Brevet FR2498639A1 — publié le 19820730

La présente invention est relative à des cablés de renforcement pour des articles en matière élastomère et elle concerne plus particulièrement le renforcement d'articles en matière élastomère au moyen de cablés exten- sibles. Depuis l'introduction des pneumatiques à carcasse radiale, il a été souhaitable de développer un procédé de fabrication de tels pneumatiques en une seule phase, dans lequel les composants du pneumatique, y compris la cein- ture et la bande de roulement, peuvent être assemblés sous une forme cylindrique sur un tambour de fabrication de pneumatiques, avant de dilater l'ensemble pour lui donner une forme toroidale. On considère qu'un tel procédé est plus économique et efficace que le procédé classique le plus répandu qui nécessite de dilater le pneumatique non vulcanisé jusqu'au voisinage de sa forme toroidale finale, avant la mise en place de la ceinture et de la bande de roulement. Le but de l'invention est de fournir un cablé de renforcement extensible de manière à permettre de fabri- quer des pneumatiques tels que des pneumatiques à carcasse radiale d'une façon plus efficace et plus économique. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'articles en matière élastomère tels que des pneumatiques de secours pouvant être stockés sous volume réduit, et qui peuvent ensuite être gonflés jusqu'à leur dimension normale en vue de leur utilisation. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés, donnés unique- ment à titre d'exemples et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un cablé composite auquel est appliquée l'invention.; - la figure 2 est un diagramme contrainte/défor- mation de l'âme d'un cablé composite auquel est appliquée l'invention; la figure 3 est une vue en coupe suivant un plan radial d'un pneumatique auquel est apnliquée l'inver.- tion, monté sur une jante avant d'être gonflé; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 montrant le Pneumatique de la figure 3 à l'état gonflé. On a représenté à la figure 1 un cablé composite qui est utilisé pour renforcer des articles en matière élastomère tels que des pneumatiques. Ce cablé composite comprend une âme 12 autour de laquelle un ou plusieurs fils 14 à haute tenacité et à peu près inextensibles sont enroulés en spirale ou en hélice. Selon l'exemple reDré- senté à la figure 1, deux de ces fils 14 sont représentés enroulés autour de l'âme 12. On doit entendre Dar l'ex- pression "fils à haute ténacité et à peu près inextensi- bles" des fils qui peuvent être formés d'une matière de renforcement quelconque appropriée utilisée de façon clas- sique pour des cablés de renforcement dans un type parti- culier d'article en matière élastomère. Pour renforcer la plupart des articles en matière élastomère, ces fils 14 présentent une tenacité d'au moins 6 grammes par denier. Parmi les matières qui peuvent être utilisées pour de tels fils, on peut citer à titre d'exemple la rayonne, le nylon, le polyester, l'aramide, les fibres de verre, l'alcool polyvinylique et l'acier. Chacun de ces fils 14 peut âtre formé de plusieurs filaments qui sont torsadés ensemble ou tordus l'un autour de l'autre. A l'état allongé, la lon- gueur de chaque fil 14 est égale à une distance prédéter- minée sur laquelle le fil 14 doit s'étendre dans l'article lorsque celui-ci est dilaté et en service. L'âme 12 doit présenter un allongement à la rup- ture qui est suffisant pour lui permettre de s'allonger jusqu'à une longueur supérieure à la longueur du fil 14 lorsque ce dernier est complètement étiré afin de permettre l'allongement du fil 14 sans rupture de l'âme 12 lors de l'allongement d'un article en matière élastomère et de son renforcement. Pour de nombreuses applications, il est né- cessaire que l'allongement de l'âme 12 avant rupture soit d'au moins 200 %. L'âme 12 doit présenter un module d'élasticité et une limite élastique suffisants pour résister et re- prendre sa forme à la suite de forces normales de tension sur le cablé 10 lors du traitement de ce dernier. Pour résister et reprendre sa forme après de telles