Brevet FR2823509A1 — publié le 20021018

La présente invention concerne, d'une manière générale, un câble en lyocell et un pneumatique à carcasse radiale pour véhicule automobile dans lequel un câble en lyocell doté d'une excellente stabilité dimensionnelle à températures élevées et d'un excellent rapport de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé est appliqué à une nappe de carcasse. Elle concerne plus particulièrement, un pneumatique à carcasse radiale pour véhicule automobile dans lequel une résistance à la fatigue et une stabilité dimensionnelle sont améliorées grâce à l'application du câble en lyocell à un pneumatique à carcasse radiale présentant un rapport hauteur/largeur faible, c'est-à-dire un pneumatique à profil bas. Le terme "lyocell" désigne une fibre cellulosique dotée d'une ténacité à la rupture à l'état mouillé bien supérieure à celle de la rayonne de viscose. Un pneumatique à carcasse radiale conventionnel comprend une nappe de carcasse dans laquelle un caoutchouc est renforcé par des câbles en fibres de polyester, de rayonne ou d'aramide, par exemple, une ceinture dans laquelle un caoutchouc est renforcé par des câbles en acier, et un fil de tringle. Le fil de tringle qui sert à éviter des problèmes de délogement du talon et à maintenir une intégrité structurale du pneumatique est positionné au niveau de la jonction entre le pneumatique et la jante, et a pour rôle de fixer la nappe de carcasse. A l'origine, un pneumatique comprenait une nappe de carcasse formée d'un tissu en toile de coton, puis, avec le développement des fibres synthétiques, des câbles en fibres synthétiques, telles que des fibres de rayonne, de Nylon et de polyester, ont été utilisés pour la nappe de carcasse. Le pneumatique à carcasse radiale, en particulier le pneumatique à carcasse radiale présentant un rapport hauteur/largeur de 0,65 à 0,82, comprend une nappe de carcasse en polyester. En revanche, une nappe de carcasse en rayonne est préférée dans le cas d'un pneumatique à carcasse radiale destiné à rouler à des vitesses élevées qui présente un profil bas. Récemment, le polyester a été utilisé dans des pneumatiques à carcasse radiale pour vitesses élevées à profil bas; toutefois, cette application est limitée en raison du fait que le polyester possède des propriétés thermiques et une stabilité dimensionnelle moins bonnes que celles de la rayonne. Cependant, la rayonne présente des inconvénients en ce qui concerne ses propriétés physiques et son procédé de fabrication, de sorte que son application aux pneumatiques à carcasse radiale est elle aussi limitée. Plus précisément, la rayonne est produite par un procédé de substitution indirecte qui est compliqué et peu écologique, ce qui constitue un inconvénient compte tenu de la tendance récente à attacher de l'importance à la protection de l'environnement. En outre, les câbles en rayonne ne sont pas adaptés pour être utilisés comme câbles de pneumatique car leur résistance à l'état mouillé est trop faible, et la ténacité du pneumatique est réduite du fait de la pénétration d'humidité à travers des craquelures ou des blessures de la bande de roulement du pneumatique en service, ce qui réduit la durabilité de ce dernier. De plus, une reprise d'humidité doit être limitée à 2% ou moins au cours de la production du pneumatique. La carcasse en rayonne est donc utilisée de manière limitée dans les pneumatiques en dépit des excellentes propriétés thermiques et stabilité dimensionnelle de la rayonne. La présente invention a par conséquent pour but de proposer un pneumatique à carcasse radiale pour véhicule automobile qui présente une plus grande résistance à la fatigue, une meilleure intégrité structurale et un faible rapport hauteur/largeur ou un profil bas, grâce à l'utilisation d'un câble en lyocell excellent en termes de propriétés physiques, de stabilité dimensionnelle et de rapport de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé, comme matière constitutive d'une nappe de carcasse pour le pneumatique en question. Pour atteindre le but ci-dessus et selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un pneumatique à carcasse radiale pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'un câble en lyocell est utilisé pour une partie formant carcasse du pneumatique, et en ce que le câble en lyocell présente une ténacité SI à la rupture à l'état sec de 0,35 à 0,49 N/tex (4,0 à 5,5 g/d), une ténacité S2 à la rupture à l'état mouillé de 0,26 à 0,40 N/tex (3,0 à 4,5 g/d), un rapport S1/S2 de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé de 1,2 à 1,6, une résistance S3 à la traction à températures élevées supérieure à 80% d'une résistance S4 à la traction à température ambiante, et un retrait E inférieur à 1%. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, le câble en lyocell possède de préférence une masse linéique totale de 333,33 à 611 tex (3000 à 5500 d), un nombre de torsions de 10 à 15 par pouce (1 pouce = 2,54 cm), et une densité de renforcement de 15 à 30 extrémités par pouce (EPI). Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un câble en lyocell caractérisé en ce qu'il présente une ténacité SI à la rupture à l'état sec de 0,35 à 0,49 N/tex (4,0 à 5,5 g/d), une ténacité S2 à la rupture à l'état mouillé de 0,26 à 0,40 N/tex (3,0 à 4,5 g/d), un rapport S1/S2 de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé de 1,2 à 1,6, une résistance S3 à la traction à températures élevées supérieure à 80% d'une résistance S4 à la traction à température ambiante, et un retrait E inférieur à 1%. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure unique est une représentation schématique d'un pneumatique selon la présente invention. La présente invention propose un pneumatique 1 comportant un câble en lyocell 3 doté d'un rapport ténacité SI à la rupture à l'état sec/ténacité S2 à la rupture à l'état mouillé élevé et d'une excellente stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Ce câble de pneumatique en lyocell 3 est destiné à renforcer une nappe de carcasse du pneumatique 1, comme illustré sur la figure. Dans le cas présent, il est préférable que SI se situe dans une plage de 0,35 à 0,49 N/tex (4,0 à 5,5 g/d), S2 dans une plage de 0,26 à 0,40 N/tex (3,0 à 4,5 g/d) et le rapport S1/S2 dans une plage de 1,2 à 1,6, SI représentant une ténacité du lyocell mesurée dans des conditions comprenant une vitesse de tête de traction de 300 mm/min et une précontrainte de 0,0044 N/tex (0,05 g/d) et à l'aide d'une pince pour câble après séchage du lyocell à une température de 107 C pendant 2 heures, tandis que S2 représente une ténacité du lyocell mesurée dans les mêmes conditions que pour SI, après séjour du lyocell à une température de 25 C et une humidité relative (HR) de 65 % pendant 24 heures. Si, par exemple, SI est inférieure à 0,35 N/tex (4,0 g/d), le lyocell ne renforcera pas de manière suffisante le pneumatique. En revanche, SI ne peut pas être supérieure à 0,49 N/tex (5,5 g/d), car cette valeur représente actuellement la limite supérieure de ténacité du lyocell. En outre, un rapport S1/S2 inférieur à 1,2 ne peut pas être obtenu en pratique, car la ténacité à la rupture à l'état mouillé est supérieure à 90% de la ténacité à la rupture à l'état sec. En revanche, lorsque le rapport S1/S2 est supérieur à 1,6, il n'est pas avantageux de produire le pneumatique car la ténacité à la rupture à l'état mouillé est trop faible. En ce qui concerne la rayonne, son rapport Sl/S2 est en général de 2,0 ou plus, et un contrôle strict est par conséquent nécessaire pour faire en sorte qu'une teneur en humidité ne soit pas supérieure à 2% pendant la production du pneumatique. Si la teneur en humidité n'est pas limitée de manière stricte, la ténacité du pneumatique à carcasse radiale n'atteint pas une norme souhaitée. En outre, la ténacité du pneumatique est réduite du fait de la pénétration d'humidité dans ce dernier à travers des craquelures ou des blessures présentes dans la surface du pneumatique, en cours d'utilisation de celui-ci, et les pneumatiques en rayonne risquent de se déformer car la réduction de leur ténacité est plus importante que celle des pneumatiques en lyocell, d'où une déformation et une réduction de la résistance à la fatigue de ces pneumatiques en service. En ce qui concerne l'intégrité structurale du pneumatique à températures élevées, il est préférable qu'une résistance S3 à la traction à températures élevées représente 80% ou plus de la résistance S4 à la traction à température ambiante, et qu'un retrait E soit inférieur à 1%. Ici, S3 est mesurée à 140 C et S4 à 25 C avec une reprise d'humidité de 1% ou moins, les autres conditions étant les mêmes que pour SI. De même, il est préférable de mesurer E après un séjour du pneumatique en lyocell à une