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PROCEDE DE TRAITEMENT DE FIL DE FILAMENTS DE NYLON POUR OBJETS COMPOSITES EN
CAOUTCHOUC.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements'aux fils de nylon composés de filaments multiples et aux objets composites en caoutchouc comprenant ces fils à titre d'élément de renforcement.
Des essais sont actuellement en cours pour utiliser ces fils de nylon et des tissus formés de ces fils comme élément de renforcement de pneu- matiques en caoutchouc et objets analogues, au lieu de fils ou de tissus en coton ou rayonne, à cause de la forte résistance à la traction des fils de ny- lon. Cependant, le fil de nylon s'allonge considérablement lorsqu'il est mis sous tension, ce qui fait que les éléments de renforcement formés par ces fils et incorporés dans les objets en caoutchouc permettent le développement de ces objets au-delà des limites admissibles. On a également rencontré des difficultés considérables pour faire adhérer' les fils de nylon au caoutchouc.
Afin d'assurer une meilleure adhésion entre les fils ou tissus de nylon et le caoutchouc du pneu ou objet analogue, et afin de réduire l'al- longement du fil, il est courant de traiter le fil par une composition aqueuse résorcine-f ormaldéhyde-latex compatible avec le caoutchouc, puis de sécher ra- pidement le fil à des températures largement supérieures au point d'ébullition de l'eau
Ces compositions ont tendance à imprégner le fil et à revêtir les filaments individuels dont le fil est composé suivant une zone transver- sale du fil s'étendant de sa surface au voisinage de son âme. Lorsqu'on soumet le fil aux températures de séchage généralement utilisées, ces compositions ont tendance à rendre le fil fragile et cassant à cause de l'action sur le nylon de la résorcine qu'elles contiennent.
Des essais ont montré que cette fragilisation réduit la résistan- ce du fil à la fatigue par compression et extension, lorsque le fil est incor- poré à titre d'élément de renforcement dans des objets en caoutchouc. Cette fra- gilisation du fil entraîne également des difficultés au cours du tissage. Une autre difficulté sérieuse provenant de la fragilisation du fil est que la liai-
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son entre le fil de nylon et le caoutchouc est détruite lorsque l'objet de caoutchouc est soumis à des forces de compression et d'extension, ce .qui fait perdre au fil ou au tissu de nylon son efficacité comme élément de renforce- ment, celui-ci ne pouvant alors plus s'opposer de la façon désirée au déve- loppement de l'objet.
La présente invention a pour but d'éviter ces difficultés en fournissant un procédé simple, pratique et économique de traitement des fils de nylon à filaments multiples, afin de favoriser leur adhésion au caoutchouc sans rendre le fil cassant, d'augmenter leur capacité de résistance à la fa- tigue par compression et extension et afin d'augmenter leur durée de résis- tance aux flexions sans diminuer leur adhésion au caoutchouc, tout en rédui- sant à un minimum la quantité de composition requise pour assurer l'adhésion du fil au caoutchouc, et permettant d'introduire le fil ou le tissu formé de ces fils dans des objets en caoutchouc afin de les améliorer et,de réduire le développement des pneumatiques renforcés à l'aide de ces fils, tant au gonfle- ment initial qu'aux températures de roulement ultérieures.
L'invention comprend un procédé de traitement de fils faits de filaments de nylon ayant pour but de fournir un fil amélioré pouvant être uti- lisé dans des articles composites en caoutchouc, procédé dans lequel on appli- que au fil une dispersion aqueuse contenant une faible concentration d'une a- mide d'un acide gras d'huile, l'amide pénétrant la surface extérieure du fil et laissant une couche protectrice d'amide sur les surfaces des filaments du fil tout entier, afin de lubrifier ce dernier, et on applique ensuite au fil, dans l'état décrit ci-dessus, une composition résorcine-formaldéhyde-latex compatible avec le caoutchouc, l'amide servant d'émollient pour la composi- tion en contact avec elle afin d'éviter la fragilisation à l'intérieur du fil et à sa surface, maintenant ainsi la souplesse du fil,
et servant à protéger les filaments du fil contre les éléments de la composition et la dégradation par la chaleur au cours du séchage ultérieur du fil.
