INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La , quant à elle, représente une coupe de l’extrados (31) et de l’intrados (32) d’une aile, coupée au niveau d’une partie renforcée (12) intégrée au panneau. On observe ainsi un épaississement au niveau de la jonction avec le fuselage grâce à l’épaississement local (81) de chaque pli de l’extrados et de l’intrados. L’extrados (31) présente une partie renforcée (12) formée entre les plis non-divergés (15) et les plis divergés (16). Dans cet exemple de réalisation, la partie renforcée (12) décrite est de forme allongée dans la direction de l’envergure de l’aile et de section trapézoïdale, l’épaisseur de cette section étant, à l’instar de l’épaisseur totale des plis, plus importante au niveau de la jonction avec le fuselage.
Ainsi, comme décrit précédemment, l’évolution de l’épaisseur total des plis est discontinue. Sur la demi-envergure on peut donc distinguer trois zones. Une première qui peut aller jusqu’à 40% de la demi-envergure et pouvant présenter un sur-épaississement, puis une deuxième entre 40 et 70% soumise à des efforts relativement modérés (en comparaison avec la 1ère zone) puis la dernière pour les 0 à 30% restants soumise à des efforts relativement faibles (en comparaison avec les zones précédentes). En fonction de y, l’épaisseur suit la diminution de la portance et donc de l’effort de compression dans l’extrados. Le nombre de plis peut varier entre 4 et 20 pour des avions ayant une MTOW (masse maximale au décollage) inférieure à 2000kg. Localement, par exemple au niveau des parties renforcées, on peut atteindre une épaisseur de 30mm. Chaque pli peut mesurer entre 0,2mm et 0,8mm.
Par ailleurs, les plis peuvent se poursuivre dans le fuselage afin d’améliorer la solidarisation de l’aile avec le fuselage.
Concernant la mise en forme des plis divergés (16), il est nécessaire d’anticiper une longueur supplémentaire nécessaire à la distance supplémentaire définie par la partie renforcée (12).
Ainsi, en prenant pour exemple une section d’une partie renforcée (12) de forme trapézoïdale isocèle, telle qu’illustrée par la figure 9, on définit e comme étant l’épaisseur de la partie renforcée (12) (ou hauteur du trapèze), la longueur de la grande base, la longueur de la petite base, et respectivement les côtés adjacents aux bases du côté gauche et du côté droit. On divise le trapèze en deux triangles rectangles encadrant un rectangle central, la hauteur du rectangle étant e et sa longueur , la grande base est ainsi divisée en trois segments, de longueur respectivement de gauche à droite : , et . On définit comme représentant les angles des sommets des triangles du côté de la petite base. Et enfin, on calcule la longueur supplémentaire générée par le sur-épaississement local :
Or, on peut exprimer , , et en fonction de l’épaisseur et de l’angle :
Ainsi, on obtient :
Dans un cas particulier où θ=45°, on obtient le résultat suivant :
La longueur supplémentaire générée par le sur-épaississement local dû à une partie renforcée (12) de section trapézoïdale isocèle, pour des angles des triangles adjacents à la petite base de 45°, est donc de .
Par ailleurs, l’utilisation d’un empilement de plis afin de créer la peau d’une aile peut permettre l’intégration d’élément(s) entre ces plis. Par exemple, les bords d’attaque d’une aile d’avion étant confrontés à un gel non-souhaité, il est possible d’intégrer des films polymères chauffants, afin de prévenir et/ou d’éliminer toute présence de gel par simple application d’un courant électrique dans le film. Un autre exemple d’intégration d’éléments au sein des plis de la peau d’une aile d’avion, serait l’ajout de cellules photovoltaïques sous un ou plusieurs plis transparents au niveau de l’extrados de l’aile, permettant ainsi d’accumuler de l’énergie au cours du vol sans perdre en compacité ni en légèreté au niveau des ailes.
