Brevet FR2099550A1 — publié le 19720317

La résistance à l'abrasion des -bandages pneumatiques fabriqués par moulage centrifuge de polymères est en général peut satisfaisante. La plupart des pneumatiques de ce type sont fabriqués en polyuréthanne On a tenté de fixer une bande de roulement de fa-5 brication classique, qui présente d'excellentes propriétés de résistance à l'abrasion, à un corps de pneumatique en polyuréthanne L'adhérence entre les deux matières différentes est mauvaise, et dans certains pneumatiques ainsi réalisés , les deux éléments sont solidarisés par des dispositifs mécaniques de verrouillage. Bien 10 qu'en de nombreux points, ces procédés permettent d'obtenir des produits de qualité satisfaisante, ils posent encore certains problèmes qui ne sont pas complètement résolus. La présente invention concerne notamment la fabrication des bandes classiques de roulement et concerne plus particulièrement un 15 procédé chimique et mécanique de liaison entre une bande de roulement de fabrication classique et une carcasse de pneumatique en po-lyuréthane. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un élément intermédiaire qui adhère aussi bien à la matière constituant la bande de roulement-qu'au polyuréthane 20 lui-même. Cet élément intermédiaire est une toile de séparation constituée par des cordons ou un tissu de rayonne, de"Nylon" ou de polyester et qui est lié à la matière de la bande de roulement par des cordons classiques imprégnés par trempage d'un mélange de résine de résorcine-formaldéhyde et de latex. Pour assurer la liaison 25 de la toile de séparation et du polyuréthanne,les cordons ou le tissu de la toile de séparation sont soumis à un grattage effectué au moyen de disques de toile ou de feutre, de manière à ouvrir les fibres de la toile de séparation, puis le polyuréthanne est surmoulé par centrifugation sur la toile dont les fibres ont été ainsi 30 dégagées .Le polyuréthanne est durci de manière à assurer à la fois une liaison mécanique et un^liaison chimique par réaction des groupes extrêmes de l'isocyanate du pol.vurétnanne /fevec l'hydrogène actif de la rayonne, du"Nylon"ou du polyester. Dans la rayonne, la reaction avec les groupes isocyanate s'effectue par les groupes OH. Le 35 "Nylon"est notablement moins réactif, car il contient des groupes amide (CONï^) . Dans le cas du polyester, les groupes réactifs sont les groupes OH et COOH qui sont initialement à l'extrémité des chaînes, et de ce fait chaque chaîne présente plusieurs points de liaison. Dans tous les cas, quelle que soit la réaction chimique ^0 mise en oeuvre, le procédé de l'invention permet d'assurer une ex- 71'26930 2 2099550 cellente liaison chimique et mécanique entre une bande de roulement de fabrication classique et une carcasse en polyuréthanne noulacle,, D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'examen de la description détaillée qui va suivre, faite en regard 5 des dessins annexés et illustrant à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention. Dans ces dessins : Les figures 1 et !A -crises ensemble sont une coupe lon^itu- ,de fabrication „ L , dinale partielle de l'appareil/de la bande de roulement de l'invention» 10 la figure 2 est une vue en bout selon la ligne 2-2 de la figure 1, la figure 3 est une coupe partielle selon la figure 1.montrant le pli de la toile de séparation appliquée sur la surface extérieure du tube annulaire gonflable, 15 la figure - est une vue semblable à celle de la figure J, et montre un ruban annulaire destiné à former la bande de roulement et appliqué sur la bande de séparation représentée sur la figure 3, la figure 5 est une vue semblable aux figures 3 et 4 et montre le moule de la bande de roulement mise en place pour fixer 20 ie ruban annulaire sur la toile de séparation, la figure 6 est une vue semblable à celle des figures l à 5 et illustre l'introduction au fluide sous pression dans le tube annulaire pour mouler la bande de roulement à sa forme définitive, la figure 7 est une coupe partielle à grande échelle de 25 la bande de