Brevet FR3163309A1 — publié le 20251219

L’invention a pour objet une tringle (20) pour pneumatique (10), comprenant : au moins un brin d'une fibre de verre noyée dans une matrice organique, dans laquelle le diamètre D de la tringle (20) va de 14 à 25 mm et dans laquelle la force à rupture (Fm) de la tringle (20) est supérieure ou égale à 150 kN. Figure pour abrégé : Fig.2 Tringle pour aéronef comprenant des fibres de verre noyées dans une matrice organique L’invention concerne les tringles pour pneumatique. Elle s'applique à tout type de pneumatiques pour tout type de véhicules. Un pneumatique comprend, de façon classique, deux bourrelets circonférentiels destinés à permettre l'accrochage du pneumatique sur la jante. Chaque bourrelet comprend une tringle annulaire de renfort. On connaît de l'état de la technique un pneumatique pour aéronef comprenant une tringle comprenant une âme et six couches de fils en acier et enroulés autour de l'âme. L'âme est constituée d'un monofilament en acier. Le monofilament est cintré sur lui-même et ses deux extrémités soudées afin de former un anneau sensiblement circulaire. On connaît également de l’état de la technique et notamment du document EP133110 un pneumatique pour aéronef comprenant une tringle comprenant une âme en métal léger et une couche externe de fils en acier et enroulés autour de l'âme. On connaît également de l’état de la technique et notamment du document WO2013182599 un pneumatique pour aéronef comprenant une tringle comprenant une âme comprenant au moins un brin d'une fibre textile multifilamentaire noyée dans une matrice organique et une couche externe de fils en acier et enroulés autour de l'âme. L’inconvénient de telles tringles c’est que d’une part le procédé de fabrication est complexe du fait de l’assemblage des couches de fils autour de l’âme et d’autre part l’architecture de telles tringles implique la présence de capillaires qui peuvent déformer la tringle pendant les phénomènes de compression impactant les performances du pneumatique. L’invention a pour but de trouver une tringle pour remédier à ces inconvénients. A cet effet l’invention a pour objet une tringle pour pneumatique comprenant au moins un brin d'une fibre de verre noyée dans une matrice organique, dans laquelle le diamètre D de la tringle va de 14 à 25 mm et dans laquelle la force à rupture de la tringle est supérieure ou égale à 150 kN conformément à la norme ISO 6892 de 1984. Les inventeurs à l’origine de l’invention ont découvert que les fibres de verre noyées dans une matrice organique ont une résistance à la rupture élevée tout en gardant un diamètre maitrisé. On élimine une étape d’assemblage des couches de fils autour de l’âme et on limite le fluage à l’intérieur de la tringle puisqu’il n’y a pas de capillaire ce qui permet de conserver la forme de la tringle et de garantir le taux de compression. En plus de ces avantages, on réduit considérablement la masse de la tringle par rapport aux tringles de l’état de la technique. La fibre de verre permet le renforcement de la matrice organique. Par matrice organique, on entend toute matrice comportant, en poids, plus de 50%, de préférence plus de 75% et plus préférentiellement plus de 90 % de matière organique. La matrice organique peut contenir des minéraux et/ou des métaux provenant de son procédé de fabrication, mais également des additifs minéraux et/ou métalliques volontairement ajoutés. Ainsi, une matrice organique peut, par exemple, être une matrice polymérique thermodurcissable, par exemple à base de polyester insaturé, de polyépoxyde, de dérivé phénolique ou d’aminoplaste, ou encore thermostable, par exemple à base de cyanate, de polybismaléimide, de polyimide, de polyamidoimide, ou encore thermoplastique, par exemple à base de polypropylène, de polyamide, de polyester saturé, de polyoxyméthylène, de polysulfone et polyéthersulfone, de polyéthercétone et polyétheréthercetone, de polysulfure de phénylène, de polyétherimide, ou encore d’élastomère thermoplastique ou réticulé, par exemple à base de polyuréthanne, de silicone ou de caoutchouc ou bien une matrice organique issue d’un mélange de ces matrices. De préférence, la matrice organique est thermodurcie, de préférence réticulée. Il s'agit par exemple d'une résine réticulable par un rayonnement ionisant, tel que par exemple un rayonnement