EP4087970A1 - Câble multi-torons à une couche à énergie à rupture améliorée et à allongement total amélioré - Google Patents

Câble multi-torons à une couche à énergie à rupture améliorée et à allongement total amélioré

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EP4087970A1
EP4087970A1 EP20845790.3A EP20845790A EP4087970A1 EP 4087970 A1 EP4087970 A1 EP 4087970A1 EP 20845790 A EP20845790 A EP 20845790A EP 4087970 A1 EP4087970 A1 EP 4087970A1
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EP
European Patent Office
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cable
strand
elongation
helix
assembly
Prior art date
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EP20845790.3A
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German (de)
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EP4087970B1 (fr
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Gaël PATAUT
Henri Barguet
Lucas LAUBY
Olivier REIX
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Publication date
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    • D07B2401/201—Elongation or elasticity regarding structural elongation

Definitions

  • the invention relates to cables, a reinforced product and a tire comprising these cables.
  • a tire for a civil engineering vehicle with a radial carcass reinforcement comprising a tread, two inextensible beads, two sidewalls connecting the beads to the tread. bearing and a crown reinforcement, disposed circumferentially between the carcass reinforcement and the tread.
  • This crown reinforcement comprises several plies reinforced by reinforcing elements such as metal cables, the cables of a ply being embedded in an elastomeric matrix of the ply.
  • the crown frame comprises a working frame, a protective frame and possibly other frames, for example a hoop frame.
  • the protective frame comprises one or more protective plies comprising several wire protective reinforcement elements.
  • Each wire protection reinforcement element is a cable having a 1xN structure.
  • Each inner and outer wire has a diameter equal to 0.35 mm and the total elongation of the cable is 6%.
  • the aim of the invention is a cable making it possible to reduce, or even eliminate, the number of breaks and the number of perforations.
  • the invention relates to a multi-strand cable having a 1xN structure comprising a single layer of N strands wound helically around a main axis (A), each strand having a layer of metal wires and comprising M> 1 metallic wires wound in a helix around an axis (B), in which:
  • the cable has a total elongation At> 8, 10% determined by standard ASTM D2969-04 of 2014; and rat
  • the cable according to the invention makes it possible to reduce perforations and therefore to extend the life of the tire.
  • the inventors behind the invention have discovered that a cable less rigid than that of the prior art performs better against obstacles.
  • the inventors have found that it is more effective to match the obstacle with a cable having less rigidity rather than attempting to stiffen and strengthen the cables as much as possible to oppose the deformations imposed by the obstacles as is. generally taught in the state of the art.
  • By hugging the obstacles we reduce the effort against the obstacles and therefore the risk of puncturing the tire.
  • This stiffness reduction effect is illustrated in Figure 7 where under stress the cable according to the invention exhibits good deformability under low load thanks to the radial play of the wires.
  • the cable according to the invention also makes it possible to reduce the number of breaks.
  • the inventors at the origin of the invention have discovered that the determining criterion for reducing cable breaks was not only the breaking force as is widely taught in the state of the art but the indicator. energy at break represented in the present application by the area under the stress curve as a function of the elongation as illustrated in part in FIG. 4.
  • the cables of the prior art have either a force at relatively high break but a relatively low elongation at break, i.e. a relatively high elongation at break but a relatively low tensile strength.
  • prior art cables break under a relatively low energy-to-break indicator.
  • the cable according to the invention due to its relatively high total elongation, has a necessarily relatively high elongation at break.
  • the relatively low modulus makes it possible to delay elongation at break due to a slope of the stress-elongation curve in the elastic range which is relatively low.
  • Any interval of values designated by the expression “between a and b” represents the domain of values ranging from more than a to less than b (that is to say limits a and b excluded) while any interval of values designated by the expression “from a to b” means the domain of values going from the terminal "a" to the terminal "b", that is to say including the strict limits "a” and "b".
  • the total elongation At a quantity well known to those skilled in the art, is determined for example by applying the ASTM D2969-04 standard of 2014 to a cable tested so as to obtain a stress-elongation curve.
  • the At on the curve obtained is deduced as the elongation, in%, corresponding to the projection on the axis of the elongations of the breaking point of the cable on the stress-elongation curve, i.e. the point at which the load increases to a maximum value of stress and then decreases sharply after failure.
  • the decrease in relation to the stress exceeds a certain threshold, it means that the break of the cable has taken place.
  • This indicator of energy at rupture represents a volume density of energy in MJ / m 3 .
  • the energy indicator at rupture Er is thus the sum of (1/2 (o (Ai) + o (Ai + 1)) x (Ai + 1 - Ai) for i ranging from 0 to t. , the sampling of the rectangles is defined such that the widths defined by (Ai + 1 - Ai) are substantially equal to 0.025%, i.e. 4 rectangles for 0.1% elongation as shown in figure 4.
  • the cable comprises a single layer of N strands, that is to say it comprises an assembly consisting of a layer of strands, neither more nor less, that is to say, say the assembly has one layer of strands, not zero, not two, but only one.
  • the direction of winding of each strand is opposite to the direction of winding of the cable.
  • the direction of winding of a layer of strands is understood to mean the direction formed by the strands relative to the axis of the cable.
  • the direction of winding is commonly designated by the letter either Z or S.
  • the cable according to the invention is a single helix.
  • a single helix cable is a cable in which the axis of each strand of the layer describes a single helix around a main axis, unlike a double helix cable in which the axis of each strand describes a first helix around the axis of the cable and a second helix around a helix described by the axis of the cable.
  • the cable when the cable extends in a substantially rectilinear direction, the cable comprises a single layer of strands wound together.
  • each strand of the layer describing a helical-shaped path around a main axis substantially parallel to the substantially rectilinear direction so that, in a section plane substantially perpendicular to the main axis, the distance between the center of each strand of the layer and the main axis is substantially constant and equal for all strands of the layer.
  • a double helix cable extends in a substantially rectilinear direction, the distance between the center of each strand of the layer and the substantially rectilinear direction is different for all the strands of the layer.
  • each strand according to the invention is a single helix.
  • a single helix strand is a strand in which the axis of each metallic wire element of the layer describes a single helix, unlike a double helix strand in which the axis of each metallic wire element describes a first helix. around the axis of the strand and a second helix around a helix described by the axis of the strand.
  • the strand when the strand extends in a substantially rectilinear direction, the strand comprises a single layer of metallic wire elements wound together in a helix, each metallic wire element of the layer describing a trajectory in the form of a helix around a main axis substantially parallel to the substantially rectilinear direction so that, in a section plane substantially perpendicular to the main axis, the distance between the center of each metallic wire element of the layer and the main axis is substantially constant and equal for all metallic wire elements of the layer.
  • the cable according to the invention does not have a central metal core.
  • N is the number of strands or even of cable with open structure (“open-cord” in English).
  • the internal vault is empty and therefore devoid of any filling material, in particular devoid of any elastomeric composition. This is referred to as a cable devoid of filler material.
  • wire element is meant an element extending longitudinally along a main axis and having a section perpendicular to the main axis, the largest dimension G of which is relatively small compared to the dimension L along the main axis.
  • relatively small is meant that L / G is greater than or equal to 100, preferably greater than or equal to 1000.
  • This definition covers both wire elements of circular section and wire elements of non-circular section, for example of polygonal section. or oblong.
  • each metallic wire element has a circular section.
  • metallic is understood to mean by definition a wire element consisting mainly of (that is to say for more than 50% of its mass) or entirely (for 100% of its mass) of a metallic material.
  • Each metallic wire element is preferably made of steel, more preferably of pearlitic or ferrito-pearlitic carbon steel, commonly called by those skilled in the art carbon steel, or even stainless steel (by definition, steel comprising at least 10.5% chrome).
  • the metal wires and the strands do not undergo preformation.
  • the cable is obtained by a process devoid of individual preforming steps of each of the metallic wire elements and of each of the strands.
  • the total elongation At> 8.30% and preferably At> 8.50%.
  • the total elongation At ⁇ 20.00% and preferably At ⁇ 16.00%.
  • the energy at break indicator Er of the cable (50) is greater than or equal to 55 MJ / m 3 .
  • the energy at break indicator Er of the cable (50) is less than or equal to 200 MJ / m 3 and preferably less than or equal to 150 MJ / m 3 .
  • the cable has a structural elongation As determined by standard ASTM D2969-04 of 2014 such as As> 4.30%, preferably As> 4.50% and more preferably As> 4.60%.
  • the cable has a structural elongation As determined by standard ASTM D2969-04 of 2014 such that As ⁇ 10.0% and preferably As ⁇ 9.50%.
  • the structural elongation As, a quantity well known to those skilled in the art, is determined, for example, by applying the standard ASTM D2969-04 of 2014 to a cable tested so as to obtain a force-elongation curve.
  • the As on the curve obtained is deduced as the elongation, in%, corresponding to the projection on the axis of the elongation of the intersection between the tangent to the structural part of the force-elongation curve and the tangent to the part elasticity of the force-elongation curve.
  • a force-elongation curve comprises, by moving towards increasing elongations, a structural part, an elastic part and a plastic part.
  • the structural part corresponds to the structural elongation As resulting from the aeration of the cable, that is to say the space vacant between the different metal strands constituting the cable.
  • the elastic part corresponds to an elastic elongation resulting from the construction of the cable, in particular the angles of the different layers and the diameters of the strands.
  • the plastic part corresponds to the plastic elongation resulting from the plasticity (irreversible deformation beyond the elastic limit) of one or more metallic wire elements of the strands.
  • the cable has a secant modulus E1 ranging from 3.0 to 10.0 GPa and preferably ranging from 3.5 to 8.5 GPa.
  • the cable according to the invention can thus have a significant deformation at low force and a first low rigidity.
  • the secant modulus E1 is the slope of the straight line connecting the origin of the stress-elongation curve obtained under the conditions of standard ASTM D 885 / D 885M - 10a of 2014 to the point of abscissa 1% of this same curve.
  • the cable has a tangent modulus E2 ranging from 50 to 180 GPa and preferably from 55 to 150 GPa.
  • the cable according to the invention has a minimum rigidity to allow the absorption or transmission of force.
  • the tangent modulus E2 is calculated as follows on the stress-elongation curve obtained under the conditions of standard ASTM D 885 / D 885M - 10a of 2014: E2 corresponds to the maximum tangent modulus of the cable on the force-elongation curve.
  • the invention also relates to a cable extracted from a polymer matrix, the extracted cable having a 1xN structure comprising a single layer of N strands wound helically around a main axis (A), each strand being at a distance.
  • the extracted cable (50 ’) has a total elongation At’> 5.00% determined by the ASTM D2969-04 standard of 2014,
  • the polymeric matrix is an elastomeric matrix.
  • the polymeric matrix preferably elastomeric, is based on a polymeric composition, preferably elastomeric.
