Pneu stratifié et procédé pour le fabriquer.
La présente invention concerne des pneus comportant des parties qui sont dépourvues de tissu de renforcement et, en particulier, des pneus stratifiés contenant
des couches dures et des couches molles propres à conférer aux pneus une résistance élevée aux craquelures de flexion.
On sait depuis longtemps dans l'industrie du pneumatique que les pneus renforcés par du tissu ont de nombreux inconvénients et qu'il pourrait être souhaitable de bâtir un pneu sans tissu qui puisse être confectionné par des processus moins onéreux. Non seulement le procédé classique de fabrication d'un pneu est lent et onéreux étant donné
qu'il exige la manipulation et le traitement séparés d'un
ou de plusieurs types de caoutchoucs et/ou de tissus de câblés pour chaque pneu, le calandrage et la manipulation des divers plis et l'assemblage manuel final de tous les éléments, mais, en outre, la construction d'un pneu classique ne se prête pas facilement à une quelconque automation propre à réduire les frais de main-d'oeuvre et à améliorer la qualité et l'uniformité du pneu. Une cause supplémentaire de frais
de fabrication excessifs dans la construction d'un pneu classique est l'encombrement au sol important,dans l'usine,premièrement des grandes presses à vulcaniser nécessaires pour
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vulcaniser des pneus crus, à raison d'un à la fois, pendant une durée quelconque allant d'environ 12 minutes à plus de 20 minutes, et deuxièmement de l'installation de traitement et de mélange du caoutchouc, par exemple les malaxeurs, Banburys, extrudeuses, calandres et machines à bâtir les pneus.
D'autres difficultés auxquelles on se heurte dans des pneus classiques renforcés par du tissu résident dans la mise en place uniforme des nombreux éléments du pneu et dans l'obtention d'une dilatation uniforme à partir de la forme cylindrique sur un tambour plat pour aboutir à la forme toroïdale finale. Le pneu stratifié conforme à l'invention élimine certaines de ces difficultés.
Dans sa recherche d'une configuration de pneu et d'un procédé de construction qui n'exige pas la stratification des câblés et de la composition de caoutchouc suivie de la superposition manuelle des diverses couches formant les plis, l'industrie du pneu a essayé de fabriquer au moins la carcasse du pneu en moulant ou en coulant un poly-mère liquide, par exemple un polyuréthanne, a la forme souhaitée. Le pneu représente dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2.902.072 comprend une bande de roulement,
des flancs intérieur et extérieur, et un polyuréthanne cellulaire remplissant l'espace entre les flancs intérieur
et extérieur. Le brevet des Etats-Unis d.'Amérique n[deg.] 3.208.500 décrit la fabrication de la carcasse d'un pneu en moulant un polyuréthanne ou un polyamide en une seule couche en substance homogène. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.274.322 décrit un procédé servant à façonner une matière comme un polyuréthanne par écoulement�à l'aide d'une racle,
en vue de fabriquer une bande de matière pouvant être ultérieurement conformées en une carcasse de pneu. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.386.485 illustre un procédé pour fabriquer un pneu "sans tissu" à partir de l'un quelconque
de plusieurs polymères et copolymères suggérés en moulant séparément les moitiés annulaires d'un pneu puis en assem-
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presse.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.396.773 illustre l'utilisation de procédés de coulée centrifuge
pour fabriquer un bandage qui est, en fait, un bandage
plein plutôt qu'un bandage pneumatique. Le principe général de la coulée centrifuge a été utilisé pour des pneus, comme dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.555.141 qui décrit un procédé selon lequel on fait tourner un moule chauffé, dont la surface interne épouse
la forme extérieure d'un pneu, tout en y introduisant un polyuréthanne liquide. La rotation du moule force le polyuréthanne à s'écouler et à recouvrir toute la surface interne du moule et un gabarit fixe dont la forme est identique à celle de l'intérieur du pneu, sert à étaler la matière à la façon d'une racle. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.701.374 donne la description d'une carcasse de pneu sans tissu faite d'un élastomère de polyuréthanne, d'un autre élastomère et de .procédés pour fabriquer le pneu en vue d'obtenir les propriétés physiques nécessaires.
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique mentionnés plus haut sont cités à titre de référence en tant qu'information'de fond ainsi que pour illustrer la description détaillée donnée ci-après.
Bien que bon nombre de difficultés que l'on rencontre dans la construction d'un pneu classique puissent être atténuées ou écartées en fabriquant des pneus conformément aux brevets précités, le pneu coulé, par exemple
le type de pneu proposé dans ces brevets, suscite plusieurs difficultés graves et l'utilisation de ces pneus spéciaux ne s'est pas encore répandue. La difficulté majeure dans le cas d'un pneu coulé, qui a trait à la longévité
du pneu, est connue sous le nom de défaillance par fatigue
de flexion. Sous le poids du véhicule, la partie d'un pneu en contact avec le sol est déformée avec pour résultat que
le caoutchouc fléchit continuellement pendant que le pneu
est on service. Dans les pneus classiques renforcés par du tissu, le tissu peut, par exemple, résister au moins à 85%
de la pression de gonflage et le caoutchouc à moins de 15%. Si on veut supprimer le tissu sans modifier la forme
générale du- pneu, il est nécessaire d'utiliser un
caoutchouc à module plus élevé afin de permettre au pneu de conserver sa forme. Cependant, les caoutchoucs plus durs ont une longévité relativement courte par suite d'une -défaillance par fatigue de flexion. Par exemple, chaque fois qu'apparaît une petite craquelure ou un défaut dû à une défectuosité microscopique ou à une incision pratiquée par un objet tranchât, une craquelure tend à se développer et à se propager pendant la flexion ininterrompue jusqu'à ce que le pneu
accuse une défaillance ou devienne dangereux. Avec
un renforcement en tissu, il est possible d'utiliser des
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la fatigue de flexion ne se pose pas. Cependant, lorsqu'on fabrique un pneu sans tissu en utilisant des polymères plus rigides qui sont nécessaires pour obtenir la résistance voulue, l'inconvénient de la fatigue de flexion est extrêmement grave. Des données expérimentales ayant trait aux
pneus sans tissu semblent indiquer que la formation de craquelures de flexion dans les flancs constitue le type de défaillance principal d'un pneu..