ultraviolet - visible, un faisceau d’électrons accélérés ou de rayons X. On peut choisir aussi une composition comprenant une résine réticulable par un peroxyde, la réticulation ultérieure pouvant alors être effectuée, le moment venu, au moyen d’un apport de calories, par exemple par l’action de micro-ondes. De préférence, on utilise une composition du type durcissable par un rayonnement ionisant, la polymérisation finale pouvant être déclenchée et contrôlée aisément au moyen d’un traitement ionisant, par exemple de type UV ou UV-visible. A titre de résine réticulable, on utilise plus préférentiellement une résine polyester (i.e., à base de polyester insaturé) ou une résine vinylester. Plus préférentiellement encore, on utilise une résine vinylester. Dans un mode de réalisation, la tringle comprend un seul brin, et de préférence est constituée d’un seul brin. Dans une variante, la tringle forme un tore monolithique. Par monolithique, on entend que le tore ne présente aucune discontinuité de matière ou de jointure à l’échelle macroscopique. Le tore étant monolithique, l’âme est moins fragile que l’âme de la tringle de l’état de la technique qui présente une faiblesse au point de soudure de ses extrémités. De préférence, les filaments élémentaires sont répartis de façon homogène dans tout le volume du tore. Dans une autre variante, la tringle forme un enroulement du brin en plusieurs spires. Dans un autre mode de réalisation, la tringle comprend plusieurs brins distincts. Le matériau de la tringle, du fait de la présence de la matrice organique, présente une aptitude élevée à la déformation élastique qui est amplifiée par la pluralité de brins. En effet, en augmentant le nombre de brins et pour une dimension de tringle prédéterminée, on réduit la section de chaque brin, donc la rigidité de la section de chaque brin et on diminue le rayon de courbure critique en flexion de la tringle. Les mesures de force à la rupture de la tringle (charge maximale en N) peuvent être effectuées par n’importe quel type de méthode généralement utilisée. On pourra par exemple utiliser une méthode conforme à la norme ISO 6892 de 1984 sur un échantillon rectiligne de la tringle ou bien une méthode conforme au test de traction tringle décrit ci-dessous. Les mesures de force à la rupture de la tringle (charge maximale en N) sont effectuées à température ambiante en suivant préférentiellement un test de traction circonférentielle, dit test de traction tringle, sur une machine de traction comprenant des secteurs mobiles radialement. Au cours de ce test, réalisé dans des conditions quasi-statiques, on positionne la tringle ou l’âme à tester autour des secteurs, ici ils sont au nombre de 12. Le déplacement simultané et progressif des secteurs a pour effet d'exercer une force radiale d'intensité croissante sur la tringle ou l’âme. Les mouvements des secteurs sont suivis par des capteurs de force mesurant les forces exercées sur la tringle ou l’âme. La mesure de la force appliquée sur la tringle ou l’âme est réalisée à l’aide de trois capteurs de force positionnés sur les secteurs mobiles Le calcul de la force circonférentielle appliquée à la tringle ou âme est réalisé à partir de de la force radiale mesurée par les capteurs de force en appliquant un facteur géométrique correspondant à l’angle des 12 secteurs soit 60° selon la formule : Force circonférentielle appliquée = 1,932 x Force radiale de sollicitation. La force à rupture est déterminée par la force maximale enregistrée par chacun des capteurs de force, après rupture d’un élément de la tringle ou de l’âme. La fréquence d'acquisition est égale à 100Hz. La valeur de force à rupture retenue est la moyenne des trois valeurs mesurées par les trois capteurs. Par diamètre de la tringle, on entend le diamètre du plus petit cercle dans lequel est circonscrit la tringle. Tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b). Dans le cadre de l’invention, les produits carbonés mentionnés dans la description, peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. Dans le cadre de l’invention, on pourra également envisager que les produits carbonés mentionnés dans la description comprennent des isotopes de certains éléments chimiques. Avantageusement, la force à rupture de la tringle est inférieure ou égale à 450 kN. De préférence, la force à rupture