LU100247B1 - Fil hybride retors simple de renfort de nappe sommet - Google Patents

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Abstract

La présente invention se rapporte à un fil (1) hybride de renfort de nappe sommet qui est situé entre la bande de roulement et l'ensemble de ceinture spécialement dans des pneumatiques radiaux pour véhicules légers, qui améliore la durabilité à grande vitesse du pneumatique en utilisant des fils de polyamide (N)/polyester (P), et qui offre une économie de carburant en diminuant la résistance au roulement.

Description

FIL HYBRIDE RETORS SIMPLE DE RENFORT DE NAPPE SOMMET
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un fil hybride retors simple de renfort de nappe sommet qui est amélioré afin d’améliorer la performance à grande vitesse des pneumatiques gonflables radiaux utilisés dans des véhicules à moteur, qui est enroulé entre la bande de roulement et la couche de ceinture, et qui est formé par torsion de fils avec des propriétés différentes ensemble.
Arrière-plan de l’invention
Les pneumatiques pour véhicules qui sont utilisés en compressant de l’air à l’intérieur sont appelés pneumatiques gonflables pour véhicules, et ils sont couramment utilisés dans des véhicules à moteur. Les pneumatiques gonflables sont classés par l’angle décrit par les câblés formant la texture d’étoffe de carcasse formant le pneumatique avec le plan équatorial des câblés. Le pneumatique obtenu par les câblés décrivant un angle de 65-90° avec le plan équatorial du pneumatique est appelé pneumatique radial pour véhicules.
Dans les ensembles de ceinture présents dans les pneumatiques radiaux pour véhicules légers utilisés aujourd’hui, il y a au moins deux couches de ceinture croisées, et une couche de renfort de nappe sommet textile enroulée en spirale dans une direction circonférentielle sur la ceinture. Les couches de ceinture croisées comprenant des câblés d’acier fournissent la rigidité latérale et circonférentielle requise pour la performance de pneumatique. La fonction de la couche de nappe sommet est de diminuer la dilatation de pneumatique causée par, dans le diamètre intérieur de pneumatique, la force centrifuge survenant à grande vitesse, et diminuer les mouvements pantographiques entre les couches de ceinture après ladite dilatation, évitant ainsi des séparations de bords de ceinture et améliorant la performance de pneumatique. C’est la pression radiale (force de retenue) appliquée par la couche de nappe sommet sur l’ensemble de ceinture sous des conditions dynamiques qui lui permet d’améliorer la performance de pneumatique. Les deux propriétés importantes permettant à ladite force d’être efficace sont le module et la force de retrait thermique des renforts textiles à la température de service. Outre cela, après le processus de vulcanisation du pneumatique, une contrainte/tension permanente survenant sur les câblés de renfort de nappe sommet en résultat d’un refroidissement peut être considérée comme le troisième facteur.
Dans la technique courante, des applications de câblés de nylon, de polyester et hybrides peuvent être données comme exemple pour des types de renforts utilisés dans des applications de nappe sommet.
Dans la technique courante, un nylon 6.6 est utilisé en étant enroulé comme un fil/câblé simple ou des bandes constituées de fils ou de câblés parallèles sur l’ensemble de ceinture acier de telle sorte qu’il décrira un angle de 0-5° avec le plan équatorial comme une couche unique ou une pluralité de couches dans des constructions de fils et de câblés telles que 940x1, 1400x1, 940x2, 1400x2, 1880x2 et 2100x1 en fonction de la classe de vitesse du pneumatique. Lorsque du nylon 6.6 est appliqué comme polymère, le module de câblé diminue à une température accrue à grandes vitesses, tandis que la force de retrait thermique augmente, et ainsi elle peut compenser la différence due à la diminution de module. En outre, le matériau de nylon 6.6 ayant une résistance élevée à la fatigue et une excellente adhérence au caoutchouc sont des avantages lui permettant d’être couramment utilisé dans une couche de renfort de nappe sommet.
Dans les pneumatiques grande vitesse, lorsqu’un fil de nylon 6.6 est utilisé dans une construction 940x2, la densité de câblés est augmentée afin de ne pas augmenter le nombre de couches au-delà de deux, à l’exclusion des bandes additionnelles de bords de ceinture. La densité de câblés est définie avec le nombre de câblés dans 10 cm, et est appelée « epdm ». Cette densité est augmentée jusqu’à 160 epdm dans plusieurs cas. Dans ce cas, la zone de rivetage est diminuée, et ainsi la pénétration de caoutchouc entre les câblés devient difficile. L’insuffisance de la pénétration diminue l’adhérence dynamique entre les câblés.
