LU83518A1

LU83518A1 - Cables metalliques pour le renforcement de produits manufactures elastomeres

Info

Publication number: LU83518A1
Application number: LU83518A
Authority: LU
Inventors: Jean Y Marty; A Saiz
Original assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1982-02-17
Also published as: IT8123210A0; BE889792A; JPS5756592A; FR2487866A1; DE3129963A1; GB2080845A; NL8103579A; AU7347481A; ZA815052B; FR2487866B1

Description

MÉMOIRE DESCRIPTIF

DÉPOSÉ A L’APPUI D'UNE DEMANDE DE

BREVET D’INVENTION

»

FORMÉE PAR

DÏÏNLOP LIMITKP pour Câblés métalliques pour le renforcement de produits manufacturés élastomères.

La présente invention concerne un câblé métallique pour le renforcement de produits manufacturés élastomères, * par exemple des pneus.

Les pneus dits "radiaux”, en particulier ceux destinés aux véhicules lourds, comprennent généralement plusieurs nappes de câblés métalliques, sous la bande de roulement, qui constituent ensemble un renforcement relativement inextensible.

Ces câblés comprennent d'habitude une âme entourée d'une ou plusieurs couches ou hélices de torons ou de fils métalliques élémentaires agencées de façon à recouvrir entièrement l'âme. Cette dernière peut elle même être faite d'un ou plusieurs fils métalliques, disposés parallèlement ou retordus ensemble.

L'expérience a prouvé que les pneus fabriqués avec de tels câblés manifestent une grave insuffisance lorsqu'ils viennent en contact avec des objets pénétrants, comme des clous, des vis ou des pierres à arêtes aiguës, ou après qu'une entaille accidentelle a été faite dans la > bande de roulement. Le défaut qui en résulte permet à l'eau qui est rencontrée sur la chaussée et qui pourrait contenir des impuretés ou des sels de pénétrer jusqu'aux câblés de la nappe de renforcement extérieure et souvent même jusqu'à une ou plusieurs des nappes sous-jacentes.

Un examen minutieux des pneus usés contenant de tels câblés, en particulier au moment du rechapage, montre que l'eau ou l'humidité a tendance à s'infiltrer entre les différents fils métalliques du câblé par effet de capillarité et à remonter au long de ces fils jusqu'à leurs extrémités.

L'acier du câblé (et/ou le laiton qui recouvre généralement l'acier en une couche très mince) subit alors une oxydation superficielle, de sorte que la liaison entre le mélange de caoutchouc enrobant les câblés et le métal disparaît et que des décollements locaux ont lieu et se propagent, ce qui conduit à retirer le pneu du service ou bien rend nécessaire d'exécuter des réparations importantes avant le rechapage.

Le brevet français n° 2.001.7½ décrit un câblé métallique qui comprend une âme formée par un toron et une couche extérieure formée par des torons qui sont relativement distants les uns des autres, l'espace entre les torons et le fait qu'un toron, en coupe, a une section plus petite que celle d'un fil métallique massif de même diamètre extérieur permet une pénétration satisfaisante du caoutchouc lors de l'enrobage des câblés. Toutefois, ces câblés ont l'inconvénient d'être fort onéreux. Pour cette raison, le toron de trois fils métalliques a été remplacé, par exemple, par des fils métalliques uniques de plus fort diamètre que celui de chacun des fils métalliques du toron.

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Ainsi, des torons comprenant trois fils métalliques d'un diamètre de 0,22 mm ont- été remplacés par des fils métalliques uniques d'un diamètre de 0,38 mm.

Le brevet français n° 1.264.878 décrit un exemple de câblé connu qui comprend une âme formée de trois fils métalliques élémentaires retordus ensemble, outre une couche extérieure formée de fils métalliques élémentaires ayant un diamètre tel qu'ils ne soient pas contigus sur le contour de l'âme. Le brevet anglais n° 1.034.326 décrit un autre câblé dans lequel l'âme n’est formée que de deux fils métalliques élémentaires qui sont retordus ensemble, tandis- que la couche extérieure ou hélice est formée de six fils métalliques élémentaires qui ne sont pas contigus.

Toutefois, les pneus fabriqués au moyen de tels câblés, bien qu'ils soient moins chers que les pneus produits avec des câblés comprenant des torons dans la couche extérieure,présentent encore l'inconvénient précité de permettre la pénétration de l'eau par capillarité. Les fils métalliques élémentaires parallèles de la couche extérieure se touchent suivant des lignes ou sont très proches les uns des autres, tandis que les torons, même lorsqu'ils sont posés côte à côte, laissent subsister un interstice dans lequel le caoutchouc peut s'insinuer.

