Brevet FR3045453A1 — publié le 20170623

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UN ELEMENT MULTICOUCHE POUR PNEUMATIQUE [1] L'invention se situe dans le domaine de la fabrication de pneumatiques et elle concerne plus particulièrement la fabrication d'un élément multicouche utilisé comme gomme intérieure d'un pneumatique. [2] De manière généralement connue, la structure d'un pneumatique de type radial comprend plusieurs zones ayant chacune un rôle bien défini dans le fonctionnement d'un pneumatique. Un pneumatique comprend ainsi deux régions de 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 et couches de gomme sur un tambour de confection rotatif, ces nappes et couches 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 couche disposée sur le tambour de confection est la gomme intérieure car elle forme la paroi interne étanche au gaz de gonflage du pneumatique. La pression de gonflage du pneumatique est un paramètre important pour un pneumatique, car de cette pression dépendent le port de la charge et également la pérennité de la structure du pneumatique. Une telle gomme intérieure est réalisée aujourd'hui dans une composition à base de caoutchouc butyle. Tout en ayant d'excellentes propriétés d'étanchéité, une telle gomme intérieure pénalise la résistance au roulement du pneumatique. [5] On connaît par ailleurs d'autres matériaux qui ont de bonnes propriétés 3045453 2 d'étanchéité, tels les matériaux thermoplastiques, mais qui ne sont pas déformables ou encore d'autres qui, à l'inverse, sont bien déformables, comme les matériaux élastomères, mais n'assurent pas une bonne étanchéité. [6] L'invention a pour objectif de pallier à ces inconvénients et de proposer un 5 procédé et un dispositif de fabrication d'un élément déformable et possédant une étanchéité améliorée apte à servir de gomme intérieure. [7] A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un élément multicouche pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches de bandelettes séparées entre elles par une couche de gomme de découplage, dans lequel 10 on dispose les bandelettes de chaque couche côte à côte selon une direction principale de pose en espaçant les bandelettes de la première couche entre elles d'une distance inférieure à la largeur des bandelettes de la deuxième couche, dans lequel les bords des bandelettes de la première couche se chevauchent avec les bords des bandelettes de la deuxième couche et dans lequel lesdites bandelettes sont prédécoupées en largeur. 15 [008] Selon l'invention, on réalise un élément multicouche sous forme d'ensemble stratifié par un agencement avantageux de bandelettes en au moins deux couches superposées séparées par une gomme de découplage, les bandelettes étant réalisées en un matériau ayant une bonne imperméabilité au gaz de gonflage et étant prédécoupées en largeur. Par bandelette prédécoupée en largeur, on comprend que la bandelette comprend, 20 en au moins un point, de préférence en plusieurs points répartis sur la largeur (dans une direction perpendiculaire à sa plus grande dimension) de la bandelette, une ou des découpures. Grâce à ce procédé, on obtient un élément multicouche pour pneumatique qui est agencé radialement le plus à l'intérieur du pneumatique et il assure l'étanchéité au gaz de gonflage. 25 [009] Plus particulièrement, de par le fait que les bandelettes sont prédécoupées, elles sont divisées dans des morceaux plus petits qui se déplacent en suivant les mouvements de déformation de la gomme de découplage. On arrive ainsi à avoir une bonne conformation de l'élément multicouche, malgré le fait qu'il soit réalisé à base de bandelettes qui sont en un matériau peu déformable, comme c'est le plus souvent le cas pour les matériaux présentant 30 une bonne étanchéité au gaz de gonflage. Ainsi, un tel élément multicouche assure une bonne étanchéité non seulement avant, mais également après la conformation de l'ébauche de pneumatique. [010] Un tel élément multicouche a l'avantage de d'assurer une étanchéité au gaz de 3045453 3 gonflage au moins équivalente aux solutions existantes tout en permettant de réduire de manière substantielle la résistance au roulement par rapport à un pneumatique classique. [11] En effet, la structure de l'élément multicouche selon l'invention comprend des bandelettes mono filament aplaties, chacune étant imperméable au gaz de gonflage, les 5 différentes bandelettes étant disposées en quinconce lorsqu'elles sont «à plat » ou lors de la phase de confection 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 10 coefficient d'allongement de la gomme de découplage est supérieur à celui des bandelettes ce qui fait 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 15 bandelettes, lors de la mise en conformation, les