Brevet FR3094273A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : Pneumatique dont l'armature de carcasse est renforcée par une couche d'éléments de renforcement dans la zone du bourrelet [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. [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 direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la direction de 2 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 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. [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] On entend par « module d'élasticité » d'un mélange caoutchouteux, un module sécant d'extension à 10 % de déformation et à température ambiante. [0013] En ce qui concerne les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont ef- fectuées 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 contrainte apparente, en MPa) à 10% d'allongement (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme AFNOR-NFT-40101 de décembre 1979). [0014] De tels pneumatiques comportent encore usuellement au niveau des bourrelets une ou plusieurs couches d'éléments de renforcement appelés raidisseurs ou languettes. Ces couches sont le plus souvent constituées d'éléments de renforcement orientés par rapport à la direction circonférentielle d'un angle inférieur à 45°, et le plus souvent inférieur à 25°. Ces couches d'éléments de renforcements ont notamment pour fonction de limiter les déplacements longitudinaux des matériaux constitutifs du bourrelet par rapport à la jante de la roue pour limiter une usure prématurée dudit bourrelet. Elles permettent également de limiter la déformation permanente du bourrelet sur le crochet de jante, due au phénomène de fluage dynamique des matériaux élastomériques ; cette déformation du bourrelet peut empêcher le rechapage des pneumatiques lorsqu'elle est excessive. Elles contribuent encore à la protection des zones basses du pneumatique contre les agressions subies lors du montage et du démontage des pneumatiques sur les jantes. [0015] Par ailleurs, dans le cas d'ancrage de l'armature de carcasse réalisé autour d'une tringle, qui consiste à enrouler au moins en partie l'armature de carcasse autour d'une tringle dans chacun des bourrelets en formant un retournement s'étendant plus ou moins haut dans le flanc, les couches d'éléments de renforcement ou raidisseur permettent encore d'éviter ou de retarder le déroulement de l'armature de carcasse lors d'échauffements accidentels et excessifs de la jante. [0016] Ces couches d'éléments de renforcement ou raidisseurs sont le plus souvent 3 disposées axialement à l'extérieur du retournement de l'armature de carcasse et s'étendent sur une hauteur dans le flanc radialcment extérieure à celle du retournement de l'armature de carcasse notamment pour couvrir les extrémités libres des éléments de renforcement dudit retournement. [0017] Bien que les pneumatiques ne soient pas prévus pour ces cas, il est connu que dans certains pays les pneumatiques sont utilisés en dehors des conditions normales notamment en termes de charges portées et de pression de gonflage. La présence de couches d'éléments de renforcement ou raidisseurs permet encore d'améliorer la résistance des pneumatiques à de telles sollicitations. En effet, il semble que le raidisseur va protéger l'armature de carcasse dans la zone du bourrelet du pneumatique contre ces sollicitations correspondant à des usages excessifs. [0018] Un but de l'invention est de fournir des pneumatiques allégés dont les propriétés notamment d'endurance sont conservées quel que soit l'usage. [0019] Cc but est atteint selon l'invention par un pneumatique armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet, celle-ci étant coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, au moins une couche d'éléments de renforcement de l'armature de carcasse étant ancrée dans chacun des bourrelets par retournement autour d'une tringle, ledit retournement d'armature de carcasse étant renforcé par au moins une couche d'éléments de renforcement ou raidisseur, les éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur étant des câbles dont le diamètre est inférieur à 1.1 mm, le pas de répartition desdits câbles clans ledit au moins un raidisseur étant inférieur à 2.1 mm, la rigidité desdits câbles dudit au moins un raidisseur étant supérieure à 190 GPa et les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur étant constituées d'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 comprenant majmitairement au moins un noir de carbone, présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m2/g et un indice d'absorption d'huile d'échantillons comprimés (COAN) au moins égal à 60 mU100 g, ledit mélange élastomérique ne comprenant pas, ou comprenant au plus 20 pce, et de préférence au plus 10 pce de noir de carbone dont la surface spécifique BET est supérieure à 30 m2/g et l'indice COAN est supérieur à 40 ml/100 g, ledit mélange élastomérique ne comprenant pas, ou comprenant au plus 20 pce, et de préférence au plus 10 pce de charge blanche et la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l'équilibre étant comprise entre 1110-5 mol/cm' et 21.10-5 mol/cm" dans ledit mélange élastomérique constituant les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur. [0020] La mesure de surface spécifique BET est effectuée selon la méthode de BRUNAUER, EMMET et TELLER décrite dans "The Journal of the American Chemical Society", vol. 60, page 309, février 1938, correspondant à la norme NFT 45007 de novembre 1987. [0021] L'indice de structure du noir COAN (Compressed 011 Absorption Number) est mesuré selon la norme ASTM D3493. [0022] Au sens de l'invention, une charge blanche est une charge de type silice et/ou alumine comportant des fonctions de surface SiOH et/ou AIOH choisie dans le groupe formé par les silices précipitées ou pyrogénées, les alumines ou les aluminosilicates. [0023] Comme autres exemples de charges renforçantes ayant la morphologie et les fonctions de surface SiOH et/ou AIOH des matières de type silice et/ou alumine et pouvant être utilisées selon l'invention en remplacement partiel ou total de celles-ci, on peut citer les noirs de carbone modifiés soit au cours de la synthèse par addition à l'huile d'alimentation du four d'un composé du silicium et/ou d'aluminium soit après la synthèse en ajoutant, à une suspension aqueuse de noir de carbone dans une solution de silicate et/ou d'aluminate de sodium, un acide de façon à recouvrir au moins partiellement la surface du noir de carbone de fonctions SiOH et/ou AIOH. Comme exemples non limitatifs de cc type de charges carbonées avec en surface des fonctions SiOH et/ou AIOH, on peut citer les charges type CSDP décrites dans la Conférence N° 24 du Meeting ACS, Rubber Division, Anaheim, Californie, 6-9 mai 1997 ainsi que celles de la demande de brevet EP-A-O 799 854. [0024] Selon l'invention, les mesures de densités de réticulation sont effectuées à partir de la méthode de gonflement à l'équilibre. Pour mesurer la densité de réticulation on réalise un gonflement des mélanges, préparés sous forme d'échantillons, dans du cyclohexane pendant 72 hem-es. On mesure le poids des échantillons immédiatement après avoir évacué l'excès de solvant au moyen d'un papier buvard. Le gonflement des échantillons et l'absorption de solvant est inversement proportionnel à la présence et donc à la densité de ponts de réticulation. [0025] Les échantillons sont ensuite séchés sous vide jusqu'à atteindre un poids constant. De la différence entre les deux valeurs de poids mesurées, on en déduit un taux de gonflement. On s'affranchit de la restriction au gonflement liée à la présence de noir en appliquant la théorie de Flory Rhener décrit dans «Journal of applied polymer science, 2016. 133. 43932 ». Il est ainsi possible de déterminer la densité pontale en 10-5 moll cm3. [0026] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le taux de noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/g est compris entre 20 et 80 pce, de préférence entre 40 et 65 pce et de préférence encore entre 45 et 60 pce. [0027] Avantageusement selon l'invention, ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/g présente un indice COAN au moins égal à 65 ml/100 g, et de préférence au moins égal à 70 ml/100 g. [0028] Avantageusement encore selon l'invention, ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/g présente un indice COAN au plus égal à 90 m1/100 g. [0029] Et de préférence selon l'invention, la surface spécifique BET dudit noir de carbone au plus égale à 30 m2/g est au plus égale à 25 m2/g, et de préférence supérieure à 15 m2/g. [0030] Dans le cas d'utilisation de charge claire ou charge blanche, il est nécessaire d'utiliser un agent de couplage et/ou de recouvrement choisi parmi