Brevet FR3134035A1 — publié le 20231006

Une bande de roulement et un pneu sont fournis, plus particulièrement, un pneu ayant une bande de roulement ou autre composant élastomère avec des propriétés de matériau composite améliorées, le pneu, la bande de roulement ou autre composant élastomère comprenant des composites caractérisés par une charge de renforcement bien dispersée. Bande de Roulement DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne une bande de roulement et un pneu. La bande de roulement et/ou pneu a de préférence des propriétés de matériau améliorées, telles que, mais sans y être limitées, un rapport de module, un pourcentage d'allongement à la rupture et/ou tan delta. La bande de roulement et le pneu comprennent un matériau élastomère and une charge de renforcement bien dispersée. Le pneu peut être un pneu pneumatique, ayant un renforcement de carcasse radial et des couches ou zones supplémentaires de matériaux élastomères, destiné à être monté sur des véhicules transportant des charges lourdes et se déplaçant à des vitesses soutenues, tels que des camions, tracteurs, remorques ou autobus. En variante, le pneu et la bande de roulement de l’invention peuvent être montés sur des véhicules tels que les camions légers, voitures de tourisme, véhicules puissants, motos, véhicules tout-terrain, véhicules à équipement lourd, aéronef et autres véhicules, y compris des véhicules munis de chenilles ayant des bandes de roulement en caoutchouc montées sur les chenilles. ARRIÈRE-PLAN Dans des pneus à usage intensif utilisés pour des camions et autobus, et dans d’autres types de pneu, il est connu de former des bandes de roulement en structures multicouches, par exemple, une couche de caoutchouc de recouvrement fournissant la surface extérieure de la bande de roulement et une couche de caoutchouc de base disposée radialement vers l’intérieur de la couche de caoutchouc de recouvrement, dans lesquelles un caoutchouc ayant une excellente résistance à l’usure est utilisé dans une couche de caoutchouc de recouvrement et un caoutchouc à faible génération de chaleur ayant une tangente de perte faible est utilisé dans une couche de caoutchouc de base. Des composés en caoutchouc sélectionnés ayant des propriétés améliorées ont été utilisés dans d’autres zones de stress plus élevé du pneu, comme dans la zone d’épaulement de la bande de roulement. Voir, par exemple, le document US 10 399 386. Il est souhaitable de fabriquer des bandes de roulement pour atteindre simultanément des niveaux élevés de résistance à l’usure et au stress, une accumulation faible de chaleur (tan delta faible) et une faible résistance au roulement pour atteindre une économie en carburant améliorée conjointement à une durée de vie de pneu et une durabilité améliorées dans des bandes de roulement d’origine et de rechange. De nombreuses conceptions et formulations de pneu et de bande de roulement ont été proposées pour équilibrer des propriétés de matériaux de caoutchouc de force mécanique et résistance à la traction par rapport à une accumulation de chaleur, de manière à générer une performance et une longévité de pneu acceptables sous des contraintes typiques, comme un poids et une vitesse de véhicule, des conditions de surface et des températures de fonctionnement. Voir, par exemple, les documents US 6 247 512, US 10 479 037, US 10 308 073 et US 2009/0 255 613. Certains proposent d’utiliser différents matériaux dans la direction axiale pour former la bande de roulement. Les matériaux de plan équatorial central peuvent différer des matériaux de plan latéral, et ces matériaux peuvent différer de matériaux utilisés dans diverses zones internes de la bande de roulement. Voir, par exemple, le document US 9 713 942. Souvent, un matériau extérieur venant au contact du sol présente une meilleure performance d’usure et un matériau intérieur présente des propriétés d’hystérésis permettant moins de génération de chaleur et des températures de fonctionnement plus basses dans la région de couronne lorsque ces matériaux sont superposés sur l’encolure. Des motifs de vides dans la bande de roulement peuvent être variés dans la direction axiale, dans de nombreux cas avec des rapports de vides inférieurs dans le plan équatorial central et une surface superficielle plus élevée de rainures ou entailles dans la partie axiale extérieure de la bande de roulement. Des couches intérieures supplémentaires de matériau élastomère ont été proposées pour des régions ciblées pour la gestion de force mécanique et de chaleur, et l’épaisseur des couches respectives de matériaux a été choisie pour optimiser la durée de vie et la performance de pneu. Pour améliorer des métriques de performance de pneu, certaines conceptions et formulations spécifient des matériaux élastomères ayant des niveaux améliorés de dispersion de charges qui ont été obtenus par un processus à mélange-maître élastomère liquide comme moyen pour optimiser une performance de pneu. Voir, par exemple, les documents US 10 308 073B2, US 10 017 612, US 9 834 658 et US 9 713 942B2. La