Brevet FR3020310A1 — publié le 20151030

PNEUMATIQUE COMPORTANT DES EPAISSEURS DE 1VIELANGES CAOUTCHOUTEUX REDUITES ET DES ELEMENTS DE RENFORCEMENT D'ARMATURE DE CARCASSE GAINES [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 100 et 450 . 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] Dans le cas des pneumatiques pour véhicules "Poids-Lourds", une seule couche de protection est habituellement présente et ses éléments de protection sont, dans la plupart des cas, orientés dans la même direction et avec le même angle en valeur absolue que ceux des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus à l'extérieur et donc radialement adjacente. -2- 100041 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. [0005] L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation normale. [0006] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0007] Le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, est un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et qui divise le pneumatique en deux moitiés. [0008] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. Une distance axiale est mesurée selon la direction axiale. [0009] La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. Une distance radiale est mesurée selon la direction radiale. L'expression « radialement intérieur à, respectivement radialement extérieur à» signifie « dont la distance radiale mesurée depuis de l'axe de rotation du pneumatique est inférieure à, respectivement supérieure à". [0010] 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 du nombre de kilomètres parcourus, l'usure du pneumatique étant moindre ; par contre l'endurance de ce dernier est pénalisée. Pour autoriser un voire deux rechapages de tels pneumatiques afin d'allonger leur durée de vie, il est nécessaire de conserver une structure et notamment une armature de carcasse dont les propriétés d'endurance sont suffisantes pour supporter lesdits rechapages. [0011] Les roulages prolongés dans des conditions particulièrement sévères des pneumatiques ainsi construits font effectivement apparaître des limites en termes d'endurance de ces pneumatiques. -3- 100121 Les éléments de l'armature de carcasse sont notamment soumis à des contraintes de flexion et compression lors des roulages qui vont à l'encontre de leur endurance. Les câbles qui constituent les éléments de renforcement des couches de carcasse sont en effet soumis à des contraintes importantes lors du roulage des pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées induisant au niveau des fils des frottements, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; Ce phénomène est qualifié de "fatigue-fretting". [0013] Pour remplir leur fonction de renforcement de l'armature de carcasse du pneumatique, lesdits câbles doivent tout d'abord présenter une bonne flexibilité et une endurance élevée en flexion, ce qui implique notamment que leurs fils présentent un diamètre relativement faible, de préférence inférieur à 0,28 mm, plus préférentiellement inférieur à 0,25 mm, plus petit généralement que celui des fils utilisés dans les câbles conventionnels pour les armatures de sommet des pneumatiques. [0014] Les câbles de l'armature de carcasse sont également sujets à des phénomènes dits de "fatigue-corrosion" dus à la nature même des câbles qui favorisent le passage voire drainent des agents corrosifs tels que l'oxygène et l'humidité. En effet, l'air ou l'eau qui pénètrent dans le pneumatique par exemple lors d'une dégradation lors d'une coupure ou plus simplement du fait de la perméabilité, même faible de la surface intérieur du pneumatique, peuvent être conduits par les canaux formés au sein des câbles du fait même de leur structure. [0015] Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe généralement sous le terme générique de "fatigue-fretting-corrosion" sont à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de ces derniers. [0016] Pour améliorer l'endurance de ces câbles de l'armature de carcasse, il est notamment connu d'augmenter l'épaisseur de la couche de caoutchouc qui forme la paroi interne de la cavité du pneumatique pour limiter au mieux la perméabilité de ladite couche. Cette couche est habituellement pour partie composée de butyle de façon à augmenter l'étanchéité du pneumatique. Ce type de matériau présente l'inconvénient d'augmenter le coût du pneumatique. -4- 100171 Il est encore connu de modifier la construction desdits câbles afin notamment d'augmenter leur pénétrabilité par le caoutchouc, et ainsi limiter la dimension du passage des agents oxydants. [0018] Par ailleurs, l'usage de pneumatiques sur des véhicules de type poids-lourds à usage routier, notamment lorsqu'ils sont en monte jumelée sur un essieu moteur ou sur des remorques conduit à des utilisations non voulues en mode dégonflé. En effet, les analyses réalisées montrent qu'il est