4. Caractéristiques des parties renforcées, notamment application à une aile
Description Mélange à Sec 50 phr Phase 3 Mélange à Sec 50 phr Phase 4 Taille de mélangeur (L) 55 55 Facteur de charge % 70 68 TCU °C 40 30 Vitesse de rotor tpm 30 25 Pression de vérin bar 5,5 3,4 Temps (s) Ajouter composite 0s 0s Ajouter curatifs 0s Balayer 45s déverser 180s 90s Viscosité Mooney Finale 73
Pneus Réalisés avec des Composés de Bande de roulement C1, E1 & C2
La fabrication de pneus réalisés avec des composés de bande de roulement de l’invention et des composés comparatif a été effectuée par des processus connus.
Un dispositif de re-foulage ORBITREAD® (McNeil & NRM, Inc., Akron, Ohio) et un processus ont été utilisés pour construire les pneus (taille de pneu : 195/55R15). Les pneus ont été construits et durcis par des techniques standard connues dans la technique, comprenant les étapes suivantes : (1) de nouveaux pneus commerciaux ont été polis pour enlever le composé de bande de roulement ; (2) le composé de caoutchouc a été extrudé et appliqué sur les pneus polis ; (3) les pneus avec la bande appliquée ont été durcis en utilisant des conditions de durcissement prédéterminées (temps de durcissement) à 150°C, sur la base de courbes de durcissement, de mesures de thermocouple du profil de température de pneu, et d’une modélisation du comportement de durcissement de pneu.
Le Tableau 6 établit des propriétés testées des bandes de roulement expérimentales durcies C1, E1 et C2, ainsi que les mêmes propriétés mesurées sur une série de 32 bandes de roulement commerciales comparatives conçues pour des véhicules lourds, tels que des camions, qui contiennent du caoutchouc naturel et du noir de carbone comme seuls caoutchouc et charge de renforcement, respectivement.
Tableau 6 : Propriétés de Bande de Roulement
NR/Noir de Carbone phr Tangente Delta @ 60C % d’allongement @ la Rupture, RT M300/M100, RT Bande de Roulement Expérimentale C1 50 0,09 490 6,00 E1 50 0,10 490 5,73 C2 50 0,14 530 5,43 Bande de Roulement Commerciale 1 49 0,09 430 5,07 2 54 0,08 410 5,44 3 51 0,09 430 5,42 4 52 0,09 380 4,93 5 52 0,08 480 5,07 6 50 0,08 450 5,94 7 50 0,10 390 4,67 8 46 0,08 470 6,09 9 50 0,11 460 5,31 10 51 0,10 390 5,10 11 55 0,13 400 5,10 12 51 0,09 400 5,10 13 48 0,10 530 5,26 14 47 0,05 441 4,87 15 56 0,13 450 5,57 16 49 0,07 430 5,54 17 47 0,10 460 5,17 18 52 0,10 400 4,88 19 50 0,09 500 5,55 20 45 0,10 520 5,49 21 54 0,10 430 5,51 22 46 0,07 440 5,40 23 51 0,11 470 6,09 24 50 0,09 460 5,71 25 53 0,07 400 5,22 26 47 0,06 380 5,25 27 49 0,10 450 5,39 28 55 0,10 430 5,42 29 51 0,07 400 5,69 30 55 0,08 380 5,52 31 53 0,09 400 5,52 32 51 0,1 470 5,49
Les données du Tableau 6 démontrent que des composés de bande de roulement contenant du caoutchouc naturel et du noir de carbone humide selon l’invention ont : (a) un rapport de contrainte à la traction plus élevé (M300/M100), et (b) des valeurs tan δ inférieures à celles de l’exemple comparatif C2 préparé par un processus de mélange à sec classique ; et (a) un allongement équivalent à la rupture et (b) des valeurs M300/M100 proches de celles de l’exemple comparatif C1 préparé par un processus de mélange-maître liquide, tout en ayant des avantages significatifs de traitement de composite mélangé en voie humide obtenus en éliminant des complexités et des contraintes de mélange-maître liquide.
