Brevet FR2589106A1 — publié le 19870430

L'invention concerne les enveloppes de pneumatiques et plus particulièrement les carcasses d'enveloppes de pneumatiques réalisées avec des fibres cellulosiques. La demande de brevet PCT/CH85/00065 déposée par la demanderesse décrit une fibre en cellulose régénérée obtenue de la façon suivante: - On prépare une solution anisotrope à base d'au moins un dérivé cellu- losique comportant des groupes ester de la cellulose, au moins une partie de ces groupes ester étant des groupes formiate, la concen- tration du dérivé cellulosique ou de l'ensemble des dérivés cellulo- siques dans la solution étant au moins égale à 10,2 % en poids, le degré de polymérisation DP de la cellulose dans le ou les dérivés cel- lulosiques étant supérieur à 150 et inférieur à 1500; cette solution est par exemple préparée par dissolution directe de la cellulose à l'aide de l'acide formique et de l'acide orthophosphorique; - On transforme cette solution pour obtenir une fibre, par exemple par la technique dite "avec espace d'air" (dry jet-wet); - On régénère la cellulose de cette fibre de telle sorte que le degré de substitution DS de la cellulose en groupes formiate soit nul ou infé- rieur à 2 %. Cette fibre se caractérise par une ténacité T et un module initial Mi élevés. La demanderesse a découvert que l'emploi de cette fibre en cellu- lose régénérée pour réaliser une carcasse de pneumatique permet, de façon inattendue, de diminuer la résistance au roulement de l'enveloppe de pneumatique. En conséquence, l'invention concerne une enveloppe de pneumatique comportant au moins une nappe carcasse, cette enveloppe étant caracté- risée en ce que cette nappe carcasse est constituée au moins en partie par une fibre en cellulose régénérée, cette fibre étant constituée par un ou plusieurs filaments à base de cellulose et/ou d'au moins un dérivé cellulosique comportant des groupes ester de la cellulose, au moins une partie de ces groupes ester étant des groupes formiate, cette fibre ayant les propriétés suivantes: 258 9 106 - 2 - a) le degré de substitution DS de la cellulose en groupes formiate est nul ou inférieur à 2 % et le degré de polymérisation DP de la cellulose est supérieur à 150 et inférieur à 1500; b) le degré de polymérisation DP de la cellulose, la ténacité T et le module initial Mi de la fibre vérifient les relations suivantes, T et Mi étant exprimés en cN/tex: pour DP 20 et Mi > 1800; pour 2004 DP' 300, on a T > 30 et Mi > 2000; pour 300 DP 40 et Mi > 2400; pour 400 60 et Mi> 2600; chaque c)! filament présente une morphologie telle qu'il est constitué au moins en partie par des couches emboitées les unes dans les autres, ces couches entourant l'axe du filament, et telle que dans chaque couche la direction optique et la direction de cristallisation varient de façon pseudopériodique le long de l'axe du filament. L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples non limi- tatifs qui suivent et de la figure unique schématique relative à ces exemples, cette figure unique représentant une coupe radiale d'une enve- loppe de pneumatique avec une nappe carcasse qui peut être ou non conforme à l'invention. On voit sur le dessin une enveloppe de pneumatique 1. Cette enve- loppe 1 comporte un sommet 2, deux flancs 3 et deux bourrelets 4, l'enveloppe 1 étant montée sur la jante 5. Le sommet 2 est renforcé par une armature 6 constituée par deux nappes superposées 7, 8, chacune de ces nappes comportant les fils de renfort 9. Chacun des bourrelets 4 est renforcé par une tringle 10. L'enveloppe 1 comporte une nappe carcasse Il qui s'étend d'un bourrelet 4 à l'autre en s'enroulant autour de la tringleige chacun de ces bourrelets/ d'une façon connue en soi,cette carcasse étant radiale. La nappe 7 est située sous la nappe 8, entre cette nappe 8 et la carcasse 11. 1 A titre d'exemple, l'enveloppe de pneumatique/a les caractéristi- ques suivantes: - Dimension: 135 X 13; pour toutes les mesures géométriques qui suivent, cette enveloppe est montée sur la jante 5 et gonflée à sa pression normale d'utilisation 1,9 bar. 2 589106 -3- - Armature 6: les nappes 7, 8 sont constituées chacune de câbles 9 en acier; chaque câble 9 comporte 4 fils d'acier de diamètre 0,23 mm, ces fils étant tordus ensemble avec un pas de 10 mm et frettés avec un pas de 3,5 cm; dans chaque nappe, les câbles 9 font un angle d'environ 20 avec le plan équatorial qui est référencé par la ligne xx' sur le dessin, les nappes 7, 8 étant croisées, de façon connue, c'est-a-dire que les angles des nappes sont opposés; la largeur des nappes 7, 8 mesurée en section radiale le long de la nappe est respectivement d'environ 85 et 95 mm; le pas de pose des cAbles 9 dans les nappes 7, 8 est de 1 mm. - Nappe carcasse 11: cette nappe est constituée par des assemblages 12 de fibres qui peuvent être soit conformes à l'invention, soit non conformes à l'invention. A titre