Brevet FR3041282A1 — publié le 20170324

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT DE RENFORT GAINE COMPRENANT UNE ETAPE DE DEGRAISSAGE DOMAINE DE L'INVENTION [001] Le domaine de la présente invention est celui des éléments de renfort gainé, utilisables pour renforcer des articles ou produits semi-finis en caoutchouc tels que par exemple des bandages pneumatiques. De tels éléments de renfort gainés comprennent un élément filaire métallique ainsi qu'une couche d'une composition polymérique thermoplastique gainant l'élément filaire métallique. L'élément filaire métallique comprend généralement un assemblage de plusieurs monofilaments métalliques. [002] La présente invention a pour objets un procédé de fabrication d'un élément de renfort, un élément de renfort, un bandage pneumatique ainsi qu'une installation de fabrication correspondants. ETAT DE LA TECHNIQUE [003] Le gainage des éléments filaires métalliques par une couche de composition polymérique thermoplastique est connu en lui-même. Le gainage permet de protéger les éléments filaires métalliques contre diverses agressions externes telles que des oxydations ou des abrasions. De plus, le gainage est réalisé en vue de rigidifier les éléments de renfort structurellement, solidariser entre eux le cas échéant plusieurs monofilaments ou plusieurs assemblages de monofilaments, et ainsi augmenter notamment leur résistance au flambage. [004] Ces éléments filaires ainsi gainés peuvent être ensuite noyés dans des matrices de caoutchouc, en particulier destinées à des bandages pneumatiques. [5] Les monofilaments métalliques et les éléments filaires sont de manière inhérente recouverts au moins en partie d'un résidu d'un lubrifiant, provenant notamment de procédés antérieurs de tréfilage et d'assemblage utilisés pour obtenir lesdits monofilaments et lesdits éléments filaires. Un tel résidu est issu de la dégradation de lubrifiants organiques et/ou minéraux connus par l'homme du métier, par exemple comme décrits dans W02008113481. [6] Les éléments filaires sont également classiquement traités thermiquement préalablement à l'étape de gainage, par exemple par chauffage, pour obtenir une bonne 3041282 2 interaction entre le métal des monofilaments et la composition de la gaine. Cependant, ce traitement thermique génère une vaporisation du résidu de lubrifiant de sorte que des bulles sont formées dans la gaine lors de l'étape de gainage. Ces bulles présentes dans la gaine impactent directement et considérablement les propriétés mécaniques de l'élément de 5 renfort gainé, notamment ses propriétés en endurance. [7] Un objectif de l'invention est de proposer un élément de renfort gainé présentant une endurance améliorée par rapport à l'élément de renfort gainé de l'état de la technique. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [8] Pour ce faire est proposé un procédé de fabrication d'un élément de renfort pour 10 bandage pneumatique à partir d'au moins un élément filaire métallique recouvert au moins en partie d'un résidu d'un lubrifiant, le procédé comprenant : une étape de retrait d'au moins une partie du résidu de lubrifiant dudit élément filaire métallique, puis 15 une étape de chauffage dudit élément filaire métallique à une température de chauffage supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant, puis une étape de gainage au cours de laquelle ledit élément filaire métallique est gainé par une couche comprenant une composition polymérique thermoplastique. 20 [009] Avantageusement, l'étape de retrait permet de limiter significativement, voire de supprimer la présence de bulles de vapeur de résidu de lubrifiant dans la couche comprenant la composition polymérique thermoplastique. L'élément de renfort obtenu présente des propriétés mécaniques améliorées par la réduction, voire la suppression de bulles de résidu de lubrifiant dans la couche comprenant la composition polymérique 25 thermoplastique. [010] Selon d'autres modes de réalisations considérés seuls ou en combinaison : l'étape de retrait comprend une étape de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant par chauffage dudit élément filaire