Brevet FR2581095A1 — publié le 19861031

L'invention concerne les assemblages pour renforcer des matières et plus particulièrement les assemblages destinés à renforcer les matières plastiques ou les caoutchoucs. De tels assemblages sont utilisés pour réaliser des arti- cles qu'ils renforcent, par exemple des courroies, des tuyaux, des nappes, des enveloppes de pneumatiques. Lorsque ces assemblages sont disposés dans des articles, il est important que ces assemblages soient totalement imprégnés par une matière, par exemple par la matière qu'ils doivent renforcer, cette matière pénétrant dans tous les espaces entre les fils constituant ces assemblages. En effet, si cette péné- tration est incomplète, il se forme des canaux vides, le long des assemblages, et les agent corrosifs, par exemple l'eau, suscep- tibles de pénétrer dans les articles, notamment par suite de coupures, cheminent le long de ces canaux, ce qui provoque une détérioration des assemblages, par suite d'une corrosion, cette détérioration conduisant à une détérioration des articles comportant ces assemblages. Divers assemblages ont été proposés pour tenter de permettre une bonne pénétration de matière dans tous les espaces entre les fils de ces assemblages. De tels assemblages sont, par exemple, décrits dans les brevets ou demandes de brevets publiés sous les numéros suivants: FR 2 453 933, FR 2 505 372, FR 2 546 922, US 2 900 784, US 3 273 978. Ces assemblages conduisent à au moins un des inconvénie oc- suivants: - fabrication codteuse à réaliser par suite de la comple- xité de la structure de l'assemblage; - pénétration encore incomplète de telle sorte que les risques de détérioration subsistent. Le brevet GB 1 183 215 décrit un élément de renfort constitué par un ruban métallique torsadé dont au moins un bord - 2- est déformé par intervalles pour favoriser l'ancrage dans la - matière à renforcer, plusieurs de ces rubans pouvant être torsadés ensemble pour former un assemblage de renfort. Ces rubans sont coûteux à réaliser et l'utilisation d'assemblages constitués par plusieurs de ces rubans ne permet pas d'éviter avec certitude les problèmes de corrosion. L'invention concerne donc un assemblage de renfort qui permet une imprégnation totale par une matière, par exemple par la matière qu'il est destiné à renforcer. En conséquence, l'assemblage de renfort conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué au moins en partie par un élément dont les caractéristiques sont les suivantes: a) il comporte au moins une couche et au plus trois couches de fils; b) si l'élément comporte une seule couche, celle-ci comporte au moins un fil de forme; si l'élément comporte plus d'une couche, au moins la couche centrale comporte un ou plusieurs fils de forme; c) le pas de vrillage de chaque fil de forme est différent du pas de l'enroulement de ce fil de forme dans la couche o il se trouve; d) si l'élément comporte trois couches, le pas d'enrou- lement de la couche externe est différent du pas d'enroulement de la couche sous-jacente; e) si l'élément comporte une ou deux couches dépourvues de fils de forme, ces couches sont insaturées. L'invention concerne également l'assemblage de renfort précédemment défini lorsqu'il est imprégné d'une matière, cette matière remplissant tous les espaces entre les fils. L'invention concerne aussi les articles comportant au moins un assemblage de renfort conforme à l'invention. Les termes utilisés dans cette définition de l'assemblage de renfort conforme à l'invention seront expliqués en détail ultérieurement. Les exemples qui suivent ainsi que les figures toutes schématiques du dessin correspondant à ces exemples sont destinés à illustrer l'invention et en faciliter la compréhension sans toutefois en limiter la portée. - 3 - Sur le dessin: - la figure 1 représente en coupe un assemblage de renfort conforme à l'invention constitué par un seul élément comportant un fil de forme; - les figures 2 et 3 représentent chacune une section du fil de forme de l'assemblage de renfort représenté à la figure 1; - la figure 4 représente une série de coupes de l'assemblage de renfort représenté à la figure 1; - la figure 5 représente la disposition des coupes de la figure 4 par rapport à l'axe de l'élément représenté à la figure 1; - la figure 6 représente une série de coupes d'un assem- blage de renfort qui n'est pas conforme à l'invention; - la figure 7 représente une série de coupes d'un autre assemblage