d'exemple, dans tous les cas, chacun de ces assemblages 12 est un retors constitué par deux multifilaments qui sont préalablement tordus individuellement puis assemblés avec une torsion de même pas que la torsion préalable, mais de sens opposé. Il est à noter que les deux torsions opposées pourraient ne pas avoir le même pas. D'autre part, dans tous les cas, le nombre de retors 12 dans la nappe 11 est de 11,9 par cm, cette distance étant mesurée dans le plan équatorial xx'. Deux types de retors 12 sont utilisés pour obtenir ainsi deux enveloppes 1: un retors de fibres conformes à l'invention référencé 12A et un retors référencé 12B constitué de fibres non conformes à l'invention en rayonne. Les caractéristiques des retors 12A, 12B et des fibres constituant ces retors sont données dans le tableau 1 suivant: -4- Tableau 1 Retors C a r a c t é r i s t i q u e s I. I 12A 12B 1. Filaments Titre (tex) 0,18 0,19 Ténacité (cN/tex) 102 43,7 Module initial (cN/tex) 3720 1110 2. Multifilaments non tordus Nombre de filaments 1000 1000 Titre (tex) 180 190 Ténacité (cN/tex) 94 41,7 Module initial (cN/tex) 2690 766 3. Torsion préalable des multifilaments (t/m) 360 S 360 S 4. Torsion des retors (t/m) 360 Z 360 Z I I I I I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _. _ _ _ _ _ I _ _ _ _ _ I Remarques sur tableau 1: le retors 12A que pour le décrites dans la demande toutes les caractéristiques données tant pour retors 12B sont déterminées selon les méthodes précitée PCT/CH85/00065. Torsion Pour les multifilaments et les retors, la torsion est exprimée en nombre de tours par mètre (t/m). La lettre S ou Z qui suit la valeur de la torsion est couramment utilisée dans l'industrie textile, et signifie que la torsion est effectuée dans le sens de cette lettre, les torsions Z étant bien sûr de sens opposé aux torsions S. - 5 - Les multifilaments utilisés pour réaliser le. retors 12A sont pré- parés de la façon suivante, conformément à la demande de brevet précitée PCT/CH85/00065. On réalise un mélange à partir des matières de base suivantes: - Matière (I):matière cellulosique contenant 98,8 % en poids d'holo- cellulose (96 % en poids d'O(-cellulose et 3,8 % en poids d'hémicel- 1uloses); - Matière (II): acide formique conforme au tableau 3, produit 22, de la demande précitée PCT/CH85/00065. - Matière (III): acide orthophosphorique conforme au tableau 3, produit 23, de la demande précitée PCT/CH85/00065. Lors de la réalisation du mélange, on a les relations: RI = 16,00; Rii = 18,79; RiiI = 64,45; Rer = Re = 0,76, la signification de RI, Rii, RiII, Rer, Re étant donnée dans la demande PCT/CH85/00065 précitée. Au bout de 90 minutes dans un malaxeur thermostaté muni d'un agitateur à ancre et travaillant sous vide, on obtient une solution dont la constitution est la suivante: dérivé cellulosique (formiate de cellulose) : 19,05 % en poids; acide organique (acide formique): 13,79 % en poids; acide minéral (acide orthophosphorique): 64,45 % en poids; eau: 2,71 % en poids. La solution est anisotrope. A partir du réacteur de mise en solution, on introduit directement la solution dans la pompe de filature. A partir de la pompe, on extrude la solution à travers une filière comportant 200 orifices ayant chacun un diamètre de 0,005 cm. La filière est située à 0,8 cm du bain de coagulation qui est de l'acétone à - 15 C. Sur le dispositif d'entrainement, la fibre a une vitesse de 54 m/min ce qui correspond à un FEF (facteur d'étirage au filage) de 3,6. La bobine obtenue est lavée dans l'eau. On obtient ainsi une fibre (filé) constituée par 200 filaments. On assemble ensuite 5 filés ainsi obtenus à l'entrée d'un poste de régénération. Dans ce poste, le nouveau multifilament est régénéré en continu pendant 15 s à l'aide d'une solution aqueuse conte- nant 1 % en poids d'hydroxyde de sodium. Le multifilament régénéré passe ensuite dans une cabine de lavage neutre o il est lavé pendant 25 s à l'eau. Finalement, le multifilament passe pendant 10 s sur des tambours chauffés à 150 C pour être séché, avant d'être bobiné. On obtient ainsi 6 - un multifilament régénéré constitué par 1000 filaments, la fibre étant constituée par ce multifilament. Cette fibre régénérée est caractérisée par un degré de polymérisation DP égal à 410 et par un degré de substitution DS inférieur à 0,5 %, DP et DS étant déterminée conformément à la demande de brevet précitée PCT/CH85/00065. ILa morphologie de cette fibre est la même que la morphologie des fibres conformes à l'invention décrite dans la demande de brevet précitée PCT/CH85/00065, cette morphologie étant donc telle que chaque filament de cette fibre régénérée et constitué au moins en partie par des couches emboîtées les unes dans les autres, ces couches entourant l'axe du filament, et telle que dans chaque couche la direction optique et la direction de cristallisation varient de façon pseudopériodique le long de l'axe du filament. Les