température de 177 C dans des conditions de précontrainte de 0,0008 N/tex (0,01 g/d) pendant 2 minutes. Un fil de polyester conventionnel pour câble de pneumatique en polyester présente un rapport S3/S4 de 0,75 ou moins et un retrait de 1% ou plus. Le fil de polyester est utilisé de manière limitée dans un pneumatique destiné à rouler à des vitesses élevées et dont le rapport hauteur/largeur est de 0,6 ou moins, car S3 est faible et, dans de nombreux cas, un processus d'expansion du pneumatique après vulcanisation ou de gonflage après cuisson (PCI) est indispensable au cours de la production du pneumatique utilisant un fil de polyester, étant donné que E est égal ou supérieur à 2,5. Conformément à la présente invention, toutefois, un tel processus d'expansion du pneumatique après vulcanisation ou de gonflage après cuisson, nécessaire lors de la production d'un pneumatique utilisant un câble en polyester, peut être supprimé au cours de la production lorsque le câble en lyocell pour lequel le rapport S1/S2 se situe dans la plage de 1,2 à 1,6 et S3 représente 80% ou plus de S4, est utilisé dans le pneumatique à carcasse radiale à profil bas. De plus, lors de l'utilisation du câble 3 dans une nappe de carcasse d'un pneumatique, la force d'adhérence entre le câble 3 et le pneumatique sera suffisamment importante pour que l'opération de liaison à l'aide d'un adhésif de type résorcinol-formaldéhydelatex (RFL) puisse être réalisée en une seule étape. Le processus d'expansion du pneumatique après vulcanisation ou de gonflage après cuisson est un processus qui, de manière générale, est réalisé avant un contrôle final lors de la production du pneumatique au cours de laquelle de l'eau chaude, de la vapeur d'eau ou un gaz inerte, tel que de l'azote, est introduit par l'intermédiaire d'une vessie, c'est-à-dire un corps élastique en caoutchouc, à l'intérieur d'un pneumatique cru sous une pression prédéterminée dans un moule de cuisson pour pneumatique. Le pneumatique cru est ensuite maintenu à une température de 170 à 180 C pendant 10 à 15 minutes afin de réticuler les molécules de soufre et de caoutchouc présentes dans le caoutchouc non vulcanisé, après quoi le pneumatique est démoulé, étape qui est suivie par l'insufflation d'air dans le pneumatique pendant 10 à 20 minutes, pour ainsi éviter une variation de forme du pneumatique due à une récupération élastique et à un retrait du câble de pneumatique sous l'effet d'un changement de température rapide. En général, l'air est insufflé dans le pneumatique sous une pression de 2 kg/cm2 ou plus. La vessie est constituée de caoutchouc butyle et le pneumatique cru est une structure en caoutchouc non vulcanisé dans laquelle le câble de pneumatique, le fil de tringle et le câble en acier sont renforcés et superposés. Dans le cas de l'utilisation d'un câble en polyester, le processus d'expansion du pneumatique après vulcanisation ou de gonflage après cuisson est indispensable car le câble de pneumatique en polyester présente un retrait thermique plus important que le câble de pneumatique en rayonne et le câble de pneumatique en lyocell. De préférence, le câble de carcasse 3 en lyocell a une masse linéique totale de 333,33 à 611 tex (3000 à 5500 d), une densité de 15 à 30 extrémités par pouce (EPI) (1 pouce = 2,54 cm) et un nombre de torsions de 10 à 15 par pouce. De manière davantage préférée, le nombre de torsions est de 10 à 12 par pouce et la masse linéique de 366,66 tex (3300 d). Dans la présente description, l'expression "hauteur de section (CH) maximale d'un pneumatique" est définie comme une longueur radiale mesurée depuis un diamètre de jante nominal du pneumatique jusqu'à une partie située le plus à l'extérieur radialement de la bande de roulement du pneumatique. Le diamètre de jante nominal est un diamètre du pneumatique indiquant la taille de celui-ci. Une largeur de section maximale du pneumatique correspond à une distance linéaire maximale entre l'extérieur des parois latérales ou flancs d'un pneumatique gonflé, à l'exclusion d'ornements résultant d'un étiquetage (marquage), de décorations ou de bandes ou nervures de protection, mesurée sans charge après expansion du pneumatique sous une pression atmosphérique standardisée pendant 24 heures. La pression normale correspond à la pression de gonflage et à la charge recommandées qui sont définies par une association de normes coréenne ou une