Brevet FR2590207A1 — publié le 19870522

La présente invention concerne un pneumatique à carcasse radiale à hautes performances. Plus particulièrement l'invention porte sur l'amélioration de la durabilité des pneu- matiques à hautes performances, destinés à être utilisés à grande vitesse et avec une pression interne élevée, par exem- ple des pneumatiques à carcasse radiale d'avions et des pneu- matiques à carcasse radiale de trains circulant à très gran- de vitesse. Compte tenu des performances élevées des automo- biles et de la consolidation des routes, on a adopté récem- ment, de façon progressive, des pneumatiques à carcasse ra- diale et le pourcentage d'utilisation d'une structure à car- casse radiale a augmenté. Cependant, dans le cas de pneumati- que d'avions et de pneumatiques de trains fonctionnant à très grande vitesse, les innovations concernant la structure des pneumatiques sont lentes et jusqu'à présent peu d'études ont été faites sur le sujet, probablement en raison de considéra- tions de sécurité. Néanmoins,alors que-l'exigence de type so- cia] concernant les économies d'énergie et la demande d'un accroissement du kilométrage parcouru en rapport avec le car- burant consommé ait pris récemment une importance plus grande, de même la nécessité d'une réduction du poids des parties constitutives des pneumatiques s'est de plus en plus renfor- cée. De ce point de vue, on a étudié l'utilisation de pneuma- tiques à carcasse radiale utilisant des câblés formés de fi- bres de polyamide aromatique à la place de câblés en acier en tant qu'élements de renforcement des pneumatiques. En parti- culier on suppose que l'on peut obtenir une forte réduction de poids en utilisant des fibres de polyamide aromatique pour constituer des câblés possédant une tenacité élevée et un mo- dule d'élasticité élevé dans les nappes constituant la car- casse. Cependant il se pose un problème important dans le cas de l'utilisation des fibres de polyamide aromatique dans les différentes nappes de câblés constituant la carcasse. T. En d'autres termes, les fibres possédant une tenacité élevée et un module d'élasticité élevé posent des problèmes consis- tant en ce que dans les fibres, il n'y a pas de déplacement moléculaire sous l'effet de la chaleur et que dans de tels fi- bres il est difficile d'obtenir un retrait ou une contraction thermique. C'est pour cette raison que, lorsque l'on fabrique un pneumatique en utilisant plusieurs nappes de ce type, les câblés qui sont disposés dans la ou les nappes internes, sont susceptibles de prendre une forme sinueuse ou la forme de méan- dres. Ceci entraîne un déroulement local des câblés torsadés. en outre un tel phénomène est susceptible de se produire en particulier dans la partie formant épaulement et dans la par- tie formant talon du pneumatique, au niveau desquelles la dé- formation du pneumatique est la plus importante. Ceci est di au fait qu'une opération de cintrage est en général nécessai- re lors de la formation des différentes nappes de la carcasse pendant la fabrication du pneumatique et qu'une différence dans la distance de mise en place des câblés apparaît dans la ou les nappes de câblés de la carcasse, qui sont situées dans une position interne. D'autre part, dans le cas de câblés for- inés de fibres réalisés en rayonne, en polyester,enl produit désigné sous le nom commercial de Nylon ou analogue en tant que matériau convenant pour des câblés de pneumatique à usage général, il ne se produit aucune formation de type sinueux ou sous forme de méandres, étant donné que les fibres sont sou- mises & un retrait thermique pendant la vulcanisation. En ou- tre, dans le cas des fibres de polyamide aromatique utilisés de façon classique, il se pose un problème consistant en ce que les câblés se rompent sous l'effet de la fatigue dans le cas de leur utilisation dans des parties o ils sont locale- ment déroulés. C'est pourquoi on ne peut pas utiliser dans la pratique des pneumatiques utilisant simplement le polyamide aromatique dans les différentes nappes de la carcasse. Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué différentes études afin de résoudre les problè- mes indiqués plus haut, que l'on rencontre dans le cas de l'utilisation de plusieurs nappes de câblés de carcasse, cons- tituées par des fibres de polyamide aromatique, et pour ré- duire le poids des pneumatiques à hautes performances devant être utilisés à grande vitesse et avec une pression interne élevée, par exemple des pneumatiques à carcasse radiale d'avions e: des pneumatiques à carcasse radiale de trains circulant à très grande vitesse, tout en améliorant simultanément leur du- rabilité. En conséquence les auteurs à la base de la présente invention ont trouvé que le pneumatique à carcasse radiale à hautes performances envisagé peut être obtenu grâce à l'utili- sation d'un polyamide aromatique qui possède une structure spé- cifiée et fournit l'allongement à 2,2 g/d et, sur cette base, ont mis au point la présente invention. Conformément à la présente invention il est prévu un pneumatique à carcasse radiale à hautes performances des- tiné à être utilisé à grande vitesse et avec une pression in- terne élevée, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de nappes de câblés de carcasse, dont les câblés sont dispo- sés de manière à faire un angle compris entre 90 et 75 par rapport à la direction circonférentielle du pneumatique, les- dits câblés étant constitués par des fibres d'un polyamide aro- matique ne comportant pas moins de 80 % en moles d'une unité répétitive exprimée par la formule suivante: -NH-Ar1-NHCO-Ar 2- CO, dans laquelle Ar1 et Ar2 désignent au moins un type de résidu aromatique choisi parmi '0' et l'allongement E (%) des fibres du polyamide aromatique cons- n tituant les nappes respectives et satisfait à l'inégalité sui- vante: En 1 + 0,2 EnE +2,0 n-i n n-i dans laquelle E est l'allongement (%) de la n-ème nappe des n nappes formées de câblés de carcasse, qui sont décomptées en tant que 1-ère nappe, 2-éme nappe, 3-éme nappe,..., n-ème nap- pe à partir du côté de la chemise intérieure, n étant un entier égal à 2 ou plus et E1 pouvant prendre n'importe quelle valeur arbitraire. Le pneumatique à carcasse radiale à hautes perfor- mances conforme à la présente invention, présentant cet agen- cement, permet une réduction de poids et une amélioration de la durabilité grâce à l'utilisation de câblés possédant une tenacité élevée et un module d'élasticité élevé et constitués par des fibres du polyamide aromatique ne comportant pas moins de 80 % de l'unité répétitive représentée par la formule ci- dessus, -NH-Arl-NHCO-Ar2-CO- dans les nappes formées de câblés de la carcasse. Ces buts, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après pri- se en référence aux dessins annexés, et on comprendra que cer- taines modifications, changements et analogues peuvent être apportés par le spécialiste de la technique sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Pour une meilleure compréhension de l'invention on va se référer aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un agen- cement d'une ceinture et d'une carcasse d'un pneumatique cor- respondant à l'exemple 1 mentionné plus loin; - la figure 2 est une vue en perspective d'une ban- de possédant la forme d'un tambour cylindrique, à un stade préalable de la formation de la carcasse du pneumatique de l'exemple 1; et - la figure 3 est une vue en coupe de la moitié de droite de la carcasse formée à partir de la bande repré- sentee sur la figure 2. Ci-après on va donner une description détaillée de l'invention. La formation de méandres et le déroulement lo- cal des câblés internes, qui constituent une partie des pro- blèmes que l'on rencontre dans les pneumatiques classiques pos- sédant plusieurs nappes formées de câblés de carcasse utili- sant des fibres de polyamide aromatique lors de la fabrica- tion d'un tel pneumatique, peuvent être fondamentalement sup- primés moyennant l'application d'une contrainte à la nappe in- terne des câblés de la carcasse pendant la fabrication du pneu- matique, par exemple pendant l'étape de vulcanisation. A cet effet il suffit que les câblés de carcasse de la face exté- rieure directement suivante puissent se dilater plus facile- ment, c'est-à-dire qu'ils possèdent un module d'élasticité plus faible que les câblés internes de la carcasse. En outre, lorsque l'on empêche la formation de méandres et d'un déroule- ment local des câblés de la carcasse sur la face intérieure, une contrainte est appliquée aux câblés intérieurs même dans le cas de l'application d'une pression interne et d'une char- ge à un pneumatique neuf, de sorte que la contrainte est uni- formisée dans les nappes