WO2023217622A1 - Architecture optimisée de pneumatique de génie civil - Google Patents

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tire
thickness
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Emmanuel Clement
Simona CECCIA
Cathie RIVOIRE
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Definitions

  • the subject of the present invention is a radial tire, intended to equip a heavy vehicle of the civil engineering type and more particularly for underground mines, and more particularly concerns the tread of such a tire.
  • a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization (ETRTO), is intended to be mounted on a rim whose diameter is at least equal to 25 inches and for a nominal load at least equal to 8000 Kg.
  • ERRTO European Tire and Rim Technical Organization
  • a tire having a geometry of revolution relative to an axis of rotation the geometry of the tire is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire.
  • the radial, axial and circumferential directions respectively designate the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane.
  • the circumferential direction is tangent to the circumference.
  • a tire comprises a tread, intended to come into contact with a ground via a rolling surface, the two axial ends of which are connected via two sidewalls with two beads ensuring the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be mounted.
  • a radial tire further comprises a reinforcing reinforcement, consisting of a crown reinforcement, radially internal to the tread, and a carcass reinforcement, radially internal to the crown reinforcement.
  • the carcass reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type usually comprises at least one carcass layer comprising generally metallic reinforcements, coated with a polymeric material of the elastomer or elastomeric type, obtained by mixing and called coating mix.
  • a carcass layer comprises a main part, connecting the two beads together and generally winding, in each bead, from the inside to the outside of the tire around a circumferential reinforcing element, most often metallic, called a bead, to form a reversal.
  • the metal reinforcements of a carcass layer are substantially parallel to each other and form, with the circumferential direction, an angle of between 80° and 90°.
  • the crown reinforcement of a radial tire for a civil engineering vehicle comprises a superposition of crown layers extending circumferentially, radially outside the carcass reinforcement.
  • Each top layer is made up of generally metallic reinforcements, parallel to each other and coated with a polymeric material of the elastomer type or coating mixture.
  • the tread of tires for underground mines has very specific conditions of use. Lowering the tires to the bottom of the mine and changing them are costly and complex operations that must be limited. For the tread, it is therefore necessary to offer the user the maximum volume of rubber configured to be in contact with the ground or volume of rubber to be worn, maximum to limit these operations. Especially since tires used in underground mines are subject to severe and repeated attacks. Furthermore, for safety reasons, speed in underground mines is limited, and the presence of a There is no point in sculpting the tread to evacuate water or increase grip. For this extreme use, tire manufacturers therefore use smooth and very thick treads compared to the diameter of the casing.
  • the inventors set themselves the objective, for a radial tire for a mining civil engineering type vehicle, of increasing the tearing resistance of the tread portion.
  • a radial tire for a mining vehicle intended to be mounted on a rim having a rim diameter at least equal to 24 inches and to carry a nominal load at least equal to 8,000 kg, comprising : • a tread intended to come into contact with a ground via a rolling surface and connected via two sidewalls to two beads intended to come into contact with the rim,
  • crown reinforcement radially internal to the tread, comprising crown layers, comprising metal reinforcements
  • the tread having an axial width and having, in the median plane, a radial thickness, defined as the radial distance from the most radially outer point of the crown layer most radially outer to the rolling surface, the thickness radial E of the tread being at least equal to 0.04*Rm,
  • the tread comprising at least a first rubber composition and a second rubber composition, constituting at least 90% of the thickness of the tread
  • the first rubber composition constitutes at least 40% and at most 66% of the thickness of the tread, and preferably at least 45% and at most 60% of the thickness of the tread,
  • the elongation at break at 100°C of the first rubber composition is at least equal to 500%, and the maximum dynamic loss tanô of said first rubber composition, measured at a temperature of 100°C and at a frequency of 10 Hz, is at most equal to 0.13,
  • the first rubber composition comprises a mass ratio of reinforcing filler at least equal to 30 phr (parts of filler per 100 parts of elastomer) and at most equal to 80 phr
  • the second rubber composition comprises carbon black having a mass content at least equal to 30 phr and at most equal to 75 phr
  • the mining tires considered have the particularity of having a thick tread when new with a very low rate of notching when new or when worn.
  • the tread having an axial width W and having, in the median plane, a radial thickness E equal to the radial distance from the most radially outer point of the crown layer most radially outer to the rolling surface, the thickness radial E of the tread is at least equal to 0.04*Rm, which corresponds for the dimensions referred to to radial thicknesses of the tread in new condition, greater than 55 mm and up to 120 mm for certain dimensions.
  • the surface notch rate is calculated by estimating the surface area of the notches, grooves, incisions present in the tread surface when new compared to the total surface area of the tread which corresponds to the axial width of the tread multiplied by the perimeter of the tire. For tires whose axial width of the tread varies circumferentially, we can take the average axial width and for tires whose perimeter varies axially, we will take the average perimeter to calculate the rolling surface. The cut rate of such tires is often zero. Such a surface notch rate makes it possible to reduce the temperature within the tread without impacting the volume of rubber to be worn.
  • the tread essentially comprises two rubber mixtures or rubber compositions making up at least 90% of the thickness of the tread.
  • “comprising at least 90% of the thickness of the tread” it is meant that on a meridian section, the average radial thickness in the axial direction of the second composition plus the average radial thickness in the axial direction of the first rubber composition is greater than 90% of the average radial thickness in the axial direction of the tread.
  • the radial thickness of the tread is measured from the most radially outer point of the most radially outer reinforcing layer of the crown reinforcement to the point of the rolling surface.
  • the thickness of the coating rubber of the most radially outer reinforcement is negligible compared to the thickness of the tread. For points whose axial distance from the midpoint is greater than the half axial width of the radially outermost reinforcement layer, the tread thickness is calculated as the radius of the rolling surface at this axial distance of the median plane minus the radius of the most axially outer point of the most radially outer points of the most radially outer reinforcing layer of the crown reinforcement.
  • tread compositions for example a fine rubber composition allowing adhesion of the first rubber composition to the coating mixture of the most radially outer layer of the tread. crown reinforcement, or a layer of rubber composition allowing better adhesion between the two main rubber compositions of the tread which together represent at least 90% and preferably 99% of the thickness of the tread rolling.
  • the second rubber composition being radially external to the first rubber composition, has a secant extension modulus E10 2 at 10% deformation, measured at 23° C at least equal to 5.2 MPa, on a sample taken from the cured tire.
  • Rubber compositions have expansion moduli usually measured according to ASTM D 412 on specimens manufactured for testing. A person skilled in the art will know how to choose and adapt the dimensions of the test piece according to the quantity of mixture accessible and available in the case of taking a test piece from the tire for this measurement as well as for all measurements on the materials. .
  • the first composition constitutes at least 40% and at most 66% of the thickness of the tread, preferably at least 45% and at most 60% of the thickness of the tread .
  • the first rubber composition generates little temperature rise during rolling and therefore that its maximum dynamic loss tanô, at a temperature of 100° C. and at a frequency of 10 Hz, or at most equal to 0.13.
  • Rubber compositions have dynamic losses usually measured according to standard ASTM D 5992-96 on specimens manufactured for the test. A person skilled in the art will know how to choose and adapt the dimensions of the test piece according to the quantity of mixture accessible and available in the case of taking a test piece from the tire for this measurement as well as for all measurements on the materials. .
  • the elongation at break at 100°C of the first rubber composition of the tread is at least equal to 500%, preferably at least equal to 575 %.