Les données du Tableau 6 démontrent en outre que la bande de roulement de l’invention a une combinaison de : (a) un allongement plus élevée à la rupture et, dans tous les cas sauf deux, un rapport de contrainte à la traction plus élevé (M300/M100) ; (b) des valeurs tan δ inférieures, ou comparables, par rapport à une large gamme de composés commerciaux de bande de roulement pour camion fabriqués à partir de formulations de caoutchouc naturel/noir de carbone à des niveaux de chargement de charge similaires avec des qualités de renforcement comparables de charge de noir de carbone.
Dispersion de Charge dans des Composés de Bande de roulement
La qualité de dispersion de charge de carbone dans des bandes de roulement réalisées avec des composés des exemples 1 à 3, ensemble avec des échantillons de bandes de roulement pour camion commerciales comprenant des formulations de caoutchouc comparables a été mesurée par le procédé suivant. Une macro-dispersion pour les composés vulcanisés est indiquée par V, le pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées plus grandes que 10 μm déterminé par microscopie optique en mode transmission, dans les échantillons de bande de roulement.
Procédé de test de macro-dispersion
Des caractéristiques de macro-dispersion ont été déterminées par microscopie optique en mode transmission. Des tranches de cryo-microtome (1 µm d'épaisseur) d'un échantillon de caoutchouc ont été coupées à l’aide d’un couteau en diamant sur un instrument pour ultramicrotome PTPC PowerTome (RMC Boeckeler). Les tranches ont été déposées sur une lame de verre pour une imagerie optique à transmission à une résolution de 0,65μm/pixel avec un champ de vision de 0,55 mm 2 . Au moins 10 images optiques ont été acquises pour chaque échantillon, chaque image provenant d'une tranche différente du même échantillon. Les images ont été traitées en corrigeant tout d'abord le fond irrégulier de l'image avec une correction de pseudo champ-plat basée sur un flou gaussien. Le bruit d'image est réduit en utilisant un filtre bilatéral à préservation de bords et l’accentuation de contraste d'image est appliquée en cas de besoin. Les objets sombres et les objets lumineux de l'image représentaient respectivement des particules non dispersées et des vides, tandis que le fond gris d'image représentait des régions de caoutchouc avec du noir de carbone bien dispersé. Les objets ont été séparés de l'image avec une segmentation de l'image en utilisant un procédé de seuillage global ou local approprié, qui a créé deux images binaires représentant respectivement les particules non dispersées et les vides. Le filtrage et la segmentation d’image ont été optimisés pour garantir que les limites des vides et des particules non dispersées étaient bien définies par des comparaisons visuelles entre les images segmentées et les images originales. Les distributions de taille des particules non dispersées ont ensuite été analysées à partir de leurs images binaires respectives. La taille de particules non dispersées a été déterminée en utilisant un diamètre équivalent de surface de l'objet correspondant dans l'image binaire, où le diamètre équivalent de surface est: Diamètre Équivalent de Surface = (4 * Surface d'Objets sombres/π) 1/2 . Tel qu'il est utilisé ici, le terme "particules" représente des particules d'agglomérat de noir de carbone, et non des particules primaires individuelles de noir de carbone. Les pourcentages en surface des particules de noir de carbone non dispersées plus grandes que à 10 µm (la valeur « V ») sont indiqués dans le Tableau 7.
Tableau 7 : Caractéristiques de dispersion de charge de composés de bandes roulement
Bandes de roulement expérimentales & comparatives Noir de Carbone phr Silice Phr % De particules de Noir de Carbone non dispersées en surface >10 µm (V) C1 (Exemples 1-3) 50 0 0,006 E1 (Exemples 1-3) 50 0 0,035 E3 (Exemple 5) 40 10 0,046 Bande de roulement pour camion commerciale (phr NR/BR/SBR) 66-1 40/30/30 48 0 1,05 66-2 80/20/0 46 3 0,93 66-3 100/0/0 50 2 0,19 66-4 80/20/0 40 8 0,28
La bande de roulement de l'invention est caractérisée par une dispersion supérieure de charge. La dispersion de charge peut être mesurée dans des composés de caoutchouc vulcanisés ou durcis par des techniques utilisant une microscopie optique en mode transmission pour déterminer une valeur de macro-dispersion « V » représentant le pourcentage en surface de particules de noir de carbone non dispersées plus grandes que 10 µm. Ces composites ont des caractéristiques de produit uniques. Une bande de roulement de l'invention comprenant au moins un élastomère et 20 à 80 phr d'au moins une charge, la charge comprenant au moins un noir de carbone, peut être caractérisée par une valeur de macro-dispersion V, un rapport de module, un pourcentage d'allongement à la rupture, ou une valeur Tan delta à 60°C, comme déterminé par des procédés typiques de test industriel décrits dans les Exemples ci-dessous.
