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CABLE METALLIQUE A TROIS COUCHES
POUR ARMATURE DE CARCASSE DE PNEUMATIQUE
La présente invention concerne les câbles métalliques à trois couches
utilisables comme
éléments de renforcement d' articles en caoutchouc etlou en matière plastique.
Elle se rapporte notamment au renforcement des pneumatiques, plus
particulièrement au
1 o renforcement de l'armature de carcasse de pneumatiques de véhicules
industriels tels que
Poids-lourd.
Les câbles d'acier ("steel tords") pour pneumatiques sont en règle génërale
constitués de fils
en acier perlitique (ou ferrito-perlitique) au carbone, désigné ci-après
"acier au carbone", dont
la teneur en carbone (% en poids d'acier) est généralement comprise entre 0,1
% et 1,2%, le
diamètre de ces fils étant le plus souvent compris entre 0,10 et 0,40 mm
(millimètre). On
exige de ces fils une très haute rësistance à la traction, en général
supérieure à 2000 MPa, de
préfërence supérieure à 2500 MPa, obtenue grâce au durcissement structural
intervenant lors
de la phase d'écrouissage des fils. Ces fils sont ensuite assemblés sous forme
de câbles ou
2o torons, ce qui nécessite des aciers utilisés qu'ils aient aussi une
ductilité en torsion suffisante
pour supporter Ies diverses opérations de câblage.
Pour le renforcement notamment des armatures de carcasse de pneumatiques Poids-
lourd, on
utilise le plus souvent aujourd'hui des câbles d'acier dits "à couches"
("layered co~ds'7 ou
"multicouches" constitués d'une couche centrale et d'une ou plusieurs couches
de fils
pratiquement concentriques disposëes autour de cette couche centrale. Ces
câbles à couches,
qui privilégient des longueurs de contact plus importantes entre les fils,
sont préférés aux
câbles plus anciens dits "à torons" ("stand cords'~ en raison d'une part d'une
plus grande
compacité, d'autre part d'une sensibilité moindre à l'usure par fretting.
Parmi les câbles à
3o couches, on distingue notamment, de manière connue, les câbles à structure
compacte et les
câbles à couches tubulaires ou cylindriques.
Les câbles à couches les plus répandus dans les carcasses de pneumatiques
Poids-lourd sont
des câbles de formule L+M ou L+M+N, les derniers étant généralement destinés
aux plus
gros pneumatiques. Ces câbles sont formés de manière cbnnue d'une couche
interne de L
fils) entourée d'une couche de M fils elle-même entourée d'une couche externe
de N fils,
avec en général L variant de 1 à 4, M variant de 3 à 12, N variant de 8 à 20,
l'ensemble
pouvant être éventuellement fretté par un fil de frette externe enroulé en
hélice autour de la
derniëre couche.
COPIE DE CONFIRMATION
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Pour remplir leur fonction de renforcement des carcasses de pneumatiques, les
câbles à
couches doivent tout d'abord présenter une bonne flexibilité et une endurance
élevée en
flexion, ce qui ïmplique notamment que leurs fils présentent un diamètre
relativement faible,
de préférence inférieur à 0,28 mm, plus préférentiellement inférieur à 0,25
mm, plus petit
généralement que celui des fils utilisés dans les câbles conventionnels pour
les armatures de
sommet des pneumatiques.
Ces câbles à couches sont d'autre part soumis à des contraintes importantes
lors du roulage
des pneiunatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées
induisant au
l0 niveau des fils des frottements, notamment par suite des contacts entre
couches adjacentes, et
donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; ils doivent donc présenter une
haute résistance aux
phénomènes dïts de "fatigue-fretting".
Il est important enfin qu'ils soient imprégnés autant que possible par le
caoutchouc, que cette
matière pénètre dans tous les espaces entre les fils constituant les câbles.
En effet, si cette
pënétration est insuffisante, il se forme alors des canaux vides, le long des
câbles, et les
agents corrosifs, par exemple l'eau, susceptibles de pénétrer dans les
pneumatiques par
exemple à la suite de coupures, cheminent le long de ces canaux jusque dans la
carcasse du
pneumatique. La présence de cette humidité joue un rôle important en
provoquant de la
2o corrosion et en accélërant les processus de dégradation ci-dessus
(phénomènes dits de
"fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche.
Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe gënéralement sous le terme
générique de
"fatigue-fretting-corrosion" sont à (origine d'une dégénérescence progressive
des propriétés
mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les
plus sévères, la
durée de vie de ces derniers.
Afin d'améliorer (endurance des câbles à couches dans les carcasses de
pneumatiques Poids-
lourd, où de manière connue les sollicitations en flexion répétées peuvent
être
3o particulièrement sévères, on a proposé depuis longtemps de modifier leur
construction afin
d'augmenter notamment leur pénétrabilité par le caoutchouc, et ainsi limiter
les risques dus à
la corrosion et la fatigue-corrosion.
Ont été par exemple proposés des câbles à couches de construction 3+g+15
constitués d'une
couche interne de 3 fils entourée d'une couche intermédiaire de 9 fils et
d'une couche externe
de 15 fils, le diamètre des fils de la couche centrale ou interne étant ou non
supérieur à celui
des fils des autres couches. Ces câbles ne sont pas pénétrables jusqu'à caeur
à cause de la
présence d'un canal ou capillaire au centre des trois fils de la couche
interne, qui reste vide
après imprégnation par le caoutchouc, et donc propice à la propagation de
milieux corrosifs
4o tels que l'eau.
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La publication RD (Research Disclosure) N°34370 décrit des câbles de
structure 1+6+12, du
type compacts ou à couches tubulaires concentriques, constitués d'une couche
interne formée
d'un seul fil, entourée d'une couche intermédiaire de 6 fils elle-même
entourée d'une couche
externe de 12 fils. La pénétrabilité par le caoutchouc peut être améliorëe en
utilisant des
diamètres de fils différents d'une couche à (autre, voire à l'intérieur d'une
même couche. Des
câbles de construction 1+6+12 dont la pénétrabilité est améliorée grâce à un
choix approprié
des diamètres des fils, notamment à l'utilisation d'un fil central de plus
gros diamètre, ont été
également décrits, par exemple dans les documents EP-A-648 891 ou WO-A-
98/41682.
1o
Pour améliorer encore, par rapport à ces câbles conventionnels, la pénétration
du caoutchouc
à l'intérieur du câble, on a proposé des câbles multicouches avec une couche
centrale entourée
d'au moïns deux couches concentriques, par exemple des câbles de formule
1+6+N,
notamment 1+6+11, dont la couche externe est insaturée (incomplète) assurant
ainsi une
1s meilleure pénétrabilité par le caoutchouc (voir par exemple les documents
de brevet EP-A-
719 889 et WO-A-98/41682). Les constructions proposées permettent la
suppression du fil de
frette, grâce à une meilleure pénétration du caoutchouc à travers la couche
externe et fauto-
frettage qui en résulte ; l'expérience montre toutefois que ces câbles ne sont
pas pénétrés
jusqu'à coeur par le caoutchouc, en tout cas pas encore de manière optimale.