On obtient un pneu perfectionné conformément à
la présente invention en prévoyant une nouvelle carcasse
de pneu stratifié qui utilise une série de couches d'une matière polymère ayant un module de traction relativement faible et plusieurs couches de matière polymère ayant un module de traction relativement élevé, par exemple 350 à <EMI ID=4.1> sées de manière à alterner et à procurer une carcasse de pneu présentant la résistance et la rigidité voulues tout en accusant simultanément.une résistance à une défaillance par fatigue de flexion beaucoup plus élevée que celle que l'on peut obtenir d'une construction homogène.
Les pneus conformes à l'invention sont de préférence fabriqués en des matières polymères fluides qui ont une viscosité,aux températures de traitement,telle qu'elles puissent s'écouler et former les couches souhaitées du pneu en une période de temps raisonnable. On peut utiliser des procédés de coulée à rotation avec les polymères fluides ainsi que d'autres procédés de façonnage.
Lorsqu'on utilise des polymères de polyuréthanne fluides, &alon un procédé de: façonnage préfère du pneu,
on prépare un moule présentant la forme annulaire souhaitée du pneu, on applique,sur la surface interne du moule,
une couche en substance uniforme de la matière polymère,
puis on vulcanise la couche ou on lui permet de se vulcaniser au moins partiellement et on applique ensuite une
couche suivante en substance uniforme présentant un module différent. On applique un grand nombre de couches et on
les vulcanise de cette manière jusqu'à ce que l'on obtienne l'épaisseur voulue. On peut utiliser une racle pour façonner les couches ou pour obtenir une épaisseur uniforme et un mouvement de rotation relatif peut être prévu à cet effet entre
le moule et la racle. Lorsqu'on applique une matière polymère liquide au moyen d'un ajutage de pulvérisation ou
d'un autre applicateur, on peut prévoir un mouvement relatif entre le moule et l'applicateur pendant l'application
du polymère liquide, par exemple en faisant tourner le moule par rapport à l'applicateur ou inversément. Si on le.souhaite,on peut mettre les matières fluides en composition et les traiter d'une manière telle que là vulcanisation nécessaire d'une couche, avant application de la couche suivante ne s'effectue qu'en une ou deux révolutions du moule.
Le procédé de coulée à rotation peut être utilisé pour former un grand nombre de couches différentes de polymères de polyuréthanne ou d'autres polymères adéquats en diverses
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199. couches -molles alternent de préférence, mais de nombreux agencements différents sont possibles et fournissent la résistance souhaitée aux craquelures de flexion.
Lorsqu'on fabrique un pneu par le procédé que
l'on vient de décrire au départ de polymères de polyuréthanne fluides, on peut modifier le module de traction et la dureté des diverses couches en faisant varier la quantité ou le type d'agent de vulcanisation utilisé ainsi que le poids moléculaire ou le type de polymère d'uréthanne utilisé.
Aux dessins annexés :
la Fig. 1 est une vue en perspective fragmentaire d'un pneu du type conforme à l'invention, à petite
échelle;
la Fig. 2 est une vue en coupe transversale fragmentaire du pneu stratifié de la Fig. 1, montrant
une partie du flanc du pneu;
les Fig. 3, 4 et 5 sont des vues fragmentaires semblables à celle de la Fig.2 montrant des variantes du pneu stratifié conforme à l'invention, et
la Fig. 6 est une vue en coupe transversale partiellement schématique d'une forme d'exécution d'un appareil servant à fabriquer des pneus stratifiés conformément à l'invention.
Aux dessins qui illustrent des formes d'exécution préférées de l'invention sans pour autant la limiter, la Fig. 1 représente un pneu 10 comprenant une bande de roulement 12 et deux flancs 14. Il va de soi que la Fig. 1 est partiellement schématique et que des ceintures de renforcement circonférentielles ou d'autres moyens de renforcement peuvent être incorporés à la bande de roulement 12 sans qu'un renforcement en tissu ou un autre renforcement analogue soit incorporé aux flancs 14. En d'autres termes, la section du pneu peut, en général, être semblable à celle représentée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.701.374 ou dans d'autres brevets mentionnés plus haut. Il va de soi également que, alors que le pneu a de préférence une section torique, l'invention s'applique également à des pneus de section spéciale représentés, par exemple, dans
le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.840.060. Des moyens classiques peuvent être prévus sur le pneu ou sur la roue pour renforcer le bourrelet du pneu ou contribuer à le maintenir en place sur la jante de la roue.
Le pneu 10 conforme à l'invention comporte de préférence un nombre substantiel de couches de matière polymère, chaque couche ayant de préférence une épaisseur en substance uniforme et couvrant complètement la couche adjacente. Dans la forme d'exécution représentée sur la Fig. 2, la carcasse du pneu et chaque flanc 14 comprennent un stratifié de treize couches formé de couches à module élevé H alternant avec des couche à module faible L. La couche à module faible L est prévue sur les surfaces interne et externe du pneu et une couche sur deux est une couche à module élevé H. Cette configuration particulière permet d'obtenir un pneu présentant la résistance et la rigidité souhaitées en utilisant des couches à module élevé tout en réduisant au minimum la tendance à la formation de craquelures de flexion.
Bien entendu, bien que treize couches soient souvent souhaitables, un nombre de couches différent peut également donner de bons résultats.
La Fig. 3 illustre une forme d'exécution différente, comportant également treize couches, dans laquelle une couche à module moyen M est prévue en plus des couches
à module élevé H et des couches à module faible L. Cette disposition est semblable à celle de la Fig. 2 en ce sens que les couches H et L alternent régulièrement, la couche
à module faible L se trouvant sur les surfaces interne et externe du pneu mais une couche à module moyen M est prévue entre chaque couche L et la couche H la plus proche. Ceci permet d'utiliser des couches H à module extrêmement élevé sans qu'une variation de module brutale se produise lors
du passage d'une couche H à une couche L. Lorsque le pneu comporte un très grand nombre de couches, par exemple 25 à
50 ou davantage, il peut être souhaitable de prévoir plusieurs couches à module intermédiaire entre la couche à module faible et la couche à module élevé.