Une autre application consiste à utiliser un fil de nylon 6.6 dans une construction 1400x2 dans des pneumatiques grande vitesse. Dans ce mode de réalisation, le poids total de couches augmente du fait de l’épaisseur de câblés, et cela fait que le poids du pneumatique augmente, ainsi que la consommation de carburant. En même temps, la résistance au roulement du pneumatique augmente en fonction de la quantité accrue de caoutchouc.
Un autre produit utilisé dans des couches de renfort de nappe sommet est un polyester. Spécialement, le polyftéréphtalate d’éthylène) (PET) est préféré dans différentes constructions du fait de son module élevé. Cependant, le module du PET chute significativement à haute température, tandis que l’adhérence du câblé sur le caoutchouc diminue du fait de la dégradation thermique. De plus, la résistance à la fatigue du PET sous flexion et compression est plus faible par rapport au fil de nylon 6.6, cependant c’est un matériau bien meilleur marché.
Dans la technique courante, dans les pneumatiques grande vitesse, spécialement des câblés hybrides aramide/nylon 6.6 sont couramment utilisés. L’avantage de ce mode de réalisation est qu’il peut être utilisé comme une couche unique, que la zone de rivetage est suffisamment large, et que la quantité totale de caoutchouc sur la couche de renfort de nappe sommet est réduite. Il vise à diminuer la consommation de carburant avec une quantité diminuée de caoutchouc. En outre, il peut facilement être traité puisqu’il a un module initial bas, et il améliore également efficacement la performance à grande vitesse du pneumatique puisqu’il a un module élevé après traitement. Cependant, il est beaucoup plus onéreux que le nylon 6.6 et le polyester. Les documents de brevet n° US6533012 et US6799618 peuvent être donnés comme exemples pour les brevets dévoilant l’application de câblés hybrides aramide/nylon comme renfort de nappe sommet.
Outre les applications susmentionnées, dans les documents de brevet n° US8640753 et US8813467, se rapportant à l’utilisation de fils hybrides comme renfort de nappe sommet dans le pneumatique, il est dévoilé que les fils hybrides obtenus par mélange des fils avec des modules élevé et bas sans torsion sont utilisés dans des pneumatiques haute performance. Cependant, dans le processus de mélange desdits filaments de fil les uns avec les autres, le fil peut perdre de la ténacité. Dans l’application dévoilée dans le document de brevet n° US7165586, les câblés obtenus en utilisant des fils composés de filaments incluant un mélange de nylon et de PET (par exemple la partie médiane de chaque filament est du PET, et la surface est du nylon) sont utilisés comme renfort dans les pneumatiques. Dans ledit document, chaque filament formant les fils comprend un mélange de polyester et de nylon. Dans le document de brevet n° US7572745, la construction de fils hybrides comprend des fils d’aramide co-para et méta, et elle est utilisée dans la technologie des tuyaux souples. Les fils hybrides d’aramide co-para et méta étant ensemble augmente la résistance à la fatigue et la résistance à l’éclatement du tuyau souple. Dans ce document, il est dévoilé seulement que des fils d’aramide peuvent être utilisés, et il n’est pas dévoilé que différents types de fils peuvent être retordus ensemble. De plus, du fait du module initial de l’aramide étant trop élevé (ils peuvent entrer en contact avec des câblés acier sur la couche de ceinture en coupant le caoutchouc sur la ceinture du fait de valeurs élevées d’allongement/relèvement et contrainte de 2-3%), ils ne peuvent pas être utilisés comme couche de renfort de nappe sommet dans la technologie des pneumatiques, pour cette raison il n’est mentionné que leur utilisation dans un tuyau souple.
Les avantages et inconvénients des applications dans la technique courante utilisée dans une couche de renfort de nappe sommet sont mentionnés ci-dessus. Dans aucune de ces applications, l’utilisation de fils hybrides obtenus par torsion simple de différents fils dans une couche de renfort n’est mentionnée. Résumé de l’invention
Le but de la présente invention est de proposer un fil hybride retors de renfort de nappe sommet qui forme la couche située entre la bande de roulement et l’ensemble de ceinture dans des pneumatiques radiaux utilisés dans des véhicules à moteur, et qui est obtenu par torsion simple d’au moins deux fils différents ensemble.