En outre, il doit être noté qu'une amélioration de la pénétrabilité par le
caoutchouc n'est pas
suffisante pour garantir un niveau de performance suffisant. Lorsqu'ils sont
utilisés pour le
renforcement de carcasses de pneumatiques, les câbles doivent non seulement
résister à la
corrosion mais aussi satisfaire un grand nombre de critères, parfois
contradictoires, en
particulier de ténacitë, résistance au fretting, adhésion élevée au
caoutchouc, uniformité,
flexibilité, endurance en flexion ou traction répétée, stabilité sous forte
flexion, etc.
Ainsi, pour toutes les raisons exposëes précédemment, et malgré les
différentes améliorations
récentes qui ont pu être apportées ici ou là sur tel ou tel critère déterminé,
les meilleurs câbles
3o utilisés aujourd'hui dans les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-
lourd restent
limités à un petit nombre de câbles à couches de structure fort
conventionnelle, du type
compacts ou à couches cylindriques, avec une couche externe saturée (complète)
; il s'agit
essentiellement des câbles de constructions 3+9+15 ou 1+6+12 tels que décrits
précédemment.
Or, les Demanderesses ont trouvé lors de leurs recherches un câble à couches
nouveau qui, de
manière inattendue, améliore encore la performance globale des meilleurs
câbles à couches
connus pour le renforcement des carcasses de pneumatiques Poids-lourd. Ce
câble de
l'invention présente, grâce à une architecture spécifique, non seulement une
excellente
pénétrabilité par le caoutchouc, limitant . les problèmes de corrosion, mais
encore des
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propriétés d'endurance en fatigue-fretting qui sont notablement améliorées par
rapport aux
câbles de l'art antérieur. La longévité des pneumatiques Poids-lourd et celle
de leurs
armatures de carcasse en sont ainsi très sensiblement améliorées.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble à trois couches
de construction
L+M+N utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de
pneumatique, comportant une couche interne (C1) de diamètre d, avec L allant
de 1 à 4,
entourée d'au moins une couche intermédiaire (C2) à M fils de diamètre da
enroulés ensemble
en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche intermédiaire
C2 étant
1o entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d3 enroulës ensemble
en hélice selon
un pas p3 avec N allant de 8 à 20, ce câble étant caractérisé en ce qu'une
gaine constituée
d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un
élastomère
diénique recouvre au moins ladite couche C2.
L'invention concerne également l'utilisation d'un câble conforme à l'invention
pour le
renforcement d'articles ou de produits semi-finis en matière plastique et/ou
en caoutchouc,
par exemple des nappes, des tuyaux, des courroies, des bandes transporteuses,
des
pneumatiques, plus particulièrement des pneumatiques destinés à des véhicules
industriels
utilisant habituellement une armature de carcasse métallique.
Le câble de l'invention est tout particulièrement destiné à étre utilisé comme
élément de
renforcement d'une armature de caxcasse de pneumatique destiné à des véhicules
industriels
choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd" - i.e., métro, bus, engins de
transport routier
(camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route - , engins. agricoles
ou de génie civil,
avions, autres véhicules de transport ou de manutention.
Toutefois, ce câble de l'invention pourrait également être utilisé, selon
d'autres modes de
réalisation particuliers de (invention, pour renforcer d'autres parties des
pneumatiques,
notamment des ceintures ou armatures de sommet de tels pneumatiques, en
particulier de
pneumatiques industriels tels que Poids-lourd ou génie civil.
L'invention concerne en outre ces articles ou produits semi-finis en matière
plastique et/ou en
caoutchouc eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par un câble conforme à
l'invention, en
particulier les pneumatiques destinés aux vëhicules industriels cités ci-
dessus, plus
particulièrement les pneumatiques Poids-lourd, ainsi que les tissus composites
comportant
une matrice de composition de caôutchouc renforcée d'un câble selon
l'invention, utilisables
comme nappe d'armature de carcasse ou de sommet de tels pneumatiques.
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L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la
description et
des exemples de rëalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 3 relatives
à ces exemples
qui reproduisent ou schématisent, respectivement
- un cliché pris au microscope (grossissement 40) d'une côupe transversale
d'un câble
témoin de construction 1+6+12 (Fig. 1) ;
- un cliché pris au microscope (grossissement 40) d'une coupe transversale
d'un câble~selon
l'ïnvention de construction 1+6+12 (Fig. 2);
- une coupe radiale d'une enveloppe de pneumatique Poids-lourd à armature de
carcasse
~ radiale, conforme ou non à (invention dans cette représentation générale
(Fig. 3).
I. MESURES ET TESTS
I-1. Test de perméabilité à l'air
Le test de perméabilité à l'air constitue un moyen simple de mesure indirecte
du taux de
pénétration du câble par une composition de caoutchouc. Il est réalisé sur des
câbles extraits
2o directement, par décorticage, des nappes de caoutchouc vulcanisées qu'ils
renforcent, donc
pénétrés par le caoutchouc cuit.
Le test est rëalisé sur une longueur de câble déterminée (par exemple 2 cm) de
la manière
suivante: on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression donnée
(par exemple 1 bar),
et on mesure le volume d'air à la sortie, à (aide d'un débitmëtre ; pendant la
mesure
l'échantillon de câble est bloqué dans un joint ëtanche de telle manière que
seule la quantité
d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe
longitudinal, est prise en
compte par la mesure. Le débit mesuré est d'autant plus faible que le taux de
pénétration du
câble par le caoutchouc est plus élevé.
I-2. Tests d'endurance en pneumatique
L'endurance des câbles en fatigue-fretting-corrosion est évaluée dans des
nappes de carcasse
de pneumatiques Poids-lourd par un test de roulage de très longue durée.
On fabrique pour cela des pneumatiques Poids-lourd dont l'armature de carcasse
est
constituée d'une seule nappe caoutchoutée renforcée par les câbles à tester.
On monte ces
pneumatiques sur des jantes connues adaptées et on les gonfle à la même
pression (avec une
surpression par rapport à la pression nominale) avec de l'air saturé en
humidité. On fait
4o ensuite rouler ces pneumatiques sur une machine de roulage automatique,
sous une charge
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très élevée (surcharge par rapport à la charge nominale) et à la même vitesse,
pendant un
nombre déterminé de kilomètres. A la fin du roulage, on extrait les câbles de
la carcasse du
pneumatique, par décorticage, et on mesure la force rupture rësiduelle à la
fois sur les fils et
sur les câbles ainsi fatigués.
On réalise d'autre part des pneumatiques identiques aux précédents et on les
décortique de la
même façon que précédemment, mais cette fois sans les soumettre au roulage. On
mesure
ainsi, après décorticage, la force rupture initiale des fils et des câbles non
fatigués.
l0 On calcule finalement la déchéance de force-rupture après fatigue (notée
4Fm et exprimée en
%), en comparant la force-rupW re résiduelle à la force-rupture initiale.