La Fig. 4 illustre une autre forme d'exécution
de l'invention dans laquelle des couches à module faible
et à module élevé alternent comme sur la Fig. 2 dans la partie médiane de la structure stratifiée et dans laquelle plusieurs couches extérieures sont faites de la même matière à module faible. Dans cette figure, les trois premières couches situées sur les faces interne et externe de la carcasse sont des couches à module faible L. Une raison d'utiliser ce type de construction est que les surfaces interne et externe du pneu sont soumises à des efforts de flexion plus importants auxquels la matière à module faible résiste mieux.
La Fig. 5 illustre une autre forme d'exécution de l'invention dans laquelle les diverses couches ont des épaisseurs différentes. Dans les formes d'exécution des Fig. 2, 3 et 4, toutes les couches sont représentées comme ayant la même épaisseur, mais il va de soi qu'une certaine variation d'épaisseur peut être prévue et qu'il est souvent souhaitable d'utiliser des couches à module faible unpeu plus épaisse s queles couches à module élevé. Dans la forme d'exécution représentée sur la Fig. 5, les couches à module faible et à module élevé alternent régulièrement comme sur la Fig. 2 sauf que deux couches à module
faible L sont prévues sur la surface interne de la carcasse.
On peut utiliser de nombreux procédés différents pour bâtir des pneus conformes à l'invention. On peut, par exemple, bâtir le pneu non vulcanisé en formant un stratifié cylindrique de dix couches ou davantage puis en dilatant le stratifié de la forme cylindrique à la.forme torique par un procédé en substance semblable au procédé classique à bande plane. On peut également fabriquer le pneu en appliquant les couches sur le stratifié qui présente déjà une forme torique ou une autre section souhaitée, comme décrit ci-après.
Certains des premiers pneus conformes à l'invention ont été fabriqués en appliquant à la main, sur la surface externe d'un moule métallique, une série de couches de matière polymère liquide d'une épaisseur relativement uniforme.
On peut également bâtir un pneu en appliquant des couches successives de caoutchouc en feuille non vulcanisé ou de matière analogue. Cependant, les procédés manuels sont peu utilisables en raison du coût excessif de la fabrication. Pour diminuer ce coût, on utilise de préférence une matière polymère liquide et des procédés automatiques.
Les matières polymères qui peuvent être utilisées pour fabriquer des pneus suivant l'invention sont des élastomères, des matières élastoplastiques ou des matières plastiques à module élevé. Les couches à module faible plus molles du pneu sont faites de, matières élastomères et/ou élastoplastiques et les couches à module élevé plus dures sont de préférence faites de matières élastoplastiques ou de matières plastiques à module élevé.
Les élastomères sont caractérisés par des températures de transition vitreuse principales inférieures à environ 20[deg.]C, des modules de Young compris entre 7 et 420 kg par cm<2>, et une aptitude à supporter des allongements de 100%
ou plus sans déformation permanente ni rupture. Les élastomères utiles comprennent du caoutchouc de polyuréthanne, du caoutchouc naturel, du polybutadiène et divers autres caout-choucs synthétiques y compris les caoutchoucs SBR
(styrène-butadiène).
Les matières polymères élastoplastiques peuvent avoir
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température ambiante, ces matières présentent habituellement des points de fluage pour un allongement inférieur à 50% et
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ainsi que des limites d'allongement supérieures à 100%.Ces matières sont habituellement polyphasées par le fait que des structures du domaine vitreux ou cristallin sont habituellement détectées. Des matières types de ce groupe sont les polymères à blocs tels que les polymères à trois blocs styrène-butadiène-styrène, le, polymères à blocs de polyester, les polyuréthannes à segments et les ionomères.
Les matières plastiques à module élevé sont caractérisées par des modules de Young de 3500 kg par cm2 ou
plus et des points de fluage et/ou,des points de défaillance
à des allongements inférieurs à environ 15%. Leur température
de transition de fusion ou vitreuse majeure est supérieure
à 100[deg.]C. Des matières adéquates dans ce groupe comprennent
des compositions faites de polyamides, polycarbonates, résines époxydes et polystyrènes.
Les matières élastomères utilisées dans les couches à module faible du pneu conforme à l'invention doivent
avoir une température de transition vitreuse majeure inférieure à environ -20[deg.]C et peuvent comprendre des radicaux capables de former des liaisons covalentes. Le poids moléculaires des chaînes situées entre les liaisons covalentes
est de préférence d'environ 5000 à 40.000 ou mieux de
8000 à 20.000.
La .matière polymère formant les diverses couches
du pneu stratifié conforme à l'invention doit, en général, avoir un poids moléculaire calculé d'au moins 10.000 et une
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préférence une résistance à la traction d'au moins 70 kg par cm . Les couches à module faible plus molles ont un allongement qui est habituellement d'au moins 30% et de préférence d'au moins 50% et une dureté Shore
A qui est d'au moins 30 et qui ne dépasse de préférence pas
90. La matière polymère des couches plus molles à module moins élevé a de préférence une résistance à la traction d'au moins 140 kg par cm<2>.
La relation générale suivante existe entre la dureté Shore et le module de Young :
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Il va de soi que les valeurs de dureté Shore et de module de Young données ici doivent, en général, être en corrélation avec cette relation.
Les couches à module faible vulcanisées du pneu ont de préférence des modules de Young compris entre
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par cm<2>. La dureté préférée dépend de l'épaisseur des diverses couches, de leur disposition, de la rigidité des couches plus dures et d'autres facteurs.