  • polymeric matrix is meant a matrix comprising at least one polymer.
  • the polymeric matrix is thus based on a polymeric composition.
  • elastomeric matrix is meant a matrix comprising at least one elastomer.
  • the preferred elastomeric matrix is thus based on the elastomeric composition.
  • the composition comprises the mixture and / or the in situ reaction product of the various constituents used, some of these constituents being able to react and / or being intended to react between them, at least partially, during the various phases of manufacture of the composition; the composition may thus be in the fully or partially crosslinked state or in the non-crosslinked state.
  • polymeric composition that the composition comprises at least one polymer.
  • a polymer can be a thermoplastic, for example a polyester or a polyamide, a thermosetting polymer, an elastomer, for example natural rubber, a thermoplastic elastomer or a mixture of these polymers.
  • elastomeric composition is meant that the composition comprises at least one elastomer and at least one other component.
  • the composition comprising at least one elastomer and at least one other component comprises an elastomer, a crosslinking system and a filler.
  • compositions which can be used for these webs are conventional compositions for calendering wire reinforcing elements and comprise a diene elastomer, for example natural rubber, a reinforcing filler, for example carbon black and / or silica, a system of crosslinking, for example a vulcanization system, preferably comprising sulfur, stearic acid and zinc oxide, and optionally a vulcanization accelerator and / or retarder and / or various additives.
  • a metal coating for example a layer of brass.
  • the values of the characteristics described in the present application for the extracted cord are measured on or determined from cables extracted from a polymeric matrix, in particular elastomeric, for example from a tire.
  • the strip of material is removed radially outside the cable to be extracted so as to see the cable to be extracted radially flush with the polymer matrix. This withdrawal can be done by shelling using pliers and knives or by planing.
  • the end of the cable to be extracted is released by means of a knife.
  • the cable is pulled so as to extract it from the matrix by applying a relatively small angle so as not to plasticize the cable to be extracted.
  • the extracted cables are then cleaned carefully, for example by means of a knife, so as to detach the remains of the polymer matrix attached locally to the cable and taking care not to degrade the surface of the metal wires.
  • the total elongation At ’ is such that At’> 5.20%.
  • the energy at break indicator Er 'of the cable (50) is greater than or equal to 40 MJ / m 3 .
  • the cable according to the invention exhibits excellent longitudinal compressibility and, all other things being equal, a relatively small diameter.
  • the inventors behind the invention hypothesize that, due to a sufficiently large radius of curvature Rt compared to the diameter Dt of each strand, the cable is sufficiently ventilated, thus reducing the risk of buckling, due to the relatively large distance of each strand from the longitudinal axis of the cable, distance allowing the strands to accommodate, through their helix, relatively high longitudinal compressive deformations .
  • the radius of curvature Rt of each strand of the cable of the prior art being relatively small compared to the diameter Dt, the metallic wire elements are closer to the longitudinal axis of the cable and can accommodate, by virtue of their propeller, longitudinal compressive deformations much less than the cable according to the invention.
  • the cable according to the invention would have insufficient longitudinal compressive stiffness to provide a reinforcing role, for example for tires.
  • the values of the characteristics Dt, Dv and Rt as well as the other characteristics described below are measured on or determined from the cables either directly after manufacture, that is to say before any embedding step in a die.
  • elastomeric, or extracted from an elastomeric matrix for example from a tire, and then having undergone a cleaning step during which any elastomeric matrix is removed from the cable, in particular any material present inside the cable.
  • the adhesive interface between each metallic wire element and the elastomeric matrix must be removed, for example by an electrochemical process in a sodium carbonate bath.
  • the effects associated with the shaping step of the tire manufacturing process described below, in particular the elongation of the cables are canceled out by the extraction of the ply and the cable which, during extraction, take up substantially their characteristics before the conformation stage.
  • the arch of the cable according to the invention is delimited by the strands and corresponds to the volume delimited by a theoretical circle, on the one hand, radially inside each strand and, on the other hand, tangent to each strand.
  • the diameter of this theoretical circle is equal to the diameter of the vault Dv.
  • the helix diameter De corresponds to the diameter of the theoretical circle passing through the centers of the strands of the layer in a plane perpendicular to the main axis of the cable.
  • the pitch at which each strand is wound is the length traveled by this wire element, measured parallel to the axis of the cable in which it is located, at the end of which strand having this pitch makes a complete revolution around said cable axis.
  • each strand is delimited by metal wires and corresponds to the volume delimited by a theoretical circle, on the one hand, radially inside each wire element and, on the other hand, tangent to each metal wire element.
  • the diameter of this theoretical circle is equal to the diameter of the vault Dvt.
  • the helix diameter Dh corresponds to the diameter of the theoretical circle passing through the centers of the metallic wire elements of the layer in a plane perpendicular to the main axis of the cable.
  • P the pitch expressed in millimeters of each wire element metallic
  • a the helix angle of each metallic wire element
  • Sin the sine function.
  • the subject of the invention is also a process for manufacturing a cable comprising:
  • a step of providing a transient assembly comprising a layer consisting of M ’> 1 metal wires wound helically around a transient core;
  • a first fractional assembly comprising a layer consisting of M1 '> 1 metal wire (s) wound in a helix, the M1' metal wire (s) coming from the layer made up of M '> 1 metal wires of the transient assembly,
  • a second split assembly comprising a layer made up of M2 ’> 1 metallic wires wound in a helix, the M2’ metallic wires coming from the layer made up of M ’> 1 metallic wires of the transient assembly,
  • transient core or one or more sets comprising the transient core
  • Each strand is manufactured in accordance with a method and by implementing an installation described in documents WO2016083265 and WO2016083267.
  • Such a method implementing a fractionation step is to be distinguished from a conventional cabling method comprising a single assembly step in which the metallic wire elements are wound in a helix, the assembly step being preceded by a step of individual preformation of each metallic wire element in order in particular to increase the value of the structural elongation.
  • Such methods and installations are described in documents EP0548539, EP1000194, EP0622489, WO2012055677, JP2007092259,
  • each metallic wire element of the cable is devoid of preformation mark.
  • preforming marks include in particular flats.
  • the preformation marks also include cracks extending in section planes substantially perpendicular to the main axis along which each wire element extends. Such cracks extend, in a section plane substantially perpendicular to the main axis, from a radially outer surface of each wire member radially inwardly of each wire member. As described above, such cracks are initiated by mechanical preforming tools due to bending forces, that is to say perpendicular to the main axis of each metallic wire element, which makes them very harmful for endurance.
  • the cable has a diameter D such that D ⁇ 6.00 mm and preferably D ⁇ 5.00 mm.
  • the apparent diameter or diameter, denoted D is measured by wedging the cable between two perfectly straight bars of length 200 mm and by measuring the spacing in which the cable is embedded by means of the comparator described below, one can cite by example the model JD50 / 25 of the brand KAEFER allowing to reach a precision of 1/100 of a millimeter, equipped with type a key, and having a contact pressure close to 0.6N.
  • the measurement protocol consists of three repetitions of a series of three measurements (carried out perpendicular to the axis of the cable and under zero tension)
  • each metallic wire element comprises a single metallic monofilament.
  • each metallic wire element is advantageously constituted of a metallic monofilament.
  • the metallic monofilament is directly coated with a layer of a metallic coating comprising copper, zinc, tin, cobalt or an alloy of these metals, for example brass or the bronze.
  • each metallic wire element then consists of the metallic monofilament, for example steel, forming a core, directly coated with the metallic coating layer.
  • each elementary metallic monofilament is, as described above, preferably made of steel, and has a mechanical strength ranging from 1000 MPa to 5000 MPa.
  • Such mechanical strengths correspond to the steel grades commonly encountered in the field of tires, namely, the grades NT (Normal Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT ( Ultra Tensile), UHT (Ultra High Tensile) and MT (Mega Tensile), the use of high mechanical strengths possibly allowing an improved reinforcement of the matrix in which the cable is intended to be embedded and a lightening of the matrix thus reinforced.
  • the layer consists of N strands wound in a helix, N ranges from 2 to 6.
  • the method of assembling the N strands is implemented by cabling.
  • cabling is meant that the strands do not undergo torsion about their own axis, due to synchronous rotation before and after the assembly point.
  • the main advantage of this is to increase the ductility of the cables but also to obtain a greater breaking force than those of the opencord strands alone.
  • the separation step and the reassembly step are performed so that M1 ’+ M2’ ⁇ M ’.
  • M MT + M2 ’ranges from 3 to 18 and preferably from 4 to 15.
  • the step of providing the transient assembly comprises an assembly step by twisting the M ’> 1 wire elements wound helically around the transient core.
  • the step of providing the transient assembly includes a step of balancing the transient assembly.
  • the balancing step being carried out on the transient assembly comprising the M 'metal wire elements and the transient core, the balancing step is implicitly carried out upstream of the separation step between the first and second assemblies. fractional.
  • the method comprises a step of balancing the final assembly downstream of the reassembly step.
  • the method comprises a step of maintaining the rotation of the final assembly around its direction of travel.
  • This rotational maintenance step is performed downstream of the transient assembly separation step and upstream of the final assembly balancing step.
  • the method is devoid of individual preforming steps of each of the metallic wire elements.
  • the latter are imposed a shape by preforming tools, for example rollers, these tools creating defects on the surface of the metal. wire elements of metal. These defects significantly reduce the endurance of metallic wire elements and therefore of the final assembly.
  • the transient core is a metallic wire element.
  • the transient core is a metallic monofilament.
  • the diameter of the space between the metallic wire elements and therefore the geometric characteristics of the final assembly is very precisely controlled, unlike a transient core made of a textile material, for example polymeric material, the compressibility of which can generate variations in the geometric characteristics of the final assembly.
  • the transient core is a textile filament element.
  • a textile filament element comprises at least one multifilament textile strand or, in a variant, consists of a textile monofilament.
  • Filaments textiles which can be used are chosen from polyesters, polyketones, aliphatic or aromatic polyamides and mixtures of textile filaments of these materials.
  • the subject of the invention is also a reinforced product comprising a polymer matrix and at least one extracted cable as defined above.
  • the reinforced product comprises one or more cables according to the invention embedded in the polymer matrix, and in the case of several cables, the cables are arranged side by side in a main direction.
  • a subject of the invention is also a tire comprising at least one extracted cable as defined above or a reinforced product as defined above.
  • the tire comprises a carcass reinforcement anchored in two beads and surmounted radially by a crown reinforcement itself surmounted by a tread, the crown reinforcement being joined to said beads by two sidewalls and comprising at least one cable as defined above.
  • the crown frame comprises a protective frame and a working frame, the working frame comprising at least one cable as defined above, the protective frame being radially interposed between the tread and the working reinforcement.