de renfort conforme à l'invention; - les figures 8, 9, 10, 11 représentent chacune en coupe un autre assemblage de renfort conforme à l'invention. La figure 1 représente en coupe un assemblage de renfort 100 conforme à l'invention. Cet assemblage est constitué par un seul élément 1, lui-mOme constitué par une seule couche de fils, cette couche étant référencée A. Cette couche A est constituée par trois fils, c'est-à-dire deux fils ronds a1, a2 et un fil de forme a3. Pour la clarté du dessin, les fils ronds a1, a2 sont représentés en noir et le fil de forme a3 est représenté hachuré à la figure 1. Ces trois fils s'enroulent autour de l'axe de l'élément, cet axe étant référencé par la lettre 0 à la figure 1. Les fils a1, a2 sont ronds, c'est-à-dire que la section de chacun de ces fils par un plan perpendiculaire à l'axe du fil est un cercle. Par définition, un fil de forme est un fil qui a les propriétés suivantes. Lorsqu'on le coupe par un plan quelconque perpendiculaire à la direction _ongitudinale du fil de forme, on obtient une section qui a un centre de gravité et un contour. La distance entre chaque point du contour et le centre de gravité varie suivant la position du point sur le contour. A titre d'exemple, le fil de forme a3 de l'élément 1 est un fil dont la section S précédemment définie est représentée à la figure 2. Cette section S a un centre de gravité -4- G et un contour K. La distance "d" entre chaque point M du contour K et le centre de gravité G varie suivant la position du point M sur le contour K. La section S a une forme ovale avec deux dimensions extrêmes, une dimension maximum L et une dimerm ion minimum "1". La dimension maximum L correspond à la longueur de la ligne M1M2 joignant les extrémités allongées M1, M2 de la section S et la dimension minimum "1" correspond à la longueur de la ligne M3M4 joignant les extrémités M3, M4 les plus proches entre elles de la section S, ces lignes M1M2, M3W4 passant par le centre de gravité G. L'axe du fil de forme a3 est défini par l'ensemble des centres de gravité G lorsque la section S se déplace le long du fil a3. Cet axe est donc schématisé par la référence G à la figure 2. Cet axe est parallèle en tout point à la direction longitudi- nale du fil de forme même lorsque cet axe et cette direction ne sont pas rectilignes. Le pas d'enroulement des fils a1, a2, a3 de la couche A est référencé PA' et il représente le pas d'enrou- lement des fils a1, a2, a3 autour de l'axe O. Ce pas est un nombre algébrique, il est positif lorsque l'enroulement s'effectue dans un sens choisi arbitrairement comme positif, par exemple l'enroulement à droite, et négatif dans le cas inverse. La valeur absolue de ce pas, référencée IPAI, est la longueur du pas d'enroulement des fils a1, a2, a3 autour de l'axe O, c'est-à-dire la longueur du pas PA' Ce pas PA est le même pour les trois fils a1, a2, a3 qui s'enroulent donc autour de l'axe O avec la même longueur de pas et dans le même sens. La longueur du pas de vrillage du fil de forme a3 est la distance, mesurée le long de l'axe du fil de forme a3, telle qu'elle correspond à une rotation d'un tour de la section S du fil de forme a3 autour de son axe. La figure 3 représente une section S du fil de forme a3, la flèche F joignant les deux extrémités allongées M1, M2 du fil de forme a3, cette flèche étant orientée de l'extrémité M1 vers l'extrémité M2 et passant par l'axe du fil a3. Cet axe est représenté par le centre de gravité G à la figure 3. Lorsque la distance mesurée le long de l'axe du fil de forme a3 est égale à la longueur du pas de vrillage, la flèche F effectue une rotation d'un tour autour de cet axe. Le pas de vrillage Pa3 du fil de forme a3 est un nombre -5- algébrique, ce pas étant positif lorsque le vrillage, c'est-à-dire la rotation de la flèche F, s'effectue dans le sens qui a été choisi arbitrairement comme positif, ce pas de vrillage étant négatif dans le cas contraire. La valeur absolue du pas de vrillage Pa3 est référencée I Pa3 Iet elle correspond à la longueur du pas de vrillage Pa3. Les longueurs de pas d'enroulement et les longueurs de pas de vrillage correspondant à un même assemblage sont exprimés avec la même unité, par exemple le millimètre, dans toute cette description. La figure 4 représente une série de neuf coupes de l'assemblage 100 conforme à l'invention, c'est-à-dire de l'élément 1. Chacune des coupes de la figure 4 est effectuée par un plan perpendiculaire à