Les couches vulcanisées à module élevé ont des
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ce qui représente habituellement au moins le double des modules des couches à module faible adjacentes, et de
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port du module de Young de chaque couche dure du pneu stratifié à celui de chaque couche molle, peut aller jusqu'à 300:1 mais est fréquemment compris entre 3:1 et 20:1 dans
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Le module préféré pour les couches dures dépend, évidemment, de nombreux facteurs, et doit être choisi de manière à conférer au pneu composite le module général et
la rigidité souhaités. Par exemple, si la carcasse stratifiée du pneu est formée de 50% en poids de matière polymère à module élevé et de 50% en poids de matière à module faible, le module de Young peut être compris entre 35 et
140 kg par cm <2> pour les couches molles et entre 280 et
560 kg par cm<2> pour les couches dures. Si, d'autre part,
on ramène la quantité de matière à module élevé à 25% seulement du poids, on peut faire passer le module de Young de 700 à 1050 kg par cm2 ou même éventuellement à 1400 kg par cm .
En général, le poids total des couches à module faible de la carcasse du pneu stratifié doit être au moins égal au poids total des couches à module élevé représentées aux dessins annexés et il est souhaitable de prévoir des couches à module faible dans les surfaces interne et externe du stratifié et, en particulier, sur les surfaces externes
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On peut limiter le nombre de couches de manière à réduire les frais de fabrication, mais il est préférable d'utiliser au moins aept couches et mieux encore au moins neuf couches. Le nombre de couches peut varier de 5 à 1000
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à 2,54 mm. Le nombre de couches est de préférence compris entre 7 et 100 et les épaisseurs des couches sont comprises entre 0,127 ot 1,27 mm. L'épaisseur de chaîne couche est d� préférence uniforme ou en substance uniforme et chaque couche est de préférence continue dans le sens circonférentiel et imperforée mais cela n'est pas essentiel. Les couches peuvent tire déformées pendant la fabrication du pneu, par exemple lorsque le pneu est façonné après façonnage du stratifié et avant vulcanisation complète.
En modifiant le nombre de couches, leurs épaisseurs, leur agencement et la dureté des polymères utilisés, il est possible de fabriquer un nombre infini de pneus stratifiés différents conformes à l'invention. Les agencements les plus simples sont, en général, préférables, toutes .les couches à module faible ayant la même dureté et toutrs les couches à module élevé également. Pour améliorer l'adhérence entre les couches,
il est souhaitable de fabriquer toutes les couches d'une manière générale au moyen du même type de polymère (par exemple du polyuréthanne). Cependant, on comprendra que
les difficultés d'adhérence peuvent être résolues en utilisant des adhésifs ou des perforations dans les couches
ou de diverses autres manières.
On peut obtenir de bons résultats lorsque toutes les couches à module élevé sont faites de la même matière élastoplastique ayant un allongement jusqu'au fluage d'environ 5 à 10% et un module de Young de 350 à 1400 kg par cm<2> et toutes les couches à module faible sont faites de
la même matière élastomère ayant un allongement d'au moins
50% et un module de Young de 35 à 140 kg par cm . La résistance.à la traction des couches à module élevé doit être d'au moins 140 kg par cm2 et de préférence d'au moins
210 kg par cm .
Dans un stratifié spécial du type représenté sur la Fig. 3, les couches L peuvent avoir un module de Young de
21 à 70 kg par cm , les couches M peuvent avoir un module de
<EMI ID=16.1> un module de Young de 700 à 3500 kg par cm .
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vent être bâtis de diverses manières à partir de feuilles vulcanisables de caoutchouc ou de matière plastique ou à partir de matières polymères pouvant s'écouler, par exemple par coulée centrifuge ou par extrusion. Le procédé préféré exige une matière polymère vulcanisable pouvant
s'écouler présentant une viscosité aux températures de traitement telle que la matière puisse s'écouler sous l'effet de son propre poids en une période raisonnable. La matière des couches à module faible doit être une matière qui se vulcanise en un temps raisonnable de '''manière à présenter
une résistance à la traction de préférence d'au moins 70 kg par cm .
La matière polymère préférée dans la présente
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uréthanne, qui peut être vulcanisé rapidement et qui peut être traité facilement dans une installation automatique. La viscosité de la matière polymère peut être réglée au moyen de solvants ou de plastifiants, par un apport de chaleur, ou par un choix adéquat des agents de vulcanisation, par une variation de la température de vulcanisation ou de diverses autres manières. On peut utiliser un grand nombre de polymères différents, comme décrit avec plus de détails plus loin.
Pour réaliser la présente invention, il est préférable de former les couches du pneu en pulvérisant ou en appliquant d'une autre manière une matière polymère liquide vulcanisable à l'intérieur d'un moule à pneu. Ceci peut s'effectuer avec ou sans racle pour façonner les couches.
La Fig. 6 est une vue en partie schématique d'un type de moule qui peut être utilisé pour fabriquer un pneu stratifié. Le moule eat représenté à titre d'exemple non limitatif et il va de soi que de nombreux autres types de moules peuvent être utilisés. Comme indiqué aux dessins, le moule désigné d'une manière générale en 20, comprend une moitié gauche 22L et une moitié droite 22R. Les moitiés du moule sont fixées à des plateaux de retenue circulaires
plats 24L et 24R qui sont fixés respectivement à des blocs paliers 26L et 26R. Cet agencement permet à l'ensemble des moitiés du moule, des plateaux et des blocs-paliers
de tourner librement autour de l'arbre creux
30 sur les roulements à billes 28. Deux lances de pulvérisation 32 et 34 sont placées dans l'arbre 30 pour débiter du polymère liquide dans le roule. Le polymère est débité par les ajutages de pulvérisation prévus à l'extrémité des lances 32 et 34 sur la surface interne de la cavité de moulage. Les extrémités des lances sont maintenues solidement en place par un.support annulaire 36 qui est monté sur l'arbre 30. Des roulements à billes 38 sont prévus autour de la périphérie
du support 36 à ses extrémités opposées pour supporter les moitiés 22L et 22R du moule à rotation de manière qu'elles puissent tourner librement par rapport à l'arbre. L'arbre 30 et le support 36 peuvent être immobiles ou peuvent être montés de manière à tourner ou à pivoter, si on
le souhaite.