de la tringle est supérieure ou égale à 200 kN et plus préférentiellement supérieure ou égale à 300 kN. De préférence, la surface maximum accessible de la section de la tringle est inférieure ou égale à 200 mm 2 . Par surface minimum accessible, on entend la surface mesurée sur une section de tringle, étant entendu qu’on détermine la surface en considérant le diamètre circonscrit à la tringle et qu’on effectue la mesure sur 10 sections de tringles et on détermine la surface moyenne accessible. De préférence, la surface maximum accessible de la section de la tringle est supérieure ou égale à 100 mm 2 . De préférence, le diamètre de la tringle D va de 14 à 22 mm. Avantageusement, le titre de la fibre de verre va de 100 à 1300 tex et de préférence de500 à 1200 tex. Le titre (ou densité linéique) de chaque fibre de verre est déterminé selon la norme ASTM D1423. Le titre est donné en tex (poids en grammes de 1000 m de produit - rappel: 0, 111 tex égal à 1 denier). De préférence, le module en extension de la tringle mesuré est de préférence supérieur à 15 GPa, plus préférentiellement supérieur à 30 GPa, notamment est de 40 à 80 GPa. La mesure de déformation de la tringle est réalisée en suivant le déplacement d’un secteur à l’aide d’un potentiomètre à fil. L’allongement du développement de la tringle ΔL en mm est calculé par la formule : Allongement tringle = déplacement secteur x 2 x Pi. Avant de procéder à la mesure de déformation, une pré-accommodation de l'échantillon est réalisée. Cette pré-accommodation est fixée à 100N. Cette pré-accommodation permet de fixer le développement initial de l’objet pour la mesure de déformation. La déformation est donnée entre le rapport de l’allongement du développement de la tringle ΔL en mm sur son développement initial L0 en mm. Pour mesurer une déformation conforme avec cette méthode, il est important de ne pas utiliser d’anneau de caoutchouc entre les secteurs et l’objet à mesurer. Pour mesurer la force à la rupture et l’allongement il peut donc être nécessaire de réaliser deux mesures distinctes. Une mesure avec l'anneau de caoutchouc pour évaluer la force, et une mesure sans l'anneau pour évaluer la déformation. Dans ce cas, la déformation sera conforme jusqu’à la rupture. Il est important de noter que la rupture peut se produire prématurément en raison d'une répartition des contraintes plus faible, dans ce cas cela ne doit pas être pris en compte lors des mesures de rupture. Une autre méthode de mesure de déformation de la tringle peut être réalisée par extensomètre laser. Cela peut permettre de réaliser une mesure de déformation jusqu’à une rupture conforme. On appelle module sécant nominal à X % de déformation le module de l’objet mesuré, à une valeur de déformation de X/100. On détermine la contrainte nominale F/S0, avec F la force mesurée, S0 la section initiale de l’objet, pour une déformation de X/100, et on calcule le module sécant d’élasticité à X% de déformation en faisant le rapport de cette valeur de contrainte sur la valeur de déformation : Module en MPa=Force en N x L0 en mm / (S0 en mm 2 x ΔL en mm). Dans le cadre de l’invention, cette mesure de module est calculée pour une déformation de 0,5%. La mesure peut être réalisée à partir des tringles directement avant confection du pneumatique. Celle-ci peut aussi être réalisée sur des tringles extraites de pneumatique. Dans ce cas il est nécessaire de réaliser une extraction de la tringle sans l’endommager à cette étape, l’homme du métier saura réaliser cette extraction sans endommagement. Pour les mesures impliquant de connaitre l’allongement (déformation et ou module), la méthode d’extraction ne devra pas laisser de caoutchouc à la surface de la tringle. Avantageusement, la section de la tringle est de forme ronde, carrée, hexagonale ou encore triangulaire. Avantageusement, la section de la tringle est quelconque. Plus préférentiellement, la section de la tringle est de forme ronde. L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de la tringle telle que définie ci-dessus comprenant les étapes suivantes : - on fournit au moins une fibre de verre ; - on imprègne le ou les fibre(s) de verre par une résine vinylester ; - on réticule au moins partiellement la résine sous rayonnement UV et IR et - on procède à une étape de chauffage pour assurer la réticulation complète de