the components by bringing the assembly to a mixing temperature (TM) during transfer into the body of the twin-screw extruder.
  • TM mixing temperature
  • the body of the twin screw extruder is brought to a TM temperature higher than the melting or softening temperature of the polyisobutylene block thermoplastic elastomer of the composition. This ensures, during the transfer of the constituents in the body of the extruder, both the melting of the thermoplastic component and its kneading.
  • the temperature difference must be greater than 5 ° C so that the melting is complete and is preferably greater than 10 ° C.
  • a section die adapted for the intended use of the sealed elastomer layer.
  • a die is preferably used flat to obtain a flat profile ready to be introduced into the blank of the tire.
  • the profile can be received by a protective interlayer placed on a moving belt and then stored in the form of a coil.
  • the optional extender oil of the composition and any additives may be introduced.
  • the first kneading step is generally carried out by incorporating the reinforcing filler with the elastomer in one or more times by thermomechanically kneading.
  • the reinforcing filler in particular carbon black
  • the masterbatch is directly kneaded and if necessary is incorporated other elastomers or reinforcing fillers present in the composition that are not in the form of masterbatch, as well as additives other than the crosslinking system.
  • the final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for a characterization in the laboratory, or else extruded in the form of a rubber profile that can be used, for example an inner layer.
  • centimeter elements can be manufactured in suitable mixers, according to methods well known to those skilled in the art.
  • the thermoplastic material generally in the form of a granule, is introduced into a mixer and is worked or kneaded at a temperature above its softening point, generally at a temperature above 10 ° C. melting or the glass transition temperature of the thermoplastic.
  • thermoplastic material is cooled to a temperature below its softening point and extruded or calendered in the form of a sheet or plate which is then cut so as to obtain centimetric elements of desired shapes and dimensions.
  • centimeter elements da ns the elastomeric material of the composite waterproof layer may be carried out according to various known methods, for example by placing centimeter elements between two layers of elastomeric material.
  • the centimeter elements may for example be arranged manually in two planes on a first layer of elastomeric materials, in particular so as to cover between 80 and 100% of the surface of the layer of elastomeric material with an overlap ratio included in a range of from 10 to 100%.
  • the first elastomeric layer, previously covered with centimeter elements may be covered with a second layer of elastomeric material, identical or different from the first elastomeric layer.
  • a layer of elastomeric material may be disposed between the two planes formed by the centimeter elements.
  • FIG. 1 very schematically represents a radial section of a tire according to the invention
  • FIGS. 2A and 2B show diagrams of a composite waterproof layer 1 according to the present invention in which the centimeter elements 3 are arranged in an elastomeric material 2, parallel to the surface of the composite waterproof layer.
  • "A” represents the thickness of the composite waterproof layer and "b” represents the decoupling thickness between the two planes on which the centimeter elements are arranged.
  • the centimeter elements are contiguous, that is to say that the decoupling thickness is zero.
  • FIG. 1 represents very schematically (without respecting a specific scale) a radial section of a tire comprising a composite waterproof layer according to the invention.
  • This tire 1 comprises a som met 2 reinforced by a crown reinforcement or belt 6, two sidewalls 3 and two beads 4, each of these beads 4 being reinforced with a rod 5.
  • the sum 2 is surmounted by a tread not shown in this schematic figure.
  • a carcass reinforcement 7 is wound around the two rods 5 in each bead 4, the upturn 8 of this armature 7 being for example disposed towards the outside of the tire 1 which is shown here mounted on its rim 9.
  • the carcass reinforcement 7 is in known manner constituted of at least one sheet reinforced by so-called "radial” cables, for example textile or metal, that is to say that these cables are arranged substantially parallel to each other and s' extend from one bead to the other so as to form an angle of between 80 ° and 90 ° with the median circumferential plane (plane perpendicular to the axis of rotation of the tire which is located halfway between the two beads 4 and goes through the middle of the crown frame 6.
  • radial cables for example textile or metal
  • the inner wall of the tire 1 comprises a composite waterproof layer 10, for example of thickness approximately 0.9 mm, on the side of the inner cavity 11 of the tire 1.
  • This inner layer covers the entire inner wall of the tire, extending from one side to the other, at least to the level of the rim hook when the tire is in the mounted position. It defines the radially inner face of said tire intended to protect the carcass reinforcement from the diffusion of air coming from the inner space 11 to the tire. It allows inflation and pressure maintenance of the tire; its sealing properties must enable it to guarantee a relatively low rate of pressure loss, to maintain the swollen bandage, in normal operating condition, for a sufficient duration, normally of several weeks or several months.
  • the tire comprising a composite waterproof layer uses in this example, as a composite waterproof layer, an elastomeric composition comprising an elastomer SI BS ("Sibstar 102T With a styrene content of about 15%, a Tg of about -65 ° C. and a M n of about 90,000 g / mol) extended for example with a PIB oil (for example 40 phr of oil).
  • SI BS Sibstar 102T With a styrene content of about 15%, a Tg of about -65 ° C. and a M n of about 90,000 g / mol
  • PIB oil for example 40 phr of oil
  • the tire provided with its composite waterproof layer (10) as described above can be made before or after vulcanization (or baking).
  • the composite waterproof layer is simply applied in a conventional manner to the desired location, for formation of the layer 10.
  • the vulcanization is then carried out conventionally.
  • the TPS elastomers support the constraints related to the vulcanization step.
  • An advantageous manufacturing variant for those skilled in the tire industry, will for example consist in a first step of depositing the composite waterproof layer directly on a manufacturing drum in the form of a layer ( "skim") of suitable thickness, before covering the latter with the rest of the structure of the tire, according to manufacturing techniques well known to those skilled in the art.
  • the sealing layer is applied inside the baked tire by any appropriate means, for example by gluing, by spraying, or extrusion and blowing of a thick film. appropriate.
  • sealing properties were first analyzed on test specimens of butyl rubber compositions on the one hand, TPS elastomer on the other hand and with centimeter elements.
  • a rigid wall permeameter was used, placed in an oven (temperature 60 ° C in this case), equipped with a relative pressure sensor (calibrated in the range of 0 to 6 bar) and connected to a tube equipped with an inflation valve.
  • the permeameter can receive specimens in disk form (for example of diameter 65 m in this case) and of uniform thickness up to 1.5 mm (0.5 mm in this case).
  • the pressure sensor is connected to a National Instruments data acquisition card (four-channel analog 0-10V acquisition) which is connected to a computer performing a continuous acquisition with a frequency of 0.5 Hz (1 point every two seconds).
  • the coefficient of permeability (K) is measured from the linear regression line giving the slope a of the loss of pressure through the test piece as a function of time, after stabilization of the system that is to say obtaining a stable regime in which the pressure decreases linearly with time.
  • control layer A0 is made from a conventional inner layer composition based on butyl rubber and carbon black.
  • the control layer Al is manufactured from a composition based on an elastomeric material and differs from the composition of the layer A2 below only in that it does not comprise centimetric elements.
  • A2 layer manufactured from a composition according to the present invention. It comprises an elastomeric material and centimeter elements made of thermoplastic material.
  • centimetric elements made of polyamide 6 (reference Capran 75 marketed by Honeywell) with a thickness of 20 ⁇ and a size of 1.5 cm ⁇ 1.5 cm; distributed over the entire surface of the layer and have a recovery rate of 25%
  • the A2 layer according to the present invention shows a significant gain in sealing measured in the laboratory test tube compared to the layers based on butyl composition conventionally used.
  • pneumatic tires B0, B1 and B2 of the passenger vehicle type (dimension 195/65 R15), were manufactured, their inner wall being covered respectively by a waterproof layer. air A0, A1 or A2 (placed on a clothing drum, before manufacturing the rest of the tire). Then, the tires were vulcanized.