respectives des câblés. Cependant, lorsque le câblés de la face extérieure est agencé de manière à se dilater aisément, une contrainte trop élevée est inver- sement appliquée de façon nuisible à la carcasse interne. A partir de cette considération et conformément à la présente invention, lorsque l'on représente l'allongement E (%) pour --- n 2,2 g/d par l'inégalité mentionnée précédemment: En + 0,2 nE En l+2, l'allongement des câblés situés sur la face extérieure directement suivante (sur le côté des parties la- térales du pneumatique)est fixé à une valeur supérieure de pas moins de 0, 2 % et inférieure de pas plus de 2 % à la valeur fournie par les câblés de la face intérieure (côté de la che- %' mise intérieure). On va expliquer ci-après de façon plus détaillée l'invention en référence aux exemples, et exemples compara- tifs et art antérieur suivants. Cependant ces exemples sont donnés simplement à titre d'illustration de l'invention mais ne doivent pas être interprétés comme en limitant la portée. Des procédés de fabrication ds produits dénommés Kevlar et HM-50 sont décrits de façon détaillée dans la de- mande de brevet japonais publiée sous le N 55 -14167 et dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sous le No 60-151 314. En ce qui concerne les conditions d'im- prégnation, on a utilisé une solution aqueuse d'époxy (2 %) et le produit RFL (résine de résorcine-formaldéhyde/latex aqueux) respectivement en tant que premier bain liquide et second bain liquide. On a exécuté un traitement thermique en maintenant une température dans une zone sèche à 160 C, avec une température d'une zone chaude et d'une zone de normalisa- tion, égale à 2500, et, pour obtenir une valeur d'allongement E désirée, on a modifié la contrainte dans une gamme allant n de 3 à 4 kg pendant l'immersion dans le premier bain liquide, et on a réglé une contrainte de 1 kg pendant l'immersion-dans le second bain liquide. Afin d'obtenir un allongement E dé- n siré, on peut modifier le nombre des torsadages ou bien les conditions d'immersion. Exemple 1 On a préparé expérimentalement cinq types de pneu- matiques ayant chacun pour dimensions H 46 x 18 R 20, du type représentés sur la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une bande formant ceinture, qui est constituée par des câblés disposés parallèlement à la direction circonférentiel- le du pneumatique. Le câblé est un câblé continu qui est en- roulé autour de la circonférence du pneumatique. La référence 2 désigne des couches de câblés de carcasse. Les références 2-1 et 2-2 représentent respectivement une couche intérieure de câblés de la carcasse et une couche extérieure de câblés de la carcasse. Les câblés sont disposés essentiellement per- pendiculairement à la direction circonférentielle du pneuma- tique. La référence 3 désigne une tringle. Dans cet exemple, les pneumatiques ont été préparés expérimentalement en modi- fiant les câblés utilisés dans les nappes de câblés de la car- casse, comme indiqué dans le tableau 1, inséré à la fin dee la présente description. En tant que polyamide aromatique utilisé pour cons- tituer les câblés, on a utilisé le produit désigné sous le ter- me de Kevlar et fabriqué par la société diteDu Pont-et cons- t|tué de polyparaphénylène-térephtalamide et un copolymère HM-50 fabriqué par la société dite Teijin Co, Ltd. et consti- tué par 50 % en moles de polyparaphénylène-térephtalamide et % en moles de poly-3,4'-diphényléther-térephtalamide. En- suite, pour former les nappes de câblés de la carcasse, on a empilé un nombre nécessaire de nappes de câblés, comme repré- senté sur la figure 2, de manière à former une bande cylindri- que en forme de tambour 4. La référence 5 désigne un câblé. En outre on a fixé des tringles sur la gauche et sur la droi- te, on a rabattu les nappes de câblés autour de ces tringles et on a appliqué une pression interne à l'intérieur de l'en- semble au moyen d'une vessie ou analogue, de manière à former la carcasse représentée en vue en coupe sur la figure 3. Dans ce cas, la différence de passage du câblé intervient entre la couche interne de 2-1 de câblés de la carcasse et la couche extérieure 2-2 de câblés. La formation de méandres a été obte- nue dans la couche de câblés sur le côté intérieur lorsqu'on regarde suivant une direction radiale. Dans le pneumatique N il du tableau 1, on a utilisé du