Cette déchéance OFm
est due à la fatigue et à l'usure (diminution de section) des fils causées par
l'action conjointe
des diverses sollicitations mécaniques, en particulier de l'intense travail
des forces de contact
entre les fils, et de l'eau provenant de l'air ambiant, en d'autres termes à
la fatigue-fretting
corrosion subie par le câble à l'intérieur du pneumatique, lors du roulage.
On peut aussi choisir de conduire le test de roulage jusqu'à la destruction
forcée du
pneumatique, en raison d'une rupture de la nappe de carcasse ou d'un autre
type d'avarie
survenant plus tôt (par exemple une destruction du sommet ou un déchapage).
II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
II-1. Câble de l'invention
Les termes "formule" ou "structure", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente
description pour
décrire les câbles, se réfèrent simplement à la construction de ces câbles.
Comme indiqué précëdemment, le câble à trois couches selon l'invention, de
construction
L+M+N, comporte une couche interne Cl de diamètre d, constituée de L fils,
entourée d'une
couche intermédiaire C2 de diamètre da constituée de M fils, laquelle est
entourée d'une
couche externe C3 de diamètre d3 constituée de N fils.
Selon l'invention, une gaine constituée d'une composition de caoutchouc
réticulable ou
réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre au moins ladite
couche C2. Il
faut comprendre que la couche C 1 pourrait être elle-même recouverte de cette
gaine de
caoutchouc.
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Par l'expression "composition à base d'au moins un élastomère diénique", on
entend de
manière connue que la composition comprend à titre majoritaire (i.e. selon une
fraction
massique supérieure à 50%) ce ou ces élastomères diéniques.
On notera que la gaine selon l'invention s'étend d'une manière continue autour
de ladite
couche C2 qu'elle recouvre (c'est-à-dire que cette gaine est continue dans la
direction
"orthoradiale" du câble qui est perpendiculaire à son rayon), de manière à
former un manchon
continu de section transversale qui est avantageusement pratiquement
circulaire.
i o On notera également que la composition de caoutchouc de cette gaine est
réticulable ou
réticulée, c'est-à-dire qu'elle comprend par définition un système de
réticulation adapté pour
permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (i.e., son
durcissement et non sa
fusion) ; ainsi, cette composition de caoutchouc peut être qualifiée
d'infusible, du fait qu'elle
ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit.
Par élastomère ou caoutchouc "diénique", on entend de manière connue un
élastomère issu au
moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diënes
(monomères
porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).
Les élastomères diéniques peuvent être classës de manière connue en deux
catégories : ceux
dits "essentiellement insaturés" et ceux dits "essentiellement saturés". De
manière générale,
on entend ici par élastomère diénique "essentiellement insaturé" un élastomère
diénique issu
au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou
unités
d'origine diénique (diènes conjuguës) qui est supérieur à 15% (% en moles).
C'est ainsi, par
exemple, que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les
copolymères
de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition
précédente et
peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques "essentiellement
saturés" (taux de
motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15%).
Dans la catégorie des
élastomères diéniques "essentiellement insatL~rés", on entend en particulier
par élastomère
diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs
d'origine
diénique (diënes conjugués) qui est supérieur à 50%.
Ces définitions étant données, on entend plus particulièrement par élastomère
diénique
susceptible d'être utilisé dans le câble de l'invention
(a) tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué
ayant de
4 à 12 atomes de carbone;
(b) tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes
conjugués entre
eux ou avec un ou plusieurs composës vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes
de
4o carbone;
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(c) un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une a-
oléfine,aya.nt 3
à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12
atomes
de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de
propylëne avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que
notamment
fhexadiène-1,4, féthylidène norbornène, le dicyclopentadiène;
(d) un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les
versions
halogénëes, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère. '
Bien qu'elle s'applique à tout type d'élastomère diénique, la présente
invention est en premier
l0 lieu mise en ouvre avec des élastomères diéniques essentiellement
insaturés, en particulier du
type (a) ou (b) ci-dessus.
Ainsi, l'élastomère diénique est préférentiellement choisi dans le groupe
constitué par les
polybutadiènes (BR), le caoutchoûc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse
(IR), les
différents copolymères de butadiène, les diffërents copolymères d'isoprène, et
les mélanges de
ces élastomères. De tels copolymères sont plus prëférentiellement choisis dans
le groupe
constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères
d'isoprène-
butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères
d'isoprène-
butadiène-styrène (SBIR).
Plus préférentiellement, en particulier lorsque les câbles de l'invention sont
destinés à
renforcer des pneumatiques, en particulier des armatures de carcasse des
pneumatiques pour
véhicules industriels tels que Poids-lourd, (élastomère diénique choisi est
majoritairement
(c'est-à-dire pour plus de 50 pce) constitué d'un élastomère isoprénique. Par
"élastomère
isoprénique", on entend de manière connue un homopolymère ou un.copolymère
d'isoprène,
en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constituë par
le caoutchouc
naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères
d'isoprène et les
mélanges de ces élastomères.
3o Selon un mode avantageux de l'invention, l'élastomère diénique choisi est
exclusivement
(c'est-à-dire pour 100 pce) constitué de caoutchouc naturel, de polyisoprène
de synthèse ou
d'un mélange de ces élastomères, le polyisoprène de synthèse ayant un taux (%
molaire) de
liaisons cis-1,4 de préférence supérieur à 90%, plus préfërentiellement encore
supérieur à
98%.
On pourrait aussi utiliser, selon un mode de réalisation particulier de
l'invention, des
coupages (mélanges) de ce caoutchouc naturel et/ou ces polyisoprènes de
synthèse avec
d'autres élastomères diéniques fortement insaturés, notamment avec des
élastomères SBR ou
BR tels que précités.
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La gaine de caoutchouc du câble de l'invention peut contenir m seul ou
plusieurs
élastomères) diénique(s), ce(s) derniers) pouvant être utilisés) en
association avec tout type
d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres
que des
élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques, ces polymères autres
qu'élastomëres étant alors présents à titre de polymère minoritaire.
Bien que la composition de caoutchouc de ladite gaine soit préférentiellement
dépourvue de
tout plastomère et qu'elle ne comporte qu'un élastomère (ou mélange
d'élastomères)
diénique(s) comme base polynérique, ladite composition pourrait aussï
comprendre au moins
i o un plastomère selon Lme fraction massique xp inférieure à la fraction
massique xe du(des)
élastomère(s).
Dans un tel cas, on a de préférence la relation suivante : 0 < xp < 0,5. xe .
Plus préférentiellement, on a dans un tel cas la relation : 0 < xp < 0,1. xe .
De préférence, le système de réticulation de la gaine de caoutchouc est un
système dit de
vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre)
et d'un
accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base
peuvent
2o s'ajouter divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation
connus. Le soufre
est utilisé à un taux prëféxentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus
préférentiellement compris
entre 1 et 8 pce, l'accélérateur primaire de vulcanisation, par exemple un
sulfénamide, est
utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus
préférentiellement compris
entre 0,5 et 5,0 pce.