La dispersion aqueuse de l'amide d'acide gras utilisée dans le présent procédé est préparée à partir d'un acide gras d'huile végétale ou d'un mélange de ces acides, par exemple des acides gras de coprah, de soya, d'huile de lin, d'huile de coton, de "rape seed", etc. Comme ces acides con- tiennent de faibles quantités de glycérides, le pouvoir émollient des amides s'en trouve amélioré.
En général, au point de vue propriétés physiques, les amides peuvent varier d'une matière solide analogue à la cire jusqu'à une pâte molle.
La solubilité est d'autant plus faible que la chaîne de carbone de l'amide est plus longue.
L'amide utilisée dans le présent procédé est une amide émulsion- née d'acide gras d'huile, ayant l'aspect d'une pâte molle qu'on peut facile- ment mettre en dispersion dans l'eau. Les dispersions ainsi obtenues peuvent contenir de 1 à 5 % environ en poids de l'amide d'acide gras d'huile. Dans la pratique industrielle, on a trouvé que 2 % en poids environ de l'amide don- nent les résultats voulus et laissent environ 1 % d'amide dans le fil, propor- tion calculée sur la base du produit sec.
La composition résorcine-formaldéhyde-latex compatible avec le caoutchouc, à utiliser dans la présente invention est dû-type ordinaire qu'on emploie généralement pour traiter les câbles et armatures analogues qu'on in- corpore dans les pneus ou autres objets en caoutchouc dans le but de les ren- forcer.
N'importe quel appareil approprié peut être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de¯traitement du fil, et notamment des réservoirs d'enduc- tion, des rouleaux exprimeurs, une chambre de séchage et des rouleaux tendeurs si le fil doit être tendu pendant le séchage, et finalement un mécanisme d'en- roulement du fil traité. Comme ce genre d'appareil est connu dans la branche, on n'en donnera ni description ni représentation graphique.
Dans la mise en pratique de la présente invention, on fait pas-
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ser un fil de nylon à filaments multiples (210 deniers 4 brins/2 câblés) ou du câble pneu de 840 deniers/2 brins dans un réservoir d'enduction contenant un bain formé d'une dispersion aqueuse comprenant environ 2,2 % en poids d'a- mide d'acide gras d'huile, puis on fait passer le fil entre des rouleaux ex- primeurs afin d'exprimer l'excès de solution jusqu'à ce que le fil paraisse presque sec au toucher.
Le fil traité par l'amide d'acide' gras d'huile passe ensuite presque immédiatement dans un second réservoir d'enduction contenant une composition comprenant en poids :
EMI3.1
<tb> Latex <SEP> 38,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Eau <SEP> 53,9 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Résorcine <SEP> 3,8 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Formaldéhyde <SEP> 1,9 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Soude <SEP> caustique <SEP> (solution <SEP> de <SEP> NaOH <SEP> à
<tb>
<tb> 10 <SEP> %) <SEP> 1,9 <SEP> %
<tb>
Le fil repasse ensuite entre des rouleaux exprimeurs afin d'é- liminer l'excès de composition de traitement. On peut faire passer le fil une seconde fois dans cette dernière composition de traitement si on le désire.
Le fil traité de cette manière est ensuite tendu à l'état humide à 20% envi- ron de sa charge de rupture à sec, puis passe dans un four de séchage tandis qu'on le maintient à une tension équivalant à 25% environ de sa charge de rup- ture à sec.
Le four utilisé est du type à échange de chaleur où l'air recy- clé est chauffé dans la chambre de séchage de fil du four à une température de 205 C.env.Cette température peut varier généralement entre 150 et 230 C environ suivanu la grosseur du fil et la vitesse de traitement, mais la température spécifique appliquée au fil à certains moments du traitement de séchage peut atteindre 315 C environ sans exercer un effet nuisible sur le fil. A la sortie de la chambre de séchage, le fil est refroidi et enroulé sur un tube en forme de bobine.