métallique à une température de retrait supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant ; et/ou 3041282 3 - l'étape de retrait comprend une étape d' entrainement du résidu de lubrifiant au moins partiellement vaporisé par un flux d'air au travers duquel est agencé l'élément filaire métallique; et/ou - la température de chauffage est comprise entre la température de fusion de la 5 composition polymérique thermoplastique moins 30°C (Tf-30°C, Tf étant la température de fusion de la composition polymérique thermoplastique) et 300°C ; et/ou - l'élément filaire métallique comprend un assemblage de plusieurs monofilaments métalliques ; et/ou 10 - chaque monofilament métallique présente un diamètre compris entre 0,15 mm et 0,35 mm, de préférence entre 0,25 mm et 0,32 mm. [11] La présente invention concerne également un élément de renfort pour bandage pneumatique, susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention. [12] En outre, l'invention concerne un élément de renfort pour bandage pneumatique 15 comprenant : - un élément filaire métallique, - une couche comprenant une composition polymérique thermoplastique gainant l'élément filaire métallique, la couche étant dépourvue de bulles d'un résidu d'un lubrifiant. [13] L'invention porte également sur un bandage pneumatique comprenant un élément 20 de renfort selon l'invention. [14] Un autre objet de l'invention concerne une installation de fabrication d'un élément de renfort pour bandage pneumatique à partir d'au moins un élément filaire métallique recouvert au moins en partie d'un résidu d'un lubrifiant, l'installation comprenant d'amont en aval dans un sens de défilement de l'élément filaire métallique: 25 - un dispositif de retrait d'au moins une partie du résidu de lubrifiant dudit élément filaire métallique, - un dispositif de chauffage dudit élément filaire métallique configuré pour chauffer ledit élément filaire métallique à une température de chauffage supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant, et 30 un dispositif de gainage dudit élément filaire métallique configuré pour recouvrir ledit élément filaire métallique d'une couche comprenant une composition polymérique thermoplastique. 3041282 4 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [15] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un élément de renfort gainé selon l'art antérieur observé au microscope optique; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élément de renfort gainé selon l'invention observé au microscope optique; la figure 3 est un schéma d'un procédé et d'une installation de fabrication d'un 10 élément de renfort selon l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe radiale d'un bandage pneumatique selon l'invention. [16] Dans la présente description, toutes les valeurs de température ont été mesurées avec un pyromètre laser (IMPACT Infratherm IP140). D'après les données constructeur, ce 15 thermomètre infrarouge permet des mesures avec une précision à +/- 4°C sur une plage d'utilisation allant de 75°C à 300 °C. ELEMENT DE RENFORT SELON L'ART ANTERIEUR ET SELON L'INVENTION [17] On a représenté un élément de renfort gainé B selon l'art antérieur à la figure 1 et un élément de renfort gainé S selon l'invention à la figure 2. 20 [018] Chaque élément de renfort B et S comprend un élément filaire métallique 10. L'élément filaire métallique 10 comprend ici un assemblage de plusieurs monofilaments métalliques 12. Chaque monofilament métallique 12 présente un diamètre compris entre 0,15 mm et 0,35 mm, de préférence entre 0,25 mm et 0,32 mm. [19] Chaque monofilament métallique 12 comprend une âme métallique, par exemple en 25 acier. Dans certains modes de réalisation, chaque monofilament métallique 12 comprend un revêtement métallique revêtant l'âme métallique, par exemple en zinc ou en laiton. Dans d'autres modes de réalisation, chaque monofilament métallique 12 est dépourvu de revêtement métallique revêtant l'âme métallique. [20] Chaque élément de renfort B et S comprend également une gaine G revêtant l'élément 30 filaire métallique 10. La gaine G des éléments de renfort B et S comprend une unique