l'axe, supposé rectiligne, de l'élément 1. Chacune de ces coupes est référencée par la lettre Y suivie d'un nombre. La coupe d'origine est référencée Y0 et chacune des autres coupes est référencée par la lettre Y suivie d'un nombre entier ou fractionnaire qui représente le rapport entre d'une part la distance séparant cette coupe de la coupe Y0, et d'autre part la longueur du pas d'enroulement des fils a1, a2, a3 autour de l'axe de l'élément 1, c'est-à-dire la longueur IPA du pas PA. La figure 5 représente l'axe xx', supposé rectiligne, de l'élément 1, et les neuf coupes Y0' Y1, Y1/4, Y3/8' y1/2' Y5/8, Y3/4, Y7/8, Y1 de la figure 4 sont représentées par des segments de droite à la figure 5. Toutes les coupes de la figure 4 sont regardées dans le même sens qui est le sens de la flèche V et le nombre qui suit la lettre Y augmente dans le sens de la flèche V, à la figure 5. A titre d'exemple, la distance séparant les coupes Y1 et Y0 est égale à la longueur IPA. Pour la clarté du dessin à la figure 4, chaque section du fil de forme a3 comporte une flèche "f" joignant les deux exti pâtés allongées m1, m2 du fil de forme a3, la flèche "f" étant orientée de l'extrémité m1 vers l'extrémité m2, et chaque section de l'ensemble des fils ronds a1, a2 comporte une flèche "h" joignant les centres de ces sections et orientée du centre correspondant au fil a1 au centre correspondant au fil a2, ces centres n'étant pas référencés dans un but de simplification. - 6 - Conformément à l'invention, les pas PA et Pa3 sont différents. Ces pas sont par exemple reliés par la relation: PA = - Pa3' c'est-à-dire que le vrillage s'effectue en sens inverse de l'enroulement des fils a1, a2, a3, la longueur IPAi du pas d'enroulement étant égale à la longueur I Pa3 i du pas de vrillage. Cette différence de pas permet la formation intermittente d'espaces entre les fils a1, a2 d'une part et le fil a3 d'autre part ce qui permet une bonne migration de matière dans tout l'assemblage 100, avec les avantages qui en découlent. Un tel espace "e" est représenté à la coupe YO de la figure 4. A titre de comparaison, la figure 6 représente les mêmes coupes Yo, Y1/8, Y1/4' Y3/8' Y1/2' Y5/8' Y3/4' Y7/8, Y1 pour un assemblage 200 non conforme à l'invention et constitué par un seul élément 2 identique à l'élément 1, mais avec la différence que l'on a la relation: PA = Pa3. On voit sur cette figure 6 que les fils a1, a2, a3 sont toujours au contact entre eux. Il y a donc formation d'un canal "t" entre les trois fils a1, a2, a3. Ce canal "t" reste vide après imprégnation de l'assemblage 200 avec une matière qui peut difficilement pénétrer dans ce canal. Ce canal "t'" est donc susceptible de permettre ultérieurement la migration d'agents corrosifs, par exemple l'eau, le long de l'assemblage 200 avec les inconvénients qui en découlent, notamment les risques de corrosion. La figure 7 représente un autre assemblage 300 conforme seul, à l'invention constitué par un/element 3, la figure 7 étant une série de neuf coupes YO, Y1/8' Y1/4' Y3/8 Yl/2' Y 5/8' Y3/4' Y7/8' Y1 effectuées comme à la figure 4. élément 3 est identique à l'élément 1 représenté à la figure 4 avec la différence qu'on a la relation: PA = 2 Pa3, c'est-à- dire que le sens de vrillage du fil de forme a3 est le même que le sens de l'enroulement des fils a1, a2, a3 dans la couche A, mais que la longueur PA 1 du pas d'enroulement de cette couche A est double de la longueur du pas de vrillage du fil de forme a3. Pour la clarté du dessin, les indices correspondant aux assemblages 100, 200, 300 ne sont portés que sur les coupes YO des figures 4, 6, 7. - 7 - La figure 8 représente en coupe un autre assemblage conforme à l'invention. Cet assemblage 400 est constitué par un seul élément 4 qui comporte une âme identique à l'élément 1 repré- senté aux figures 1 et 4. Autour de la couche centrale A formée par cette âme 1, se trouve une couche B de huit fils ronds "b", cette couche B étant dépourvue de fils de forme, et une couche externe C disposée autour de la couche B, cette couche externe C étant constituée par huit fils ronds "c" et quatre fils de forme c4. Le pas PB de b couche B et le pas PC de la couche C sont définis de façon analogue à ce qui a été dit précédemment pour la couche A. Chacune de ces couches s'enroule autour de l'axe de l'élément 4 représenté par le point 0 à la figure 8, la coupe de la figure 8 étant perpendiculaire à cet axe. Le pas d'enroulement PC de la