roulement extraite du moule de la figure 6, et montre la surface intérieure de la toile de séparation après son meulage destiné à ouvrir et à dégager ses fibres, la figure 8 est une élévation avec coupe partielle du moule de centrifugation contenant la bande de roulement de la figure 7, 50 la figure 9 est une coupe partielle semblable à celle de la figure 8 et montre le moulage du polymère liquide, la figure 10 est une vue en perspective avec coupe partielle du pneumatique terminé fabriqué dans le moule des figures 8 et 9, et 3- la figure 11 est une coupe selon les lignes 11-11 de la figure 10. Les figures 1 à 6 représentent l'appareil de moulage 20 destiné à fabriquer la bande de roulement classique de la figure J. Cette bande de roulement terminée est ensuite placée dans l'appa-40 reil des figures 8 et 9 pour terminer la fabrication du pneumatique COPY 71 26930 2099550 représenté sur les figures 10 et 11 comme on le verra ci-après. On voit que l'appareil 20 représenté sur les figures 1 à 6 est destiné à fabriquer une bande de roulement qui ne peut êtrë utilisé que dan^L'appareil représenté sur les figures 8 et 9, mais il S faut noter que ce dernier peut être utilisé aussi facilement que les moules classiques de rechâpage de pneumatiques. deux La machine à mouler 20 des figures 1 et 1A comprend/ montants ou socles verticaux 22 et . Le montant 22 supporte un arbre 2'4 qui peut, soit être bloqué en position fixe, soit être en-10 traîné. Le montant 23 supporte un arbre 23 qui peut se déplacer axialement en coulissant dans Ji palier du montant 23. Un tube annulaire gonflable 27 est disposé sur une jante métallique ,_-b bordée par deux flasques opposés 29 qui le maintiennent axialement. Ce tube est en matière déformable élastiquement. On voit que sa 15 surface intérieure repose sur la jante 28 et que sa surface extérieure est libre et qu'il p^ut don;, se -lilater vers l'extérieur lorsqu'un fluide sous pression est introduit par un tube d'entrée 30. L'arbre 25 du montant opposé 23 supporte un moule annulaire 32 de bande de roulement qui peut venir se placer autour du tuo>^ 20 annulaire 27 lorsque le moule 32 est déplacé axialement vers la droit®, c'est-à-dire dans le sens de la flèche ;-6 sur la figur- 'A Ce déplacement axial est commandé par un cylindre pneumatique V qui déplace une tige de piston 36 fixée au moule 32. On voit que le moule annulaire 32 est à double enveloppe, et qu'il comporte un® 2~ enceinte interne 33 dans laquelle on peut introduire de la vapeur ou un autre agent de chauffage pour effectuer la cuisson de la chape ou bande de roulement terminée. La première phase du procédé de l'invention est illustrée par la figure 3. Cette phase peut être supprimée dans les procèdes 30 classiques de fabrication d'un pneumatique de ce type. Une toile de séparation M constituée par un tissu ou des cordons est placée autour de la paroi extérieure du tube annulaire 27. La structure de cette toile de séparation sera décrite ultérieurement, lit an t donné que la longueur circonférentiell" de la toile augmente nota-35 blement lorsque le tube annulaire 27 est gonflé, il est souvent désirable que les extrémités de la toile +1 se recouvrent initialement sur une longueur correspondant à l'augmentation du périmètre, de manière que les extrémités de la toile soient jointives lorsque le tube est gonflé. La seconde phase du procédé est illus-40 trée par la figure 4. Un ruban -+3 de matière est enroulé autour l COPV 71 26930 4 2099550 de la surface extérieure du tube annulaire 27, sur la toile de séparation 41. Pour enrouler ce ruban, on fait tourner l'ensemble en entraînant le tube annulaire 27 par l'intermédiaire de l'arbre 2^. Dans la phase suivante illustrée par la figure 5, le cylindre pneu-5 matique 35 est alimenté et déplace le moule annulaire 32 de chape vers la droite (selon la figure 1Ajjusqu'à la position représentée sur la figure 5 à laquelle il entoure le ruban 43 de matière. Une fois le moule de chape ainsi positionné, un fluide sous pression est introduit par le tube d'entrée 30 dans l'enceinte