  • the cable is most particularly intended for industrial vehicles chosen from heavy vehicles such as "Heavy goods” - ie, metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles - , agricultural or civil engineering machinery, other transport or handling vehicles.
  • heavy vehicles such as "Heavy goods” - ie, metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles - , agricultural or civil engineering machinery, other transport or handling vehicles.
  • the tire is for a vehicle of the civil engineering type.
  • the tire has a dimension in which the diameter, in inches, of the seat of the rim on which the tire is intended to be mounted is greater than or equal to 30 inches.
  • the invention also relates to a rubber article comprising an assembly according to the invention, or an impregnated assembly according to the invention.
  • rubber article is meant any type of rubber article such as a balloon, a non-pneumatic object such as a non-pneumatic tire, a conveyor belt or a track.
  • FIG. 1 is a sectional view perpendicular to the circumferential direction of a tire according to the invention
  • FIG. 2 is a detailed view of zone II of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a sectional view of a reinforced product according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates part of the stress-elongation curve of a cable (50) according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic sectional view perpendicular to the cable axis (assumed rectilinear and at rest) of a cable (50) according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a view similar to that of Figure 5 of a cable (60) according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic representation of the effect of the deformability of the cable (50) of Figure 5 under low tensile load due to the radial play of the wires; and Figures 8 and 9 are schematic representations of the method according to the invention for manufacturing the cable (50) of Figure 5.
  • the “median circumferential plane” M of the tire is the plane which is normal to the axis of rotation of the tire and which is located equidistant from the annular reinforcing structures of each bead.
  • the tire P is for a heavy vehicle of the civil engineering type, for example of the “dumper” type.
  • the tire P has a dimension of type 53 / 80R63.
  • the tire P comprises a crown 12 reinforced by a crown reinforcement 14, two sidewalls 16 and two beads 18, each of these beads 18 being reinforced with an annular structure, here a bead wire 20.
  • the crown reinforcement 14 is radially surmounted by a tread 22 and joined to the beads 18 by the sidewalls 16.
  • a carcass reinforcement 24 is anchored in the two beads 18, and is here wound around the two bead wires 20 and comprises an upturn 26 disposed towards the exterior of the tire 20 which is shown here mounted on a rim 28.
  • the carcass reinforcement 24 is surmounted radially by the crown reinforcement 14.
  • the carcass reinforcement 24 comprises at least one carcass ply 30 reinforced by radial carcass cables (not shown).
  • the carcass cables are arranged substantially parallel to each other and extend from one bead 18 to the other so as to form an angle of between 80 ° and 90 ° with the median circumferential plane M (plane perpendicular to the axis of rotation of the tire which is located midway between the two beads 18 and goes through the middle of the crown frame 14).
  • the tire P also comprises a sealing ply 32 made of an elastomer (commonly called an inner rubber) which defines the radially internal face 34 of the tire P and which is intended to protect the carcass ply 30 from the diffusion of air. 'air coming from the space inside the tire P.
  • a sealing ply 32 made of an elastomer (commonly called an inner rubber) which defines the radially internal face 34 of the tire P and which is intended to protect the carcass ply 30 from the diffusion of air. 'air coming from the space inside the tire P.
  • the crown reinforcement 14 comprises, radially from the outside towards the inside of the tire P, a protective reinforcement 36 arranged radially inside the tread 22, a working reinforcement 38 arranged radially on the inside. inside the protective frame 36 and an additional frame 40 arranged radially inside the working frame 38.
  • the protective frame 36 is thus radially interposed between the tread 22 and the reinforcement. work 38.
  • the working frame 38 is radially interposed between the protective frame 36 and the additional frame 40.
  • the protective frame 36 comprises first and second protective plies 42, 44 comprising protective metal cables, the first ply 42 being arranged radially inside the second ply 44.
  • the cables protective metals form an angle at least equal to 10 °, preferably ranging from 10 ° to 35 ° and preferably from 15 ° to 30 ° with the circumferential direction Z of the tire.
  • the working frame 38 comprises first and second working plies 46, 48, the first ply 46 being arranged radially inside the second ply 48.
  • Each ply 46, 48 comprises at least one cable 50.
  • the metal working cables 50 are crossed from one working ply to the other and form an angle at most equal to 60 °, preferably ranging from 15 ° to 40 ° with the circumferential direction Z of the tire.
  • the additional reinforcement 40 also called a limiter block, the function of which is to partially take up the mechanical inflation stresses, comprises, for example and in a manner known per se, additional metallic reinforcing elements, for example such as described in FR 2 419 181 or FR 2 419 182 forming an angle at most equal to 10 °, preferably ranging from 5 ° to 10 ° with the circumferential direction Z of the tire P.
  • FIG. 3 shows a reinforced product according to the invention and designated by the general reference R.
  • the reinforced product R comprises at least one cable 50 ', in l 'species several cables 50', embedded in the polymer matrix Ma.
  • FIG. 3 shows the polymer matrix Ma, the cables 50 'in an X, Y, Z frame in which the Y direction is the radial direction and the X and Z directions are the axial and circumferential directions.
  • the reinforced product R comprises several cables 50 arranged side by side in the main direction X and extending parallel to each other within the reinforced product R and collectively embedded in the matrix polymeric Ma.
  • the polymer matrix Ma is an elastomeric matrix based on an elastomeric composition.
  • FIG. 5 shows the cable 50 according to a first embodiment of the invention.
  • Each protective reinforcing element 43, 45 and each hooping reinforcing element 53, 55 is formed, after extraction of the tire 10, by an extracted cable 50 ′ as described below.
  • the cable 50 is obtained by embedding in a polymeric matrix, in this case in a polymeric matrix respectively forming each polymeric matrix of each protective ply 42, 44 and of each hooping layer 52, 54 in which are respectively embedded the elements of protection 43, 45 and hoop reinforcement 53, 55.
  • the cable 50 and the extracted cable 50 ′ are single-layer metal.
  • the value At is determined by plotting a stress-elongation curve of the cable 50 by applying the standard ASTM D2969-04 of 2014.
  • Figure 4 shows the method of rectangles to determine the energy at break indicator of cable 50.
  • the cable 50 has a secant modulus E1 ranging from 3.0 to 10.0 GPa and preferably ranging from 3.5 to 8.5 GPa.
  • E1 4.0 GPa
  • the cable 50 has a tangent modulus E2 ranging from 50 to 180 GPa and preferably from 55 to 150 GPa.
  • E2 73 GPa.
  • the method comprises a step 100 of supplying the transient assembly 22 comprising on the one hand an assembly step by twisting the M 'metallic wire elements F1 into a single layer of M' metallic wire elements F1 around of the transient core 16 and on the other hand, a step of balancing the transient assembly 22 carried out by means of a twister.
  • the method comprises a step 110 of separating the transient assembly 22 between the first fractional assembly 25, the second fractional assembly 27 and the transient core 16 or one or more assemblies comprising the transient core 16, here the transient core 16 .
  • the step 110 of separating the transient assembly 22 between the first split assembly 25, the second split assembly 27 and the transient core 16 comprises a step 120 of separating the assembly transient 22 between the precursor assembly, the second fractional assembly 27 and finally the transient core 16.
  • the separation step 120 of the assembly transient between the precursor assembly and the fractionated assembly comprises a step 124 of separation of the fractionated assembly between the second fractionated assembly 27 and the transient core 16.
  • the separation step 124 comprises a step of fractionation of the whole split into the second split assembly 27, the transient core 16 and the complementary set.
  • the step 110 of separating the transient assembly between the first fractional assembly 25, the second fractional assembly 27 and the transient core 16 comprises a step 130 of separating the precursor assembly between the first fractional assembly 25 and the complementary assembly.
  • the method comprises a step 140 of reassembling the first fractional assembly 25 with the second fractional assembly 27 to form the strand 54.
  • the supply step 100, the separation step 110 and the reassembly step 140 are carried out so that all the M 'metallic wire elements F1 have the same diameter Df, are wound. helical with the same pitch P and have the same radius of curvature of helix Rf described above.
  • the separation step 110 and the reassembly step 140 are performed so that M1 ’+ M2’ ⁇ M ’.
  • a final balancing step is carried out.
  • N strands 54 are made in the same way.
  • the method comprises a step of recycling the transient core 16.
  • the transient core 16 is recovered downstream from the separation step 110, here downstream from the step. separation 124, and the transient core 16 recovered previously is introduced upstream of the assembly step.
  • This recycling step is continuous.
  • a step 300 of assembling the N strands 54 is carried out by cabling to form the cable 50.
  • N 3.
  • FIG. 6 shows the cable 60 according to a second embodiment of the invention.
  • Tables 1, 2 and 3 show that the cables 50, 50 ', 60, 60', 51, 52, 53, 53 ', 54 according to the invention have both an energy at break indicator improved and have better deformability compared to cables of the state of the art EDT 1, EDT 1 ', EDT2 and EDT2'.
  • the cables according to the invention make it possible to solve the problems mentioned in the preamble.

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Abstract

L´invention concerne un câble (50) multi-torons une structure 1xN comprenant une unique couche (52) de N torons (54) enroulés en hélice autour d´un axe principal (A), chaque toron (54) étant à une couche (56) de fils métalliques (F1) et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d´un axe (B). Le câble (50) présente un allongement total At > 8,10 % et l´indicateur d´énergie à rupture Er = rAt du câble (50) défini par Er = ∫ AT σ(Αί) x dAi avec σ(Αί) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l´allongement Ai et dAi est l´allongement tel que Er est strictement supérieur à 52 MJ/m3.

Description

Câble multi-torons à une couche à énergie à rupture améliorée et à allongement total amélioré
[001] L’invention concerne des câbles, un produit renforcé et un pneumatique comprenant ces câbles.
[002] On connaît de l’état de la technique, notamment du document WO2016/131862 un pneumatique pour véhicule de génie civil à armature de carcasse radiale comprenant une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une armature de sommet, disposée circonférentiellement entre l’armature de carcasse et la bande de roulement. Cette armature de sommet comprend plusieurs nappes renforcées par des éléments de renforts tels que des câbles métalliques, les câbles d’une nappe étant noyés dans une matrice élastomérique de la nappe.
[003] L’armature de sommet comprend une armature de travail, une armature de protection et éventuellement d’autres armatures, par exemple une armature de frettage.
[004] L’armature de protection comprend une ou plusieurs nappes de protection comprenant plusieurs éléments filaires de renfort de protection. Chaque élément filaire de renfort de protection est un câble présentant une structure 1xN. Le câble comprend une unique couche de N=4 torons enroulés en hélice à un pas p3=20 mm. Chaque toron comprend, d’une part, une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice à un pas p1 =6,7 mm et une couche externe de V=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne à un pas p2=10 mm. Chaque fils interne et externe présente un diamètre égal à 0,35 mm et l’allongement total du câble est de 6%.