association connexe, lorsque le pneumatique est utilisé pour un type spécifique de service. La présente invention sera mieux comprise à la lumière des exemples suivants qui sont donnés à titre d'illustration et ne sont pas censés limiter la présente invention. Un câble en polyester (Exemple Comparatif 1), un câble en rayonne conventionnel (Exemple Comparatif 2) et un câble en lyocell selon la présente invention (Exemple) ont été appliqués à un pneumatique et ont fait l'objet de mesures de ténacité et de retrait dans différentes conditions. Les résultats sont donnés dans le Tableau 1 ci-après. Tableau 1 Matière S1/S2 S3/S4 E (%) Ex. Polyester 1,0-1,2 2,5# Stabilité dimensionnelle et Comp. 1 propriétés physiques insuffisantes à températures élevées, dans le cas d'un pneumatique à profil bas, car S3/S4 est faible Ex. Rayonne 1,8# #1,0 Aptitude au façonnage et Comp. 2 durabilité insuffisantes car S1/S2 est élevé Ex. Lyocell 1,2-1,6 0,80# Plus grandes durabilité, uniformité et stabilité dimensionnelle du pneumatique * SI et S2 ont été mesurées à l'aide d'une machine de test universelle comportant une pince pour câble de type C. La vitesse de la tête de traction était de 300 mm/min. La longueur entre repères était de 250 mm. SI a été mesurée après séchage pendant 2 heures à une température de 107 C, et S2 après conditionnement pendant 24 heures à une température de 25 C et une humidité relative de 65%. La même machine équipée d' une chambre climatisée a été utilisée pour mesurer S3 et S4. S3 a été mesurée à 140 C. Les échantillons devaient être traités pendant 4 minutes à 140 C en étant serrés à l'aide d'une pince pour câble de type C, avant la mesure de S3. La longueur entre repères pour S3 et S4 était de 500 mm, tandis que la vitesse de la tête de traction était de 300 mm/min. S4 a été mesurée à 25 C après conditionnement pendant 24 heures à une température de 25 C et une humidité relative de 65%. E: retrait mesuré après séjour de la matière pendant 2 min dans des conditions de précontrainte de 0,0008 N/tex (0,01 g/d) à 177 C. EXEMPLE Une nappe de carcasse 2 d'un pneumatique à carcasse radiale selon la présente invention représenté sur la figure comprend au moins une couche de câbles de pneumatique 3 qui servent à renforcer la nappe de carcasse. En se référant à la figure, on peut voir que la nappe de carcasse 2 comporte une remontée de nappe 4 extérieure dans une direction radiale, la nappe de carcasse 2 comprenant de préférence une à deux couches de câbles de carcasse. Le câble de pneumatique 3 destiné à renforcer la nappe de carcasse est orienté de manière à former un angle de 85 à 90 avec le plan équatorial du pneumatique 1. Sur la figure, le câble de pneumatique 3 est disposé à angle droit par rapport au plan équatorial du pneumatique 1. Le câble 3 est constitué de lyocell doté d'une excellente intégrité structurale à températures élevées et d'un excellent rapport de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé. Il est préférable que la remontée de nappe 4 ait une hauteur de 30 à 80% par rapport à une hauteur de section (CH) maximale du pneumatique. Par exemple, lorsque la remontée de nappe est inférieure à 30%, un effet de rigidité supplémentaire de la paroi latérale ou du flanc du pneumatique est trop faible. En revanche, si la remontée de nappe représente plus de 80%, la rigidité de la paroi latérale du pneumatique est trop élevée, ce qui se traduit par un confort de conduite insuffisant. Une partie formant talon 5 du pneumatique 1 comporte une tringle anti-allongement 6, visible sur la figure. Il est préférable que la tringle 6 soit formée d'un fil d'acier monofilament enroulé de manière continue. Dans un mode de réalisation préféré, l'acier à haute résistance se situe dans une plage de diamètres de 0,95 à 1,00 mm, pour former une structure de type 4x4. Une structure de type 4x5 est également possible. La partie formant talon comporte un remplissage sur tringle 7 dont la dureté est supérieure à la moyenne et correspond de préférence à une dureté Shore A de 40 ou plus. Conformément à la présente invention, une chape du pneumatique 1 est renforcée par une structure formée d'une ceinture 8 et d'une nappe de sommet 9. La ceinture 8 comprend deux nappes de ceinture coupées 10 comportant respectivement des câbles 11 et 12 qui sont orientés de manière à former un angle d'environ 20 avec le plan équatorial du pneumatique 