Brevet FR2671516A1 — publié le 19920717

La présente invention concerne un pneumatique destiné à etre utilisé à grande vitesse et sous de lourdes charges, ayant une durabilité accrue de sa structure, obtenue par suppression des défaillances dues à la séparation des nappes aux bords d'une nappe d'armature, par exemple de la nappe de carcasse et de la nappe de ceinture. Récemment, pour améliorer la durabilité de la structure des pneumatiques, leurs performances de roulement et la consommation de carburant et analogue, on a utilisé une carcasse à nappes radiales dans les pneumatiques utilisés pour de lourdes charges et à grande vitesse, par exemple dans les pneumatiques d'aéronefs. Comme les pneumatiques à carcasse radiale ont des nappes de carcasse repliées autour des tringles et des nappes de ceinture qui sont rigides, la déformation de la partie de bande de roulement et de la partie de talon du pneumatique est réduite par les nappes de câblés, et la déformation de la partie des flancs est relativement accrue et une contrainte importante se concentre aux bords de la ceinture et aux bords de la carcasse. En conséquence, une défaillance par séparation des nappes adjacentes de câblés risque d'apparaître et réduit la durabilité de la structure du pneumatique. Les inventeurs ont découvert que la défaillance par séparation des nappes pouvait être évitée efficacement par limitation de l'espacement des câblés des nappes adjacentes aux bords des nappes entre le quart et le double du diamètre des câblés d'armature, et on a constaté que les espacements des câblés aux bords des nappes étaient réduits par rapport à l'état non vulcanisé. En conséquence, pour que les espacements des câblés soient conservés dans la plage précitée, on a accru l'épaisseur du caoutchouc de revêtement des câblés d'armature à une valeur supérieure à la limite supérieure de la plage précitée sur toute la largeur de la nappe. En conséquence, le poids du pneumatique augmente obligatoirement et les performances de consommation de carburant, de dégagement de chaleur et de stabilité de conduite sont moins bonnes. La présente invention a donc pour objet la réalisation d'un pneumatique pour lourdes charges et grandes vitesses, dans lequel les problèmes précités sont résolus alors que l'espacement des câblés reste dans la plage particulière qui permet une amélioration de la durabilité du pneumatique. Dans un premier aspect de l'invention, un pneumatique pour grandes vitesses et lourdes charges comporte une paire de tringles disposées chacune dans une partie de talon, une carcasse comprenant plusieurs nappes de câblés disposés radialement, placées entre les parties de talon et repliées autour des tringles, chaque partie repliée de nappe de carcasse ayant une extrémité terminale, et une ceinture comprenant plusieurs nappes de câblés parallèles disposées radialement à l'extérieur de la carcasse et à l'intérieur par rapport à la partie de bande de roulement, chacune des nappes de ceinture ayant des bords terminaux, chacun des bords terminaux d'au moins une nappe de câblés choisie dans le groupe comprenant les nappes de ceinture et les nappes de carcasse étant enveloppé d'un organe de couverture de bord formé d'une mince bande de caoutchouc, de manière que l'espacement des câblés adjacents au bord terminal soit compris entre le quart et le double de l'épaisseur du câblé d'armature, la largeur de chaque organe de couverture de bord étant comprise entre 20 et 300 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe d'un pneumatique selon la présente invention la figure 2 est une coupe agrandie d'un bord de ceinture de ce pneumatique ; la figure 3 est une coupe agrandie d'un bord de carcasse de ce pneumatique ; la figure 4 représentant l'espacement des câblés de la carcasse ; et la figure 5 est une coupe d'une bande de caoutchouc destinée à l'organe de couverture de bord. Sur les figures, le pneumatique 1 est destiné à un aéronef, il a une dimension 46X17R20, il est monté sur une jante normale R et