les agents connus de l'homme de l'art. Comme exemples d'agents de couplage préférentiel, on peut citer les alcoxysilanes sulfurés du type polysulfure de his-(3-trialcoxysilylpropylc), et parmi ceux-ci notamment le tétrasulfurc de bis(3-triéthoxysilylpropyle) commercialisé par la Société DEGUSSA sous les dénominations Si69 pour le produit liquide pur et X5OS pour le produit solide (coupage 50/50 en poids avec du noir N330). Comme exemples d'agents de recouvrement on peut citer un alcool gras, un alkylalcoxysilane tel qu'un hexadécyltriméthoxy ou triéthoxysilane respectivement commercialisés par la Société DEGUSSA sous les dénominations Si116 et Si216, la diphénylguanidine, un polyéthylène glycol, une huile silicone éventuellement modifié au moyen dcs fonctions OH ou alcoxy. L'agent de recouvrement et/ou de couplage est utilisé dans un rapport pondéral par rapport à la charge > à 1/100 et REVENDICATIONSPneumatique (1) à armature de carcasse radiale (2) comprenant une armature de sommet (5), celle-ci étant coiffée radialement d'une bande de roulement (6), ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, au moins une couche d'éléments de renforcement de l'armature de carcasse (2) étant ancrée dans chacun des bourrelets (3) par retournement autour d'une tringle (4), ledit retournement (7) d'armature de carcasse étant renforcé par au moins unc couche d'éléments de renforcement ou raidisseur (8), caractérisé en ce que les éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur (8) sont des câbles dont le diamètre est inférieur à 1.1 mm, en ce que le pas de répartition desdits câbles dans ledit au moins un raidisseur est inférieur à 2.1 mm, en ce que la rigidité desdits câbles dudit au moins un raidisseur est supérieure à 190 GPa et en ce que les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur (8) sont constituées d'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 Vautre ou des autres élastomères diéniques utilisés et d'une charge renforçante comprenant majoritairement au moins un noir de carbone, présentant une surface spécifique BET au plus égale à 30 m2/g et un indice d'absorption d'huile d'échantillons comprimés (COAN) au moins égal à 60 mU100 g, en ce que ledit mélange élastomérique ne comprend pas, ou comprend au plus 20 pce de noir de carbone dont la surface spécifique BET est supérieure à 30 m2/g et l'indice COAN est supérieur à 40 m1/100 g, en ce que ledit mélange élastomérique ne comprend pas, ou comprend au plus 20 pce de charge blanche et en ce que la densité de réticulation mesurée selon la méthode de gonflement à l'équilibre est comprise entre 13.10-5 mol/ cm3 et 21.10-5 mol/cm3 dans ledit mélange élastomérique constituant les couches de calandrage dudit au moins un raidisseur. Pneumatique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/e est compris entre 20 et 80 pce, et de préférence entre 40 et 65 pce. Pneumatique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 17 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/g présente un indice COAN au moins égal à 65 m1/100 g, et de préférence au moins égal à 70 m1/100 g. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit noir de carbone dont la surface spécifique BET est au plus égale à 30 m2/g présente un indice COAN au plus égal à 90 m1/100 g. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface spécifique BET dudit noir de carbone au plus égale à 30 m2/g est au plus égale à 25 m2/g, et de préférence supérieure à 15 m2/g. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments de renforcement dudit au moins un raidisseur (8) sont des câbles à couches saturées, au moins une couche interne étant gainée d'une couche constituée d'une composition polymérique telle qu'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à hase d'au moins un élastomère diénique. Pneumatique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature sommet (5) comporte une couche d'éléments de renforcement circonférentiels (52) et en ce que la couche d'éléments de renforcement circonférentiels (52) est radialement disposée entre deux couches de sommet de travail (51, 53). Pneumatique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels (52) 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. Pneumatique (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les éléments de renforcement des couches de sommet de travail (51, 53) sont inextensibles.