propriétés mécaniques de la fibre et des filaments qui la constituent sont données dans le tableau 1 précédent. Pour chacune des deux enveloppes 1, la résistance au roulement est déterminée de la façon suivante. L'enveloppe 1, montée sur sa Jante 5, gonflée à sa pression normale d'utilisation et chargée de sa charge normale d'utili- sation est entraînée librement en rotation par un volant. Les conditions de cette mesure sont les suivantes: - température normale (environ 2000); - vitesse de roulage 60 km/h, après stabilisation thermique; - circonférence du volant: 8,50 m; - pression de gonflage de l'enveloppe 1,9 bar; - charge de l'enveloppe 280 décanewtons. La résistance au roulement X de l'enveloppe 1 correspond à l'effort au roulement dans l'aire de contact de l'enveloppe 1 avec le volant. La résistance au roulement X est calculée par la formule: X = x R + RC R F étant l'effort mesuré sur l'axe de la roue qui comporte la Jante 5, R étant le rayon du volant, RC étant le rayon écrasé de l'enveloppe 1 sur le volant. -7- L'indice de résistance au roulement Ir est donné par la formule: Ir = X, Z étant la charge de l'enveloppe (280 décanewtons). L'indice de résistance au roulement Ir, est donné dans le tableau 2 suivant, Ir étant exprimé en décanewtons par tonne (daN/t). Tableau 2 |1 1 |Retors utilisé pour l'enveloppe | I 1 I 12A I 12B l I Indice de résistance l i I au roulement Ir (daN/t) | 13,02 1 13,33 r I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____ _ _ ___ _____ _ _J On constate donc de façon inattendue que, par rapport à une carcas- se en rayonne, la carcasse conforme à l'invention utilisant le retors 12A conduit à une rsistace au roulement plus faible ce qui permet de necessaire diminuer l'énergie/au roulage et de diminuer l'échauffement de l'enve- loppe 1, donc d'augmenter sa durée de vie. Toutes les caractéristiques de fibres régénérées conformes à l'in- vention décrites dans la demande de brevet précitée PCT/CH85/00065 peuvent être utilisées dans l'invention correspondant à la présente demande. On peut avoir par exemple les caractéristiques suivantes pour les fibres: - Le module sonique Me vérifie la relation M s>3000 cN/tex. En particulier le module sonique de la fibre utilisée pour réaliser le retors 12A est de 3610 cN/tex. - L'indice d'orientation I.0 vérifie la relation suivante: I.0 > 95,5 %. En particulier l'indice d'orientation I.0 de la fibre utilisée pour réaliser le retors 12A est de 97,4 %. 8 - - La fibre est dépourvue d'étirage autre que celui résultant de sa mise en forme. - Le degré de polymérisation DP de la cellulose est au moins égal à 200 et au plus égal à 1200. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation précédemment décrits, c'est ainsi par exemple que l'enveloppe de pneumatique conforme à l'invention peut comporter plus d'une nappe carcasse. 258 9 106 - 9 - REVENDICATI ONS 1. Enveloppe de pneumatique comportant au moins une nappe carcasse, cette enveloppe étant caractérisée en ce que cette nappe carcasse est constituée au moins en partie par une fibre en cellulose régénérée, cette 6 ante fibre a constituée par un ou plusieurs filaments à base de cellu- lose et/ou d'au moins un dérivé cellulosique comportant des groupes ester de la cellulose, au moins une partie de ces groupes ester étant des groupes formiate, cette fibre ayant les propriétés suivantes: a) le degré de substitution DS de la cellulose en groupes formiate est nul ou inférieur à 2 % et le degré de polymérisation DP de la cellulose est supérieur à 150 et inférieur à 1500; b) le degré de polymérisation DP de la cellulose, la ténacité T et le module initial Mi de la fibre vérifient les relations suivantes, T et Mi-étant exprimés en cN/tex: pour DP 20 et Mi > 1800; pour 2004 DP 30 et Mi >2000; pour 3004 DP 40 et Mi > 2400 pour 400 DP 60 et Mi > 2600; chaque c) / filament présente une morphologie telle qu'il est constitué au moins en partie par des couches emboitées les unes dans les autres, ces couches entourant l'axe du filament, et telle que dans chaque couiela direction optique et la direction de cristallisa- tion varient de façon pseudopériodique le long de l'axe du fila- ment. 2. Enveloppe de pneumatique selon la revendication 1 caractérisée en ce que le module sonique Ms de la fibre vérifie la relation: Ms > 3000 cN/tex. - 10 - 3. Enveloppe de pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l'indice d'orientation-I.0 de la fibre vérifie la relation suivante: I.0O> 95.5%. 4. Enveloppe de pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la fibre est dépourvue d'étirage autre que celui résultant de sa mise en forme. 5. Enveloppe de pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que, dans la fibre, le degré de polymérisation DP de la cellulose est au moins égal à 200 et au plus égal à 1200. 1O 6. Enveloppe de pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la nappe carcasse est une nappe radiale.