Brevet FR2487866A1 — publié le 19820205

La présente invention concerne un câblé métal- lique pour armature d'objet d'élastomère et un pneumatique dont l'armature contient de tels câblés. Les pneumatiques de construction dite "radiale' en particulier ceux qui sont destinés à des véhicules lourds, comportent en général, sous la bande de roulement, plusieurs nappes de câblés métalliques constituant ensemble une armature relativement inextensible, connue sous le nom de "ceinture". Ces câblés comportent habituellement une âme en- tourée d'une ou plusieurs couches ou couronnes de torons ou de fils élémentaires disposées de manière qu'elles recouvrent entièrement l'âme. Celle-ci peut elle-même être constituée par un ou plusieurs fils parallèles ou retordus ensemble. L'expérience montre que les pneumatiques formés avec de tels câblés présentent un inconvénient important lorsqu'ils rencontrent des objets perforants tels que des pointes, des vis, des cailloux à arête vive, ou à la suite d'une coupure accidentelle de la bande de roulement. La blessure résultante permet à l'eau rencontrée sur la route et éventuellement chargée d'impuretés ou de sels de pénétrer jusqu'aux câblés de la nappe extérieure de ceinture et même souvent d'une ou plusieurs nappes sous-jacentes. L'examen minutieux des pneumatiques usagés conte- nant de tels câblés, en particulier au moment de leur re- chapage, montre que l'eau ou l'humidité a tendance à s'in- filtrer par capillarité entre les différents fils du câblé et à cheminer le long de ceux-ci, souvent jusqu'aux extré- mités. Une oxydation superficielle de l'acier du câblé (et/ou du laiton qui recouvre en général l'acier sous forme d'une couche très mince) se produit alors; la liaison entre le mélange de caoutchouc d'enrobage des câblés et le métal est alors rompue et un décollage local se pro- duit et s'étend, provoquant soit la mise hors d'usage du pneumatique, soit la nécessité de réparations importantes au moment du rechapage. Le brevet français n0 2 001 714 décrit un câblé permettant la construction de pneumatiques ne présentant que faiblement ou pas du tout l'inconvénient précité. Le câblé métallique décrit dans ce brevet comporte une âme formée d'un toron, et une couche extérieure formée de plusieurs torons relativement espacés. L'espacement des torPns et le fait qu'un toron a, en coupe, une section in- férieure à celle d'un fil plein de même diamètre extérieur, permettent une pénétration satisfaisante de la gomme lors de l'enrobage des câblés. Cependant, ces câblés présentent un inconvénient car ils sont coûteux. Pour cette raison, on a remplacé des torons à trois brins par exemple par des fils uniques de diamètre supérieur à celui de chaque fil du toron. Ainsi, on a remplacé des torons ayant trois brins de 0,22 mm de diamètre par des fils uniques de 0,38 mm de diamètre. Le brevet français no 1 264 878 décrit un exem- ple de câblé connu ayant une âme formée par trois fils élé- mentaires retordus ensemble, et une couche extérieure cons- tituée par des fils élémentaires dont le diamètre est tel qu'ils ne sont pas jointifs autour de l'âme. Le brevet britannique n0 1 034 326 décrit un autre câblé dans lequel une âme est formée par deux fils élémentaires seulement, retordus ensemble, alors que la couche extérieure ou cou- ronne est formée par six fils élémentaires qui ne sont pas jointifs. Cependant, les pneumatiques réalisés avec de tels câblés, bien qu'ils aient un prix moins élevé que ce- lui des pneumatiques formés avec des câblés comprenant des torons dans la couche extérieure, présentent encore l'in- convénient précité de permettre l'infiltration d'eau par capillarité. Les fils élémentaires parallèles de la couche extérieure se touchent suivant des lignes ou sont très rapprochés alors que des torons, même lorsqu'ils sont côte à côte, laissent des interstices pour le passage de la gomme. En outre les câblés correspondants aux deux derniers brevets cités présentent le plus souvent des pro- priétés mécaniques insuffisantes ou une raideur trop élevée qui les rend