[005] D’une part, lors du passage du pneumatique sur des obstacles, par exemple sous la forme de cailloux, ces obstacles risquent de perforer le pneumatique jusqu’à atteindre l’armature de sommet. Ces perforations permettent l’entrée d’agents corrosifs dans l’armature de sommet du pneumatique et en réduisent la durée de vie.
[006] D’autre part, on a observé que les câbles des nappes de protection peuvent présenter des ruptures consécutives à des déformations et des efforts relativement importants exercés sur le câble, notamment lors du passage du pneumatique sur des obstacles.
[007] L’invention a pour but un câble permettant de réduire, voire de supprimer, le nombre de rupture et le nombre de perforation.
[008] A cet effet l’invention a pour objet un câble multi-torons présentant une structure 1xN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice autour d’un axe principal (A), chaque toron étant à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un axe (B), dans lequel :
-le câble présente un allongement total At >8, 10 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 ; et rAt
-l’indicateur d’énergie à rupture Er du câble défini par Er = J0 s( ί) x dAi avec s( ί) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l’allongement Ai et dAi étant l’allongement tel que Er est strictement supérieur à 52 MJ/m3.
[009] Grâce à l’allongement total relativement élevé et à l’énergie à rupture du câble relativement élevée, le câble selon l’invention permet de réduire les perforations et donc d’allonger la durée de vie du pneumatique. En effet, les inventeurs à l’origine de l’invention ont découvert qu’un câble moins rigide que celui de l’état de la technique est plus performant à l’encontre des obstacles. Les inventeurs ont trouvé qu’il était plus efficace d’épouser l’obstacle grâce à un câble présentant une rigidité moindre plutôt que de tenter de rigidifieret de renforcer autant que possible les câbles pour s’opposer aux déformations imposées par les obstacles comme cela est enseigné d’une manière générale dans l’état de la technique. En épousant les obstacles, on diminue l’effort s’opposant aux obstacles et donc le risque de perforer le pneumatique. Cet effet de diminution de la rigidité est illustré sur la figure 7 où sous la contrainte le câble selon l’invention présente une bonne déformabilité sous faible charge grâce au jeu radial des fils.
[010] Grâce à l’allongement total relativement élevé, à l’énergie à rupture du câble relativement élevée, le câble selon l’invention permet également de réduire le nombre de rupture. En effet, les inventeurs à l’origine de l’invention ont découvert que le critère déterminant pour réduire les ruptures du câbles n’était pas uniquement la force à rupture comme cela est largement enseigné dans l’état de la technique mais l’indicateur d’énergie à rupture représenté dans la présente demande par l’aire sous la courbe de contrainte en fonction de l’allongement comme illustré en partie sur la figure 4. En effet, les câbles de l’état de la technique présentent soit une force à rupture relativement élevée mais un allongement à rupture relativement faible, soit un allongement à rupture relativement élevé mais une force à rupture relativement faible. Dans les deux cas, les câbles de l’état de la technique rompent sous un indicateur d’énergie à rupture relativement faible. Le câble selon l’invention, du fait de son allongement total relativement élevé présente un allongement à rupture nécessairement relativement élevé. De façon synergique, le module relativement faible permet de repousser l’allongement à rupture du fait d’une pente de la courbe contrainte-allongement dans le domaine élastique relativement faible. Enfin et surtout, les inventeurs ont découvert que l’augmentation de l’allongement total permettait, comme cela est démontré par les tests comparatifs ci-après, d’une part, de repousser l’allongement à rupture et donc d’augmenter la contrainte, ce qui permet d’augmenter l’énergie à rupture.
[011] Tout intervalle de valeurs désigné par l’expression « entre a et b » représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l’expression « de a à b » signifie le domaine de valeurs allant de la borne « a » jusqu’à la borne « b » c’est-à-dire incluant les bornes strictes « a » et « b ».
[012] L’allongement total At, grandeur bien connue de l’homme du métier, est déterminé par exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon à obtenir une courbe contrainte-allongement. On déduit l’At sur la courbe obtenue comme l’allongement, en %, correspondant à la projection sur l’axe des allongements du point de rupture du câble sur la courbe contrainte -allongement, c’est-à-dire le point auquel la charge croît jusqu’à une valeur maximale de contrainte puis décroît brusquement après la rupture. Lorsque la décroissance par rapport à la contrainte dépasse un certain seuil cela signifie que la rupture du câble a eu lieu.
[013] L’indicateur d’énergie à rupture Er du câble est déterminé en calculant l’aire sous la rAt courbe de traction contrainte en fonction de l’allongement par la relation Er = J0 s( ί) x dAi. Cet indicateur d’énergie à rupture représente une densité volumique d’énergie en MJ/m3. La méthode des rectangles est classiquement employée pour atteindre cette aire : la contrainte de traction sigma(Ai) étant exprimée en MPa mesurée à l’allongement Ai exprimé en % sans unité ; pour i=0 : Ai=0 = A0 = 0% d’allongement et pour i=t : Ai=t = At : allongement à rupture totale du câble. L’indicateur d’énergie à rupture Er est ainsi la somme de (1/2( o(Ai) + o(Ai+1 )) x (Ai+1 - Ai) pour i allant de 0 à t. Pour cette intégration, l’échantillonnage des rectangles est défini de telle sorte que les largeurs définies par (Ai+1 - Ai) sont sensiblement égales à 0.025% soit 4 rectangles pour 0.1% d’allongement tel que représenté sur la figure 4.
[014] Dans l’invention, le câble comprend une unique couche de N torons, c’est-à-dire qu’il comprend un assemblage constitué d’une couche de torons, ni plus ni moins, c’est-à-dire que l’assemblage a une couche de torons, pas zéro, pas deux, mais uniquement une.
[015] De façon avantageuse, le sens d’enroulement de chaque toron est opposé au sens d’enroulement du câble.
[016] Par sens d’enroulement d’une couche de torons, on entend le sens formé par les torons par rapport à l’axe du câble. Le sens d’enroulement est communément désigné par la lettre soit Z, soit S.
[017] Les sens d’enroulement des torons sont déterminés conformément à la norme ASTM D2969-04 de 2014.
[018] Le câble selon l’invention est à simple hélice. Par définition, un câble à simple hélice est un câble dans lequel l’axe de chaque toron de la couche décrit une unique hélice autour d’un axe principal, contrairement à un câble à double hélice dans lequel l’axe de chaque toron décrit une première hélice autour de l’axe du câble et une deuxième hélice autour d’une hélice décrite par l’axe du câble. En d’autres termes, lorsque le câble s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, le câble comprend une unique couche de torons enroulés ensemble en hélice, chaque toron de la couche décrivant une trajectoire en forme d’hélice autour d’un axe principal sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l’axe principal, la distance entre le centre de chaque toron de la couche et l’axe principal soit sensiblement constante et égale pour tous les torons de la couche. Au contraire, lorsqu’un câble à double hélice s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, la distance entre le centre de chaque toron de la couche et la direction sensiblement rectiligne est différente pour tous les torons de la couche.
[019] De la même façon que décrit plus haut pour le câble, chaque toron selon l’invention est à simple hélice. Par définition, un toron à simple hélice est un toron dans lequel l’axe de chaque élément filaire métallique de la couche décrit une unique hélice, contrairement à un toron à double hélice dans lequel l’axe de chaque élément filaire métallique décrit une première hélice autour de l’axe du toron et une deuxième hélice autour d’une hélice décrite par l’axe du toron. En d’autres termes, lorsque le toron s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, le toron comprend une unique couche d’éléments filaires métallique enroulés ensemble en hélice, chaque élément filaire métallique de la couche décrivant une trajectoire en forme d’hélice autour d’un axe principal sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l’axe principal, la distance entre le centre de chaque élément filaire métallique de la couche et l’axe principal soit sensiblement constante et égale pour tous les éléments filaires métalliques de la couche. Au contraire, lorsqu’un toron à double hélice s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, la distance entre le centre de chaque élément filaire métallique de la couche et la direction sensiblement rectiligne est différente pour tous les éléments filaires métalliques de la couche. [020] Le câble selon l’invention est dépourvu d’âme centrale métallique. On parle également de câble de structure 1xN dans laquelle N est le nombre de torons ou bien encore de câble à structure ouverte (« open-cord » en anglais). Dans le câble selon l’invention défini ci-dessus, la voûte interne est vide et donc dépourvue de tout matériau de remplissage, notamment dépourvue de toute composition élastomérique. On parle alors d’un câble dépourvu de matériau de remplissage.
[021] Par élément filaire, on entend un élément s’étendant longitudinalement selon un axe principal et présentant une section perpendiculaire à l’axe principal dont la plus grande dimension G est relativement faible par rapport à la dimension L selon l’axe principal. Par relativement faible, on entend que L/G est supérieur ou égal à 100, de préférence supérieur ou égal à 1000. Cette définition couvre aussi bien les éléments filaires de section circulaire que les éléments filaires de section non circulaire, par exemple de section polygonale ou oblongue. De façon très préférée, chaque élément filaire métallique présente une section circulaire.
[022] Par métallique, on entend par définition un élément filaire constitué majoritairement (c’est-à-dire pour plus de 50% de sa masse) ou intégralement (pour 100% de sa masse) d'un matériau métallique. Chaque élément filaire métallique est préférentiellement en acier, plus préférentiellement en acier perlitique ou ferrito-perlitique au carbone, appelé couramment par l’homme du métier acier au carbone, ou encore en acier inoxydable (par définition, acier comportant au moins 10,5% de chrome).
[023] De préférence, les fils métalliques et les torons ne subissent pas de préformation. En d’autres termes, le câble est obtenu par un procédé dépourvu d’étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques et de chacun des torons.
[024] Avantageusement, l’allongement total At > 8,30 % et de préférence At > 8,50%.
[025] Avantageusement, l’allongement total At < 20,00 % et de préférence At < 16, 00%. [026] Avantageusement, l’indicateur d’énergie à rupture Er du câble (50) est supérieur ou égal à 55 MJ/m3.
[027] De préférence, l’indicateur d’énergie à rupture Er du câble (50) est inférieur ou égale à 200 MJ/m3et de préférence inférieur ou égal à 150 MJ/m3.
[028] De préférence, le câble présente un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As> 4,30%, de préférence As > 4,50% et plus préférentiellement As > 4,60%.
[029] De préférence, le câble présente un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As < 10,0 % et de préférence As < 9,50%.
