Brevet FR3034353A1 — publié le 20161007

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE DE RENFORT POUR PNEUMATIQUE [1] L'invention se situe dans le domaine de la fabrication de pneumatiques et elle concerne plus particulièrement la fabrication d'une structure de nappe de renfort carcasse améliorée pour pneumatiques à armature de carcasse radiale, c'est-à-dire une armature dont les renforts sont contenus dans des plans radiaux contenant l'axe de rotation ou ils forment des petits angles avec ces plans radiaux. [2] De manière généralement connue, la structure d'un pneumatique radial comprend plusieurs zones ayant chacune un rôle bien défini dans le fonctionnement d'un pneumatique. Un pneumatique comprend ainsi deux régions des bourrelets destinées à coopérer avec les sièges d'une jante de montage, ces bourrelets comprenant une structure de renforcement dans la direction circonférentielle à laquelle est ancrée l'armature de carcasse. Une armature de renforcement de sommet est disposée radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse et réalise le frettage de celle-ci lors de la mise sous pression du pneumatique. Une bande de roulement est disposée radialement à l'extérieur de l'armature de sommet et assure le contact du pneumatique avec le sol pendant le roulage. Entre chaque bourrelet et chaque extrémité axiale du sommet s'étend un flanc de pneumatique qui réalise la liaison mécanique entre le bourrelet et le sommet du pneumatique. A l'intérieur du pneumatique, entre les deux bourrelets, se trouve une couche étanche au gaz de gonflage connue sous le terme de « gomme intérieure » car elle couvre l'intégralité de la paroi interne du pneumatique. [3] Pour réaliser une telle structure, on fabrique généralement un pneumatique par empilements successifs de plusieurs nappes de gomme sur un tambour de confection rotatif, ces nappes de gomme ayant chacune des propriétés spécifique, étant éventuellement munies d'éléments de renfort, certaines nappes étant par ailleurs reliées à des tringles autour desquelles sont réalisés les bourrelets. [4] La première nappe que l'on dispose sur le tambour de confection est la gomme intérieure car elle forme la paroi interne étanche au gaz de gonflage du pneumatique. Une telle gomme intérieure est décrite dans le document VVO 2008/145277 au nom des demanderesses et est formée à partir de compositions à base de caoutchouc butyle connues pour leurs propriétés d'étanchéité ou à base d'élastomère thermoplastique copolymère à blocs polystyrènes et polyisobutylène. Fonctionnant à satisfaction, la pression de gonflage d'un pneu muni d'une telle gomme d'étanchéité doit toutefois être vérifiée régulièrement, car des fuites de gaz peuvent toutefois apparaître dans le temps. 3034353 2 [5] Dans le but de renforcer l'étanchéité du pneumatique, le document EP 2205452 au nom des demanderesses décrit un pneumatique comportant une enveloppe étanche de gomme et une structure de renfort formée de fibres noyées dans la gomme, la structure de renfort étant formée d'une couche carcasse et d'une couche sommet et des moyens de 5 liaison entre ces couches. Dans ce document, les fibres utilisées pour réaliser la structure de renfort ont chacune une section transversale totalement connexe, elles sont de forme aplatie et présentent des dimensions mutuellement orthogonales de dimensions préétablies et s'étendent selon une direction sensiblement radiale su pneu. La structure de renfort décrite dans ce document permet de renforcer l'étanchéité du pneu et de réduire la fatigue 10 mécanique de celui-ci. [6] On connaît par ailleurs du document EP 1397262 un pneumatique comprenant une armature supplémentaire de renforcement des flancs formée de bandes de gomme renforcée par des câbles inclinés par rapport à la direction circonférentielle du pneumatique. Les bandes de gomme de renforcement sont déposées par enroulement et chevauchement 15 partiel d'une bande sur l'autre entre la gomme intérieure et la nappe carcasse lors de la confection de l'ébauche de pneumatique. Le rôle de cette armature supplémentaire de renforcement est de permettre une meilleure tenue mécanique des flancs lorsque le pneumatique subit des fortes contraintes pendant le roulage. [7] Tout en assurant des performances en termes de longévité, d'étanchéité et de 20 résistance, les pneumatiques décrits dans ces documents présentent une structure complexe et leurs méthodes de fabrication comportent de nombreuses étapes qui s'avèrent délicates à mettre en oeuvre et sont consommatrices de temps. [8] L'invention a pour objectif de pallier au moins l'un des inconvénients des documents ici décrits et de proposer un