La composition de caoutchouc de la gaine selon l'invention comprend, outre
ledit système de
rëticulation, tous les ingrédients habituels utilisables dans les compositions
de caoutchouc
pour pneumatiques, tels que des charges renforçantes à base de noir de carbone
et/ou d'une
charge inorganique renforçante telle que silice, des agents anti-
vieillissement, par exemple
3o des antioxydants, des huiles d'extension, des plastifiants ou des agents
facilitant la mise en
oeuvre des compositions à l'état cru, des accepteurs et donneurs de méthylène,
des résines, des
bismaléimides, des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type "RFS"
(résorcinol-
formaldéhyde-silice) ou sels métalliques, notamment des sels de cobalt. .
De préférence, la composition de la gaine de caoutchouc présente, à (état
réticulé, un module
sécant en extension M10, mesuré selon la norme ASTM D 412 de 1998, inférieur à
20 MPa
et plus préférentiellement inférieur à 12 MPa, en particulier entre 4 et 11
MPa.
A titre préférentiel, la composition de cette gaine est choisie identique à la
composition
4o utilisée pour la matrice de caoutchouc que les câbles selon l'invention
sont destinés à
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renforcer. Ainsi, il n'y a aucun problème d'incompatibilité éventuellé entre
les matériaux
respectifs de la gaine et de la matrice de caoutchouc.
De préférence, ladite composition est à base de caoutchouc naturel et elle
comprend du noir
de carbone à titre de charge renforçante, par exemple un noir de carbone de
grade (ASTM)
300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772).
Dans le câble selon l'invention, on a de préférence au moins l'une, plus
préférentiellement
encore (ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifiée)
1o
- la couche C3 est une couche saturée, c'est-à-dire qu'il n'existe pas
suffisamment de place
dans cette couche pour y ajouter au moins un (N+1)ème fil de diamètre d3, N
représentant
alors le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la couche
C2 ;
- la gaine de caoutchouc recouvre en outre la couche interne C 1 et/ou sépare
les fils deux à
deux adjacents de la couche intermédiaire C2 ;
- la gaine de caoutchouc recouvre pratiquement la demi-circonférence
radialement
intérieure de chaque fil de la couche C3, de telle sorte qu'elle sépare les
fils deux à deux
adjacents de cette couche C3.
2o Dans la construction L+M+N selon l'invention, la couche intermédiaire C2
comporte de
préférence six ou sept fils, et le câble conforme à l'invention présente alors
les
caractéristiques préférentielles suivantes (dl, d2, d3, pa et p3 en mm)
- (i) 0,10 < dl < 0,28 ;
- () 0,10 < d2 < 0,25 ;
- (iii) 0,10 < d3 < 0,25 ;
-(iv) M=6ouM=7 ;
- (v) _5 ~ (dl + d2) < p2 < p3 < 5 ~ (dl + 2d2 + d3) ;
. - (vi) les fils desdites couches C2, C3 sont enrouls dans
le mme sens de
torsion (S/S ou Z/Z).
De préférence, la caractéristique (v) est telle que p2 = p3, de telle sorte
que le câble est dit
compact compte tenu par ailleurs de la caractéristique (vi) (fils des couches
C2 et C3 enroulés
dans lé même sens).
On rappelle ici que, selon une définition connue, le pas représente la
longueur, mesurée
parallèlement à l'axe O du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas
effectue un tour
complet autour de l'axe O du câble ; ainsi, si l'on sectionne l'axe O par deux
plans
perpendiculaires à l'axe O et séparés par une longueur égale au pas d'un fil
d'une des deux
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couches C2 ou C3, l'axe de ce fil a dans ces deux plans la même position sur
les deux cercles
correspondant à la couche C2 ou C3 du fil considéré.
Selon la caractéristique (vi), tous les fils des couches C2 et C3 sont
enroulés dans le même
sens de torsion, c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S"),
soit dans la direction
Z (disposition "Z/Z"). L'enroulement dans le même sens des couches C2 et C3
permet
avantageusement, dans le câble conforme à l'invention, de minimiser les
frottements entre ces
deux couches C2 et C3 et donc l'usure des fils qui les constituent (puisqu'il
n'y a plus de
contact croisé entre les fils).
On notera qu'en dépit du caractère compact (pas et sens de torsion identiques
pour les
couches C2 et C3) du câble préférentiel de l'invention, la couche C3 présente
une section
transversale pratiquement circulaire grâce à l'incorporation de ladite gaine,
comme illustré
par la Fig. 2. On peut en effet aisément vérifier sur cette Fig. 2 que le
coefficient de variation
CV, défini par le rapport (écart type/ moyenne arithmétique) des rayons
respectifs des N fils
de la couche C3 mesurés à partir de l'axe longitudinal de symétrie du câble,
est très réduit.
Or, dans les câbles à couches compacts, par exemple de construction 1+6+12, la
compacité
est telle que la section transversale de tels câbles a un contour qui est
pratiquement polygonal,
comme illustré par exemple par la Fig. 1 où le coefficient de variation CV
précité est
sensiblement plus élevé.
De préférence, le câble de (invention est un câble à couches de construction
notée 1+M+N,
c'est-à-dire que sa couche interne Cl est constituée d'un seul fil, tel que
représenté à la Fig. 2.
Dans le câble de l'invention, les rapports (dl/d2) sont de préférence fixés
dans des limites
données, selon le nombre M (6 ou 7) de fils de la couche C2, comme suit
pour M = 6 : 1,10 < (d1 l d2) < 1,40 ;
3o pour M = 7 : 1,40 < (d1 / d2) < 1,70 .
Une valeur trop faible du rapport peut être préjudiciable à l'usure entre la
couche interne et les
fils de la couche C2. Une valeur trop élevée peut quant à elle nuire à la
compacité du câble,
pour un niveau de résistance en définitive peu modifié, ainsi qu'à sa
flexibilité ; la rigidité
accrue de la couche interne C1 due à un diamètre d, trop élevé pourrait être
par ailleurs
préjudiciable à la faisabilité elle-même du câble, lors des opérations de
câblage.
Les fils des couches C2 et C3 peuvent avoir un diamètre identique ou différent
d'une couche à
l'autre. On utilise de préférence des fils de même diamètre (d2=d3), notamment
pour simplifier
le procédé de câblage et abaisser les coûts.
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Le nombre maximal NmaX de fils enroulables en une couche unique saturée C3
autour de la
couche G2 est bien entendu fonction de nombreux paramètres (diamëtre d, de la
couche
interne, nombre M et diamètre d2 des fils de la couche C2, diamètre d3 des
fils de la couche
C3).
L'invention est de préférence mise en oeuvre avec un câble choisi parmi les
câbles de structure
1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 ou 1+7+13.
1o L'invention est plus préférentiellement mise en oeuvre, en particulier dans
les carcasses des
pneumatiques Poids-lourd, avec des câbles de structure 1+6+12.
