Brevet FR3056448A1 — publié le 20180330

PNEUMATIQUE AVEC INSERT A HAUT MODULE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]La présente invention concerne un pneumatique. Elle concerne plus particulièrement un pneumatique composé à forte proportion de poudre de pneumatiques recyclés. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]Le domaine des pneumatiques est soumis à de nombreux impératifs. En effet, le pneumatique doit offrir des garanties de sécurité, de durabilité, et de bonnes performances. Il est par ailleurs soumis à d'importantes agressions extérieures, tels que les nids de poule ou encore les trottoirs. Il est donc important qu'il ait une résistance élevée. [0003]Par ailleurs, en plus de exigences précédentes, les problématiques environnementales conduisent aujourd'hui au développement de produits plus respectueux de l'environnement. Il est notamment connu l'utilisation de poudre de mélange caoutchoutique de pneumatique recyclé. Cette poudre est constituée de résidus de pneumatiques usés (ou neufs avec des défauts de fabrication) qui sont désassemblés à I 'aide de machines spécialement conçues permettant de récupérer les matériaux caoutchoutiques vulcanisés, et d'extraire les renforts textiles et métalliques. Les matériaux caoutchoutiques extraits sont ensuite broyés pour en faire une poudre (parfois désignée « poudrette » du fait de la taille très fine des particules obtenues). Une poudre de ce type peut être utilisée dans de nombreuses applications où l'on souhaite intégrer des matériaux recyclés, que ce soit pour des raisons économiques et/ou environnementales. 2016-017fr 3056448 2 [0004]Le document KR2009068400 décrit la composition caoutchoutique d'une doublure intérieure de pneumatique. Cette doublure intérieure est un mélange de caoutchouc butyle halogène, de caoutchouc naturel, de caoutchouc butyle recyclé, 5 de noir de carbone et dans une faible mesure de poudre de déchets de pneumatique. [0005]Le document EP2104710 décrit une bande de roulement de pneumatique composé d'une poudre de gomme de xanthane dans une proportion de 10 à 10 40pce. [0006] De manière générale, pour les pneumatiques, l'utilisation des poudres de matériaux recyclés reste limitée à des proportions faibles, principalement dans le but de ne pas altérer les performances du pneumatique. 15 [0007]Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. 20 EXPOSE DE L'INVENTION [0008] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à permettre une utilisation à large échelle des résidus de pneumatiques arrivés en fin de vie. 25 [0009]Un autre objet de l'invention consiste à diminuer les coûts de matière première des pneumatiques tout en assurant un maintient du niveau de qualité des produits fabriqués. [0010]Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pneumatique composé 30 dans une forte proportion de matériaux issus de pneumatiques en fin de vie, sans perte de performance du pneumatique. 2016-017fr 3056448 3 [0011]Encore un autre objet de l'invention consiste à diminuer les coûts de matière première des pneumatiques tout en permettant de réduire les risques de fissuration par attaque chimique et/ou UV. 5 [0012]Un autre objet consiste à prévoir un pneumatique à coût réduit. [0013] Pour ce faire, l'invention prévoit un pneumatique avec des flancs, une zone sommet pourvue d'une bande de roulement, une structure de renfort s'étendant entre les flancs et passant par la zone sommet, au moins une portion 10 d'un des flancs et/ou du sommet comporte un insert comprenant une première composition élastomère servant de matrice dans lequel est réparti, de façon sensiblement uniforme, une seconde composition élastomère issue de pneumatiques recyclés, le module G* de la première composition étant supérieur d'au moins 10% au module G* moyen de la seconde composition, et la proportion 15 de seconde composition étant supérieure ou égale à 20%. [0014]Une telle architecture, utilisée à l'échelle industrielle pour fabriquer des milliers de produits, permet d'utiliser d'importantes quantités de produits recyclés. Cette approche est favorable à l'environnement d'une part en réduisant la quantité 20 de déchets, et d'autre part en économisant les ressources de matériaux neufs. L'écart de module entre les deux compositions utilisées permet à la matrice de jouer un rôle efficace de cohésion contribuant à la robustesse et à la durabilité de l'ensemble. 25 [0015]De manière avantageuse, la proportion de seconde composition est supérieure ou égale à 25%, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 40%. [0016]De manière avantageuse, le module G* de la première composition est compris en 110% et 600% du module G* de la seconde composition, et plus 30 préférentiellement entre 120% et 250% du module G* de la seconde composition. 