forces, le module initial d'élasticité doit être d'au moins 1000 Newtons/mm2 et doit être de préférence compris entre 1500 et 4500 Newtons/mm. La limite d'élasticité de l'âme 12 doit être d'au moins un kg. On a constaté que des filaments polymères non orientés tels que ceux du groupe constitué par les polyami- des et les polyesters possèdent les propriétés définies ci-dessus. Il est de pratique courante dans la fabrication des fils synthétiques d'en soumettre les filaments à un étirage après le filage. Suivant un procédé d'étirage, les filaments filés sont amenés en formant plusieurs spires autour d'un cylindre rotatif supérieur chauffé, passent sur un plateau chauffé et forment plusieurs spires autour d'un cylindre inférieur qui tourne plus vite que le cylindre supérieur. Pendant ce processus, un filament du fil est allongé dans une proportion aussi élevée que de 200 à 700 pour cent ou plus avant d'accepter un degré élevé d'orien- tation permanente. Le terme "orientation" désigne le degré de parallélisme des molécules de la chaine d'un polymère. Un filament polymère orienté ainsi obtenu reste allongé de façon à peu près permanente et est bien plus résistant aue sous la forme non étirée. L'application d'une force seulement modérée est nécessaire pour allonger le filament pendant le processus d'étirage. On sait qu'un certain degré d'étirage d'environ 10 à 20 X peut se produire pendant-le A traitement normal, de sorte que dans la pratique, on ne peut pas obtenir un filament polymère complètement non étiré. Aux fins de la présente description et des revendi- cations, un "filament polymère non orienté" est défini comme un filament polymère qui est non étiré ou seulement partiellement étiré après le processus de filage de sorte que l'application d'une force seulement modérée (par exem- ple de 4 grammes par denier) soit nécessaire pour l'allon- ger jusqu'à une longueur qui est d'au moins 200 % de sa longueur initiale. On a représenté à la figure 2 un diagramme carac- téristique des contraintes et de la déformation pour un filament polyamide non orienté (mono filament de nylon non étiré ayant un diamètre de 0,3 mm). Le module d'élasticité initial est de 1700 Newtons/mm2. Il présente une limite d'élasticité d'environ 3 ou 4 Newtons, après quoi il s'al- longe finalement d'environ 475 % avant d'accepter un degré élevé d'orientation permanente. A ce stade d'orientation permanente (non représenté), il présente une résistance à la traction à la rupture d'environ 130 Newtons/mm2. L'âme 12 peut consister un un monofilament comme représenté à la figure 1 ou elle peut comporter plus d'un filament. L'âme 12 peut être revêtue d'une façon classique avec un composé caoutchouté avant que les fils 14 soient enroulés autour d'elle. Le cablé 10 de renforcement peut être disposé dans les nappes et/ou les ceintures de pneumatiques à carcasse diagonale ou radiale. Lorsque de tels cablés 10 sont prévus dans un pneumatique à carcasse radiale, le pneumatique peut être fabriqué en une seule phase dans laquelle les composants du pneumatique y compris la cein- ture peuvent être montés sur le tambour de fabrication du pneumatique sous une forme cylindrique. Les cablés 10 s'al- longent alors pendant le processus de déformation de l'en- semble jusqu'à la forme torique. Une autre application des cablés 10 de renforce- ment suivant l'invention a été représentée auz figures 3 et 4. On a représenté à la figure 3 un pneumatique 20 moulé et vulcanisé monté sur une jante 22 et non gonflé,- de façon à être utilisé comme pneumatique de secours sur un véhicule. Le pneumatique 20 comporte une carcasse for- mée de deux nappes 24 de cablés de renforcement qui s'éten- dent entre deux talons inextensibles circulaires 26. Une bande de roulement 28 s'étendant circonférentiêllement est prévue entre les talons 26 et à l'extérieur par rapport aux nappes 24 de la carcasse. Deux flancs 30 s'étendent depuis les bords de la bande de roulement jusqu'au talon 26 respectivement. Deux ceintures 32 sont prévues entre la bande de roulement 28 et les nappes 24 de la carcasse. Le pneumatique 20 