  • the invention offers tire designers the opportunity to reduce the hysteresis of the sealing layers very significantly, and therefore the fuel consumption of motor vehicles equipped with such tires, while ensuring a superior seal to that obtained with a conventional butyl rubber airtight layer and having good deformability.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'invention concerne une couche étanche composite présentant une étanchéité améliorée, une hystérèse réduite tout en conservant une déformabilité satisfaisante. Cette couche étanche composite comprend (i) un matériau élastomérique comprenant au moins, à titre de seul élastomère ou d'élastomère majoritaire en poids, un élastomère thermoplastique styrénique («TPS»), et (ii) des éléments centimétriques en un matériau thermoplastique, les éléments centimétriques étant disposés à l'intérieur du matériau élastomérique, parallèlement ou sensiblement parallèle à la surface de la couche étanche composite; présentant un taux de chevauchement allant de 10à 100%; ayant une épaisseur comprise entre 10 et 100 µm, une surface comprise entre 0,5 et 10 cm²;et recouvrant une surface correspondant de 80 à 100% de la surface de la couche étanche composite.

Description

COUCH E ETANCHE COM POSITE
La présente invention est relative à des objets « pneumatiques », c'est-à-dire, par définition, aux objets qui prennent leur forme utilisable quand on les gonfle d'air ou d'un gaz de gonflage équivalent.
Elle se rapporte plus particulièrement aux couches étanches aux gaz assurant l'étanchéité de ces objets pneumatiques, en particulier celle des bandages pneumatiques.
Dans un bandage pneumatique conventionnel du type « tubeless » (c'est-à-dire sans chambre à air), la face radialement intérieure 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 bandage pneumatique. Ses propriétés d'étanchéité lui permettent de garantir un taux de perte de pression relativement faible, permettant de maintenir le bandage gonflé en état de fonctionnement normal pendant une durée suffisante, normalement de plusieurs semaines ou plusieurs mois. Elle a également pour fonction de protéger l'a rmature 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 au bandage.
Cette fonction de couche intérieure ou « gomme intérieure » étanche ( "inner liner") est aujourd'hui remplie par des compositions à base de caoutchouc butyl (copolymère d'isobutylène et d'isoprène), reconnues depuis fort longtemps pour leurs excellentes propriétés d'étanchéité.
Toutefois, un inconvénient bien connu des compositions à base de caoutchouc ou élastomère butyl est qu'elles présentent des pertes hystérétiques importantes, qui plus est sur un spectre large de température, inconvénient qui pénalise la résistance au roulement des bandages pneumatiques.
Diminuer l'hystérèse de ces couches d'éta nchéité et donc in fine la consommation de carburant des véhicules automobiles, est un objectif général auquel se heurte la technologie actuelle.
De nombreuses solutions ont été recherchées pour tenter de diminuer l'hystérèse des couches étanches tout en conservant une bonne étanchéité.
Le document US 6,136,123 divulgue un objet pneumatique pourvu d'une couche étanche aux gaz de gonflage, comportant une composition élastomère diénique et un film thermoplastique à base de résine thermoplastique. Comparativement à un caoutchouc butyl, le film thermoplastique présente l'avantage majeur, en raison de sa nature thermoplastique, de pouvoir être travaillé tel quel à l'état fondu (liquide), et par conséquent d'offrir une possibilité de mise en œuvre simplifiée, de diminuer l'hystérèse et de maintenir une bonne étanchéité par rapport à des compositions à base de caoutchouc butyl.
La demande WO 2008/145277 décrit quant à elle un objet pneumatique pourvu d'une couche élastomère étanche aux gaz de gonflage, caractérisé en ce que ladite couche élastomère comporte au moins un élastomère thermoplastique copolymère à blocs polystyrène et polyisobutylène, et une huile polybutène. Ce pneumatique, comparativement à un pneumatique comprenant une couche étanche en caoutchouc butyl, présente une hystérèse réduite toute en conservant de bonnes propriétés d'étanchéité.
Toutefois, il demeure intéressant à ce jour de trouver des solutions permettant de conférer aux couches intérieures de bonnes propriétés d'étanchéité et de diminution de l'hystérèse par rapport à des compositions à base de caoutchouc butyl, tout en conservant des propriétés de déformabilité satisfaisantes.
En effet, réaliser une structure qui soit à la fois déformable et étanche s'avère particulièrement complexe. Les élastomères utilisés pour leurs propriétés de déformabilité présentent en générale une faible étanchéité. A contrario, les thermoplastiques présentent une étanchéité élevée, mais une déformabilité si faible qu'elle rend leur utilisation difficile dans le domaine des pneumatiques en raison des contraintes de fabrication et d'utilisation.
En poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert que l'incorporation d'éléments centimétriques en matériau thermoplastique au sein d'une couche d'étanchéité permet encore d'améliorer les propriétés d'étanchéité tout en diminuant l'hystérèse et en conférant une bonne déformabilité des couches étanches à base d'élastomère thermoplastique styrénique (TPS).
Ainsi, la présente invention concerne notamment une couche étanche composite comprenant :
(i) un matériau élastomérique comprenant au moins, à titre de seul élastomère ou d'élastomère majoritaire en poids, un élastomère thermoplastique styrénique (« TPS »), et
(ii) des éléments centimétriques en un matériau thermoplastique, les éléments centimétriques : - étant disposés à l'intérieur du matériau élastomérique, parallèlement ou sensiblement parallèle à la surface de la couche étanche composite,
- présentant un taux de chevauchement allant de 10 à 100%,
- ayant une épaisseur comprise entre 10 et 100 μιη, une surface comprise entre 0,5 et 10 cm2, et
- recouvrant une surface correspondant de 80 à 100% de la surface de la couche étanche composite.
L'invention concerne plus particulièrement les bandages pneumatiques destinés à équiper des véhicules à moteur de type tourisme, SUV ( "Sport Utility Vehicles"), deux roues (notamment motos, vélos), avions, comme des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, « Poids-lourd » - c'est-à-dire métro, bus, engins de tra nsport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil -, autres véhicules de transport ou de manutention.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures relatives à ces exemples. I. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
1.1 Définitions
Par l'expression "partie en poids pour cent parties en poids d'élastomère" (ou pce), il faut entendre au sens de la présente invention, la partie, en masse pour cent parties en masse d'élastomère ou de caoutchouc.
Dans la présente, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) en masse. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire inclua nt les bornes strictes a et b). Dans la présente, lorsqu'on désigne un intervalle de valeurs par l'expression "de a à b", on désigne également et préférentiellement l'intervalle représenté par l'expression "entre a et b".
Dans la présente, par l'expression composition "à base de", on entend une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base étant susceptibles de, ou destinés à, réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, en particulier au cours de sa réticulation ou vulcanisation. A titre d'exemple, une composition à base d'une matrice élastomérique et de soufre comprend la matrice élastomérique et le soufre avant cuisson, alors qu'après cuisson le soufre n'est plus présent à l'état libre dans le matériau élastomérique car ce dernier a réagi avec la matrice élastomérique en formant des ponts disulfure. Lorsqu'on fait référence à un composé « majoritaire », on entend au sens de la présente invention, que ce composé est majoritaire parmi les composés du même type dans la composition, c'est-à-dire que c'est celui qui représente la plus grande quantité en masse parmi les composés du même type, par exemple plus de 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, voire 100% en poids par rapport au poids total du type de composé. Ainsi, par exemple, une charge renforçante majoritaire est la charge renforçante représentant la plus grande masse par rapport à la masse totale des charges renforçantes dans la composition. Au contraire, un composé « minoritaire » est un composé qui ne représente pas la fraction massique la plus grande parmi les composés du même type.