la résine. De préférence, l’étape de chauffage est effectuée entre 5 et 40 minutes à une température allant de 180 à 200°C. De préférence, on procède à une étape ultérieure d’encollage de la tringle par une composition adhésive. Dans un autre mode de réalisation avantageux, une telle composition adhésive est par exemple de type RFL (acronyme pour Résorcinol-Formaldéhyde-Latex) mais également les compositions adhésives telles que décrites dans WO2015118041. Enfin, l’invention a pour autre objet un pneumatique comprenant au moins une tringle telle que définie ci-dessus. De préférence, le pneumatique est pour aéronef. Compte-tenu du nombre élevé de pneumatiques embarqués sur un aéronef qui peut atteindre plus de vingt unités, la réduction de masse de chaque pneumatique permet une réduction relativement significative de la masse totale de l'aéronef. En variante, le pneumatique est pour véhicule terrestre. Par véhicule terrestre, on entend tout véhicule à l'exception des aéronefs. L’invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui vont suivre, donnés uniquement à titre d’exemples non limitatifs et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la FIG. 1 est une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d’un pneumatique (10) selon l’invention ; et - la FIG. 2 est une vue en coupe perpendiculaire à l'axe de la tringle (supposée rectiligne et au repos) de la tringle (20) selon de l'invention. On a représenté sur la FIG. 1 un pneumatique selon l'invention désigné par la référence générale 10. En l'espèce, le pneumatique 10 est destiné à être monté sur un aéronef et a pour dimensions 46x17 R20. En variante, le pneumatique 10 est destiné à être monté sur un véhicule terrestre, par exemple un véhicule de type poids-lourd. Le pneumatique 10 comporte un sommet 12 renforcé par une armature de sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une tringle 20 annulaire. Le sommet 14 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 22 est enroulée autour des deux tringles 20 dans chaque bourrelet 18 et comprend un retournement 24 disposé vers l'extérieur du pneumatique 20 qui est ici représenté monté sur une jante 26. L'armature de carcasse 22 est constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles. L'armature 22 est du type radial. En variante, l'armature 22 est constituée d'au moins deux nappes renforcées par des câbles et est du type bias. Chaque tringle 20 a une forme générale toroïdale et présente une section sensiblement circulaire. En variante, la tringle 20 présente une section polygonale, par exemple, carrée, rectangulaire ou hexagonale ou bien encore une section elliptique ou oblongue. On a représenté sur la FIG. 2 une tringle 20 selon l'invention. La tringle 20 comprend des fibres de verre noyées dans une matrice organique en vinylester, le diamètre de la tringle est 14,58 mm et sa force à rupture est de 200 kN. Le titre de la fibre de verre est 600 tex. Le module en extension de la tringle mesuré est de 70 GPa soit supérieur à 15 GPa, supérieur à 30 GPa, et donc compris entre 40 et 80 GPa. La surface de la tringle est de 167 mm 2 . La résine thermodurcie est du type vinylester. Sans que cette définition soit limitative, la résine vinylester est préférentiellement du type époxyvinylester. On utilise plus préférentiellement une résine vinylester, notamment du type époxyde, qui au moins pour partie est à base (c’est-à-dire greffée sur une structure du type) novolaque (encore appelée phénoplaste) et/ou bisphénolique, soit préférentiellement une résine vinylester à base novolaque, bisphénolique, ou novolaque et bisphénolique, telle que décrite par exemple dans les demandes EP 1 074 369 et EP 1 174 250. Une résine époxyvinylester de type novolaque et bisphénolique a montré d’excellents résultats ; à titre d'exemples, on peut citer notamment les résines vinylester "ATLAC 590" ou "ATLAC E-Nova FW 2045" de la société AOC (diluées toutes deux avec du styrène). De telles résines époxyvinylester sont disponibles chez d'autres fabricants tels que Reichhold, Cray Valley, UCB. L’âme 30 est fabriquée par exemple par imprégnation de la fibre comme décrit dans le document US 3,730,678 ou bien par injection de la matrice organique dans un moule où l’on a préalablement disposé la fibre ou bien comme décrit dans le document EP1167080. La tringle est fabriquée