En outre, les câblés correspondants à ces deux derniers brevets précités manifestent d'habitude des caractéristiques mécaniques inadéquates ou sont trop raides, ce qui les rend inacceptables pour certains pneux destinés à des véhicules pour fortes charges.

L'invention a notamment pour but de procurer une construction de câblés métalliques comprenant une couche extérieure formée de fils métalliques élémentaires qui atténue les inconvénients des câblés connus, mais assure néanmoins une bonne pénétration du caoutchouc.

La compréhension du principe de l'invention nécessite l'introduction de la notion de "rapport d’ouverture".

Le rapport d'ouverture, pour les câblés métalliques comprenant une couche de fils métalliques élémentaires, est déterminé dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du câblé et est défini aux fins de l'invention comme étant le rapport R entre la distance e séparant deux fils métalliques élémentaires et la somme du diamètre D des fils métalliques et de cette distance e. Dès lors, on a :

Conformément à l'invention, un câblé métallique pour le renforcement de produits manufacturés élastomères * comprend une âme présentant un axe longitudinal et une hélice formée de fils métalliques élémentaires enroulés parallèlement les uns aux autres autour de l'âme, les dimensions de l'âme, le nombre et le diamètre des fils métalliques élémentaires et leur agencement relatif étant tels que le rapport d'ouverture des fils métalliques élémentaires, tel que défini ici, est d'au moins 0,08.

Suivant l'invention, il a été établi que l'eau ou l'humidité ne peut pénétrer au long des câblés, par exemple après une dégradation d'un pneu, lorsque le caoutchouc d*enrobage pénètre parfaitement dans le câblé et ne laisse subsister aucun canal continu entre les fils métalliques constitutifs, cette pénétration du caoutchouc étant obtenue lorsque les câblés ont un rapport d'ouverture d'au moins 0,08 et plus avantageusement de 0,1 à 0,25.

Il est avantageux que le nombre de fils métalliques élémentaires dans l'hélice soit supérieur ou égal à sept, parce que les câblés résultants ont alors une haute résistance à la rupture pour une raideur raisonnable et un prix acceptable.

L'âme peut être formée d'un toron ou d'un jonc, par exemple thermoret.ractable, présentant une section convenable et contenant des rainures, par exemple. L'âme peut également avoir une structure multiple et peut elle-même comporter une hélice faite de fils métalliques élémentaires appliqués autour d'une âme primaire, l'hélice présentant alors, le plus favorablement, un rapport d'ouverture d'au moins 0,08, conformément à l'invention.

Suivant une première forme de réalisation de l'invention, les câblés ont une structure n-^/0-^ + ïi^/ÇÎ^.

L'âme est formée de n^ fils métalliques élémentaires (n^ étant supérieur ou égal à 1) du même diamètre 0^, par exemple de 0,20 à 0,30 mm (avantageusement 0,20 à 0,28 mm), retor-* dus ensemble avec un pas qui peut être, par exemple, de 8 à 16 mm, de manière à former un toron. Dans certaines constructions de l'âme, un fil métallique du même diamètre ou de diamètre plus petit est logé au centre et les fils métalliques du toron d'âme sont enroulés sur ce fil central avec un rapport d'ouverture d'au moins 0,08. L'hélice ou couche extérieure du câblé, agencée autour de l'âme, est formée de n^ fils métalliques élémentaires du même diamètre 02¾ Par exemple de 0,25 à 0,40 mm (avantageusement 0,50 à 0,58 mm) enroulés ensemble parallèlement les uns aux autres autour de l'âme avec un pas qui peut être, par exemple, de 12 à 22 mm. Le nombre et le diamètre des fils métalliques élémentaires de la couche extérieure sont tels que le rapport d'ouverture soit d'au moins 0,08 et de préférence de 0,1 à 0,25.

Le sens de torsion des fils métalliques d'âme et le sens de commettage des fils métalliques de la couche extérieure peuvent être les mêmes, les pas étant toutefois suffisamment différents pour assurer que les fils métalliques ne soient en contact qu’en certains points. Les sens peuvent également être opposés, comme spécifiquement indiqué dans les exemples ci-après.