1.2 Couche étanche composite
La couche étanche composite selon l'invention a pour caractéristique essentielle de comporter une composition élastomère comprenant d'un matériau élastomérique comportant au moins un élastomère thermoplastique styrénique auquel est associé des éléments centimétriques en matériau thermoplastique, et optionnellement une huile d'extension de l'élastomère.
1.2. A Matériau élastomérique
Le matériau élastomérique comporte au moins, à tire de seul élastomère ou d'élastomère majoritaire en poids, un élastomère thermoplastique styrénique (TPS) qui fait partie de la famille des élastomères thermoplastiques (TPE).
Les TPE ont une structure intermédiaire entre polymères thermoplastiques et élastomères. Ils sont constitués de séquences rigides thermoplastiques reliées par des séquences souples élastomères, par exemple polybutadiène, polyisoprène, poly(éthylène/butylène), ou encore polyisobutylène. Ce sont souvent des élastomères triblocs avec deux segments rigides reliés par un segment souple. Les segments rigides et souples peuvent être disposés linéairement, en étoile ou branchés. Typiquement, chacun de ces segments ou blocs contient au minimum plus de 5, généralement plus de 10 unités de base (par exemple unités styrène et unités isoprène pour un copolymère triblocs styrène/ isoprène/ styrène).
L'élastomère TPE selon un objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il est choisi parmi les élastomères thermoplastiques styréniques (TPS). Par monomère styrénique doit être entendu dans la présente description tout monomère à base de styrène, non substitué comme substitué ; parmi les styrènes substitués peuvent être cités par exemple les méthylstyrènes (par exemple Γο-méthylstyrène, le m-méthylstyrène ou le p-méthylstyrène, l'alpha-méthylstyrène, l'alpha-2-diméthylstyrène, l'alpha-4- diméthylstyrène ou le diphényléthylène), le para-tertio-butylstyrène, les chlorostyrènes (par exemple Γο-chlorostyrène, le m-chlorostyrène, le p- chlorostyrène, le 2,4-dichlorostyrène, le 2,6-dichlorostyrène ou le 2,4,6- trichlorostyrène), les bromostyrènes (par exemple Γο-bromostyrène, le m- bromostyrène, le p-bromostyrène, le 2,4-dibromostyrène, le 2,6-dibromostyrène ou les 2,4,6-tribromostyrène), les fluorostyrènes (par exemple Γο-fluorostyrène, le m- fluorostyrène, le p-fluorostyrène, le 2,4-difluorostyrène, le 2,6-difluorostyrène ou les 2,4,6-trifluorostyrène) ou encore le para-hydroxy-styrène.
Avantageusement, l'élastomère thermoplastique styrénique comporte un bloc élastomère polyisobutylène.
De préférence, l'élastomère thermoplastique TPS est un copolymère à blocs polystyrène et polyisobutylène, autrement dit un copolymère à bloc styrénique et isobutylène. Par une telle définition doit être entendu tout copolymère thermoplastique comportant au moins un bloc polystyrène (c'est-à-dire un ou plusieurs blocs polystyrène) et au moins un bloc polyisobutylène (c'est-à-dire un ou plusieurs blocs polyisobutylène), auxquels peuvent être associés ou non d'autres blocs (par exemple polyéthylène et/ou polypropylène) et/ou d'autres unités monomères (par exemple des unités insaturées telles que diéniques).
Plus préférentiellement encore, un tel copolymère blocs est un copolymère tribloc styrène/ isobutylène/ styrène (en abrégé « SIBS »). Par élastomère ou copolymère SIBS on entend dans la présente demande, par définition, tout élastomère tribloc styrène/ isobutylène/ styrène dans lequel le bloc central polyisobutylène peut éventuellement être halogéné, et peut être interrompu ou non par une ou plusieurs unités insaturées, en particulier une ou plusieurs unités diéniques telles qu'isopréniques.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le taux pondéral de styrène, dans l'élastomère styrénique est compris entre 5% et 50%. En dessous du minimum indiqué, le caractère thermoplastique de l'élastomère risque de diminuer de manière sensible tandis qu'au-dessus du maximum préconisé, l'élasticité de la couche étanche peut être affectée. Pour ces raisons, le taux de styrène est plus préférentiellement compris entre 10% et 40%, en particulier entre 15 et 35%.
On préfère que la température de transition vitreuse (Tg, mesurée selon ASTM D3418) du bloc élastomérique de l'élastomère TPS soit inférieure à - 20°C, plus préférentiellement inférieure à - 40°C. Une valeur de Tg supérieure à ces minima peut diminuer les performances de la couche étanche lors d'une utilisation à très basse température ; pour une telle utilisation, la Tg de l'élastomère TPS est plus préférentiellement encore inférieure à - 50°C.
La masse moléculaire moyenne en nombre (notée Mn) de l'élastomère TPS est préférentiellement comprise entre 30 000 et 500 000 g/mol, plus préférentiellement comprise entre 40 000 et 400 000 g/mol. En dessous des minima indiqués, la cohésion entre les chaînes de l'élastomère, notamment en raison de l'éventuelle dilution de ce dernier par une huile d'extension, risque d'être affectée ; d'autre part, une augmentation de la température d'usage risque d'affecter les propriétés mécaniques, notamment les propriétés à la rupture, avec pour conséquence une performance diminuée « à chaud ». Par ailleurs, une masse Mn trop élevée peut diminuer la souplesse de la couche étanche composite. Ainsi, on a constaté qu'une valeur comprise dans un domaine de 50 000 à 300 000 g/mol était particulièrement bien adaptée, notamment à une utilisation du matériau élastomérique dans un bandage pneumatique.
La masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) de l'élastomère TPS est déterminée de manière connue, par chromatographie d'exclusion stérique (SEC). L'échantillon est préalablement solubilisé dans du tétrahydrofuranne à une concentration d'environ 1 g/1 ; puis la solution est filtrée sur filtre de porosité 0,45 μιη avant injection. L'appareillage utilisé est une chaîne chromatographique « WATERS alliance ». Le solvant d'élution est le tétrahydrofuranne, le débit de 0,7 ml/min, la température du système de 35°C et la durée d'analyse de 90 min. On utilise un jeu de quatre colonnes WATERS en série, de dénominations commerciales « STYRAGEL » (« HMW7 », « HMW6E » et deux « HT6E »). Le volume injecté de la solution de l'échantillon de polymère est de 100 μΙ. Le détecteur est un réfractomètre différentiel « WATERS 2410 » et son logiciel associé d'exploitation des données chromatographiques est le système « WATERS MILLENIUM ». Les masses molaires moyennes calculées sont relatives à une courbe d'étalonnage réalisée avec des étalons de polystyrène. L'indice de polydispersité I p (rappel : I p = Mw/M n avec Mw masse moléculaire moyenne en poids) de l'élastomère TPS est de préférence inférieur à 3 ; plus préférentiellement Ip est inférieur à 2. L'élastomère TPS et les éléments centimétriques peuvent constituer à eux seuls la couche étanche composite ou bien être associés, dans le matériau élastomérique, à d'autres élastomères.