  • the rubber compositions have elongations at break usually measured according to standard NF T 46 0002 on specimens manufactured for the test. A person skilled in the art will know how to choose and adapt the dimensions of the test piece according to the quantity of mixture accessible and available in the case of taking a test piece from the tire for this measurement as well as for all measurements on the materials. .
  • the second rubber composition which, being in contact with the outside air via the rolling surface, can exchange more calories with the exterior in particular, and have better wear performance being radially external to the first rubber composition.
  • the second rubber composition exchanges calories more easily with the outside being in contact with the outside through the rolling surface and not only like the first rubber composition through the axial edges of the tread .
  • the second rubber composition moves more, and therefore at the end of the contact area it slides over a greater length and therefore tends to wear more unless its composition is designed to avoid this problem.
  • the mass rate expressed in pce of total reinforcing filler of the second composition is greater than the mass rate expressed in pce (parts of filler per 100 parts of elastomer) of filler of the first composition.
  • reinforcing filler we mean either carbon black or silica.
  • the first composition includes a reinforcing filler rate at least equal to 30 phr (parts of filler per 100 parts of elastomer) and at most equal to 80 phr.
  • the second composition comprises as reinforcing fillers at least carbon black, the carbon black having a rate at least equal to 30 phr (parts filler per 100 parts of elastomer) and at most equal to 75 phr, preferably at least equal to 40 phr.
  • the second rubber composition (222) it is advantageous for the second rubber composition (222) to comprise a total mass content of reinforcing filler at least equal to 40 phr.
  • the first rubber composition have a low dynamic loss but it is also preferable that it include silica and carbon black as reinforcing fillers.
  • silica for the same loading rate generates less heat. This characteristic makes it more insulating but given the geometric position of the first rubber composition, already isolated by the second rubber composition from the largest exchange zone with the outside, namely the rolling surface, this has little effect. ' influence.
  • the first rubber composition to be a rubber composition based on elastomers.
  • dienics comprising at least one reinforcing filler mainly comprising carbon black with a specific surface area STSA (Statistical Thickness Surface Area or determination of the surface by statistical thickness) greater than 100 m2/g.
  • STSA Statistical Thickness Surface Area or determination of the surface by statistical thickness
  • a carbon black with a STSA specific surface area greater than 100 m2/g is a “fine” black providing superior resistance to crack propagation.
  • the second rubber composition is a rubber composition based on diene elastomers comprising at least one reinforcing filler, mainly comprising carbon black with a specific surface area STSA between 70 and 140 m2/g and a COAN index (Compressed Oil Absorption Number or Oil absorption index on compressed samples) between 85 and 105 ml/100 g, the composition comprises an oil with a rate at most equal to 20 phr, and a tackifying resin (or specific hydrocarbon resin) with a rate of not more than 10 phr.
  • a tackifying resin or specific hydrocarbon resin
  • the measurement of the specific surface area STSA or fineness of black is well known to those skilled in the art of tires. It is carried out on the mixture taken from the tire, the test piece being adapted from the measurement presented in standard ASTM D-6556.
  • the oil absorption index by compressed samples of carbon black (CO AN) is a measure of the ability of carbon black to absorb liquids. This property is itself a function of the structure of the carbon black.
  • the COAN index is determined by adapting the ISO 4656/2012 standard using an absorptiometer, with compressed samples of carbon black from samples taken from the tire.
  • the tackifying resin useful for the purposes of the invention can be chosen from natural or synthetic resins.
  • synthetic resins it can be preferentially chosen from aliphatic or aromatic thermoplastic hydrocarbon resins or even of the aliphatic/aromatic type, that is to say that the hydrocarbon resins according to the invention comprise aliphatic units, or aromatic units, or further aliphatic units and aromatic units.
  • aromatic monomers are, for example, styrene, alpha-methyl styrene, ortho-, meta, para-methyl styrene, vinyl toluene, para-tertiobutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene, any vinylaromatic monomer resulting from a C9 cut (or more generally from a Cs to Cio cut).
  • the vinylaromatic monomer is styrene or a vinylaromatic monomer from a C9 cut (or more generally from a Cs to Cio cut).
  • the vinylaromatic monomer is the minority monomer, expressed as a mole fraction, in the copolymer considered.
  • a second rubber composition improved in conductivity will be all the more effective if the rate of notching of the tread is not zero. It is important that it remains low, namely that the rolling surface has a surface notch rate of less than 1%, so as not to significantly reduce the volume of rubber to be worn.
  • An optimal distribution of the notch is to have two narrow grooves so as not to reduce the volume of rubber to be worn, going around the tire, on either side of the median plane zigzagging from the axial exterior of the tread towards the median plane in order to evacuate calories from all areas of the tread, namely the center and the axial ends.
  • the tread comprises at least two narrow grooves going around the tire, each narrow groove having a general zigzagging shape of wavelength L and amplitude A, the wavelength L being between 10% and 120% of the axial width W of the tread, and the amplitude A being between 10% and 40% of this same axial width W, the rolling surface having a lower surface rate of notch at 1%.
  • Narrow groove means grooves whose average width is less than 10 mm.
  • each narrow zigzagging groove has a maximum depth, at least equal to 20% and at most equal at 90% of the thickness E of the tread and preferably between 40% to 70% of the thickness E.
  • the grooves have the disadvantage of increasing the flexibility of certain parts of the tread, which can generate irregular wear of the tread.
  • a solution to limit this phenomenon is to put bridges in these grooves, particularly in the longitudinal or transverse parts.
  • a preferred solution is that a plurality of bridges are formed in the narrow zigzagging grooves, each bridge being formed from the bottom of the narrow grooves and locally reducing the depth of these narrow grooves by at least 20% of the maximum depth of these narrow grooves.
  • Figure 1 shows a volume view of a variant of the invention of a tire according to the invention.
  • the tire 1 comprises a crown part 2 extended on either side by sidewalls 3, these sidewalls 3 ending in beads not shown in this figure 1, and a carcass reinforcement 31 extending in the top part 2, in the sides 3 and in the beads.
  • the median plane M is perpendicular to the axis YY' of rotation of the tire and passes through the middle of the tread 22 in Figure 1.
  • the crown part 2 is surmounted radially on the outside by a tread 22 having a rolling surface 10, one of width W equal to 680 mm and a thickness E, in the median plane M, equal to the radial distance from the radially outermost point of the radially outermost crown layer (211) to the rolling surface (10).
  • the top part 2 comprises a top frame 21 formed of several working layers 210 and a protective frame 211 positioned radially outside the working layers 210.
  • the tread 22 is formed by superposition of two materials, a first rubber composition 221 and a second rubber composition 222, this second rubber composition 222 being located radially outside the first rubber composition 221 to come into contact with the ground when the tire is new, this second rubber composition 222 having an average radial thickness equal to 62.5 mm.
  • the average thickness of the first rubber composition 221 is equal to 62.5 mm and is intended to be worn while rolling as soon as the second layer 222 is worn out in its entirety.
  • the first rubber composition 221, located radially inside the second rubber composition 222 is chosen to have a low hysteresis value characterized by a tanô value, this tanô value being obtained under the conditions specified in this document. In the invention this low hysteresis must be associated with a high elongation value at break.
  • An intermediate layer 20 can be inserted between the crown reinforcement 21 and the tread 22.
  • This intermediate layer has the particular role of linking the tread to the rest of the tire.
  • the radial thickness of this intermediate layer represents less than 10% of the thickness E of the tread 22.
