Brevet FR3047694A1 — publié le 20170818

PNEUMATIQUE AYANT UNE BANDE DE ROULEMENT RENFORCEE [0001] L'invention concerne un pneumatique dont la bande de roulement est renforcée par des renforts. Ce pneumatique est plus particulièrement destiné aux véhicules de tourisme. [0002] On rappelle ci-après les définitions utilisées dans la présente invention : - « direction axiale ou transversale » : direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique, - « direction radiale » : direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci, - « direction tangentielle » : direction tangente à la surface de roulement selon le sens de rotation du pneumatique, - « direction circonférentielle ou longitudinale » : direction perpendiculaire à un rayon et comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, - « radialement à l'intérieur » : signifie « dont la distance radiale mesurée depuis l'axe de rotation du pneumatique est plus proche de l'axe de rotation », - « radialement à l'extérieur » : signifie « dont la distance radiale mesurée depuis l'axe de rotation du pneumatique est plus éloigné de l'axe de rotation », - « coupe radiale » : coupe selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique, 2016 Pat 000 34 FR 3047694 2 - « plan équatorial » : plan perpendiculaire à l'axe de rotation et qui passe par le milieu de la bande de roulement, - « composition caoutchouteuse » : composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. 5 [0003] Il est connu du document JPA 2011 - 042226 un pneumatique comprenant une unique feuille de fibre organique disposée au sein de la structure de pains de gomme aux dimensions géométriques particulières, et constituant la bande de roulement. Un tel pneumatique est destiné à améliorer la tenue du véhicule dans les virages. [0004] Mais un tel pneumatique ne permet pas de garantir suffisamment de rigidité 10 de dérive. [0005] Aussi il subsiste le besoin de disposer d'un pneumatique qui améliore sa rigidité de dérive tout en diminuant la fraction volumique des renforts déjà présents dans la bande de roulement. [0006] L'invention a donc pour objet un pneumatique comportant une direction 15 tangentielle XX', une direction axiale YY' et une direction radiale ZZ' et comprenant au moins une armature de carcasse surmontée radialement à l'extérieur d'une armature de sommet, elle-même radialement à l'intérieur d'une bande de roulement, ladite armature de sommet étant constituée d'au moins une couche d'éléments de renforcement, ladite bande de roulement comprenant des fonds de sillon alternés avec des blocs d'élastomère, 20 des renforts et étant reliée à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, lesdits bourrelets étant destinés à entrer en contact avec une jante, chaque bourrelet comportant au moins un élément de renforcement circonférentiel. [0007] Ce pneumatique se caractérise en ce que la bande de roulement est constituée en une composition caoutchouteuse ayant un module de cisaillement inférieur ou égale à 1MPa, en ce que les renforts de la bande de roulement sont présents sur toute 2016 Pat 000 34 FR 3047694 3 la surface de ladite bande de roulement, et en ce que les renforts sont constitués d'au moins une première couche de filaments unitaires disposés selon la direction axiale, lesdites couches étant superposées les unes au-dessus des autres selon la direction radiale ZZ', lesdits filaments unitaires étant espacés les uns des autres, de manière régulière ou 5 non, selon la direction axiale YY' d'une distance dl comprise entre 0 et 50um. [0008] Le pneumatique selon l'invention présente l'avantage, en diminuant nettement la fraction volumique de renfort, de permettre le choix de la rigidité de dérive en fonction du nombre de couche de renforts en fonction des applications souhaitées du pneumatique tout en conservant de bons résultats en adhérence du pneumatique malgré 10 l'usure progressive. [0009] Les valeurs de module de cisaillement selon l'invention sont obtenues à une fréquence de 10Hz et à une température de 60°C