Brevet FR3013737A1 — publié le 20150529

- 1 - [1] L'invention concerne un fil en acier, notamment pour pneumatique. [2] Un pneumatique à armature de carcasse, par exemple radiale, comprend une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une armature de sommet, disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement. [3] L'armature de sommet et/ou de carcasse comprend une ou plusieurs nappes de caoutchouc, éventuellement renforcées par des éléments de renforcement ou renforts tels que des fils unitaires métalliques ou des câbles métalliques provenant de l'assemblage de plusieurs fils unitaires métalliques. Les renforts métalliques sont en acier. [4] L'armature de sommet est généralement constituée d'au moins deux nappes de sommet superposées, dites parfois nappes "de travail" ou nappes "croisées", dont les câbles de renforcement, en général métalliques, sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres à l'intérieur d'une nappe, mais croisés d'une nappe à l'autre, c'est-à-dire inclinés, symétriquement ou non, par rapport au plan circonférentiel médian, d'un angle qui est généralement compris entre 10° et 45° selon le type de pneu considéré. Les nappes croisées peuvent être complétées par diverses autres nappes ou couches de caoutchouc auxiliaires, de largeurs variables selon les cas, comportant ou non des renforts. On citera à titre d'exemple de simples coussins de gomme, des nappes dites "de protection" chargées de protéger le reste de l'armature de sommet des agressions externes, des perforations, ou encore des nappes dites "de frettage" comportant des renforts orientés sensiblement selon la direction circonférentielle (nappes dites "à zéro degré"), qu'elles soient radialement externes ou internes par rapport aux nappes croisées. [005] Toutefois, ces renforts métalliques contribuent de façon significative à la masse du pneumatique que l'on souhaite alléger le plus possible, en améliorant, si possible, leur résistance mécanique. [006] Il est alors préconisé d'augmenter le taux en masse d'éléments de l'acier, par exemple de carbone, à hauteur de 0,9 %, voire plus, ce qui permet d'augmenter la résistance mécanique des fils, donc d'en réduire le diamètre et/ou la densité dans les nappes de renfort, et ainsi d'alléger le pneumatique. On obtient un pneumatique allégé mais présentant une endurance relativement modeste. En effet, les renforts métalliques sont plus sensibles à la fatigue et à la corrosion du fait de l'utilisation de taux de carbone en masse relativement élevé. P10-3182_FR - 2 - [7] L'invention a pour but un renfort métallique moins sensible à la fatigue et à la corrosion. [8] A cet effet, l'invention a pour objet un fil d'acier de diamètre d exprimé en mm, présentant un taux de carbone en masse C tel que 0,05 % C 0,15 mm et R k 1800 MPa et de préférence d > 0,15 mm et R k 1900 MPa. [19] Avantageusement, d est inférieur ou égal à 0,40 mm, de préférence à 0,25 mm, plus préférentiellement à 0,23 mm et encore plus préférentiellement à 0,20 mm. [020] Lorsque le diamètre d est trop grand, la flexibilité et l'endurance du fil sont trop faibles pour une utilisation du fil dans certaines nappes du pneumatique, notamment l'armature de carcasse, par exemple pour véhicule de type poids lourd. [021] Dans certains modes de réalisation, d 0,15 mm et R k 2000 MPa et de préférence d 0,15 mm et R k 2100 MPa. [022] De façon optionnelle, la micro-structure de l'acier est choisie parmi la ferrite, la perlite et les mélanges de ces microstructures. On distingue une micro-structure ferrito-perlitique ou perlitique d'une autre micro-structure, en particulier martensitique par observation métallographique. La micro-structure ferrito-perlitique présente des grains de ferrite ainsi que des zones perlitiques lamellaires. Au contraire, la micro- structure martensitique comprend des lattes et/ou des aiguilles que l'homme du métier saura distinguer des grains et des lamelles des micro-structures ferrito-perlitique et perlitique. [23] Plus préférentiellement, la microstructure de l'acier est ferrito-perlitique. [24] De préférence, la micro-structure de l'acier est dépourvue de martensite et/ou de bainite. [25] De préférence, on observe la micro-structure de l'acier avant toute étape de traitement thermique. [26] Un