Description détaillée de l’invention
Un fil hybride de renfort de nappe sommet développé pour atteindre les buts de la présente invention est illustré sur la figure d’accompagnement, dans laquelle : la Figure 1 est la vue du fil hybride retors simple utilisé dans le fil hybride de renfort de nappe sommet de l’invention.
Les composants montrés sur les figures reçoivent chacun des numéros de référence comme suit : 1. Fil hybride de renfort de nappe sommet N. Polyamide aliphatique P. Polyester
La couche de renfort textile située entre la couche supérieure de l’ensemble de ceinture et la bande de roulement est appelée couche de renfort de nappe sommet. Les avantages et les inconvénients des applications utilisées pour cette couche dans la technique antérieure sont expliqués. Dans notre invention, les aspects négatifs causés par les renforts utilisés dans les applications de couche de nappe sommet sont résolus par le fil hybride retors simple de renfort formé par torsion des fils ayant différentes caractéristiques ensemble.
On trouvera les définitions de plusieurs termes utilisés dans la description au fil de la révélation de l’invention.
Le « polyester (P) » est une classe de polymères ou, en détails, ce sont les polymères de condensation comprenant des groupes fonctionnels ester dans des liaisons principales polyester. Bien que les polyesters soient disponibles dans la nature, le polyester exprime généralement une large gamme de produits appartenant aux polyesters (P) synthétiques comprenant tous les poly(téréphtalates d’éthylène) et polycarbonates. Le poly(téréphtalate d’éthylène) est le type de polyester le plus couramment utilisé dans l’industrie des pneumatiques.
Le « polyamide » est également connu sous le nom de nylon, et il renvoie à la fibre de nylon la plus couramment connue. Les trois compositions moléculaires principales les plus couramment connues et utilisées sont le nylon 6, le nylon 6.6 et le nylon 4.6. Le polyamide est souple et, pour cette raison, il est plus résistant à la fatigue. Le polyester est moins souple et son module est supérieur à celui desdits types de nylon. « Dtex» fait référence au poids d’un fil en longueur de 10,000 en gramme. C’est l’unité de l’épaisseur de fil, en d’autres termes, c’est l’unité de sa densité linéaire.
La « carcasse » permet que l’air sous pression supportant la charge dans le pneumatique soit maintenu à l’intérieur du pneumatique. La carcasse est obtenue en plaçant des câblés textile ou acier dans une matrice caoutchouc.
Les câblés formant la carcasse offrent un couplage avec le talon en étant enroulés autour du câble de talon.
Le « talon » permet que le pneumatique soit au contact de et se connecte à la jante de roue, il est fabriqué à partir de câbles d’acier et il a une structure annulaire.
La partie du pneumatique en contact avec la route est appelée la « bande de roulement ».
La « ceinture » est la structure sur les couches de corps s’étendant avec un angle de 90° de talon à talon, décrivant un angle aigu avec le plan équatorial présente uniquement sur la zone de bande de roulement, et composée de câblés acier parallèles les uns aux autres formée de généralement deux couches. L’ensemble de ceinture formé de deux couches sur la zone de bande de roulement et la carcasse est autour du pneumatique comme un anneau. Les câblés parallèles sur la couche de ceinture peuvent être tissés ou non tissés, et elle est inclinée par rapport au plan équatorial du pneumatique.
Le « plan équatorial » est le plan vertical à l’axe de rotation du pneumatique et passant par le centre de la bande de roulement de pneumatique.
La « torsion » peut être définie comme le torsadage du fil autour de son propre axe ou le nombre de spirales hélicoïdales sur une certaine longueur du fil. Le nombre de torsades dans le fil influence les caractéristiques de fil telles que l’élasticité et la résistance à la fatigue. Le niveau de torsion est exprimé avec le nombre de tours par mètre, et il est montré comme « tpm ».
La torsion simple est définie comme la torsion d’un ou de plus d’un fil sans prétorsion ensemble. La direction de torsion peut être S ou Z.
La « pré-torsion » est la torsion de protection donné au fil lors de la production de fil. Les producteurs de fil n’appliquent généralement pas de processus de torsion sur ledit fil.
La présente invention se rapporte à l’obtention d’un fil hybride retors simple ayant des caractéristiques optimales qui forme la couche de renfort de nappe sommet située entre la bande de roulement et l’ensemble de ceinture pour les pneumatiques radiaux pour véhicules légers.