Le fil traité de la manière décrite est utilisé de la façon ha- bituelle pour renforcer les flancs d'un pneu en caoutchouc. Ce pneu est gonflé puis soumis à l'essai à la roue, essai connu qui consiste à faire tourner un pneu sous des charges variables contre une courroie comprenant des parties en relief afin de reproduire les conditions normales d'utilisation du pneu sur la route. Un autre pneu gonflé de même construction mais garni de fils de ny- lon à filaments multiples ou de câble pneu traité de la façon habituelle est soumis au même essai.
On trouvera dans le tableau ci-après une comparaison entre le développement de la largeur de la chape, de la largeur de la section et de la hauteur de la section du pneu normal (exemple A) et du pneu suivant l'invention (exemple B) avant et après l'essai à la roue.
TABLEAU I
EMI3.2
<tb> Ex- <SEP> Largeur <SEP> de <SEP> la <SEP> chape <SEP> Largeur <SEP> de <SEP> la <SEP> section <SEP> Hauteur <SEP> de <SEP> la <SEP> section
<tb>
<tb> emple <SEP> Avant <SEP> Apres <SEP> % <SEP> dévelop. <SEP> Avant <SEP> Apres <SEP> % <SEP> dévelop. <SEP> Avant <SEP> Apres <SEP> % <SEP> dévelop.
<tb>
<tb>
A <SEP> 4,85" <SEP> 5,1" <SEP> 5,15 <SEP> 7,75" <SEP> 8,1" <SEP> 4,50 <SEP> 7,3" <SEP> 7,54" <SEP> 3,30
<tb>
EMI3.3
(123mm) (l28,5nm) (.9fimm) (205,5mm.) (l84mm)(l9lNm)
EMI3.4
<tb> B <SEP> 4,85" <SEP> 5,0" <SEP> 3,09 <SEP> 7,30" <SEP> 7,6" <SEP> 4,10 <SEP> 7,32" <SEP> 7,5" <SEP> 2,45
<tb>
<tb> (123mm)(126mm) <SEP> (184,5mm)(193mm) <SEP> (185mm)(190mm)
<tb>
Dans ces essais, le développement du pneu normal a été mesuré après l'équivalent de 3.550 km env. et le développement du pneu B suivant la présente invention a été mesuré après l'équivalent de 5.720 km. environ.
Bien que le pneu B ait roulé 1.170 km de plus que le pneu A (environ 25 % de plus que le pneu A), le pneu B présente un développement inférieur à celui du pneu A,plus particulièrement, les développements de la largeur de la chape, de la largeur de la section, et de la hauteur de la section du pneu B sont respecti-
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vement inférieurs de 40%, 9% et 26 % environ aux développements des parties correspondantes du pneu A.
Il ressort des essais ci-dessus que le procédé de traitement suivant l'invention augmente la durée de résistance à la compression et à l' extension ou aux flexions dufil et qu'en fait, la vie du fil excède la vie utile du pneu dont la fin peut être due à d'autres causes.
On a trouve également que le fil traité suivant le présent pro- cédé adhère au caoutchouc aussi bien ou mieux que les fils traités de la fa- çon habituelle. L'amide d'acide gras, du type cationique, est compatible aussi bien avec le nylon qu'avec la composition résorcine-formaldéhyde-latex.
On pense que l'amide d'acide gras agit d'une ou de plusieurs façons sur le nylon à la manière d'un émollient pour empêcher sa fragilisa- tion.
On pense que l'amide d'acide gras est d'abord chassée dans l' âme du fil ou câble de nylon sous la forte pression des rouleaux exprimeurs, puis s'y dépose lorsque l'excès d'eau est exprimé en laissant une masse ten- dre et souple dans l'ame ou au centre du fil ou câble de façon à agir à la manière d'une barrière. Lorsqu'on fait passer le fil ou le câble ainsi traité dans la composition résorcine-formaldéhyde-latex, cette dernière ne peut péné- trer jusqu'à l'âme du fil du câble à cause de cette barrière. On obtient ainsi un câble ou fil de nylon traité par la résine qui reste plus flexible que les fils ou câbles ordinaires.