Comme indiqué aux dessins, la surface interne du
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peut être telle que le pneu, y compris la bande de roulement et les flancs, puissent être complètement fabriqués à l'intérieur du moule 20. Il va de soi cependant que le nouvele peut être façonné et utilisé pour former une carcasse stratifiée à laquelle la bande de roulement est appliquée après démoulage de la carcasse. Dans ce cas, on peut uti-liser diverses techniques pour appliquer la bande de roulement et il va de soi que des ceintures de renforcement
peuvent être prévues en dessous de la bande de roulement,
si on le souhaite.
Dans le moule représenté sur la Fig,. 6, le ou les ajutages de pulvérisation peuvent être conçus pour débiter
un jet pulvérisé du polymère liquide sur la surface radialement externe (bande de roulement) et aussi sur la surface interne des flancs du moule, comme indiqué par les traits interrompus rayonnant à partir de l'extrémité du tube 34 sur la Fig. 6.
En d'autres termes, les ajutages de pulvérisation débitent
le polymère liquide de manière à former une couche d'épais-
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moule.
Pour fabriquer un pneu conforme à l'invention, il
est habituellement préférable d'utiliser des couches de matières polymères à module faible et à module élevé qui alternent. Dans le moule 20 représenté aux dessins, deux lances
32 et 34 sont prévues pour les deux matières polymères différentes. Si on veut utiliser trois matières polymères différentes,
on peut prévoir trois ajutages.Dans ce cas, un polymère à module élevé est normalement débité par la lance 34 tandis que le
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faible est débité par la lance 32 tandis que le débit de
la lance 34 est coupé. En débitant alternativement les polymères par les diverses lances, on peut appliquer diverses couches qui alternent sur le pneu.
En supposant que le moule 20 tourne sans interruption au lieu d'être arrêté périodiquement, on peut former une couche de matière sur la surfave 'interne' du moule en pulvérisant cette matière au moyen d'une des lances 32 ou 34 pendant une ou plusieurs révolutions du moule par rapport à l'ajutage de la lance. On peut ensuite former une autre
couche d'une manière analogue pendant une ou plusieurs révolutions en pulvérisant une matière polymère au moyen de l'autre lance. La force centrifuge résultant de la rotation du moule peut contribuer à façonner les couches et on comprendra que divers procédés de coulée centrifuges peuvent être utilisés pour assurer le revêtement adéquat du moule. Cependant, il est souhaitable d'utiliser une matière polymère vulcanisable qui durcisse suffisamment rapidement pour qu'une couche conserve sa forme tandis que la suivante est appliquée. Une matière durcissant rapidement est également souhaitable pour obtenir des couches d'une épaisseur en substance uniforme pouvant conserver leur forme pendant la rotation du moule.
La séquence des opérations dépend dans une certaine mesure de la vitesse de vulcanisation et de la vitesse
à laquelle la matière polymère liquide peut être débitée.
Par exemple, le moule peut être entraîné en rotation lentement et la matière polymère peut être débitée par une lance à une vitesse telle que la couche circonférentielle souhaitée soit formée en une seule révolution du moule. De plus,
le procédé peut être modifié de manière à exiger plusieurs révolutions du moule pour former une couche. Dans certains cas, il peut être nécessaire, après avoir formé une couche circonférentielle, de continuer à faire tourner le moule d'une ou de plusieurs révolutions afin de permettre une vulcanisation substantielle avant de pulvériser la couche suivante. Si la vitesse de vulcanisation est suffisante, il peut être possible de commencer à pulvériser la couche suivante pendant une demi-révolution après l'application de la couche précédente.
Par l'expression ':vulcanisation partielle" on entend que la matière s'est durcie ou a fait prise suffisamment pour conserver une stabilité raisonnable de ses dimensions de telle sorte qu'une couche suivante puisse être appliquée. Cette expression
ne se rapporte pas nécessairement à une vulcanisation réelle de la matière.
Bien entendu, on peut utiliser diverses matières polymères fluides avec des moules du type général représenté sur la Fig. 6 et la viscosité ou l'aptitude à l'écoulement des polymères liquides peut être réglé au moyen d'un apport de chaleur, de solvants, de plastifiants ou d'autres techniques permettant à la matière liquide de se déplacer vers la surface du moule à la vitesse appropriée.
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l'invention, on peut utiliser divers polymères fluides y compris des monomères, des matières fondues, des prépolymères et des solutions. Les matières polymères fluides doivent être liquides au moment du traitement et doivent avoir une viscosité aux températures du traitement telle qu'elles s'écoulent sous l'effet de leur propre poids en un temps raisonnable.
Un des polymères préférés aux fins de l'invention est un polyuréthanne. On prépare habituellement ce polymère en faisant
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organique comportant 2 à 3 groupes isocyanate fonctionnels
avec 1 équivalent d'un composé organique d'un poids moléculaire d'au moins 1000 et comprenant des atomes d'hydrogène
actifs susceptibles de réagir avec les radicaux isocyanate (-NCO). On peut souvent recourir à un agent d'allongement de chaîne organique comprenant des radicaux hydroxyle, amino, carboxyle
ou autres à atomes d'hydrogène actifs susceptibles de réagir
avec les radicaux isocyanate.
Les composés organiques à atomes d'hydrogène
actifs susceptibles de réagir avec les radicaux isocyanate sont, par exemple, les polyesters à -radicaux hydroxyle terminaux, les polyesteramides, les polyalkylèneéthers polyhydroxylés, les polythioéthers polyhydroxylés, les polyacétals, etc.
Les polyisocyanates organiques utilisés pour former le polyuréthanne aux fins de l'invention peuvent être de divers types et notamment appartenir à la classe des composés aliphatiques, aromatiques, alicycliques ou hétérocycliques,comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.208.500, ces composés comptant de préférence au moi.is 8 atomes de carbone. On obtient d'excellents résultats au moyen de diisocyanates aromatiques, comme le toluènediisocyanate, le 4,4'-diphénylméthanediisocyanate ou d'autres diphénylalcanediisocyanates ou des composés ' analogues. Par exemple, le diisocyanate organique peut être un mélange 80:20 ou 65:35 de 2,4-toluènediisocyanate et de 2,6-toluènediisocyanate.