1 représenté sur la figure. Les câbles 11 de l'une des nappes de ceinture 10 sont disposés par rapport au plan équatorial du pneumatique 1 dans une direction opposée à celle des câbles 12 de l'autre nappe de ceinture. La ceinture 8 peut comprendre n'importe quel nombre de nappes et les câbles sont disposés suivant un angle de 16 à 24 par rapport à la direction circonférentielle du pneumatique 1. La ceinture 8 assure une rigidité latérale afin qu'un soulèvement de la bande de roulement 13 par rapport à la surface d'une route soit réduit au minimum lors de l'utilisation du pneumatique 1. Les câbles 11 et 12 de la ceinture 8 sont constitués d'un câble d'acier et ont une structure de type 2+2. Ces câbles peuvent toutefois avoir n'importe quelle structure. La nappe de sommet 9 et une nappe de bord 14 sont positionnées sur une portion supérieure de la partie formant ceinture 8. Un câble 15 présent dans la nappe de sommet 9 est positionné parallèlement à la direction circonférentielle afin d'empêcher une augmentation de taille dans la direction circonférentielle, due à une rotation à grande vitesse du pneumatique. Conformément à la présente invention, il est utile que le câble 15 de la nappe de sommet 9 présente une grande résistance aux contraintes de retrait thermique à des températures élevées. Comme exemples de câble pour la nappe de sommet, on peut citer un câble en fibres organiques, telles que des fibres de polyéthylène naphtalate (PEN), de rayonne et d'aramide, et un câble en acier. De préférence, le câble de la nappe de sommet est en Nylon. Dans le présent exemple, une seule couche de la nappe de sommet 9 et une seule couche de la nappe de bord 14 sont renforcées. Il est toutefois préférable qu' une à deux couches de la nappe de sommet 9 et une à deux couches de la nappe de bord 14 soient renforcées. Un pneumatique 205/60R15 91V produit conformément au présent exemple pèse 9,9 kg. Comme cela a été décrit précédemment, la présente invention a pour avantage qu'un processus d'expansion du pneumatique après vulcanisation ou de gonflage après cuisson peut être supprimé au cours de la production du pneumatique, et une variation de force radiale (RFV) ainsi qu'une variation de force latérale (LFV) du pneumatique de la présente invention sont améliorées de 55 à 100% comparativement au pneumatique à câble en polyester conventionnel, d'où une plus grande uniformité. D'autres avantages résident dans une économie de temps et d'énergie au cours de la production du pneumatique, ainsi que dans une plus grande résistance à la fatigue et une excellente intégrité structurale du pneumatique selon la présente invention en raison d'une réduction de 10% de la dilatation du rayon extérieur. On peut donc se rendre compte que le but de la présente invention tel qu'il a été défini précédemment est effectivement atteint comme cela ressort de la description ci-dessus. Bien que la description précédente ait porté sur un exemple spécifique de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS: 1. Pneumatique à carcasse radiale pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'un câble en lyocell (3) est utilisé pour une partie formant carcasse du pneumatique (1), et en ce que le câble en lyocell (3) présente une ténacité SI à la rupture à l'état sec de 0,35 à 0,49 N/tex ( 4,0 à 5,5 g/d), une ténacité S2 à la rupture à l'état mouillé de 0,26 à 0,40 N/tex (3,0 à 4,5 g/d), un rapport Sl/S2 de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé de 1,2 à 1,6, une résistance S3 à la traction à températures élevées supérieure à 80% d'une résistance S4 à la traction à température ambiante, et un retrait E inférieur à 1%. 2. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble en lyocell (3) possède une masse linéique totale de 333,33 à 611 tex (3000 à 5500 d) , un nombre de torsions de 10 à 15 par pouce (1 pouce = 2,54 cm), et une densité de renforcement de 15 à 30 extrémités par pouce (EPI). 3. Câble en lyocell caractérisé en ce qu'il présente une ténacité SI à la rupture à l'état sec de 0,35 à 0,49 N/tex (4,0 à 5,5 g/d), une ténacité S2 à la rupture à l'état mouillé de 0,26 à 0,40 N/tex (3,0 à 4,5 g/d), un rapport S1/S2 de ténacité à la rupture à l'état sec/mouillé de 1,2 à 1,6, une résistance S3 à la traction à températures élevées supérieure à 80% d'une résistance S4 à la traction à température ambiante, et un retrait E inférieur à 1%.