présente invention fournit de préférence un pneu ayant à la fois une excellente force de matériaux et une résistance au roulage suffisamment faible et une accumulation de chaleur faible pour satisfaire à des cibles d’économie en carburant. Une caractéristique de la présente invention est de fournir une bande de roulement ayant une ou plusieurs propriétés bénéfiques. Une autre caractéristique de la présente invention est de fournir une bande de roulement qui fournit une excellente force de matériaux et/ou une résistance au roulage suffisamment faible et/ou une accumulation de chaleur faible pour satisfaire à des cibles d’économie en carburant. Pour atteindre ces avantages, et d’autres, et conformément aux buts de la présente invention, comme mise en œuvre et décrite ici, la présente invention concerne une bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 40 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant au moins 40 phr d’au moins un noir de carbone, la bande de roulement ayant : a) rapport de module > 5,60 ; b) pourcentage d’allongement à la rupture > 470, et c) Tan delta à 60°C ≥ 0,10 et La présente invention concerne en outre une bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant 40 phr ou moins d’au moins un noir de carbone, la bande de roulement ayant : a) rapport de module ≥ 5,43 ; b) pourcentage d’allongement à la rupture > 400, et c) Tan delta à 60°C ≥ 0,09 et Également, la présente convention concerne une bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant au moins un noir de carbone, et la bande de roulement étant caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées supérieures à 10 μm déterminé par microscopie optique en mode transmission, conforme à l’équation 0,01 De plus, la présente invention concerne une bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant au moins un noir de carbone, et la bande de roulement étant caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées supérieures à 10 μm déterminé par microscopie optique en mode transmission, supérieur à 0,01, et la bande de roulement ayant au moins l’un parmi : a) rapport de module ≥ 5,43 ; ou b) pourcentage d’allongement à la rupture > 400, ou c) Tan delta à 60°C De plus, la présente invention concerne une bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant au moins 40 phr ou moins d’au moins un noir de carbone, la bande de roulement ayant : a) rapport de module > 5,60 ; b) pourcentage d’allongement à la rupture > 400, et c) Tan delta à 60°C > 0,09 et et la bande de roulement est caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées supérieures à 10 μm comme déterminé par microscopie optique en mode transmission, conforme à l’équation 0,01 La présente invention concerne outre une bande de roulement dans laquelle la bande de roulement peut comporter au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge. La charge peut comporter au moins 40 phr d’au moins un noir de carbone. La bande de roulement peut avoir : a) rapport de module > 5,60 ; b) pourcentage d’allongement à la rupture > 480, et facultativement c) Tan delta à 60°C La bande de roulement est en outre caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées supérieures à 10 μm comme déterminé par microscopie optique en mode transmission supérieur à 0,01. La présente invention concerne également des pneus qui comprennent une bande de roulement de la présente invention. Des caractéristiques et avantages supplémentaires de la présente invention vont être établis en partie dans la description qui suit, et vont en partie apparaître à la lecture de la description, ou peuvent être acquis en mettant en pratique la présente invention. Les objectifs et autres avantages de la présente invention vont être réalisés et atteints au moyen des éléments et combinaisons particulièrement soulignés dans la description. Il doit être compris que la description générale qui précède et la description détaillée qui suit sont toutes deux uniquement un exemple et une explication et sont destinées à fournir une explication supplémentaire de la présente invention, telle qu’elle est revendiquée. Bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant 40 phr ou moins d’au moins un noir de carbone, la bande de roulement ayant : a) rapport de module ≥ 5,43 ; b) pourcentage d’allongement à la rupture > 400, et c) Tan delta à 60°C ≥ 0,09 et dans laquelle le rapport de module est défini par le rapport de contrainte à la traction (M300/M100), dans lequel la contrainte de traction à 100 % d'allongement (M100) et la contrainte de traction à 300 % d'allongement (M300) ont été évaluées par ASTM D412 à 23°C (RT), à 50 % d'humidité relative, le Tan delta a été mesurée par un balayage de température d'analyse mécanique dynamique en mode tension sous une déformation de 0,5 % à 10 Hz, avec une pré-tension de 0,5 N. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit rapport de module, ledit pourcentage d’allongement à la rupture, et lesdites valeurs tan delta sont basés sur ladite bande de roulement qui est testée avec ledit noir de carbone à 40 phr. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit rapport de module est de 5,43 à 6,25. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit rapport de module est de 5,43 à 6,2. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 405 à 550. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 425 à 525. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 425 à 500. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ladite tan delta est de 0,095 à 0,14. Bande de roulement selon la revendication 2, dans laquelle ladite tan delta est de 0,10 à 0,12. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la bande de roulement est caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées plus grandes que 10 μm déterminé par microscopie optique en mode transmission, conforme à l’équation : 0,01 Bande de roulement comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d’au moins une charge, la charge comprenant 40 phr ou moins d’au moins un noir de carbone, et la bande de roulement étant caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées plus grandes que 10 μm déterminé par microscopie optique en mode transmission, supérieure à 0,006, et la bande de roulement ayant au moins l’un parmi : a) rapport de module ≥ 5,43 ; ou b) pourcentage d’allongement à la rupture > 400, ou c) Tan delta à 60°C dans laquelle le rapport de module est défini par le rapport de contrainte à la traction (M300/M100), dans lequel la contrainte de traction à 100 % d'allongement (M100) et la contrainte de traction à 300 % d'allongement (M300) ont été évaluées par ASTM D412 à 23°C (RT), à 50 % d'humidité relative, le Tan delta a été mesurée par un balayage de température d'analyse mécanique dynamique en mode tension sous une déformation de 0,5 % à 10 Hz, avec une pré-tension de 0,5 N. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit rapport de module, ledit pourcentage d’allongement à la rupture, et lesdites valeurs tan delta sont basés sur ladite bande de roulement qui est testée avec ledit noir de carbone à 40 phr. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit rapport de module est de 5,43 à 6,25. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit rapport de module est de 5,43 à 6,2. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 405 à 550. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 425 à 525. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ledit pourcentage d’allongement à la rupture est de 425 à 500. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ladite tan delta est de 0,09 à 0,22. Bande de roulement selon la revendication 11, dans laquelle ladite tan delta est de 0,10 à 0,2. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la charge comprend au moins un matériau choisi parmi des matériaux carbonés, noir de carbone, silice, nano-cellulose, lignine, argiles, nano-argiles, oxydes métalliques, carbonates métalliques, carbone de pyrolyse, graphènes, oxydes de graphène, oxyde de graphène réduit, nanotubes de carbone, nanotubes de carbone à paroi unique, nanotubes de carbone à paroi multiple, ou des combinaisons de ceux-ci, et des matériaux revêtus et traités de ceux-ci. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la charge comprend au moins un matériau choisi parmi du noir de carbone, de la silice, et des matériaux revêtus et traités de ceux-ci. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la charge comprend du noir de carbone et de la silice selon un rapport en poids entre le noir de carbone et la silice supérieur à 2,7:1. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élastomère est choisi parmi du caoutchouc naturel, caoutchouc naturel fonctionnalisé, caoutchouc de styrène-butadiène, caoutchouc de styrène-butadiène fonctionnalisé, caoutchouc de polybutadiène, caoutchouc de polybutadiène fonctionnalisé, caoutchouc de polyisoprène, caoutchouc d’éthylène-propylène, élastomères à base d’isobutylène, caoutchouc de polychloroprène, caoutchouc de nitrile, caoutchouc de nitrile hydrogéné, caoutchouc de polysulfure, élastomères de polyacrylate, fluoroélastomères, perfluoroélastomères, élastomères de silicone, et des mélange de ceux-ci. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élastomère est du caoutchouc de styrène-butadiène, caoutchouc de styrène-butadiène fonctionnalisé, caoutchouc de polybutadiène, caoutchouc de polyisoprène, caoutchouc d’éthylène-propylène, caoutchouc de nitrile, caoutchouc de nitrile hydrogéné, ou des mélanges de ceux-ci. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élastomère est du caoutchouc naturel ou du caoutchouc naturel fonctionnalisé ou les deux. Bande de roulement selon la revendication 25, dans laquelle la charge est choisie parmi du noir de carbone, de la silice, et des matériaux revêtus et traités de ceux-ci. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la bande de roulement comprend en outre un ou plusieurs composés chimiques de caoutchouc choisi parmi des anti-dégradants, aides au traitement et activateurs, oxyde de zinc, acides gras, sels de zinc d’acides gras, cire, accélérateurs, résines, et huile de traitement. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le noir de carbone a une STSA > 140 m 2 /g. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le noir de carbone a une STSA > 150 m 2 /g. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le noir de carbone a une STSA de 120 m 2 /g à 180 m 2 /g. Bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le noir de carbone a une STSA de 150 m 2 /g à 160 m 2 /g. Pneu comprenant la bande de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes. Pneu selon la revendication 32, dans lequel le pneu est choisi parmi des pneus pour camion, tracteur, remorque, bus, voiture de tourisme, véhicule puissant, moto, véhicule tout-terrain, véhicule à équipement lourd, et aéronef. Pneu selon la revendication 32, dans lequel le pneu est un pneu pour véhicule à équipement lourd ou tout-terrain, et la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’élastomère, comprenant au moins un polyisoprène naturel ou synthétique, et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une BET d’au moins 130 m 2 /g et un COAN de pas plus de 115 ml/g. Pneu selon la revendication 34, dans lequel le pneu est un pneu pour véhicule à équipement lourd ou tout-terrain, et la bande de roulement comprend en outre au moins un copolymère de styrène et butadiène, ou un polymère de butadiène, une combinaison de ceux-ci. Pneu selon la revendication 32, dans lequel le pneu est un pneu pour véhicule à équipement lourd ou tout-terrain, et la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’élastomère, comprenant au moins un polyisoprène naturel ou synthétique, et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone, ayant une BET d’au moins 130 m 2 /g et un COAN de pas plus de 115 ml/g, et 5 à 10 phr d'au moins une silice. Pneu selon la revendication 34, dans lequel le pneu est un pneu pour véhicule à équipement lourd ou tout-terrain, et la bande de roulement comprend en outre au moins un noir de carbone ayant une BET supérieure à 150 m 2 /g, un OAN inférieur à 100 ml/g, et un COAN inférieur à 90 ml/g. Pneu selon la revendication 32, dans lequel le pneu est un pneu pour véhicule puissant ou moto, et la bande de roulement comprend 100 phr d’élastomère, comprenant au moins un polymère choisi parmi un copolymère de styrène et butadiène en solution et un polymère de butadiène et des combinaisons de ceux-ci, et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une STSA de 150 à 220 m 2 /g et au moins une silice ayant une BET de 150 à 200 m 2 /g. Pneu selon la revendication 32, dans lequel le pneu est un pneu de camion ou de bus, et la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique et au moins 30 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une STSA d’au moins 115 m 2 /g et un COAN de moins de 110 ml/g, et 1 à 25 phr d’au moins une charge de silice. Pneu selon la revendication 39, dans lequel le pneu est un pneu de camion ou de bus, et la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique et 45 à 60 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une STSA d’au moins 115 m 2 /g et un COAN de moins de 110 ml/g, et 1 à 25 phr d’au moins une charge de silice. Pneu selon la revendication 39, dans lequel le pneu est un pneu de camion ou de bus, et la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique et au moins 30 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une BET supérieure à 150 m 2 /g, un OAN inférieur à 110 ml/g, et un COAN inférieur à 90 ml/g, et 1 à 25 phr d’au moins une charge de silice. Pneu selon la revendication 39, dans lequel le pneu est un pneu de camion ou de bus, et un composant d’épaulement de la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une BET d’au moins 120 m 2 /g et un COAN de moins de 110 ml/g, et 1 à 20 phr d’au moins une charge de silice. Pneu selon la revendication 42, dans lequel le pneu est un pneu de camion ou de bus, et un composant d’épaulement de la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une BET supérieure à 150 m 2 /g, un OAN inférieur à 110 ml/g, et un COAN inférieur à 90 ml/g, et 1 à 25 phr d’au moins une charge de silice. Pneu selon la revendication 39, dans lequel une sous-couche de la bande de roulement comprend 60 à 100 phr d’au moins un élastomère de polyisoprène naturel ou synthétique, d’un élastomère de polybutadiène, ou d’une combinaison de ceux-ci, et au moins 40 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone ayant une BET de moins de 100 m 2 /g et un indice I 2 de moins de 110 g/kg. Pneu selon la revendication 39, dans lequel la bande de roulement comprend au moins 20 phr de charge comprenant au moins un noir de carbone choisi parmi un noir de carbone modifié en surface, noir de carbone oxydé, noir de carbone en agrégat multi-phase et noir de carbone ayant une teneur en hydrogène en surface d’au moins 2 000 ppm. Véhicule équipé de chenilles et comprenant des bandes de roulement en caoutchouc montées sur les chenilles, et lesdites bandes de roulement comprenant la bande de roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 31.