. Les diisocyanates convenant aux fins de l'invention comptent de préférence 8 à 20 atomes de carbone et com- <EMI ID=24.1>
naphtalènediisocyanates, les divers phénylènediisocyanates et les divers diphénylalcanediisocyanates, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.701.374. Des diiso-
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et des composés analogues. On peut aussi recourir à des mélanges des divers diisocyanates mentionnés ci-dessus.
On peut obtenir de diverses façons des polyuréthannes du poids moléculaire requis aux fins de l'invention et ceux-ci peuvent être de divers types, mais il est préférable de recourir à des réactifs bifonctionnels donnant des poly-mères linéaires flexibles. Par exemple, on peut faire réagir un alcool polyhydroxylé ou un polyéther ou polyester
à radicaux hydroxyle terminaux avec un diisocyanate organique pour former un prépolymère liquide d'un poids moléculaire de 800 à 20.000 présentant en substance soit uniquement des radicaux hydroxyle terminaux,soit uniquement
des radicaux isocyanate terminaux, puis on peut durcir ce prépolymère au moyen de diamines, de diols ou de diisocyanates, suivant la nature des radicaux terminaux du prépolymère.
Les polyuréthannes préférés sont ceux formés par encapsulement des radicaux hydroxyle da polyalkylèneglycols d'un
poids moléculaire de 800 à 20.000 au moyen de diisocyanates pour former des prépolymères, puis par allongement de chaîne
et durcissement des prépolymères formés au moyen de diamines
ou de diols comme la méthylène-bis-2-chloroaniline ou un alkylèneglycol.
Les polyesters à radicaux hydroxyle terminaux qui peuvent être utilisés pour former le polyuréthanne peuvent être des produits de réaction d'un acide polycarboxylique
avec un alcool polyhydroxylé, comme décrit dans le brevet,
des Etats-Unis d" Amérique n[deg.] 3.208.500 précité. L'alcool
peut être, par exemple, 1 ' éthylèneglycol ou le propylèneglycol._
Le composé organique à atomes d'hydrogène actifs susceptibles de réagir avec les radicaux isocyanate peut
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comme défini dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.208.500 précité, mais il est plus avantageusement un poly-
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être le produit de condensation d'un oxyde d'alkylène avec un glycol, conne l'éthylèneglycol, le propylèneglycol, le butylèneglycol, etc. On peut aussi utiliser tout produit de condensation d'oxyde d'alkylène convenable tel qu'un produit de condensation de l'oxyde d'éthylène, de l'oxyde de propylène, de l'oxyde de butylène, de l'oxyde d'amylène, de l'oxyde de styrène ou de leurs mélanges.
Pour former les prépolymères liquides à utiliser aux fins de l'invention, il est préférable de faire réagir le diisocyanate organique,qui est de préférence le diphénylméthanediisocyanate ou le toluènediisocyanate, avec un polyalkylèneglycol d'un poids moléculaire de 800 à
20.000, en particulier un polyalkylèneglycol à radicaux alkylène de 2 à 10 atomes de carbone, comme le polyéthylèneglycol, le polypropylèneglycol, le polytriméthylèneglycol, le polytétraméthylèneglycol, le polyhexaméthylèneglycol, des copolymères à haut poids moléculaire- de tels glycols,
de même que des mélanges des polyalkylèneglycols ci-dessus.
Les prépolymères préférés présentent des radicaux isocyanate terminaux et peuvent être vulcanisés au moyen de diverses diamines. Les diamines contiennent de préférence un radical organique central de 2 à 20 atomes de carbone uni à deux radicaux amino, comme l'éthylènediamine, la tétraméthylènediamine, l'hexaméthylènediamine, la p-phénylènediamine, la méthylène-bis-2-chloroaniline, la 4,4'-
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méthane, la benzidine, la 3,3'-diméthylbenzidine, la 3,3'diméthoxybenzidine, la 3,3'-dichlorobenzidine, le 4,4'-
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Dans ces caoutchoucs de polyuréthannes, les chaînes du polymère durci comprennent l'unité de liaison récurrente
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où P représente la chaîne de polyalkylèneéther de haut poids
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et R<2> représente le radical organique central de la diamine.
Les polymères de ce type d'un poids moléculaire convenable peuvent donner d'excellents résultats aux fins de l'invention lorsqu'ils sont utilisés pour former les couches à modules élevé et faible du stratifié pour pneu. La dureté et le module de ces polyuréthannes polymères peuvent, par exemple, être accrus par augmentation de la teneur en radicaux isocyanate, glycol ou diamine du système.
Le type de polyuréthanne choisi pour la fabrication de pneus conformément à l'invention dépend du type de procédé de fabrication appliqué. Le polyuréthanne qui convient le mieux pour la pulvérisation peut ne pas être le
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procédé quelconque.
Des caoutchoucs de polyuréthannes .liquides qui conviennent aux fins de la présente invention sont actuellement disponibles dans le commerce. On peut obtenir de bons résultats, par exemple au moyen des prépolymères vendus sous le nom de Adiprène L-100 (à 4,1% de radicaux isocyanate), des prépolymères vendus sous le nom de Adiprène L-167 (à 6,3% de radicaux isocyanate)et des pré-
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radicaux isocyanate) par la Société E.I. du Pont de Nemours & CO. Ces prépolymères liquides peuvent être durcis au
moyen de diamines habituelles,comme la méthylène-bis-2chloroaniline ou les produits vendus sous les noms de
Caytur 7 ou Caytur 21 (4,4'-méthylène-bis-aniline) mis en oeuvre dans un rapport pondéral de la diamine au prépolymère d'environ 0,95:1 à environ 1,10:1. Le produit
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de m-phénylènediamine et de cumènediamine.
