Brevet FR3036319A1 — publié le 20161125

- 1 - PNEUMATIQUE COMPORTANT DES COUCHES DE TRAVAIL CONSTITUEES DE FILS UNITAIRES [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, 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 inférieur à 150 GPa. 3036319 - 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 5 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 10 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. 15 [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] En ce qui concerne les fils ou câbles métalliques, les mesures de force à la rupture (charge maximale en N), de résistance à la rupture (en MPa) et d'allongement à la rupture (allongement total en %) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984. 20 [0013] En ce qui concerne les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en traction 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). 25 [0014] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à des vitesses moyennes élevées 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, 3036319 - 3 - 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. Cette augmentation de la durée de vie en termes kilométriques, conjuguée au fait que de telles conditions d'usage sont susceptibles de se traduire, sous forte charge, par des 5 températures sommet relativement élevées, nécessite une augmentation au moins proportionnelle du potentiel d'endurance de l'armature sommet des pneumatiques. [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 qui, dans le cas d'une trop forte élévation de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de 10 la couche de sommet axialement la plus courte, ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures dans la gomme au niveau desdites extrémités. Le même problème existe dans le cas de bords de deux couches d'éléments de renforcement, ladite autre couche n'étant pas obligatoirement radialement adjacente à la première. [0016] Dans le but d'améliorer l'endurance de l'armature sommet des pneumatiques, la 15 demande française FR 2 728 510 propose de disposer, d'une part entre l'armature de carcasse et la nappe de travail d'armature de sommet, radialement la plus proche de l'axe de rotation, une nappe axialement continue, formée de câbles métalliques inextensibles faisant avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 60°, et dont la largeur axiale est au moins égale à la largeur axiale de la nappe de sommet de travail la plus courte, et d'autre 20 part entre les deux nappes de sommet de travail une nappe additionnelle formée d'éléments métalliques, orientés sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle. [0017] En complément, la demande française WO 99/24269 propose notamment, de part et d'autre du plan équatorial et dans le prolongement axial immédiat de la nappe additionnelle d'éléments de renforcement sensiblement parallèles à la direction circonférentielle, de 25 coupler, sur une certaine distance axiale, les deux nappes de sommet de travail formées d'éléments de renforcement croisés d'une nappe à la suivante pour ensuite les découpler par des profilés de mélange de caoutchouc au moins sur le restant de la largeur commune aux dites deux nappes de travail. [0018] 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 3036319 - 4 - rapport à la direction circonférentielle est inférieur à 8°. Les câbles initialement fabriqués sont enduits d'un mélange caoutchouteux avant d'être mis en place. Ce mélange caoutchouteux vient ensuite pénétrer le câble sous l'effet de la pression et de la température lors de la cuisson du pneumatique. 5 [0019] Les résultats ainsi obtenus en termes d'endurance et d'usure lors de roulages prolongés sur routes à grande vitesse sont le plus souvent satisfaisants. Toutefois, il apparaît que dans certaines conditions de roulage, certains pneumatiques présentent parfois une usure plus prononcée sur une partie de leur bande de roulement. Ce phénomène s'accentue lorsque la largeur de la bande de roulement augmente. 10 [0020] En outre, quelles que soient les solutions envisagées telles que présentées précédemment, la présence d'une couche d'éléments de renforcement supplémentaire conduit à une masse plus importante du pneumatique et à des coûts de fabrication des pneumatiques plus importants. [0021] Le document WO 10/069676 propose une couche d'éléments de renforcement 15 circonférentiels répartis selon un pas variable. Selon les pas choisis, plus espacés dans les parties centrale et intermédiaires de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels, il est possible de réaliser des pneumatiques dont les performances en termes d'endurance sont satisfaisantes avec des performances en termes d'usure améliorées. En outre, par rapport à un pneumatique comportant une couche d'éléments de renforcement 20 circonférentiels répartis selon un pas constant, il est possible de diminuer la masse et le coût de tels pneumatiques bien qu'il soit nécessaire de combler l'absence d'éléments de renforcement par des masses polymériques. [0022] Un but de l'invention est de fournir des pneumatiques pour véhicules "Poids-Lourds", dont les performances d'endurance et d'usure sont conservées, voire améliorées, 25 pour des usages routiers quelles que soient les conditions d'usage et dont la masse et le coût de fabrication sont réduits par rapport à celle des pneumatiques tels que décrits précédemment. [0023] Ce but est atteint selon l'invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale pour véhicule de type poids lourd comprenant une armature de sommet comportant 3036319 - 5 - au moins trois 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°, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, au moins deux 5 couches de mélange caoutchouteux Ci étant