à l’aide des étapes suivantes : - on fournit au moins une fibre de verre ; - on imprègne le ou les fibre(s) de verre par une résine vinylester ; - on réticule au moins partiellement la résine sous rayonnement UV et IR et - on procède à une étape de chauffage pour assurer la réticulation complète de la résine. MESURES COMPARATIVES On a comparé la tringle 20 selon l’invention et la tringle 100 de l’état de la technique. On a également comparé le pneumatique 10 selon l’invention et un pneumatique de l’état de la technique comprenant deux tringles 100 de l’état de la technique. On a résumé dans le tableau 1 ci-dessous les caractéristiques issues des mesures réalisées. Tringle Tringle 100 Tringle 20 Force à rupture (Fm) en kN 200 200 Ame/matériau ; C1/matériau F1 ; C2/matériau F2 CVR ; C1/23 ; C2/ 28 CVR,- ,- Diamètre fils métal (mm) F1 / F2 1,30/ 1,30 - Titre fibre de verre (Tex) 600 600 Diamètre âme en fibre de verre (mm) 9 14,58 Diamètre tringle D (mm) 14,28 14,58 Surface de la tringle (mm 2 ) 213 167 Module en extension (GPa) 190 70 Procédé : facilité processabilité Gain temps (min) 0 9 Pneumatique Gain masse tringle (%) 100 -53% Gain masse pneu (%) 100 - 3% La tringle 20 selon l’invention permet de réduire considérablement la masse de la tringle de l’état de technique et en conséquence la masse du pneumatique. De plus, on élimine une étape d’assemblage des couches de fils autour de l’âme ce qui permet de gagner du temps et enfin, on limite le fluage à l’intérieur de la tringle puisqu’il n’y a pas de capillaire ce qui permet de conserver l’architecture sous tringle et de garantir le taux de compression. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits. En effet, la tringle selon l’invention peut être montée sur un pneumatique autre qu’un pneumatique pour aéronef. Par exemple, la tringle peut être destinée à un pneumatique pour des véhicules industriels choisis parmi les camionnettes, des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, autres véhicules de transport ou de manutention. Tringle (20) pour pneumatique (10), caractérisée en ce qu'elle comprend : au moins un brin d'une fibre de verre noyée dans une matrice organique, dans laquelle le diamètre D de la tringle (20) va de 14 à 25 mm et dans laquelle la force à rupture (Fm) de la tringle (20) est supérieure ou égale à 150 kN conformément à la norme ISO 6892 de 1984. Tringle (20) selon la revendication précédente, dans laquelle la force à rupture (Fm) de la tringle (20) est inférieure ou égale à 450 kN. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la force à rupture (Fm) de la tringle (20) est supérieure ou égale à 200 kN et plus préférentiellement supérieure ou égale à 300 kN. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface maximum accessible de la section de la tringle (20) est inférieure ou égale à 200 mm 2 . Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la matrice organique est du type thermodurcie, de préférence réticulée et plus préférentiellement du type vinylester. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre D de la tringle va de 14 à 22 mm. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le titre de la fibre de verre va de 100 à 1300 tex et de préférence de 500 à 1200 tex. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le module en extension de la tringle (20) mesuré est de préférence supérieur à 15 GPa, plus préférentiellement supérieur à 30 GPa, notamment est de 40 à 80 GPa. Tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la section de la tringle (20) est de forme ronde, carrée, hexagonale ou encore triangulaire. Procédé de fabrication de la tringle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - on fournit au moins une fibre de verre ; - on imprègne le ou les fibre(s) de verre par une résine vinylester ; - on réticule au moins partiellement la résine sous rayonnement UV et IR et - on procède à une étape de chauffage pour assurer la réticulation complète de la résine. Procédé de fabrication de la tringle (20) selon la revendication précédente, dans lequel on procède à une étape ultérieure d’encollage de la tringle (20) par une composition adhésive. Pneumatique (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tringle (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. Pneumatique (10) selon la revendication précédente, pour aéronef.