Brevet FR2121847A1 — publié le 19720825

La présente invention se rapporte aux pneumatiques, et elle concerne, plus particulièrement, des pneumatiques du type ne contenant pas de tissu de renforcement de carcasse entre l'une des régions de talon et l'autre, qui seront appelés pneumatiques sans tissu dans la suite. Dans un pneumatique sans tissu qui est confectionné à partir d'une matière flexible pratiquement inextensible, les contraintes sont supportées par la matière elle-meme, car il n' a pratiquement pas de renfor cernent de carcasse. Du fait que, dans un pneumatique gonflé, les contraintes ne sont pas uniformes sur toute son étendue, les pneumatiques sans tissu proposés jusqu a présent sont susceptibles de subir des défaillances provoquées par des zones locales de contrainte accrue dans le pneumatique. Selon l'invention, un pneumatique sans tissu comprend une carcasse de matière polymère élastique, la forme et l'épaisseur et/ou le module de ladite carcasse étant tels que le pneumatique présente, une fois moulé, une forme correspondant sensiblement à la forme qu'il présente lorsqutil est gonflé. Pour des pneumatiques à rapport de forme peu élevé, en particulier, les contraintes qui existent dans un pneumatique sont les plus importantes dans la région de couronne et les moins importantes dans la région du milieu des flancs. En conséquence, par exemple, dans un pneumatique à rapport de forme peu élevé, pour que ledit pneumatique présente une forme en équilibre une fois moulé, e'est å-dire une forme où l'effort est réparti uniformément dans la matière de la carcasse, de façon que la forme du Dneuma- tique moulé soit pratiquement conservée lorsqutil est gonflé, la carcasse dudit pneumatique présente dans la région de couronne un module et/ou une épaisseur d'une valeur supérieure aux valeurs présentées dans la région du milieu des flancs, le module et/ou l'épaisseur étant po progressives dans l'ensemble de la carcasse. On notera que, du fait que les talons d'un pneumatique doivent être pratiquement inextensibles pour le maintenir en position stable sur une jante de roue, il se produira une légère modification de la forme du pneumatique chaque fois que la carcasse se dilatera, mais cela se réduira à un minimun du moment que la dilatation est uniforme, ce qui est le cas lorsque la distribution des efforts dans la carcasse est uniforme. I1 est préférable que,dans les pneumatiques selon l'invention, la dilatation de la carcasse, mesurée par l'augmentation de la circonférence de section du pneumatique, ne soit pas supérieure à 5 ,' lorsque la pneumatique est gonflé sous sa pression de roulement normale. I1 est même préférable de maintenir ce chiffre audessous de 5 L'amplitude de la variation du module et/ou de l'épaisseur de la carcasse qui est nécessaire pour aboutir à une forme en équilibre dépend du rapport de forme désiré pour le pneumatique. L'expression "rapport de forme" désigne, dans le présent mémoire, le rapport, exprimé sous forme de pourcentage, de la hauteur de section de la carcasse (hauteur comprise entre la base des talons et la section médiane de la carcasse dans la région de couronne) à la largeur maximale de la carcasse (mesurée entre la section médiane d'un flanc et la section médiane de l'autre au point de distance maximale entre les flancs) lorsque le pneumatique est gonflé et qu'lest monté sur une jante de roue pour laquelle il est étudié. Cela est illustré sur les figures I à 5 du dessin annexé sur lequel sont représentées, en section transversales des formes et épaisseurs de carcasse en équilibre pour des rapports de forme F1 à F5 de 100, 90, 80, 70 et 60, pour une matière isotrope présentant un module d'Young de 246 kg/cm2. Les lignes interrompues L1 à L5 tracées, sur chaque carcasse montrent sa forme méridienne, l'épais- seur de la carcasse étant répartie de façon identique de chaque côté de cette ligne. Les valeurs des épaisseurs de milieu des flancs et de couronne de ces carcasses permettant de limiter l'accroissement à moins de 3 % pour une pression de gonflage de 1,4 kg/cm2 sont indiquées dans le tableau cidessous, les carcasses étant réalisées pour des jantes de 25,4 cm de diarnètre de largeurs appropriées. Rapport de Largeur de Epaisseur à épaisseur au forme