autre objet de l'invention est un câble comprenant plusieurs fils tels que définis ci-dessus. [027] Par exemple, les câbles sont du type à couches ou du type à torons. [28] On rappelle qu'il existe deux techniques possibles d'assemblage de fils ou de torons: soit par câblage: dans un tel cas, les fils ou torons ne subissent pas de torsion autour de leur propre axe, en raison d'une rotation synchrone avant et après le point d'assemblage ; soit par retordage : dans un tel cas, les fils ou torons subissent à la fois une torsion collective et une torsion individuelle autour de leur propre axe, ce qui génère un couple de détorsion sur chacun des fils ou torons. [29] L'invention a également pour objet un élément semi-fini, comprenant une matrice en caoutchouc dans lequel est noyé au moins un fil tel que défini ci-dessus. [30] La matrice en caoutchouc comprend au moins un élastomère diénique, une P10-3182_FR - 4 - charge renforçante, un système de vulcanisation et divers additifs. [31] Par élastomère diénique de la matrice en caoutchouc, on entend de manière générale un élastomère issu au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). [32] Les élastomères diéniques, de manière connue, peuvent être classés en deux catégories : ceux dits "essentiellement insaturés" et ceux dits "essentiellement saturés". De manière particulièrement préférentielle, l'élastomère diénique de la matrice en caoutchouc est choisi dans le groupe des élastomères diéniques (essentiellement insaturés) constitué par les polybutadiènes (BR), les polyisoprènes de synthèse (IR), le caoutchouc naturel (NR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR), les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR) et les mélanges de tels copolymères. [33] La matrice en caoutchouc peut contenir un seul élastomère diénique ou un mélange de plusieurs élastomères diéniques, le ou les élastomères diéniques pouvant être utilisés en association avec tout type d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques. [34] A titre de charge renforçante, on utilise préférentiellement du noir de carbone ou une charge inorganique. Plus particulièrement, comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF, conventionnellement utilisés dans les pneumatiques. A titre d'exemples non limitatifs de tels noirs, on peut citer les noirs N115, N134, N234, N330, N339, N347, N375. Cependant le noir de carbone peut bien entendu être utilisé en coupage avec des charges renforçante et en particulier d'autres charges inorganiques. De telles charges inorganiques comprennent de la silice, notamment des silices hautement dispersibles, par exemple les silices Ultrasil 7000 et Ultrasil 7005 de la société Degussa. [35] Enfin, l'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la charge inorganique renforçante décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge renforçante d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge renforçante serait recouverte d'une couche inorganique telle que silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre P10-3182_FR - 5 - la charge et l'élastomère. [36] A la charge renforçante peuvent être également ajoutés, selon l'application visée, des charges inertes (non renforçantes) telles que particules d'argile, bentonite, talc, craie, kaolin, utilisables par exemple dans des flancs ou des bandes de roulement de pneumatiques colorés. [37] La matrice en caoutchouc peut comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, comme par exemple des plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique, des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novalaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/10269 (ou US2003-0212185). [038] La matrice en caoutchouc comprend également un système de vulcanisation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation, des activateurs de vulcanisation. [039] Le système de vulcanisation proprement dit est préférentiellement à base de soufre et d'un accélérateur primaire de vulcanisation, en particulier d'un accélérateur du type sulfénamide, tel que choisi dans le groupe constitué par disulfure de 2- mercaptobenzothiazyle (MBTS), N-cyclohexy1-2-benzothiazyle sulfénamide (CBS), N,N-dicyclohexy1-2-benzothiazyle sulfénamide (DCBS), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide (TBBS), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénimide (TBSI) et les mélanges de ces composés. [040] L'invention a pour autre objet un pneumatique comprenant au moins un fil tel que défini ci-dessus. [41] De préférence, le pneumatique est destiné à des véhicules de tourisme, des véhicule industriels choisis parmi des camionnettes, véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention. Plus préférentiellement, le pneumatique est destiné à des véhicules lourds, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention. [42] De préférence, le fil est destiné à renforcer une armature de sommet et/ou de carcasse de pneumatique. Plus préférentiellement, le fil est destiné à renforcer une armature de carcasse de pneumatique. P10-3182_FR - 6 - [43] De préférence, le pneumatique est pour un véhicule de type poids-lourd comprenant une armature de carcasse comprenant au moins un fil tel que décrit ci-dessus. [44] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d'un pneumatique selon l'invention; et - la figure 2 est un diagramme illustrant des étapes d'un procédé de tréfilage permettant d'obtenir le fil selon l'invention. [45] EXEMPLES DE PNEUMATIQUES SELON L'INVENTION [46] On a représenté sur la figure 1 un pneumatique selon l'invention et désigné par la référence générale 10. [047] Le pneumatique 10 comporte un sommet 12 renforcé par une armature de sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une tringle 20. Le sommet 12 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 22 est enroulée autour des deux tringles 20 dans chaque bourrelet 18 et comprend un retournement 24 disposé vers l'extérieur du pneumatique 10 qui est ici représenté monté sur une jante 26. [048] L'armature de carcasse 22 est de manière connue en soi constituée d'au moins une nappe renforcée par des fils ou des câbles conformes à l'invention. Ces fils ou câbles de l'armature de carcasse sont dits "radiaux", c'est-à-dire que ces fils ou câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14). [049] L'armature de sommet 14 comporte au moins une nappe renforcée par des fils ou des câbles conformes à l'invention. Dans cette armature de sommet 14 schématisée de manière très simple sur la figure 1, on comprendra que les fils ou câbles de l'invention peuvent par exemple renforcer tout ou partie des nappes sommet de travail, ou des nappes (ou demi-nappes) sommet de triangulation et/ou des nappes sommet de protection, lorsque de telles nappes sommet de triangulation ou de protection sont utilisées. Outre les nappes de travail, celles de triangulation et/ou de P10-3182_FR - 7 - protection, l'armature de sommet 14 du pneumatique de l'invention peut bien entendu comporter d'autres nappes sommet, par exemple une ou plusieurs nappes sommet de frettage. [50] Bien entendu, le pneumatique 10 comporte en outre de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée "gomme intérieure") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger l'armature de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique. Avantageusement, en particulier dans le cas d'un pneumatique pour véhicule Poids-lourd, il peut comporter en outre une couche élastomère intermédiaire de renfort qui est située entre l'armature de carcasse et la couche intérieure, destinée à renforcer la couche intérieure et, par conséquent, l'armature de carcasse, également destinée à délocaliser partiellement les efforts subis par l'armature de carcasse. [51] Le pneumatique est fabriqué par assemblage des différents éléments décrits ci-dessus présents sous forme d'éléments semi-finis comprenant une matrice de caoutchouc dans laquelle sont noyés les fils ou les câbles conformes à l'invention. [52] EXEMPLES DE CABLES SELON L'INVENTION [53] Dans le cas où l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles, ceux-ci sont fabriqués par assemblage de plusieurs fils d'acier conformes à l'invention, soit par câblage, soit par retordage. [54] Dans le cas d'un pneumatique pour des véhicules industriels choisis parmi des camionnettes, des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention, l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles conformes à l'invention notamment choisis parmi les câbles à couches de structure 1+3+8, 1+6+11, 