Kevlar possédant les mêmes pro- priétés physiques dans la première nappe de câblés (nappe la plus intérieure) et la seconde nappe de câblés (nappe la plus extérieure) de la carcasse. Dans les pneumatiques N 2 à 5, la valeur E2 (allongement pour 2,2 g/d) de la seconde nappe de câblés de la carcasse a été choisie supérieure, de valeurs respectives 0,3-1,5-2,5 et 2,4 %, à la valeur E1 de la premiè- re nappe de câblés. Les pneumatiques N 2 et 3 entrent dans le cadre de la présente invention tandis que les autres pneuma- tiques sont des exemples comparatifs. En rapport avec les pneu- matiques indiqués ci-dessus, on a évalué les performances des pneumatiques en utilisant les procédés d'évaluation suivants et l'on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau 1. Procédé d'évaluation: (1) Durabilité a grande vitesse: Lorsque l'on a augmenté la vitesse de 20 km/h dans chaque tranche de 5 minutes sous une pression interne constan- te de 13,5.105 Pa (pression interne normale) et une charge nor- male constante de 20 tonnes, on a poursuivi l'essai jusqu'à ce que le pneumatique présente une défaillance. La vitesse à cet instant a été considérée comme étant un niveau de durabi- lité. (2) Essai sous pression hydraulique: On a déterminé la valeur de la pression hydrauli- que correspondant à la rupture d'un pneumatique. On a repré- senté la valeur de la tenacité de la carcasse en tant que va- leur globale des ténacités des câblés des première et seconde nappes (le nombre final était égal dans tous les pneumatiques). (3) Propriété de résistance des câblés à la fatigue: On a fait rouler un pneumatique de façon continue à une vitesse de 65 km/h sous une charge normale constante de 20 tonnes et on a arrêté l'essai au bout d'une distance par- courue globale de 6000 km. On a tiré par échantillonnage des câblés du pneumatique et l'on a indiqué la propriété de résis- tance des câblés à la fatigue en tant que pourcentage subsis- tant de tenacité en rapport avec les câblés neufs. A partir des résultats indiqués dans le tableau 1, on voit que les pneumatiques N 2 et 3 pris comme exemples de la présente invention présentent une excellente durabilité à grande vitesse et un niveau d'essai de pression hydraulique encore plus excellent par rapport au degré de tenacité de la carcasse. Ceci est lié au fait que, étant donné que la con- trainte est répartie de façon uniforme entre les câblés, l'al- longement de la carcasse sous l'effet d'une force centrifuge diminue et que le niveau de durabilité augmente lors de l'es- sai de durabilité à grande vitesse, et que la conformité de la position du premier câblé par rapport au second câblé lors deson tirage est améliorée lors de l'essai sous pression hydrau- lique. En outre, dans le pneumatique N il classique, la pro- priété de résistance à la fatigue de la première nappe de câ- blés est extrêmement faible. Comme indiqué précédemment, ceci est dû au fait qu'il se produisait une formation de méandres et un déroulement local des câblés. Exemple 2 On a préparé expérimentalement plusieurs types de pneumatiques ayant chacun pour dimensions H 46 x 18 R 20, com- me dans le cas du pneumatique de l'exemple 1. Comme indiqué dans le tableau 2, reproduit à la fin de la présente descrip- tion, dans les pneumatiques N 1 à 7, on a utilisé trois nap- pes constituant les nappes de câblés de la carcasse. Dans le pneumatique N il, toutes les valeurs de E ont été réglées de n façon identique a 1. Dans les pneumatiques N 2 à 7, on a mo- difié les valeurs respectives de E. En rapport avec ces pneu- n matiques, on a évalué les performances des pneumatiques con- formément aux procédés d'évaluation décrits en référence à l'exemple 1. Les résultats obtenus sont indiqués dans le ta- bleau 2. Les tendances concernant les performances des pneuma- tiques étaient semblables à celles constatées dans le cas de l'exemple 1. Comme expliqué ci-dessus, conformément au pneuma- tique selon la présente invention, les câblés des nappes dee câblés de la carcasse --sont constitués par des fibres formés par le polyamide aromatique possédant la structure spécifique et satisfaisant à la relation indiquée concenant l'allonge- ment. De ce fait le poids du pneumatique est réduit et la du- rabilité est simultanément améliorée. En particulier la pré- sente invention est utile pour les pneumatiques à haute per- vi formances