du section la couronne milieu du pneumatique (cm) (cm) flanc (cm) 100 11,18 0,1 1,04 90 11,94 1,32 0,91 80 12,70 1,88 0,86 70 13,46 2,39 0,78 60 14,22 2,79 0,70 On pourrait réaliser des carcasses à forme en équilibre analogues à celles qui sont représentées, d'une épaisseur constante en modifiant le module de la matière constituant la carcasse dans le mAeme rapport que celui dont varie l'épaisseur de la section de la carcasse du pneumatique sur les figures, ou bien l'on pourrait modifier à la fois le module et l'épaisseur pour obtenir un pneumatique de section désirée. On peut déterminer mathématiquement les formes et les épaisseurs de carcasse décrites ci-dessus en comparant la carcasse avec un pneumatique à nappes en biais dont les nappes présentent un angle d'obliquité a. Une carcasse de pneumatique sans tissu réalisée à partir d'une matière isotropique, inextensible et flexible idéale prendrait la même forme à l'état gonflé qu'une carcasse de pneumatique à câblés dans laquelle l'angle d'obliquité serait de 450 dans toute son étendue. Dans ces cas, la force de traction par unité de longueur (ou contrainte de tension) serait constante dans toutes les directions et sur toute la périphérie de la section, de sorte que le diagramme polaire de la contrainte de tension en tout point serait un cercle de rayon S, où où do = distance radiale de la couronne, et dm = distance radiale du point de largeur maximale du pneumatique à l'axe dudit pneumatique. Si l'on considère un pneumatique à nappes obliques confectionné sur tambour, on peut trouver des expressions analogues pour les deux contraintes principales, celles qui agissent dans les directions méridiennes et circonférentielles, qui seront en général différentes. En prenant une surface d'aire unitaire d'un pneumatique à nappes en biais en un point de sa surface, on appelle X la direction circonférentielle à une distance d de l'axe, Y la direction méridienne, et a l'angle d'obliquité. Si N est le nombre total de câblés du pneumatique, le nombre de calés qui rencontrent une longueur unitaire de la ligne circonférentielle X est N/2tRd. Si la tension de chaque câble est T, la composante dans la direction méridienne Y est T sin a, de sorte que la contrainte méridienne Sm est donnée par l'expression Sm = TN sin a / 2Tr On peut montrer, de façon analogue, que la contrainte de tension circonférentielle Sc est donnée par l'expression Sc = iCos2a / 2 t d sin a. La contrainte de tension S dans une direction intermédiaire comprise entre les directions X et Y peut être calculée à partir de l'expression : = = Sm Six28 + Sc cos2 d où g est l'angle de la direction par rapport à X. De ce fait, la contrainte de tension maximale en tout point de la périphérie de la section de carcasse est donnée par la plus grande des deux valeurs Sm et Sc, c'est à-dire que la contrainte maximale se produit toujours dans la direction circonférentielle ou dans la direction méridienne. Cela veut dire que, si l'on calcule Sm et Sc, et l'on trouve que Sc t Sm, ou inversement le module et/ou l'épaisseur exigés pour cette portion de section peuvent être déterminés à une bonne approximation en utilisant l'équation E = Max (Sm, Sc).100 E - te où E est le module d'Young pour la contrainte appropriée, t est l'épaisseur de section, e est le pourcentage d'allongement désiré. Lorsque Sm a une valeur sensiblement égale à Sc, pour obtenir un résultat précis, il faut tenir compte de la contrainte biaxiale de la carcasse. ainsi, selon un procédé de réalisation d'une carcasse de pneumatique selon l'invention, on calcule la forme en équilibre dun pneumatique à nappes en biais confectionné sur tambour présentant le rapport de forme requis, en tenant compte de la tension T de chaque câblé dans les conditions pour lesquelles le pneumatique est étudié, on peut alors déterminer Sm et Sc et, à partir de ces valeurs, l'épaisseur de section ou le module progressif nécessaire pour produire une carcasse sans tissu contrainte uniformément. On peut déterminer d'autres formes possiblespar analogie avec d'autres structures de pneumatiques à câblés, ou par des procédés géométriques. Si l'on utilise une carcasse de rapport de forme peu élevé , d'épaisseur constante, de module variable, l'adjonction d'une