couche 11 comprenant, ici constituée d'une composition polymérique thermoplastique 3041282 5 gainant l'élément filaire 10. Dans d'autres modes de réalisation, la gaine G comprend plusieurs couches, au moins l'une d'entre elles comprenant une composition polymérique thermoplastique. On pourra se référer aux différents matériaux et couches décrits dans les demandes W02010/136389, W02010/105975, W02011/012521, 5 W02011/051204, W02012/016757, W02012/038340, W02012/038341, W02012/069346, W02012/104279, W02012/104280 et W02012/104281. [21] Comme cela est visible sur la figure 1, l'élément de renfort B selon l'art antérieur comprend des bulles 13 de résidus de lubrifiant vaporisées. Plus précisément, la couche 11 comprend les bulles 13 qui sont piégées en périphérie de chaque 10 monofilament métallique 12. [22] A l'inverse, comme cela est visible sur la figure 2, la couche 11 gainant l'élément filaire métallique est dépourvue de bulle de résidus de lubrifiant vaporisés. PROCEDE SELON L'INVENTION 15 [023] On va maintenant décrire un procédé de fabrication selon l'invention en référence à la figure 3. [024] Lors d'étapes préalables de tréfilage puis d'assemblage permettant d'obtenir l'élément filaire métallique 10, l'élément filaire métallique 10 est généralement recouvert en surface, au moins en partie, de résidus de lubrifiant. 20 [025] A l'issue de l'étape d'assemblage, l'élément filaire métallique 10 est typiquement fourni sous la forme d'une bobine de stockage amont 20. L'élément filaire métallique 10 subit ensuite les étapes du procédé de fabrication selon l'invention décrit ci-dessous. [26] Le procédé de fabrication de l'élément de renfort S comprend une étape de retrait 30 25 d'au moins une partie du résidu de lubrifiant de l'élément filaire métallique 10. Cette étape permet d'éliminer les résidus de lubrifiant en surface de l'élément filaire métallique 10 comme expliqué ci-dessous. Lorsque les résidus de lubrifiant comprennent des graisses, on parle aussi d'étape de dégraissage. [27] A cet effet, l'étape de retrait 30 comprend en particulier une étape de vaporisation 30a 30 au moins partielle du résidu de lubrifiant. Au cours de l'étape de vaporisation 30a, l'élément filaire métallique 10 est chauffé à une température de retrait TO supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant. 3041282 6 [28] Lorsque l'élément filaire métallique 10 est chauffé jusqu'à la température de retrait TO au cours de l'étape de vaporisation 30a, on observe une vaporisation desdits résidus de lubrifiant. Ici, l'élément filaire métallique 10, et ici au moins la surface de l'élément filaire métallique 10, est chauffé à une température supérieure à environ 240°C, ce qui 5 permet de vaporiser les résidus, ces derniers étant généralement composés de nombreuses espèces chimiques présentes à la surface de l'élément filaire métallique 10. [29] Après l'étape de vaporisation 30a, afin de s'assurer du retrait complet des résidus de lubrifiant qui pourraient conduire à la formation de bulles de résidu de lubrifiant dans 10 la couche 11, le procédé comprend une étape d'entrainement 30b du résidu de lubrifiant au moins partiellement vaporisé par un flux d'air au travers duquel est agencé l'élément filaire métallique 10. [30] Dans un mode de réalisation, l'étape d'entrainement 30b est réalisée par aspiration des résidus de lubrifiant vaporisés à distance de l'élément filaire métallique 10. 15 Avantageusement, une aspiration permet de créer un flux d'air par dépression entrainant les résidus de lubrifiant vaporisés à distance de l'élément filaire métallique 10, par exemple vers un moyen de retraitement des gaz. [31] Alternativement, dans un autre mode de réalisation, l'étape d'entrainement 30b est réalisée par soufflage des résidus de lubrifiant vaporisés à distance de l'élément filaire 20 métallique 10. Avantageusement, un soufflage permet de créer un flux d'air par surpression entrainant les résidus de lubrifiant vaporisés à distance de l'élément filaire métallique 10, par exemple vers un moyen de retraitement des gaz. [32] Que ce soit, par aspiration ou par soufflage, l'étape 30b permet également de refroidir