Dans le fil (1) hybride de renfort de nappe sommet de l’invention, un polyamide aliphatique (N) et un polyester (P) sont retordus ensemble, et ainsi un fil hybride retors simple est obtenu et la couche de renfort de nappe sommet est obtenue à partir de ce fil. Dans un mode de réalisation de l’invention, le nylon 6.6 peut être donné comme exemple pour le polyamide aliphatique (N), et le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) peut être donné comme exemple pour le fil de polyester (P). L’invention ne peut être limitée aux exemples susmentionnés, et elle est essentiellement comme elle est décrite dans les revendications.
Dans le fil (1) hybride de renfort de nappe sommet de l’invention, un fil hybride retors simple est obtenu par torsion de fils de polyamide aliphatique (N) et de polyester ensemble, un desdits fils est un polyamide aliphatique (N), et l’autre est un polyester (P) ; et le rapport du polyester (P) dans ledit fil en polyester (P) est au minimum 90% en poids, et le rapport du polyamide aliphatique (N) dans ledit fil en polyamide aliphatique (N) est au minimum 90% en poids.
Dans la technique courante, seule l’utilisation d’un câblé en polyester (P) ou d’un fil ou d’un câblé hybride est constatée. Dans cette invention, deux fils différents sont soumis à un processus de torsion simple ensemble. Par ce moyen, les possibles inconvénients survenant lorsqu’ils sont utilisés seuls sont éliminés, et les avantages sont combinés et la production de pneumatique offrant une performance à grande vitesse est visée. Le module effectif (élasticité) du fil hybride nylon/PET est très supérieur à celui des câblés hybrides comprenant un fil de nylon et un fil de PET à valeur dtex égale et dans le même angle d’hélice. Le module effectif étant élevé permet l’utilisation de fils plus fins sur la couche de renfort de nappe sommet, réduisant ainsi la quantité du caoutchouc sur la nappe sommet et réduisant la résistance au roulement et réchauffement du pneumatique. Sous des conditions dynamiques, la température étant inférieure sur l’ensemble de ceinture, spécialement au niveau du bord de l’ensemble de ceinture retarde la séparation du bord de nappe sommet, et permet que la durée de vie du pneumatique augmente.
Dans le fil (1) hybride de renfort de nappe sommet de l’invention, puisque le processus de torsion est appliqué sur des fils hybrides de nylon 6.6/PET (polyamide aliphatique (N)/ polyester (P)) une fois, de l’énergie requise pour le processus de torsion est économisée. Il n’y a pas de nécessité d’appliquer à nouveau le processus de torsion sur les fils.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, des fils de nylon 6.6 et de PET sont connectés/tordus parallèlement les uns aux autres, et ils sont soumis à un processus de torsion ensemble. Un fil retors simple est obtenu après le processus de torsion, et il est appelé fil hybride retors simple.
Les NY940/PET1100, NY1400/PET1440, NY1880/PET1670 et NY2100/PET2200 peuvent être donnés comme exemples pour des constructions de fils hybrides retors simples destinés à être utilisés à cette fin. L’invention ne peut être limitée aux exemples susmentionnés, et elle est essentiellement comme elle est décrite dans les revendications.
Dans un mode de réalisation de l’invention, un fil composé de filaments obtenus à partir du mélange de polymères nylon 6.6 et nylon 6 peut être donné comme exemple pour un fil de polyamide aliphatique (N).
Les densités linéaires de chacun des fils de polyamide aliphatique (N) et de polyester (P) formant ledit fil (1) hybride de renfort de nappe sommet peuvent varier entre des valeurs de 200-3 000 dtex.
La différence entre les densités linéaires de chacun des fils de polyamide aliphatique (N) et de polyester (P) formant le fil (1) hybride de renfort de nappe sommet de l’invention est au maximum 20%. Dans un mode de réalisation de l’invention, la différence de densité linéaire entre le nylon 6.6 et le PET ne doit pas dépasser le rapport de 20%. Dans le cas où ladite différence est plus grande, à la fin du traitement thermique appliqué lors de la production, la croissance en diamètre est rencontrée du fait de l’asymétrie s’accroissant dans le diamètre de fil, et cette situation cause des erreurs de qualité.
Dans le fil (1) hybride de renfort de nappe sommet de l’invention, les niveaux de torsion simple des fils hybrides retors simples formés par torsion du polyamide aliphatique (N) et du polyester (P) ensemble peuvent varier dans la plage de 100 à 500 tpm. Le meilleur résultat est obtenu dans la plage de 150-250 tpm.