structure de bande de roulement à la carcasse aura peu d'effet sur la distribution des contraintes dans ladite carcasse, car la matière constituant la structure de bande de roulement présente un module fortement inférieur au module requis dans la région de couronne du pneumatique : par exemple, pour qu'un pneumatique à rapport de forme de 70 % et d'épaisseur de carcasse de 1 cm présente une dilatation maximale inférieure à 3 %, le module au niveau de la couronne doit être de l'ordre de 576 kg/cm2, au milieu de la paroi latérale de 175 kg/cm 2 et le module d'un com kg/cm posé de bande de roulement approprié est considérablement inférieur. La valeur correspondante du module nécessaire à la couronne d'une carcasse présentant un rapport de forme 2 de 60 o est de 675 kg/cm , et celle qui correspond à une 2 carcasse de rapport de forme de 80 % est de 455 kgXcm2. En général, du moment que l'on doit maintenir la dilatation maximale à un faible niveau, par exemple audessous de 3 9S, on peut ajouter de la matière suplémen- taire dans différentes régions du pneumatique sans effets nuisibles, du moment que les conditions de forme et dlépais- seur minimales sont satisfaites. Dans des carcasses de pneumatique de rapport de forme supérieur à module variable, d'épaisseur variable, ou présentant une combinaison de module variable et d'épaisseur variable, on peut tenir compte de l'influence de la région de la bande de roulement sur les contraintes qui règnent dans la carcasse. Cependant, comme la bande de roulement sera éliminée par usure en cours d'utilisation, il est préférable de ne pas en tenir compte. La bande de roulement est, de préférence, à base dlune matière polymère plus molle que celle qui constitue la carcasse et, si on le désire, on peut utiliser un caoutchouc de bande de roulement classique, par exemple du caoutchouc naturel, du caoutchouc styrène-butadiène, ou bien le polymère constituant la région de la bande de roulement peut autre analogue à ceux que l'on utilise pour la carcasse, sauf qu'il est plus mou. Les talons du pneumatique contiennent, de préférence, chacun un ruban de renforcement inextensible, constitué par exemple par des fils métalliques, moulé dans la carcasse. La matière polymère élastique utilisée dans les pneumatiques selon l'invention peut être élastique jusqu'à des allongements importants, par exemple de 200 % ou davantage, par exemple un polyuréthane qui est une matière particulièrement avantageuse car elle parmet d'obtenir une gamme étendue de modules, tout en restant élastique. Selon une autre possibilité, la matière ne doit Entre élastique que jusqu'à des allongements -et des contraintes correspondantes- supérieurs aux allongements maximaux que subit la matière constituant la carcasse pendant le roulement normal du pneumatique, par exemple 30 à 40 %. il est préférable que cette matière présente, au-dessus de ce niveau d'allongement, une limite élastique plastique dans sa courbe charge/allongement, au-dessus de l'intervalle de températures et de taux de déformation que rencontre le pneumatique en cours d'utilisation. L'expression "limite élastique plastique" désigne un point de la courbe charge/allongement au-dessus duquel se produit un allongement non-élastique relativement important pour une augmentation de charge négligeable. Les polymères présentant ces caractéristiques présentent une résistance accrue à la croissance des entailles et peuvent être, par exemple, des polymères segmentés comportant des segments durs et des segments mous. tes segments durs et les segments mous peuvent être à base de composants comprenant des polyesters et/ou des polyéthers. On peut confectionner les pneumatiques selon l'invention par moulage ou coulée et, lorsqu'il faut un module variable, on peut appliquer le procédé décrit dans le brevet français nO 1470691. L'invention est décrite avec davantage de détails dans les exemples non limitatifs qui suivent. EX3lBLE 1 On met en place deux tringles 1 de talon, enduites d'adhésif (couche de fond "?hixon XÀB-772" et couche de recouvrement "Thixon XAB-706", fabriqués par Dayton Chemical Products Laboratories), au moyen de bandes de mousse réticulée enroulées hélocoidalement dans un moule qui a été modifié pour la coulée centrifuge.On monte le