l'élément filaire métallique, ce refroidissement étant plus efficace dans le cas d'un 25 soufflage. [33] Le procédé comprend en outre, après l'étape de retrait 30, une étape de chauffage 50 de l'élément filaire métallique 10 à une température de chauffage T1 supérieure à la température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant. En l'espèce, on chauffe au moins la surface de l'élément filaire métallique 10 à la température Ti. 30 [034] Avantageusement, l'étape de chauffage 50 permet d'activer la surface dudit élément filaire métallique 10 en augmentant la mouillabilité de la surface du métal de chaque monofilament et en créant et/ou modifiant les espèces chimiques présentes en surface de l'élément filaire métallique afin de favoriser l'adhésion métal/gaine. 3041282 7 [35] La température T1 de chauffage de l'étape de chauffage 50 est de préférence supérieure ou égale à la température de fusion de la composition polymérique thermoplastique moins 30°C. La température T1 de chauffage est également inférieure ou égale à 300°C pour éviter une dégradation des propriétés mécanique de l'élément 5 filaire métallique 10. [36] Pour un gainage avec du polyamide 66 (PA66), la température Ti de chauffage est comprise entre 270°C à 300°C. Pour les compositions polymériques thermoplastiques de plus basse température de fusion, l'élément filaire métallique 10 peut être chauffé à des températures proches de la température d'extrusion, qui est souvent proche de la 10 température de fusion. Par exemple pour un gainage avec du polyamide 12 (PA12), la température de fusion est de 185 °C. La température de chauffage T1 utilisée est égale à 200°C. [37] Le procédé comprend en outre une étape de gainage 60 de l'élément filaire métallique 10 par la couche 11 comprenant la composition de polymère thermoplastique. 15 [038] La composition de polymère thermoplastique comprend ici un polymère thermoplastique, par exemple un polyamide aliphatique thermoplastique comme le PA66. Dans d'autres modes de réalisation, on pourra utiliser d'autres polymères thermoplastiques, par exemple les polyesters comme le polyéthylène téréphtalate (PET). 20 [039] Durant l'étape de gainage 60, l'élément filaire métallique 10 est gainé au moins en partie par la couche 11 comprenant la composition de polymère thermoplastique, de préférence par extrusion. [40] Après l'étape de gainage 60, le procédé comprend une étape de refroidissement 70 de l'élément filaire métallique 10 revêtu de la couche 11 comprenant la composition de 25 polymère thermoplastique. L'étape de refroidissement 70 permet de solidifier et de figer la composition comprenant le polymère thermoplastique dans un état amorphe. En particulier, l'élément filaire métallique 10 est refroidi en étant baigné dans un milieu liquide (liquide de refroidissement), tel que de l'eau réfrigérée. [41] L'élément filaire métallique 10 gainé est ensuite stocké sous la forme d'une bobine de 30 stockage aval 80. [42] L'élément de renfort S selon l'invention décrit précédemment est donc susceptible d'être obtenu par le procédé qui vient d'être décrit. 3041282 8 [43] L'élément de renfort ainsi obtenu peut subir d'autres étapes ultérieures telles qu'une étape d'encollage en utilisant par exemple des colles textiles dites "RFL" (résorcinolformaldéhyde-latex). 5 INSTALLATION DE FABRICATION SELON L'INVENTION [44] On va maintenant décrire une installation 100 de fabrication selon l'invention en référence à la figure 3. [45] L'installation 100 comprend un dispositif de retrait 31 d'au moins une partie du résidu de lubrifiant de l'élément filaire métallique 10 permettant de mettre en oeuvre l'étape 10 de retrait 30. Le dispositif de retrait 31 comprend une unité de chauffage 31a ainsi qu'une unité d'aspiration 3 lb. Alternativement ou additionellement, le dispositif de retrait 31 comprend une unité de soufflage 31c (non représentée). [46] L'unité de chauffage 31a comprend un générateur électrique par induction à haute fréquence permettant d'atteindre rapidement des hautes températures de manière 15 contrôlée en réglant la fréquence du générateur. Ce type de générateur comprend une