Brevet FR2981297A1 — publié le 20130419

- 1 - PNEUMATIQUE COMPORTANT UNE COUCHE D'ELEMENTS DE RENFORCEMENT CIRCONFERENTIELS [0001] La présente invention concerne un pneumatique, à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue, tels que, par exemple les camions, tracteurs, remorques ou bus routiers. [0002] D'une manière générale dans les pneumatiques de type poids-lourds, l'armature de carcasse est ancrée de part et d'autre dans la zone du bourrelet et est surmontée radialement par une armature de sommet constituée d'au moins deux couches, superposées et formées de fils ou câbles parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. Lesdites couches de travail, formant l'armature de travail, peuvent encore être recouvertes d'au moins une couche dite de protection et formée d'éléments de renforcement avantageusement métalliques et extensibles, dits élastiques. Elle peut également comprendre une couche de fils ou câbles métalliques à faible extensibilité faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 45° et 90°, cette nappe, dite de triangulation, étant radialement située entre l'armature de carcasse et la première nappe de sommet dite de travail, formées de fils ou câbles parallèles présentant des angles au plus égaux à 45° en valeur absolue. La nappe de triangulation forme avec au moins ladite nappe de travail une armature triangulée, qui présente, sous les différentes contraintes qu'elle subit, peu de déformations, la nappe de triangulation ayant pour rôle essentiel de reprendre les efforts de compression transversale dont est l'objet l'ensemble des éléments de renforcement dans la zone du sommet du pneumatique. [0003] Des câbles sont dits inextensibles lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à 10% de la force de rupture un allongement relatif au plus égal à 0,2%. [0004] Des câbles sont dits élastiques lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à la charge de rupture un allongement relatif au moins égal à 3% avec un module tangent maximum inférieure à 150 GPa. - 2 - [0005] Des éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement qui font avec la direction circonférentielle des angles compris dans l'intervalle + 2,5°, - 2,5° autour de 0°. [0006] La direction circonférentielle du pneumatique, ou direction longitudinale, est la direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la direction de roulement du pneumatique. [0007] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. [0008] La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. [0009] L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation normale. [0010] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0011] Le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, est un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneu et qui divise le pneumatique en deux moitiés. [0012] On entend par « module d'élasticité » d'un mélange caoutchouteux, un module sécant d'extension à 10 % de déformation et à température ambiante. [0013] En ce qui concerne les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en fraction selon la norme AFNOR-NFT-46002 de septembre 1988 : on mesure en seconde élongation (i.e., après un cycle d'accommodation) le module sécant nominal (ou contrainte apparente, en MPa) à 10% d'allongement (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme AFNOR-NFT-40101 de décembre 1979). [0014] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à grande vitesse et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous lesquelles un tel pneumatique est appelé à rouler, permet sans aucun doute un accroissement - 3 - du nombre de kilomètres parcourus, l'usure du pneumatique étant moindre ; par contre l'endurance de ce dernier et en particulier de l'armature de sommet est pénalisée. [0015] Il existe en effet des contraintes au niveau de l'armature de sommet et plus particulièrement des contraintes de cisaillement entre les couches de sommet, alliées à une élévation non négligeable de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la couche de sommet axialement la plus courte, qui ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures de la gomme au niveau desdites extrémités. [0016] Afin d'améliorer l'endurance de l'armature de sommet du type de pneumatique étudié, des solutions relatives à la structure et qualité des couches et/ou profilés de mélanges caoutchouteux qui sont disposés entre et/ou autour des extrémités de nappes et plus particulièrement des extrémités de la nappe axialement la plus courte ont déjà été apportées. [0017] Il est notamment connu d'introduire une couche de mélange caoutchouteux entre les extrémités des couches de travail pour créer un découplage entre lesdites extrémités pour limiter les contraintes de cisaillement. De telles couches de découplage doivent toutefois présenter une très bonne cohésion. De telles couches de mélanges caoutchouteux sont par exemple décrites dans la demande de brevet WO 2004/076204. [0018] Le brevet FR 1 389 428, pour améliorer la résistance à la dégradation des mélanges de caoutchouc situés au voisinage des bords d'armature de sommet, préconise l'utilisation, en combinaison avec une bande de roulement de faible hystérèse, d'un profilé de caoutchouc couvrant au moins les côtés et les bords marginaux de l'armature de sommet et constitué d'un mélange caoutchouteux à faible hystérésis. [0019] Le brevet FR 