[030] L’allongement structural As, grandeur bien connue de l’homme du métier, est déterminé par exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon à obtenir une courbe force-allongement. On déduit l’As sur la courbe obtenue comme l’allongement, en %, correspondant à la projection sur l’axe des allongement de l’intersection entre la tangente à la partie structurale de la courbe force-allongement et la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement. Pour rappel, une courbe force-allongement comprend, en se déplaçant vers les allongements croissants, une partie structurale, une partie élastique et une partie plastique. La partie structurale correspond à l’allongement structural As résultant de l’aération du câble, c’est-à-dire l’espace vacant entre les différents torons métalliques constituants le câble. La partie élastique correspond à un allongement élastique résultant de la construction du câble, notamment des angles des différentes couches et des diamètres des torons. La partie plastique correspond à l’allongement plastique résultant de la plasticité (déformation irréversible au-delà de la limite d’élasticité) d’un ou plusieurs éléments filaires métalliques des torons.
[031] De préférence, le câble présente un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa.
[032] Le câble selon l’invention peut ainsi avoir une déformation importante à faible effort et une première rigidité basse. [033] Le module sécant E1 est la pente de la droite reliant l’origine de la courbe contrainte- allongement obtenue dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014 au point d’abscisse 1% de cette même courbe.
[034] De préférence, le câble présente un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa.
[035] Ainsi le câble selon l’invention présente une rigidité minimum pour permettre la reprise ou la transmission d’effort.
[036] Le module tangent E2 est calculé comme suit sur la courbe contrainte-allongement obtenue dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014: E2 correspond au module tangent maximum du câble sur la courbe force-allongement.
[037] L’invention a également pour objet un câble extrait d’une matrice polymérique, le câble extrait présentant structure 1xN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice autour d’un axe principal (A), chaque toron étant à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un axe (B), dans lequel :
-le câble extrait (50’) présente un allongement total At’ > 5,00 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014,
- l’indicateur d’énergie à rupture Er’ du câble extrait (50’) défini par Er' x dAi avec s(4ί) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l’allongement Ai et dAi étant l’allongement tel que Er’ est strictement supérieur à 35 MJ/m3.
[038] De préférence, la matrice polymérique est une matrice élastomérique.
[039] La matrice polymérique, de préférence élastomérique, est à base d’une composition polymérique, de préférence élastomérique.
[040] Par matrice polymérique, on entend une matrice comprenant au moins un polymère. La matrice polymérique est ainsi à base d’une composition polymérique.
[041] Par matrice élastomérique, on entend une matrice comprenant au moins un élastomère. La matrice élastomérique préférentielle est ainsi à base de la composition élastomérique.
[042] Par l'expression "à base de", il faut entendre que la composition comporte le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition pouvant ainsi être à l’état totalement ou partiellement réticulé ou à l’état non-réticulé.
[043] Par composition polymérique, on entend que la composition comprend au moins un polymère. De préférence, un tel polymère peut être un thermoplastique, par exemple un polyester ou un polyamide, un polymère thermodurcissable, un élastomère, par exemple du caoutchouc naturel, un élastomère thermoplastique ou un mélange de ces polymères [044] Par composition élastomérique, on entend que la composition comprend au moins un élastomère et au moins un autre composant. De préférence, la composition comprenant au moins un élastomère et au moins un autre composant comprend un élastomère, un système de réticulation et une charge. Les compositions utilisables pour ces nappes sont des compositions conventionnelles pour calandrage d’éléments filaires de renfort et comprennent un élastomère diénique, par exemple du caoutchouc naturel, une charge renforçante, par exemple du noir de carbone et/ou de la silice, un système de réticulation, par exemple un système de vulcanisation, de préférence comprenant du soufre, de l’acide stéarique et de l’oxyde de zinc, et éventuellement un accélérateur et/ou retardateur de vulcanisation et/ou divers additifs. L'adhésion entre les fils métalliques et la matrice dans laquelle ils sont noyés est assurée par exemple par un revêtement métallique, par exemple une couche de laiton. [045] Les valeurs des caractéristiques décrites dans la présente demande pour le câble extrait sont mesurées sur ou déterminées à partir de câbles extrait d’une matrice polymérique, notamment élastomérique, par exemple d’un pneumatique. Ainsi, par exemple sur un pneumatique, on retire la bande de matière radialement à l’extérieur du câble à extraire de façon à apercevoir le câble à extraire affleurer radialement de la matrice polymérique. Ce retrait peu se faire par décorticage au moyens de pinces et de couteaux ou bien par rabotage. Puis, on dégage l’extrémité du câble à extraire au moyen d’un couteau. Puis, on tire sur le câble de façon à l’extraire de la matrice en appliquant un angle relativement faible de façon à ne pas plastifier le câble à extraire. Les câbles extraits sont alors nettoyés soigneusement, par exemple au moyen d’un couteau, de façon à détacher les restes de matrice polymérique accrochés localement au câble et en prenant soin de ne pas dégrader la surface des fils métalliques.
[046] De préférence, l’allongement total At’ est tel que At’ > 5,20%.
[047] De préférence, l’indicateur d’énergie à rupture Er’ du câble (50) est supérieur ou égal à 40 MJ/m3.
[048] Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s’appliquent indifféremment au câble tel que défini ci-dessus et au câble extrait.
[049] Avantageusement, le câble est tel que les torons définissent une voûte interne du câble de diamètre Dv, chaque toron présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d’hélice Rt défini par Rt=Pe/(n x Sin(2ae)) avec Pe le pas de chaque toron exprimé en millimètres et ae l’angle d’hélice de chaque toron (54), dans lequel Dv, Dt et Rt étant exprimés en millimètres :25 < Rt / Dt < 180 et 0,10 < Dv / Dt < 0,50.
[050] Le câble selon l’invention présente une excellente compressibilité longitudinale et, toutes choses étant égales par ailleurs, un diamètre relativement faible.
[051] D’une part, les inventeurs à l’origine de l’invention émettent l’hypothèse que, du fait d’un rayon de courbure Rt suffisamment élevé par rapport au diamètre Dt de chaque toron, le câble est suffisamment aéré, réduisant ainsi le risque de flambement, du fait de l’éloignement relativement important de chaque toron de l’axe longitudinal du câble, éloignement permettant aux torons une accommodation, de par leur hélice, des déformations de compression longitudinale relativement élevées. Au contraire, le rayon de courbure Rt de chaque toron du câble de l’état de la technique étant relativement faible par rapport au diamètre Dt, les éléments filaires métalliques sont plus proches de l’axe longitudinal du câble et peuvent accommoder, de par leur hélice, des déformations de compression longitudinale bien moindres que le câble selon l’invention.
[052] D’autre part, pour un rayon de courbure Rt de chaque toron trop élevé, le câble selon l’invention présenterait une rigidité longitudinale en compression insuffisante pour assurer un rôle de renforcement, par exemple de pneumatiques.
[053] De plus, pour un diamètre Dv de voûte interne trop élevé, le câble présenterait, relativement au diamètre des torons, un diamètre trop élevé.
[054] Les valeurs des caractéristiques Dt, Dv et Rt ainsi que des autres caractéristiques décrites ci-dessous sont mesurées sur ou déterminées à partir des câbles soit directement après fabrication, c’est-à-dire avant toute étape de noyage dans une matrice élastomérique, soit extrait d’une matrice élastomérique, par exemple d’un pneumatique, et ayant alors subit une étape de nettoyage durant laquelle on retire du câble toute matrice élastomérique, notamment tout matériau présent à l’intérieur du câble. Pour garantir un état d’origine, l’interface adhésive entre chaque élément filaire métallique et la matrice élastomérique doit être supprimée, par exemple par procédé électro-chimique dans un bain de carbonate de sodium. Les effets associés à l’étape de conformation du procédé de fabrication du pneumatique décrits ci-dessous, notamment l’allongement des câbles, sont annulés par l’extraction de la nappe et du câble qui reprennent, lors de l’extraction, sensiblement leurs caractéristiques d’avant l’étape de conformation.
[055] La voûte du câble selon l’invention est délimitée par les torons et correspond au volume délimité par un cercle théorique, d’une part, radialement intérieur à chaque toron et, d’autre part, tangent à chaque toron. Le diamètre de ce cercle théorique est égal au diamètre de voûte Dv.
[056] L’angle d’hélice de chaque toron ae est une grandeur bien connue de l’homme du métier et peut être déterminé par le calcul suivant : tan ae = 2cp x Re/Pe, formule dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres dans lequel chaque toron est enroulé, Re est le rayon d’hélice de chaque toron exprimé en millimètres, et tan désigne la fonction tangente ae est exprimé en degrés.
[057] Le diamètre d’hélice De, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation De=Pe x Tan(ae) / p dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres auquel chaque toron est enroulé, ae est l’angle d’hélice de chaque toron déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente. Le diamètre d’hélice De correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres des torons de la couche dans un plan perpendiculaire à l’axe principal du câble.
[058] Le diamètre de voûte Dv, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dv=De- Dt dans laquelle Dt est le diamètre de chaque toron et De le diamètre d’hélice, tous deux exprimés en millimètres.
[059] Le rayon de courbure Rt, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Rt=Pe/(n x Sin(2ae)) dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres de chaque toron, ae est l’angle d’hélice de chaque toron et Sin la fonction sinus.
[060] On rappelle que le pas auquel chaque toron est enroulé est la longueur parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans lequel il se trouve, au bout de laquelle toron ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
[061] Avantageusement, le câble est tel que les éléments filaires métalliques définissent une voûte interne du toron de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d’hélice Rf défini par Rf=P/(n x Sin(2a)) avec P le pas de chaque élément filaire métallique exprimé en millimètres et a l’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique (F1), Dvt, Dfet Rf étant exprimés en millimètres, le câble satisfaisant les relations suivantes : 9 < Rf / Df < 30, et 1 ,30 < Dvt / Df < 4,50.
[062] La voûte de chaque toron est délimitée par les fils métalliques et correspond au volume délimité par un cercle théorique, d’une part, radialement intérieur à chaque élément filaire métallique et, d’autre part, tangent à chaque élément filaire métallique. Le diamètre de ce cercle théorique est égal au diamètre de voûte Dvt.
[063] L’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique a est une grandeur bien connue de l’homme du métier et peut être déterminé par le calcul suivant : tan a = 2cp x R/P, formule dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres dans lequel chaque toron est enroulé, R est le rayon d’hélice de chaque toron exprimé en millimètres, et tan désigne la fonction tangente a est exprimé en degrés.
[064] Le diamètre d’hélice Dh, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dh=P x Tan(a) / p dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres auquel chaque élément filaire métallique est enroulé, a est l’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente. Le diamètre d’hélice Dh correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres des éléments filaires métalliques de la couche dans un plan perpendiculaire à l’axe principal du câble.
[065] Le diamètre de voûte du toron Dvt, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dvt=Dh-Df dans laquelle Df est le diamètre de chaque élément filaire métallique et Dh le diamètre d’hélice, tous deux exprimés en millimètres.