Pour un meilleur compromis entre résistance, faisabilité et tenue en flexion
du câble, d'une
part, et pénétrabilité par le caoutchouc, d'autre part, on préfère que les
diamètres des fils des
couches C2 et C3, identiques ou non, soient compris entre 0,14 mm et 0,22 mm.
Dans un tel cas, on a plus préférentiellement les relations suivantes qui sont
vérifiées
0,18 < d, < 0,24 ;
0,16<d2<_d3<0,19;
5 < p2 5 p3 < 12 (pas en mm réduits) ou bien 20 < p2 < p3 < 30 (pas en mm
élevés).
En effet, pour les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd, les
diamètres d2 et d3
sont préférentiellement choisis entre 0,16 et 0,19 mm : un diamètre inférieur
à 0,19 mm
permet de réduire le niveau des contraintes subies par les fils lors des
variations importantes
de courbure des câbles, alors qu'on choisit de préférence des diamètres
supérieurs à 0,16 mm
pour des raisons notamment de résistance des fils et de coût industriel.
Un rr~ode de réalisation avantageux consiste par exemple à choisir p2 et p3
compris entre 8 et
12 mm, avantageusement avec des câbles de structure 1+6+12.
De préférence, la gaine de caoutchouc présente une ëpaisseur moyenne allant de
0,010 mm à
0,040 mm.
D'une manière générale, (invention peut être mise en oeuvre avec tout type de
fils
métalliques, notamment en acier, par exemple des fils en acier au carbone
et/ou des fils en
acier inoxydable. On utilise de préférence un acier au carbone, mais il est
bien entendu
possible d'utiliser d'autres aciers ou d'autres alliages.
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Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids
d'acier) est de
préférence comprise entre 0,1% et 1,2%, plus préférentiellement de 0,4% à 1,0%
; ceslteneurs
représentent un bon compromis entre les propriétés mëcaniques requises pour le
pneumatique
et la faisabilitë du fil. Il est à noter qu'une teneur en carbone comprise
entre 0,5% et 0,6%
rend de tels aciers finalement moins coûteux car plus faciles à tréfiler. Un
autre mode
avantageux de réalisation de l'invention peut consister aussi, selon les
applïcations visées, à
utiliser des aciers à faible teneur en carbone, comprise par exemple entre
0,2% et 0,5°,/°, en
raison notamment d'un coût plus bas et d'une plus grande facilité de
tréfilage.
Lorsque les câbles de (invention sont utilisés pour renforcer les carcasses de
pneumatiques
pour véhicules industriels, leurs fils ont de préférence une résistance en
traction supérieure à
2000 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3000 MPa. Dans le cas de
pneumatiques de
très grosses dimensions, on choisira notamment des fils dont la résistance en
traction est
comprise entre 3000 MPa et 4000 MPa. L'homme du métier sait comment fabriquer
des fils
d'acier au carbone présentant une telle résistance, en ajustant notamment la
teneur en carbone
de l'acier et les taux d'écrouissage final (~) de ces fils.
Le câble de l'invention pourrait être pourvu d'une frette externe, constituée
par exemple d'un
fil unique, métallique ou non, enroulë en hélice autour du câble selon un pas
plus court que
celui de la couche externe, et un sens d'enroulement opposé ou identique à
celui de cette
couche externe.
Cependant, grâce à sa structure spécifique, le câble de l'invention, déjà auto-
fretté, ne
nécessite généralement pas l'emploi d'un fil de frette externe, ce qui résout
avantageusement
les problèmes d'usure entre la frette et les fils de la couche la plus externe
du câble.
Toutefois, si un fil de frette est utilisé, dans le cas général où les fils de
la couche C3 sont en
acier au carbone, on pourra alors avantageusement choisir un fil de frette en
acier inoxydable
afin de réduire l'usure par fretting de ces fils en acier au carbone au
contact de la frette en
acier inoxydable, comme enseigné par le document de brevet WO-A-98/41682, le
fil en acier
inoxydable pouvant être éventuellement remplacé, de manière équivalente, par
un fil
composite dont seule la peau est en acier inoxydable et le caeur en acier au
carbone, tel que
décrit par exemple dans le document de brevet EP-A-976 541. On peut également
utiliser une
frette constituée d'un polyester ou d'un polyester-amide aromatique
thermotrope, telle que
décrite dans le document de brevet WO-A-03/048447.
Le câble selon l'invention pourra être obtenu selon différentes techniques
connues de
l'homme du métier, par exemple en deux étapes, tout d'abord par gainage via
une tête
d'extrusion de l'âme ou structure intermédiaire L+M (couches Cl+C2), étape
suivie dans un
4o deuxième temps d'une opération finale de câblage ou retordage des N fils
restants (couche
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C3) autour de la couche C2 ainsi gainée. Le problème de collant à l'état cru
posé par la gaine
de caoutchouc, lors des opérations intermédiaires éventuelles de bobinage et
débobinage
pourra être résolu de manière connue par (homme du métier, par exemple par
l'emploi d'un
film intercalaire en matière plastique.
II-2. Pneumatique de l'invention
A titre d'exemple, la figure 3 représente de manière schématique une coupe
radiale d'un
pneumatique Poids-lourd 1 à armature de carcasse radiale pouvant être conforme
ou non à
l'invention, dans cette représentation générale.
Ce pneumatique 1 comporte un sommet 2, deux flancs 3 et deux bourrelets 4 dans
lesquels
est ancrée une armature de carcasse 7. Le sommet 2, surmonté d'une bande de
roulement
(pour simplifier, non représentée sur la Fig. 3) qui est réunie auxdits
bourrelets 4 par les deux
flancs 3, est de manière connue en soi renforcé par une armature de sommet 6
constituée par
exemple d'au moins deux nappes croisées superposées, renforcées par des câbles
métalliques
connus. L'armature de carcasse 7 est ici ancrée dans chaque bourrelet 4 par
enroulement
autour de deux tringles 5, ale retournement 8 de cette armature 7 étant par
exemple disposé
vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9.
L'armature de
2o carcasse 7 est constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles
dits "radiaux", c'est-à-
dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres
et s'étendent d'un
bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et
90° avec le plan
circonférentiel médian (plan perpendiculaire à fâxe de rotation du pneumatique
qui est situé à
mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de (armature de
sommet 6).
Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre de manière connue une couche
de gomme
ou élastomère intérieure (communément appelée " gomme intérieure ") qui
définit la face
radialement interne du pneumatique et qui est destinêe à protéger la nappe de
carcasse de la
diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique.
Avantageusement, il
comporte en outre une couche élastomère intermédiaire de renfort qui est
située entre la
nappe de carcasse et la couche intérieure, destinée à renforcer la couche
intérieure et, par
conséquent, la nappe de carcasse, et également destinée à délocaliser
partiellement les efforts
subis par l'armature de carcasse.
Le pneumatique conforme à l'invention est caractérisé en ce que son armature
de carcasse 7
comporte au moins une nappe de carcasse dont les câbles radiaux sont des
câbles d'acier à
trois couches conformes à l'invention.