bandelettes glissent l'une sur l'autre, ce qui mène à une conformation avec 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 20 la déformation de la gomme de découplage et se déplacent en même temps que celle-ci. De surcroît, la pose de la bandelette sur une couche de gomme rend plus aisée la fabrication de l'élément multicouche. [12] De préférence, on prédécoupe chaque bandelette à des intervalles réguliers sensiblement égaux à la largeur de la bandelette. Ceci permet de diviser la bandelette dans 25 des petits carrés qui sont amenés à se déplacer en trois dimensions pour mieux suivre la déformation de la gomme de découplage [13] Avantageusement, toutes les bandelettes ont une même largeur. Ceci permet d'obtenir des petits carrés de bandelette ayant tous les mêmes dimensions, ce qui assure un déplacement uniforme des carrés des deux couches de bandelettes rendus solidaires de la 30 gomme de découplage. [14] De préférence, les bords des bandelettes qui forment les deux couches superposées se chevauchent sur au moins 20% de leur largeur. Ceci permet d'assurer une bonne étanchéité après conformation, même dans les zones du pneumatique où la conformation est plus importante, telle la zone des épaules. 3045453 4 [15] 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 autres couches de gomme qui entre dans la structure d'un pneumatique. [16] De préférence, ledit élément multicouche comprend, dans l'ordre: une couche 5 externe de gomme d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une première couche de bandelettes 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 ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm et une couche interne de gomme d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm. 10 [017] Avantageusement, la largeur des bandelettes est comprise entre 1 et 12mm, de préférence entre 3 et lOmm. [18] De préférence, lesdites bandelettes sont en un seul matériau. [19] De préférence encore, ledit matériau est choisi parmi: le PET, le PEN ou les polyamides. 15 [020] La gomme ou nappe intérieure doit être à la fois déformable et étanche. Parmi les matériaux aptes à répondre à ces exigences, on connaît les matériaux élastomères qui ont d'excellentes propriétés de déformabilité, mais présentent en général une faible étanchéité intrinsèque. On connaît par ailleurs les matériaux thermoplastiques qui ont une bonne étanchéité au gaz de gonflage, mais sont si peu déformables que leur utilisation n'est 20 pas compatible avec les contraintes de fabrication, voire d'utilisation d'un pneumatique. Or, le procédé de fabrication d'un élément multicouche de l'invention permet de concilier les avantages des deux catégories de matériaux. [21] Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, on réalise ledit élément multicouche par enroulement de couches successives sur une virole rotative ou sur un 25 tambour de confection rotatif. [22] L'objet de l'invention est de réaliser un pneumatique comportant un élément multicouche obtenu avec le procédé de l'invention. [23] L'objet de l'invention est également atteint avec un dispositif de fabrication d'élément multicouche pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux 30 couches de bandelettes de forme aplatie séparées entre elles par une couche de gomme de découplage, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble comprenant un premier cylindre enclume et un deuxième cylindre de poinçonnage de bandelette, ledit ensemble étant 3045453 5 agencé entre une bobine de stockage de bandelette et une tête de pose de celle-ci. [024] De préférence, ledit cylindre de poinçonnage comprend au moins une fente radiale débouchant sur la périphérie du cylindre et à travers laquelle font saillie les dents d'une lame. 5 [025] Un tel dispositif permet de poser deux couches superposées de bandelettes prédécoupées agencées de part et d'autre d'une couche de gomme de découplage et d'obtenir une excellente étanchéité au gaz de gonflage et une bonne mise en forme lors de la conformation de l'ébauche de pneumatique, grâce au déplacement des petits carrés qui suivent la déformation de la gomme, sans à avoir à poser les carrés un par un. Ceci permet 10 de réaliser un élément multicouche avec une bonne précision d'exécution et une bonne productivité. [26] De préférence, ledit dispositif comprend un outil de coupe de bandelette agencé au voisinage de la tête de pose. [27] Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de réglage de la vitesse 15 de rotation des cylindres de l'ensemble en fonction de la vitesse de rotation de la tête de pose. Ceci permet de garder constante la tension de pose des bandelettes. [28] De préférence, lesdits moyens de réglage comprennent un compensateur agencé entre la tête de pose et l'ensemble de