Les polyuréthannes prépolymères comme ceux vendus sous le nom de Adiprène L peuvent être obtenus, par exemple à partir de toluènediisocyanate et d'un polyalkylèneglycol
ou d'un polyol, comme le polytétraméthylèneétherdiol et
des prépolymères analogues peuvent être obtenus en remplaçant
le toluènediisocyanate par le diphénylméthanediisocyanate
ou en utilisant un polyol quelque peu différent. On peut utiliser divers polyalkylèneglycols et polyalkylèneétherpolyols,tant des diols que des triols, les prépolymères
pouvant présenter soit des radicaux hydroxyle terminaux, soit des radicaux isocyanate terminaux, ces derniers étant préférés.
Le polymère utilisé dans le pneu suivant l'invention peut aussi être une matière plastique de polyamide, comme le
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amides polymères synthétique j à longue chaîne comprenant des unités amide récurrentes faisant partie de la chaîne polymère principale, comme ceux obtenus par condensation de diamines avec des acides dibasiques, ceux obtenus par condensation d'acides polycarboxyliques avec des polyamines ou ceux obtenus par poly-
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On peut utiliser diverses triamines, comme la diéthylènetriamine et des composés analogues, mais on recourt de préférence à des diamines. Des diamines convenables sont notamment l'éthylènediamine, la diéthylènediamine, la pentaméthylènediamine, l'hexaméthylènediamine, la phénylènediamine et les composés analogues et leurs mélanges.
On peut utiliser pour former le polyamide divers acides polybasiques allant de l'acide succinique à l'acide sébacique et comprenant notamment l'acide succinique, l'acide aconique, l'acide adipique, l'acide malique, l'acide itaconique, l'acide fumarique, etc.
Les polyamides convenant pour les pneus en caout-
<EMI ID=37.1> le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.208.500. Les polyamides préférés sont ceux obtenus à partir de diamines et d'acides dibasiques,comme il en est des produits de réaction de l'hexaméthylènediamine ou de diamines similaires avec un acide dibasique, comme l'acide adipique ou l'acide sébacique.
Bien qu'on puisse utiliser divers types de polymères aux fins de l'invention, les plus avantageux semblent être les polyuréthannes et les polyamides ou les Nylons dont la description générale est donnée dans le brevet des
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lymères convenant le mieux en pratique semblent être les polyuréthannes et, en particulier, les polyétheruréthannes et polyesteruréthannes.
L'un des avantages présentés par les polyuréthannes est qu'ils peuvent être obtenus à l'état liquide en présentant des viscosités convenant pour la pulvérisation ou pour l'étalement.Ils peuvent aussi être utilisés tant dans les couches à module élevé que dans les couches à module faible, ce qui atténue les difficultés d'adhérence. Il est possible aussi de mélanger des polyuréthannes de poids moléculaires différents pour conférer les propriétés requises.
Par exemple,on peut former le pneu stratifié suivant l'invention en utilisant le produit vendu sous le nom de Adiprène L-42 (poids moléculaire environ 3000) pour les couches à module faible et le produit vendu sous le
nom de Adiprène L-167 (poids moléculaire environ 1330) pour les couches à module élevé. On pourrait aussi produire la couche à module élevé en utilisant un mélange de 60 parties en poids du produit vendu sous le nom de Adiprène L-167 et de 40 parties en poids du produit vendu sous le nom de Adiprène L-315 (poids moléculaire environ 900). L'agent de vulcanisation pourrait être la méthylène-bis-2-chloroaniline, le produit vendu sous le nom de Caytur 21 ou toute autre diamine convenable et le plastifiant éventuel pourrait
être le phtalate de dioctyle ou un composé analogue. L'agent de vulcanisation doit assurer une vulcanisation relativement rapide pour réduire au minimum le délai qui s'écoule entre l'application de deux couches successives.
Les polyuréthannes prépolymères peuvent aussi
être modifiés de diverses façons pour conférer les pro-
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nom de Adiprène L-167 (prépolymère présentant une viscosité Brookfield d'environ 5000 à 7000 centipoises à 130[deg.]C et
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au moyen de 1,4-butanediol et de triméthylolpropane dans
des proportions convenables pout donner une couche de
caoutchouc du type désiré. Une composition de polyuréthanne vulcanisable peut, par exemple, être obtenue par mélange de
160 parties en poids du produit vendu sous le nom de
Adiprène L-167 avec environ 9 parties de 1,4- butanediol, environ 1,6 partie de triméthylolpropane et une faible
quantité de phtalate de dioctyle.
Le pneu stratifié conforme à l'invention est de préférence construit de manière que la résistance du stratifié à la déchirure (procédé à éprouvette entaillée) soit de 8,94 à 71,50 kg par cm linéaire ou plus et de telle façon que les couches à module faible aient une résistance à la traction
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d'au moins 100%).
Les polymères vulcanisables utilisés dans la pratique de l'invention ne doivent pas être liquides mais on préfère utiliser des polymères liquides pour faciliter la fabrication. La viscosité des polymères liquides peut être, par exemple de 1000 à 50.000 centipoises et doit
être inférieure à 100.000 centipoises à 30[deg.]C. On peut régler la viscosité en ajoutant des quantités substantielles, allant parfois jusqu'à 10 ou 20 parties, d'un plastifiant, par exemple du phtalate de dioctyle, pour 100 parties en poids du polymère.
Dans certains cas, on peut utiliser du solvant avec les polymères pour assurer l'aptitude à l'écoulement souhaitée. Le choix du solvant dépend du type de polymère et du type de système de vulcanisation. Parmi les divers solvants que l'on peut utiliser, il y a l'acétate d'éthyle,
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l'acétate de p-éthoxyéthyle et l'équivalent. Ces solvants sont de préférence relativement purs et exempts d'humidité.
Bien que les stratifiés des pneus indiqués plus haut utilisent des compositions de polymères sensiblement différentes dans les couches à module faible et à module élevé, il va de soi que l'invention envisage également des stratifiés perfectionnés présentant une meilleure résistance aux craquelures de flexion dans lesquels on utilise des compositions semblables dans toutes les couches et les modules de traction dans un sens donné quelconque (par exemple dans un sens circonférentiel ou radial etc.) sont sensiblement différents dans des couches adjacentes. Suivant l'invention, une différence de module de traction peut être obtenue entre des couches adjacentes H et L
(Fig. 2, par exemple) lorsqu'on utilise le même polymère dans les deux couches à la suite d'une orientation moléculaire différente dans les couches adjacentes.