Élastomère solide
L’élastomère solide utile dans le composite de charge humide peut inclure, mais n’est pas limité à, une quelconque forme solide d’élastomères naturels ou d’élastomères synthétiques appropriés pour des composants de pneu ou des bandes de roulement.
En option, l’élastomère solide utilisé dans le composite de l’invention peut être au moins un caoutchouc naturel et des dérivés traités et fonctionnalisés de celui-ci. Par exemple, du caoutchouc naturel peut être traité pour modifier chimiquement ou enzymatiquement ou réduire divers composants sans caoutchouc, ou les molécules de caoutchouc peuvent elle-même être modifiées avec divers monomères ou autres groupes chimiques, tels que du chlore. En option, du caoutchouc naturel époxydé peut être utilisé et du caoutchouc naturel ayant une teneur en azote d’au plus 0,3 % en poids, comme décrit dans le document PCT Publ. No. WO 2017/207 912. Des descriptions techniques de caoutchoucs naturels utiles ici sont largement disponibles, comme dans le document Rubber World Magazine's Blue Book publié par Lippincott et Peto, Inc. (Akron, Ohio, USA). L’élastomère solide utilisé dans le composite de l’invention peut être au moins un élastomère 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 mélanges de ceux-ci.
En ce qui concerne un mélange-maître d’élastomère solide qui est utilisé et mélangé avec la charge humide, le mélange-maître d’élastomère solide peut être considéré comme étant un mélange-maître d’élastomère sec ou un mélange-maître d’élastomère sensiblement sec. Le mélange-maître d’élastomère solide à une teneur en eau (ou teneur en humidité) de 5% en poids ou moins, 4% en poids ou moins, 3% en poids ou moins, 2% en poids ou moins, 1% en poids ou moins, ou de 0,1% en poids à 5% en poids %, 0,5% en poids à 5% en poids, 1% en poids à 5% en poids, 0,5% en poids à 4% en poids, et analogues.
Le mélange-maître d’élastomère solide (par exemple, le mélange-maître d’élastomère solide de départ) est un élastomère qui comprend une ou plusieurs charges et, de manière facultative, d’autres composants. Par exemple, le mélange-maître d’élastomère solide peut comprendre 1 phr à 100 phr de charge pré-dispersée dans l’élastomère, ou 20 phr à 80 phr de charge pré-dispersée dans l’élastomère, ou30 phr à 70 phr de charge pré-dispersée dans l’élastomère, ou 40 phr à 60 phr de charge pré-dispersée dans l’élastomère, et analogues. D’autres composants, tels qu’un élastomère supplémentaire, un antioxydant et d’autres composés chimiques et additifs de caoutchouc peuvent être présents dans l’élastomère solide selon des quantités allant de 0,1 phr à moins de 50 phr. Le mélange-maître d’élastomère solide contient tout élastomère, toute charge, tout additif et toute combinaison de ceux-ci, selon toutes quantités, comme décrit et donné en exemple ici et comme connu dans la technique. La charge totale contenue dans le composé de caoutchouc final comprend une charge pré-dispersée dans le mélange-maître d’élastomère solide en plus de la charge humide ajoutée. Le mélange-maître d’élastomère solide peut être un composite mélangé à sec et/ou en voie humide, ou un mélange ou composé séché réalisé par un processus à mélange-maître sec.