On pense également que l'amide d'acide gras forme une couche mince, pâteuse ou gélatineuse à la surface des filaments intérieurs. Comme le nylon est sujet à l'oxydation et à la dégradation par la chaleur, cette mince couche protectrice d'amide d'acide gras réduit cet effet et évite ain- si la fragilisation du nylon.
Enfin, on pense que l'amide d'acide gras agit comme plastifiant sur la résine résorcine-formaldéhyde-latex et l'empêche de devenir cassante.
Le fil ainsi traité par la dispersion dé l'amide d'acide gras et la composition résorcine-formaldéhyde-latex peut être mis sous tension a- fin de l'allonger de 10 % approximativement sans réduire sa résistance totale ou sa durée de résistance aux flexions. Cette caractéristique est avantageuse parce que le prix de revient du fil de nylon introduit dans les pneus ou ob- jets analogues est réduit dans la proportion de son allongement. Le poids de la matière de renforcement de l'objet est également réduit et permet d'obtenir par exemple un pneu plus léger.
Parmi les autres avantages de la présente invention on peut ci- ter que les pneus comportant des câbles traités comme décrit ci-dessus sup- portent moins de charge non suspendue, présentent une réduction du dévelop- pement du,pneu tant au gonflement initial que par réchauffement ultérieur en cours d'utilisation et une réduction de la force exercée par la chaleur sur le nylon traité pendant la vulcanisation du pneu ou son utilisation.
Le terme caoutchouc utilisé dans la présente description com- prend toutes les compositions à base de caoutchoucs naturels ou artificiels.
Les indications et données numériques fournies dans la descrip- tion ne le sont qu'à titre d'exemple, des modifications pouvant y être appor- tées sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PROCESS FOR TREATING NYLON FILAMENT YARN FOR COMPOSITE OBJECTS IN
RUBBER.
The present invention relates to improvements to nylon yarns composed of multiple filaments and to composite rubber articles comprising such yarns as a reinforcing element.
Attempts are now being made to use these nylon threads and fabrics formed from these threads as a reinforcing element in rubber tires and the like, instead of cotton or rayon threads or fabrics, because of the strong tensile strength of nylon threads. However, nylon thread elongates considerably when put under tension, so that the reinforcing elements formed by these threads and incorporated into the rubber articles allow the development of these articles beyond allowable limits. Considerable difficulty has also been encountered in adhering nylon threads to rubber.
In order to ensure better adhesion between the nylon threads or fabrics and the rubber of the tire or the like, and in order to reduce the elongation of the thread, it is common practice to treat the thread with an aqueous resorcin-f ormaldehyde composition. -latex compatible with rubber, then quickly dry the yarn at temperatures well above the boiling point of water
These compositions tend to impregnate the yarn and coat the individual filaments of which the yarn is composed along a transverse area of the yarn extending from its surface to the vicinity of its core. When the yarn is subjected to the drying temperatures generally used, these compositions tend to make the yarn brittle and brittle due to the action on the nylon of the resorcinol which they contain.
Tests have shown that this embrittlement reduces the resistance of the yarn to compression and extension fatigue when the yarn is incorporated as a reinforcing element in rubber articles. This weakening of the yarn also causes difficulties during weaving. Another serious difficulty arising from the weakening of the yarn is that the binding
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sound between the nylon thread and the rubber is destroyed when the rubber object is subjected to compressive and extension forces, which causes the nylon thread or fabric to lose its effectiveness as a reinforcing element, the latter can then no longer oppose the development of the object in the desired way.
The object of the present invention is to avoid these difficulties by providing a simple, practical and economical method of treating multi-filament nylon yarns, in order to promote their adhesion to rubber without making the yarn brittle, to increase their resistance capacity. to fatigue by compression and extension and in order to increase their duration of flexural strength without decreasing their adhesion to the rubber, while reducing to a minimum the amount of composition required to ensure the adhesion of the yarn to the rubber. rubber, and allowing the thread or the fabric formed from these threads to be introduced into rubber articles in order to improve them and, to reduce the development of tires reinforced with these threads, both at initial inflation and at at subsequent rolling temperatures.
