Brevet FR3040912A1 — publié le 20170317

PNEUMATIQUE COMPORTANT DES CABLES D'ARMATURES DE CARCASSE PRESENTANT UN BAS TAUX DE CARBONE [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 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] 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. Dans le cas de pneumatiques de Génie Civil destinés aux roulages sur sols plus ou moins accidentés, la présence de deux couches de protection est 3040912 - 2 - avantageuse, les éléments de renforcement étant croisés d'une couche à la suivante et les éléments de renforcement de la couche de protection radialement intérieure étant croisés avec les éléments de renforcement inextensibles de la couche de travail radialement extérieure et adjacente à ladite couche de protection radialement intérieure. 5 [0004] 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] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. 10 [0006] La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. [0007] L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation normale. [0008] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du 15 pneumatique. [0009] 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. [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 20 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 25 et notamment une armature de carcasse dont les propriétés d'endurance sont suffisantes pour supporter lesdits rechapages. 3040912 - 3 - [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. [0012] Les éléments de l'armature de carcasse sont notamment soumis à des 5 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 10 "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 15 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 20 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 25 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 3040912 - 4 - 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. 5 [0017] 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] Il s'avère que ces solutions permettent d'améliorer les performances d'endurance des pneumatiques mais le plus souvent avec des coûts de fabrication desdits 10 pneumatiques plus importants. [0019] Les inventeurs se sont ainsi donnés pour mission de fournir des pneumatiques pour véhicules lourds de type "Poids-Lourds", dont les performances d'endurance sont améliorées notamment au regard des phénomènes de "fatigue-corrosion" ou de "fatiguefretting-corrosion", quelles que soient les conditions de roulage et dont le coût de 15 fabrication est réduit. [0020] 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 métalliques, dont le diamètre au seat est strictement supérieur à 19.5 pouces, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande 20 de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, les éléments de renforcement métalliques de ladite au moins une couche de l'armature de carcasse étant des câbles constitués de plusieurs fils d'acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % 175 + 930.0 - 600.1n(d) et R > 10 1500 MPa. [0029] La contrainte maximale à la rupture ou limite de rupture correspond à la force nécessaire pour faire rompre le fil. Les mesures de contrainte maximale avant rupture notée R (en MPa) sont effectuées selon la norme ISO 6892 de 1984. [0030] Même si la contrainte maximale avant rupture peut être dans certains cas 15 inférieure à celle de fils de l'état de la technique présentant un taux de carbone en masse C plus élevé, le fil selon l'invention est beaucoup moins sensible à la fatigue et à la corrosion ce qui améliore l'endurance du pneumatique et compense son éventuel déficit initial en contrainte maximale avant rupture. [0031] De plus, le taux de carbone en masse C étant relativement faible, on améliore la 20 tréfilabilité du fil, c'est-à-dire la possibilité d'écrouir suffisamment le fil par tréfilage pour lui conférer des propriétés de résistance mécaniques importantes et notamment une contrainte maximale avant rupture satisfaisante. Il peut ainsi être possible de réduire le diamètre du fil, et donc alléger le pneumatique, tout en conservant une résistance mécanique suffisante pour renforcer le pneumatique. 25 [0032] De préférence encore selon l'invention, lesdits fils d'acier présentent un taux de chrome en masse Cr tel que Cr 350 + 930.0 - 600.1n(d), de préférence R > 500 + 930.0 - 600.1n(d), plus préférentiellement R > 700 + 930.0 - 600.1n(d). [0044] Avantageusement, d est supérieur ou égal à 0,10 mm et de préférence à 10 0,12 mm. [0045] Lorsque le diamètre d est trop petit, le coût de revient industriel du fil devient trop important et incompatible avec une production de masse. [0046] Dans certains modes de réalisation, d > 0,15 mm et R > 1800 MPa et de préférence d > 0,15 mm et R > 1900 MPa. 15 [0047] 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. [0048] 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. 20 [0049] Dans certains modes de réalisation, d 2000 MPa et de préférence d 2100 MPa. [0050] Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments de renforcement métalliques 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 25 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 3040912 - 9 - couche C2 étant 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. [0051] De préférence, le diamètre des fils de la première couche de la couche interne (Cl) est compris entre 0.10 et 0.4 mm et le diamètre des fils des couches externes (C2, C3) 5 est compris entre 0.10 et 0.4 mm. [0052] De préférence encore, le pas d'hélice d'enroulement desdits fils de la couche externe (C3) est compris entre 8 et 25 mm. [0053] 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 10 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. [0054] Dans la construction L+M+N selon l'invention, la couche intermédiaire C2 15 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, dont le diamètre au seat est strictement supérieur à 19.5 pouces, 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 métalliques de ladite au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles constitués de plusieurs fils d'acier présentant un taux de carbone en masse C tel que 0.01 % 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fils d'acier présentent une contrainte maximale avant rupture R, exprimée en MPa, telle que R > 175 + 930.0 - 600.1n(d) et R > 1500 MPa. 3 - Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits fils d'acier présentent un taux de chrome en masse Cr tel que Cr 4 - 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 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 d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20. 5 - Pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre des fils de la première couche (Cl) est compris entre 0.10 et 0.4 mm, et en ce que le diamètre des fils des couches (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.4 mm. 3040912 -23- 6 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement métalliques de ladite au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles non frettés présentant au test dit de perméabilité un débit inférieur à 20 cm3/mn. 7 - Pneumatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments de renforcement 5 métalliques de ladite au moins une couche de l'armature de carcasse sont des câbles à au moins deux couches et en ce qu'au moins une couche interne est gainée d'une couche constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée, de préférence à base d'au moins un élastomère diénique. 8 - Pneumatique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les câbles présentent au 10 test dit de perméabilité un débit inférieur à 10 cm3/mn et de préférence inférieur à 2 cm3/mn 9 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 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 ladite surface intérieure de la cavité est inférieure à 3.2 mm. 15 10 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, 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 1.5 mm. 20 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, 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 25 épaisseur inférieure à 1.7 mm. 12 - 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, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. 3040912 -24- 13 - 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. 14 - 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 5 de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, 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 inextensibles de la nappe de travail qui lui est radialement adjacente. 15 - 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 10 métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60°.