il est gonflé à la pression interne normale, mais il ntest pas sous charge. Le pneumatique 1 a une partie 5 de bande de roulement, une paire de parties de talon 3 qui sont axialement espacées, et une paire de parties 4 de flanc disposées entre les bords de la bande de roulement et les parties de talon 3, et le pneumatique 1 comporte en outre une paire de tringles 2 disposées chacune dans une partie de talon 3, et une carcasse 7 disposée entre les parties 3 de talon et une ceinture 15 disposée radialement à l'extérieur de la carcasse 7 et vers l'intérieur d'une bande de roulement formée de caoutchouc. Dans ce mode de réalisation, la carcasse est composée d'une carcasse interne 7A et d'une carcasse externe 7B. La carcasse interne 7A est composée de plusieurs nappes 7a (quatre nappes) de câblés parallèles, les nappes étant repliées autour des tringles 2 de l'intérieur vers l'extérieur en direction axiale. La carcasse externe 7B est composée de plusieurs nappes 7b (deux nappes) de câblés parallèles, les nappes étant repliées autour de la tringle 2 de l'extérieur vers l'intérieur de manière que la carcasse externe entoure la partie repliée de la carcasse interne. Chacune des nappes 7a de carcasse interne a une partie principale toroïdale 70 disposée entre les parties de talon et les parties repliées 71 axialement à ltexté- rieur de chaque partie principale 70. Chacune des nappes 7b de carcasse externe a une partie toroïdale principale 73 disposée entre les parties de talon et des parties 74 repliées en sens inverses. Chacune des nappes de carcasse 7a et 7b est formée de câblés 25 disposés radialement, et formant un angle compris entre 75 et 90" avec l'équateur CO du pneumatique, et les câblés 25 de la carcasse sont revêtus d'un caoutchouc de revêtement 30. Les câblés 25 de carcasse de chacune des nappes 7a de la carcasse interne aboutissent à des bords radialement externes des parties repliées 71. Les câblés 25 de carcasse de chacune des nappes 7b de la carcasse externe se terminent aux bords des parties repliées 74. Dans ce mode de réalisation, entre les nappes adjacentes de la carcasse 7, les câblés 25 de l'une des nappes sont inclinés d'un côté de l'équateur du pneumatique et les câblés de la carcasse de l'autre nappe sont inclinés de l'autre côté de l'équateur du pneumatique si bien que les câblés de la carcasse des différentes nappes recoupent les câblés d'une nappe adjacente. On peut utiliser, comme câblés 25 de la carcasse, des câblés de fibres organiques, par exemple de rayonne, de polyester, de "Vinylon" (alcool polyvinyl), de "Nylon", de polyamide aromatique ou analogue. En outre, chaque partie de talon 3 comporte, entre la partie principale et chaque partie repliée de la carcasse interne 7A, une pointe 9 de bourrage de talon disposée radialement vers l'extérieur depuis la tringle 2 afin que la partie de talon soit renforcée. La partie 3 de talon peut comporter en outre une bande (non représentée) de couverture de jante disposée le long du profil du talon de manière que la face latérale et la face inférieure de celui-ci ne soient pas rayées par la jante 3. Dans ce mode de réalisation, la ceinture 15 comporte une ceinture de nappe sommet découpée 14, placée sur la carcasse 7, et une ceinture 10 en forme de bande disposée sur la ceinture 14. La ceinture 10 en forme de bande est composée de plusieurs nappes 10a (par exemple de 6 à 10 nappes) de câblés parallèles 26 faisant un angle inférieur à 5 avec l'équateur CO du pneumatique et revêtus d'un caoutchouc 30 de revêtement. Les largeurs des nappes 10a de la ceinture en forme de bande diminuent progressivement de la nappe radialement la plus interne à la nappe radialement la plus externe de manière que la configuration en coupe corresponde à un trapèze aplati. La distance comprise entre le profil de chacun des bords 10S de la ceinture 10 en forme de bande et le profil du pneumatique dans la partie SB d'épaulement du pneumatique est pratiquement constante ou augmente légère- ment vers la partie