2016-017fr 3056448 4 [0017]Selon un mode de réalisation avantageux, le module de la première composition est compris entre 1.2 Mpa et 10 Mpa, et préférentiellement entre 1.4 Mpa et 3 Mpa. 5 [0018]Selon un exemple de réalisation, la proportion de seconde composition est supérieure à 60%, et plus préférentiellement supérieure à 80%. [0019]Selon un mode de réalisation avantageux, la première composition élastomère présente un taux élevé d'antioxydants, comme par exemple du 6PPD 10 avec un taux avantageusement supérieur à 2 pce. [0020]De manière avantageuse, la première composition est une composition caoutchoutique. 15 [0021]Selon un autre mode de réalisation avantageux, la seconde composition élastomère présente une granulométrie inférieure ou égale à 1mm et préférentiellement inférieure ou égale à 0,5mm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2mm de diamètre moyen de chacune des particules. Une telle granulométrie permet de préparer un mélange hybride bien dosé, avec une 20 excellente répartition de la poudre dans la matrice. [0022]Selon un exemple de réalisation avantageux, l'insert est positionné dans la portion des flancs axialement extérieure à la structure de renfort. 25 [0023]Un tel insert est avantageusement recouvert axialement extérieurement par une couche de protection, telle que une couche de composition élastomère ou un tissu bi-élastique. Une telle couche de protection (de nature élastomère ou en tissu), procure une protection additionnelle contre les attaques chimiques, l'oxydation, les rayons UV, qui seraient susceptibles de causer des fissurations sur l'insert. Le tissu offre des propriétés mécaniques de résistance et de durabilité particulièrement avantageuses. 2016-017fr 3056448 5 [0024]Dans ce dernier cas, le tissu bi-élastique comporte de préférence de l'élastane. Pour la mise en oeuvre, le tissu bi-élastique est avantageusement collé sur l'insert. 5 [0025]Selon un autre exemple de réalisation, l'insert est positionné dans une portion de la zone du pneumatique axialement intérieure à la structure de renfort. [0026] Dans ce dernier cas, il peut être positionné par exemple sous la zone de sommet, et/ou le long d'au moins un des flancs selon la direction radiale, et/ou 10 dans au moins une extrémité axiale de la structure de renfort, encore appelée épaule. [0027]Selon un mode de réalisation avantageux, l'insert est recouvert d'une couche d'étanchéité dépourvue de composition élastomère issue de 15 pneumatiques recyclés. [0028] La couche d'étanchéité comporte de préférence plus de 50 pce de butyle et/ou des éléments antioxydants comme par exemple du 6 PPD. 20 DESCRIPTION DES FIGURES [0029]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 9b, présentées uniquement à des fins d'exemples 25 non limitatifs, et dans lesquelles : - la figure 1 est une vue coupe schématique d'une moitié d'un exemple de pneumatique pourvu d'un insert agencé sur la zone axialement externe du flanc ; - les figures 2 à 5 sont des représentations schématiques illustrant l'insert du pneumatique de la figure 1, recouvert de différents agencements de couches de 30 protection ; - la figure 6 illustre schématiquement l'insert des figures 2 à 5 avant la mise en place d'une couche de protection ; 2016-017fr 3056448 6 - la figure 7 est une représentation schématique d'un exemple d'une coupe d'un pneumatique pourvu d'un insert au voisinage de la cavité du pneumatique ;- la figure 8 est un graphique illustrant les caractéristiques des matériaux utilisés pour effectuer un test comparatif ; 5 - les figures 9a et 9b illustrent schématiquement la matrice et les particules de l'éprouvette utilisée pour le test comparatif, avant déformation (figure 9a) et après déformation (figure 9b). DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 10 Définitions : [0030]On entend par module (G*) d'une composition, le module dynamique de cisaillement mesuré à 23°C, et sous une contrainte de cisaillement alternée de 0.7 MPa à une fréquence de 10 Hz. 15 [0031]Pour la composition de matériau recyclé, le module correspond au module de l'ensemble des particules frittées sous une pression de 50 bars, à une température de 150°C pendant 5' après avoir atteint ladite température. Insert [0032]Le pneumatique 1 comporte des flancs 2, une zone sommet 3 pourvue 20 d'une bande de roulement 4 et une structure de renfort 5 s'étendant entre les flancs et passant par la zone sommet. [0033]Au moins une portion d'un des flancs et/ou du sommet comporte un insert 6 comprenant une première composition élastomère servant de matrice dans lequel est réparti, de façon sensiblement uniforme, une seconde composition élastomère 25 issue de pneumatiques recyclés. Le module G* de la première composition est supérieur d'au moins 10% au module G* de la seconde composition. Plus préférentiellement, le module G* de la première composition est compris en 110% et 600% du module G* de la seconde composition, et encore plus préférentiellement, entre 120% et 250% du module de la seconde composition. 