  • two narrow zigzagging grooves 4, 5 are formed by molding having the same geometry, these narrow zigzagging grooves are continuous and go completely around the tire around its axis of rotation (indicated by the direction YY' in this figure 1).
  • These narrow zigzagging grooves 4, 5 have the same maximum depth P equal to 70 mm and an average width equal to 6 mm, this average width being appropriate so that the walls delimiting these narrow zigzagging grooves 4, 5 come at least partially into contact l against each other when rolling the tire.
  • the narrow zigzagging grooves are present when new to ensure effective ventilation and disappear when the tread has a reduced thickness and therefore presents less heating while driving.
  • Each narrow zigzagging groove 4, 5 has a crenellated shape for which we define a wavelength L equal here to 240 mm and an amplitude A equal to 300 mm.
  • each narrow groove wall has a surface area which is equal to approximately five times the equivalent cross-sectional area of the tread, the latter cross-sectional area being evaluated by multiplying the width W of the tread by the thickness E of material to use.
  • the most radially outer part of the tread is ventilated by the presence of these two narrow zigzagging grooves 4, 5, which have the ability to close when passage in the contact to maintain a level of rigidity appropriate to new. After sufficient partial wear to see the narrow zigzagging grooves disappear, the good intrinsic qualities of the first rubber composition 221 ensure good performance of the tire.
  • the invention was tested or evaluated on tires of size 29.5R29.
  • the tires according to the invention are compared to reference tires of the same size for each numerical evaluation.
  • the tire is modeled using the finite element method and calculations are made at a load of 14,000 kg, at an inflation pressure of 4.5 bars.
  • the calculation results below illustrate the invention. These results are expressed as the distance per hour to reach a maximum temperature of 120°C at any point on the tread, a temperature at which the risk of crack development increases significantly. Only the tread changes between the different tires, the crown reinforcements, carcass reinforcements, the sidewalls, the beads are strictly identical between the reference tires and the different variants of the tires according to the invention.
  • the reference tires include:
  • a first rubber composition comprising 70 phr of natural rubber and 30 phr of styrene-butadiene (SBR) comprising 43 phr of carbon black with a specific surface area STSA equal to 85 m 2 /g for an elongation at break of 460% at 100°C, a hysteresis equal to 0.08 at 100°C for a secant extension modulus E10 1 at 10% deformation, measured at 23°C at 5.1 MPa.
  • SBR styrene-butadiene
  • a second rubber composition comprising 20 phr of natural rubber and 80 phr of styrene-butadiene (SBR) comprising 65 phr of carbon black with a STSA specific surface area equal to 125 m 2 /g and a CO AN index equal to 95 ml/ 100g and 16 pce of tackifying oil, for an elongation at break of 551% at 100°C, a hysteresis equal to 0.25 at 100°C and a secant extension modulus E10_2 at 10% deformation, measured at 23°C at 5.0 MPa.
  • SBR styrene-butadiene
  • the tires according to the invention include:
  • a first rubber composition comprising, for 100 phr of natural rubber, comprising 40 phr of carbon black with a STSA specific surface area equal to 125 m 2 /g and 15 phr of silica for an elongation at break of 625% at 100°C and a hysteresis equal to 0.11 at 100°C, a secant extension modulus E10 1 at 10% deformation, measured at 23°C at 5.2 MPa
  • a second rubber composition comprising 100 phr of styrene-butadiene (SBR) comprising 60 phr of carbon black with a STSA specific surface area equal to 125 m 2 /g and a COAN index equal to 95 ml/100g, and 11 phr of tackifying oil, for an elongation at break of 362% at 100°C, a hysteresis equal to 0.22 at 100°C, for a secant extension modulus E10_2 at 10% deformation, measured at 23° C at 5.7 MPa.
  • SBR styrene-butadiene
  • the reference tires use a technology with two rubber compositions, a first very low loss rubber composition (0.08) with mechanical performances balanced between the breaking strength and the secant extension modulus for such hysteresis and a second rubber composition with a high breaking elongation associated with a median secant extension modulus to resist attacks.
  • the optimal distribution for this type of stacking is of the order of 20% of first rubber composition in the thickness of the tread.
  • the optimum for temperature, strongly linked to crack propagation should logically be when the model includes only the lowest hysteresis rubber composition.
  • the thermal parameter decreases very slightly.
  • resistance to attacks from tire decreases sharply in particular due to the modulus of the first rubber composition, which makes it less resistant to attack.
  • the gain in thermal performance is of the order of 40% compared to a tire comprising 100% of the second rubber composition in the tread .
  • the optimum temperature is no longer 66% of first rubber composition in the tread but 50% of first rubber composition in the tread and the performance decreases by more than 10% compared to this optimum for a tire comprising only the first rubber composition.
  • the interaction between the sculpture and the constitution of the tread makes it possible to find an optimum shifted according to the proportion of the first rubber composition compared to a tire without narrow grooves.
  • the heat exchange effect is optimized thanks to the narrow grooves for the second rubber composition comprising carbon black as filler which takes precedence over the generation of calories but also thanks to the reduction in heat exchange for a material of more low hysteresis comprising silica which also has an effect of reducing heat exchange.
  • the specific characteristics of the tread, very thick and very low notch rate make this optimum very specific.
  • the optimum for a tire according to the invention with a tread pattern with narrow grooves with 50% of first rubber composition allows an improvement in thermal performance of almost:
  • the gain in thermal performance is greater than 70% compared to a tire without narrow grooves whose tread is made of 100% second rubber composition.
  • the gain in thermal performance is greater than 75% compared to a tire without narrow grooves whose tread is composed of 100% second rubber composition.
  • the tires according to the invention due to the high extension modulus of their second rubber composition, will have improved resistance to attacks by 10 to 20% compared to tires reference.
  • the tires according to the invention will have an improvement in their performance in resistance to cracking of the order of 20%.
  • the invention therefore makes it possible to find a greatly improved balance between the thermal, cracking and tearing performances of parts of the tread compared to tires according to the state of the art.

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Abstract

Pneumatique radial ayant un diamètre de jante au moins égal à 24 pouces et une charge nominale au moins égale à 8 000 Kg pour un véhicule minier, comprenant une bande de roulement (22) d'épaisseur radiale E au moins égale à 0.04 fois le rayon extérieur du pneumatique. La bande de roulement comprend deux compositions de caoutchouc, composant au moins 90% de l'épaisseur E. La première composition (221), radialement intérieure à la deuxième (222) compose au moins 40 % et au plus 66% de l'épaisseur E; elle a un module sécant à 10 % de déformation, à 23° C, supérieur à 5.2 MPa, un allongement à rupture à 100°C supérieur à 500%, et une perte dynamique maximale à 100°C et 10 Hz supérieur à 0,13. Le taux en masse exprimé en pce de charge de la deuxième composition est supérieur à celui de la première composition.

Description

Description
Titre : Architecture optimisée de pneumatique de génie civil
[0001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil et plus particulièrement pour des mines souterraines, et concerne plus particulièrement la bande de roulement d’un tel pneumatique.
[0002] Les pneumatiques radiaux destinés à équiper un véhicule lourd de type génie civil pour des mines souterraines, sont désignés comme tels au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) ou ETRTO.
[0003] Par exemple un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces et pour une charge nominale au moins égale à 8000 Kg.
[0004] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant Taxe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence.