cylindres pour commander le moteur d'entraînement desdits cylindres. Un tel compensateur permet de réduire la tension 20 appliquée au ruban fragilisé par les perforations, tout en assurant une tension constante de pose des bandelettes issues du ruban à l'aide de la tête de pose. [29] 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 : 25 - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un élément multicouche selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique en perspective de l'élément multicouche de la figure 1 après conformation de l'ébauche de pneumatique, - la figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale d'un élément 30 multicouche de la figure 1, 3045453 6 - la figure 4 est une vue frontale d'un dispositif de fabrication d'un élément multicouche de l'invention, - les figures 5 à 7 illustrent différents composants et sous-ensembles du dispositif de la figure 4. 5 [030] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent la même référence. Leur description n'est donc pas systématiquement reprise. [031] Comme l'illustrent les figures 1 à 7, l'invention est relative à la fabrication d'un élément multicouche 1 qui utilise un arrangement avantageux de bandelettes 2,3 déposées en couches superposées pour former un ensemble étanche utilisé en remplacement d'une 10 gomme intérieure de type connu. Les bandelettes 2,3 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 [032] Par élément multicouche 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. [33] 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. [34] 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. [35] Plus particulièrement selon l'invention, l'élément multicouche est réalisée sous forme d'un ensemble formé de deux couches de bandelettes espacées entre elles, se chevauchant et comportant une gomme de découplage disposée entre et au contact de deux 30 couches de bandelettes, les bandelettes étant prédécoupées à intervalles réguliers sur leur largeur. [36] Dans un exemple préféré de l'invention, la couche de gomme est un 3045453 7 thermoplastique élastomère qui est de préférence un SIBS (styrène iso butylène styrène) qui est très deformable, mais qui présente une résistance au passage de l'air assez faible. [037] Les bandelettes sont réalisées à partir d'un film étiré mono ou multi axialement ayant un module en extension E supérieur à 500 MPa qui présentent d'excellentes 5 propriétés d'étanchéité au gaz de gonflage. Ce film est réalisé de préférence en 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 on peut utiliser des matériaux différents pour chaque couche. 10 [038] 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. [39] Dans une autre variante, matériau composite comportant une matrice de PET, 15 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. [40] Le matériau de la bandelette est choisi de manière à présenter une bonne 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 20 comprise entre 0,1 et 1 cm3mm/m2/jour/atm. [41] La figure 3 illustre par une vue en perspective élément multicouche 1 selon l'invention qui comprend une première couche 12 de bandelettes 2 parallèles entre elles et parallèles à une direction de pose A (fig. 1). L'élément multicouche 1 comprend également une deuxième couche 13 de bandelettes 3 parallèles entre elles et parallèles également à la 25 direction de pose A. Les bandelettes 2 sont disposées côte à côté en étant espacées entre elles d'une distance inférieure à la largeur des bandelettes 3. Les bandelettes 3 sont disposées côte à côte, espacées entre elles d'une distance qui est inférieure à la largeur des bandelettes 2. Les bandelettes de la première couche 12 sont décalées par rapport aux bandelettes de la deuxième couche dans une direction perpendiculaire à la direction de pose 30 A. Les deux couches de bandelettes sont séparées par une couche de gomme de découplage 3. L'élément multicouche est complété par deux couches de gomme, une couche externe 5 et une couche interne 6. [42] La figure 3 illustre par une vue schématique en coupe réalisée avec un plan 3045453 8 transversal à la direction de pose A, un élément multicouche avant la conformation de l'ébauche ou lors d'une pose à plat, tel qu'illustré à la figure 1. La figure 2 illustre l'élément multicouche de la figure 1 après conformation de l'ébauche de pneumatique. On rappelle que par conformation on comprend une opération lors de laquelle on réalise le passage 5 d'une ébauche de forme générale cylindrique à une forme générale toroïdale. [43] Plus particulièrement, afin d'assurer la conformation du pneumatique, on réalise une prédécoupe des bandelettes 2 et 3 avant l'assemblage de l'élément multicouche, tel que représenté par les traits interrompus 2' et 3' à la fig. 1. L'élément