Suivant une seconde forme de réalisation de l'invention, les câblés ont une structure du type nl^l + n2^2 ci-dessus, mais avec relâchement pério dique de la tension lors de l'exécution de la torsion des fils métalliques de l'âme ou de la couche extérieure. De cette façon, les fils métalliques de la couche extérieure ne sont pas serrés autour de l’âme dans des endroits distants de la longueur.du câblé.-La pénétration du caoutchouc s’en trouve ainsi améliorée.

* Suivant une troisième forme de réalisation de l'invention, l'âme d'un câblé de l'un des types ci-dessus est remplacée par un câblé ou par un jonc formé d'une matière thermoretractable, comme du polyamide 6 ou 6.6 appelé "Nylon", ou du polyester. Lorsque l'âme est faite d'un jonc, il est avantageux que celui-ci ait une section arrondie et comporte, en surface, des rainures qui croisent le parcours des fils métalliques élémentaires de la couche extérieure. Lors de la vulcanisation d'un pneu contenant de tels câblés comme éléments de renforcement, sous haute pression et à température élevée, le retrait de l'âme du câblé et son raccourcissement favorisent la pénétration du mélange d'enrobage autour des fils métalliques de la couche extérieure et spécifiquement aux extrémités, qui constituent toujours un point délicat dans un pneu à carcasse radiale.

Suivant une quatrième forme de réalisation de l'invention, un câblé comprend deux couches successives de fils métalliques élémentaires entourant l'âme ou la couche précédente et comprenant des fils métalliques élémentaires dont le nombre et le diamètre sont tels que chacune des couches présente un rapport d'ouverture d'au moins 0,08 et de préférence de 0,1 à 0,25.

En outre, un fil de guipure appelé parfois "lacet" peut être appliqué autour des câblés faisant l'objet des différentes formes de réalisation de l'invention.

Les câblés conformes a l'invention ont des qualités très précieuses pour la fabrication des pneus. En premier lieu, comme déjà indiqué, en raison de leur rapport d'ouverture élevé, ils permettent une bonne pénétration du mélange d'enrobage utilisé pour le calandrage des plis, spécifiquement dans le cas des pneus destinés aux véhicules lourds. Il est connu que ces mélanges ont une viscosité élevée. De plus, les câblés qui contiennent des fils métalliques élémentaires dans la couche extérieure ont une bonne compacité. Cette caractéristique est fort importante, parce que pour une résistance mécanique égale, l'épaisseur des couches formées est réduite.

L'espace entre les fils métalliques des câblés conformes à l'invention et la pénétration du caoutchouc entre ces fils métalliques atténuent la raideur et suppriment pratiquement toutes les casses des câbles dues à des frottements entre les fils élémentaires. Ce défaut est connu dans le métier sous le nom de "morsure".

Les câblés conformes à l'invention ont également une bonne stabilité axiale, spécialement lorsque le sens de torsion de l'âme et le sens de commettage des fils métalliques dans l'hélice ou la couche extérieure sont opposés. Cette stabilité axiale s'accompagne d’une bonne stabilité de l'âme lorsque le câblé est soumis à des déformations et aussi de bonnes propriétés de résistance en traction et en compression. De plus, lors de l'utilisation de plis renforcés au moyen des câblés conformes à l'invention pour la fabrication des pneus, le découpage des nappes est propre et ne conduit à aucune déformation.

Les câblés conformes à l'invention peuvent être utilisés dans des pneus de très grandes dimensions destinés à supporter des charges très lourdes et spécialement dans des pneus pour véhicules pour fortes charges.

D'autres propriétés et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-après, à titre d'exemple uniquement^ avec référence· aux dessins annexés, dans lesquels:

Fig. 1 est une vue en coupe d'un câblé connu comprenant une couche extérieure formée de torons;

Fig. 2 est une vue en coupe d'un câblé connu dont la couche extérieure, formée de fils métalliques élémentaires, ne permet pas une pénétration convenable du caoutchouc, et

Fig. 3 à 8 sont des vues en coupe de différentes formes de réalisation de câblés conformes à l'invention.

Le câblé 10 de la Fig. 1 présentant la structure 1x4/0,22 + 6x4/0,22 + 1/0,15, utilisé de façon générale depuis de nombreuses années pour la fabrication des pneus, comprend sept torons 11, dont chacun comporte quatre fils métalliques 12 d'un diamètre de 0,22 mm, et est enveloppé dans un fil de guipure 13 d'un diamètre de 0,15 mm. L'âme est formée par l'un des torons 11 à quatre fils (diamètre de 0,22 mm) et la couche extérieure est formée par les six torons restants. Ce câblé a de très bonnes propriétés mécaniques, mais son prix est élevé.