sous une contrainte alternée de 0,7MPa. En comparaison à des compositions caoutchouteuses plus classiques qui présentent un 15 module de cisaillement supérieur ou égal à 1MPa sous les mêmes contraintes physiques, le module de cisaillement de la composition caoutchouteuse de la bande de roulement est de préférence entre 0,6 et 0,9MPa. [0010] De préférence, lorsque la distance dl entre chaque filament successif est nulle, lesdits filaments sont assemblés sous la forme de bandelettes sur une même couche, 20 chaque bandelette étant espacée les unes des autres d'une distance d2 comprise entre Oum et 1000um selon la direction axiale YY'. [0011] De préférence, deux couches de filaments successifs selon la direction radiale sont espacées d'une distance d3 comprise entre 0,5 et lmm, et de préférence de lmm. [0012] De préférence, les couches de filaments sont présentes en une quantité 25 comprise entre 1 et 7, et de préférence entre 1 et 5. 2016 Pat 000 34 FR 3047694 4 [0013] De préférence, lorsque les bandelettes sont disposées de manière continue ou discontinue selon la direction axiale, elles occupent entre 0,3% et 2,1% du volume de la bande de roulement, la composition caoutchouteuse occupant entre 99,7% et 97,9% du volume de la bande de roulement. 5 [0014] De préférence, les filaments unitaires présentent un module de Young compris entre 0,5 et 300GPa et peuvent être choisis parmi le polyéthylène téréphtalate(PET), le nylon, le polybutylène téréphtalate (PBT), l'aramide, le poly(pphénylène-2,6-benzobisoxazole) (PB 0). [0015] On rappelle que le module de Young ou module de traction est la constante 10 qui relie la contrainte de traction et le début de la déformation d'un matériau élastique isotrope. [0016] De préférence, les filaments unitaires de chaque couche présente un angle compris entre 30° et 150° par rapport à la direction tangentielle, les couches étant indépendantes les unes des autres. 15 [0017] De préférence, les filaments unitaires présentent un diamètre moyen compris entre 5 et 401.1m. [0018] De préférence, la composition caoutchouteuse de la bande de roulement présente un module de cisaillement supérieur ou égale à 0,5MPa et inférieur ou égal à 0,9MPa. On rappelle que le module de cisaillement est une grandeur physique intrinsèque 20 à chaque matériau, et qui intervient dans la caractérisation des déformations causées par des efforts de cisaillement. [0019] De préférence, la première couche de filaments unitaires est disposée dans la portion radialement la plus intérieure du sillon et à environ 2mm de la surface radialement la plus extérieure du pain de gomme, de manière à former une pose du 25 filament unitaire sensiblement en forme d'arcade dans la bande de roulement. 2016 Pat 000 34 FR 3047694 5 [0020] Selon la nature chimique du constituant des renforts selon l'invention, on peut avoir recours à l'enduction par une composition adhésive, telle qu'une composition RFL (résorcinol formaldéhyde latex) afin de garantir une bonne adhésion entre le renfort et la composition d'élastomère. Les renforts peuvent en outre être adhérents vis-à-vis 5 d'une composition d'élastomère sans ajouts de compositions adhésives particulières. [0021] Pour ne pas fondre durant l'étape de cuisson du pneumatique, le renfort doit présenter une température de fusion supérieure à 180°C. [0022] L'invention va maintenant être décrite de manière détaillée sur la base des exemples et figures annexés qui sont données uniquement à titre d'illustration. 