adjacente de flanc 4. La largeur axiale maximale WB de la ceinture 10, dans cet exemple, est la largeur de la nappe la plus large et radialement la plus à l'intérieur lOal, et est comprise entre 75 et 85 % de la largeur en coupe WT du pneumatique. Les câblés 26, entre les nappes adjacentes 10a, se recoupent mutuellement. La ceinture 14 de nappe sommet est composée de plusieurs nappes 14a (deux nappes 14al et 14a2 dans cet exemple) formées de câblés parallèles 27 faisant un angle compris entre 5 et 70" avec l'équateur CO du pneumatique et revêtus d'un caoutchouc 30 de revêtement. Les câblés 27 des nappes adjacentes 14a se recoupent mutuellement, et une structure triangulaire est formée par les câblés 27 de ceinture avec les câblés 25 de carcasse et/ou les câblés 26 de ceinture. Pour que la structure triangulaire soit rigide, les câblés 27 de ceinture de nappe sommet sont de préférence placés avec une inclinaison de 10 à 45" et de préférence de 10 à 30 par rapport à l'équateur CO du pneumatique. L'angle des câblés 27 de ceinture de nappe sommet peut être réduit au minimum lorsque l'angle des câblés 25 des carcasses est faible (par exemple de 75 à 80 ). La largeur axiale W1 de la nappe radialement externe 14al est plus petite que la largeur axiale W2 de la nappe radialement interne 14a2 entre les nappes adjacentes 14a de ceinture. En outre, la largeur W1 de la nappe radialement la plus externe 14al est inférieure à la largeur W3 de la nappe lOal de ceinture en forme de bande radialement adjacente à l'extérieur, c'est-à-dire à la largeur maximale WB de la ceinture en forme de bande dans cet exemple. La largeur précitée W1 peut être égale à la largeur W2 ou à la largeur W3 ou peut être plus grande que la largeur W2 ou la largeur W3. La ceinture 14 de nappe sommet augmente la rigidité de la partie 5 de bande de roulement à la déformation par flexion dans la direction de la largeur de la bande de roulement. En conséquence, la force de virage est accrue et, en outre, l'apparition d'une onde stationnaire à grande vitesse est supprimée. Comme la ceinture rigide 15 augmente la déformation à la flexion dans la région allant de l'épaulement 5A de la bande de roulement å la partie 3 de talon, une défaillance par séparation des nappes adjacentes peut se produire au bord des nappes. Selon l'invention, cette défaillance est évitée parce que des organes 20 et 21 de couverture des bords sont placés aux bords des nappes de carcasse et aux bords des nappes de ceinture en donnant des espacements particuliers des câblés. A l'épaulement 5A de la bande de roulement dans ce mode de réalisation, la défaillance par séparation risque de se présenter entre les nappes 14a de ceinture de nappe sommet, et entre la nappe 14a2 de ceinture de nappe sommet radialement la plus interne et la nappe adjacente de carcasse 7bl, et, en outre, entre la nappe radialement la plus externe 14al de nappe sommet et la nappe adjacente lOal de ceinture en forme de bande parce que la différence d'angles des câblés est relativement grande et leur extensibilité et leur rigidité varient beaucoup. En conséquence, dans ce mode de réalisation, les organes 20 de couverture sont placés uniquement aux bords de chacune des nappes 14a de ceinture de nappe sommet. Lorsque les espacements des câblés 11, 12 et 13 sont compris entre le quart et le double de l'épaisseur D2 des câblés 27, la contrainte de cisaillement est encaissée par le caoutchouc placé entre eux. Dans ce cas, l'espacement 11 des câblés correspond à l'espacement des câblés 27 de la nappe radialement externe 14al de ceinture de nappe sommet et les câblés 27 de la nappe radialement externe 14a2 de ceinture de nappe sommet, l'espacement 12 est celui des câblés 27 de la nappe radialement externe 14al de ceinture de nappe sommet et des câblés 28 de la nappe lOal radialement la plus à l'intérieur de la ceinture en forme de bande, et l'espacement 13 est celui des câblés 27 de la nappe radialement la plus interne 14a2 de la ceinture de nappe sommet et des câblés 