couche externe C est différent du pas d'enroulement PB de la couche B sous-jacente pour éviter l'imbrication des fils de la couche B avec les fils de la couche C, car cette imbrication conduit à la formation de canaux susceptibles de favoriser la corrosion. La couche intermédiaire B est une couche insaturée, c'est- à-dire par définition qu'il existe au moins un espace entre deux fils voisins parmi les fils "b", plusieurs de ces fils "b" pouvant être éventuellement au contact les uns des autres. La couche externe C est constituée alternativement par un fil de forme c4 et par deux fils ronds "c". Cette couche C a été représentée insatu- rée, c'est-à-dire qu'il existe au moins un espace entre deux fils ronds "c" voisins, mais elle pourrait être saturée, tous les fils ronds "c" voisins ayant alors entre eux un contact continu. Conformément à l'invention, le pas de vrillage Pc4 de chaque fil de forme c4 est différent du pas de l'enroulement PC de la couche C. La présence des fils de forme c4 liée au fait que le pas de vrillage de ces fils est différent du pas d'enroulement de la couche C permet la migration d. matière qui peut traverser cette couche C et remplir tous les espaces à l'intérieur de l'assemblage 400 grâce à la différence de pas d' enroulement entre la couche externe C et la couche sous-jacente B, grâce à l'insatu- ration de la couche intermédiaire B et grâce à la structure de l'âme 1 précédemment décrite. -8 - La figure 9 représente en coupe un autre assemblage 500 conforme à l'invention. Cet assemblage 500 est constitué par six torons identiques 5 chacun de ces torons étant un élément identique à l'élément 1 précédemment décrit et représenté aux figures 1 et 4. L'enveloppe de chacun de ces torons 5 est représentée par un cercle en pointillés à la figure 9, ce cercle n'étant pas référencé pour simplifier le dessin. Ces torons 5 sont disposés de telle sorte que l'un d'eux, référencé 50 constitue une âme, les cinq autres torons, référencées 5-1 constituant une couche 51 de torons 5-1 qui sont enroulés dans le même sens autour de l'axe de l'assemblage 500 de façon à constituer la couche 51, la coupe de la figure 9 étant effectuée perpendiculairement à l'axe de l'assemblage 500 qui est représenté par la lettrefl à la figure 9. L'invention n'est pas limitée aux cas o les fils de forme des assemblages conformes à l'invention ont une section ovale. A titre d'exemple, les figures 10 et 11 représentent chacune un assemblage conforme à l'invention avec un fil de forme différent des fils de forme précédemment décrits. La figure 10 représente en coupe un assemblage 600 conforme à l'invention constitué par un seul élément 6 identique à l'élément 1 représenté aux figures 1 et 4 avec la différence que le fil de forme a6 de cet élément 6 a une section pratiquement triangulaire. La figure 11 représente en coupe un assemblage 700 conforme à l'invention constitué par un seul élément 7 identique à l'élément 1 avec la différence que le fil de forme a7 de cet élément 7 a une section pratiquement rectangulaire. Les coupes des figures 1, 4, 6 à 8, 10, 11 sont effectuées chacune par un plan perpendiculaire à l'axe de l'élément. Les assemblages conformes à l'invention peuvent comporter chacun plusieurs fils de forme de sections différentes, ces fils de forme étant disposés par exemple dans une même couche. De préférence, au moins une partie des fils constituant les assemblages précédemr nt décrits sont métalliques. Dans un assemblage conforme à l'invention, au moins une couche peut comporter, si on le désire, deux ou plus de deux fils de forme adjacents, tous les fils de cette couche pouvant être par exemple constitués par des fils de forme, le pas de vrillage de chacun des fils de forme de cette couche étant de préférence différent du pas de vrillage des autres fils de forme qui lui -9- sont adjacents dans cette couche, tout en étant, aussi, différent du pas d'enroulement de ce fil de forme dans cette couche. L'invention couvre donc les cas o tous les fils des assemblages sont des fils de forme. De préférence, pour chaque fil de forme d'un assemblage conforme à l'invention, dans toute section perpendiculaire à la direction longitudinale de ce fil de forme, le rapport entre la plus grande dimension L de cette section et la plus petite dimension "l" de cette section est supérieur à 1,1. Les assemblages conformes à l'invention sont avantageu- sement utilisés dans le sommet des enveloppes de pneumatiques