Si d'éventuels autres élastomères sont utilisés dans le matériau élastomérique, l'élastomère TPS constitue l'élastomère majoritaire en poids. De tels élastomères complémentaires, minoritaires en poids, pourraient être par exemple des élastomères diéniques tels que du caoutchouc naturel ou un polyisoprène synthétique, un caoutchouc butyl ou des élastomères thermoplastiques autres que styréniques, dans la limite de la compatibilité de leurs microstructures. De préférence, l'élastomère différent de l'élastomère thermoplastique styrénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, le caoutchouc naturel, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. Ainsi, le matériau élastomérique peut comprendre de 50 à moins de 100 pce, de préférence de 70 à moins de 100 pce, de préférence de 80 à moins de 100 pce, de préférence de 90 à moins de 100 pce, de TPS. Dans ce cas, le matériau élastomérique comprend respectivement de plus de 0 à 50 pce, de préférence de plus de 0 à 30 pce, de préférence de plus de 0 à 20 pce, de préférence de 0 à 10 pce d'un autre élastomère différent du TPS.
Toutefois, selon un mode de réalisation particulier, l'élastomère TPS, en particulier SIBS, est le seul élastomère thermoplastique, avantageusement le seul élastomère, présent dans matériau élastomérique de la couche étanche composite. En d'autres termes, de manière avantageuse, le matériau élastomérique peut comprendre exclusivement, c'est-à-dire 100 pce, de TPS, de préférence le SI BS.
Les élastomères TPS peuvent être mis en œuvre de façon classique, par extrusion ou moulage, par exemple à partir d'une matière première disponible sous la forme de billes ou de granulés.
Les élastomères TPS sont disponibles commercialement, vendus par exemple en ce qui concerne les SI BS par la société KANEKA sous la dénomination « SI BSTAR » (e.g. « Sibstar 102T », « Sibstar 103T » ou « Sibsta r 073T »). I ls ont par exemple été décrits, ainsi que leur synthèse, dans les documents brevet EP 731 112, US 4,946,899, US,5,260,383. Ils ont été développés tout d'abord pour des applications biomédicales puis décrits dans diverses applications propres aux élastomères TPS, aussi variées que matériel médical, pièces pour automobile ou pour électroménager, gaines pour fils électriques, pièces d'étanchéité ou élastiques (voir par exemple EP I 431 343, EP 1 561 783, EP 1 566 405, WO 2005/103146).
I.2.B Eléments centimétriques
L'utilisation d'éléments centimétriques permet avantageusement d'abaisser le coefficient de perméabilité (donc d'augmenter l'étanchéité) de la couche étanche tout en diminuant l'hystérèse.
Les éléments centimétriques sont en un matériau thermoplastique, c'est-à-dire en un matériau qui se ramollit lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une certaine température appelée « température de ramollissement », et qui, de manière réversible, redevient dur une fois refroidi en dessous de cette température.
Le matériau thermoplastique présente préférentiellement les caractéristiques suivantes :
sa température de fusion ou de ramollissement est supérieure à 100°C, préférentiellement supérieure à 140°C et très préférentiellement comprise entre 170 et 300°C ;
sa perméabilité à l'air à 60°C est inférieure à 3.10 17 ITAN ^S 1, préférentiellement inférieure à 5.10 18 m4.N _1.s 1 afin d'améliorer l'étanchéité de la composition élastomère étanche.
La température de ramollissement peut être mesurée, par exemple, selon la méthode décrite dans la norme ASTM D 1525. La perméabilité à l'air à 60°C peut être mesurée, par exemple, selon la méthode décrite ci-après. Préférentiellement, le matériau thermoplastique est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, les polymères vinyliques chlorés, les polystyrènes, les polyamides, les polyesters, les copolymères d'éthylène et d'alcool vinylique (EVOH), les polyacrylates, les polyacétals, et leurs mélanges. De préférence, les polyoléfines sont choisies parmi les polyéthylènes et les polypropylènes.
De préférence, les polymères vinyliques chlorés sont choisis parmi les polychlorures de vinyle (PVC), les polychlorures de vinylidène (PVDC), les polychlorures de vinyle surchlorés (PVCC) et leurs mélanges. De préférence, les polyesters sont choisis parmi les parmi les polyéthylènes téréphtalates (PET), les polybutylènes téréphtalates (PBT), les polycarbonates (PC) et les polyéthylènes naphtalates (PEN), et leurs mélanges.
Les polyamides peuvent être choisis parmi les polyamides aliphatiques et de préférence parmi les polyamides 6, les polyamides 6-6, les polyamides 11 et leurs mélanges. Un exemple de polyacrylate est le polyméthylméthacrylate (PMMA) ; un exemple de polyacétal est le polyoxyde de méthylène (POM).
A titre d'exemples de matériaux thermoplastiques disponibles commercialement, notamment en ce qui concerne les polyamides, on peut citer par exemple le PAU RILSAN d'Arkema, le PA12 GRILAMID de EVS-Grimory, le PA6 TROGAMID de Evonik, le PA12 ORGASOL d'Arkema. Ils ont par exemple été décrits, ainsi que leur synthèse, dans les documents Techniques de l'ingénieur, réf A3360 et 0702 polyamides PA, référence issue de « matériaux plastiques et composites » de B. Guerin. Les éléments centimétriques peuvent être adhérisés, c'est-à-dire traités de manière à améliorer leur adhésion au matériau élastomérique. Par exemples, les éléments centimétriques peuvent être adhérisés avec une colle choisie parmi les colles époxy suivie d'un traitement au latex résorcinol-formaldéhyde (RFL) liquide et les colles à base de formaldéhyde, de préférences les colles RFL. A titre d'exemple de colle RFL utilisable pour adhériser les éléments centimétriques, on peut citer celles décrites dans la demande WO 2001/057116.
De par leur dimension, les éléments centimétriques peuvent être mesurés simplement à l'aide d'une règle pour ce qui est de leur surface, et d'un microscope optique pour ce qui est de leur épaisseur.
Les éléments centimétriques ont une épaisseur comprise entre 10 et 100 μιη, de préférence entre 10 et 50 μιη, de préférence entre 10 et 30 μιη. Au-delà de 100 μιη, les éléments centimétriques deviennent trop rigides et ne permettent plus de conférer à la couche étanche composite une déformabilité ou flexibilité satisfaisante. En dessous de 10 μιη, le risque de détériorer les éléments centimétriques lors de leur manipulation devient trop important.
Quel que soit leur épaisseur, les éléments centimétriques ont une surface comprise entre 0,5 et 10 cm2, de préférence entre 2 et 6 cm2, de préférence entre 2 et 4 cm2. Au-delà 10 cm2, l'amplitude de sollicitation des éléments centimétriques devient trop élevée vis-à-vis de la capacité de résistance à la fatigue des thermoplastiques utilisés. En dessous de 0,5 cm2, l'étanchéité de la couche étanche composite n'est plus satisfaisante.
Avantageusement, le rapport de la surface sur l'épaisseur des éléments centimétriques est compris entre 5.103 et 106, de préférence entre 105 et 106.
Par ailleurs, la surface des éléments centimétriques peut être de toute forme permettant son utilisation dans le cadre de la présente invention. Par exemple, la surface des éléments centimétriques peut avoir une forme d'un carré, d'un rectangle, d'un losange, d'un trapèze, d'un triangle, d'un cercle, d'un ovale, d'un hexagone, etc. De manière avantageuse, afin de faciliter la mise en œuvre de la présente invention, la surface des éléments centimétriques a la forme d'un parallélogramme (c'est-à-dire est un quadrilatère dont les côtés opposés sont parallèles deux à deux), de préférence d'un rectangle ou d'un losange, de préférence encore d'un carré.
Selon l'invention, les éléments centimétriques sont disposés à l'intérieur du matériau élastomérique, parallèlement ou sensiblement parallèle à la surface de la couche étanche composite.
Par « sensiblement parallèle », on entend parallèle à plus ou moins 20 degrés, de préférence, plus ou moins 15 degrés, de préférence plus ou moins 10 degrés, de préférence plus ou moins 5 degrés, par rapport à la surface de la couche étanche composite.