intérieure du 10 tube annulaire 27 qui se gonfle radialement en entraînant le ruban de matière jusqu'à la position représentée sur la figure 6 , c'est-à-dire dans l'empreinte annulaire qui forme les sculptures de la bande de roulement. Le fluide introduit dans le tube annulaire peut être à une température donnée (vapeur ou /et eau chaude) de manière 15 à faciliter la cuisson de la bande de roulement formée. De même un fluide chauffé à une température correspondant à la température de cuisson de la bande de roulement est introduit dans la chambre intérieure 33 du moule de chape. Lorsque la bande de roulement a été ainsi formée et vulcanisée, le moule annulaire 32 est déplacé axia-20 lement en sens inverse de la flèche de la figure 5, le tube annulaire est dégonflé, et la bande de roulement 47 terminée se dégage d'elle-même du tube annulaire. Comme on l'a vu précédemment, ce procédé décrit peut être utilisé pour la fabrication de bandes de roulement classiques qui 25 ne sont pas destinées/!tre utilisées au cours des phases ultérieures du procédé de l'invention, mais qui peuvent être employées par exemple dans les ateliers de rechapage de pneumatiques. La phase suivante du procédé est illustrée par la figure 7. Cette phase consiste à gratter mécaniquement la surface inté-30 rieure de la toile de séparation 41 de manière à ouvrir les fibres 45 du tissu ou des cordons composant cette toile. (Ce grattage est effectué par meulage au moyen d'un disque de toile ou de feutre non représenté). Cette opération a pour but de donner une surface pelucheuse ou veloutée aux fibres ouvertes et dégagées qui dépassent 35 la surface intérieure de la toile, dans un but qui sera décrit ultérieurement. De préférence, le rapport de la longueur des filaments dégagés au diamètre du cordon est d'environ 3 à 1. Le taux de grattage ne peut être déterminé mathématiquement, mâis il est nécessaire de dégager une surface maximale de filaments tout en 40 provoquant une destruction minimale des cordons. De toute manière, 71 26930 5 2099550 la solidité de la toile de séparation ne doit pas être sacrifiée inutilement au profit de l'effet d'adhérence. Les figures 8 et 9 montrent un moule 54 de centrifuga-tion calé sur un arbre 57 pouvant tourner dans des paliers soli-5 daires d'un montant ou socle vertical 56. Le moule de centrifuga-tion comprend deux parois latérales 59 convenablement reliées à l'arbre 57 et reliées l'une à l'autre sur leur pourtour par des brides 60 assemblées par des boulons 61. Comme dans les moules de centrifugation classiques, un noyau intérieur 62 délimite la sur-10 face intérieure du pneumatique. Le polymère liquide peut être introduit dans l'empreinte de moulage par une ouverture 63. L'opération suivante consiste à placer la bande de roulement 47, préalablement meulée afin de dégager les filaments de la toile de séparation (voir figure 7), dans le moule de centrifugation vcomrae 15 on le voit sur la figure 8). Le moule 54 est alors entraîné à ur»® vitesse/de rotation qui est de l'ordre de 1 000t/mn, puis le polymère liquide est introduit dans le moule par l'ouverture 63 et remplit l'enceinte comprise entre les parois latérales 59 et le noyau central 62 de manière à former le corps du pneumatique ter- 20 miné. Comme on le voit sur la figure 9, le pn-sumatique terminé com- 5 prend des tringles métalliques annulaires classiques/qui sont initialement positionnées dans le moule de centrifugation . La résine liquide introduite dans le moule tournant à grande vitesse se déplace et vient noyer les filaments ou les fi-25 bres 45 dégagées en se liant immédiatement à ces dernières. Lorsque le moule 54 tourne à environ 1 000t/mn, on peut estimer que la pression de la résine liquide est de l'ordre de 6,5 bars et de ce fait elle pénètre entre les filaments 45 en chassant l'air emprisonné et en entrant en contact intime avec les fibres. 