fréquent que des pneumatiques soient utilisés en mode sous-gonflé sans que le chauffeur s'en aperçoive. Des pneumatiques sous-gonflés sont ainsi régulièrement utilisés sur des distances parcourues non négligeables. Le pneumatique ainsi utilisé subit des déformations plus importantes que dans les conditions normales d'utilisation qui peuvent conduire à une déformation des câbles de l'armature de carcasse de type « flambement » qui sont fortement pénalisant notamment pour supporter les contraintes liées aux pressions de gonflage. [0019] Afin de limiter ce problème lié au risque de flambement des éléments de renforcement de l'armature de carcasse, il est connu d'utiliser des câbles frettés par un fil supplémentaire entourant le câble et prévenant tous risques de flambement du câble ou des fils constitutifs du câble. Les pneumatiques ainsi réalisés, s'ils présentent moins de risques d'endommagement liés à des roulages à faible pression de gonflage, présentent des performances en termes d'endurance en flexion atténuées du fait notamment du frottement entre le fil de frette et les fils extérieurs du câble lors des déformations du pneumatique en roulage. [0020] Il est encore connu pour pallier à ce problème de flambement des câbles lors de roulage avec un pneumatique sous-gonflé, d'augmenter au moins localement, dans les zones en vis-à-vis de la zone de l'armature de carcasse susceptible de présenter un flambement, l'épaisseur de la couche de caoutchouc qui forme la paroi interne de la cavité du pneumatique. Comme expliqué précédemment une augmentation, même locale, de l'épaisseur de la couche de caoutchouc séparant l'armature de carcasse de la cavité du pneumatique conduit à un coût du pneumatique plus élevé. [0021] Les inventeurs se sont ainsi donnés pour mission de fournir des pneumatiques pour véhicules lourds de type "Poids-Lourds", dont le coût de fabrication est diminué et - 5 - dont les performances notamment d'endurance sont améliorées notamment au regard des phénomènes de "fatigue-corrosion" ou de "fatigue-fretting-corrosion", quelles que soient les conditions de roulage notamment en termes de gonflage et de charge. [0022] Ce but a été atteint selon l'invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale, constituée d'au moins une couche d'éléments de renforcement, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, les éléments de renforcement d'au moins une couche de l'armature de carcasse sont constitués d'au moins un élément filaire et au moins une gaine revêtant ledit au moins un élément filaire, ladite au moins une gaine comprenant au moins une couche d'une composition polymérique thermoplastique et l'épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d'un élément de renforcement métallique de l'armature de carcasse le plus proche de ladite surface intérieure de la cavité étant inférieure ou égale à 3.8 mm. [0023] L'épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d'un élément de renforcement le plus proche de la dite surface est égale à la longueur de la projection orthogonale de l'extrémité du point d'un élément de renforcement le plus proche de la dite surface sur la surface intérieure de la cavité du pneumatique. [0024] Les mesures d'épaisseur de mélange caoutchouteux sont effectuées sur une coupe transversale d'un pneumatique, le pneumatique étant donc dans un état non gonflé. [0025] Par élément filaire, on entend tout élément longiligne de grande longueur relativement à sa section transversale, quelle que soit la forme de cette dernière, par exemple circulaire, oblongue, rectangulaire ou carrée, ou même plate, cet élément filaire pouvant être par exemple torsadé ou ondulé. Lorsqu'il est de forme circulaire, son diamètre va de préférence de 0.7 à 5 mm, plus préférentiellement de 0.7 à 2 mm. [0026] Par composition polymérique thermoplastique, on entend une composition comprenant au moins un polymère ayant les propriétés d'un polymère thermoplastique. La - 6 - composition peut comprendre d'autres polymères, de préférence thermoplastiques, éventuellement des élastomères ainsi que d'autres composants non polymériques. [0027] Par élastomère (ou caoutchouc, les deux termes étant considérés comme synonymes), on désigne tout type d'élastomère, qu'il soit du type diénique ou du type non diénique, par exemple thermoplastique. [0028] De préférence, l'élastomère est diénique et plus préférentiellement choisi dans le groupe 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 styrène-butadiène (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. [0029] Les inventeurs ont su mettre en évidence qu'un pneumatique ainsi réalisé selon l'invention conduit à des améliorations en termes de compromis endurance coûts de fabrication très intéressants. En effet, les propriétés d'endurance avec un tel pneumatique sont au moins aussi bonnes qu'avec les meilleures solutions évoquées ci-dessus que ce soit dans des conditions de roulage normales ou bien dans des conditions de roulage en mode sous-gonflé. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche de mélange caoutchouteux entre l'armature de carcasse et la cavité du pneumatique étant réduite par rapport à des pneumatiques usuelles et celle-ci constituant un des composants les plus onéreux du pneumatique, le coût de fabrication du pneumatique est inférieur à celui d'un pneumatique usuel. Les éléments filaires revêtus d'une gaine comprenant au moins une couche d'une composition polymérique thermoplastique permettent d'une part de limiter les risques liés à la corrosion et d'autre part semble conférer un effet contre le flambement permettant ainsi de réduire au mieux l'épaisseur des mélanges caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et l'armature de carcasse. En effet, la gaine constitue une barrière efficace contre les agents corrosifs susceptibles de pénétrer au contact des éléments filaires. Et sa présence semble permettre de prévenir le flambement. [0030] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d'armature de carcasse radialement la plus à l'intérieure étant constitué d'au moins deux couches de mélange caoutchouteux, la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur présente une épaisseur inférieure à 1.7 mm. Comme expliqué précédemment, cette couche est habituellement pour partie composée de butyle de façon à augmenter l'étanchéité du pneumatique et ce type de matériau présentant un coût non négligeable, la diminution de cette couche est favorable. L'épaisseur de la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur est avantageusement encore supérieure à 0.9 MM. [0031] De préférence encore selon l'invention, la couche de mélange caoutchouteux radialement adjacente à la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur présente une épaisseur inférieure à 1.7 mm. L'épaisseur de cette couche dont les constituants permettent notamment de fixer l'oxygène de l'air peut également être réduite de façon à diminuer encore le coût du pneumatique. L'épaisseur la couche de mélange caoutchouteux radialement adjacente à la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur est avantageusement encore supérieure à 0.9 mm. [0032] Les épaisseurs de chacune de ces deux couches sont égales à la longueur de la projection orthogonale d'un point d'une surface sur l'autre surface de ladite couche. [0033] Selon l'invention, l'épaisseur moyenne de la gaine au dos de chaque élément filaire est de préférence comprise entre 1 jam et 2 mm ; elle est avantageusement supérieure à10 jam et de préférence supérieure à 35 jam ; elle est encore avantageusement inférieure à 1 mm et de préférence inférieure à 200 p.m. [0034] L'épaisseur moyenne de la gaine est mesurée sur une largeur axiale totale de 10 cm de part et d'autre du plan médian du pneumatique (soit entre - 5 cm et + 5 cm par rapport au plan médian du produit renforcé) et moyennée sur le nombre de mesures effectuées (soit, par exemple au total 100 mesures si l'on trouve 10 éléments de renforts par cm). Pour chaque mesure, l'épaisseur de la gaine est déterminée en divisant par deux la différence entre l'encombrement de l'élément de renfort et l'encombrement de l'élément filaire selon une direction perpendiculaire à la direction principale, ici la direction sensiblement parallèle à l'épaisseur de la nappe de carcasse. -8- 100351 Avantageusement selon l'invention, la composition polymérique thermoplastique comprend un polymère thermoplastique, un élastomère diénique fonctionnalisé, un poly (p-phénylène éther) ou un mélange de ces matériaux. [0036] De préférence, l'élastomère diénique fonctionnalisé est un élastomère thermoplastique styrénique. [0037] Dans un mode de réalisation, la gaine comprend une unique couche de la composition polymérique thermoplastique. En variante, la gaine comprend plusieurs couches, au moins l'une d'entre elles comprenant une composition polymérique thermoplastique. [0038] On pourra ainsi par exemple utiliser les différents matériaux et couches décrits dans les demandes W02010/136389, W02010/105975, W02011/012521, W02011/051204, W02012/016757, W02012/038340, W02012/038341, W02012/069346, W02012/104279, W02012/104280 et W02012/104281. [0039] Selon une variante avantageuse de l'invention, la gaine est revêtue d'une couche d'une colle d'adhésion entre la gaine et la matrice d'élastomère. [0040] La colle utilisée est par exemple du type RFL (Résorcinol-Formaldéhyde-Latex) ou par exemple, telle que décrite dans les publications W02013017421, W02013017422, W02013017423. [0041] Selon un mode de réalisation préféré, chaque élément filaire comprend un assemblage de fils unitaires métalliques. Ainsi, on favorise l'ancrage mécanique de la gaine autour de et dans l'assemblage. [0042] De préférence encore