2 222 232, pour éviter les séparations entre nappes d'armature de sommet, enseigne d'enrober les extrémités de l'armature dans un matelas de caoutchouc, dont la dureté Shore A est différente de celle de la bande de roulement surmontant ladite armature, et plus grande que la dureté Shore A du profilé de mélange caoutchouteux disposé entre les bords de nappes d'armature de sommet et armature de carcasse. [0020] Les pneumatiques ainsi réalisés permettent effectivement d'améliorer les performances notamment en termes d'endurance. - 4 - [0021] Par ailleurs, il est connu pour réaliser des pneumatiques à bande de roulement très large ou bien pour conférer à des pneumatiques d'une dimension donnée des capacités de charges plus importantes d'introduire une couche d'éléments de renforcement circonférentiels. La demande de brevet WO 99/24269 décrit par exemple la présence d'une telle couche d'éléments de renforcement circonférentiels. [0022] La couche d'éléments de renforcement circonférentiels est usuellement constituée par au moins un câble métallique enroulé pour former une spire dont l'angle de pose par rapport à la direction circonférentielle est inférieur à 2.5°. [0023] Un but de l'invention est de fournir des pneumatiques dont les propriétés notamment d'endurance et d'usure sont conservées quel que soit l'usage et dont la fabrication est simplifiée voire dont les coûts de fabrications sont réduits. [0024] Ce but est atteint selon l'invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°, lesdites au moins deux couches de sommet de travail ayant des largeurs axiales inégales, une couche C de mélange caoutchouteux étant disposée entre au moins les extrémités desdites au moins deux couches de sommet de travail, l'armature de sommet étant coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels radialement disposée entre deux couches de sommet de travail, la distance d entre l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite et la couche de travail séparée de la couche de travail axialement la plus étroite par la couche C de mélange caoutchouteux étant telle que 1.10 REVENDICATIONS1 - Pneumatique à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°, lesdites au moins deux couches de sommet de travail ayant des largeurs axiales inégales, une couche C de mélange caoutchouteux étant disposée entre au moins les extrémités desdites au moins deux couches de sommet de travail, l'armature de sommet étant coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels radialement disposée entre deux couches de sommet de travail, caractérisé en ce que la distance d entre l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite et la couche de travail séparée de la couche de travail axialement la plus étroite par la couche C de mélange caoutchouteux est telle que 1.10 2.2o, o étant le diamètre des éléments de renforcement de ladite au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels et en ce que, dans un plan méridien, l'épaisseur de la couche C de mélange caoutchouteux est sensiblement constante sur la largeur axiale comprise entre l'extrémité axialement intérieure de la couche C et l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'élasticité sous 20 tension à 10 % d'allongement de la première couche C est inférieur à 8 MPa et en ce que la valeur maximale de tan(8), noté tan(8)',ax, de la première couche C est inférieure à 0.100. 3 - Pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche C de mélange caoutchouteux est un mélange élastomérique à base de caoutchouc naturel ou de polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4 et éventuellement d'au moins un autre 25 élastomère diénique, le caoutchouc naturel ou le polyisoprène synthétique en cas de coupage étant présent à un taux majoritaire par rapport au taux de l'autre ou des autres élastomères diéniques utilisés et d'une charge renforçante constituée : a) soit par du noir de carbone de surface spécifique BET supérieure à 60 m2/g,- 36 - i. employé à un taux compris entre 20 et 40 pce lorsque l'indice de structure du noir (COAN) est supérieur à 85, ii. employé à un taux compris entre 20 et 60 pce lorsque l'indice de structure du noir (COAN) est inférieur à 85, b) soit par du noir de carbone de surface spécifique BET inférieure à 60 m2/g, quelle que soit son indice de structure, employé à un taux compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 30 et 50 pce, c) soit par une charge blanche de type silice et/ou alumine comportant des fonctions de surface SiOH et/ou A1OH choisie dans le groupe formé par les silices précipitées ou pyrogénées, les alumines ou les aluminosilicates ou bien encore les noirs de carbone modifiés en cours ou après la synthèse de surface spécifique BET comprise entre 30 et 260 m2/g employée à un taux compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 30 et 50 pce, d) soit par un coupage de noir de carbone décrit en (a) et/ou de noir de carbone décrit en (b) et/ou une charge blanche décrite en (c), dans lequel le taux global de charge est compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 40 et 60 pce. 4 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, au moins une couche de mélange caoutchouteux B bordant l'extrémité d'une couche de sommet de travail, caractérisé en ce que le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement de ladite au moins une couche de mélange caoutchouteux B est inférieur à 8 MPa et en ce que la valeur maximale de tan(8), noté tan(8)max, de ladite couche de mélange caoutchouteux B est inférieure à 0.100. 