25 de la nappe externe de carcasse 7bl. Lorsque les espacements 11, 12, 13 des câblés sont inférieurs au quart de l'épaisseur D2 des câblés, l'effet d'encaissement du caoutchouc n'est pas obtenu. Lorsque les espacements dépassent le double de cette épaisseur D2, le dégagement de chaleur augmente. En outre, dans cet exemple, tous les bords (e) des parties repliées 71 des nappes internes de carcasse 7a ont des organes de couverture 21 des bords (dans cet exemple 21A, 21B, 21C et 21D). Comme représenté sur les figures 3 et 4, les espacements des câblés L1, L2, L3, L3 et L4 des nappes adjacentes aux bords (e) sont réglés afin qu'ils soient compris entre le quart et le double de l'épaisseur D1 des câblés 25 de carcasse, pour les mêmes raisons que dans le cas des espacements des câblés de la ceinture. La partie repliée précitée 71 de chaque nappe de carcasse interne 7a, qui est repliée axialement de l'intérieur vers l'extérieur, se termine dans la partie de flanc à un emplacement qui se trouve sur le bord radialement externe de la joue de la jante C et, comme représenté sur la figure 3, les hauteurs des bords des parties repliées 71 des nappes de carcasse interne 7a augmentent progressivement de la partie repliée axialement externe vers la partie repliée axialement interne. Le bord le plus bas, qui est celui de la partie repliée axialement externe 71, se trouve radialement à l'extérieur du bord radialement externe de la pointe 9 de bourrage de talon. Le bord le plus élevé, qui est celui de la partie repliée axialement la plus à l'intérieur 71, est placé radialement à l'intérieur du point de largeur maximale du pneumatique. On utilise, pour les organes 20 et 21 de recouvrement des bords et afin que la contrainte de cisaillement précitée soit efficacement encaissée, une composition de caoutchouc ayant un module à 100 % compris entre 4.106 t 7.106 Pa, un allongement à la rupture compris entre 200 et 350 % et une contrainte à la rupture comprise entre 15.106 et 30.6 Pa. Lorsque le module à 100 % est inférieur à 4.106 Pa, le dégagement de chaleur augmente et une rupture thermique risque de se produire. Lorsque le module à 100 % dépasse 7.106 Pa, l'effet d'encaissement des contraintes de cisaillement devient insuffisant, et l'adhérence entre les câblés devient mauvaise. Lorsque l'allongement à la rupture est inférieur à 200 %, la compliance pour l'allongement des câblés devient délicate et le caoutchouc risque de se rompre. Lorsque l'allongement dépasse 350 %, le dégagement de chaleur augmente. Lorsque la contrainte à la rupture est inférieure à 15.106 Pa, la rigidité des nappes est réduite. Lorsqu'elle dépasse 30.106 Pa, l'effet d'encaissement des contraintes de cisaillement diminue. Chacun des organes précités de couverture 20 et 21 des bords est formé par une bande 16 d'un caoutchouc qui n'est pas vulcanisé ou qui est à moitié vulcanisé et qui est repliée afin qu'elle entoure le bord de la nappe comme représenté sur la figure 5. La largeur de la bande 16 ou de l'organe de couverture de bords est comprise entre 20 et 300 mm. Lorsque la largeur W de la bande 16 est inférieure à 20 mm, l'effet d'encaissement des contraintes devient insuffisant. Lorsqu'elle dépasse 300 mm, le poids du pneumatique augmente et, dans le cas de la ceinture, la rigidité de la bande de roulement est réduite et les performances de roulement sont détériorées. A l'état replié, les parties placées d'un côté de la nappe et de l'autre côté ont pratiquement les mêmes largeurs (environ 0,5 W), mais les largeurs peuvent différer l'une de l'autre. Ainsi, l'espacement des câblés des nappes adjacentes est plus grand aux bords des nappes que dans la partie comprise entre les parois axialement internes des organes de couverture de bords car il n'existe aucune couche de caoutchouc dans la partie intermédiaire, mis à part un très mince revêtement de caoutchouc. La bande 16 est vulcanisée lors de la vulcanisation du pneumatique dans un moule. Pendant la vulcanisation, la bande 16 de caoutchouc est