Selon l'invention, les éléments centimétriques recouvrent une surface correspondant de 80% à 100% de la surface de la couche étanche composite. Avantageusement, les éléments centimétriques peuvent recouvrir une surface correspondant de 90 à 100%, de préférence de 95% à 100 %, de préférence 100% de la surface de la couche étanche composite.
Selon l'invention, les éléments centimétriques présentent un taux de chevauchement allant de 10 à 100%. Lors de la conformation du pneumatique, au moment de la cuisson notamment, les éléments centimétriques peuvent se décaler légèrement les uns par rapport aux autres. Aussi, le taux de chevauchement pourra diminuer lors de la conformation du pneumatique. De préférence, avant conformation du pneumatique, le taux de chevauchement est compris entre 50 et 100%, de préférence entre 60 et 100%, de préférence entre 70 et 100%, de préférence entre 80 et 100%. De préférence, après conformation du pneumatique, le taux de chevauchement est compris entre 10 et 90%, de préférence entre 10 et 80%, de préférence entre 40 et 80%, de préférence entre 30 et 60%.
Par « taux de chevauchement », on entend le pourcentage de la surface recouverte par l'ensemble des éléments centimétriques qui est recouverte par au moins deux éléments centimétriques différents.
Selon l'invention, les éléments centimétriques peuvent être répartis sur au moins deux plans parallèles ou sensiblement parallèles à la surface de la couche étanche composite. Ce nombre de plans peut être de deux, trois, voire plus. Avantageusement, les éléments centimétriques sont répartis sur deux plans parallèles ou sensiblement parallèles à la surface de la couche étanche composite.
Lorsque les éléments centimétriques sont répartis sur au moins deux plans parallèles ou sensiblement parallèles à la surface de la couche étanche composite, la distance entre chacun des plans peut être nulle, c'est-à-dire que les éléments centimétriques d'un plan sont accolés (c'est-à-dire au contact) des éléments centimétriques d'au moins un autre plan (Figure 2B). Alternativement, la distance entre les au moins deux plans (appelée épaisseur de découplage) peut être comprise dans un domaine allant de 0 à 500 μιη, de préférence de 100 à 500 μιη, de préférence de 100 à 200 μιη (Figure 2A).
Il a été observé que la présence de matériau élastomérique entre les plans formés par les éléments centimétriques (lorsque l'épaisseur de découplage n'est pas nulle) permet d'améliorer les propriétés d'étanchéité après conformation du pneumatique dans la mesure où l'écartement des éléments centimétriques les uns par rapport aux autres est lié à l'allongement du matériau élastomérique qui les sépare.
I.2.C Huile d'extension
L'élastomère TPS et les éléments centimétriques sont suffisants à eux seuls pour que soit remplie la fonction d'étanchéité aux gaz vis-à-vis des objets pneumatiques dans lesquels ils sont utilisés.
Toutefois, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le matériau élastomérique précédemment décrit comporte également, à titre d'agent plastifiant, une huile d'extension (ou huile plastifiante) dont la fonction est de faciliter la mise en œuvre de la couche étanche composite, particulièrement son intégration dans l'objet pneumatique par un abaissement du module et une augmentation du pouvoir tackifiant. On peut utiliser toute huile d'extension, de préférence à caractère faiblement polaire, apte à étendre, plastifier des élastomères, notamment thermoplastiques. A température ambiante (23°C), ces huiles, plus ou moins visqueuses, sont des liquides (c'est-à-dire, pour rappel, des substances ayant la capacité de prendre à terme la forme de leur contenant), par opposition notamment à des résines ou des caoutchoucs qui sont par nature solides.
De préférence, l'huile d'extension est choisie dans le groupe constitué par les huiles polyoléfiniques (c'est-à-dire issues de la polymérisation d'oléfines, monooléfines ou dioléfines), les huiles paraffiniques, les huiles naphténiques (à basse ou haute viscosité), les huiles aromatiques, les huiles minérales, et les mélanges de ces huiles.
Si l'on a pu constater que l'ajout d'huile se faisait certes au prix d'une certaine perte d'étanchéité, variable selon le type et la quantité d'huile utilisée, cette perte d'étanchéité peut être largement corrigée en ajustant le taux chevauchement des éléments centimétriques.
On utilise préférentiellement une huile du type polybutène, en particulier une huile polyisobutylène (en abrégé « PIB »), qui a démontré le meilleur compromis de propriétés comparativement aux autres huiles testées, notamment à une huile conventionnelle du type paraffinique.
A titre d'exemples, des huiles polyisobutylène sont commercialisées notamment par la société UNIVAR sous la dénomination « Dynapak Poly » (e.g. « Dynapak Poly 190 »), par INEOS Oligomer sous la dénomination « INDOPOL H1200 »), par BASF sous les dénominations « Glissopal » (e.g. « Glissopal 1000 ») ou « Oppanol » (e.g. « Oppanol B12 ») ; des huiles paraffiniques sont commercialisées par exemple par EXXON sous la dénomination « Telura 618 » ou par Repsol sous la dénomination « Extensol 51 ».
La masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) de l'huile d'extension est préférentiellement comprise entre 200 et 25 000 g/mol, plus préférentiellement encore comprise entre 300 et 10 000 g/mol. Pour des masses Mn trop basses, il existe un risque de migration de l'huile à l'extérieur du matériau élastomérique et un tack excessif, tandis que des masses trop élevées peuvent entraîner une rigidification excessive de cette composition. Une masse Mn comprise entre 350 et 4 000 g/mol, en particulier entre 400 et 3 000 g/mol, s'est avérée constituer un excellent compromis pour les applications visées, en particulier pour une utilisation dans un bandage pneumatique. La masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) de l'huile d'extension est déterminée par SEC, selon le mode opératoire précédemment décrit.
L'homme du métier saura, à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ajuster la quantité d'huile d'extension en fonction des conditions particulières d'usage de la couche élastomère étanche composite, notamment de l'objet pneumatique dans lequel elle est destinée à être utilisée.
On préfère que le taux d'huile d'extension soit supérieur à 5 pce, de préférence compris entre 5 et 150 pce (parties en poids pour cent parties d'élastomère total, c'est-à-dire élastomère TPS plus tout autre élastomère éventuel présent dans le matériau élastomérique).
En dessous du minimum indiqué, le matériau élastomérique risque de présenter une rigidité trop forte pour certaines applications tandis qu'au-delà du maximum préconisé, on s'expose à un risque de cohésion insuffisante du matériau élastomérique et de perte d'étanchéité.
Pour ces raisons, en particulier pour une utilisation du matériau élastomérique dans un bandage pneumatique, on préfère que le taux d'huile d'extension soit supérieur à 10 pce, notamment compris entre 10 et 130 pce, plus préférentiellement encore qu'il soit supérieur à 20 pce, notamment compris entre 20 et 100 pce.
I.2.D Additifs divers
La couche étanche composite ou le matériau élastomérique décrit précédemment peut comporter par ailleurs les divers additifs usuellement présents dans les couches étanches à l'air connues de l'homme du métier. On citera par exemple des charges renforçantes telles que du noir de carbone ou de la silice, des charges non renforçantes ou inertes, des agents colorants avantageusement utilisables pour la coloration du matériau élastomérique, des plastifiants autres que les huiles d'extension précitées, des résines tackifiantes, des agents de protection tels que antioxydants ou antiozonants, anti-UV, divers agents de mise en œuvre ou autres stabilisants, ou encore des promoteurs aptes à favoriser l'adhésion au reste de la structure de l'objet pneumatique.