disposées entre les extrémités desdites au moins trois couches de sommet de travail, dans un plan méridien, l'épaisseur desdites au moins trois couches de sommet de travail mesurée dans le plan équatorial étant inférieure à 5 mm, les éléments de renforcements desdites au moins trois couches de sommet de travail étant des fils métalliques unitaires de diamètre inférieur à 0.50 mm, la distance entre 10 les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du fil, étant strictement inférieure à 1 mm, la largeur axiale de chacune desdites au moins trois couches de sommet de travail étant supérieure à 60 % de la largeur axiale de la bande de roulement, au moins une distance di entre deux couches de travail séparées par une couche de mélange caoutchouteux Ci et mesurée à l'extrémité de la couche de travail 15 axialement la plus étroite à son contact étant telle que 0.5 REVENDICATIONS1 - Pneumatique à armature de carcasse radiale pour véhicule de type poids lourd comprenant une armature de sommet comportant au moins trois 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°, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, au moins deux couches de mélange caoutchouteux Ci étant disposées entre les extrémités desdites au moins trois couches de sommet de travail, caractérisé en ce que, dans un plan méridien, l'épaisseur desdites au moins trois couches de sommet de travail mesurée dans le plan équatorial est inférieure à 5 mm, en ce que les éléments de renforcements desdites au moins trois couches de sommet de travail sont des fils métalliques unitaires de diamètre inférieur à 0.50 mm, en ce que la distance entre les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du fil, est strictement inférieure à 1 mm, en ce que la largeur axiale de chacune desdites au moins trois couches de sommet de travail est supérieure à 60 % de la largeur axiale de la bande de roulement, en ce qu'au moins une distance d, entre deux couches de travail séparées par une couche de mélange caoutchouteux Ci et mesurée à l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite à son contact est telle que 0,5 2.5 mm, et en ce que, dans un plan méridien, l'épaisseur d'au moins une couche de mélange caoutchouteux Ci est sensiblement constante sur la largeur axiale comprise entre l'extrémité axialement intérieure d'une couche de mélange caoutchouteux Ci et l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite à son contact. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des fils métalliques unitaires desdites au moins trois couches de sommet de travail est supérieur ou égal à 0.25 mm. 3 - Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, une couche de sommet de travail d'éléments de renforcement comportant deux couches de calandrage entre lesquelles sont positionnés les éléments de renforcement, caractérisé en ce que l'épaisseur de calandrage mesurée selon une direction radiale de part et d'autre d'un élément de renforcement est inférieure à 0.30 mm. 3036319 -36- 4 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rigidité par unité de largeur de chacune des couches de sommet de travail est comprise entre 35 et 70 daN/mm. 5 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature 5 de sommet comporte quatre couches de sommet de travail d'éléments de renforcement et en ce que trois couches de mélange caoutchouteux Cl, C2, C3 sont respectivement disposées entre les extrémités desdites quatre couches de sommet de travail. 6 - Pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance d, entre deux couches de travail séparées par l'une des trois couches de mélange caoutchouteux Cl, C2, C3 10 et mesurée à l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite à son contact est telle que 0,5 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement d'au moins une couche Ci est inférieur à 8 MPa et en ce que la valeur maximale de tan(8), noté tan(8)',,, de la couche Ci est inférieure à 0.100. 8 - Pneumatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite au moins une couche Ci 20 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 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 : 25 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, 3036319 - 37 - 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 5 surface SiOH et/ou AlOH 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, 10 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. 9 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, lesdites au moins trois couches de sommet de travail étant chacune formée d'éléments de renforcement insérés entre deux couches 15 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. 20 10 - Pneumatique selon la revendication 9, 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 25 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, 3036319 - 38 - 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 5 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 AlOH 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 10 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. 15 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est complétée par une couche d'éléments de renforcement circonférentiel. 12 - Pneumatique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche d'éléments de renforcement circonférentiels est radialement disposée entre deux couches de sommet de travail. 20 13 - Pneumatique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'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 l'armature 25 de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une nappe supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement, 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 de renforcement de la couche de sommet de travail qui lui est radialement adjacente.