The invention comprises a method of treating yarns made from nylon filaments for the purpose of providing an improved yarn suitable for use in composite rubber articles, in which method an aqueous dispersion containing a low content is applied to the yarn. concentration of an amide of an oily fatty acid, the amide penetrating the outer surface of the yarn and leaving a protective layer of amide on the surfaces of the filaments of the entire yarn, in order to lubricate the latter, and a resorcinol-formaldehyde-latex composition compatible with the rubber is then applied to the yarn, in the state described above, the amide serving as an emollient for the composition in contact with it in order to avoid embrittlement at inside the wire and on its surface, thus maintaining the flexibility of the wire,
and serving to protect the filaments of the yarn from compositional elements and thermal degradation during subsequent drying of the yarn.
The aqueous dispersion of the fatty acid amide used in the present process is prepared from a fatty acid of vegetable oil or a mixture of these acids, for example fatty acids of coconut, soy, soya linseed oil, cottonseed oil, "rape seed", etc. As these acids contain small amounts of glycerides, the emollient power of the amides is improved.
In general, in terms of physical properties, amides can vary from a solid wax-like material to a soft paste.
The solubility is all the lower the longer the carbon chain of the amide.
The amide used in the present process is an oil fatty acid emulsified amide having the appearance of a soft paste which can easily be dispersed in water. The dispersions thus obtained may contain from 1 to 5% by weight of the fatty acid amide of the oil. In commercial practice, it has been found that about 2% by weight of the amide gives the desired results and leaves about 1% of amide in the yarn, calculated on the basis of the dry product.
The rubber-compatible resorcin-formaldehyde-latex composition for use in the present invention is of the ordinary type which is generally employed to treat cables and like reinforcements incorporated into tires or other rubber articles in the manufacture. the goal of strengthening them.
Any suitable apparatus can be used to carry out the yarn treatment process, including coating tanks, squeezing rollers, a drying chamber, and tension rollers if the yarn is to be tensioned for long. drying, and finally a mechanism for winding the treated yarn. As this type of device is known in the industry, neither description nor graphic representation will be given.
In the practice of the present invention, one does not
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Use multi-filament nylon yarn (210 denier 4 ply / 2 ply) or 840 denier / 2 ply tire cord in a coating tank containing a bath formed of an aqueous dispersion comprising about 2.2% by weight oil fatty acid acid, then the yarn is passed through squeeze rollers to squeeze out excess solution until the yarn appears almost dry to the touch.
The yarn treated with the oil fatty acid amide then passes almost immediately into a second coating tank containing a composition comprising by weight:
EMI3.1
<tb> Latex <SEP> 38.5 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Water <SEP> 53.9 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Resorcinol <SEP> 3.8 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Formaldehyde <SEP> 1.9 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Caustic <SEP> soda <SEP> (<SEP> solution of <SEP> NaOH <SEP> in
<tb>
<tb> 10 <SEP>%) <SEP> 1.9 <SEP>%
<tb>
The yarn then passes back through squeeze rollers to remove excess treatment composition. The yarn can be passed a second time through this latter treatment composition if desired.
The yarn treated in this manner is then wet-tensioned to about 20% of its dry breaking load, and then passes through a drying oven while being held at a tension equivalent to about 25% of the yarn. its dry breaking charge.
The oven used is of the heat exchange type where the recirculated air is heated in the wire drying chamber of the oven to a temperature of about 205 C. This temperature can generally vary between about 150 and 230 C. yarn size and processing speed, but the specific temperature applied to the yarn at certain times of the drying treatment can reach about 315 ° C without adversely affecting the yarn. On leaving the drying chamber, the yarn is cooled and wound up on a coil-shaped tube.
Yarn treated as described is used in the usual way to reinforce the sidewalls of a rubber tire. This tire is inflated and then subjected to the wheel test, a known test which consists in rotating a tire under varying loads against a belt comprising raised parts in order to reproduce the normal conditions of use of the tire on the road. Another inflated tire of the same construction but lined with multi-filament nylon yarns or tire cord treated in the usual way is subjected to the same test.