utilisés à grande vitesse et avec une pression in- terne élevée, par exemple des pneumatiques d'avions et des pneumatiques de trains circulant à très grande vitesse, tels que des pneumatiques pour moteurs linéaires. Tableau 1(a) \N:L., 2 3 4 5 Exemple Exemple Exemple El nent \ nprégn comparatif Exemple Exemple comparatif comparatif Type de câblé KEVLAR KEVLAR KEVLAR KEVLAR HM-50 1ère nappe Poids en deniers 3000/3 3000/3 3000/3 3000/3 3000/3 dé la., çarcasse Nombre de torsions 20X20 20 X 20 20X20 20X20 20X20 (.nappe la plus Tenacité(kg 165 170 170 170 170 interne) El(%) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 T. pe de -câblé KEVLAR KEVLAR KEVLAR HM-50 H-IM-50 2-ème nappe Poids en deniers 3000/3 3000/3 3000/3 3000/3 3000/3 de la carcasse dlacras Nombre de torsions20X20 21 X 21 25X25 27 X 27 27 X 27 (nappe la plus externe Tenacité (kg) 165 163 135 115 120 E2 (go) 1.2 1.5 2.7 3.7 3.6 1-* r' %0 J' o o Tableau l(b) No. 1 2 1 3 _ _ 123 4 5 Exempl1e Exemple Exemple corko.)pXa. Exemple Exemp le Elément. imprégné ica>aratif comparatif comparatif Durabilité à grande vie. kr'-h 300 330 330 310 300 vitesse:ku/h 58 65 56 42 43 Essai sous pression (100) (112) (96.6) (72) (74) Performances hydraulique du pneumati- hydraulique 330 330. 300 280 290 que (x 10 Pa) (100) (100) (91) (85) (88) que Propriétés de résis- tance à la fatigue 1-ère nappe () 31 92 91 72 68 2-ème nappe ( % 5 2-^me nappe(95 96 95 93 96 t'J o n 0> o 0.4 Tableau 2(a) \ No. _ 1 2 3 4 5 6 7 E xemple Exe mpleExemple Exe Emple CElément mp comparatif Exe mpleExemple.comparatif comparatif comparatif Exemple tn abimprn. Type de câblé KEVLAR KEVLAR KEVLAR KEVLAR KEVLAR HM-50 IIM-50 1-ère nap- pe de la Poids enr deniers 1500/3 1500/3 1500/3 1500/3 1500/3 1500/3 1500/3 carcasse (nappe la Nombre de torsio s30X30 30X30 30X30 30X30 30X30 30X30 30X30 plus interne) Tenaoité (kg) 70 70 70 70 70 70 70 w E (%) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 * 2-éme nap -Type de.câblé KEVLAR KEVLAR KEVLAR KEVLAR IIM-50 IIM-50 HM-50 pe de la carcasse PEoids.en deniers 1500/3.1500/3 1500/3]500/3 15000/3 1500/3 1500/3 (nappe intermé- Nombre de torsiol s30X30 31X31 31X31 30x30 31X31 30X30 31X31 diaire) Tenacité (kg) 70 68 68 70 68 70 68 r'> Ln E (%) 1.0 1.3 1.3 1.1 1.3 1.1 1.3 o o> Tableau 2(b) No. 1 2 3 4 5 - 6 7 \CâbléF e Exemple em]e 1iipi xeple lémnt rgécomprtif Exemple Exempl.e comparat j coFmparJ.t if i f., Elbment \ r ené \ comparatif E Type de câblé KEVLAR KEVLAR KEVLAIR KEVL.AIR KEVLARI IIM-50 HMN-50 3%me nap. 3e menap- Poids en deniers 10/1500 /3 1 500 /3 1 500/ 3 15/31500/3 1500/3 1500/3 Pe de la Carcasse Nombre de torsio s 30X30 33X33 36X36 36X36 136 X 36 30X30 32X32 (nappe la Tenacité (kg) 70 63 54 5,1 53 70 65 PlP externe) E(%) 1.0 2.0 3.3 31. 3.5 1.3 1.8 Durabilité A grar - de'vitesse 300 320 320 300 300 310 320 (kmn/h) __ Essai sous pres- Performan sion hydraulique 57 56 53 47, i4 52 57 Pesdu '(indice) (kg) (100) (98) (93) (82) (81) (91) (100) pneuma- Tenacité de la 210 203 194 194 193 210 205 tSqteé carcasse(indice) (100) (97) (92) (92) (92) (100) (98) Propriété de ré-- sistance à].a fa -re nappe (%) 20 80 82 81 80 60 80 2-érnnappe (%) 79 85 88 85 86 85 90 3-ème&-nppe (%) 90 96 98 97 97 89 98 u. Ln o o %O C> REVENDICATIONS 1. Pneumatique à carcasse radiale à hautes per- formances, destiné à être utilisé à grande vitesse et avec une pression interne élevée, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de nappes de câblés de carcasse, dont les câblés sont disposés de manière à faire un angle compris entre 90 et par rapport à la direction circonférentielle du pneumati- que, lesdits câblés étant constitués par des fibres d'un polya- mnide aromatique ne comportant pas moins de 80 % en moles d'une unité répétitive exprimée par la formule suivante: -NH-Ar1- NHCO-Ar2-CO, dans laquelle Arl et Ar2 désignent au moins un type de résidu aromatique choisi parmi - et O l'allongement E (%) des fibres de polyamide aromatique cons- n tituant les nappes respectives satisfait à l'inégalité sui- vante: Enl +0,2 En En- 2 dans laquelle E est l'allongement (%) de la nème nappe des n nappes formées de câblés de carcasse, qui sont décomptées en tant que 1-ère nappe, 2-ème nappe, 3-ème nappe,..., n-ème nap- pe à partir du côté de la chemise intérieure, n étant un en- tier égal à 2 ou plus et E1 pouvant prendre n'importe quelle valeur arbitraire.