1.3 Utilisation de la couche étanche composite dans un bandage pneumatique La couche ou composition étanche composite selon l'invention est un ensemble solide au comportement élastique (à 23°C), qui se caractérise notamment, grâce à sa formulation spécifique, par une très haute souplesse et très haute déformabilité. La couche étanche composite décrite dans la présente est utilisable comme couche étanche aux gaz, notamment à l'air et à l'azote, dans tout type d'objet pneumatique. A titre d'exemples de tels objets pneumatiques, on peut citer les pneumatiques de véhicules ou les bateaux pneumatiques.
Elle est particulièrement bien adaptée à une utilisation comme couche étanche à l'air (ou tout autre gaz de gonflage, par exemple l'azote) dans un objet pneumatique, produit fini ou semi-fini, en caoutchouc, tout particulièrement dans un bandage pneumatique pour véhicule automobile tel qu'un véhicule de type deux roues, tourisme ou industriel. Par industriel, on entend les camionnettes, « Poids-lourd » - c'est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil -, et autres véhicules de transport ou de manutention. Une telle couche étanche composite est préférentiellement disposée sur la paroi intérieure de l'objet pneumatique, mais elle peut être également intégrée complètement à sa structure interne.
L'épaisseur de la couche étanche composite est préférentiellement supérieure à 0,05 mm, plus préférentiellement comprise entre 0,1 mm et 10 mm, préférentiellement encore entre 0,5 et 2 mm. L'homme du métier saura adapter l'épaisseur des éléments centimétriques en fonction de l'épaisseur de la couche étanche composite. Avantageusement, le rapport de l'épaisseur de la couche étanche composite sur l'épaisseur des éléments composites au sein de la couche étanche composite peut être compris dans un domaine allant de 2 et 100, de préférence, de 2 à 5, de préférence de 2 à 10. Par ailleurs, de manière tout aussi avantageuse, l'épaisseur du matériau élastomérique au sein de la couche étanche composite peut être d'au moins 0,04 mm, de préférence au moins 0,09 mm, de préférence comprise entre 0,04 et 9,98 mm, de préférence entre 0,09 et 9 mm, de préférence encore entre 0,09 et 2 mm.
On comprendra aisément que, selon les domaines d'application spécifiques, les dimensions et les pressions en jeu, le mode de mise en œuvre de l'invention peut varier, la couche étanche composite comportant alors plusieurs gammes d'épaisseur préférentielles.
Ainsi par exemple, pour des bandages pneumatiques de type tourisme, elle peut avoir une épaisseur d'au moins 0,05 mm, préférentiellement comprise entre 0,5 et 2 mm. Selon un autre exemple, pour des bandages pneumatiques de véhicules poids lourds ou agricole, l'épaisseur préférentielle peut se situer entre 1 et 3 mm. Selon un autre exemple, pour des bandages pneumatiques de véhicules dans le domaine du génie civil ou pour avions, l'épaisseur préférentielle peut se situer entre 2 et 10 mm.
Comparativement à une couche étanche à l'air usuelle à base de caoutchouc butyl, la couche étanche composite selon l'invention a l'avantage de présenter non seulement une hystérèse plus faible, et donc d'offrir une résistance au roulement réduite aux bandages pneumatiques, mais encore une étanchéité largement améliorée tout en ayant une bonne déformabilité, comme cela est démontré dans les exemples de réalisation qui suivent.
Aussi, la présente invention concerne également un pneumatique pourvu d'une couche étanche composite selon la présente invention. Avantageusement, la couche étanche composite est disposée sur la paroi intérieure du pneumatique. 1.4 Préparation de couches étanches composite
A) Préparation du matériau élastomérique
La fabrication de la composition élastomère étanche est avantageusement réalisée au moyen d'un outil d'extrusion, préférentiellement avec une extrudeuse bi-vis. Une telle extrudeuse permet d'obtenir à la fois la fusion du ou des constituants thermoplastiques de la composition et leur malaxage intime avec les autres constituants de la composition.
Le procédé de fabrication peut comporter les étapes suivantes :
- introduire l'élastomère thermoplastique et les autres constituants de la composition, dans une ou plusieurs alimentations de l'extrudeuse bi-vis ; et - faire fondre et malaxer les constituants en portant l'ensemble à une température de malaxage (TM) pendant le transfert dans le corps de l'extrudeuse bi-vis.
Le corps de l'extrudeuse bi-vis est porté à une température TM supérieure à la température de fusion ou de ramollissement de l'élastomère thermoplastique à bloc polyisobutylène de la composition. Cela permet d'assurer, pendant le transfert des constituants dans le corps de l'extrudeuse, à la fois la fusion du constituant thermoplastique et son malaxage. L'écart de température doit être supérieur à 5°C pour que la fusion soit complète et est de préférence supérieure à 10°C.
A la sortie de l'extrudeuse bi-vis, on peut installer une filière de section adaptée pour l'usage prévu de la couche élastomère étanche. On utilise de préférence une filière plate pour obtenir un profilé plat prêt à être introduit dans l'ébauche du bandage pneumatique.
A la sortie de la filière, comme bien connu par un homme du métier, le profilé peut être reçu par un intercalaire de protection placé sur un tapis mobile et ensuite stocké sous forme de bobine.
On peut introduire en même temps que l'élastomère thermoplastique à bloc polyisobutylène ou ultérieurement l'huile d'extension optionnelle de la composition et les additifs éventuels.
Lorsqu'une charge renforçante est présente dans la composition, la première étape de malaxage est généralement réalisée en incorporant la charge renforçante à l'élastomère en une ou plusieurs fois en malaxant thermomécaniquement. Dans le cas où la charge renforçante, en particulier le noir de carbone, est déjà incorporée en totalité ou en partie à l'élastomère sous la forme d'un masterbatch comme cela est décrit par exemple dans les demandes WO 97/36724 ou WO 99/16600, c'est le masterbatch qui est directement malaxé et le cas échéant on incorpore les autres élastomères ou charges renforçantes présents dans la composition qui ne sont pas sous la forme de masterbatch, ainsi que les additifs autres que le système de réticulation.
La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée par exemple sous la forme d'une feuille ou d'une plaque, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée sous la forme d'un profilé de caoutchouc utilisable par exemple couche intérieure.
B) Préparation des éléments centimétriques
Les éléments centimétriques peuvent être fabriqués dans des mélangeurs appropriés, selon des procédés bien connus de l'homme du métier. Par exemple, dans une première étape le matériau thermoplastique, généralement sous forme de granulé est introduit dans un mélangeur et est travaillé ou malaxé à une température supérieure à son point de ramollissement, en générale à une température supérieure à 10°C de la température de fusion ou de la température de transition vitreuse du thermoplastique.
Dans une seconde étape le matériau thermoplastique est refroidi à une température inférieure à son point de ramollissement et extrudé ou calandré sous forme d'une feuille ou d'une plaque qui est ensuite découpé de manière à obtenir des éléments centimétrique de formes et dimensions souhaités. C) Préparation de la couche étanche composite
L'introduction des éléments centimétriques da ns le matériau élastomérique de la couche étanche composite peut être réalisée selon divers procédés connus, par exemple par la mise en place des éléments centimétriques entre deux couches de matériau élastomérique. Les éléments centimétriques peuvent par exemple être disposés manuellement selon deux plans sur une première couche de matériaux élastomérique, notamment de manière à recouvrir entre 80 et 100% de la surface de la couche de matériau élastomérique avec un taux de chevauchement compris da ns un domaine allant de 10 à 100%. Puis la première couche élastomérique, préalablement recouverte des éléments centimétriques peut être recouverte d'une seconde couche de matériau élastomérique, identique ou différente de la première couche élastomérique. De manière avantageuse, une couche de matéria u élastomérique peut être disposée entre les deux plans formés par les éléments centimétriques.
II. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la Figure 1 représente de manière très schématique une coupe radiale d'un bandage pneumatique conforme à l'invention ;
la Figure 2A et 2B représentent des schémas d'une couche étanche composite 1 conforme à la présente invention dans laquelle les éléments centimétrique 3 sont disposés dans un matériau élastomérique 2, para llèlement à la surface de la couche étanche composite. « a » représente l'épaisseur de la couche étanche composite et « b » représente l'épaisseur de découplage entre les deux plans sur lesquels sont disposés les éléments centimétriques. Sur la Figure 2B, les éléments centimétriques sont accolés, c'est-à-dire que l'épaisseur de découplage est nulle. III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
La couche étanche composite précédemment décrite est avantageusement utilisable dans les bandages pneumatiques de tous types de véhicules, en particulier véhicules tourisme ou véhicules industriels tels que Poids-lourd. A titre d'exemple, la Figure 1 annexée représente de manière très schématique (sans respect d'une échelle spécifique), une coupe radiale d'un bandage pneumatique comprenant une couche étanche composite conforme à l'invention.
Ce bandage pneumatique 1 comporte un som met 2 renforcé par une armature de sommet ou ceinture 6, deux flancs 3 et deux bourrelets 4, chacun de ces bourrelets 4 étant renforcé avec une tringle 5. Le som met 2 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 7 est enroulée autour des deux tringles 5 dans chaque bourrelet 4, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 7 est de manière connue en soi constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles dits « radiaux », par exemple textiles ou métalliques, c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6.
La paroi intérieure du bandage pneumatique 1 comporte une couche 10 étanche composite, par exemple d'épaisseur égale à environ 0,9 mm, du côté de la cavité intérieure 11 du bandage pneumatique 1.
Cette couche intérieure (ou "inner liner") couvre toute la paroi intérieure du bandage pneumatique, se prolongeant d'un flanc à l'autre, au moins jusqu'au niveau du crochet de jante lorsque le bandage pneumatique est en position montée. Elle définit la face radialement intérieure dudit bandage destinée à protéger l'armature de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace 11 intérieur au bandage. Elle permet le gonflement et le maintien sous pression du bandage pneumatique ; ses propriétés d'étanchéité doivent lui permettre de garantir un taux de perte de pression relativement faible, de maintenir le bandage gonflé, en état de fonctionnement normal, pendant une durée suffisante, normalement de plusieurs semaines ou plusieurs mois.
Contrairement à un bandage pneumatique conventionnel utilisant une composition à base de caoutchouc butyl, le pneumatique comprenant une couche étanche composite conforme à l'invention utilise dans cet exemple, comme couche 10 étanche composite, une composition élastomère comportant un élastomère SI BS (« Sibstar 102T » avec un taux de styrène d'environ 15%, une Tg d'environ - 65°C et une M n d'environ 90 000 g/mol) étendu par exemple avec une huile PIB (par exemple 40 pce d'huile « Dynapak Poly 190 » - M n de l'ordre de 1000 g/mol), ainsi des éléments centimétriques.
Le pneumatique pourvu de sa couche étanche composite (10) tel que décrit ci-dessus peut être réalisé avant ou après vulcanisation (ou cuisson). Dans le premier cas [Le., avant cuisson du bandage pneumatique), la couche étanche composite est simplement appliquée de façon conventionnelle à l'endroit souhaité, pour formation de la couche 10. La vulcanisation est ensuite effectuée classiquement. Les élastomères TPS supportent bien les contraintes liées à l'étape de vulcanisation.
Une variante de fabrication avantageuse, pour l'homme du métier des bandages pneumatiques, consistera par exemple au cours d'une première étape, à déposer à plat la couche étanche composite directement sur un tambour de confection, sous la forme d'une couche ( "skim") d'épaisseur adaptée, avant de recouvrir cette dernière avec le reste de la structure du bandage pneumatique, selon des techniques de fabrication bien connues de l'homme du métier.
Dans le second cas (i.e. après cuisson du bandage pneumatique), la couche étanche est appliquée à l'intérieur du bandage pneumatique cuit par tout moyen approprié, par exemple par collage, par pulvérisation ou encore extrusion et soufflage d'un film d'épaisseur appropriée.
I I I.1 Tests d'étanchéité
Dans les exemples qui suivent, les propriétés d'étanchéité ont tout d'abord été analysées sur des éprouvettes de compositions à base de caoutchouc butyl d'une part, d'élastomère TPS d'autre part et avec des éléments centimétriques.
Pour cette analyse, on a utilisé un perméamètre à parois rigides, placé dans une étuve (température de 60°C dans le cas présent), muni d'un capteur de pression relative (étalonné dans le domaine de 0 à 6 bars) et relié à un tube équipé d'une valve de gonflage. Le perméamètre peut recevoir des éprouvettes sous forme de disque (par exemple de dia mètre 65 m m dans le cas présent) et d'épaisseur uniforme pouvant aller jusqu'à 1,5 mm (0,5 mm dans le cas présent). Le capteur de pression est connecté à une carte d'acquisition de données National Instruments (acquisition quatre voies analogiques 0-10 V) qui est reliée à un ordinateur réalisant une acquisition en continu avec une fréquence de 0,5 Hz (1 point toutes les deux secondes). Le coefficient de perméabilité (K) est mesuré à partir de la droite de régression linéaire donnant la pente a de la perte de pression à travers l'éprouvette testée en fonction du temps, après stabilisation du système c'est-à-dire obtention d'un régime stable au cours duquel la pression décroît linéairement en fonction du temps.
Des couches A0, Al et A2 de 1 mm d'épaisseur ont été fabriquées à partir des compositions détaillées dans le tableau 1 ci-dessous. La couche témoin A0 est fabriquée par partir d'une composition conventionnelle pour couche intérieure, à base de caoutchouc butyl et de noir de carbone.
La couche témoin Al est fabriquée par partir d'une composition à base d'un matériau élastomérique et ne diffère de la composition de la couche A2 ci-après qu'en ce qu'elle ne comprend pas d'éléments centimétriques.
La couche A2 fabriquée par partir d'une composition conforme à la présente invention. Elle comprend un matériau élastomérique et des éléments centimétriques en matériau thermoplastique.
Tableau 1 : formulation couche intérieure (en pce)
Figure imgf000021_0001
(1) polyisobutylène bromé « BROMOBUTYL 2222 » commercialisé par Exxon Chemical Co
(2) SIBS Sibstar 102T commercialisé par Kaneka
(3) Huile PIB Indopol H1200 commercialisé par Ineos Oligomer
(4) Eléments centimétriques en polyamide 6 (référence Capran 75 commercialisé par Honeywell) de 20 μιη d'épaisseur et de dimension de 1,5 cm x 1,5 cm ; répartis sur l'ensemble de la surface de la couche et présentent un taux de recouvrement de 25%
L'étanchéité des trois couches étanches a été mesurée selon le protocole décrit ci- dessus. Les coefficients d'étanchéité et l'étanchéité relative par rapport à la couche A0 sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous Tableau 2
Figure imgf000022_0001
La couche A2 conforme à la présente invention montre un gain significatif en étanchéité mesurée en éprouvette laboratoire par rapport aux couches à base de composition butyl classiquement utilisées.
III.2 Tests en bandage pneumatique
A la suite des tests de laboratoire ci-dessus, des bandages pneumatiques B0, Bl et B2, du type pour véhicule tourisme (dimension 195/65 R15), ont été fabriqués, leur paroi intérieure étant recouverte respectivement par une couche étanche à l'air A0, Al ou A2 (posée sur tambour de confection, avant fabrication du reste du pneumatique). Puis, les pneumatiques ont été vulcanisés.