30 Les résines synthétiques pouvant être utilisées confor mément à l'invention sont en nombre pratiquement illimité, pour autant que quelle que soit sa nature, elle soit à l'état liquide avant sa solidification. La résine doit être solidifiable et peut être traitée par chaleur, par addition d'un agent de réticulation 35 par catalyse, par condensation, par réaction chimique ou par une combinaison de ces procédés. Les pneumatiques fabriqués par le procédé de l'invention sont de préférence en matière dite "résine de polyuréthanne". Ces résines sont en général du type polyéther, mais les uréthannes du type polyester peuvent être également uti-40 lisés. La composition de ces matières est bien connue, et à ce ti- 71 '26930 6 2099550 tre on peut se référer aux brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 2 852 483, 2 814 605 et 2 814 606, qui décrivent des exemples de polyéther-polyuréthaimes et des polyesters-polyuréthannes. Ces matières sont disponibles dans le commerce sous la forme de pré-5 polymères ayant une viscosité voisine de celle du miel. Le poids spécifique des polyester-polyuréthannes est en général compris entre 1,15 et 1,30. Les résines de l'invention peuvent être considérée:; iiormaloment comme étant des composés organiques de haut poids moléculaire, 1 000 par exemple, contenant des unités récurrentes et 10 obtenues par un procédé comprenant tout mécanisme provoquant u/jo augmentation du poids moléculaire, comprenant par exemple la polymérisation, la condensation, la polymérisation par greffage, la polymérisation séquencée, la réticulation , la solvatation etc., ou une combinaison de ces processus. Dans ces résines ou ces puly-15 mères, le taux de polymérisation est insuffisant pour transformer la matière à l'état normalement liquide en un gel ou en une matière complètement solidifiée. Ces résines solidifiables comprennent les prépolymères, les plastisols, les résines à l'état A et a, les résines à catalysation incorporée,etc. Ces résines sont à leur li.: -20 final, c'est-à-dire à leur état solide, lorsqu'elles sont soui.dsoc, à un processus d'accroissement du poids moléculaire et que cet accroissement cesse par épuisement des matières réactives, par consommation de la totalité de l'agent de réticulation, par élimination de la chaleur , par addition de réactif de terminaison do 25 chaîne etc.. Comme on l'a mentionné précédemment, le produit solidifié final est de préférence un élastomère, c'est-à-dire qu'à, son état final, il est élastique. Les élastomères de polyuréthane décrits ci-dessus sont des prépolymères comportant des groupes terminaux isocyanate qui 30 réagissent facilement avec des composés comprenant de l'hydro,:;...^ actif. En conséquence, les matières utilisées pour la fabricat^ de la toile de séparation 41 de l'invention comprennent la rayon.-.c, le Nylon"et les résines du type polyester. Parmi ces matières, la rayonne est la plus réactive , car elle comprend ues groupes OH. 35 Le"Nylon" est légèrement moins réactif, car il comporte des groupes amide (CONHg)» toutefois, dans ce cas particulier, une très bonno adhérence est obtenue par réaction chimique avec les polyuréthannes. Les groupes réactifs des matières du type polyester sont les groupes 0H et COOH qui sont initialement en fin de chaîne et de co fait 40 chaque chaîne présente peu de points de liaison. Cependant, les bad original 71 26930 7 2099550 polyuréthannes assurent une liaison satisfaisante avec les polyesters. Les réactions de base qui apparaissent avec les diverses matières comprenant les groupes mentionnés ci-dessus sont les suivantes : REACTIONS 5 RNCO + R'OH > R-NH-COOR1 RNCO + R'COOH ■ > R-NH-CO-O-COR' RNCO + R'C0NH2 ) R-NH-CO-NH-CO-R' Dans ces réactions, R représente un reste de prépolymère d 'uréthanne et R' est le polymère en fibre comprenant les groupes 10 réactifs. De ce qui précède, on peut constater que grâce à l'utilisation de l'appareil représenté sur les figures 8 et 9 et grâce à la solidification initiale du polyuréthanne avant le démoulage du pneumatique terminé, on obtient non seulement une liaison chimique mais 15 également une liaison mécanique entre les fibres 45 et le polyuréthanne solidifié. La coupe transversale (figure 10) du pneumatique fabriqué sur la machin^ des figures 8 et 9 et la coupe à grande échelle de la figure 11 montrent cette liaison mécanique entre la matière de la toile de séparation 41 et le polyuréthanne. 