[066] Le rayon de courbure Rf, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Rf=P/(n x Sin(2a)) dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres de chaque élément filaire métallique, a est l’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique et Sin la fonction sinus. [067] On rappelle que le pas auquel chaque élément filaire métallique est enroulé est la longueur parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans lequel il se trouve, au bout de laquelle l’élément filaire ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
[068] Les caractéristiques optionnelles décrites ci-dessous pourront être combinées les unes avec les autres dans la mesure où de telles combinaisons sont techniquement compatibles. [069] Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments filaires métalliques présentent le même diamètre Df.
[070] L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un câble comprenant :
- une étape de fabrication de N torons par :
- une étape de fourniture d’un assemblage transitoire comprenant une couche constituée de M’>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un noyau transitoire ;
- une étape de séparation de l’assemblage transitoire entre :
- un premier assemblage fractionné comprenant une couche constituée de M1’>1 fil(s) métallique(s) enroulé(s) en hélice, le ou les M1 ’ fil(s) métallique(s) étant issu(s) de la couche constituée de M’>1 fils métalliques de l’assemblage transitoire ,
- un deuxième assemblage fractionné comprenant une couche constituée de M2’>1 fils métalliques enroulés en hélice, les M2’ fils métalliques étant issus de la couche constituée de M’>1 fils métalliques de l’assemblage transitoire ,
- le noyau transitoire ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau transitoire ,
- une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné avec le deuxième assemblage fractionné pour former un toron à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques ;
- une étape d’assemblage des N torons par câblage pour former le câble.
[071] Chaque toron est fabriqué conformément à un procédé et en mettant en oeuvre une installation décrits dans les documents WO2016083265 et WO2016083267. Un tel procédé mettant en oeuvre une étape de fractionnement est à distinguer d’un procédé de câblage classique comprenant une unique étape d’assemblage dans lequel les éléments filaires métalliques sont enroulés en hélice, l’étape d’assemblage étant précédée d’une étape de préformation individuelle de chaque élément filaire métallique afin notamment d’augmenter la valeur de l’allongement structural. De tels procédés et installations sont décrits dans les documents EP0548539, EP1000194, EP0622489, WO2012055677, JP2007092259,
W02007128335, JPH06346386 ou encore EP0143767. Lors de ces procédés, afin d’obtenir l’allongement structural le plus élevé possible, on préforme individuellement les monofilaments métalliques. Toutefois, cette étape de préformation individuelle des monofilaments métalliques, qui nécessite une installation particulière, d’une part, rend le procédé relativement peu productif par rapport à un procédé dépourvu d’étape de préformation individuelle sans pour autant permettre d’atteindre des allongements structuraux élevés et, d’autre part, altère les monofilaments métalliques ainsi préformés en raison des frottements avec les outils de préformation. Une telle altération crée des amorces de ruptures en surface des monofilaments métalliques et est donc néfaste pour l’endurance des monofilaments métalliques, notamment pour leur endurance en compression. L’absence ou la présence de telles marques de préformation est observable au microscope électronique à l’issue du procédé de fabrication, ou bien plus simplement, en connaissant le procédé de fabrication du câble.
[072] En raison du procédé utilisé, chaque élément filaire métallique du câble est dépourvu de marque de préformation. De telles marques de préformation comprennent notamment des méplats. Les marques de préformations comprennent également des fissures s’étendant dans des plans de coupe sensiblement perpendiculaires à l’axe principal selon lequel s’étend chaque élément filaire métallique. De telles fissures s’étendent, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l’axe principal, depuis une surface radialement externe de chaque élément filaire métallique radialement vers l’intérieur de chaque élément filaire métallique. Comme décrits ci-dessus, de telles fissures sont initiées par les outils mécaniques de préformation en raison des efforts en flexion, c’est-à-dire perpendiculairement à l’axe principal de chaque élément filaire métallique, ce qui les rend très néfastes pour l’endurance. A l’inverse, dans le procédé décrit dans WO2016083265 et WO2016083267 dans lequel les éléments filaires métalliques sont préformés collectivement et simultanément sur un noyau transitoire, les efforts de préformations sont exercés en torsion et donc non perpendiculairement à l’axe principal de chaque élément filaire métallique. Les éventuelles fissures créées s’étendent non pas radialement depuis la surface radialement externe de chaque élément filaire métallique radialement vers l’intérieur de chaque élément filaire métallique mais le long de la surface radialement externe de chaque élément filaire métallique ce qui les rend peu néfastes pour l’endurance.
[073] Avantageusement, le câble présente un diamètre D tel que D < 6,00 mm et de préférence D < 5,00 mm.
[074] Le diamètre ou diamètre apparent, noté D, est mesuré en calant le câble entre deux barreaux parfaitement rectilignes de longueur 200 mm et en mesurant l’espacement dans lequel le câble est enchâssé moyennant le comparateur décrit ci- après on peut citer par exemple le modèle JD50/25 de la marque KAEFER permettant d’atteindre une précision de 1/100 de millimètre, équipé de touche type a, et ayant une pression de contact proche de 0,6N. Le protocole de mesure consiste en trois répétitions d’une série de trois mesures (effectuées perpendiculairement à l’axe du câble et sous tension nulle)
[075] Dans un mode de réalisation, chaque élément filaire métallique comprend un unique monofilament métallique. Ici, chaque élément filaire métallique est avantageusement constitué d’un monofilament métallique. Dans une variante de ce mode de réalisation, le monofilament métallique est directement revêtu d’une couche d’un revêtement métallique comprenant du cuivre, du zinc, de l’étain, du cobalt ou un alliage de ces métaux, par exemple le laiton ou le bronze. Dans cette variante, chaque élément filaire métallique est alors constitué du monofilament métallique, par exemple en acier, formant une âme, directement revêtu de la couche de revêtement métallique.
[076] Dans ce mode de réalisation, chaque monofilament élémentaire métallique est, comme décrit-ci-dessus, de préférence en acier, et présente une résistance mécanique allant de 1000 MPa à 5000 MPa. De telles résistances mécaniques correspondent aux grades d’acier couramment rencontrés dans le domaine du pneumatique, à savoir, les grades NT (Normal Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT (Ultra Tensile), UHT (Ultra High Tensile) et MT (Mega Tensile), l'utilisation de résistances mécaniques élevées permettant éventuellement un renforcement amélioré de la matrice dans laquelle le câble est destiné à être noyé et un allègement de la matrice ainsi renforcée.
[077] Avantageusement, la couche est constituée de N torons enroulés en hélice, N va de 2 à 6.
[078] Le procédé d’assemblage des N torons est mis en oeuvre par câblage. Par câblage, on entend que les torons ne subissent pas de torsion autour de leur propre axe, en raison d'une rotation synchrone avant et après le point d'assemblage. Ceci a pour avantage principal d’augmenter la ductilité des câbles mais aussi d’aller chercher une force à rupture plus importante que celles des torons opencord seuls.
[079] Dans un premier mode de réalisation permettant un réassemblage partiel des M’ éléments filaires métalliques, l’étape de séparation et l’étape de réassemblage sont réalisées de sorte que M1 ’+M2’<M’.
[080] Dans un deuxième mode de réalisation permettant un réassemblage total des M’ éléments filaires métalliques, l’étape de séparation et l’étape de réassemblage sont réalisées de sorte que M1 ’+M2’=M’.
[081] Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s’appliquent indifféremment au procédé des premier et deuxième modes tel que défini ci-dessus.
[082] De préférence, M= MT+M2’ va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
[083] Avantageusement, afin de faciliter la sortie du noyau transitoire dans les modes de réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties allant chacune avec les premier et deuxième assemblages fractionnés:
- M1 ’=1 , 2 ou 3 et M2’=1 ,2 ou 3 dans les cas où M’=4 ou M’=5 et
- MT < 0,75 x M’ dans les cas où M’>6.
- M2’ < 0,75 x M’ dans les cas où M’>6. [084] Afin de faciliter encore davantage la sortie du noyau transitoire dans les modes de réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties allant chacune avec les premier et deuxième assemblages dans les cas où M’>6, M1 ’ < 0,70 x M’ et M2’ < 0,70 x
M’.
[085] De façon très préférentielle, l’étape de fourniture de l’assemblage transitoire comprend une étape d’assemblage par retordage des M’>1 éléments filaires métalliques enroulés en hélice autour du noyau transitoire.
[086] Avantageusement, l’étape de fourniture de l’assemblage transitoire comprend une étape d’équilibrage de l’assemblage transitoire. Ainsi, l’étape d’équilibrage étant réalisée sur l’assemblage transitoire comprenant les M’ éléments filaires métalliques et le noyau transitoire, l’étape d’équilibrage est implicitement réalisée en amont de l’étape de séparation entre les premier et deuxième assemblages fractionnés. On évite d’avoir à gérer la torsion résiduelle imposée lors de l’étape d’assemblage de l’assemblage transitoire lors du trajet des différents assemblages en aval de l’étape d’assemblage, notamment dans les moyens de guidage, par exemple les poulies.
[087] Avantageusement, le procédé comprend une étape d’équilibrage de l’assemblage final en aval de l’étape de réassemblage.
[088] Avantageusement, le procédé comprend une étape d’entretien de la rotation de l’assemblage final autour de sa direction de défilement. On réalise cette étape d’entretien de la rotation en aval de l’étape de séparation de l’assemblage transitoire et en amont de l’étape d’équilibrage de l’assemblage final.
[089] De préférence, le procédé est dépourvu d’étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques. Dans les procédés de l’état de la technique utilisant une étape de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques, ces derniers se voient imposés une forme par des outils de préformation, par exemple des galets, ces outils créant des défauts à la surface des éléments filaires métalliques. Ces défauts réduisent notablement l’endurance des éléments filaires métalliques et donc de l’assemblage final.
[090] De façon très préférée, le noyau transitoire est un élément filaire métallique. Dans un mode de réalisation préféré, le noyau transitoire est un monofilament métallique. Ainsi, on contrôle très précisément le diamètre de l’espace entre les éléments filaires métalliques et donc les caractéristiques géométriques de l’assemblage final au contraire d’un noyau transitoire réalisé dans un matériau textile, par exemple polymérique, dont la compressibilité peut engendrer des variations des caractéristiques géométriques de l’assemblage final.
[091] Dans d’autres modes de réalisation également avantageux, le noyau transitoire est un élément filaire textile. Un tel élément filaire textile comprend au moins un brin textile multifilamentaires ou, en variante, est constitué d’un monofilament textile. Les filaments textiles pouvant être utilisés sont choisis parmi les polyesters, les polycétones, les polyamides aliphatiques ou aromatiques et les mélanges de filaments textiles de ces matériaux. Ainsi, on réduit les risques de casse du noyau transitoire engendrés par les frottements des éléments filaires métalliques sur le noyau transitoire ainsi que par les torsions imposées au noyau transitoire.