L'étanchéité des bandages a été mesurée (perte de pression à 20°C après 4 semaines, pression initiale : 2,5 bars). Les résultats de ces pertes de pression sont présentés sous la forme d'étanchéité relative par rapport au bandage B0. Ils sont tout à fait en accord avec les résultats laboratoires effectués sur les compositions étanches comme le montre le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Figure imgf000022_0002
* non mesuré en raison des résultats très négatifs mesurés en laboratoire
En conclusion, l'invention offre aux concepteurs de bandages pneumatiques l'opportunité de réduire l'hystérèse des couches d'étanchéité de manière très sensible, et donc la consommation de carburant des véhicules automobiles équipés de tels bandages, tout en assurant une étanchéité supérieure à celle obtenue avec une couche étanche à l'air conventionnelle en caoutchouc butyl et en ayant une bonne déformabilité.

Claims

REVENDICATIONS
Couche étanche composite comprenant :
(i) un matériau élastomérique comprenant au moins, à titre de seul élastomère ou d'élastomère majoritaire en poids, un élastomère thermoplastique styrénique (« TPS »), et
(ii) des éléments centimétriques en un matériau thermoplastique, les éléments centimétriques :
étant disposés à l'intérieur du matériau élastomérique, parallèlement ou sensiblement parallèle à la surface de la couche étanche composite,
présentant un taux de chevauchement allant de 10 à 100%, ayant une épaisseur comprise entre 10 et 100 μιη, une surface comprise entre 0,5 et 10 cm2, et
recouvrant une surface correspondant de 80 à 100% de la surface de la couche étanche composite.
Couche étanche composite selon la revendication 1, dans laquelle l'élastomère thermoplastique styrénique comporte un bloc élastomère polyisobutylène.
Couche étanche composite selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élastomère thermoplastique styrénique est un copolymère à blocs styrénique et isobutylène.
Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'élastomère thermoplastique styrénique est un copolymère tribloc styrène / isobutylène / styrène.
Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le matériau élastomérique comprend un élastomère différent de l'élastomère thermoplastique styrénique choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, le caoutchouc naturel, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
Couche étanche composite selon la revendication 5, dans laquelle le taux d'élastomère différent de l'élastomère thermoplastique styrénique est compris dans un domaine allant de plus de 0 à 50 pce, de préférence de plus de 0 à 20 pce.
7. Couche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le taux d'élastomère thermoplastique styrénique dans ladite composition est de 100 pce.
8. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le matériau élastomérique comporte en outre une huile d'extension.
9. Couche étanche composite selon la revendication 8, dans laquelle l'huile d'extension est une huile polybutène, de préférence une huile polyisobutylène.
10. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le matériau thermoplastique est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, les polymères vinyliques chlorés, les polystyrènes, les polyamides, les polyesters, les copolymères d'éthylène et d'alcool vinylique, les polyacrylates, les polyacétals et leurs mélanges, de préférence le matériau thermoplastique est un polyamide.
11. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les éléments centimétriques présentent un taux de chevauchement compris entre 10 et 80%, de préférence entre 30 et 60%.
12. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle les éléments centimétriques ont une épaisseur comprise entre 10 et 50 μιη, de préférence entre 10 et 30 μιη.
13. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle les éléments centimétriques ont une surface comprise entre 2 et 6 cm2, de préférence entre 2 et 4 cm2.
14. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle le rapport de la surface sur l'épaisseur des éléments centimétriques est compris entre 5.103 et 106 de préférence entre 105 et 106.
15. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle la surface des éléments centimétriques a la forme d'un parallélogramme, de préférence d'un rectangle ou d'un losange.
16. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle les éléments centimétriques sont répartis sur au moins deux plans parallèles ou sensiblement parallèles à la surface de la couche.
17. Couche étanche composite selon la revendication 16, dans laquelle la distance entre chacun des au moins deux plans est compris dans un domaine allant de 0 à 500 μιη, de préférence de de 100 à 500 μιη.
18. .Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans laquelle l'épaisseur du matériau élastomérique est comprise dans un domaine allant de 0,04 à 9,98 mm.
19. Couche étanche composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, ayant a une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 10 mm, de préférence comprise entre 0,5 et 2 mm.
20. Pneumatique pourvu d'une couche étanche composite telle que définie selon l'une quelconque des revendications 1 à 19.
21. Pneumatique selon la revendication 20, dans lequel la couche étanche composite étant disposée sur la paroi intérieure du pneumatique.
PCT/FR2016/053443 2015-12-21 2016-12-15 Couche etanche composite WO2017109335A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1562942A FR3045637B1 (fr) 2015-12-21 2015-12-21 Couche etanche composite
FR15/62942 2015-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017109335A1 true WO2017109335A1 (fr) 2017-06-29

Family

ID=55346096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2016/053443 WO2017109335A1 (fr) 2015-12-21 2016-12-15 Couche etanche composite

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3045637B1 (fr)
WO (1) WO2017109335A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220355619A1 (en) * 2019-06-14 2022-11-10 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Method for manufacturing an airtight layer used in the composition of a tire

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3086947B1 (fr) * 2018-10-03 2020-09-25 Michelin & Cie Compositions auto-obturantes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008145277A1 (fr) * 2007-05-29 2008-12-04 Societe De Technologie Michelin Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une huile polybutene
FR2918669A1 (fr) * 2007-07-11 2009-01-16 Michelin Soc Tech Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire.
WO2011009910A1 (fr) * 2009-07-23 2011-01-27 Societe De Technologie Michelin Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire
FR2948320A1 (fr) * 2009-07-27 2011-01-28 Michelin Soc Tech Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008145277A1 (fr) * 2007-05-29 2008-12-04 Societe De Technologie Michelin Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une huile polybutene
FR2918669A1 (fr) * 2007-07-11 2009-01-16 Michelin Soc Tech Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire.
WO2011009910A1 (fr) * 2009-07-23 2011-01-27 Societe De Technologie Michelin Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire
FR2948320A1 (fr) * 2009-07-27 2011-01-28 Michelin Soc Tech Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220355619A1 (en) * 2019-06-14 2022-11-10 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Method for manufacturing an airtight layer used in the composition of a tire

Also Published As

Publication number Publication date
FR3045637B1 (fr) 2018-01-19
FR3045637A1 (fr) 2017-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2152529B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche étanche aux gaz a base d'un élastomère thermoplastique
EP2373486B1 (fr) Stratifie multicouche etanche a l'air pour objet pneumatique
EP2167332B1 (fr) Stratifie multicouches et anche aux gaz et anti-crevaison et objet pneumatique le comportant
EP2167328B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire
EP2373476B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche auto-obturante et etanche aux gaz, a base d'elastomere thermoplastique et d'une huile d'extension
EP2125949B1 (fr) Objet pneumatique
EP2569173B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche étanche aux gaz à base d'un élastomère thermoplastique et d'un thermoplastique
EP2459645B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche étanche aux gaz à base d'un élastomère thermoplastique et d'une charge lamellaire
WO2008145277A1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une huile polybutene
EP2373739A1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et de microspheres thermoplastiques expansees
WO2010063426A1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base de deux elastomeres thermoplastiques
WO2011076801A1 (fr) Objet pneumatique pourvu d' une couche etanche aux gaz a base d' un melange d' un elastomere thermoplastique et d' un caoutchouc butyl partiellement reticule
EP2844500B1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un elastomere thermoplastique et d'une charge lamellaire
EP2516548A1 (fr) Objet pneumatique pourvu d'une couche etanche aux gaz a base d'un melange d'un elastomere thermoplastique et d'un caoutchouc butyl
WO2017109335A1 (fr) Couche etanche composite

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16826382

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16826382

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1