5 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, lesdites au moins deux couches de sommet de travail étant chacune formée d'éléments de renforcement insérés entre deux couches de calandrage de mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement d'au moins une couche de calandrage d'au moins une couche de sommet de travail est inférieur à 8,5 MPa et en ce que la valeur maximale de tan(8), noté tan(8)max, de de ladite au moins une couche de calandrage d'au moins une couche de sommet de travail est inférieure à 0.100.-37- 6 - Pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite au moins une couche de calandrage d'au moins une couche de sommet de travail est un mélange élastomérique à base de caoutchouc naturel ou de polyisoprène synthétique à majorité d'enchaînements cis-1,4 et éventuellement d'au moins un autre élastomère diénique, le caoutchouc naturel ou le polyisoprène synthétique en cas de coupage étant présent à un taux majoritaire par rapport au taux de l'autre ou des autres élastomères diéniques utilisés et d'une charge renforçante constituée : a) soit par du noir de carbone de surface spécifique BET supérieure à 60 m2/g, i. employé à un taux compris entre 20 et 40 pce lorsque l'indice de structure du noir (COAN) est supérieur à 85, ii. employé à un taux compris entre 20 et 60 pce lorsque l'indice de structure du noir (COAN) est inférieur à 85, b) soit par du noir de carbone de surface spécifique BET inférieure à 60 m2/g, quelle que soit son indice de structure, employé à un taux compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 30 et 50 pce, c) soit par une charge blanche de type silice et/ou alumine comportant des fonctions de surface SiOH et/ou A1OH choisie dans le groupe formé par les silices précipitées ou pyrogénées, les alumines ou les aluminosilicates ou bien encore les noirs de carbone modifiés en cours ou après la synthèse de surface spécifique BET comprise entre 30 et 260 m2/g employée à un taux compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 30 et 50 pce, d) soit par un coupage de noir de carbone décrit en (a) et/ou de noir de carbone décrit en (b) et/ou une charge blanche décrite en (c), dans lequel le taux global de charge est compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 40 et 60 pce. 7 - Pneumatique selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la différence entre le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement de la couche C et le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement de ladite au moins une couche de calandrage d'au moins une couche de sommet de travail est inférieure à 2 MPa. 8 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits 30 éléments de renforcement d'au moins une couche de sommet de travail sont des câbles à- 38 - couches saturées, au moins une couche interne étant gainée d'une couche constituée d'une composition polymérique telle qu'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d'au moins un élastomère diénique. 9 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence entre la largeur axiale de la couche de sommet de travail axialement la plus large et la largeur axiale de la couche de sommet de travail axialement la moins large est comprise entre et 30 mm. 10 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de sommet de travail axialement la plus large est radialement à l'intérieur des autres couches de 10 sommet de travail. 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les largeurs axiales des couches de sommet de travail radialement adjacentes à la couche d'éléments de renforcement circonférentiels sont supérieures à la largeur axiale de ladite couche d'éléments de renforcement circonférentiels. 12 - Pneumatique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les couches de sommet de travail adjacentes à la couche d'éléments de renforcement circonférentiels sont de part et d'autre du plan équatorial et dans le prolongement axial immédiat de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels couplées sur une largeur axiale, pour être ensuite découplées par ladite couche C de mélange caoutchouteux au moins sur le restant de la largeur commune aux dites deux couches de travail. 13 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement de ladite au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement métalliques présentant un module sécant à 0,7 % d'allongement compris entre 10 et 120 GPa et un module tangent maximum inférieur à 150 GPa. 14 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement des couches de sommet de travail sont inextensibles.-39- 15 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle formé avec la direction circonférentielle par les éléments de renforcement des couches de sommet de travail est inférieur à 30° et de préférence inférieur à 25°. 16 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une nappe supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 10° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la nappe de travail qui lui est radialement adjacente. 17 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature 10 de sommet comporte en outre une couche de triangulation formée d'éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60°.