Dans cette nappe de carcasse, la densité des câbles conformes à l'invention
est de préférence
comprise entre 40 et 100 câbles par dm (décimètre) de nappe radiale, plus
préférentiellement
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entre 50 et 80 câbles par dm, la distance entre deux câbles radiaux adjacents,
d'axe.en axe,
étant ainsi de préférence comprise entre 1,0 et 2,5 mm, plus
préférentiellement entre 1,25 et
2,0 mm. Les câbles conformes à l'invention sont de préférence disposés de
telle manière que
la largeur (notée "Lc") du pont de caoutchouc, entre deux câbles adjacents,
est comprise entre
0,35 et 1 mm. Cette largeur "Lc" représente de manière connue la différence
entre le pas de
calandrage (pas de pose du câble dans le tissu de caoutchouc) et le diamètre
du câble. En
dessous de la valeur minimale indiquée, le pont de caoutchouc, trop étroit,
risque de se
dégrader mécaniquement lors du travail de la nappe, notamment au cours des
déformations
subies dans son propre plan par extension ou cisaillement. Au-delà du maximum
indiqué, on
1o s'expose à des risques d'apparition de défauts d'aspect sur les flancs des
pneumatiques ou de
pénétration d'objets, par perforation, entre les câbles. Plus
préférentiellement, pour ces mêmes
raisons, la largeur "Lc" est choisie comprise entre 0,5 et 0,8 mm.
De préférence, la composition de caoutchouc utilisée pour le tissu de la nappe
de carcasse
présente, à l'état vulcanisé (i.e., après cuisson), un module sécant en
extension M10 qui est
inférieur à 20 MPa, plus préférentiellement infërieur à 12 MPa, en particulier
compris entre 5
et 11 MPa. C'est dans un tel domaine de modules que l'on a enregistré le
meilleur compromis
d'endurance entre les câbles de l'invention d'une part, les tissus renforcés
de ces câbles d'autre
part.
III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
III-1. Nature et propriétés des fils utilisés
Pour la réalisation des exemples de câbles conformes ou non conformes à
l'invention, on
utilise des fils fins en acier au carbone préparés selon des méthodes connues,
en partant de
fils commerciaux dont le diamètre initial est d'environ 1 mm. L'acier utilisé
est par exemple
un acier au carbone connu (norme USA AISI 1069) dont la teneur en carbone est
de 0,70%.
Les fils commerciaux de départ subissent d'abord un traitement connu de
dégraissage et/ou
décapage avant leur mise en oeuvre ultérieure. A ce stade, leur résistance à
la rupture est égale
à environ 1150 MPa, leur allongement à la rupture est d'environ 10%. On
effectue ensuite sur
chaque fil un dépôt de cuivre, puis un dépôt de zinc, par voie électrolytique
à la température
ambiante, et on chauffe ensuite thermiquement par effet Joule à 540°C
pour obtenir du laiton
par diffusion du cuivre et du zinc, le rapport pondéral (phase a) / (phase a +
phase (3) étant
égal à environ 0,85. Aucun traitement thermique n'est effectué sur le fil
après l'obtention du
revêtement de laiton.
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On effectue alors sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e. après le
dernier traitement
thermique), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de
tréfilage qui se
présente sous forme d'une émulsion dans de l'eau. Ce tréfilage humide est
effectué de manière
connue afin d'obtenir le taux d'écrouissage final (noté E) calculé à partir du
diamètre initial
indiqué précédemment pour les fils commerciaux de départ.
Par définition, le taux d'un écrouissage noté s est donné par la formule E =
Ln (Si l S f) , dans
laquelle Ln est le logarithme népérien, Si représente la section initiale du
fil avant cet
écrouissage et S f la section finale du fil après cet écrouissage.
En jouant sur le taux d'écrouissage final, on prépare ainsi deux groupes de
fils de diamètres
différents, un premier groupe de fils de diamètre moyen ~ égal à environ 0,200
mm (E = 3,2)
pour les fils d'indice 1 (fils notés F1) et un second groupe de fils de
diamètre moyen ~ égal à
environ 0,175 mm (E = 3,5) pour les fils d'indice 2 ou 3 (fils notés F2 ou
F3).
Le revêtement de laiton qui entoure les fils a une épaisseur très faible,
nettement infërieure au
micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 ~,m, ce qui est négligeable
par rapport au
diamètre des fils en acier. Bien entendu, la composition de (acier du fil en
ses différents
éléments (par exemple C, Mn, Si) est la même que celle de l'acier du fil de
départ.
On rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revétement de
laiton facilite le
tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc. Bien
entendu, les fils pourraient
être recouverts d'une fine couche métallique autre que du laiton, ayant par
exemple pour
fonction d'améliorer la rësistance à la corrosion de ces fils et/ou leur
adhésion au caoutchouc,
par exemple une fine couche de Co, Ni, Zn, Al, d'un alliage de deux ou plus
des composés
Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
III-2. Réalisation des câbles
3o A) Câbles C-I et C-II
Les fils précédents sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches de
structure
1+6+12 pour le câble témoin de fart antérieur (Fig. 1) et pour le câble selon
l'invention (Fig.
2) ; les fils Fi sont utilisés pour former la couche C1, les fils F2 et F3
pour former les couches
C2 et C3 de ces différents câbles.
Chaque câble est dans cet exemple de réalisation dépourvu de frette ; il
présente les
caractéristiques suivantes (d et p en mm)
4o - structure 1+6+12 ;
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- d, = 0,200 (mm);
- (dl/da)=1,14;
- d2 = d3 = 0,175 (mm);
- pa = ps = 10 (mm).
Les fils F2 et F3 des couches C2 et C3 sont enroulés dans le même sens de
torsion (direction
Z). Les deux types de câble (câble témoin noté C-I et câble de l'invention
noté C-~I) se
distinguent donc par le seul fait que dans le câble C-II de l'invention, l'âme
centrale
constituée par les couches G 1 et C2 (structure 1+6) a été gainée par une
composition de
1 o caoutchouc à base d'élastomère diénique non vulcanisé (à (état cru).
Le câble C-II selon l'invention a été obtenu en plusieurs étapes, d'abord par
réalisation d'un
câble intermédiaire 1+6, puis par gainage via une tête d'extrusion de ce câble
intermédiaire,
suivi enfin d'une opération finale de câblage des 12 fils restants autour de
la couche C2 ainsi
gainée. Pour éviter le problème de "collant à cru" de la gaine de caoutchouc,
on a utilisé un
film intercalaire en matière plastique (PET) lors des opérations
intermédiaires de bobinage et
débobinage.
Comme on peut le voir clairement à la Fig. 2, en comparaison avec la Fig. 1,
la couche C3 est
2o éloignée de la couche C2 grâce au gainage de cette dernière ; la couche
interne C 1 se trouve
également gainée (puisque visiblement eloignée de la couche C2), du seul fait
de la
pénétration du caoutchouc entre les fils de la couche C2.