[092] PRODUIT RENFORCE SELON L’INVENTION
[093] L’invention a également pour objet un produit renforcé comprenant une matrice polymérique et au moins un câble extrait tel que défini ci-dessus.
[094] Avantageusement, le produit renforcé comprend un ou plusieurs câbles selon l’invention noyés dans la matrice polymérique, et dans le cas de plusieurs câbles, les câbles sont agencés côte à côte selon une direction principale.
[095] PNEUMATIQUE SELON L’INVENTION
[096] L’invention a également pour objet un pneumatique comprenant au moins un câble extrait tel que défini ci-dessus ou un produit renforcé tel que défini ci-dessus.
[097] De préférence, le pneumatique comporte une armature de carcasse ancrée dans deux bourrelets et surmontée radialement par une armature de sommet elle-même surmontée d'une bande de roulement, l’armature de sommet étant réunie auxdits bourrelets par deux flancs et comportant au moins un câble tel que défini ci-dessus.
[098] Dans un mode de réalisation préféré, l’armature de sommet comprend une armature de protection et une armature de travail, l’armature de travail comprenant au moins un câble tel que défini ci-dessus, l’armature de protection étant radialement intercalée entre la bande de roulement et l’armature de travail.
[099] Le câble est tout particulièrement destiné à des véhicules industriels choisis parmi des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, autres véhicules de transport ou de manutention.
[0100] De manière préférentielle, le pneumatique est pour véhicule de type génie civil. Ainsi, le pneumatique présente une dimension dans laquelle le diamètre, en pouces, du siège de la jante sur laquelle le pneumatique est destiné à être monté est supérieur ou égal à 30 pouces. [0101] L’invention concerne également un article de caoutchouc comprenant un assemblage selon l’invention, ou un assemblage imprégné selon l’invention. Par article de caoutchouc, on entend tout type d’article de caoutchouc tel qu’un ballon, un objet non pneumatique tel qu’un bandage non pneumatique, une bande transporteuse ou une chenille.
[0102] L’invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui vont suivre, donnés uniquement à titre d’exemples non limitatifs et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d’un pneumatique selon l’invention ;
- la figure 2 est une vue de détails de la zone II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe d’un produit renforcé selon l’invention ;
- la figure 4 illustre une partie de la courbe contrainte-allongement d’un câble (50) selon l’invention ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe perpendiculaire à l’axe du câble (supposé rectiligne et au repos) d’un câble (50) selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 d’un câble (60) selon un deuxième mode de réalisation l’invention ;
- la figure 7 est une représentation schématique de l’effet de la déformabilité du câble (50) de la figure 5 sous faible charge de traction grâce au jeu radial des fils ; et les figures 8 et 9 sont des représentations schématiques du procédé selon l’invention permettant de fabriquer le câble (50) de la figure 5.
[0103] EXEMPLE DE PNEUMATIQUE SELON L’INVENTION
[0104] Dans les figures 1 et 2, on a représenté un repère X, Y, Z correspondant aux orientations habituelles respectivement axiale (X), radiale (Y) et circonférentielle (Z) d’un pneumatique.
[0105] Le « plan circonférentiel médian » M du pneumatique est le plan qui est normal à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renfort de chaque bourrelet.
[0106] On a représenté sur les figures 1 et 2 un pneumatique selon l’invention et désigné par la référence générale P.
[0107] Le pneumatique P est pour véhicule lourd de type génie civil, par exemple de type « dumper ». Ainsi, le pneumatique P présente une dimension de type 53/80R63.
[0108] Le pneumatique P comporte un sommet 12 renforcé par une armature de sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une structure annulaire, ici une tringle 20. L’armature de sommet 14 est surmontée radialement d'une bande de roulement 22 et réunie aux bourrelets 18 par les flancs 16. Une armature de carcasse 24 est ancrée dans les deux bourrelets 18, et est ici enroulée autour des deux tringles 20 et comprend un retournement 26 disposé vers l'extérieur du pneumatique 20 qui est ici représenté monté sur une jante 28. L’armature de carcasse 24 est surmontée radialement par l’armature de sommet 14.
[0109] L'armature de carcasse 24 comprend au moins une nappe de carcasse 30 renforcée par des câbles de carcasse radiaux (non représentés). Les câbles de carcasse sont agencés sensiblement parallèlement les uns aux autres et s'étendent d’un bourrelet 18 à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian M (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14).
[0110] Le pneumatique P comprend également une nappe d’étanchéité 32 constituée d’un élastomère (communément appelée gomme intérieure) qui définit la face radialement interne 34 du pneumatique P et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse 30 de la diffusion d’air provenant de l’espace intérieur au pneumatique P.
[0111] L’armature de sommet 14 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur du pneumatique P, une armature de protection 36 agencée radialement à l’intérieur de la bande de roulement 22, une armature de travail 38 agencée radialement à l’intérieur de l’armature de protection 36 et une armature additionnelle 40 agencée radialement à l’intérieur de l’armature de travail 38. L’armature de protection 36 est ainsi radialement intercalée entre la bande de roulement 22 et l’armature de travail 38. L’armature de travail 38 est radialement intercalée entre l’armature de protection 36 et l’armature additionnelle 40.
[0112] L’armature de protection 36 comprend des première et deuxième nappes de protection 42, 44 comprenant des câbles métalliques de protection, la première nappe 42 étant agencée radialement à l’intérieur de la deuxième nappe 44. De façon optionnelle, les câbles métalliques de protection font un angle au moins égal à 10°, de préférence allant de 10° à 35° et préférentiellement de 15° à 30° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique.
[0113] L’armature de travail 38 comprend des première et deuxième nappes de travail 46, 48, la première nappe 46 étant agencée radialement à l’intérieur de la deuxième nappe 48. Chaque nappe 46, 48 comprend au moins un câble 50. De façon optionnelle, les câbles métalliques 50 de travail sont croisés d’une nappe de travail à l’autre et font un angle au plus égal à 60°, de préférence allant de 15° à 40° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique.
[0114] L’armature additionnelle 40, également appelée bloc limiteur, dont la fonction est de reprendre en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, comprend, par exemple et de façon connue en soi, des éléments de renfort métalliques additionnels, par exemple tels que décrits dans FR 2 419 181 ou FR 2 419 182 faisant un angle au plus égal à 10°, de préférence allant de 5° à 10° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique P.
[0115] EXEMPLE DE PRODUIT RENFORCE SELON L’INVENTION [0116] On a représenté sur la figure 3 un produit renforcé selon l’invention et désigné par la référence générale R. Le produit renforcé R comprend au moins un câble 50’, en l’espèce plusieurs câbles 50’, noyés dans la matrice polymérique Ma.
[0117] Sur la figure 3, on a représenté la matrice polymérique Ma, les câbles 50’ dans un repère X, Y, Z dans lequel la direction Y est la direction radiale et les directions X et Z sont les directions axiale et circonférentielle. Sur la figure 3, le produit renforcé R comprend plusieurs câbles 50 agencés côte à côte selon la direction principale X et s’étendant parallèlement les uns aux autres au sein du produit renforcé R et noyés collectivement dans la matrice polymérique Ma.
Ici, la matrice polymérique Ma est une matrice élastomérique à base d’une composition élastomérique.
[0118] CABLE SELON UN PREMIER MODE DE REALISATION DE L’INVENTION [0119] On a représenté sur la figure 5 le câble 50 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[0120] Chaque élément de renfort de protection 43, 45 et chaque élément de renfort de frettage 53, 55 est formé, après extraction du pneumatique 10, par un câble extrait 50’ tel que décrit ci-dessous. Le câble 50 est obtenu par noyage dans une matrice polymérique, en l’espèce dans une matrice polymérique formant respectivement chaque matrice polymérique de chaque nappe de protection 42, 44 et de chaque couche de frettage 52, 54 dans laquelle sont noyés respectivement les éléments de renfort de protection 43, 45 et de frettage 53, 55. [0121] Le câble 50 et le câble extrait 50’ sont métalliques à une seule couche.
[0122] Le câble 50 ou le câble 50’ comprend une couche de structure 1xN comprenant une unique couche 52 de N = 3 torons 54 enroulés en hélice autour d’un axe principal (A), chaque toron 54 étant à une couche 56 de fils métalliques F1 et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un axe (B), avec ici M=5.
[0123] Comme décrit précédemment, on détermine la valeur At en traçant une courbe contrainte-allongement du câble 50 en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014.
[0124] Le câble 50 présente un allongement total At > 8,10 %, de préférence At > 8,30 % et plus préférentiellement At > 8,50% et l’allongement total At < 20,00 % et de préférence At < 16, 00%. ici At=13,4%.
[0125] Comme décrit précédemment, de cette courbe contrainte allongement, on en déduit l’aire sous cette courbe. On a représenté sur la figure 4 la méthode des rectangles pour déterminer l’indicateur d’énergie à rupture du câble 50. rAt
[0126] L’indicateur d’énergie à rupture Er du câble 50 est tel que =Er = J0 s(Aί) x dAi qui est sensiblement égal à åo¾,4% l/2( s(Aί) + s(Aί + 1)) x 0,025%= 89 MJ/m3 qui est strictement supérieur à 52 MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à 55 MJ/m3et inférieur ou égal à 200 MJ/m3et de préférence inférieur ou égal à 150 MJ/m3.
[0127] Le câble 50 présente un allongement structural As tel que As > 4,30%, de préférence As > 4,50% et plus préférentiellement As > 4,60% et tel que As < 10,0 % et de préférence As < 9,50%. Ici As=9,3%.
[0128] Le câble 50 présente un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa. Ici E1=4,0 GPa
[0129] Le câble 50 présente un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa. Ici E2=73 GPa. [0130] Le câble extrait 50’ présente un allongement total At’ > 5,00 % et de préférence At’ > 5,20 %. Ici At’=10,0%.
[0131] L’indicateur d’énergie à rupture Er’ du câble extrait 50’ est tel que Er' = x dAi qui est sensiblement égal à l/2( s(Aί) + s(Aί + 1)) x 0,025%= 82 MJ/m3 qui est strictement supérieur à 35 MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à 40 MJ/m3. [0132] Les torons 54 définissent une voûte interne 59 des câbles 50 ; 50’ de diamètre Dv, chaque toron 54 présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d’hélice Rt défini par Rt=Pe/(T x Sin(2ae))= 80/( p x sin(2 x 5,3 x TT /180)= 138 mm.
[0133] Rt / Dt = 138 / 2,03 = 68 < 180 et 68 > 25.
[0134] Dv / Dt = 0,32/ 2,03= 0,16 < 0,50 et 0,16 > 0,10.