[0005] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de Taxe de rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur», respectivement «axialement extérieur», on entend «plus proche», respectivement «plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à Taxe de rotation. [0006] De façon générale un pneumatique comprend une bande de roulement, destinée à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.
[0007] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet.
[0008] L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts généralement métalliques, enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d’enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique autour d’un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d’une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 80° et 90°.
[0009] L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange d’enrobage.
[0010] La bande de roulement des pneumatiques pour mines souterraines ont des conditions d’usage très spécifiques. Descendre les pneumatiques au fond de la mine et les changer sont des opérations coûteuses et complexes qu’il convient de limiter. Pour la bande de roulement, il est donc nécessaire d’offrir à l’utilisateur le maximum de volume de gomme configuré pour être en contact avec le sol ou volume de gomme à user, maximal pour limiter ces opérations. D’autant que les pneumatiques utilisés en mine souterraine sont soumis à des agressions sévères et répétées. Par ailleurs, pour des raisons de sécurité, la vitesse dans les mines souterraines est limitée, et la présence d’une sculpture de la bande de roulement pour évacuer de l’eau ou augmenter l’adhérence n’a pas d’intérêt. Pour cet usage extrême, les manufacturiers de pneumatiques ont donc recours à des bandes de roulement lisses et très épaisses par rapport au diamètre de l’enveloppe.
[0011] Avoir un volume de gomme à user maximisé n’est pas suffisant pour optimiser la durée d’usage du pneumatique du point de vue de l’usure. Certains mélanges caoutchouteux ont démontré leurs performances en résistance à l’agression dans cet usage. Ainsi l’utilisation de mélanges synthétiques dans la bande de roulement permet d’accroître significativement la résistance aux agressions. Toutes ces solutions techniques ont pour conséquences d’augmenter la température et de favoriser la formation de poches à l’intérieur de la bande de roulement. Ces poches peuvent selon leur taille amener à la perte de partie de la bande de roulement amenant la défaillance du pneumatique. L’expression « mélange caoutchouteux » ou « composition de caoutchouc » désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge.
[0012] Une solution est de ralentir la vitesse d’exploitation du véhicule mais cela pénalise la capacité d’extraction de la mine. Pour améliorer cette productivité, les manufacturiers ont proposé d’associer deux mélanges caoutchouteux, un de faible hystérèse, radial ement intérieur à un mélange caoutchouteux à user et une bande de roulement lamellisée permettant de refroidir cette bande de roulement épaisse (W02019/058084). Cette solution a effectivement permis d’améliorer les performances mais pas suffisamment de sorte que ces pneumatiques souffrent de problèmes d’arrachage de partie de la bande de roulement à des vitesses admissibles pour la sécurité dans la mine.
[0013] Les inventeurs se sont donnés pour objectif, pour un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil minier d’augmenter la résistance à l’arrachement de partie de bande de roulement.
[0014] Cet objectif a été atteint par un pneumatique radial pour un véhicule minier, destiné à être monté sur une jante ayant un diamètre de jante au moins égal à 24 pouces et à porter une charge nominale au moins égale à 8 000 Kg, comprenant : • une bande de roulement destinée à entrer en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement et reliée par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets destinés à entrer en contact avec la jante,
• une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, comprenant des couches de sommet, comprenant des renforts métalliques,
• un plan médian perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, passant par le milieu de la bande de roulement, et dont les points d’intersection avec la surface de roulement ont une distance moyenne à l’axe de rotation du pneumatique égale à Rm,
• la bande de roulement ayant une largeur axiale et ayant, dans le plan médian, une épaisseur radiale, définie comme la distance radiale du point le plus radialement extérieur de la couche de sommet la plus radialement extérieure à la surface de roulement, l’épaisseur radiale E de la bande de roulement étant au moins égale à 0.04*Rm,
• la bande de roulement comprenant au moins une première composition de caoutchouc et une deuxième composition de caoutchouc, constituant au moins 90% de l’épaisseur de la bande de roulement,
• la première composition de caoutchouc, étant radialement intérieure à la deuxième composition de caoutchouc,
• la deuxième composition de caoutchouc ayant un module d’extension sécant E10 2, mesuré à 10 % de déformation et à une température de 23° C, au moins égal à 5.2 MP a,
• la première composition de caoutchouc constitue au moins 40 % et au plus 66% de l’épaisseur de la bande de roulement, et de préférence au moins 45% et au plus 60% de l’épaisseur de la bande de roulement,
• l’allongement à rupture à 100°C de la première composition de caoutchouc est au moins égal à 500%, et la perte dynamique maximale tanô de ladite première composition de caoutchouc, mesurée à une température de 100°C et à une fréquence de 10 Hz, est au plus égale à 0,13,
• la première composition de caoutchouc comprend un taux en masse de charge renforçante au moins égal à 30 pce (parties de charge pour 100 parties d’élastomère) et au plus égal à 80 pce, • la deuxième composition de caoutchouc comprend du noir de carbone ayant un taux en masse au moins égal à 30 pce et au plus égal à 75 pce,
• le taux en masse de charges renforçantes total de la deuxième composition de caoutchouc est supérieur au taux en masse de charges renforçantes total de la première composition de caoutchouc.
[0015] Les pneumatiques miniers considérés ont la particularité d’avoir une bande de roulement épaisse à l’état neuf avec un taux d’entaillement très faible à l’état neuf ou à l’état usé. La bande de roulement ayant une largeur axiale W et ayant, dans le plan médian, une épaisseur radiale E égale à la distance radiale du point le plus radialement extérieur de la couche de sommet la plus radialement extérieure à la surface de roulement, l’épaisseur radiale E de la bande de roulement est au moins égale à 0.04*Rm, ce qui correspond pour les dimensions visées à des épaisseurs radiales de la bande de roulement à l’état neuf, supérieures à 55 mm et jusqu’à 120 mm pour certaines dimensions. Le taux d’entaillement surfacique se calcule en estimant la surface des entailles, rainures, incisions présentes dans la surface de roulement à l’état neuf rapportée à la surface totale de la bande de roulement qui correspond à la largeur axiale de la bande de roulement multipliée par le périmètre du pneumatique. Pour des pneumatiques dont la largeur axiale de la bande de roulement varie circonférentiellement, on peut prendre la largeur axiale moyenne et pour des pneumatiques dont le périmètre varie axialement, on prendra le périmètre moyen pour faire le calcul de la surface de roulement. Le taux d’entaillement de tels pneumatiques est souvent nul. Un tel taux d’entaillement surfacique permet de diminuer la température au sein de la bande de roulement sans impacter le volume de gomme à user.
[0016] La bande de roulement comprend essentiellement deux mélanges caoutchouteux ou compositions de caoutchouc composant au moins 90% de l’épaisseur de la bande de roulement. Par « composant au moins 90% de l’épaisseur de la bande de roulement », on entend que sur une coupe méridienne, l’épaisseur radiale moyenne dans la direction axiale de la deuxième composition plus l’épaisseur radiale moyenne dans la direction axiale de la première composition de caoutchouc est supérieure à 90% de l’épaisseur radiale moyenne dans la direction axiale de la bande de roulement. A une distance axiale donnée du plan médian, comprise entre les extrémités axiales de la couche de renforts la plus radialement extérieure de l’armature de sommet, sur une coupe méridienne, l’épaisseur radiale de la bande de roulement se mesure depuis le point le plus radialement extérieur de la couche de renfort la plus radialement extérieure de l’armature sommet jusqu’au point de la surface de roulement. L’épaisseur de la gomme d’enrobage du renfort le plus radialement extérieur est négligeable par rapport à l’épaisseur de la bande de roulement. Pour les points dont la distance axiale au point médian est supérieure à la demi-largeur axiale de la couche de renforts la plus radialement extérieure, l’épaisseur de la bande de roulement est calculée comme le rayon de la surface de roulement à cette distance axiale du plan médian moins le rayon du point le plus axialement extérieur des points les plus radialement extérieurs de la couche de renfort la plus radialement extérieure de l’armature de sommet.