multicouche 1 se présente ainsi comme une structure composite de couches de bandelettes prédécoupées et de 10 couches de gomme avant conformation. Lors de la conformation que l'on réalise, par exemple, par gonflage, la pression de gonflage déforme l'ébauche de pneumatique et divise les bandelettes 2,3 initialement fragilisées, en petits carrés 2a et 3a, comme visible à la fig. 2. Les petits carrés 2a, 3a sont séparés par des ponts de gomme très deformable, ce qui permet d'assurer une conformation correcte en forme de tore de l'ébauche, les carrés 15 s'écartant les uns par rapport aux autres en suivant la déformation de la gomme, tel que représenté par les flèches F et G à la fig. 2. [44] 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 12 de bandelettes par agencement de plusieurs bandelettes parallèles entre elles, espacées d'une 20 distance « d », avec un pas « p ». On réalise la deuxième couche 13 de bandelettes de la même manière, mais en décalant les bandelettes 3 de manière à ce que leurs bords se chevauchent avec les bandelettes 2 de la première couche 12 d'une distance de recouvrement « r ». On note sur la figure 2 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'un élément multicouche (1) pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches (12,13) de bandelettes (2,3) séparées entre elles par une couche de gomme de découplage (4), dans lequel on dispose les bandelettes de chaque couche côte à côte selon une direction principale de pose en espaçant les bandelettes (2) de la première couche (12) entre elles d'une distance inférieure à la largeur des bandelettes (3) de la deuxième couche (13), dans lequel les bords des bandelettes (2) de la première couche (12) se chevauchent avec les bords des bandelettes (3) de la deuxième couche (13) et dans lequel lesdites bandelettes (2,3) sont prédécoupées en largeur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prédécoupe chaque bandelette (2,3) à des intervalles réguliers sensiblement égaux à la largeur de la bandelette. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que toutes les bandelettes (2,3) ont une même largeur. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bords des bandelettes (2,3) qui forment les deux couches (12,13) superposées se chevauchent sur au moins 20% de leur largeur. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble stratifié est disposé entre et au contact de deux couches de gomme (5,6). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément multicouche comprend, dans l'ordre: une couche externe (5) de gomme d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une première couche de bandelettes (2) ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm, une couche de gomme de découplage (4) d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, une deuxième couche de bandelettes (3) ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,35 mm et une couche interne (6) de gomme d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites bandelettes (22) sont en un seul matériau choisi parmi: le PET, le PEN ou les polyamides. 3045453 14 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément multicouche (1) est réalisé par enroulement de couches successives sur une virole rotative ou sur un tambour de confection rotatif. 9. Pneumatique exempt de gomme interne d'étanchéité comportant un élément multicouche 5 (1) obtenu avec un procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Dispositif de fabrication d'élément multicouche pour pneumatique sous forme d'un ensemble stratifié formé de deux couches (12,13) de bandelettes (2,3) séparées entre elles par une couche de gomme de découplage (4), caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de cylindres (25) rotatifs comprenant un premier cylindre enclume (26) et un 10 deuxième cylindre de poinçonnage (27) de bandelette ledit ensemble étant agencé entre une bobine (22) de stockage de ruban (23) et une tête de pose (41) de bandelettes (2,3) issues du ruban (23). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit cylindre de poinçonnage (27) comprend au moins une fente radiale (31) débouchant sur la périphérie du cylindre et 15 à travers laquelle font saillie les dents (33) d'une lame (32). 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend un outil de coupe (45) de bandelette agencé au voisinage de la tête de pose (40). 13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de la vitesse de rotation des cylindres de l'ensemble (25) en fonction 20 de la vitesse de rotation de la tête de pose (41). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage comprennent un compensateur (39) agencé entre la tête de pose (41) et l'ensemble de cylindres (25) pour commander le moteur d'entraînement desdits cylindres. 25