20 En conséquence, on peut constater que l'invention constitue un nouveau procédé de fabrication d'une bande de roulement de pneumatique ainsi qu'un nouveau procédé de liaison d'une bande d« roulement classique à une carcasse de pneumatique en polyuréthafme. La toile intermédiaire 41 assure une liaison parfaitement uniforme des 25 éléments et est d'un très faible encombrement par rapport aux dispositifs mécaniques de verrouillage utilisé dans les procédés classiques de liaison de la chape par cuisson sur une carcasse en polymère moulable. En outre, et plus généralement, l'invention apporte un nouveau mode de liaison d'un polyuréthanne à un tissu ou à 30 un cordon de rayonne, de"Nylon" ou de polyester qui constitue un élément de fixation du polyuréthanne sur une matière du type caoutchouc . Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre illustratif mais nullement limitatif et qu'elle est suscep-35 tible de diverses variantes sans sortir de son cadre. BAD 71 26930 8 2099550 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de bandes de roulement de bandages pneumatiques, caractérisé en ce qu'il consiste à placer la matière composant la bande de roulement autour de la surface exté-5 rieure d'un organe expansible radialement, à placer un moule autour de la matière, à provoquer l'expansion radiale de la surface extérieure de l'organe expansible, de manière à appliquer la matière contre l'empreinte de moulage de la bande de roulement, puis à solidifier au moins partiellement la matière. 10 2 - Procédé de fabrication de bandes de roulement de banda ges pneumatiques, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer la matière constituant la bande de roulement autour de la paroi extérieure d'un tube annulaire élastique déformable dont la surface intérieure est supportée par une surface rigide, à placer un moule 15 annulaire de bande de roulement autour de la matière, à introduire un fluide sous pression dans le tube annulaire pour que sa paroi extérieure se dilate radialement en appliquant la matière contre la surface de l'empreinte du moule, puis à solidifier au moins partiellement la matière constituant la bande de roulement. 20 3 - Procédé de fabrication d'un bandage pneumatique, carac térisé en ce qu'il consiste à préparer une bande de roulement classique comprenant une surface extérieure de roulement et une surface intérieure, à solidariser une toile de séparation constituée par un tissu ou des cordons de rayonne, de"Nylon"ou de polyester 25 avec la surface intérieure de la bande de roulement, à traiter le tissu ou les cordons pour en dégager les fibres, à placer la bande de roulement solidarisée à la toile de séparation dans un moule de forme complémentaire de celle du bandage pneumatique terminé,à introduire une résine liquide dans le moule pour former les flancs 30 et une partie de la couronne du pneumatique et de manière que la résine liquide enrobe et noie les fibres dégagées de la toile de séparation, puis à solidifier la résine de manière à assurer la liaison entre la toile de séparation et la résine. 4 - Procédé de fabrication de bandages pneumatiques, carac-35 térisé en ce qu'il consiste à préparer une bande de roulement classique comportant une surface extérieure de roulement et une surface intérieure, à solidariser une toile de séparation constituée par un tissu ou des cordons de rayonne, de"Nylon" ou de polyester avec la surface intérieure de la bande de roulement, à grat-hfO ter par meulage le tissu ou les cordons de manière à ouvrir et à 71 26930 2099550 en dégager les fibres, à placer la bande de roulement solidarisée à la toile de séparation dans un moule de forme complémentaire de cel^ du bandage pneumatique terminé, à introduire un polyuréthanne/ l'état liquide dans le moule pour former les flancs laté-5 raux et une partie de la couronne du pneumatique et de manière que le polyuréthanne liquide entoure et noie les fibres ouvertes et dégagées, puis à solidifier le polyuréthanne afin d'établir une liai-, son chimique et mécanique entre la toile de séparation et le polyuréthanne . 