est un pneumatique à carcasse radiale. On doit entendre par pneumatique à carcasse ra- diale que les cablés de sa carcasse s'étendent suivant un certain angle par rapport au plan circonférentiel médian, ou plan équatorial du pneumatique, cet angle étant d'à peu près 900, c'est-à-dire compris entre 75 et 900. Par plan équatorial du pneumatique, on doit comprendre un plan tel que représenté en 34 à la figure 4 qui s'étend à mi- distance entre les points axialement les plus externes des nappes de la carcasse lorsqu'un pneumatique est monté sur une jante, non chargé, et gonflé jusqu'à une pression nomi- nale de gonflage. Le terme "axiale" ou "axialement" se réfère à une direction parallèle à l'axe de rotation d'un pneumatique. Les cablés de renforcement dans les ceintures 32 s'étendent en diagonale par rapport au plan équatorial 34 du pneumatique 20. Bien que l'on ait représenté deux ceintures, le pneumatique 20 peut ne comporter qu'une ceinture dont les cablés s'étendent dans une direction qui est dans son ensemble parallèle au plan équatorial 34, ou encore le pneumatique peut comporter plus de deux ceintures. D'une façon analogue, le pneumatique 20 peut comporter une seule nappe de carcasse ou encore il peut comporter plus de deux de ces nappes. Lorsqu'il n'est pas gonflé et avant d'être utilisé le pneumatique 20 présente une première hauteur de section SH1 et la "hauteur de section" telle qu'utilisée dans la présente description doit être entendue comme désignant la distance entre le point des talons situé radialement le plus à l'extérieur et l'intersection du plan équatorial 34 avec la nappe 24 de carcasse qui est située radialement le plus à l'extérieur, cette distance étant mesurée perpendi- culairement à l'axe de rotation du pneumatique et dans un plan radial de celui-ci, cette distance étant désignée par SH1 et SH2 aux figures 3 et 4 respectivement. Un plan ra- dial est un plan qui contient l'axe de rotation du pneuma- tique. Le terme "radialement" se réfère à une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique. Le pneumatique 20 peut être gonflé pour être uti- lisé jusqu'à prendre la forme représentée à la figure 4, dans laquelle il présente une seconde hauteur de section SH2 qui est d'au moins-50 % supérieure à la première hau- teur de section SH1. Les cablés de renforcement dans les deux nappes 24 de la carcasse et dans la ceinture 32 sont du type ex- tensible, représenté à la figure 1. Lors du gonflage du pneumatique 20 jusqu'à la forme représentée à la figure 4, les cablés s'allongent pour atteindre les dimensions appro- priées du pneumatique. Au contraire des pneumatiques clas- siques à carcasse radiale dont les cablés de carcasse sont inextensibles et ne s'allongent pas lors du processus de formage, le pneumatique 20 représenté aux figures 3 et 4 est fabriqué de telle sorte que la distance entre les ta- lons 26 est la même ou seulement supérieure d'une faible quantité à la distance, telle que représentée à la figure 4, entre les talons 26 du pneumatique 20 lorsqu'il est gonflé pour être utilisé. Ceci permet le montage préalable du pneumatique 20 sur une jante 22 comme représenté à la figure 3 avant gonflage. Par conséquent, lors du gonflage du pneumatique 20, la distance entre les talons 26 reste constante et les cablés de la carcasse s'allongent. Un exemple d'un cablé 10 extensible auquel est appliquée l'invention et qui peut être utilisé dans un pneumatique comporte une âme 12 formée de trois monofila- ments 6 de polyamide non allongés ayant un diamètre de 0,5 mm, torsadés ensemble de façon à former 2,8 spires par cm dans la direction Z. Le fil 14 est un fil d'aramide de 1500/1 denier, traité à l'adhésif et torsadé dans la direc- tion Z de façon à présenter 2,8 spires par cm. Deux des fils d'aramide sont torsadés autour de l'âme'de façon à former 5,6 spires par cm dans la direction S. L'âme 12 présente un diamètre de 1 mm et un allongement à la rup- ture de 265 X de sa longueur à l'état non étendu, une résistance à la rupture de 5 kg et une résistance à la traction à 2 % d'allongement de 0, 7 kg. Le fil d'aramide 