bobine à induction électromagnétique dans laquelle est réalisé le chauffage. [47] L'unité d'aspiration 3 lb comprend une hotte aspirante de préférence équipée d'un filtre à charbon. Avantageusement, une hotte aspirante permet de créer un flux d'air par dépression dans un environnement de travail, et un filtre à charbon présente une 20 affinité satisfaisante avec les résidus de lubrifiant vaporisés. [48] Alternativement ou additionellement, dans le cas où l'installation 100 comprend une unité de soufflage 31c, cette dernière comprend, une sonde de soufflage afin de créer un flux d'air entrainant les vapeurs de résidus à distance de l'élément filaire 10. [49] En aval du dispositif de retrait 31 dans le sens de défilement de l'élément de renfort, 25 l'installation 100 comprend également un dispositif de chauffage 51 configuré pour chauffer l'élément filaire métallique 10 à la température de chauffage T 1 et comprenant de préférence un générateur électrique par induction à haute fréquence. [50] En aval du dispositif de chauffage 51 dans le sens de défilement de l'élément filaire métallique 10, l'installation 100 comprend également un dispositif de gainage 61 30 configuré pour recouvrir l'élément filaire métallique 10 de la couche 11 de la composition polymérique thermoplastique. En particulier, on utilisera une extrudeuse à double vis associée à une tête d'extrusion à section circulaire. Alternativement, le dispositif de gainage 61 comprend une extrudeuse mono-vis. 3041282 9 [051] En aval du dispositif de gainage 61 dans le sens de défilement de l'élément filaire métallique 10, l'installation 100 comprend également un dispositif de refroidissement 71 comprenant ici un bac de refroidissement contenant un liquide de refroidissement dans lequel défile l'élément de renfort S. 5 [052] Dans d'autres modes de réalisation, on pourra utiliser un générateur de plasma à la place du générateur électrique par induction à haute fréquence au sein de l'unité de chauffage 31a et/ou du dispositif de chauffage 51. [53] Un générateur de plasma est un dispositif qui génère un plasma, c'est-à-dire un gaz contenant des ions instables. On distingue les plasmas froids et les plasmas 10 thermiques. Parmi les générateurs de plasmas froids, on distingue les torches à plasmas froids dont la température de coeur de flamme varie de 300°C à 600°C et les générateurs de plasma à décharge (DBD), ces derniers étant moins adaptés à des vitesses de défilement élevées. Parmi les générateurs de plasmas thermiques, on connait les torches à plasma thermique dont la température de flamme avoisine les 15 8000°C. [54] L'utilisation d'un générateur de plasma peut se révéler avantageuse dans le cas où l'on souhaite minimiser la diminution des propriétés mécaniques de chaque monofilament métallique. En effet, le générateur électrique par induction à haute fréquence est susceptible de chauffer chaque monofilament métallique à coeur ce qui peut réduire ses 20 propriétés mécaniques, notamment la résistance mécanique à la rupture, alors que le générateur de plasma chauffe chaque monofilament métallique en surface, ce qui est suffisant pour la vaporisation des résidus de lubrifiant, l'activation de la surface et l'obtention d'une adhésion de la couche 11 sur l'élément filaire métallique 10. [55] Parmi les générateurs de plasma, on préférera les générateurs à torche de plasma froid, 25 dans lesquels le gradient de température est plus petit, contrairement à une flamme d'un générateur de plasma thermique qui a un gradient de température élevé et qui nécessiterait un positionnement précis de l'élément filaire 10 dans la flamme. [56] PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION 30 [057] On va maintenant décrire un pneumatique selon l'invention en référence à la figure 4 représentant schématiquement un bandage pneumatique 1 pour véhicule automobile. Ce bandage pneumatique 1 comporte un sommet 2 renforcé par une armature de sommet ou ceinture 6, deux flancs 3 et deux bourrelets 4, chacun de ces bourrelets 4 3041282 10 étant renforcé avec une tringle 5. Le sommet 2 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. [58] Une