[0017] Il y a possiblement d’autres compositions de caoutchouc dans la bande de roulement, par exemple une composition de caoutchouc fine permettant l’adhésion de la première composition de caoutchouc au mélange d’enrobage de la couche la plus radialement extérieure de l’armature de sommet, ou une couche de composition de caoutchouc permettant un meilleur collant entre les deux compositions de caoutchouc principales de la bande de roulement qui à elles deux représentent au moins 90% et de préférence 99% de l’épaisseur de la bande de roulement.
[0018] Pour une bonne résistance à l’abrasion il est nécessaire que la deuxième composition de caoutchouc, étant radialement extérieure à la première composition de caoutchouc, ait un module d’extension sécant E10 2 à 10 % de déformation, mesuré à 23° C au moins égal à 5.2 MPa, sur un échantillon prélevé sur le pneumatique cuit. Les compositions de caoutchouc ont des modules d’extension usuellement mesurés selon la norme ASTM D 412 sur des éprouvettes fabriquées pour le test. L’homme du métier saura choisir et adapter les dimensions de l’éprouvette en fonction de la quantité de mélange accessible et disponible dans le cas de prélèvements d’éprouvette dans le pneumatique pour cette mesure ainsi que pour l’ensemble des mesures sur les matériaux.
[0019] Pour améliorer le fonctionnement du pneumatique, il est également nécessaire d’avoir un équilibre particulier entre la deuxième composition de caoutchouc et la première composition de caoutchouc, l’expérience ayant démontrée qu’en dehors de ces plages, la solution n’était pas optimale en ce qui concerne la performance en fissuration des compositions de caoutchouc de la bande de roulement ou la performance en usure. Pour un équilibre optimal des performances, la première composition constitue au moins 40 % et au plus 66% de l’épaisseur de la bande de roulement, de préférence au moins 45 % et au plus 60% de l’épaisseur de la bande de roulement.
[0020] Pour atteindre un équilibre optimal, il est également nécessaire que la première composition de caoutchouc génère peu d’élévation de température lors du roulage et donc que sa perte dynamique maximale tanô, à une température de 100°C et à une fréquence de 10 Hz, soit au plus égale à 0,13. Les compositions de caoutchouc ont des pertes dynamiques usuellement mesurées selon la norme ASTM D 5992-96 sur des éprouvettes fabriquées pour le test. L’homme du métier saura choisir et adapter les dimensions de l’éprouvette en fonction de la quantité de mélange accessible et disponible dans le cas de prélèvements d’éprouvette dans le pneumatique pour cette mesure ainsi que pour l’ensemble des mesures sur les matériaux. Il est également nécessaire que sa résistance à la fissuration soit élevée et plus précisément que l’allongement à rupture à 100°C de la première composition de caoutchouc de la bande de roulement soit au moins égal à 500% de préférence au moins égal à 575%. Les compositions de caoutchouc ont des allongements à rupture usuellement mesurées selon la norme NF T 46 0002 sur des éprouvettes fabriquées pour le test. L’homme du métier saura choisir et adapter les dimensions de l’éprouvette en fonction de la quantité de mélange accessible et disponible dans le cas de prélèvements d’éprouvette dans le pneumatique pour cette mesure ainsi que pour l’ensemble des mesures sur les matériaux.
[0021] Pour atteindre les objectifs de l’invention, il convient de trouver un équilibre entre la deuxième composition de caoutchouc qui étant en contact avec l’air extérieur par l’intermédiaire de la surface de roulement, peut échanger davantage de calories avec l’extérieur notamment, et avoir une meilleure performance en usure étant radial ement extérieure à la première composition de caoutchouc. En effet la deuxième composition de caoutchouc échange des calories plus facilement avec l’extérieur étant en contact avec l’extérieur par le biais de la surface de roulement et non pas uniquement comme la première composition de caoutchouc par les bords axiaux de la bande de roulement. Par ailleurs étant radialement extérieure à la première composition de caoutchouc, pour les mêmes efforts exercés sur le pneumatique via la surface de roulement, la deuxième composition de caoutchouc se déplace davantage, et donc en extrémité d’aire de contact elle glisse sur une plus grande longueur et donc tend à user davantage sauf si sa composition est prévue pour éviter ce problème. Pour cette raison le taux en masse exprimé en pce de charge renforçante totale de la deuxième composition est supérieur au taux en masse exprimé en pce (parties de charge pour 100 parties d’élastomère) de charge de la première composition. Par charge renforçante, on entend soit du noir de carbone soit de la silice.
[0022] Etant donné le pourcentage en épaisseur radiale de la bande de roulement de la première composition, il est clair que cette composition de caoutchouc doit être configurée pour, une fois la deuxième composition de caoutchouc usée, avoir une bonne performance en roulage. Pour ce faire, il est important que son taux de charge soit cohérent avec le taux de charge de la deuxième composition de caoutchouc. Ainsi il est essentiel que la première composition comprenne un taux de charge renforçante au moins égal à 30 pce (parties de charge pour 100 parties d’élastomère) et au plus égal à 80 pce. Et pour que les taux de charge des deux compositions de caoutchouc soient cohérents entre eux, il est essentiel que la deuxième composition comprenne comme charges renforçantes au moins du noir de carbone, le noir de carbone ayant un taux au moins égal à 30 pce (parties de charge pour 100 parties d’élastomère) et au plus égal à 75 pce, de préférence au moins égal à 40 pce. Ainsi il est avantageux que la deuxième composition de caoutchouc (222) comprenne un taux en masse total de charge renforçante au moins égal à 40 pce.
[0023] Pour éviter la génération de thermique, non seulement il convient que la première composition de caoutchouc ait une perte dynamique faible mais il est également préférable qu’elle comprenne comme charges renforçantes de la silice et du noir de carbone. En effet la silice pour un même taux de charge est moins génératrice de thermique. Cette caractéristique la rend plus isolante mais étant donnée la position géométrique de la première composition de caoutchouc, déjà isolée par la deuxième composition de caoutchouc de la plus grande zone d’échange avec l’extérieur à savoir la surface de roulement, cela a peu d’influence.
[0024] Pour obtenir les équilibres visés une solution préférée est que la première composition de caoutchouc soit une composition de caoutchouc à base d’élastomères diéniques comprenant au moins une charge renforçante comprenant majoritairement du noir de carbone de surface spécifique STSA (Statistical Thickness Surface Area ou détermination de la surface par épaisseur statistique) supérieure à 100 m2/g. Un noir de carbone de surface spécifique STSA supérieure à 100 m2/g est un noir « fin » amenant une résistance supérieure à la propagation de fissures.