La Fig. 2 est une vue en coupe d'un câblé 20 de structure 1x3/0,20 + 6/0,38, actuellement utilisé dans l'industrie du pneu, qui comprend une âme formée d’un toron 21 fait de trois fils 22, chacun d’un diamètre de 0,20 mm, et une couche extérieure formée de six fils métalliques élémentaires 23, chacun d'un diamètre de 0,38 mm. L'expérience a montré que ce câblé ne permet pas une bonne pénétration du caoutchouc et son rapport d'ouverture tel que défini ici est très inférieur à la limite inférieure du rapport d'ouverture des câblés conformes à l'invention.

La Fig. 3 est une vue en coupe d'une première forme de réalisation d'un câblé 30 conforme à l'invention.

Le câblé 30 a une structure4/0,20 + 7/0,30, c'est-à-dire qu'il comprend un toron d'âme central 31 fait de quatre fils métalliques 32 d'un diamètre de 0,20 mm et sept fils métalliques élémentaires 33 formant une hélice et ayant un diamètre de 0,30 mm.

La Fig. 3 montre également comment le rapport d'ouverture est évalué. L'espace _e est la distance séparant deux fils métalliques élémentaires adjacents 33 dans l'hélice, ces fils ayant chacun le diamètre D. Le rapport d'ouverture R est égal au rapport entre l'espace £ et la somme de l’espace e et du diamètre ¢. Le câblé 30 de la Fig. 3 présente un rapport d'ouverture de 0,117 et l'expérience a montré que cette valeur permet une bonne pénétration d'un mélange à haute viscosité qui est utilisé pour calan-drer les plis des pneus pour véhicules lourds.

La Fig. 4 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisation d'un câblé 40 conforme à l'invention, dérivant du câblé 30 illustré à la Fig. 3- Le câblé 40 a une structure 1/0,12 + 4/0,20 + 7/0,30, c'est-à-dire qu'il comprend un fil métallique 41 d'un diamètre de 0,12 mm formant une âme primaire entourée de quatre fils métalliques 42 d'un diamètre de 0,20 mm, ceci constituant l'âme. Le rapport d'ouverture R de la couche extérieure comprenant les quatre fils métalliques 42 de l'âme est égal à 0,13. Autour de l'âme, sept fils métalliques élémentaires 43 d'un diamètre de 0,30 mm forment une hélice, dont le rapport d'ouverture est de 0,176. Le fil métallique central 41 constituant l'âme primaire assure dès lors l'espacement entre les fils métalliques 42 du toron par comparaison avec la forme de réalisation de la Fig. 3 et ménage, par conséquent, un plus grand espace entre les fils métalliques 43 de la couche extérieure.

La Fig. 5 est une vue en coupe d'une troisième forme de réalisation d'un câblé 50 conforme à l'invention.

Le câblé 50 aune structure (1+6)/0,25 + 8/0,35? c'est-à-, dire qu'il comporte une âme faite de sept fils métalliques 51 d'un diamètre de 0,25 mm et une couche extérieure formée de huit fils métalliques élémentaires 52 d'un diamètre de 0,35 mm retordus autour de l'âme. Le rapport d'ouverture de ce câblé est de 0,169.

La Fig. 6 est une vue en coupe d'une quatrième forme de réalisation d'un câblé 60 conforme à l'invention ayant une structure 1x3/0,20 + 6/0,38, c'est-à-dire sembla-

Me au câMé de la Fig. 2. Toutefois, pour la fabrication du câblé 60 conforme à l'invention, les fils métalliques élémentaires 61 de la couche extérieure subissent des relaxations périodiques, de sorte qu'ils ne sont pas serrés sur l'âme 62 et restent séparés de celle-ci. Par conséquent, à la Fig. 6, les fils métalliques extérieurs 6l sont séparés de l'âme 62 d'une distance x de 0,1 mm. Dès lors, le rapport d'ouverture atteint une valeur de 0,248 et la pénétration du caoutchouc est excellente.

La Fig. 7 est une vue en coupe d'une cinquième forme de réalisation d'un câblé 70 conforme à l'invention.

