Brevet FR3045464A1 — publié le 20170623

- 1 - PNEUMATIQUE PRESENTANT DES PROPRIETES D'USURE AMELIOREES [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] 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. 3045464 - 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 10 et 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 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 20 contrainte apparente, en MPa) à 10% d'allongement (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme AFNOR-NFT-40101 de décembre 1979). [0013] 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 de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous 25 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 et en particulier de l'armature de sommet est pénalisée. 3045464 - 3 - [0014] 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, alliées à une élévation non négligeable de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la couche de sommet axialement la plus courte, qui ont pour conséquence l'apparition et la 5 propagation de fissures de la gomme au niveau desdites extrémités. [0015] Afin d'améliorer l'endurance de l'armature de sommet du type de pneumatique étudié, des solutions relatives à la structure et qualité des couches et/ou profilés de mélanges caoutchouteux qui sont disposés entre et/ou autour des extrémités de nappes et plus particulièrement des extrémités de la nappe axialement la plus courte ont déjà été 10 apportées. [0016] Il est notamment connu d'introduire une couche de mélange caoutchouteux entre les extrémités des couches de travail pour créer un découplage entre lesdites extrémités pour limiter les contraintes de cisaillement. De telles couches de découplage doivent toutefois présenter une très bonne cohésion. De telles couches de mélanges 15 caoutchouteux sont par exemple décrites dans la demande de brevet WO 2004/076204. [0017] Les pneumatiques ainsi réalisés permettent effectivement d'améliorer les performances notamment en termes d'endurance. [0018] Par ailleurs, il est connu pour réaliser des pneumatiques à bande de roulement très large ou bien pour conférer à des pneumatiques d'une dimension donnée des capacités 20 de charges plus importantes d'introduire une couche d'éléments de renforcement circonférentiels. La demande de brevet WO 99/24269 décrit par exemple la présence d'une telle couche d'éléments de renforcement circonférentiels. [0019] 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 25 pose par rapport à la direction circonférentielle est inférieur à 2.5°. [0020] En combinaison avec cette structure interne de pneu, il est connu de pourvoir la bande de roulement, c'est-à-dire la partie du pneu destinée à venir en contact avec le sol lors du roulage et à s'user lors du roulage, d'une sculpture formée d'éléments de relief délimités par des rainures qu'elles soient d'orientation circonférentielle, transversale ou oblique. 3045464 - 4 - L'objectif d'une telle sculpture est de conférer à la bande de roulement de bonnes performances en roulage sur chaussée sèche et sur chaussée revêtue d'eau notamment par temps de pluie. [0021] Pour améliorer les performances des bandes de roulement sans toutefois trop 5 abaisser les rigidités de cisaillement desdites bandes, il est connu de former sur la surface de roulement une pluralité d'arêtes orientées transversalement ou en oblique afin de couper la pellicule d'eau sur une chaussée pour assurer un bon contact entre la bande de roulement et la chaussée. Un moyen d'obtention de telles arêtes consiste à pourvoir la bande avec une pluralité de découpures, ces découpures ayant la forme de rainures ou la forme d'incisions. 10 On distingue, dans la présente demande, les incisions des rainures en ce que les incisions ont une largeur appropriée pour permettre pendant le roulage un contact au moins partiel entre les parois en vis-à-vis délimitant ces incisions et notamment au cours du passage dans le contact avec le sol, ce qui ne saurait être le cas pour les rainures dans les conditions normales d'usage du pneumatique. 15 [0022] Combiné à ce besoin d'améliorer la performance d'adhérence par la présence d'arêtes formées par les découpures transversales, il est également requis que les performances d'une bande de roulement soient pérennes, c'est-à-dire que des performances satisfaisantes soient atteintes même après une usure partielle plus ou moins avancée. Par usure partielle d'une bande de roulement, on entend un état d'usure correspondant à une 20 épaisseur de bande de roulement au plus égale à l'épaisseur totale de bande pouvant être usée avant de devoir changer le pneumatique notamment pour des raisons de réglementation. [0023] La demande de brevet WO 02/38399-A2 décrit une bande de roulement pour pneu de véhicule poids lourd, cette bande de roulement comprenant une pluralité de 25 rainures circonférentielles et transversales. Les rainures transversales sont formées d'une alternance de zones en creux et d'incisions de façon à avoir un volume de creux s'ouvrant sur la surface de roulement à l'état neuf et un volume de creux cachés, ces creux cachés étant destinés à s'ouvrir après une usure partielle de la même bande de roulement. La présence de creux cachés - apparaissant avec l'usure, permet d'avoir une plus grande rigidité à l'état initial tout en assurant une performance d'adhérence quel que soit le niveau d'usure de la bande. 3045464 - 5 - [0024] Lors d'essais, les inventeurs ont mis en évidence que la présence de la combinaison de découpures longitudinales et transversales comportant des creux cachés, la dimension des creux cachés pouvant être relativement peu importante pour les deux types de découpures, pouvait conduire à une dégradation des performances en termes d'usure, 5 avec l'apparition de formes d'usures irrégulières, en comparaison de pneumatiques similaires ne comportant pas de tels creux cachés pour des usages identiques. [0025] Un but de l'invention est de fournir des pneumatiques dont les propriétés d'usure et plus spécifiquement de régularité d'usure sont conservées ou améliorées quel que soit l'usage, les pneumatiques comportant une combinaison de découpures longitudinales et 10 transversales comportant des creux cachés présentes sur la bande de roulement et dont la fabrication est simplifiée voire dont les coûts de fabrication sont réduits. [0026] Ce but est atteint selon l'invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, une couche C de mélange caoutchouteux étant disposée 15 entre au moins les extrémités desdites au moins deux couches de sommet de travail, ladite armature de sommet étant coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels, ladite bande de roulement comportant une surface de roulement destinée à venir en contact 20 avec une chaussée et former une surface de contact, ladite bande de roulement étant constituée d'au moins une partie centrale