moule sur une centrifugeuse, on le chauffe à 1000 C, on le fait tourner à 400 tours par minute, on le remplit d'un mélange (à 1000 C) de 5.000 g d'Adiprene L-100" (un prépolymère de polyuréthane1,DuPont") et de 670 g de p,p'-méthylène-bisorthochloraniline, on le maintient à 1000 C pendant une heure, puis on le laisse refroidir. Le pneumatique sans tissu ainsi obtenu présente la demi-section transversale S1 représentée sur la figure 6, on le démoule et on le laisse mûrir pendant une semaine à la température ambiante. On monte le pneumatique sur une roue de 89.250 mm, on le gonfle à 1,8 kg/cm2 et on le fait rouler sur un tambour à 50 tr/mn sous une charge de 430 kg. il devient inutilisable à cause de formations de fentes 2 dans l'épaulement après avoir roulé 160 km. La forme méridienne de ce pneumatique n'est pas adaptée au module du polyuréthane et à 1 'épaisseur de section, de sorte que le pneumatique change de forme une fois gonflé. EXEMPLE 2 : On confectionne un pneumatique sans tissu présentant la demi-section transversale S2 représentée sur la figure 7 dans un second moule, de la même façon que le pneumatique de l'exemple 1, en utilisant la même matière à base de polyuréthane. Le pneumatique présente une défaillance dans son épaulement après avoir roulé 2600 km dans les mêmes conditions d'essai que dans l'exemple 1. A la différence du pneumatique décrit dans l'exemple 1, le module de la matière et l'épaisseur de section du pneumatique décrit dans l'exemple 2 sont adaptés à sa forme méridienne, de sorte que le pneumatique ne change pas de forme lorsqu'on le gonfle. REVENDICÂTIONS 1. Pneumatique sans tissu(c'est-à-dire du type ne contenant pas de tissu de renforcement de carcasse entre l'une des régions de talon et l'autre),comprenant une carcasse de matière polymère élastique, caractérisé en ce que la forme et l'épaisseur et/ou le module de ladite carcasse sont tels que le pneumatique présente, une fois moulé, une forme qui correspond sensiblement à la forme qu'il présente lorsqu'il est gonflé. 2. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dilatation de la carcasse, mesurée par l'augmentation de la circonférence de section du pneumatique, ne dépasse pas 5 5s lorsque le pneumatique est gonflé sous sa pression de roulement normale. 3. Pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dilatation n'est pas supérieure à 3 %. 4. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière élastique est une matière caoutchouteuse qui est élastique jusqu'à des allongements importants. 5. Pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière élastique est un polyuréthane. 6. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière élastique est élastique jusqu'à des allongements -et des contraintes correspondantes- supérieurs aux allongements maximaux que subit la matière constituant la carcasse pour une flexion normale du pneumatique chargé qui roule, et en ce qu'elle présente, au-dessus de ce niveau d'allongement, une limite d'élasticité plastique sur sa courbe charge/allongement audessus de l'intervalle de températures et de taux de déformation rencontrés par le pneumatique en cours d'utilisation. 7. Pneumatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière élastique est un polymère segmenté comportant des segments durs et des segments mouso 8. Pneumatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les segments sont à base de composants comprenant des polyéthers et/ou des polyesters. 9. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il présente un rapport de forme, (le rapport de forme étant le rapport, exprimé sous forme de pourcentage, de la hauteur de section de la carcasse (hauteur comprise entre la base des talons et la section médiane de la carcasse dans la région de couronne) à la largeur maximale de la carcasse (mesurée entre la section médiane d'un flanc et la-section médiane de l'autre au point de distance maximale entre les flancs) lorsque le pneumatique est gonflé et qu'il est monté sur une jante de roue pour laquelle il est étudié) ne dépassant pas 80 %. 10. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une bande de roulement en matière élastique de module inférieur à celui de n'importe quelle partie de la matière constituant la carcasse.