[0025] Pour obtenir les équilibres visés une solution préférée est que la deuxième composition de caoutchouc est une composition de caoutchouc à base d’élastomères diéniques comprenant au moins une charge renforçante, comprenant majoritairement du noir de carbone de surface spécifique STSA entre 70 et 140 m2/g et un indice COAN (Compressed Oil Absorption Number ou Indice d’absorption d’huile sur des échantillons comprimés) entre 85 et 105 ml/100 g, la composition comprend une huile avec un taux au plus égal à 20 pce, et une résine tackifiante (ou résine hydrocarbonée spécifique) avec un taux au plus égal à 10 pce. Un tel mélange est plus résistant aux agressions et le noir plutôt fin se dispersant de manière plus homogène permet une amélioration de la conduction thermique pour améliorer l’évacuation des calories et baisser ainsi la température de la bande de roulement pendant l’utilisation du pneumatique.
[0026] La mesure de la surface spécifique STSA ou finesse du noir est bien connue de l’homme de l’art du pneumatique. Elle est faite sur le mélange prélevé dans le pneumatique, l’éprouvette étant adaptée de la mesure présentée dans la norme ASTM D- 6556. L'indice d'absorption d'huile par des échantillons comprimés de noir de carbone (CO AN) est une mesure de la capacité du noir de carbone à absorber des liquides. Cette propriété est elle-même fonction de la structure du noir de carbone. L'indice COAN est déterminé en adaptant la norme ISO 4656/2012 à l'aide d'un absorptiomètre, avec des échantillons comprimés de noir de carbone issu d’échantillons prélevés dans le pneumatique.
[0027] La résine tackifiante utile aux besoins de l'invention peut être choisie parmi les résines naturelles ou synthétiques. Parmi les résines synthétiques elle peut être préférentiellement choisie parmi les résines hydrocarbonées thermoplastiques aliphatiques ou aromatiques ou encore du type aliphatique/ aromatique c'est-à-dire que les résines hydrocarbonées selon l'invention comprennent des unités aliphatiques, ou des unités aromatiques, ou encore des unités aliphatiques et des unités aromatiques. A titre de monomères aromatiques conviennent par exemple le styrène, l'alpha- méthyl styrène, l'ortho-, méta, para-méthyl styrène, le vinyle-toluène, le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, tout monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe Cs à Cio). De préférence, le monomère vinylaromatique est du styrène ou un monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe Cs à Cio). De préférence, le monomère vinylaromatique est le monomère minoritaire, exprimé en fraction molaire, dans le copolymère considéré.
[0028] Une deuxième composition de caoutchouc améliorée en conductivité sera d’autant plus efficace si le taux d’entaillement de la bande de roulement n’est pas nul. Il est important qu’il reste faible, à savoir que la surface de roulement ait un taux surfacique d’entaillement inférieur à 1%, pour ne pas diminuer de manière significative le volume de gomme à user. Une répartition optimale de l’entaillement est d’avoir deux rainures étroites pour ne pas diminuer le volume de gomme à user, faisant le tour du pneumatique, de part et d’autre du plan médian allant en zigzagant de l’extérieur axial de la bande de roulement vers le plan médian afin d’évacuer les calories de toutes les zones de la bande de roulement, à savoir le centre et les extrémités axiales. Plus précisément une solution préférée est que la bande de roulement comprenne au moins deux rainures étroites faisant le tour du pneu, chaque rainure étroite ayant une forme générale zigzagante de longueur d'onde L et d'amplitude A, la longueur d'onde L étant comprise entre 10% et 120% de la largeur axiale W de la bande de roulement, et l'amplitude A étant comprise entre 10% et 40% de cette même largeur axiale W, la surface de roulement ayant un taux surfacique d’entaillement inférieur à 1%. Par rainure étroite, on entend des rainures dont la largeur moyenne est inférieure à 10 mm.
[0029] En fonction des performances à atteindre et de la géométrie choisie pour les épaisseurs radiales des deuxième et première compositions de caoutchouc, une solution préférée est que chaque rainure étroite zigzagante ait une profondeur maximale, au moins égale à 20% et au plus égale à 90% de l'épaisseur E de la bande de roulement et de préférence comprise entre 40% à 70% de l'épaisseur E.
[0030] Les rainures ont le désavantage d’augmenter la souplesse de certaines parties de la bande de roulement ce qui peut générer de l’usure irrégulière de la bande de roulement. Une solution pour limiter ce phénomène est de mettre des pontages dans ces rainures notamment dans les parties longitudinales ou transversales. Ainsi une solution préférée est qu’une pluralité de pontages soient formés dans les rainures étroites zigzagantes, chaque pontage étant formé à partir du fond des rainures étroites et diminue localement la profondeur de ces rainures étroites d'au moins 20% de la profondeur maximale de ces rainures étroites.
[0031] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par la figure 1 schématique et non représentée à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 29.5R29 employé dans les mines souterraines.
[0032] La figure 1 montre une vue volumique d'une variante de l'invention d'un pneu selon l’invention. Dans cette variante, le pneu 1 comprend une partie de sommet 2 prolongée de part et d'autre par des flancs 3, ces flancs 3 se terminant par des bourrelets non montrés sur cette figure 1, et une armature de carcasse 31 s 'étendant dans la partie de sommet 2, dans les flancs 3 et dans les bourrelets. Le plan médian M est perpendiculaire à l’axe YY’ de rotation du pneumatique et passe par le milieu de la bande de roulement 22 sur la figure 1.
[0033] La partie de sommet 2 est surmontée radial ement à l'extérieur par une bande de roulement 22 ayant une surface de roulement 10, une de largeur W égale à 680 mm et une épaisseur E, dans le plan médian M, égale à la distance radiale du point le plus radialement extérieur de la couche de sommet la plus radialement extérieure (211) à la surface de roulement (10). La partie de sommet 2 comprend une armature de sommet 21 formée de plusieurs couches de travail 210 et une armature de protection 211 positionnée radialement à l'extérieur des couches de travail 210.
[0034] La bande de roulement 22 est formée par superposition de deux matériaux, une première composition de caoutchouc 221 et une deuxième composition de caoutchouc 222, cette deuxième composition de caoutchouc 222 étant localisée radialement à l'extérieur de la première composition de caoutchouc 221 pour venir en contact avec le sol quand le pneu est neuf, cette deuxième composition de caoutchouc 222 ayant une épaisseur radiale moyenne égale à 62.5 mm. L'épaisseur moyenne de la première composition de caoutchouc 221 est égale à 62.5 mm et est destinée à être usée en roulage dès lors que la deuxième couche 222 est usée en totalité. [0035] La première composition de caoutchouc 221, située radial ement à l'intérieur de la deuxième composition de caoutchouc 222, est choisie pour avoir une valeur d'hystérèse faible caractérisée par une valeur tanô, cette valeur de tanô étant obtenue dans les conditions précisées dans le présent document. Dans l’invention cette hystérèse faible doit être associée à une valeur de l’allongement à rupture élevée.
[0036] Une couche intermédiaire 20 peut être intercalée entre l'armature de sommet 21 et la bande de roulement 22 cette couche intermédiaire a notamment pour rôle de lier la bande de roulement au reste du pneumatique. L’épaisseur radiale de cette couche intermédiaire représente moins de 10% de l’épaisseur E de la bande de roulement 22.