procédé de fabrication d'une structure de renfort 25 améliorée permettant de réduire significativement la masse du pneumatique sans réduire ses performances par ailleurs. [9] A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une structure de renfort pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches de bandelettes de renfort de section transversale totalement connexe, de forme aplatie 30 séparées entre elles par une couche de gomme de découplage, dans lequel on dispose les bandelettes de chaque couche côte à côte selon une direction principale de pose et en espaçant les bandelettes de la première couche entre elles d'une distance inférieure à la largeur des bandelettes de la deuxième couche et dans lequel les bords des bandelettes de la première couche se chevauchent avec les bords des bandelettes de la deuxième couche. 3034353 3 [10] Selon l'invention, on réalise un ensemble stratifié par un agencement avantageux de bandelettes de renfort, les bandelettes de renfort de l'invention ayant à la fois de bonnes propriétés mécaniques et une bonne imperméabilité au gaz de gonflage. Grâce à ce procédé, on obtient une structure de renfort pour pneumatique qui est agencée radialement 5 le plus à l'intérieur du pneumatique car elle permet de rester étanche au gaz de gonflage après conformation de l'ébauche de pneumatique, tout en assurant la tenue mécanique d'une nappe de renfort carcasse de type connu. [11] Une telle structure de renfort a l'avantage de d'assurer une étanchéité au gaz de gonflage au moins équivalente aux solutions existantes tout en permettant de réduire de 10 manière substantielle l'épaisseur et le poids du pneumatique par rapport à un pneumatique classique. [12] En effet, la structure de renfort selon l'invention présente des bandelettes mono filament aplaties, chacune étant imperméable au gaz de gonflage, les différentes bandelettes étant disposées en quinconce lorsqu'elles sont « à plat » ou lors de la phase de confection 15 sur un tambour de l'ébauche de pneumatique et de manière à ce que leurs bords continuent à se chevaucher lors de la conformation du pneumatique. Selon un aspect important de l'invention, les couches de bandelettes sont séparées par une couche de gomme de découplage sur laquelle adhèrent les bandelettes de chaque couche. Le coefficient d'allongement de la gomme de découplage est supérieur à celui des bandelettes ce qui fait 20 que, lors de la conformation de l'ébauche de pneumatique, l'écartement des bandelettes l'une par rapport à l'autre est piloté par l'allongement de la gomme de découplage qu'elles suivent. Ainsi, il a été constaté, lors des tests effectués en laboratoire, que, en l'absence de couche de gomme de découplage entre les deux couches de bandelettes, lors de la mise en conformation, les bandelettes glissent l'une sur l'autre, ce qui mène à une conformation avec 25 des écarts de pas entre les deux couches de bandelettes et, par conséquent, un risque de manque d'étanchéité dans la structure obtenue. Or, lors des tests effectués avec une couche de gomme de découplage d'épaisseur prédéterminée, il s'est avéré que l'écartement entre les bandelettes reste constant car les bandelettes suivent la déformation de la gomme de découplage et se déplacent en même temps que celle-ci. De surcroît, la pose de la 30 bandelette sur une couche de gomme rend plus aisée la fabrication de la structure de renfort. [13] Une telle structure de renfort présente de bonnes propriétés d'étanchéité et une bonne résistance mécanique et, de ce fait, elle remplace à elle seule plusieurs nappes qui entrent dans la confection d'un pneu classique. Ainsi, une telle structure de renfort remplace la gomme intérieure et la nappe carcasse, voire aussi la nappe de renfort des flancs 3034353 4 lorsqu'elle est nécessaire. [14] De préférence, les bandelettes de la première et de la deuxième couche ont une même largeur L et leurs bords se chevauchent sur au moins 20% de la largeur L. Ceci permet d'assurer une bonne étanchéité après conformation, même dans les zones du 5 pneumatique où la conformation est plus importante, telle la zone des épaules. [15] Avantageusement, le module d'élasticité des bandelettes est supérieur à 500 MPa. Ceci permet à la structure de renfort d'assurer la tenue mécanique du pneumatique. [16] De préférence, ledit ensemble stratifié est disposé entre et au contact de deux couches de gomme. Ceci permet une meilleure adhésion de l'ensemble stratifié avec les 10 autres couches de gomme qui entrent dans la structure d'un pneumatique. [17] De préférence, ladite structure de renfort comprend, dans l'ordre : une couche d'élastomère