inacceptables pour certains pneumatiques pour véhicules poids lourds. L'invention concerne des câblés métalliques ayant une couche extérieure formée de fils élémentaires, et per- mettant cependant une bonne pénétration de la gomme. La compréhension de l'invention nécessite l'in- troduction de la notion de "rapport d'ouverture". Ce rap- port d'ouverture, appliqué aux câblés métalliques ayant une couche de fils élémentaires, est déterminé dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du câblé. Le rapport d'ouverture est défini comme le rapport dela distance e sé- parant deux fils élémentaires à la somme du diamètre D des fils et de cette distance e, On a donc e+D On constate selon l'invention que l'eau ou l'hu- midité ne peut pas -progresser le long des câblés, après une blessure d'un pneumatique, lorsque le caoutchouc d'en- robage pénètre parfaitement dans le câblé et ne laisse pas de canal continu entre ses brins constitutifs, cette pénétration du caoutchouc étant obtenue lorsque les câblés ont un rapport d'ouverture de valeur bien déterminée. Se- lon l'invention, ce rapport d'ouverture est au moins égal à 0,08 et de préférence compris entre 0,1 et 0,20. Plus précisément, l'invention concerne un câblé métallique pour armature d'objet d'élastomère, comprenant une âme ayant un axe longitudinal et une cou- ronne formée de fils élémentaires enroulés parallèlement les uns aux autres autour de l'âme, la dimension de l'âme, le nombre et le diamètre D des fils élémentaires et leur disposition relative étant tels que le rapport d'ouverture des fils élémentaires est supérieur à 0,08, le rapport d'ouverture étant le- rapport de l'espace e, mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'âme, séparant deux fils adjacents de la couronne, à la somme de cet espace e et du diamètre D des fils élémentaires de la couronne. Il est avantageux que le nombre de fils élé- mentaires de la couronne soit supérieur ou égal à 7 car les câblés formés ont alors une résistance à la rupture éle- vee pour une raideur raisonnable et un prix de revient acceptable. L'âme peut être formée d'un toron ou d'un profilé, par exemple thermorétractable, ayant une sec- tion convenable et comprenant par exemple des rainures. L'âme peut aussi avoir une structure multiple et peut comporter elle-même une couronne formée de fils élémen- taires autour d'une âme primaire, la couronne présentant alors avantageusement un rapport d'ouverture supérieur à 0,08, selon l'invention. Dans un premier mode de réalisation de l'in- vention, les câblés ont une structure n1/0.1 + n2/02. Leur âme est formée de n fils élémentaires (n1 étant supérieur ou égal à 1) de même diamètre 01 compris entre 0,20 et 0,30 mm par exemple (avantageusement entre 0,20 et 0,28 mm), retordus ensemble avec un pas quipeut être de 8 à 16 mm par exemple afin qu'ils forment un toron. Dans certaines cons- tructions d'âme, un fil de même diamètre ou de plus petit diamètre est placé au centre et les fils du toron de l'âme sont enroulés sur ce fil central avec un rapport d'ouverture supérieur à 0,08. La couronne ou couche extérieure du câblé, disposée autour de l'âme, est cons- tituée par n2 fils élémentaires de même diamètre 02 com- pris par exempleentre 0,25 et 0,40 mm et avantageusement entre 0,30 et 0, 38 mm, enroulés ensemble parallèlement les uns aux autres autour de l'âme, avantageusement avec un pas compris entre 12 et 22 mm. Le nombre et le diamè- tre des fils élémentaires de la couche extérieure sont tels que le rapport d'ouverture est supérieur à 0,08 et est de préférence compris entre 0,1 et 0,20. Le sens de retordage des fils de l'âme et le sens de l'enroulement des fils de la couche extérieure peuvent être les mêmes, les pas étant cependant suffi- samment différents pour que les fils ne soient en contact que ponctuellement. Les sens peuvent être aussi opposés, comme l'indiquent notamment les exemples qui'suivent. Selon un deuxième mode de réalisation de 1'invention, des câblés ont une structure du type n1/0, + n2/02 décrit précédemment mais, lors de l'opération de retordage des fils de la couronne ou couche extérieure, la tension est périodiquement relâchée. De cette manière, les fils de la couche extérieure ne ser- rent pas l'âme dans des zones distantes le long du câblé. La pénétration de la gomme est ainsi améliorée. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'âme d'un câblé d'un des types précédents est remplacée par un câblé ou un profilé formé d'une matière thermorétractable telle que le polyamide 6 ou 6,6, connu sous le nom de "Nylon" et le polyester. Lors- que l'âme est formée d'un profilé, il est avantageux qu'elle ait une section de forme arrondie et possède en surface des rainures qui croisent les fils élémentaires de la couche extérieure. Lors de la vulcanisation à pression et température élevées d'un pneuma- tique contenant de tels câblés dans son armature, la rétreinte de l'âme des câblés et son raccourcissement favorisent-la pénétration du mélange d'enrobageautour des fils de la couche extérieure et no- tamment aux extrémités qui constituent toujours une zone délicate d'un pneumatique à carcasse radiale. Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, un câblé comporte deux couches successives de fils élémentaires, entourant l'âme ou la cou- che précédente et ayant des fils élémentaires dont le nombre et le diamètre sont tels que chacune des couches possède un rapport d'ouverture supérieur à 0,08 et de préférence compris entre 0,1 et 0,20. En outre, un fil de guipage, parfois appelé "transfil", peut être disposé autour des câblés des différents modes de réalisation de l'invention. Les câblés selon l'invention présentent des qualités très importantes lorsqu'ils sont utilisésdans la confection des pneumatiques. D'abord, comme indiqué précédemment, grâce à leur rapport d'ouverture élevé, ils permettent une bonne pénétration du mélange d'enro- bage utilisé pour le calandrage des nappes, notamment dans le cas des pneumatiques pour poids lourds. On sait que ces mélanges ont une viscosité élevée. En outre, les câblés qui comportent des fils élémentaires dans la couche exterieure,- présentent une bonne compacité. Cette caractéristique est très intéressantes car, pour des propriétés égales de résistance mécanique, l'épaisseur des nappes formées est réduite. L'écartement des fils des câblés selon l'inven- tion et la pénétration de la gomme entre ces fils rédui- sent la raideur et suppriment pratiquement toute rupture des câblés par frottement des fils élémentaires les uns sur les autres. Ce défaut est connu dans la technique sous le nom de "fretting". Les câblés selon l'invention présentent aussi une bonne stabilité axiale, surtout lorsque le sens de retordage de l'âme et le sens d'enroulement des fils de la couronne ou couche extérieure sont opposés. Cette stabilité axiale s'accompagne d'une bonne stabilité de l'âme lorsque le câblé est soumis à des déformations, et de bonnes propriétés de résistance à la compression et à la traction. De plus, lors de l'utilisation de nappesrenforcées par des câblés selon l'invention au cours de la fabrication de pneumatiques, la coupe des nappes est nette et ne présente pas de déformations. Les câblés selon l'invention peuvent être utilisés dans des pneumatiques de très grande dimension, destinés à supporter des charges très élevées, et notam- ment dans des pneumatiques pour poids lourds. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur 1. lesquels: - la figure 1 est une coupe d'un câblé connu ayant une couche extérieure formée de torons; - la figure 2 est une coupe d'un câblé connu dont la couche extérieure, formée de fils élémentaires, ne permet pas une pénétration suffisante de la gomme; et - les figures 3 à 8 sont des coupes de câblés selon 1 'invention. Le câblé représenté sur la figure 1. ayant la structure lx4/0,22 + 6x4/0, 22 + 1/0,15, est utilisécouramnent dans l'industrie du pneumatique depuis de nombreuses an- nées. Il comprend ainsi sept torons ayant chacun quatre fils de 0,22 mm de diamètre, et il est entouré d'un fil de guipage de 0,15 mm de diamètre. L'âme