10 [0023] - la figure 1 représente de manière schématique une coupe méridienne d'un pneumatique de l'invention selon un premier mode de réalisation, [0024] - la figure 2 représente de manière schématique en coupe méridienne un bloc d'élastomère, encore appelé pain de gomme, de la bande de roulement du pneumatique selon l'invention comprenant le renfort selon une première variante, 15 [0025] - la figure 3 représente de manière schématique en coupe méridienne un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique selon l'invention comprenant le renfort selon une seconde variante. [0026] Comme le montre la figure 1, le pneumatique de référence générale 1 comprend au moins une armature de carcasse 2, surmontée radialement à l'extérieur 20 d'une armature de sommet 3, elle-même radialement à l'intérieure d'une bande de roulement 4. L'armature de sommet 3 comprend au moins une couche d'éléments de renforcement. [0027] La bande de roulement 4 est reliée à deux bourrelets 5 par l'intermédiaire de deux flancs 6. Les bourrelets 5 sont destinés à entrer en contact avec une jante (non 2016 Pat 000 34 FR 3047694 6 représentée). Chaque bourrelet 5 comprend au moins un élément de renforcement circonférentielle 7, encore appelé tringle. [0028] La bande de roulement 4 est constituée en une composition classique à base d'un élastomère diénique et d'une charge renforçante qui présente, après vulcanisation, 5 un module de cisaillement de 0,6 MPa, obtenu à une fréquence de 10Hz et à une contrainte alternée de 0,7MPa et à une température de 60°C. Cette bande 4 comprend des renforts 8 en aramide sous la forme de filaments unitaires mono-orientés. Ces renforts 8 sont disposés selon la direction YY' de manière continue. Une fois disposés dans la bande de roulement 4, les renforts 8 présentent une fraction volumique totale 10 de 0,3 %. La fibre aramide utilisée présente un module d'Young de 30GPa. [0029] Ce module permet de mesurer la rigidité du matériau. Le module représente la capacité d'un matériau à s'opposer à une déformation. En effet, le rapport entre la contrainte de traction appliquée à un matériau et la déformation qui en résulte est constant tant que la déformation reste faible et que la limite d'élasticité n'est pas 15 atteinte. Sur une courbe force/allongement, le domaine d'élasticité est compris entre 0 et E% (E est le symbole du module d'Young). Dans cette zone, le fil s'allonge mais il est susceptible de retrouver sa longueur initiale si la force exercée cesse. Le module d'Young se mesure à partir de la pente de la partie initiale de la courbe force/allongement dans son domaine élastique linéaire et s'exprime en mégapascals ou 20 gigapascals. [0030] La bande de roulement comprend des blocs 9 de composition caoutchoutique reliés entre eux par des sillons 10. [0031] Selon ce mode de réalisation, une fois disposés dans la bande de roulement, les renforts 8 présentent une forme géométrique sensiblement en forme de demi-cercle 25 disposés successivement selon différentes directions axiales YY'. La partie radialement extérieure 8a du demi-cercle est disposée à environ 2 mm de la surface radialement 2016 Pat 000 34 FR 3047694 7 extérieure de la bande de roulement 4. Chaque demi-cercle est enfoui dans sa totalité dans un bloc de composition caoutchoutique 9 de la bande de roulement 4. [0032] Chaque demi-cercles du renfort 8 sont reliés entre eux selon la direction YY' dans la portion radialement la plus intérieure du sillon 10. 5 [0033] Le renfort est présent dans la bande de roulement sous la forme d'un seul tenant à la fois dans la direction YY'. [0034] La figure 1 représente une couche unique de renfort 8. [0035] La figure 2 se distingue de la figure 1 par le fait que le renfort 8 comprend deux couches 8b et 8c disposées radialement l'une en-dessous de l'autre. 10 [0036] La figure 3 se distingue de la figure 1 par le fait que le renfort 8 comprend trois couches 8b, 8c et 8d disposées radialement l'une en-dessous de l'autre. [0037] Plus le renfort est constitué de couches successives plus la rigidité de dérive du pneumatique est augmentée. L'exemple qui suit montre, sur des éprouvettes, en laboratoire, la rigidité obtenue dans 15 l'axe YY' selon l'invention. [0038] Exemple 1 : Rigidité Dans cet exemple, on mesure la rigidité d'une bandelette de bande de roulement comprenant un renfort selon l'invention, ladite bandelette se présentant sous forme d'éprouvettes de test constituées de deux blocs de matériau élastomère identique, de 20 forme sensiblement parallélépipédique de longueur 50mm, de largeur 30mm et de hauteur