sous forme par exemple de nappes de renfort, les assemblages de chaque nappe étant notamment parallèles entre eux et en général croisés avec les assemblages d'une ou de plusieurs autres nappes. Dans le cas d'un article en caoutchouc, par exemple une enveloppe de pneumatique, l'invention permet d'éviter une préimprégnation des assemblages de renfort avant leur incorpo- ration dans cet article qu'ils doivent renforcer, car elle rend possible une migration complète de matière à l'intérieur des assemblages lors du moulage et/ou de la cuisson de cet article. A titre d'exemple, on réalise un assemblage conforme à l'invention dont la constitution est la suivante. Il est entière- ment constitué par deux couches de fils qui sont tous en acier. - Une couche centrale A servant d'âme et analogue à l'élément 1 précédemment décrit, cette couche A étant constituée par deux fils ronds, de diamètre 0,350 mm et un fil de forme dont la section est analogue à celle du fil de forme a3 représenté à la figure 2 avec les valeurs suivantes: L = 0,390 mm et 1 = 0,290 mm, c'est-à-dire qu'on a la relation L/1 = 1,34; les trois fils de cette couche A sont enroulés vers la gauche avec une longueur de pas de 10 mm; le vrilJage du fil de forme s'effectue vers la gauche, donc dans le même sens que l'enroulage des fils de la couche A, mais avec une longueur de pas de 7 mm, i5 c'est-à-dire que le pas de vrillage de ce fil de forme est différent de son pas d'enroulement dans la couche A. - 10 - - Une couche externe B insaturée constituée par huit fils ronds de diamètre 0,350 mm, les fils de cette couche B étant enroulés vers la gauche avec une longueur de pas de 15 mm. Cet assemblage peut être imprégné de façon pratiquement parfaite par du caoutchouc, sans formation de canaux vides suscep- tibles de provoquer une migration d'agents corrosifs. Cet assemblage se caractérise donc par une très bonne résistance à la corrosion. Il est utilisé par exemple pour renforcer le sommet de l'enveloppe de pneumatique o il est incorporé. Les assemblages conformes à l'invention peuvent être réalisés avec des équipements connus et selon des procédés connus, ces équipements et ces procédés n'étant pas décrits dans un but de simplification. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits. C'est ainsi par exemple que les assemblages conformes à l'invention peuvent comporter d'autres constituants que les éléments précédemment décrits, par exemple des frettes. - 11 - REVENDICATIONS 1. Assemblage de renfort caractérisé en ce qu'il est constitué au moins en partie par un élément dont les caracté- ristiques sont les suivantes: a) il comporte au moins une couche et au plus trois couches de fils; b) si l'élément comporte une seule couche, celle-ci comporte au moins un fil de forme; si l'élément comporte plus d'une couche, au moins la couche centrale comporte un ou plusieurs fils de forme; c) le pas de vrillage de chaque fil de forme est différent du pas de l'enroulement de ce fil de forme dans la couche o il se trouve; d) si l'élément comporte trois couches, le pas d'enroulement de la couche externe est différent du pas d'enroulement de la couche sous-jacente; e) si l'élément comporte une ou deux couches dépourvues de fils de forme, ces couches sont insaturées. 2. Assemblage de renfort conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une couche comporte deux, ou plus de deux, fils de forme adjacents, le pas de vrillage de chacun des fils de forme de cette couche étant différent du pas de vrillage des autres fils de forme qui lui sont adjacents dans cette couche. 3. Assemblage de renfort selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre, d'une part, la plus grande dimension de la section du fil de forme et, d'autre part, la plus petite dimension de cette section, est supérieur à 1,1, cette section étant effectuée par un plan quelconque perpendiculaire à la direction longitudinale du fil de forme. 4. Assemblage selon l'une quelcc._q 3 des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est imprégné d'une matière, cette matière remplissant tous les espaces entre les fils. - 12- 5. Article comportant au moins un assemblage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Article selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est une enveloppe de pneumatique. 7. Enveloppe de pneumatique selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'assemblage est utilisé dans le sommet de cette enveloppe.