Des matériaux élastomère secondaires peuvent être combinés avec l’élastomère solide (ou mélange-maître) avant, en même temps, ou après avoir combiné la charge humide avec l’élastomère solide (ou mélange-maître). Des matériaux élastomères secondaires peuvent être au moins un élastomère solide ; au moins un mélange-maître d’élastomère solide supplémentaire. Des matériaux élastomères secondaires peuvent comprendre le même élastomère en tant que l’élastomère solide, ou au moins un élastomère différent, choisi parmi un ou plusieurs des élastomères décrits ici et connus dans la technique. Des matériaux élastomères secondaires peuvent comprendre au moins un composé chimique de caoutchouc comme décrit ici ou comme connu dans la technique.
Lors de la préparation des composés de caoutchouc pour des bandes de roulement de l’invention, des composites mélangés en voie humide peuvent être utilisés. Des composites mélangés en voie humide utilisant une charge humide (par exemple, comprenant une charge et un liquide) permettent au temps et à la température de lot d’être commandés au-delà de ceux pouvant être obtenus avec des processus de mélange à sec connus, et offrent d’autres bénéfices tels qu’une amélioration de dispersion de charge et/ou une facilitation d’interactions caoutchouc-charge et/ou une amélioration de performance de composé de caoutchouc. La charge humide peut être efficace lorsqu’un liquide suffisant est utilisé pour humidifier une partie importante ou sensiblement la totalité des surfaces de charge avant le mélange avec un élastomère solide. En général, et comme décrit ici, le processus de mélange peut être géré en commandant un ou plusieurs paramètres de mélangeur ou traitement, tels que des températures de surface de mélangeur et/ou des vitesses de rotor, un facteur de charge, l’incorporation de composés chimiques de caoutchouc (s’il y en a) à des instants ultérieurs du cycle mélange, des températures de décharge de composite, et/ou l’application de deux ou plus de deux phases de mélange.
Les procédés pour préparer un composite mélangé en voie humide comprend l’étape consistant à charger ou introduire dans un mélangeur de caoutchouc au moins un élastomère solide et une charge humide, par exemple, a) un ou plusieurs élastomères solides et b) une ou plusieurs charges dans lesquelles au moins une charge ou une partie d’au moins une charge a été humidifiée à l’aide d’un liquide avant le mélange avec l’élastomère solide (charge humide). La combinaison de l’élastomère solide avec une charge humide forme un mélange pendant la ou les étapes de mélange. Le procédé comprend en outre, lors d’une ou plusieurs étapes de mélange, la mise en œuvre dudit mélange dans laquelle au moins une partie du liquide est retirée par évaporation ou un processus d’évaporation qui a lieu pendant le mélange. Le liquide de la charge humide peut être éliminé par évaporation (et au moins une partie peut être éliminée sous les conditions de mélange décrites) et peut-être un liquide volatile, par exemple volatile à des températures de mélange en vrac. Par exemple, le liquide peut avoir un point d’ébullition à 1 atm de 60°C à 110°C, de 60°C à 100°C, de 60°C à 90°C, de 90°C à 110°C, de 90°C à 100°C, de 95°C à 120°C, ou de 95°C à 110°C. Par exemple, un liquide volatile peut être distinct d’huiles (par exemple, huiles d’extension, huiles de traitement) qui peuvent être présentes pendant au moins une partie du mélange telles que des huiles susceptibles d’être présentes dans le composite qui est déchargé et ainsi, ne s’évaporent pas pendant une partie importante de la durée de mélange.
En ce qui concerne la charge humide, dans un mode de réalisation, la charge humide à la consistance d’un solide. De préférence, la charge sèche est humidifiée uniquement dans la mesure où la charge humide résultante maintient la forme d’une poudre, particules, granulé, gâteau, ou pâte, ou une consistance similaire et/ou a l’apparence d’une poudre, particules, granulé, gâteau, ou pâte. La charge humide ne s’écoule pas comme un liquide (par exemple, à zéro contrainte appliquée). En option, la charge humide peut maintenir une forme à 25°C lorsqu’elle est moulée en une telle forme, que ce soit les particules individuelles, agglomérats, granulés, gâteaux, ou pâtes. La charge humide n’est pas un composite réalisé par un processus à mélange-maître liquide et n’est pas un quelconque autre composite pré-malaxé d’une charge dispersée dans un élastomère solide dans lequel l’élastomère est la phase continue. Dans un autre mode de réalisation, la charge humide peut être une boue. Dans encore un autre mode de réalisation, la charge humide n’est pas une boue de charge et ne présente pas la consistance d’un liquide ou d’une boue.