Dans un mode de réalisation du fil (1) hybride de renfort de nappe sommet, les fils de nylon et de PET sont retordus ensemble, et ainsi un fil hybride retors simple est obtenu. Dans des applications de torsion de fils, la direction de torsion de fils utilisés dans la production de câblés et autres fils textiles est exprimée avec les lettres S et Z. Lorsque le fil est tordu dans la direction S, et que le fil est maintenu verticalement, une spirale est torsadée dans la même direction avec la partie médiane de la lettre S autour de la courbe d’axe médian du fil. Lorsque le fil est tordu dans la direction Z, la direction de torsion de fil montre une inclinaison vers la partie médiane de la lettre Z.
Dans notre invention, si un processus de pré-torsion est appliqué sur lesdits fils avant que les fils de polyamide aliphatique (N) et de polyester (P) ne soient retordus ensemble, les directions de pré-torsion des fils sont similaires, dans l’un quelconque des directions Z ou S. Lorsque lesdits fils sont retordus ensemble, là encore les directions de pré-torsion sont les mêmes, dans l’une quelconque des directions Z ou S. En d’autres termes, la direction de torsion simple des fils est la même que la direction de pré-torsion.
Dans le mode de réalisation préféré de l’invention, il n’y a généralement pas de pré-torsion des fils de polyamide et de polyester dans les fils hybrides. Si les fils sont pré-retordus, le niveau de torsion est au maximum 100 tpm. Lorsque le niveau de pré-torsion augmente, la caractéristique du fil change, son élasticité diminue et il s’allonge. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les niveaux de pré-torsion des fils sont zéro, en d’autres termes, une pré-torsion n’est pas appliquée.
Dans un mode de réalisation de l’invention, un adhésif est utilisé afin de permettre que les fils hybrides adhèrent au caoutchouc. Lesdits adhésifs sont préférés être à base de RFL (résorcinol, formaldéhyde et latex) ou des adhésifs qui ne comprennent pas de résorcinol ni de formaldéhyde (par exemple comprenant une résine acrylique au lieu de RF) dans une plage de 2% à 10% sur des surfaces des fils hybrides retors simples.

Claims (14)

1. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet formant la couche située entre la bande de roulement et l’ensemble de ceinture dans le pneumatique radial comprenant ladite bande de roulement et ledit ensemble de ceinture, composé d’au moins deux fils, obtenu par torsion simple desdits fils ensemble, et caractérisé en ce qu’un desdits fils est un polyamide aliphatique (N), et l’autre est un polyester, et le rapport du polyester (P) dans ledit fil en polyester (P) est au minimum 90% en poids, et le rapport du polyamide aliphatique (N) dans ledit fil en polyamide aliphatique (N) est au minimum 90% en poids.
2. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fil en polyamide aliphatique (N) est un nylon, et ledit fil en polyester (P) est un poly(téréphtalate d’éthylène) (PET).
3. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 2, caractérisé en ce que du nylon 6.6 est utilisé comme ledit fil en polyamide aliphatique (N).
4. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 2, caractérisé en ce que du nylon 6 est utilisé comme ledit fil en polyamide aliphatique (N).
5. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 2, caractérisé en ce que le contenu dudit fil en polyamide aliphatique (N) est composé d’un mélange de nylon 6.6 et de nylon 6.
6. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les densités linéaires de chacun dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) sont dans une plage de 200-3 000 dtex.
7. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les densités linéaires de chacun dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) est au maximum 20%.
8. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les niveaux de pré-torsion dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) sont zéro.
9. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les niveaux de pré-torsion de chacun dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) sont au maximum 100 tr/m.
10. Fil (9) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 9, caractérisé en ce que les directions de pré-torsion dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) sont les mêmes, dans l’une quelconque des directions de torsion Z ou S.
11. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau combiné de pré-torsion dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) est dans la plage de 100-500 tr/m.
12. Fil (11) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau combiné de pré-torsion dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) est dans la plage de 150-250 tr/m.
13. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction de torsion simple dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) est Z lors de la torsion ensemble.
14. Fil (1) hybride retors simple de renfort de nappe sommet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction de torsion simple dudit fil en polyamide aliphatique (N) et dudit fil en polyester (P) est S lors de la torsion ensemble.
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