2016-017fr 3056448 7 [0034]La matrice est composée au moins en partie des élastomères NR, IR, SBR, BR ou de combinaisons de ces élastomères. Au moment de la fabrication, et en particulier avant l'étape de moulage du nouveau pneumatique, cette matrice est un mélange élastomère à l'état cru, c'est à dire avant réticulation. A contrario, le 5 matériau de la seconde composition élastomère, issu de pneumatiques recyclés, est déjà réticulé. [0035]Le module G* de la première composition est compris entre 1.2 Mpa et 10 Mpa, et préférentiellement entre 1.4 Mpa et 3 Mpa. [0036]Grâce à ces caractéristiques, le taux de produit recyclé peut être 10 particulièrement élevé, sans affecter les propriétés du pneumatique, tant sur le plan du comportement que de l'endurance. [0037]La proportion de seconde composition est supérieure ou égale à 40%, voire supérieure ou égale à 60% et même supérieure ou égale à 80%. [0038]La seconde composition élastomère présente une granulométrie inférieure 15 ou égale à 1mm et préférentiellement inférieure ou égale à 0,5mm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2mm de diamètre moyen de chacune des particules. [0039]Par ailleurs, localement, la rigidité de la première composition est supérieure à la rigidité des particules constituant la seconde composition au moins 20 pour 90% des particules. [0040]Des essais et calculs comparatif ont été effectués avec deux cas « opposés », sur la base de deux matériaux A et B, le matériau B ayant une rigidité correspondant au double de celle du matériau A. Les caractéristiques de ces matériaux sont illustrées à l'aide du graphique de la figure 8. Ces démarches 25 avaient pour objectif de déterminer précisément les contraintes de cisaillement moyennes supportées au niveau de l'interface des particules dispersées dans une matrice. Les matériaux A et B servent tour à tour de constituant de la matrice et de constituant des particules dispersées dans cette matrice. Le tableau ci-dessous illustre les résultats obtenus. 2016-017fr 3056448 8 Matériau de la matrice Matériau dispersé dans la matrice Contrainte moyenne de surface du matériau dispersé dans la matrice Cas 1 A= rigidité inférieure B= rigidité supérieure 0.7 MPa Cas 2 B= rigidité supérieure A= rigidité inférieure 0.3 MPa Tableau 1 : contraintes de surface au niveau du matériau dispersé dans la matrice pour deux cas opposés [0041]Dans le cas 1, l'éprouvette de l'essai comporte une matrice de matériau A 5 « mou » dans laquelle sont dispersées des particules d'un matériau B de rigidité supérieure ; [0042]Dans le cas 2, l'éprouvette de l'essai comporte une matrice de matériau B « dur » dans laquelle sont dispersées des particules d'un matériau A de rigidité inférieure. 10 [0043]Ces essais comparatifs ont permis de constater que la contrainte de surface supportée par les particules dispersées du cas 2 (0.3 MPa) est nettement inférieure à la contrainte supportée par les particules dispersées du cas 1 (0.7 MPa). [0044]Ces essais confirment bien que l'utilisation d'une matrice avec un module 15 supérieur à celui de la composition issue de pneumatiques recyclés qui s'y trouve intégrée procure des propriétés mécaniques nettement plus favorables pour préserver les particules du matériau intégré et assurer une meilleure durabilité de l'ensemble. [0045]Les figures 9a et 9b illustrent schématiquement la matrice 11 et les 20 particules 12 avant déformation (figure 9a) et après déformation (figure 9b). 2016-017fr 3056448 9 [0046]La zone la plus fragile d'un composé incorporant des particules intégrées se trouve au niveau de l'interface entre les deux matériaux. Il est donc avantageux de lier ces deux composants de la manière la plus robuste possible et de diminuer la sollicitation de ladite interface. La solution proposée permet de fortement 5 diminuer la sollicitation au niveau de l'interface entre la matrice et les particules. Exemples d'architectures Insert externe [0047] La figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un 10 exemple de pneumatique comprenant des flancs 2, une zone sommet 3 pourvue d'une bande de roulement 4. Tel qu'illustré, le pneumatique prévoit une structure de renfort 5 qui s'étend d'un flanc à l'autre, en passant par la zone de sommet 3. [0048]Un insert 6 est agencé sur au moins un flanc, contre la portion axialement extérieure à la structure de renfort 5. 