ramollie par la chaleur et est comprimée et elle peut donc fluer, avec réduction de son épaisseur. En conséquence l'épaisseur d de la bande 16 est déterminée afin que l'espacement des câblés donnés par la bande 16 à l'état du pneumatique non vulcanisé soit légèrement supérieur à l'espacement final des câblés. L'épaisseur t de la bande 16 est comprise entre 0,2 et 2,0 mm. Selon l'invention, si la nappe sommet 14 est omise, dans un autre mode de réalisation, les organes de couverture des bords peuvent être placés aux bords des nappes de la ceinture 10 en forme de bande. En outre, il est possible de placer les organes de couverture des bords uniquement sur les bords des nappes de carcasse. Des pneumatiques de dimensions 46X17R20 destinés à un aéronef, ayant la structure représentée sur la figure 1, ont été préparés et éprouvés pour la détermination de la durabilité des épaulements de la bande de roulement et de la partie de talon. Les spécifications et résultats d'essais sont donnés dans les tableaux 1 et 2 qui suivent et qui indiquent les éléments constituants et les propriétés des compositions de caoutchouc, A, B et C des organes de couverture des bords utilisés dans les pneumatiques d'essai. Dans les essais de durabilité des talons, la durabilité à grande vitesse et la durabilité à faible vitesse ont été évaluées, et le dégagement de chaleur a aussi été mesuré. L'essai de durabilité à grande vitesse était un essai de décollage en surcharge pendant 100 cycles, jusqu 'à une charge de 150 % de la charge normale du pneumatique, suivant le document Technical Standard Order TSO-C62c de Federal Aviation Administration, Etats-Unis d'Amérique. Après l'essai de 100 cycles, la différence entre les températures de talon avant et après l'essai a été déterminée, et le pneumatique a été découpé pour être inspecté pour la détermination de la rupture éventuelle du caoutchouc de la carcasse. L'indice de dégagement du chaleur du tableau 1 représente la différence précitée, c'est-à-dire l'augmentation de température pendant l'essai divisée par la température avant l'essai. Dans l'essai de durabilité à faible vitesse, le pneumatique a travaillé à une vitesse de 11 km/h avec une charge de 120 % de la charge normale du pneumatique, et la distance de déplacement jusqu'à la détérioration des talons a été mesurée. Lorsque la distance parcourue a atteint 3 000 km l'essai a été interrompu. Comme décrit précédemment, dans le pneumatique pour grandes vitesses et lourdes charges selon la présente invention, comme les bords de nappes sont recouverts d'une bande de caoutchouc ayant une largeur et une épaisseur déterminées, la défaillance par séparation aux bords des nappes est évitée sans augmentation du poids du pneumatique ni détérioration de ses performances de roulement. TABLEAU 1 Ex. Ex. Ref. Ref. Ex. Ex. Ref. Ref. Ref. Ref. Ref. 1 2 1 2 3 4 3 4 5 6 7 CARCASSE Nombre de nappes - intérieures 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 - extérieures 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Diamètre de câblés (mm) 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 angle de câblés (degrés) 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 Espacement de câblés L (mm) 1,0 2,0 0,2 2,5 1,0 2,0 0,2 2,5 1,0 0,5 0,2 Caoutchouc de couverture de bord A A A A B B B B C C C CEINTURE EN BANDE Nombre de nappes 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 Diamètre de câblés (mm) 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Angle de câblés (degrés) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CEINTURE DE NAPPE SOMMET Normbre de nappes 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Diamètre de câblés(mm) 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Angle de câblés (degrés) 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 Espacement de câblés 1 (mm) 1,0 2,0 0,2 1,0 1,0 0,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Caoutchouc de couverture de bord A A A A B B B B C C C DURABILITE A GRANDE VITESSE Indice de dégagement