lOmm et distantes l'un de l'autre de 10mm. Les éprouvettes sont fixées sur un support métallique. Les éprouvettes de tests sont réalisées par moulage puis cuisson, après fermeture du moule, dans une presse chauffant à une température de 170°C 2016 Pat 000 34 FR 3047694 8 pendant 15min et sous une pression globale d'une dizaine de bars de manière à vulcaniser le matériau. L'éprouvette est disposée sur un oscillateur mécanique constitué d'un sol plan recouvert de colle. L'éprouvette est ensuite comprimée contre le sol par voie pneumatique à une 5 pression normale moyenne de 3 bars en surface, puis subit des oscillations perpendiculaires à la direction de plus grande longueur de l'échantillon, via l'oscillateur mécanique à des fréquences d'oscillation imposées de 1Hz pendant 30secondes, dans le but d'avoir suffisamment de cycles pour stabiliser la mesure continue de la contrainte tangentielle à chaque déport. 10 Les oscillations sont effectuées par pallier de déport sur l'intervalle compris entre +/0,25mm - +/-3mm. Les mesures sont réalisées à une température constante de 20°C à +/- 1°C. Le rapport entre la contrainte tangentielle et le déplacement, pour une force normale donnée, permet d'obtenir la valeur de rigidité transversale de l'échantillon dans les conditions de mesure citées. 15 Le tableau I ci-après montre l'influence du nombre de couches de renfort sur la rigidité de l'échantillon de bande de roulement. Bande de roulement ayant un module de cisaillement égal à 0,6MPa 100 Bande de roulement renforcée par des renforts (témoin) 137 Eprouvette 1 118 Eprouvette 2 127 Eprouvette 3 140 Tableau I 2016 Pat 000 34 FR 3047694 9 Les éprouvettes 1 à 3 sont des éprouvettes selon l'invention avec respectivement une couche, trois couches et cinq couches de renfort disposées les unes au-dessus des autres selon la direction radiale. Les résultats sont donnés sur une base 100, c'est-à-dire que tous résultats supérieurs à 5 100 montrent une amélioration de la performance. De ce tableau I, on peut noter que plus on met de couches de renfort, plus la rigidité du matériau augmente. En outre, la présence de 5 couches de renfort selon l'invention correspond à une éprouvette dont la bande de roulement comprend seulement 1,5% de fraction volumique 10 de renfort classique alors que le témoin renforcé correspond à 8%. Ainsi même avec 5 couches de renfort, on note une nette diminution de la fraction volumique de renfort pour des résultats en rigidité similaire. Le tableau II ci-après montre l'influence des liaisons d'élastomère ou ponts de gomme entre chaque bandelette de renfort. Bande de roulement ayant un module de cisaillement égal à 0,6MPa 100 Bande de roulement renforcée par des renforts (témoin) 137 Eprouvette 4 121 Eprouvette 5 123 Eprouvette 6 140 Eprouvette 7 126 15 Tableau II 2016 Pat 000 34 FR 3047694 10 Les éprouvettes 4 à 6 sont des éprouvettes comprenant 5 couches de renfort selon l'invention avec respectivement 30%, 50%, 75% et 100% de fraction surfacique de renfort disposé dans la bande de roulement. Plus le pourcentage de renfort est élevé, moins les ponts de gomme entre les bandelettes de renfort sont présents. 5 Les résultats sont donnés sur une base 100, c'est-à-dire que tous résultats supérieurs à 100 montrent une amélioration de la performance. De ce tableau II, on peut noter l'importance des ponts de gomme entre les bandelettes de renfort. En effet, une présence complète des renforts au détriment des ponts de gomme donne un résultat en rigidité dégradé en comparaison à une présence partielle du renfort. 10 Le tableau III ci-après montre l'influence de l'espacement entre deux couches successives. Bande de roulement ayant un module de cisaillement égal à 0,6MPa 100 Eprouvette 8 128 Eprouvette 9 127 Tableau III Les éprouvettes 8 et 9 sont des éprouvettes selon l'invention comprenant chacune 3 couches de renfort. Dans l'éprouvette 8, les couches sont espacées de 0,5mm, et dans 15 l'éprouvette 9 de lmm. Les résultats sont donnés sur une base 100, c'est-à-dire que tous résultats supérieurs à 100 montrent une amélioration de la performance. De ce tableau, on peut noter qu'avec un espacement faible ou plus conséquent, on aboutit à de bons résultats en rigidité. 