Dans leur état sec, des charges peuvent contenir des petites quantités de liquide (par exemple de l’eau) adsorbé sur ses surfaces. Par exemple, du noir de carbone peut avoir 1 à 3 % en poids ou 4 % en poids d’humidité et de la silice précipitée peut avoir une teneur en humidité de 4 à 7 % en poids. Ces charges sont appelées ici des charges sèches ou non humidifiées. Pour les présentes charges humides, un liquide supplémentaire a été ajouté à la charge et est présent sur les surfaces de la charge, incluant des surfaces intérieures ou pores accessibles au liquide. Pendant le mélange, au moins une partie du liquide est éliminée par évaporation lorsque la charge humide est dispersée dans l’élastomère solide, et les surfaces de la charge peuvent ensuite devenir disponibles pour interagir avec l’élastomère solide. La charge humide peut avoir une teneur en liquide d’au moins 20 % en poids par rapport au poids total de la charge humide, par exemple, au moins 30 %, au moins 40 %, au moins 50 % en poids, ou de 20 % à 80 %, de 30 % à 80 %, de 30 % à 70 %, de 30 % à 60 %, de 40 % à 80 %, de 40 % à 70 %, de 40 % à 60 %, en poids par rapport au poids total de la charge humide.
Le liquide utilisé pour humidifier la charge peut être, ou comprend, un liquide aqueux, tel que, mais pas limité à, de l’eau. Le liquide peut inclure au moins un autre composant, tel que, mais pas limité à, une ou plusieurs bases, un ou plusieurs acides, un ou plusieurs sels, un ou plusieurs solvants, un ou plusieurs tensioactifs, un ou plusieurs agents de couplage, et/ou un ou plusieurs aides au traitement et/ou de quelconques combinaisons de ceux-ci.
En option, le mélange peut inclure une ou plusieurs charges non humidifiées (par exemple, toute charge qui n’est pas humidifiée comme décrit ici, telle qu’une charge sèche, telle qu’une charge n’ayant pas plus 10 % en poids de liquide).
La charge utilisée pour réaliser le composite de charge humide peut-être toute charge classique utilisée avec des élastomères telle que des charges de renforcement incluant, mais pas limitées à, du noir de carbone, de la silice, une charge comprenant du noir de carbone, une charge comprenant de la silice, et/ou de quelconques combinaisons de ceux-ci. La charge peut être particulaire ou fibreuse ou en forme de plaque. Par exemple, une charge particulaire est constituée de corps discrets. Ces charges peuvent souvent avoir un rapport d'aspect (par exemple, longueur sur diamètre) de 3:1 ou moins, ou 2:1 ou moins, ou 1,5:1 ou moins. Des charges fibreuses peuvent avoir un rapport d'aspect de, par exemple, 2:1 ou plus, 3:1 ou plus, 4:1 ou plus, ou plus. Typiquement, des charges utilisées pour renforcer des élastomères ont des dimensions qui sont microscopiques (par exemple, des centaines de microns ou moins) ou à échelle nanométrique (par exemple, moins de 1 micron). Dans le cas du noir de carbone, les corps discrets de noir de carbone particulaire désignent des agrégats ou agglomérats formés à partir de particules primaires, et non les particules primaires elles-mêmes. Dans d'autres modes de réalisation, la charge peut avoir une structure en forme de plaque telle que des graphènes et oxydes de graphène réduits.
Ainsi, la tour 5 comporte une pluralité de mâts 52 s’étendant du couvercle 7 jusqu’à la paroi de fond 22 de la cuve 2, au droit de l’ouverture 21.