14 présente un allongement à la rupture de 4,1 % de sa longueur avant allongement, et une résistance à la rupture de 23 kg. Le cablé 10 obtenu présente un allongement à la rupture de 168 % de sa longueur avant allongement, une résistance à la rupture d'environ 40 kg et une résistance à la traction à 65 X d'allongement de 2,2 kg. Un autre exemple d'un tel cablé extensible 10 comporte une âme 12 formée de deux monofilaments de poly- amide 6 non étendus d'un diamètre de 0,5 mm torsadés en- semble à raison de 4 spires par cm dans la direction Z. Le fil 14 est un fil de polyamide de 1260/1 denier traité à l'adhésif (nylon 6,6) torsadé à raison de 4 spires par cm dans la direction Z. Deux des fils 14 sont torsadés ensem- ble autour de l'âme 12 à raison de 4 spires Dar cm dans la direction S. Le câblé 10 obtenu présente un allongement à la rupture de 120 X de sa longueur avant allongement, une résistance à la rupture de 20,5 kg, et une résistance à la traction à 65 % d'allongement de 2,7 kg. Les dimensions particulières des cablés pour des applications spécifiques peuvent être choisies en utilisant des principes habituellement connus des techniciens. Un exemple d'une autre application utile des ca- blés extensibles 10 suivant l'invention est leur applica- tion à un couvre-carcasse d'un pneumatique à carcasse ra- diale. Un couvre-carcasse peut être décrit comme une couche de cablés s'étendant à peu près parallèlement au plan équa- torial et disposés au-dessous de la ceinture du pneumatique pour relier circonférentiellement les cablés de la carcasse radiale et augmenter ainsi le module circonférentiel de la carcasse. L'invention n'est cependant pas limitée aux modes de mise en oeuvre et aux applications mentionnes dans cette description. REVENDICATIONS 1. Cablé composite pour renforcer un article en matière élastomère, comprenant une âme formée d'au moins un filament (12) choisi parmi le groupe constitué par les polyamides et les polyesters et au moins un fil à peu près inextensible et à haute tenacité enroulé en spirale autour de ladite âme, caractérisé en ce que ledit filament (12) de l'âme est formé d'une matière non orientée et présen- tant un module d'élasticité initial compris entre 1500 et 4500 Newtons/mm2 et une limite élastique d'au moins un kilogramme, ladite âme ayant une longueur à la rupture supérieure à la longueur dudit fil de sorte que lorsque ce fil est complètement allongé, ladite âme ne soit pas rompue, le cablé présentant un allongement à la rupture d'au moins 100 X de sa longueur avant allongement. 2. Article en matière élastomère caractérisé en ce qu'il est:renforcé au moyen d'un cablé (10) tel que défini dans la revendication 1. 3. Pneumatique vulcanisé, caractérisé en ce qu'il est renforcé au moyen de plusieurs cablés composites (10) tels que définis dans la revendication 1, le pneumatique ayant une première hauteur de section (SH1) lorsqu'il est monté sur une jante, avant gonflage, et pouvant être gon- flé jusqu'à présenter une seconde hauteur de section (SH2) qui est au moins 50 X supérieure à ladite première hauteur de section, ledit pneumatique (20) étant en outre caracté- risé en ce que l'âme de chacun desdits cablés (10) présente une longueur à la rupture qui est supérieure à la longueur dudit fil lorsqu'il est complètement allongé pour Permettre l'extension dudit fil sans rupture de ladite âme lors du gonflage du pneumatique jusqu'à ladite hauteur de section (SH2). - 4. Pneumatique suivant la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comporte une carcasse renforcée au moyen de plusieurs desdits câblés comnosites (10), et dans lequel lesdits cablés s'étendent suivant un angle compris entre et 900 par rapport au plan équatorial du pneumatique, ce pneumatique comprenant en outre plusieurs ceintures disposées entre la carcasse et la bande de roulement (28) du pneumatique et renforcées au moyen de plusieurs desdits cablés composites (10). 5. Pneumatique suivant la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comporte une carcasse renforcée au moyen de plusieurs desdits cablés composites (10).