d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une première couche de bandelettes de renfort ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm, une couche de gomme de découplage d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une deuxième couche de bandelettes 15 ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm et une couche d'élastomère d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm. [18] Avantageusement, chaque bandelette a une largeur L et les bandelettes formant une couche sont disposées avec un pas p inférieur à 2L. Les bandelettes sont disposées côte à côte avec un pas p supérieur à la largeur L d'une bandelette mais inférieur à deux fois 20 la largeur L de la bandelette. [19] De préférence, la valeur du chevauchement des bords des bandelettes des deux couches est comprise entre 0,2 et 0,5 fois le pas p. [20] Avantageusement, la largeur des bandelettes est comprise entre 1 et 12mm, de préférence entre 3 et 7mm. 25 [021] De préférence, lesdites bandelettes sont en un seul matériau. [22] De préférence encore, ledit matériau est choisi parmi : le PET, le PEN, l'aluminium, l'acier ou les polyamides. [23] Dans un premier mode de l'invention, on réalise ladite structure de renfort par calandrage. 30 [024] Dans un deuxième mode de l'invention, on réalise ladite structure de renfort par 3034353 5 enroulement de couches successives sur une virole rotative. [025] L'objet de l'invention est également atteint avec un pneumatique exempt de gomme interne d'étanchéité comportant une structure de renfort obtenue avec le procédé de l'invention. 5 [026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre. Cette description, donnée à titre d'exemple et non limitative, se réfère aux dessins joints en annexe et sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe radiale d'un pneumatique de type connu, - la figure 2 est une représentation schématique en coupe transversale d'une armature de 10 carcasse de type connu, - la figure 3 est une représentation schématique en perspective d'une structure de renfort selon l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique en coupe transversale d'une structure de renfort selon l'invention avant conformation de l'ébauche de pneumatique, 15 - la figure 5 est une représentation schématique en coupe transversale d'une structure de renfort selon l'invention après conformation de l'ébauche de pneumatique, - la figure 6 est une représentation schématique d'un dispositif de fabrication d'une structure de renfort selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif de fabrication d'une 20 structure de renfort selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [27] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent la même référence. Leur description n'est donc pas systématiquement reprise. [28] Sur la figure 1, un pneumatique 1 schématisé comporte un sommet 2 comprenant une bande de roulement 3 dont la partie radialement externe 3a est destinée à 25 entrer au contact de la route, deux bourrelets inextensibles 4 dans lesquels est ancrée une armature de carcasse 6. Le sommet 2, relié aux bourrelets 4 par deux flancs 5, est de manière connue en soi renforcé par une armature de sommet ou "ceinture" 7 au moins en partie métallique et qui est radialement externe par rapport à l'armature de carcasse 6. Une ceinture de pneumatique est généralement constituée d'au moins deux nappes de ceinture 30 superposées, dites parfois nappes "de travail" ou nappes "croisées", dont les éléments de 3034353 6 renforcement ou "renforts" 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 100 et 450 selon le type de pneumatique considéré. Chacune de 5 ces deux nappes croisées est constituée d'une matrice de caoutchouc ou "gomme de calandrage" enrobant les renforts. Dans la ceinture, 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 10 de la ceinture 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. [29] Pour le renforcement des ceintures ci-dessus, en particulier de leurs nappes 15 croisées, nappes de protection ou nappes de frettage, on utilise généralement des renforts sous forme de câbles d'acier ("steel cords") ou des câblés textiles ("textile cords") constitués de fils fins assemblés entre eux par câblage ou retordage. [30] L'armature de carcasse 6 est ici ancrée dans chaque bourrelet 4 par enroulement autour de deux tringles 4a, 4b, le retournement 6a, 6b de cette armature 6 étant par exemple 20 disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 6 est constituée d'une nappe renforcée par des câbles textiles radiaux, c'est-à-dire que ces 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 25 qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 7). Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre de manière connue une couche 10 de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée " gomme intérieure" ou " inner liner ") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au 30 pneumatique. [31] Les flancs 5 sont parfois renforcés par des nappes de renfort supplémentaires afin de répondre à des sollicitations mécaniques importantes. Ces nappes de renfort supplémentaires comportent généralement des éléments de renforcement ou "renforts" disposés parallèlement les uns aux autres dans une matrice de gomme et sont agencés 35 radialement à l'intérieur ou à l'extérieur par rapport à l'armature de carcasse. 3034353 7 [32] Dans une armature de carcasse de type connu, un renfort prend la forme d'un fil ou d'un câble comprenant un ensemble de fils torsadés ou tressés. Le ou les fils constituant le renfort peuvent être de nature métallique, polymérique, naturelle, ou de nature composite. [33] La figure 2 illustre les renforts 8 visibles dans une coupe transversale de 5 l'armature de carcasse 6.Les renforts 8 d'une armature de carcasse 6 sont espacés les uns des autres et sont noyés dans une matrice de gomme. Par X-X' on a représenté le parcours effectué par le gaz de gonflage pour traverser l'armature de carcasse 6. [34] Comme l'illustrent les figures 3 à 7, l'invention est relative à la fabrication d'une structure de renfort 20 qui utilise un arrangement avantageux de bandelettes 22 déposées 10 en couches superposées pour former un ensemble stratifié. Les bandelettes 22 de l'invention sont de section transversale totalement connexe et de forme aplatie. Par bandelette de forme aplatie, on entend une bande étroite, dont la largeur est supérieure à la hauteur ou l'épaisseur. On rappelle qu'une surface totalement connexe est une surface dont deux parties quelconques sont nécessairement liées entre elles. 15 [035] Par ensemble stratifié on comprend tout produit comportant au moins deux couches, de forme plane ou non plane, qui sont au contact l'une de l'autre, ces dernières pouvant être ou non liées, où par « lié » on comprend incluant tout moyen d'assemblage, en particulier le collage. [36] Par gomme ou élastomère, on entend de préférence tout type d'élastomère, 20 diénique ou non diénique par exemple thermoplastique, ou un mélange d'élastomères : caoutchouc naturel et caoutchouc synthétique, de charges renforçantes : noir de carbone et silice, de plastifiants : huiles, résines, et d'autres éléments chimiques comme le soufre par exemple. [37] Par couche on comprend une bande d'épaisseur très faible par rapport à ses 25 autres dimensions, dont le rapport de l'épaisseur sur la plus grande de ses dimensions est inférieur à 0,5, de préférence inférieur à 0,1. [38] Plus particulièrement selon l'invention, la structure de renfort est réalisée sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches de bandelettes espacées entre elles, se chevauchant et comportant une gomme de découplage disposée entre et au contact de 30 deux couches de bandelettes. [39] Les bandelettes sont réalisées à partir d'un film étiré mono ou multi axialement ayant un module en extension E supérieur à 500 MPa. Ce film est réalisé de préférence en 3034353 8 un polymère thermoplastique qui est préférentiellement un polyester, plus préférentiellement un PET (polyéthylène téréphtalate), ou un PEN (polyéthylène naphtalate). Le film peut également être réalisé en un polyamide. Les bandelettes des deux couches peuvent être réalisées en un même matériau ou dans des matériaux différents. 5 [040] De préférence, on applique également un traitement thermique à la bandelette, de manière à limiter sa contraction thermique lors de la montée en température de l'ensemble. Un tel traitement thermique est par exemple un recuit, une trempe ou une combinaison de plusieurs de ces traitements. [41] Dans une variante, le film peut être métallique, par exemple en aluminium ou en 10 acier. [42] Dans une autre variante, matériau composite comportant une matrice de PET, PEN, PA ou de résine époxy et renforcé de fibres de verre, de carbone ou de fibres synthétiques, telles les fibre de nylon, d'aramide, etc. [43] Le matériau de la bandelette est choisi de manière à présenter une bonne 15 imperméabilité au gaz de gonflage. A titre d'exemple, les bandelettes doivent avoir une perméabilité à l'azote comprise entre 0,001 et 10 cm3mm/m2/jour/atm et de préférence comprise entre 0,1 et 1 cm3mm/m2/jour/atm. [44] La figure 3 illustre par une vue en perspective une structure de renfort 20 selon l'invention qui comprend : une première couche 24 de bandelettes 22 disposées côte à côté 20 en