La composition élastomérique constituant la gaine de caoutchouc a la même
formulation, à
base de caoutchouc naturel et de noir de carbone, que celle de la nappe
d'armature de
carcasse que les câbles sont destinés à renforcer.
B~ Câbles C-III et C-IV
3o D'autres câbles ont été fabriqués pour des essais comparatifs
supplémentaires, en modifiant le
taux de carbone (0,58% au lieu de 0,70%). Les câbles ainsi obtenus, témoin et
conforme à
l'invention, sont notés respectivement C-III et C-IV. Dans une variante de
réalisation du câble
C-IV (notée C-IVbis), on a par ailleurs gommé la couche C 1 (fil central) elle-
même avant de
gommer l'âme constituée des couches C 1 et C2, et observé que les deux types
de câble (C-IV
et CIV-bis) conduisaient à des résultats équivalents.
III-3. Endurance en pnelunatique
Les câbles à trois couches précédents sont ensuite incorporés par calandrage à
des tissus
composites formés d'une composition connue à base de caoutchouc naturel et de
noir de
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carbone à titre de charge renforçante, utilisée conventionnellement pour la
fabrication des
nappes de carcasse des pneumatiques Poids-lourd radiaux. Cette composition
comporte
essentiellement, en plus de l'élastomëre et de la charge renforçante, un
antioxydant, de l'acide
stéarique, une huile d'extension, du naphténate de cobalt en tant que
promoteur d'adhésion,
enfin un système de vulcanisation (soufre, accélérateur, Zn0).
Les tissus composites renforcés par ces câbles comportent une matrice de
caoutchouc formée
de deux couches fines de gomme qui sont superposées de part et d'autre des
câbles et qui
présentent chacune une épaisseur de 0,75 mm. Le pas de calandrage (pas
de°pose des câbles
1o dans le tissu de caoutchouc) est de 1,5 mm pour les deux types de câbles.
A Essai 1
On réalise deux séries d'essais de roulage de pneumatiques Poids-lourd (notées
P-I et P-II) de
dimension 315/70 R 22.5 XZA, avec dans chaque série des pneumatiques destinés
au roulage,
d'autres au décorticage sur pneu neuf.
L'armature de carcasse de ces pneumatiques est constituée d'une seule nappe
radiale formée
des tissus caoutchoutës décrits ci-dessus.
Les pneumatiques P-I sont renforcés par les câbles C-I et constituent les
pneus témoins de
l'art antérieur, tandis que les pneumatiques P-II sont les pneumatiques
conformes à
l'invention renforcés des câbles C-II. Ces pneumatiques sont donc identiques à
l'exception
des câbles à couches qui renforcent leur armature de carcasse 7.
Leur armature de sommet 6, en particulier, est de manière connue en soi
constituée de deux
demi-nappes de triangulation renforcées de câbles métalliques inclinés de 65
degrés,
surmontées de deux nappes de travail superposées croisëes, renforcées de
câbles mëtalliques
inextensibles inclinés de 26 degrés (nappe radialement interne) et 18 degrés
(nappe
3o radialement externe), ces deux nappes de travail étant recouvertes par une
nappe sommet de
protection renforcée de câbles métalliques élastiques (haute élongation)
inclinés de 18 degrés.
Dans chacune de ces nappes d'armature de sommet, les câbles métalliques
utilisés sont des
câbles conventionnels connus, disposés sensiblement parallèlement les uns par
rapport aux
autres, et tous les angles d'inclinaison indiqués sont mesurés par rapport au
plan
circonférentiel médian.
Les pneumatiques P-I sont des pneumatiques commercialisés par la Demanderesse
pour des
véhicules Poids-lourd et constituent, en raison de leurs performances
reconnues, un témoin de
choix pour cet essai.
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On fait subir à ces pneumatiques un test de roulage sévère tel que décrit au.
paragraphe I-2, en
conduisant le test jusqu'à la destruction forcée des pneumatiques testés.
On constate alors que les pneus tëmoins P-I, dans les conditions très sévères
de roulage qui
leur sont imposées, sont dëtruits au bout d'une distance moyenne de 232 000
km, suite à une
rupture de la nappe de carcasse (nombreux câbles C-I rompus en zone basse du
pneumatique). Ceci illustre pour l'homme du métier la performance déjà très
élevée des
pneumatiques témoins ; un tel kilométrage parcouru équivaut à un roulage en
continu proche
de 8 mois envïron et à près de 80 millions de cycles de fatigue.
1o
Mais, de manière inattendue, les pneus P-II conformes à l'invention montrent
une endurance
nettement supérieure, avec une distance parcourue moyenne proche de 400 000
km, soit un
gain d'endurance d'environ 70%.
En outre, on observe que la destruction des pneumatiques de l'invention se
produit non pas au
niveau de l'armature de carcasse qui continue à résister, mais dans l'armature
sommet, ce qui
illustre l'excellente performance des câbles selon l'invention.
Après roulage, on rëalise un décorticage c'est-à-dire une extraction des
câbles hors des
2o pneumatiques. Les câbles sont alors soumis à des essais de traction, en
mesurant à chaque
fois la force-rupture initiale (câble extrait du pneumatique neuf) et la force-
rupture résiduelle
(câble extrait du pneumatique ayant roulé) de chaque type de fil, selon la
position du fil dans
le câble, et pour chacun des câbles testés. Seuls les câbles témoins C-I non
rompus pendant le
roulage sont pris en compte pour ce test.
La déchéance moyenne OFm est donnée en % dans le tableau 1 ci-dessous ; elle
est calculée à
la fois pour les fils de la couche interne C 1 et pour les fils des couches C2
et C3. Les
dëchéances Ofm globales sont également mesurées sur les câbles eux-mêmes.
Tableau 1
OFm
Pneus Cbles (%)
sur
couches
individuelles
et
cble
Cl C2 C3 Cble
P-I C-I 38 30 12 19
P-II C-II 9 6 2 3.5
A la lecture du tableau l, on constate que, quelle que soit la zone du câble
analysée (couche
C1, C2 ou C3), les meilleurs résultats, de très loin, sont registrés sur les
câbles C-II
conformes à (invention : on observe notamment que plus on pénètre à
l'intérieur du câble
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(couches C3, C2 puis C1), plus la déchéance ~Fm est élevée, celle du câble
selon l'invention
étant de 4 à 6 fois moindre que celle du câble tëmoin, selon la couche C1, C2
ou C3
considërée.
Enfin et surtout, le câble selon l'invention G-II qui a pourtant enduré une
distance de roulage
très nettement supérieure, révèle une usure globale (OFm) qui est cinq à six
fois plus faible
que celle du câble tëmoin (3,5% au lieu de 19%).
Corrélativement à ces résultats, un examen visuel des différents fils montre
que les
l0 phénomènes d'usure ou fretting (érosion de matériel aux points de contact),
qui résultent du
frottement répëté des füs entre eux, sont nettement réduits dans les câbles C-
II par rapport
aux câbles C-I.