15 [0049]Cet insert est constitué par une première composition élastomère servant de matrice dans lequel est réparti, de façon sensiblement uniforme, une seconde composition élastomère issue de pneumatiques recyclés. [0050]La proportion de seconde composition élastomère est supérieure ou égale à 40%, et plus préférentiellement supérieure à 60%. 20 [0051]La seconde composition élastomère présente une granulométrie inférieure à 1mm et préférentiellement inférieure à 0,5mm, et encore plus préférentiellement inférieure à 0,2mm de diamètre moyen de chacune des particules. [0052]Une couche de protection 7 recouvre l'insert afin de le protéger des agressions externes. 25 [0053]En fonction des besoins et usages prévus, la couche 7 de protection peut être réalisée avec une couche de composition élastomère, ou elle peut aussi être constituée d'un tissu bi-élastique, préférentiellement à base d'élastane. 2016-017fr 3056448 10 [0054]Les figures 2 à 5 montrent quatre exemples de réalisation d'insert de flanc avec différents types de pliage de la couche de protection contre une ou deux extrémités de l'insert 6. Dans l'exemple de la figure 2 et de la figure 4, la couche de protection est agencée pour se prolonger au-delà de l'insert. Dans les 5 exemples des figures 2, 3 et 5, la couche de protection est repliée de façon à contourner au moins une des extrémités de l'insert. Le pliage permet d'envelopper l'extrémité radialement inférieure et/ou supérieure de l'insert, pour une meilleure protection. [0055] Pour fabriquer un pneumatique tel que préalablement décrit et illustré, il est 10 prévu un procédé de fabrication d'un pneumatique comprenant une étape préparatoire dans laquelle un insert 6 est préfabriqué. La couche de protection prévue (textile ou élastomère) est ensuite appliquée contre la partie destinée à se trouver du côté externe du pneumatique, tel que montré à la figure 6. Pour faciliter les opérations d'assemblage, la couche de protection est préférablement pré- 15 encollée avant d'être appliquée contre l'insert. Cette étape est surtout avantageuse dans le cas d'utilisation d'une couche textile. En cas de pliage de la couche de protection contre une des deux ou les deux extrémités de l'insert, le tissu ou la couche élastomère, de la dimension adaptée, est simplement retournée et appliqué contre la ou les zones prévues, tel qu'illustré dans les différents 20 exemples des figures 2 à 5. [0056]En phase industrielle, une pluralité d'insert sont conjointement préparés pour assemblage ultérieur. [0057]Lors de l'assemblage des différents constituants du pneumatique, l'insert est appliqué sur la zone destinée à recevoir l'insert, comme par exemple un flanc 25 2 du pneumatique en cours de fabrication. [0058]Le mélange composé de la matrice crue et des particules réparties dans la matrice subit ensuite une réaction de réticulation. La réaction de réticulation est avantageusement une vulcanisation. 2016-017fr 3056448 11 Insert au voisinage de la cavité interne du pneumatique [0059] La figure 7 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un exemple de pneumatique comprenant des flancs 2, une zone sommet 3 pourvue d'une bande de roulement 4. Tel qu'illustré, le pneumatique prévoit une structure 5 de renfort 5 qui s'étend d'un flanc à l'autre, en passant par la zone de sommet 3. [0060]Au moins une portion de la zone du pneumatique axialement intérieure à la structure de renfort 5 comporte un insert 6, agencé au voisinage (direct ou indirect) de la cavité 9 du pneumatique. [0061]Cet insert est constitué par une première composition élastomère servant 10 de matrice dans lequel est réparti, de façon sensiblement uniforme, une seconde composition élastomère issue de pneumatiques recyclés. [0062]La proportion de seconde composition élastomère est supérieure ou égale à 40%, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 60%, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 80%. 15 [0063]La seconde composition élastomère présente une granulométrie inférieure ou égale à 1mm et préférentiellement inférieure ou égale à à 0,5mm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2mm de diamètre moyen de chacune des particules. [0064]Dans l'exemple illustré, l'insert 6 parcours toute la zone interne du 20 pneumatique, d'un bourrelet à l'autre. Selon diverses variantes de réalisation, l'insert est localisé dans une portion plus restreinte, telle que par exemple, dans la direction radiale dans au moins un des flancs 2, ou le long de la zone sommet 3, sous cette dernière, ou encore dans la zone de l'épaule 8 du pneumatique. [0065]Tel qu'illustré, l'insert est recouvert, du côté de la cavité interne 9 du 25 pneumatique, d'une couche 10 d'étanchéité. Cette couche est dépourvue de composition élastomère issue de pneumatiques recyclés. Elle comporte avantageusement plus de 50 pce de butyle. Elle comporte avantageusement des éléments antioxydants comme par exemple du 6PPD. 2016-017fr 3056448 12 [0066]L'insert selon l'invention peut être utilisé sur tout type de pneumatique. Ses avantages sont notables sur des pneumatiques pour véhicules poids lourds ou de génie civil. Par exemple, dans les cas des pneumatiques de génie civil, l'épaisseur de l'insert peut être supérieure à 5 mm et, pour certaines dimensions de 5 pneumatiques, atteindre 8 à 10 mm. [0067]D'autres formes, agencements, et/ou positionnements d'inserts sont également possibles. Dans un exemple non illustré, un insert est prévu dans la bande de roulement du pneumatique. 