10 5 -Procédé de fabrication de bandages pneumatiques, caracté risé en ce qu'il consiste à préparer une bande de roulement classique comportant une surface extérieure de roulement et une surface intérieure, à solidariser une toile de séparation constituée par un tissu ou par des cordons de rayonne, de"Nylon"ou de polyester avec 15 la surface intérieure de la bande de roulement, à gratter par seu-lage le tissu ou les cordons de manière à ouvrir et à dégager les fibres, à placer la bande de roulement solidarisée à la toile de séparation dans un moule de centrifugation de forme complémentaire de celle du pneumatique terminé, à introduire un polyuréthanne li-20 quide dans le moule pour former les flancs latéraux at une partie de la couronne du pneumatique, à faire tourner le moule pour que le polyuréthanne liquide vienne au contact avec les fibres ouvertes et les enrobe, puis à solidifier le polyuréthannejde manière à assurer une liaison chimique et mécanique entre la toile de séparation 25 et le polyuréthanne. 6 - Bande de roulement de bandage pneumatique, caractérisée en ce qu'elle comprend un anneau de matière comportant une surface extérieure et une surface intérieure, une toile de séparation constituée par un tissu ou des cordons de rayonne, de "Nylon"ou 30 de polyester, étant solidarisée de la surface intérieure de la bande de roulement, le tissu ou les cordons comportant des filaments en relief dirigés vers l'intérieur. 7 - Bandage pneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend une bande de roulement en matière résistant à l'usure et comportant 35 une surface extérieure et une surface intérieure, une toile de séparation constituée par un tissu ou des cordons de rayonne, de "Nylon" ou de polyester, étant solidarisée à la surface intérieure de la bande de roulement, le tissu ou les cordons présentant des fibres en relief dirigés vers l'intérieur, la surface extérieure 40 de la bande de roulement étant munie de sculptures assurant l'adhé- 71 26930 10 2099S50 rence du pneumatique sur la route, une carcasse en polyuréthanne solidifiée comprenant les flancs latéraux du bandage et une partie de sa couronne,1e polyuréthanne étant intimement lié par réaction chimique aux filaments en relief de la surface intérieure de la 5 toile de séparation , de manière à assurer une liaison à la fois mécanique et chimique de la bande de liaison et des éléments en polyuréthanne . 8 - Procédé de liaison du polyuréthane à une matière du type caoutchouc, caractérisé en ce qu'il consiste à solidariser un 10 tissu ou des cordons de rayonne, de"Nylon" ou de polyester à la matière du type caoutchouc de manière que des fibres en relief dépassant la surface libre des cordons ou du tissu scient orientées vers l'extérieur, à mettre un polyuréthanne liquide en contact avec les fibres en relief, puis à solidifier le polyuréthanne liquide. 15 9 - Procédé de liaison du ^polyuréthanne à des cordons ou à un tissu en rayonne, en "Nylon" ou en polyester, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter les cordons ou le tissu de manière à dégager au moins une partie des fibres du tissu ou des cordons, à mettre un polyuréthanne liquide en contact avec les fibres en relief 20 sur le tissu ou sur les cordons, puis à solidifisr le polyuréthani^* 10 - Procédé de liaison du polyuréthane à une matière du type caoutchouc,caractérisé en ce qu'il consiste à solidariser un tissu ou des cordons de rayonne, de'Nylon"ou de polyester à la matière du type caoutchouc par un procédé classique, à traiter les 25 cordons ou le tissu de manière à dégager et à «xposer au moins une partie de leurs fibres, à mettre un polyuréthanne liquide en cnntact avec les fibres en relief des cordons ou du tic.su puis à solidifier le polyuréthanne liquide de manière à solidariser ce dernier des fibres. 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