est formée par l'un des torons de 4 fils de 0,22 mm de diamètre, et la couche extérieure est formée par les six torons restants. Ce câblé a de très bonnes propriétés mécaniques, mais son prix est élevé. La figure 2 est une coupe d'un câblé actuel- lement utilisé dans l'industrie du pneumatique. Il a une structure 1 x 3/0,20 + 6/0,38. Il a ainsi une âme formée d'un toron constitué par trois fils de 0,20 mm de diamètre chacun et par une couche extérieure formée de six-fils élémentaires de 0,38 mm de diamètre chacun. L'expérience montre qu'il ne permet pas une bonne pénétration de la gomme et son rapport d'ouverture est nettement infé- rieur à la limite inférieure du rapport d'ouverture se- lon l'invention. La figure 3 représente un premier mode de réalisation de câblé selon l'invention. Ce câblé a une structure 4/0,20 + 7/0,30, c'est-à-dire qu'il comporte un toron central d'âme à 4 fils de 0,20 mm de diamètre et 7 fils élémentaires formant une couronne et ayant un diamètre de 0,30 mm. La figure 3 indique comment s'évalue le rapport d'ouverture. L'espace e représente la distance séparant deux fils élémentaires adjacents de la couronne, ces fils ayant un diamètre D. Le rapport d'ouverture est égal au rapport de cet espace e à la somme de cet espace e et du diamètre D. Le câblé de la figure 3 a ainsi un rapport d'ouverture de 11,7 % et l'expérience montre qu'il permet une bonne pénétration d'un mélange de viscosité élevée, utilisé pour le calandrage des nappes pour pneumatiquesde poids lourds. La figure 4 est une coupe d'un câblé selon l'invention, dérivé de celui de la figure 3. Il a une structure 1/0,12 + 4/0,20 + 7/0,30, c'est-à-dire qu'il comporte un fil de 0,12 mm de diamètre formant une âme primaire, entouré par 4 fils de 0,20 mm de diamètre, l'ensemble précédent constituant l'âme. Le rapport d'ouverture de la couche extérieure comprenant les 4 fils de 0,20 mm de diamètre de l'âme est égal à %. Autour de cette âme, 7 fils de 0,30 mm de diamètre forment une couronne dont le rapport d'ouverture est de 17,6 %. Le fil central constituant l'âme primaire assure ainsi un écartement des fils du toron, par rapport au mode de réalisation de la figure 3, et en conséquence un plus grand écartement des fils de la couche exté- rieure. La figure 5 représente un câblé de structure (1+6)/0,25 + 8/0,35, c'est-à-dire comprenant une âme for- mée de 7 fils de 0,25 mm et une couche extérieure for- mée de 8 fils de 0,35 mm, retordus sur l'âme. Le rapport d'ouverture de ce câblé est de 16,9 %. La figure 6 est une coupe d'un câblé selon l'invention, ayant une structure 1 x 3/0,20 + 6/0,38, analogue à celui de la figure 2. La seule différence entre le câblé selon l'invention de la figure 6 et le câblé connu de la figure 2 est que, lors de la fabrication du câblé selon l'invention, les fils élémentaires de la couche extérieure subissent des relâchements périodiques si bien qu'ils ne sont pas serrés contre l'âme mais sont séparés de celle-ci. Ainsi, sur la figure 6, les fils extérieurs sont séparés de l'âme par une distance de 0,1 mm. En conséquence, le rapport d'ouverture atteint 24,8 % et la pénétration de la gomme est excellente. La figure 7 est une coupe d'un câblé selon un autre mode de réalisation de l'invention. L'âme, for- mée de "Nylon" 6,6 a un diamètre extérieur de 0,6 mm et possède 6 cannelures hélicoïdales de 0,1 mm de pro- fondeur. 8 fils de 0,30 mm de diamètre sont enroulés sur l'âme.Le rapport d'ouverture des fils extérieurs est alors de 13 %. La pénétration de la gomme est fa- cilitée par les rainures de l'âme et par la rétreinte subie au cours de la vulcanisation du pneumatique con- tenant de tels câblés. Cette rétreinte qui n'affecte que l'âme provoque un écartement des fils extérieurs.. La figure 8 est une coupe d'.un câblé selon un autre mode de réalisation de l'invention, possédant une résistance mécanique très élevée. Il est destiné à des pneumatiques de très grande dimension, utilisés par exemple en simple sur des camions ou des remorques. Il a une structure 4/0,25 + 7/0,35 + 