selon l'invention, les éléments filaires d'au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles métalliques à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une première couche Cl à L fils de diamètre d1 avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant - 9 - éventuellement entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20. [0043] De préférence, le diamètre des fils de la première couche de la couche interne (Cl) est compris entre 0.10 et 0.5 mm et le diamètre des fils des couches externes (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.5 mm. [0044] De préférence encore, le pas d'hélice d'enroulement desdits fils de la couche externe (C3) est compris entre 8 et 25 mm. [0045] Au sens de l'invention, le pas représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour de l'axe du câble ; ainsi, si l'on sectionne l'axe par deux plans perpendiculaires audit axe et séparés par une longueur égale au pas d'un fil d'une couche constitutive du câble, l'axe de ce fil a dans ces deux plans la même position sur les deux cercles correspondant à la couche du fil considéré. [0046] Dans la construction L+M+N selon l'invention, la couche intermédiaire C2 comporte de préférence six ou sept fils, et le câble conforme à l'invention présente alors les caractéristiques préférentielles suivantes (dl, dz, d3, pz et p3 en mm) : - (i) 0,10 REVENDICATIONS1 - Pneumatique à armature de carcasse radiale, constituée d'au moins une couche d'éléments de renforcement métalliques, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'au moins une couche de l'armature de carcasse sont constitués d'au moins un élément filaire et au moins une gaine revêtant ledit au moins un élément filaire, ladite au moins une gaine comprenant au moins une couche d'une composition polymérique thermoplastique et en ce que l'épaisseur de mélange caoutchouteux entre la surface intérieure de la cavité du pneumatique et le point d'un élément de renforcement métallique de l'armature de carcasse le plus proche de la dite surface intérieure de la cavité est inférieure ou égale à 3.8 mm. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d'armature de carcasse radialement la plus à l'intérieure étant constitué d'au moins deux couches de mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur présente une épaisseur inférieure à 1.7 mm. 3 - Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, le mélange caoutchouteux entre la cavité du pneumatique et les éléments de renforcement de la couche d'armature de carcasse radialement la plus à l'intérieure étant constitué d'au moins deux couches de mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que la couche de mélange caoutchouteux radialement adjacente à la couche de mélange caoutchouteux radialement la plus à l'intérieur présente une épaisseur inférieure à 1.7 mm. 4 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de la gaine au dos de chaque élément filaire est comprise entre 1 i.tm et 2 mm. 5 - Pneumatique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymérique thermoplastique comprend un polymère thermoplastique, un élastomère diénique fonctionnalisé, un poly (p-phénylène éther) ou un mélange de ces matériaux.- 18 - 6 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément filaire comprend un assemblage de fils unitaires métalliques. 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement métalliques d'au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles 5 métalliques à couches de construction [L+M] ou [L+M+N] utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une première couche Cl à L fils de diamètre d1 avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant éventuellement entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre 10 d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20. 8 - Pneumatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre des fils de la première couche (Cl) est compris entre 0.10 et 0.5 mm, et en ce que le diamètre des fils des couches (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.5 mm. 9 - Pneumatique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le pas d'hélice 15 d'enroulement desdits fils de la couche externe (C3) est compris entre 8 et 25 mm. 10 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement inextensibles, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 100 et 450 . 20 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet comporte encore au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels. 12 - 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 25 circonférentielle avec un angle compris entre 100 et 450 et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la nappe de travail qui lui est radialement adjacente.- 19 - 13 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature 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°.5