étant espacées entre elles, une deuxième couche 26 de bandelettes 22 disposées côte à côte, espacées entre elles en étant parallèles aux bandelettes de la première couche ainsi qu'a la direction de pose A. Les bandelettes de la première couche 24 sont décalées par rapport aux bandelettes de la deuxième couche dans une direction perpendiculaire à la direction de pose A. Les deux couches de bandelettes sont séparées par une couche de 25 gomme de découplage 30. La structure de renfort est complétée par deux couches de gomme, une couche externe 32 et une couche interne 34. [45] La figure 4 illustre par une vue schématique en coupe réalisée avec un plan transversal à la direction de pose A, une structure de renfort avant la conformation de l'ébauche ou lors d'une pose à plat, et la figure 5 illustre une même vue réalisée après 30 conformation de l'ébauche de pneumatique. On rappelle que par conformation on comprend une opération lors de laquelle on réalise le passage d'une ébauche de forme générale cylindrique à une forme générale toroïdale. 3034353 9 [46] Dans l'exemple illustré aux figures, on utilise des bandelettes identiques ayant une largeur « L » et une épaisseur « e » et on réalise une première couche 24 de bandelettes par agencement de plusieurs bandelettes parallèles entre elles, espacées d'une distance « d », avec un pas « p ». On réalise la deuxième couche 26 de bandelettes de la 5 même manière, mais en décalant les bandelettes 22 de manière à ce que leurs bords se chevauchent avec les bandelettes de la première couche 24 d'une distance de recouvrement « r ». On note sur la figure 5 que l'espacement entre les bandelettes après conformation est devenu « d' », avec d'>d et le recouvrement « r' » avec r' REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une structure de renfort (20) pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches de bandelettes (24, 26) de renfort de section transversale totalement connexe, de forme aplatie séparées entre elles par une couche de gomme de découplage (30), dans lequel on dispose les bandelettes de chaque couche côte à côte selon une direction principale de pose et en espaçant les bandelettes (22) de la première couche (24) entre elles d'une distance inférieure à la largeur des bandelettes (22) de la deuxième couche (26) et dans lequel les bords des bandelettes (22) de la première couche (24) se chevauchent avec les bords des bandelettes (22) de la deuxième couche (26). 2. Procédé de fabrication d'une structure de renfort (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bandelettes (22) de la première et de la deuxième couche ont une même largeur L et leurs bords se chevauchent sur au moins 20% de la largeur L. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'élasticité des bandelettes (22) est supérieur à 500 MPa. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble stratifié est disposé entre et au contact de deux couches de gomme (32,34). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite structure de renfort comprend, dans l'ordre : une couche externe (32) d'élastomère d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une première couche de bandelettes (24) de renfort ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm, une couche de gomme de découplage (30) d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une deuxième couche de bandelettes (26) ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm et une couche interne (34) d'élastomère d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bandelette (22) a une largeur L et les bandelettes (22) formant une couche sont disposées avec un pas p inférieur à 2L. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur du chevauchement des bords des bandelettes (22) des deux couches de bandelettes (24,26) est comprise entre 0,2 et 0,5 fois le pas p. 3034353 14 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en la largeur L des bandelettes (22) est comprise entre 1 et 12mm, de préférence entre 3 et 7mm. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites bandelettes (22) sont en un seul matériau. 5 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit matériau est choisi parmi : le PET, le PEN, l'aluminium, l'acier ou les polyamides. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de renfort (20) est réalisée par calandrage. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la structure de 10 renfort (20) est réalisée par enroulement de couches successives sur une virole (60) rotative. 13. Pneumatique exempt de gomme interne d'étanchéité comportant une structure de renfort (20) obtenue avec un procédé selon l'une des revendications 1 à 12. 15