1+6+12, 2+7, 3+8, 3+9, 3+9+15 et les câbles à torons de structure 3 x (1+5), (1+6) x (3+8), (1+6) x (3+9+15), (1+6) x (4+10+16). D'autres câbles pouvant renforcer l'armature de sommet et/ou de carcasse sont également décrits dans le document WO 2010/139583. [55] Dans le cas d'un pneumatique pour des véhicules de tourisme, l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles conformes à l'invention et notamment choisis parmi les câbles de structure 2+1, 2+2, 2+4 et 4x3. [056] Les câbles conformes à l'invention peuvent être gommés in situ, comme cela est décrit, entre autres, dans le document WO 2010/139583. P10-3182_FR - 8 - [57] L'armature de sommet et/ou de carcasse peut également être renforcée par un ou plusieurs fils unitaires conformes à l'invention mais non assemblés. [58] EXEMPLES DE FILS SELON L'INVENTION [059] Le fil est en acier, c'est-à dire qu'il est constitué majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% en masse) ou intégralement (pour 100% en masse) d'acier. [60] La microstructure de l'acier est choisie parmi la ferrite, la perlite et les mélanges de ces microstructures. Le fil est préférentiellement en acier ferritoperlitique. L'acier utilisé comprend un taux de carbone C, exprimé en %, en masse d'acier tel que 0,05% C 4. Pour le fil F1, on a E' k 4,3. Pour les fils F2 à F4, on a, de préférence, c' k 4,5. Plus préférentiellement, pour le fil F4, on a c' k 5. [0101] TESTS ET ESSAIS COMPARATIFS [0102] On a comparé les fils de l'état de la technique et les fils F1, F2 au cours d'un test de flexion rotative réalisé en atmosphère humide (au moins 60% d'humidité relative). Ce test permet de mesurer la contrainte maximale d'endurance en flexion rotative en milieu humide oF* de chaque fil testé. Au cours de ce test, on impose 105 cycles au fil testé autour de son axe de révolution à une contrainte prédéterminée. Si le fil rompt, on recommence le test avec une contrainte moins élevée et si le fil ne rompt pas, on recommence le test avec une contrainte plus élevée. On détermine ainsi de proche en proche, par exemple, par la méthode dite de l'escalier, la valeur de oF*. On a rassemblé les résultats de ce test dans le tableau 3 ci-dessous. EDT1 EDT2 FI F2 C (%) 0,71 0,585 0,21 0,21 d mm 0,18 0,18 0,18 0,18 R (MPa) 2820 2903 1960 2088 aF* (m Pa) REVENDICATIONS1. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) d'acier de diamètre d exprimé en mm, caractérisé en ce que le fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) présente un taux de carbone en masse C tel que 0,05 % C 2. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon la revendication 1, présentant un taux de carbone en masse C tel que 0,07 % C 0,3 %, de préférence 0,1 % C 0,3 % et plus préférentiellement 0,15 % C 0,25 %. 3. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel A=350, de préférence A=500, plus préférentiellement A=700. 4. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d est supérieur ou égal à 0,10 mm et de préférence à 0,12 mm. 5. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d est inférieur ou égal à 0,40 mm, de préférence à 0,25 mm, plus préférentiellement à 0,23 mm et encore plus préférentiellement à 0,20 mm. 6. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon la revendication précédente, dans lequel d > 0,15 mm et R k 1800 MPa et de préférence d > 0,15 mm et R k 1900 MPa. 7. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d est inférieur ou égal à 0,40 mm, de préférence à 0,25 mm, plus préférentiellement à 0,23 mm et encore plus préférentiellement à 0,20 mm. 8. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon la revendication précédente, dans lequel d 0,15 mm et R k 2000 MPa et de préférence d 0,15 mm et R k 2100 MPa. 9. Fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la micro-structure de l'acier est choisie parmi la ferrite, la perlite et les mélanges de ces microstructures. 10. Câble (C1 ; C2), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs fils (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Elément semi-fini (14, 22), caractérisé en ce qu'il comprend une matrice en caoutchouc dans lequel est noyé au moins un fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 12. Pneumatique (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. P10-3182_FR