armature de carcasse 7 est enroulée autour des deux tringles 5 dans chaque bourrelet 4, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers 5 l'extérieur du bandage pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur une jante 9. [59] L'armature de carcasse 7 est de manière connue en soi constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles dits "radiaux" métalliques ou textiles, c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent de préférence d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle, compris par exemple 10 entre 80° et 90°, avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6. [60] Selon une variante, au moins une armature de sommet 6 ou au moins une armature de carcasse 7 comprend un élément de renfort selon l'invention. 15 [061] Selon une autre variante, au moins une tringle 5 comprend un élément de renfort selon l'invention. [062] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et s'étend à d'autres variantes dans la portée des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un élément de renfort pour bandage pneumatique (1) à partir d'au moins un élément filaire métallique (10) recouvert au moins en partie d'un résidu d'un lubrifiant, le procédé comprenant : une étape de retrait (30) d'au moins une partie du résidu de lubrifiant dudit élément filaire métallique (10), puis une étape de chauffage (50) dudit élément filaire métallique (10) à une température de chauffage (T1) supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant, puis une étape de gainage (60) au cours de laquelle ledit élément filaire métallique (10) est gainé par une couche comprenant une composition polymérique thermoplastique (11). 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de retrait (30) comprend une étape de vaporisation (30a) au moins partielle du résidu de lubrifiant par chauffage dudit élément filaire métallique (10) à une température de retrait (TO) supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de retrait (30) comprend une étape d' entrainement (30b) du résidu de lubrifiant au moins partiellement vaporisé par un flux d'air au travers duquel est agencé l'élément filaire métallique (10). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel la température de chauffage (T1) est comprise entre la température de fusion de la composition polymérique thermoplastique moins 30°C et 300°C. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes réalisé avec un élément filaire 30 métallique (10) qui comprend un assemblage de plusieurs monofilaments métalliques. 3041282 12 6. Procédé selon la revendication précédente réalisé avec au moins un monofilament métallique chacun présentant un diamètre compris entre 0,15 mm et 0,35 mm, de préférence entre 0,25 mm et 0,32 mm. 5 7. Elément de renfort pour bandage pneumatique (1), obtenu par un procédé selon l'une des revendications précédentes. 8. Elément derenfort pour bandage pneumatique (1) comprenant : - un élément filaire métallique (10), 10 - une couche (11) comprenant une composition polymérique thermoplastique gainant l'élément filaire métallique (10), la couche (11) étant dépourvue de bulles d'un résidu d'un lubrifiant. 9. Bandage pneumatique (1) comprenant un élément de renfort selon la revendication 7 ou 15 8. 10. Installation de fabrication d'un élément de renfort pour bandage pneumatique (1) à partir d'au moins un élément filaire métallique (10) recouvert au moins en partie d'un résidu d'un lubrifiant, l'installation comprenant d'amont en aval dans un sens de défilement de l'élément 20 filaire métallique (10): un dispositif de retrait (31) d'au moins une partie du résidu de lubrifiant dudit élément filaire métallique (10), un dispositif de chauffage (51) dudit élément filaire métallique (10) configuré pour chauffer ledit élément filaire métallique (10) à une température de chauffage (Tl) 25 supérieure à une température de vaporisation au moins partielle du résidu de lubrifiant, et un dispositif de gainage (61) dudit élément filaire métallique (10) configuré pour recouvrir ledit élément filaire métallique (10) d'une couche comprenant une composition polymérique thermoplastique (11).30