Le câblé 70 comprend une âme 71 qui est formée de Nylon 6.6, qui présente un diamètre extérieur de 0,6 mm et qui comporte six rainures hélicoïdales 72 d'une profondeur de 0,1 mm ménagées dans sa surface périphérique. Huit fils métalliques 73 d'un diamètre de 0,30 mm sont enroulés sur l'âme 71. De rapport d'ouverture R des fils métalliques 73 est de 0,13. La pénétration du caoutchouc est facilitée par les rainures 72 de l'âme 71 et par le retrait qui a lieu pendant la vulcanisation d'un pneu contenant des câblés dont l'âme est de ce genre. Ce retrait, qui n'atteint que l'âme 71> provoque une séparation entre les fils métalliques extérieurs 73·

La Fig. 8 est une vue en coupe d'une sixième forme de réalisation d'un câblé 80 conforme à l'invention présentant une très haute résistance mécanique. Le câblé 80 est conçu pour des pneus de très grandes dimensions utilisés, par exemple, non jumelés sur des tracteurs ou des remorques et présente la structure 4/0,23 + 7/0s35 + 11/0,38. Une âme formée d'un toron 8l constitué par quatre fils métalliques 82 d'un diamètre de 0,25 mm est entourée d'une première couche de sept fils métalliques 83 d'un diamètre de 0,35 mm,présentant un rapport d'ouverture R de 0,l5*f, et d'une seconde couche de onze fils métalliques 84 d'un diamètre de 0,38 mm, présentant un rapport d'ouverture R de 0,20, autour de la première couche. Le pas de la couche intermédiaire est opposé à celui de l'âme et à celui de la couche extérieure.

Le tableau ci-après permet de comparer les caractéristiques et propriétés de différents câblés connus (exemples 1 et 2) et de câblés conformes à l'invention (exemples 3 à 10).

Dans ce tableau, la structure est indiquée comme précisé ci-dessus. La construction indique le pas de torsion ou de commettage, de même que sa direction (S ou Z).

Le rapport d'ouverture est tel que défini ci-dessus. La résistance à la rupture est mesurée au dynamomètre. La raideur peut être mesurée à l'aide d'un appareil "Haber" fabriqué par la Société Instrument Corporation (Etats-Unis d'Amérique), les valeurs étant un couple exprimé en (lO^U.m.).

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Claims

1. Câblé métallique pour le renforcement de produits manufacturés élastomères comprenant une âme présentant un axe longitudinal et une hélice formée de fils métalliques élémentaires enroulés parallèlement les uns aux autres autour de l'âme, caractérisé en ce que les dimensions de l'âme (31,41,42,51,62,71,81), le nombre et le diamètre des fils métalliques élémentaires (33,43,52,61,73,84) et leur agencement relatif sont tels que le rapport d'ouverture (R) des fils métalliques élémentaires (33,43,52,61,73,84), tel que défini ici, est d'au moins 0,08.

2, - Câblé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport d'ouverture (R) est de 0,1 à 0,25·

3·- Câblé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hélice comprend au moins sept fils métalliques élémentaires (33,43,52,73,84).

4.- Câblé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'âme est formée par un toron (31,41,42,51,62,82).

5·- Câblé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'âme contient des fils métalliques élémentaires (42) du même diamètre retordus ensemble autour d'un fil métallique central(41)de diamètre égal ou plus petit, les fils métalliques élémentaires ‘ extérieurs (42) de l'âme présentant un rapport d'ouverture, tel que défini ici, d'au moins' 0,08.

6.- Câblé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils métalliques formant l'âme ont un diamètre de 0,20 à 0,28 mm et un pas de 8 à 16 mm.

7·- Câblé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils métalli- ques formant l'hélice ont un diamètre de 0,50 à 0,58 mm et sont appliqués avec un pas de commettage de 12 à 22 mm.

8.- Câhlé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sens de torsion des fils métalliques de l'âme est opposé au sens de commettage des fils métalliques de l'hélice.

9·- Câhlé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils métalliques élémentaires (61) de l'hélice sont à l'écart de l'âme ' (62). P

10. Câhlé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'âme (81) est entourée par une première couche de fils métalliques élémentaires (85) enroulés parallèlement les uns aux autres, puis par l'hélice (84), le nombre et le diamètre des fils métalliques de la première couche (85) et de l'hélice (84) étant tels que le rapport d'ouverture (R) de chacune, tel que défini ici, est supérieur à 0,08.

11. Câhlé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'âme (71) est formée d'un jonc de matière thermoretraetable.

12. Câhlé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'âme (71) porte dans sa surface périphérique des rainures (72). t *