2016-017fr 3056448 13 Numéros de référence employés sur les figures 1 Pneumatique 2 Flanc 5 3 Zone sommet 4 Bande de roulement 5 Structure de renfort 6 Insert 7 Couche de protection 10 8 Epaule 9 Cavité du pneumatique 10 Couche d'étanchéité11 Matrice de composition élastomère 12 Particule de composition élastomère issue de pneumatiques recyclés 15 2016-017fr REVENDICATIONS1. Pneumatique (1) avec des flancs (2), une zone sommet (3) pourvue d'une bande de roulement (4), une structure de renfort (5) s'étendant entre les flancs et passant par la zone sommet, au moins une portion d'un des flancs et/ou du sommet comporte un insert (6) comprenant une première composition élastomère servant de matrice dans lequel est réparti, de façon sensiblement uniforme, une seconde composition élastomère issue de pneumatiques recyclés, caractérisé en ce que le module G* de la première composition est supérieur d'au moins 10% au module G* moyen de la seconde composition, et en ce que la proportion de seconde composition est supérieure ou égale à 20%. 2. Pneumatique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 proportion de seconde composition est supérieure ou égale à 25%, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 40%. 3. Pneumatique (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module G* de la première composition est compris en 110% et 600% du 20 module G* de la seconde composition, et plus préférentiellement entre 120% et 250% du module G* de la seconde composition. 4. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module G* de la première composition est compris entre 25 1.2 Mpa et 10 Mpa, et préférentiellement entre 1.4 Mpa et 3 Mpa. 5. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la proportion de seconde composition est supérieure à 60%, et plus préférentiellement supérieure à 80%. 30 6. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première composition élastomère présente un taux élevé d'antioxydants. 2016-017fr 3056448 7. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première composition est une composition caoutchoutique. 5 8. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde composition élastomère présente une granulométrie inférieure ou égale à 1mm et préférentiellement inférieure ou égale à 0,5mm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2mm de diamètre 10 moyen de chacune des particules. 9. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'insert (6) est positionné dans la portion des flancs (2) axialement extérieure à la structure de renfort (5). 15 10. Pneumatique (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'insert (6) est recouvert axialement extérieurement par une couche (7) de protection. 11. Pneumatique (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche 20 (7) de protection est une couche de composition élastomère ou une couche constituée d'un tissu bi-élastique. 12. Pneumatique (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tissu biélastique est collé sur l'insert (6). 25 13. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'insert (6) est positionné dans une portion de la zone du pneumatique axialement intérieure à la structure de renfort (5). 30 14. Pneumatique (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'insert (6) est situé sous la zone de sommet. 15. Pneumatique (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'insert (6) est situé le long d'au moins un des flancs (2), selon la direction radiale. 2016-017fr 3056448 16 16. Pneumatique (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'insert (6) est situé dans au moins une extrémité axiale de la structure de renfort, encore appelée épaule. 5 17. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que l'insert (6) est recouvert d'une couche (10) d'étanchéité dépourvue de composition élastomère issue de pneumatiques recyclés. 10 18. Pneumatique (1) selon la revendication 17, caractérisé en ce que la couche (10) d'étanchéité comporte plus de 50 pce de butyle. 19. Pneumatique (1) selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que la couche (10) d'étanchéité comporte des éléments antioxydants. 15 2016-017fr