[0135] Les éléments filaires métalliques F1 de chaque toron 52 définissent une voûte interne 58 du toron 52 de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique F1 présente un diamètre Df et un rayon de courbure d’hélice Rf défini par Rf=P/(n x Sin(2a))= 10,4/( p x sin(2 x 25,8 x p /180)= 4,2 mm.
[0136] Rf / Df = 4,2/ 0,46= 9 < 30.
[0137] Dvt / Df = 1 ,12/0,46= 2,46 < 4,50 et 2,46 > 1 ,30.
[0138] PROCEDE DE FABRICATION DU CABLE SELON L’INVENTION
[0139] Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de fabrication du câble multi- torons 50 tel que représenté sur les figures 8 et 9.
[0140] Tout d’abord, on déroule les éléments filaires F1 et le noyau transitoire 16 depuis les moyens d’alimentation.
[0141] Puis, le procédé comprend une étape 100 de fourniture de l’assemblage transitoire 22 comprenant d’une part une étape d’assemblage par retordage des M’ éléments filaires métalliques F1 en une unique couche de M’ éléments filaires métalliques F1 autour du noyau transitoire 16 et d’autre part, une étape d’équilibrage de l’assemblage transitoire 22 réalisée grâce à un twister.
[0142] Le procédé comprend une étape 110 de séparation de l’assemblage transitoire 22 entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau transitoire 16, ici le noyau transitoire 16.
[0143] En aval des moyens de fourniture 11 , l’étape de séparation 110 de l’assemblage transitoire 22 entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 comprend une étape 120 de séparation de l’assemblage transitoire 22 entre l’ensemble précurseur, le deuxième assemblage fractionné 27 et enfin le noyau transitoire 16.
[0144] En aval de l’étape de séparation 122, l’étape de séparation 120 de l’assemblage transitoire entre l’ensemble précurseur et l’ensemble fractionné comprend une étape 124 de séparation de l’ensemble fractionné entre le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16. Ici, l’étape de séparation 124 comprend une étape de fractionnement de l’ensemble fractionné en le deuxième assemblage fractionné 27, le noyau transitoire 16 et l’ensemble complémentaire.
[0145] En aval de l’étape de fourniture 100, l’étape de séparation 110 de l’assemblage transitoire entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 comprend une étape 130 de séparation de l’ensemble précurseur entre le premier assemblage fractionné 25 et l’ensemble complémentaire.
[0146] En aval des étapes de séparation 110, 120, 124 et 130, le procédé comprend une étape 140 de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le deuxième assemblage fractionné 27 pour former le toron 54. Dans ce mode de réalisation, l’étape de réassemblage 140 est une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le deuxième assemblage fractionné 27 pour former le toron 54 et comprenant M>1 fils métalliques F 1 , avec M va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15, ici M=5.
[0147] Dans ce mode de réalisation, l’étape de fourniture 100, l’étape de séparation 110 et l’étape de réassemblage 140 sont réalisées de sorte que tous les M’ éléments filaires métalliques F1 présentent le même diamètre Df, sont enroulés en hélice selon le même pas P et présentent le même rayon de courbure d’hélice Rf décrits précédemment.
[0148] Dans ce mode de réalisation permettant un réassemblage partiel des M’ éléments filaires métalliques, l’étape de séparation 110 et l’étape réassemblage 140 sont réalisées de sorte que M1’+M2’<M’. Ici M1 ’ =1 et M2’=4, M1 ’+M2’=5<8. On notera enfin que M1’ < 0,70 x M’ =0,70 x 8= 5,6 et M2’ < 0,70 x M’ =0,70 x 8= 5,6.
[0149] On réalise une étape d’équilibrage final.
[0150] Enfin, on stocke le toron 54 sur une bobine de stockage. On fabrique de la même façon N torons 54.
[0151] Concernant le noyau transitoire 16, le procédé comprend une étape de recyclage du noyau transitoire 16. Durant cette étape de recyclage, on récupère le noyau transitoire 16 en aval de l’étape de séparation 110, ici en aval de l’étape de séparation 124, et on introduit le noyau transitoire 16 récupéré précédemment en amont de l’étape d’assemblage. Cette étape de recyclage est continue.
[0152] On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d’étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques F1 .
[0153] On réalise une étape 300 d’assemblage des N torons 54 par câblage pour former le câble 50. Ici N=3.
[0154] On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d’étapes de préformation individuelle de chacun des torons 54. [0155] CABLE SELON UN DEUXIEME MODE DE REALISATION DE L’INVENTION [0156] On a représenté sur la figure 6 le câble 60 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[0157] A la différence du premier mode de réalisation décrit précédemment, le câble 60 selon le deuxième mode de réalisation est tel que N =4.
[0158] On a résumé dans les tableaux 1 , 2 et 3 ci-dessous les caractéristiques pour les différents câbles 50, 50’, 60, 60’, 51 , 52, 53, 53’, 54 selon l’invention et pour les câbles de l’état de la technique EDT1 , EDT1 ’, EDT2 et EDT2’.
[0159] TESTS COMPARATIFS
[0160] Evaluation de l’allongement total et de l’indicateur d’énergie à rupture des câbles [0161] On a tracé les courbes contrainte-allongement des câbles en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 et on a déterminé l’allongement total et l’indicateur d’énergie à rupture pour les différents câbles 50, 50’, 60, 60’, 51 , 52, 53, 53’, 54 selon l’invention et pour les câbles de l’état de la technique EDT1 , EDT1 ’, EDT2 et EDT2’.
[0162] Dans le tableau 3, la mention « NA » signifie que la grandeur n’a pas été mesurée. [0163] [Tableau 1]
[0164] [Tableau 2]
[0165] [Tableau 3]
[0166] Les tableaux 1 , 2 et 3 montrent que, les câbles 50, 50’, 60, 60’, 51 , 52, 53, 53’, 54 selon l’invention présentent à la fois un indicateur d’énergie à rupture amélioré et présentent une meilleure déformabilité par rapport aux câbles de l’état de la technique EDT 1 , EDT 1 ’, EDT2 et EDT2’.
[0167] Ainsi, les câbles selon l’invention permettent de résoudre les problèmes évoqués en préambule.
[0168] L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Câble (50) multi-torons présentant une structure 1xN comprenant une unique couche (52) de N torons (54) enroulés en hélice autour d’un axe principal (A), chaque toron (54) étant à une couche (56) de fils métalliques (F1 ) et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un axe (B), caractérisé en ce que :
- le câble (50) présente un allongement total At > 8,10 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 ; et rAt
- l’indicateur d’énergie à rupture Er du câble (50) défini par Er = J0 s( ί) x dAi avec s( ί) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l’allongement Ai et dAi étant l’allongement tel que Er est strictement supérieur à 52 MJ/m3.
2. Câble (50) selon la revendication précédente, dans lequel l’allongement total At > 8,30 % et de préférence At > 8,50%.
3. Câble (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’indicateur d’énergie à rupture Er du câble (50) est supérieur ou égal à 55 MJ/m3.
4. Câble (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As > 4,30%, de préférence As > 4,50% et plus préférentiellement As > 4,60%.
5. Câble (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa.
6. Câble (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa.
7. Câble extrait (50’) d’une matrice polymérique, le câble extrait (50’) présentant structure 1xN comprenant une unique couche (52) de N torons (54) enroulés en hélice autour d’un axe principal (A), chaque toron (54) étant à une couche (56) de fils métalliques (F1) et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d’un axe (B), caractérisé en ce que :
- le câble extrait (50’) présente un allongement total At’ > 5,00 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014,
- l’indicateur d’énergie à rupture Er’ du câble extrait (50’) défini par Er' s(Aί) x dAi avec s(4ί) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l’allongement Ai et dAi étant l’allongement tel que Er’ est strictement supérieur à 35 MJ/m3.
8. Câble extrait (50’) selon la revendication précédente, dans lequel l’allongement total At’ est tel que At’ > 5,20%.
9. Câble extrait (50’) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l’indicateur d’énergie à rupture Er’ du câble (50) est supérieur ou égal à 40 MJ/m3
10. Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les torons (54) définissent une voûte interne (59) du câble (50 ; 50’) de diamètre Dv, chaque toron (54) présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d’hélice Rt défini par Rt=Pe/(n x Sin(2ae)) avec Pe le pas de chaque toron exprimé en millimètres et ae l’angle d’hélice de chaque toron (54), Dv, Dt et Rt étant exprimés en millimètres, le câble (50 ; 50’) satisfaisant les relations suivantes : 25 < Rt / Dt < 180 et 0,10 < Dv / Dt < 0,50.
11. Câble (50 ; 50’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments filaires métalliques (F1) définissant une voûte interne (58) du toron (52) de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique (F1) présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d’hélice Rf défini par Rf=P/(n x Sin(2a)) avec P le pas de chaque élément filaire métallique exprimé en millimètres et a l’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique (F1), Dvt, Df et Rf étant exprimés en millimètres, le câble satisfaisant les relations suivantes : 9 < Rf / Df < 30, et 1 ,30 < Dvt / Df < 4,50.
12. Procédé de fabrication d’un câble (50) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et 10 et 11 , caractérisé en ce qu’il comprend :
-une étape de fabrication (200) de N torons (54) par :
- une étape (100) de fourniture d’un assemblage transitoire (22) comprenant une couche constituée de M’>1 fils métalliques (F1) enroulés en hélice autour d’un noyau transitoire (16) ;
- une étape (110) de séparation de l’assemblage transitoire (22) entre :
- un premier assemblage fractionné (25) comprenant une couche (26) constituée de M1’>1 fil(s) métallique(s) (F1) enroulé(s) en hélice, le ou les M1’ fil(s) métallique(s) (F1) étant issu(s) de la couche constituée de M’>1 fils métalliques (F1) de l’assemblage transitoire (22),
- un deuxième assemblage fractionné (27) comprenant une couche (28) constituée de M2’>1 fils métalliques (F1) enroulés en hélice, les M2’ fils métalliques (F1) étant issus de la couche constituée de M’>1 fils métalliques (F1) de l’assemblage transitoire (22),
- le noyau transitoire (16) ou un ou plusieurs ensembles (83) comprenant le noyau transitoire
(16),
- une étape (140) de réassemblage du premier assemblage fractionné (25) avec le deuxième assemblage fractionné (27) pour former un toron (52) à une couche de fils métalliques (F1 ) et comprenant M>1 fils métalliques (F1) ;
- une étape d’assemblage (300) des N torons (54) par câblage pour former le câble (50).
13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel M va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
14. Produit renforcé (R), caractérisé en ce qu’il comprend une matrice polymérique (Ma) et au moins un câble extrait (50’) selon l’une quelconque des revendications 7 à 11.
15. Pneumatique (P), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un câble extrait (50’) selon l’une quelconque des revendications 7 à 11 ou un produit renforcé selon la revendication 14.
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