Par le terme "module de traction" utilisé dans le présent mémoire, on entend l'effort en kg par cm<2> qu'il faut exercer sur unis éprouvette pour l'étirer jusque un allongement spécifié, par exemple 10%, 100% ou 200%.
Dans un pneu stratifié construit conformément à
la présente invention (comme par exemple sur la Fig. 2), chaque couche a de préférence un module à 10% dans un sens qui est au moins double environ du module à
10% de la couche adjacente suivante dans ce sens.
Par exemple, la différence souhaitée entre le module de traction des couches H et des couches L dans les diverses réalisations des Fig. 2 à 5, peut Sire obtenue par orientation moléculaire et/ou en utilisant des polymères'différents dans les diverses couches.
Un avantage de l'utilisation des mêmes polymères
ou de polymères semblables dans des couches adjacentes est
la facilité avec laquelle on peut ainsi obtenir une bonne adhérence.
Par le terme "parties" utilisé dans le présent mémoire, on entend des parties en poids et par le terme "polymère" on entend des homopolymères ou des copolymères
à moins que le contexte ne le spécifie autrement.
Par le terme "fluide" appliqué à une matière polymère, on indique que la matière a une viscosité telle qu'elle puisse s'écouler pendant le traitement. La viscosité peut, par exemple, être comprise entre 100 et
10.000 centipoises à 30[deg.]C et ne doit pas dépasser
100.000 centipoises à cette température.
L'exemple suivant est prévu pour illustrer la
nature de l'invention et ne la limite en aucune manière. EXEMPLE.-
Cet exemple est prévu pour illustrer l'aptitude fortement améliorée d'un pneu conforme à l'invention à résister à la propagation d'un défaut constitué par une
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aptitude, on a soumis des éprouvettes stratifiées et homogènes à un essai de flexion de De Mattia en effectuant une comparaison entre chaque éprouvette stratifiée et une éprouvette homogène préparée à partir d'un mélange des matières du stratifié particulier, dans les mêmes proportions. Chaque éprouvette a 2,54 cm de largeur, 6,35 mm d'épaisseur et 15,24 cm de longueur. Elles ont été vulcanisées à la presse pendant 2 heures à 121[deg.]C puis soumises à
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2 autres heures à 80[deg.]C. Un défaut artificiel de 0,254 cm
a ensuite été formé en travers de la surface de 6,35 mm
de largeur, perpendiculairement à la surface de 2,54 cm
de largeur. L'essai de fatigue a été effectué sur une machine de flexion de De Mattia qui' fait fléchir l'éprouvette (à raison de 333 cycles par minute et à température ambiante) forçant le oéfaut artificiel à se propager latéralement en travers de la largeur de l'éprouvette.
Pour cette expérience, on a utilisé deux compositions différentes qui sont appelées "100" et "167" et qui sont détaillées ci-après (les"parties" étant des parties en poids).:
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+ Note . (1) et (2) sont des prépolymères liquides tels que
décrits plus haut; (3) est un agent au silicone liquide de démoulage et émulsifiant de
Dow Corning; et (4) est une dispersion à 50% d'un complexe de méthylènedianiline et de chlorure
de sodium dans du phtalate de dioctyle de du Pont.
Des éprouvettes ont été préparées à partir de chacune de ces compositions seules et l'essai de De Mattia
a été utilisé pour déterminer le nombre de cycles nécessaires pour que le défaut de 0,254 cm passe à 1,27 cm.
Le chiffre entre parenthèses en dessous de chaque valeur expri-
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propriétés ont été mesurées de la manière suivante :
TABLEAU I
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Les compositions "100" et "167" ont été ensuite utilisées pour fabriquer les éprouvettes contenant les deux matières. Dans le cas des mélanges, le rapport indiqué dans le tableau II est le rapport de la composition "100" à
la composition "167" et les stratifiés indiqués dans le tableau II contiennent une couche de plus de la composition "100" que de la composition "167", les deux couches extérieures étant de la composition "100".
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Dans le tableau II, la seconde colonne intitulée "3 couches" désigne une éprouvette stratifiée comprenant deux couches extérieures de "100" et une couche médiane de "167". La colonne suivante "2:1" désigne une éprouvette homogène d'un mélange de 2 parties en poids de "100" et de 1 partie en poids de "167". Les colonnes suivantes désignent des éprouvettes stratifiées et homogènes avec des proportions différentes. L'éprouvette stratifiée à 9 couches par exemple, peut être comparée à l'éprouvette homogène
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Les données qui précèdent démontrent que, dans une éprouvette stratifiée, on peut obtenir une augmentation sensible de la résistance à la fatigue, par exemple de 400 à
500%, tout en conservant des propriétés physiques adéquates pour les conditions attendues dans un pneu. Bien que les données de résistance à la traction et d'allongement soient quelque peu irrégulières, ce comportement survient
à des contraintes largement supérieures à celles qui seraient rencontrées en service et amoindrit alors l'amélioration sensible de la résistance à la fatigue.
Le comportement plus ou moins irrégulier au point de vue résistance à la traction et allongement jusqu'à rupture de ces éprouvettes est dû à la présence de défauts dans l'éprouvette qui influencent ses propriétés mais non son comportement en flexion.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS
1.- Enveloppe de pneu du type décrit comportant
une bande de roulement et des flancs flexibles qui sont au moins partiellement dépourvus de renforcements en tissu caractérisée en ce que chaque flanc comprend :
une série de couches de matière polymère flexible présentant un poids moléculaire calculé d'au moins 10.000
et une dureté Shore A d'au moins 20,
une série de ces couches étant faite d'une matière polymère à module faible ayant un module de Young compris entre environ 7 et 350 kg par cm ,
plusieurs de ces couches étant intercalées entre les couches à module faible et étant faites d'une matière polymère à module plus élevé ayant un module de Young
compris entre environ 210 et 7.000 kg par cm<2>, chaque couche ayant un module de Young au moins double de celui de
la couche adjacente suivante à module faible.