de 1,15 1,37 0,98 1,50 1,0 1,25 0,92 1,35 1,10 0,95 0,95 chaleur de talon Séparation de nappes de carcasse non non non *1 non non oui oui *1 *1 *1 DURABILITE A FAIBLE VITESSE Distance de roulement (km) 3000 3000 3000 3000 3000 3000 1500 2200 1200 3000 3000 Détérioration - talon non non *2 non non non *3 *3 *4 *3 *3 - épaulement de bande de roulem. non non *2 non non *2 non non *2 *2 non *1 : à un stade précoce *2 : libération des bords à un stade précoce *3 : rupture du caoutchouc des flancs *4 : libération des bords TABLEAU 2 Caoutchouc A B C Ingrédients (% en poids) Caoutchouc naturel 100 100 100 Carbone*l 65 67,5 40 Acide stéarique 2 2 2 Oxyde de zinc 10 10 10 Soufre 4,5 6,0 1,5 Accélérateur*2 0,9 1,2 2,3 Propriétés du caoutchouc Module à 100 % (106 Pa) 4,8 6,5 2,5 Allongement à la rupture (g) 335 230 530 Contrainte à la rupture (106Pa) 21 17 27 *1 : carbone ayant une dimension particulaire des carbones de qualités HAF, ISAF et une couverture superficielle par l'iode de 70 à 130 mg/g. *2 : accélérateur L'un des accélérateurs suivants ou une combinaison d'au moins deux des accélérateurs suivants peut être utilisé (1) accélérateur de thiazole M, DM, MZ (2) accélérateur de sulfénamide CZ, NZ, MSA, DZ (3) accélérateur dithiocarbamique EZ, BZ, PX, ZP (4) accélérateur de guanidine D, DT, BG, PR (5) accélérateur de thiurame TT, TET, TBT, TS (6) accélérateur d'ammoniac et d'aldéhyde HMT Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux pneumatiques qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pneumatique pour grandes vitesses et lourdes charges, caractérisé en ce qu'il comprend deux tringles (2) placées chacune dans une partie de talon (3), une carcasse (7) comprenant plusieurs nappes de câblés placées radialement, disposées entre les parties de talon et repliées autour des tringles, chacune des parties repliées de nappes de carcasse ayant un bord terminal, et une ceinture (10) comprenant plusieurs nappes de câblés parallèles placées radialement à l'extérieur de la carcasse et à l'intérieur de la partie de bande de roulement, chacune des nappes de ceinture ayant des bords terminaux, chacun des bords terminaux d'au moins une nappe de câblés, choisie dans le groupe comprenant les nappes de ceinture et les nappes de carcasse, étant enveloppé d'un organe (16) de couverture de bord formé d'une mince bande de caoutchouc de manière que l'espacement des câblés, entre les nappes adjacentes et au bord terminal, soit compris entre le quart et le double de l'épaisseur des câblés d'armature, et la largeur de chacun des organes de couverture de bords est comprise entre 20 et 300 mm. 2. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de couverture (16) de bord ont un module à 100 % compris entre 4.106 et 7.106 Pa, un allongement à la rupture compris entre 200 et 350 %, et une contrainte à la rupture comprise entre 15.106 et 30.106 Pa. 3. Pneumatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bords terminaux des nappes de ceinture (10) sont enveloppés d'organes (16) de couverture de bords. 4. Pneumatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bords terminaux des nappes de carcasse sont enveloppés d'organes (16) de couverture de bords. 5. Pneumatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bords terminaux des nappes de ceinture et les bords terminaux des nappes de carcasse sont enveloppés d'organes (16) de couverture de bords. 6. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ceinture (10) comprend au moins une nappe en forme de bande de câblés parallèles faisant un angle inférieur à 5 avec l'équateur du pneumatique et au moins deux nappes de nappe sommet de câblés parallèles faisant un angle compris entre 5 et 70" avec l'équateur du pneumatique, et les bords terminaux des nappes de nappe sommet sont enveloppés des organes (16) de couverture de bords, mais les bords terminaux de la nappe en forme de bande ne sont pas enveloppés. 7. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la bande est comprise entre 0,2 et 2,0 mm.