[0037] Dans cette bande de roulement 22, il est formé par moulage deux rainures étroites zigzagantes 4, 5 ayant une même géométrie, ces rainures étroites zigzagantes sont continues et font le tour complet du pneu autour de son axe de rotation (indiqué par la direction YY' sur cette figure 1). Ces rainures étroites zigzagantes 4, 5 ont une même profondeur maximale P égale à 70 mm et une largeur moyenne égale à 6 mm, cette largeur moyenne étant appropriée pour que les parois délimitant ces rainures étroites zigzagantes 4, 5 viennent au moins partiellement en contact l'une contre l'autre lors du roulage du pneu. Les rainures étroites zigzagantes sont présentes à neuf pour assurer une ventilation efficace et disparaissent dès lors que la bande de roulement a une épaisseur réduite donc présentant un échauffement moindre en roulage.
[0038] Chaque rainure étroite zigzagante 4, 5 a une forme crénelée pour laquelle on définit une longueur d'onde L égale ici à 240 mm et une amplitude A égale à 300 mm.
[0039] Grâce à la présence de ces deux rainures étroites 4, 5 crénelées, une surface d'échange thermique avec l'air environnant est créée dans le matériau, cette surface d'échange thermique correspondant à la surface de chacune des parois délimitant une rainure étroite. Chaque paroi de rainure étroite a une surface à neuf qui est égale approximativement à cinq fois la surface transversale équivalente vue en coupe de la bande de roulement, cette dernière surface transversale étant évaluée en multipliant la largeur W de la bande de roulement par l'épaisseur E de matière à user.
[0040] Dans la première partie de l'usage du pneu selon cette variante, la partie la plus radialement extérieure de la bande de roulement se trouve être ventilée par la présence de ces deux rainures étroites zigzagantes 4, 5, lesquelles ont la faculté de se fermer lors du passage dans le contact pour maintenir un niveau de rigidité approprié à neuf. Après une usure partielle suffisante pour voir disparaître les rainures étroites zigzagantes, les bonnes qualités intrinsèques de la première composition de caoutchouc 221 assurent une bonne tenue du pneumatique.
[0041] L’invention a été testée ou évaluée sur des pneumatiques de dimension 29.5R29. Les pneumatiques selon l’invention sont comparés à des pneumatiques de référence de même dimension pour chaque évaluation numérique. Le pneumatique est modélisé par la méthode des éléments finis et des calculs sont faits à une charge de 14000kg, à une pression de gonflage de 4,5 bars. Les résultats de calcul ci-dessous illustrent l’invention. Ces résultats sont exprimés en distance dans l’heure pour atteindre en un endroit quelconque de la bande de roulement une température maximale de 120°C, température à laquelle le risque de développement de fissures augmente significativement. Seule la bande de roulement change entre les différents pneumatiques, les armatures de sommet, de carcasse, les flancs, les bourrelets sont rigoureusement identiques entre les pneumatiques de référence et les différentes variantes des pneumatiques selon l’invention.
[0042] Les pneumatiques de référence comprennent :
• une première composition de caoutchouc comprenant pour 70 pce de caoutchouc naturel et 30 pce de styrène-butadiène (SBR) comprenant 43 pce de noir de carbone de surface spécifique STSA égale à 85 m2/g pour un allongement à rupture de 460% à 100°C, une hystérèse égale à 0.08 à 100°C pour un module d’extension sécant E10 1 à 10 % de déformation, mesuré à 23° C à 5.1 MPa.
• une deuxième composition de caoutchouc comprenant 20 pce de caoutchouc naturel et 80 pce de styrène-butadiène (SBR) comprenant 65 pce de noir de carbone de surface spécifique STSA égale à 125 m2/g et un indice CO AN égale à 95 ml/100g et 16 pce d’huile tackifiante, pour un allongement à rupture de 551% à 100°C, une hystérèse égale à 0.25 à 100°C et un module d’extension sécant E10_2 à 10 % de déformation, mesuré à 23° C à 5.0 MPa.
[0043] Les pneumatiques selon l’invention comprennent :
• une première composition de caoutchouc comprenant pour 100 pce de caoutchouc naturel, comprenant 40 pce de noir de carbone de surface spécifique STSA égale à 125 m2/g et 15 pce de silice pour un allongement à rupture de 625% à 100°C et une hystérèse égale à 0.11 à 100°C, un module d’extension sécant E10 1 à 10 % de déformation, mesuré à 23° C à 5.2 MPa
• une deuxième composition de caoutchouc comprenant 100 pce de styrène- butadiène (SBR) comprenant 60 pce de noir de carbone de surface spécifique STSA égale à 125 m2/g et un indice COAN égale à 95 ml/100g, et 11 pce d’huile tackifiante, pour un allongement à rupture de 362% à 100°C, une hystérèse égale à 0.22 à 100°C, pour un module d’extension sécant E10_2 à 10 % de déformation, mesuré à 23° C à 5.7 MPa.
[0044] Les pneumatiques de référence utilisent une technologie à deux compositions de caoutchouc, une première composition de caoutchouc très basse perte (0.08) avec des performances mécaniques équilibrées entre la résistance à rupture et le module d’extension sécant pour une telle hystérèse et une deuxième composition de caoutchouc avec un fort allongement rupture associé à un module d’extension sécant médian pour résister aux agressions. La répartition optimale pour ce type d’empilement est de l’ordre de 20% de première composition de caoutchouc dans l’épaisseur de la bande de roulement.
[0045] Pour des pneumatiques aussi particuliers en termes d’usage et d’épaisseur de bande de roulement, l’idée est de trouver un équilibre différent par l’introduction de silice dans les charges de la première composition de caoutchouc en dégradant l’hystérèse mais en améliorant l’allongement à rupture et en augmentant le module sécant de la deuxième composition de caoutchouc en dégradant son allongement à rupture. Etonnamment l’optimum de conception, pour la température sommet en faisant varier l’épaisseur de la première composition de caoutchouc dans la bande de roulement, est considérablement modifié et une synergie entre matériaux et équilibre des épaisseurs des compositions de caoutchouc permet de gagner en performance. Pour un pneumatique lisse sans rainures étroites zigzagantes, l’optimum pour la température, fortement lié à la propagation de fissure, devrait être logiquement lorsque le modèle ne comporte que la composition de caoutchouc de plus basse hystérèse. En réalité l’optimum dans cette configuration et ce de manière étonnante est lorsqu’il y a 66% de la première composition de caoutchouc dans la bande de roulement. Au-delà de cet optimum, le paramètre thermique décroit très légèrement. Néanmoins au-delà de cet optimum la résistance aux agressions du pneumatique décroit fortement notamment en raison du module de la première composition de caoutchouc, qui la rend moins résistante aux agressions. Au-delà de 40% de la première composition de caoutchouc dans la bande de roulement, le gain sur la performance thermique est de l’ordre de 40% comparativement à un pneumatique comprenant 100% de la deuxième composition de caoutchouc dans la bande de roulement. Entre ces deux bornes, en fonction de l’équilibre de performance souhaité, le pneumatique selon l’invention est toujours meilleur en résistance aux agressions et en propagation de fissure que les pneumatiques selon l’état de l’art.