En résumé, (utilisation du câble C-II conforme à l'invention permet
d'augmenter de manière
tout à fait sensible la longévité de la carcasse, dëjâ excellente par ailleurs
sur le pneumatique
témoin.
Les résultats d'endurance décrits ci-dessus apparaissent par ailleurs très
bien corrélés au taux
de pénétration des câbles par le caoutchouc, comme expliqué ci-après. e
Les câbles C-I et C-II non fatigués (après extraction hors des pneumatiques
neufs) ont été
soumis au test de perméabilité à Pair décrit au paragraphe I-1, en mesurant le
volume d'air (en
cm3) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures).
Le tableau 2 ci-dessous présente les résultats obtenus, en terme de débit
moyen d'air
(moyenne sur 10 mesures - en unités relatives base 100 sur les câbles témoins)
et de nombre
de mesures correspondant à un débit d'air nul.
Tableau 2
Cble dbit moyen d'air Nombre de mesures
(units relatives)dbit nul
C-I ' 100 0/10
C-II 6 9110
On note que les câbles C-II de (invention sont ceux qui, de très loin,
présentent la
perméabilité à l'air la plus réduite (dëbit moyen d'air nul ou pratiquement
nul) et, par
conséquent, le taux de pénétration par le caoutchouc le plus élevë.
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Les câbles selon l'invention, rendus imperméables par la gaine de caoutchouc
qui recouvre
leur couche intermédiaire C2 (et la couche interne C1), se trouvent ainsi
protégés des flux
d'oxygène et d'hmnidité qui transitent par exemple depuis les flancs ou la
bande de roulement
des pneumatiques vers les zones de l'armature de carcasse, où les câbles de
manière connue
sont soumis au travail mëcanique le plus intense.
B Essai 2
Dans un second essai, on a fabriqué de nouveaux pneumatiques Poids-lourd de
même
1o dimension (315/70 R 22.5 X~A) que précédemment, en utilisant cette fois des
câbles C-III et
C-IV, puis on a soumis ces pneumatiques (respectivement P-III et P-IV) au même
test
d' endurance que précédemment.
Les pneumatiques témoins (notés P-III), sous ces conditions de roulage
extrêmes, ont
parcouru une distance moyenne de 250 000 km, avec au final une déformation de
leur zone
bourrelet due à un début de rupture des câbles témoins (notés C-III) dans
ladite zone.
Dans les mêmes conditions, les pneus conformes à l'invention (notés P-IV) ont
révélé une
endurance nettement améliorée, avec une distance parcourue moyenne de 430 000
km, soit un
gain d'endurance d'environ 70%. En outre, il doit être souligné que la
destruction des
pneumatiques de l'invention ne s'est pas produite au niveau de l'armature de
renforcement de
la carcasse (qui continuait à résister), mais dans l'armature de renforcement
du sommet, ce
qui illustre et confirme l'excellente performance des câbles selon
l'invention.
Après décorticage, les résultats suivants ont été obtenus
Tableau 3
~Fm
Pneus Cbles (%)
sur
couches
individuelles
et
cble
Cl C2 C3 Cble
P-III C-III 20 18 9.5 13
P-IV C-IV 1 1 3 2
Ces résultats confirment largement ceux du tableau 2 précédent, en allant même
au-delà,
puisqu'on ne constate quasiment pas de déchéance sur les câbles C-IV de
l'invention,
comparativement aux câbles témoins C-III, ceci quelle que soit la couche (Cl,
C2 ou C3)
considérëe.
En conclusion, comme le démontrent les essais qui précèdent, les câbles de
l'invention
permettent de réduire de manuiëre notable les phénomènes de fatigue-fretting-
corrosion des
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câbles dans les armatures de carcasse des pneumatiques, en particulier des
pneumatiques
Poids-lourd, et d'améliorer ainsi la longévité de ces pneumatiques.
Enfin, ce qui n'est pas le moindre, on a en outre constaté que ces câbles
selon l'invention,
grâce à leur constriction particulière et probablement une résistance au
flambage largement
améliorée, offraient aux armatures de carcasse des pneumatiques une endurance
notablement
améliorée, d'un facteur deux à trois, en roulage sous pression réduite.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation
précédemment décrits.
l0
C'est ainsi par exemple que la couche interne C1 des câbles de l'invention
pourrait être
constituée d'un fil à section non circulaire, par exemple déformé
plastiquement, notamment
un fil de section sensiblement ovale ou polygonale, par exemple triangulaire,
carrée ou encore
rectangulaire ; la couche C1 pourrait aussi être constituée d'un fil préformé,
de section
circulaire ou non, par exemple un fil ondulé, vrillé, tordu en forme d'hélice
ou en zig-zag.
Dans de tels cas, il faut bien sî~r comprendre que le diamètre d1 de la couche
C1 représente le
diamètre du cylindre de révolution imaginaire qui entoure le fil central
(diamètre
d'encombrement), et non plus le diamètre (ou toute autre taille transversale,
si sa section n'est
pas circulaire) du fil central lui-même. Il en serait de même si la couche C 1
était formée non
2o pas d'un seul fil comme dans les exemples précëdents, mais de plusieurs
fils assemblés entre
eux, par exemple de deux fils disposés parallèlement l'un à l'autre ou bien
tordus ensemble,
dans une direction de torsion identique ou non à celle de la couche
intermédiaire C2.
Pour des raisons de faisabilité industrielle, de coût et de performance
globale, on préfère
toutefois mettre en oeuvre (invention avec un seul fil central (couche C1)
linéaire
conventionnel, de section circulaire.
D'autre part, le fil central étant moins sollicité lors de l'opération de
câblage que les autres
fils, compte tenu de sa position dans le câble, il n'est pas nécessaire pour
ce fil d'employer par
exemple des compositions d'acier offrant une ductilité en torsion élevée ; on
pourra
avantageusement utiliser tout type d'acier, par exemple un acier inoxydable.
En outre, un (au moins un) fil linéaire d'une des deux couches C2 et/ou C3
pourrait lui aussi
être remplacé par un fil préformé ou déformé, ou plus généralement par un fil
de section
différente de celle des autres fils de diamètre d2 et/ou d3, de manière par
exemple à améliorer
encore la pénétrabilité du câble par le caoutchouc ou toute autre matière, le
diamètre
d'encombrement de ce fil de remplacement pouvant être inférieur, égal ou
supérieur au
diamètre (d2 et/ou d3) des autres fils constitutifs de la couche (C2 et/ou C3)
concernée.
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Sans que l'esprit de (invention soit modifié, tout ou partie des fils
constituant le câble
conforme à l'invention pourrait être constitué de fils autres que des fils en
acier, métalliques
ou non, notamment des fils en matière minérale ou organique à haute résistance
mécanique,
par exemple des monofilaments en polymères organiques cristaux liquides.
L'invention concerne également tout câble d'acier multi-torons ("multi-st~a~rd
Tope") dont la
structure incorpore au moins, en tant que toron élémentaire, un câble à trois
couches
conforme à l'invention.