s'étendant au moins dans la zone du plan équatorial et deux parties axialement extérieures et présentant au moins dans ladite partie centrale au moins une découpure d'orientation longitudinale et au moins une découpure d'orientation transversale, la profondeur, mesurée sur pneumatique neuf dans au moins 25 ladite partie centrale, de ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale étant supérieure ou égale à 40 % de l'épaisseur de la bande roulement, le ratio de la largeur mesurée au fond de la ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale sur la largeur mesurée en surface de la bande de roulement sur pneumatique neuf de la ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale étant supérieur à 1.2, la profondeur, 30 mesurée sur pneumatique neuf dans au moins ladite partie centrale, de ladite au moins une découpure d'orientation transversale étant supérieure ou égale à 40 % de l'épaisseur de la 3045464 - 6 - bande roulement, le ratio de la largeur mesurée au fond de ladite au moins une découpure d'orientation transversale sur la largeur mesurée en surface de la bande de roulement sur pneumatique neuf de la ladite au moins une découpure d'orientation transversale étant supérieur ou égal à 1, la distance d entre l'extrémité de la couche de travail axialement la 5 plus étroite et la couche de travail séparée de la couche de travail axialement la plus étroite par la couche C de mélange caoutchouteux étant telle que 1.10 REVENDICATIONS1 - Pneumatique à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, une couche C de mélange caoutchouteux étant disposée entre au moins les extrémités desdites au moins deux couches de sommet de travail, ladite armature de sommet étant coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels, ladite bande de roulement comportant une surface de roulement destinée à venir en contact avec une chaussée et former une surface de contact, ladite bande de roulement étant constituée d'au moins une partie centrale s'étendant au moins dans la zone du plan équatorial et deux parties axialement extérieures et présentant au moins dans ladite partie centrale au moins une découpure d'orientation longitudinale et au moins une découpure d'orientation transversale, caractérisé en ce que la profondeur, mesurée sur pneumatique neuf dans au moins ladite partie centrale, de ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale est supérieure ou égale à 40 % de l'épaisseur de la bande roulement, en ce que le ratio de la largeur mesurée au fond de la ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale sur la largeur mesurée en surface de la bande de roulement sur pneumatique neuf de la ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale est supérieur à 1.2, en ce que la profondeur, mesurée sur pneumatique neuf dans au moins ladite partie centrale, de ladite au moins une découpure d'orientation transversale est supérieure ou égale à 40 % de l'épaisseur de la bande roulement, en ce que le ratio de la largeur mesurée au fond de la ladite au moins une découpure d'orientation transversale sur la largeur mesurée en surface de la bande de roulement sur pneumatique neuf de ladite au moins une découpure d'orientation transversale est supérieur ou égal à 1, en ce que la distance d entre l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite et la couche de travail séparée de la couche de travail axialement la plus étroite par la couche C de mélange caoutchouteux est telle que 1.10 2.20, o étant le diamètre des éléments de renforcement de ladite au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels, dans un plan méridien, et en ce que l'épaisseur de la couche C de mélange caoutchouteux est sensiblement constante sur la largeur axiale comprise entre l'extrémité axialement intérieure de la couche C et l'extrémité de la couche de travail axialement la plus étroite. 3045464 -35- 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio de la largeur mesurée au fond de la ladite au moins une découpure d'orientation transversale sur la largeur mesurée en surface de la bande de roulement sur pneumatique neuf de la ladite au moins une découpure d'orientation transversale est supérieur à 1.2. 5 3 - Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur mesurée au fond de ladite au moins une découpure d'orientation transversale est strictement supérieure à 2 mm. 4 - Pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur mesurée au fond de ladite au moins une découpure d'orientation transversale est de préférence inférieure à 10 mm. 10 5 - Pneumatique selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la largeur mesurée au fond de ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale est strictement supérieure à 3 mm. 6 - Pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la largeur mesurée au fond de ladite au moins une découpure d'orientation longitudinale est inférieure à 10 mm. 15 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement de la première couche C est inférieur à 8 MPa et en ce que la valeur maximale de tan(8), noté tan(8).' de la première couche C est inférieure à 0.100. 8 - Pneumatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche C de mélange 20 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, 3045464 - 36 - 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 9 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, lesdites au moins deux couches de sommet de travail étant chacune formée d'éléments de renforcement insérés entre deux couches 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 20 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. 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 25 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 : a) soit par du noir de carbone de surface spécifique BET supérieure à 60 m2/g, 3045464 - 37 - 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, 5 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 surface SiOH et/ou AlOH choisie dans le groupe formé par les silices précipitées ou 10 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, d) soit par un coupage de noir de carbone décrit en (a) et/ou de noir de carbone décrit 15 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. 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'éléments de renforcement circonférentiels est radialement disposée entre deux couches de sommet de travail. 20 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, de préférence inextensibles, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. 13 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 25 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. 3045464 -38- 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 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 5 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 métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 45°. 10