11/0,38. L'âme, formée d'un toron constituée de 4 fils de 0,25 mm, porte une première couche de 7 fils de 0, 35 mm, ayant un rapport d'ouverture de 15,4 %. La deuxième couche comporte 11 fils de 0,38 mm de diamètre et a un rap- port d'ouverture de 20 %. La couche intermédiaire a un pas de sens contraire de ceux de l'âme et de la couche extérieure. Le tableau qui suit indique les caractéris- tiques et propriétés de différents câblés connus ou selon l'invention. Dans ce tableau, la structure est indiquée comme décrit précédemment. La construction indique le pas de retordage ou d'enroulement, et son sens (S ou Z). Le rapport d'ouverture a été défini précédemment. La résistance à la rupture est mesurée sur un dyna-2 momètre. La raideur peut être mesurée avec un appa- reil "Taber", fabricrué par Instrument Corporation (E.U.A.). Ces Valeurs représentent un couple len 10 N.m). TABLEAU Structure câblés utilisés 1 x 4/0,22 + 6 x 4/0,22 3/0,20 + 6/0,38 câblés selon l'invention 4/0,25 + 7/0,30 3/0,25 + 7/0,35 4/0,25 + 7/0,35 3/0,28 + 7/0,38 7/0,25 + 8/0,35 7/0,25 + 9/0,35 3/0,20 + 6/0,38 (jeu âme/exté- rieur = 0,1 mm 4/0,25 + 7/0,35 + 11/0,38 Construction 9,7 S 18 Z Z 16 S I Ii iI 12,5 Z ili Il I Z-.18 S 18 S S 16 Z 22 S. Rapport d'ou- verture faible 0,063 0,118 0,093 0,154 0,11 0,169 0,13 0,248 le C 0,154 2e C 0,20 Résistance à la rup- ture, N Raideur moy2nne N.m Diamètre théorique extérieur, mm 1,78 1,20 1, 07 1,25 1,31 1,37 1,47 1,45 1,40 2,064 o N r', o co 0% 0% 1. tomère, enroulés 1 'âme, il REVEND ICATIONS Câblé métallique pour armature d'objet d'élas- caractérisé en ce qu'il comprend - une âme, et - une couronne formée de fils élémentaires 3 parallèlement les uns aux autres autour de - la dimension de l'âme, le nombre et le dia- mètre D des fils élémentaires et leur disposition relati- ve étant tels que le rapport d'ouverture des fils élémen- taires est supérieur à 0,08, - le rapport d'ouverture étant le rapport de l'espace e, mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'âme, séparant les fils élémentaires ad- jacents de la couronne, à la somme de cet espace e et du diamètre D d'un fil élémentaire de la couronne. 2. Câblé selon la revendication 1, caractérisé en ce que son rapport d'ouverture est compris entre 0,1 et 0,20. 3. Câblé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couronne contient au moins 7 fils élémentaires. 4. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'âme est formée par un toron. 5. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'âme comprend des fils élémentaires de même diamètre retordus ensemble au- tourd'un fil central de diamètre égal ou plus petit, les fils élémentaires extérieurs de l'âme présentant un rapport d'ouverture supérieur à 0,08. 6. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'âme est formée d'un profilé de matière thermorétractable, possédant avantageusement des rainures. 7. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que les fils constituant l'âme ont un diamètre compris entre 0,20 et 0,28 mm, et un pas compris entre 8 et 16 mm. 8. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les fils de la couronne ont un diamètre compris entre 0,30 et 0,38 mm et sont enroulés avec un pas compris entre 12 et 22 mm. 9. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, 7 et 8, caractérisé en ce que le sens de retordage des fils de l'âme est opposé au sens d'enrou- lement des fils de la couronne. 10. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 et 7 à 9, caractérisé en ce que les fils élémentaires de la couronne sont séparés'de l'âme par un jeu. 11. Câblé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que son âme est entourée d'une première couche de fils élémentaires en- roulés parallèlelemententre eux, puis de la couronne, le nombre et le diamètre des fils de la première couche et de la couronne étant tels que chaque rapport d'ouverture est supérieur à 0,08. 12. Pneumatique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une nappe contenant des câblés selon l'une quelconque des revendications précédentes.