20 2016 Pat 000 34 FR REVENDICATIONS1 - Pneumatique comportant une direction tangentielle XX', une direction axiale YY' et une direction radiale ZZ' et comprenant au moins une armature de carcasse surmontée radialement à l'extérieur d'une armature de sommet, elle-même radialement à l'intérieur d'une bande de roulement, ladite armature de sommet étant constituée d'au moins une couche d'éléments de renforcement, ladite bande de roulement comprenant des fonds de sillon alternés avec des blocs d'élastomère, des renforts et étant reliée à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, lesdits bourrelets étant destinés à entrer en contact avec une jante, chaque bourrelet comportant au moins un élément de renforcement circonférentiel , caractérisé en ce que la bande de roulement est constituée en une composition caoutchouteuse ayant un module de cisaillement inférieur ou égal à 1MPa, en ce que les renforts de la bande de roulement sont présents sur toute la surface de ladite bande de roulement, et en ce que les renforts sont constitués d'au moins une première couche de filaments unitaires disposés selon la direction axiale, lesdites couches étant superposées les unes au-dessus des autres selon la direction radiale ZZ', lesdits filaments unitaires étant espacés les uns des autres, de manière régulière ou non, selon la direction axiale YY' d'une distance dl comprise entre 0 et 50pm. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel lorsque la distance dl entre chaque filament successif est nulle, lesdits filaments sont assemblés sous la forme de bandelettes de 4mm de longueur sur une même couche, chaque bandelette étant espacée les unes des autres d'une distance d2 comprise entre 01.1m et 1000 pm selon la direction axiale YY'. 3 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel deux couches de filaments successifs selon la direction radiale sont espacées d'une distance d3 comprise entre 0,5 et lmm, et de 25 préférence de lmm. 2016 Pat 000 34 FR 3047694 12 4 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 3, dans lequel les couches de filaments sont présentent en une quantité comprise entre 1 et 7, et de préférence entre 1 et 5. 5 - Pneumatique selon la revendication 2, dans lequel lorsque les bandelettes sont disposées de manière continue ou discontinue selon la direction axiale, elles occupent entre 0,3% et 5 2,1% du volume de la bande de roulement, la composition caoutchouteuse occupant entre 99,7% et 97,9% du volume de la bande de roulement. 6 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel les filaments unitaires présentent un module de Young compris entre 0,5 et 300GPa. 7 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel les filaments unitaires sont choisis 10 parmi le polyéthylène téréphtalate (PET), le nylon, le polybutylène téréphtalate (PBT), l'aramide, le poly(p-phénylène-2,6-benzobi soxazole) (PB 0). 8 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel les filaments unitaires de chaque couche présente un angle compris entre 30° et 150° par rapport à la direction tangentielle, les couches étant indépendantes l'une de l'autre. 15 9 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel les filaments unitaires présentent un diamètre moyen compris entre 5 et 401.1m. 10 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la composition caoutchouteuse de la bande de roulement présente un module de cisaillement supérieur ou égal à 0,5MPa et inférieur ou égal à 0,9MPa. 20 11 - Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la première couche de filaments unitaires est disposée dans la portion radialement la plus intérieure du sillon et à environ 2mm de la surface radialement la plus extérieure du pain de gomme, de manière à former une pose du filament unitaire sensiblement en forme d'arcade dans la bande de roulement. 2016 Pat 000 34 FR