[0046] Pour des pneumatiques munis de rainures étroites telles que décrites, l’optimum en température n’est plus à 66% de première composition de caoutchouc dans la bande de roulement mais à 50% de première composition de caoutchouc dans la bande de roulement et la performance décroit de plus de 10% par rapport à cet optimum pour un pneumatique ne comportant que la première composition de caoutchouc. De façon étonnante, l’interaction entre la sculpture et la constitution de la bande de roulement permet de trouver un optimum décalé en fonction de la proportion de la première composition de caoutchouc par rapport à un pneumatique sans rainures étroites. L’effet d’échange thermique est optimisé grâce aux rainures étroites pour la deuxième composition de caoutchouc comprenant comme charge du noir de carbone qui prenne le pas sur la génération de calories mais aussi grâce à la diminution d’échange thermique pour un matériau de plus faible hystérèse comprenant de la silice qui a également un effet de diminution des échanges thermiques. Les caractéristiques spécifiques de la bande de roulement, de très grande épaisseur et de très faible taux d’entaillement, rendent cet optimum tout à fait spécifique. L’optimum pour un pneumatique selon l’invention avec une sculpture à rainures étroites avec 50% de première composition de caoutchouc, permet une amélioration de la performance thermique de près de :
• 80% par rapport à un pneumatique sans rainures étroites dont la bande de roulement est composée de 100% de deuxième composition de caoutchouc
• 20% par rapport à un pneumatique sans rainures étroites dont la bande de roulement est composée de 100% de la première composition de caoutchouc • 22% par rapport à un pneumatique sans rainures étroites dont la bande de roulement est composée de 66% de la première composition de caoutchouc, optimum de la performance pour un pneumatique sans rainures étroites.
[0047] Autour de cet optimum à 50%, pour une proportion de première composition de caoutchouc comprise entre 40% et 66% de l’épaisseur de la bande de roulement, le gain en performance thermique est supérieur à 70% par rapport à un pneumatique sans rainures étroites dont la bande de roulement est composée de 100% de deuxième composition de caoutchouc. Préférentiellement pour une proportion de première composition de caoutchouc comprise entre 45% et 60% de l’épaisseur de la bande de roulement, le gain en performance thermique est supérieur à 75% par rapport à un pneumatique sans rainures étroites dont la bande de roulement est composée de 100% de deuxième composition de caoutchouc.
[0048] Par connaissance experte et des essais sur des sites miniers, les pneumatiques selon l’invention, en raison du module d’extension élevé de leur deuxième composition de caoutchouc auront une résistance améliorée aux agressions de 10 à 20% par rapport aux pneumatiques de référence. De même grâce à l’amélioration de l’allongement à rupture en comparaison à la composition des pneumatiques de référence, de la première composition de caoutchouc malgré la dégradation en hystérèse, les pneumatiques selon l’invention auront une amélioration de leur performance en résistance à la fissuration de l’ordre de 20%.
[0049] L’invention permet donc de trouver un équilibre largement amélioré entre les performances thermiques, de fissuration et d’arrachement de parties de bande de roulement comparativement aux pneumatiques selon l’état de l’art.

Claims

Revendications Pneumatique radial (1) pour un véhicule minier, destiné à être monté sur une jante ayant un diamètre de jante au moins égal à 24 pouces et à porter une charge nominale au moins égale à 8 000 Kg, comprenant :
• une bande de roulement (22) destinée à entrer en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement (10) et reliée par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets destinés à entrer en contact avec la jante,
• une armature de sommet (21), radial ement intérieure à la bande de roulement (22), comprenant des couches de sommet (210, 211), comprenant des renforts métalliques,
• un plan médian (M) perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, passant par le milieu de la bande de roulement, et dont les points d’intersection avec la surface de roulement (10) ont une distance moyenne à l’axe de rotation du pneumatique égale à Rm,
• la bande de roulement (22) ayant une largeur axiale (W) et ayant, dans le plan médian (M), une épaisseur radiale (E), définie comme la distance radiale du point le plus radialement extérieur de la couche de sommet la plus radialement extérieure (211) à la surface de roulement (10), l’épaisseur radiale E de la bande de roulement étant au moins égale à 0.04*Rm,
• la bande de roulement (22) comprenant au moins une première composition de caoutchouc (221) et une deuxième composition de caoutchouc (222), constituant au moins 90% de l’épaisseur (E) de la bande de roulement (22),
• la première composition de caoutchouc (221), étant radialement intérieure à la deuxième composition de caoutchouc (222),
• la deuxième composition de caoutchouc (222) ayant un module d’extension sécant El 0 2, mesuré à 10 % de déformation et à une température de 23° C, au moins égal à 5.2 MPa,
• caractérisé en ce que la première composition de caoutchouc (221) constitue au moins 40 % et au plus 66% de l’épaisseur (E) de la bande de roulement (22), • en ce que l’allongement à rupture à 100°C de la première composition de caoutchouc (221) est au moins égal à 500%, et la perte dynamique maximale tanô de ladite première composition de caoutchouc (221), mesurée à une température de 100°C et à une fréquence delO Hz, est au plus égale à 0,13,
• en ce que la première composition de caoutchouc (221) comprend un taux en masse de charge renforçante au moins égal à 30 pce (parties de charge pour 100 parties d’élastomère) et au plus égal à 80 pce,
• en ce que la deuxième composition de caoutchouc (222) comprend du noir de carbone ayant un taux en masse au moins égal à 30 pce et au plus égal à 75 pce,
• et en ce que le taux en masse de charges renforçantes total de la deuxième composition de caoutchouc (222) est supérieur au taux en masse de charges renforçantes total de la première composition de caoutchouc (221). Pneumatique selon la revendication 1 dans lequel la première composition de caoutchouc (221) constitue au moins 45 % et au plus 60% de l’épaisseur (E) de la bande de roulement (22). Pneumatique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel la première composition de caoutchouc (221) comprend, comme charges renforçantes, de la silice et du noir de carbone. Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’allongement à rupture à 100°C de la première composition de caoutchouc (221) est au moins égal à 575%. Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la première composition de caoutchouc (221) est une composition de caoutchouc à base d’élastomères diéniques, comprenant au moins une charge renforçante comprenant majoritairement du noir de carbone de surface spécifique STS A supérieure à 100 m2/g. Pneumatique selon Tune quelconque des revendications précédentes dans lequel la deuxième composition de caoutchouc (222) est une composition de caoutchouc à base d’élastomères diéniques comprenant au moins une charge renforçante, ladite charge renforçante comprenant majoritairement du noir de carbone ayant une surface spécifique STSA comprise entre 70 et 140 m2/g et un indice COAN compris entre 85 et 105 ml/100g, la deuxième composition de caoutchouc comprenant une huile avec un taux au plus égal à 20 pce et une résine tackifiante avec un taux au plus égal à 10 pce . Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la deuxième composition de caoutchouc (222) comprend un taux en masse total de charge renforçante au moins égal à 40 pce. Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la bande de roulement (22) comprend au moins deux rainures étroites (4, 5) faisant le tour du pneu, chaque rainure étroite (4,5) ayant une forme générale zigzagante de longueur d'onde L et d'amplitude A, la longueur d'onde L étant comprise entre 10% et 120% de la largeur axiale (W) de la bande de roulement (22), et l'amplitude A étant comprise entre 10% et 40% de cette même largeur axiale (W), la surface de roulement (10) ayant un taux surfacique d’entaillement inférieur à 1%. Pneumatique selon la revendication 8 dans lequel chaque rainure étroite zigzagante (4,5) a une profondeur maximale (P) au moins égale à 20% et au plus égale à 90% de l'épaisseur (E) de la bande de roulement (22), et de préférence comprise entre 40% à 70% de l'épaisseur (E). Pneumatique selon la revendication 8 ou 9 dans lequel une pluralité de pontages sont formés dans les rainures étroites zigzagantes (4,5), chaque pontage étant formé à partir du fond des rainures étroites et diminuant localement la profondeur de ces rainures étroites (4,5) d'au moins 20% de la profondeur maximale de ces rainures étroites (4, 5).
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