A comparison between the development of the width of the tread, the width of the section and the height of the section of the normal tire (example A) and of the tire according to the invention (example B) will be found in the table below. ) before and after the wheel test.
TABLE I
EMI3.2
<tb> Ex- <SEP> Width <SEP> of <SEP> the <SEP> screed <SEP> Width <SEP> of <SEP> the <SEP> section <SEP> Height <SEP> of <SEP> the < SEP> section
<tb>
<tb> example <SEP> Before <SEP> After <SEP>% <SEP> develop. <SEP> Before <SEP> After <SEP>% <SEP> develop. <SEP> Before <SEP> After <SEP>% <SEP> develop.
<tb>
<tb>
A <SEP> 4.85 "<SEP> 5.1" <SEP> 5.15 <SEP> 7.75 "<SEP> 8.1" <SEP> 4.50 <SEP> 7.3 "<SEP > 7.54 "<SEP> 3.30
<tb>
EMI3.3
(123mm) (l28.5nm) (.9fimm) (205.5mm.) (L84mm) (l9lNm)
EMI3.4
<tb> B <SEP> 4.85 "<SEP> 5.0" <SEP> 3.09 <SEP> 7.30 "<SEP> 7.6" <SEP> 4.10 <SEP> 7.32 "<SEP> 7.5" <SEP> 2.45
<tb>
<tb> (123mm) (126mm) <SEP> (184.5mm) (193mm) <SEP> (185mm) (190mm)
<tb>
In these tests, the development of the normal tire was measured after the equivalent of 3,550 km approx. and the development of the tire B according to the present invention was measured after the equivalent of 5,720 km. about.
Although tire B has driven 1,170 km more than tire A (about 25% more than tire A), tire B shows less development than tire A, more particularly, the developments in the width of the tire. tread, section width, and tire section height B are respectively
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approximately 40%, 9% and 26% less than the developments of the corresponding parts of tire A.
It emerges from the above tests that the treatment method according to the invention increases the duration of resistance to compression and to extension or to bending of the thread and that in fact the life of the thread exceeds the useful life of the tire. the end may be due to other causes.
The yarn treated by the present process has also been found to adhere to rubber as well or better than yarns treated in the usual manner. The fatty acid amide, of the cationic type, is compatible both with nylon and with the resorcinol-formaldehyde-latex composition.
The fatty acid amide is believed to act in one or more ways on nylon like an emollient to prevent embrittlement.
It is believed that the fatty acid amide is first driven into the core of the nylon wire or cord under the strong pressure of the squeezing rollers, and then deposited there when excess water is squeezed out leaving a residue. soft and flexible mass in the core or in the center of the wire or cable so as to act like a barrier. When the wire or the cable thus treated is passed through the resorcinol-formaldehyde-latex composition, the latter cannot penetrate to the core of the cable wire because of this barrier. This results in a resin-treated nylon cord or wire which remains more flexible than ordinary wires or cables.
It is also believed that the fatty acid amide forms a thin, pasty or gelatinous layer on the surface of the inner filaments. Since nylon is subject to oxidation and thermal degradation, this thin protective layer of fatty acid amide reduces this effect and thus prevents embrittlement of the nylon.
Finally, it is believed that the fatty acid amide acts as a plasticizer on the resorcin-formaldehyde-latex resin and prevents it from becoming brittle.
The yarn thus treated with the dispersion of the fatty acid amide and the resorcinol-formaldehyde-latex composition can be put under tension in order to elongate it by approximately 10% without reducing its total resistance or its duration of resistance to. flexions. This feature is advantageous because the cost of the nylon thread introduced into tires or the like is reduced in proportion to its elongation. The weight of the reinforcing material of the article is also reduced and enables, for example, a lighter tire.
Among the other advantages of the present invention it may be mentioned that the tires having cords treated as described above carry less unsprung load, exhibit a reduction in tire development both at initial inflation and during inflation. subsequent heating in use and a reduction in the heat force exerted on the treated nylon during tire vulcanization or use.
The term rubber used in the present description includes all compositions based on natural or artificial rubbers.
The numerical indications and data provided in the description are provided only by way of example, modifications being able to be made thereto without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
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