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WO2010112444A1 - Procede et dispositif de fabrication d' un cable a trois couches - Google Patents

Procede et dispositif de fabrication d' un cable a trois couches Download PDF

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Publication number
WO2010112444A1
WO2010112444A1 PCT/EP2010/054062 EP2010054062W WO2010112444A1 WO 2010112444 A1 WO2010112444 A1 WO 2010112444A1 EP 2010054062 W EP2010054062 W EP 2010054062W WO 2010112444 A1 WO2010112444 A1 WO 2010112444A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
cable
core
rubber
son
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/054062
Other languages
English (en)
Inventor
Thibaud Pottier
Jacques Gauthier
Jérémy TOUSSAIN
Original Assignee
Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe De Technologie Michelin, Michelin Recherche Et Technique S.A. filed Critical Societe De Technologie Michelin
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Priority to JP2012502611A priority patent/JP5591908B2/ja
Priority to EP10711225.2A priority patent/EP2414582B1/fr
Priority to US13/262,051 priority patent/US8720177B2/en
Priority to KR1020117022901A priority patent/KR101622432B1/ko
Priority to CN201080013956.5A priority patent/CN102365403B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to processes and devices for manufacturing three-layer metal cables, in particular of M + N + P construction, which can be used in particular for reinforcing rubber articles such as tires.
  • a radial tire comprises in known manner a tread, two inextensible beads, two flanks connecting the beads to the tread and a belt circumferentially disposed between the carcass reinforcement and the tread.
  • This carcass reinforcement is constituted in known manner by at least one ply (or “layer”) of rubber reinforced by reinforcement elements (“reinforcements”) such as cords or monofilaments, generally of the metal type in the case of pneumatic tires for industrial vehicles carrying heavy loads.
  • layered cords consist of a core layer or core and one or more layers of concentric threads arranged around this core.
  • the most used three-layer cables are essentially M + N + P construction cables, formed of a core of M f (I), M ranging from 1 to 4, surrounded by an intermediate layer of N wires, N typically ranging from 3 to 12, itself surrounded by an outer layer of P son, P typically ranging from 8 to 20, the assembly may be optionally shrunk by an outer hoop thread wound helically around the outer layer.
  • these layered cables are subjected to considerable stresses during the rolling of the tires, in particular to repeated flexures or variations of curvature inducing at the level of the strands of friction, in particular as a result of the contacts between adjacent layers, and therefore of wear, as well as fatigue; they must therefore have a high resistance to phenomena known as "fatigue-fretting".
  • one of the essential characteristics is that a sheath consisting a rubber composition covers at least the intermediate layer consisting of M son, the core (or unit wire) of the cable may itself be covered or not rubber. Thanks to this specific architecture, not only an excellent penetrability by the rubber is obtained, limiting the corrosion problems, but also the fatigue-fretting endurance properties are significantly improved compared to the cables of the prior art. The longevity of the tires and that of their carcass reinforcement are thus very significantly improved.
  • these three-layer cables are obtained in several steps which have the disadvantage of being discontinuous, firstly by producing an intermediate cable 1 + M (in particular 1 + 6), then by sheathing via an extrusion head of this intermediate cable, finally by a final operation of wiring the N (in particular 12) remaining son around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
  • an intermediate cable 1 + M in particular 1 + 6
  • an extrusion head of this intermediate cable finally by a final operation of wiring the N (in particular 12) remaining son around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
  • a plastic interlayer film during intermediate operations of winding and unwinding. All these successive manipulations are penalizing from the industrial and antinomic point of view of the search for high production rates.
  • a first object of the invention is a method of manufacturing a metal cable with three concentric layers (C1, C2, C3) of the type gummed in situ, comprising a first inner layer or core (Cl) around which are surrounded together in a helix in a pitch p2, in a second intermediate layer (C2), N son of diameter d 2 , N varying from 3 to 12, second layer around which are surrounded together in a helix in a step p 3 , in one third outer layer (C3), P son of diameter d 3 , P varying from 8 to 20, said method comprising the following steps:
  • This method of the invention makes it possible to manufacture, preferably in line and continuously, a three-layer cable which, compared to the three-layer gummed in situ cables of the prior art, has the significant advantage of having a reduced quantity. filling gum, which guarantees a better compactness, this gum being further distributed evenly inside the cable, inside each of its capillaries, thus conferring on it a further improved longitudinal impermeability. - AT -
  • the invention also relates to an assembly device and in-line scrubbing, usable for implementing the method of the invention, said device comprising upstream downstream, according to the direction of advancement of the cable being formed:
  • FIG. in transverse section a construction cable 1 + 6 + 12, gummed in situ, of compact type, capable of being manufactured by the method of the invention (FIG 2); in cross section, a conventional 1 + 6 + 12 construction cable, not gummed in situ, also of the compact type (Fig. 3).
  • any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (i.e. terminals a and b excluded) while any range of values designated by the term “from a to b” means the range from a to b (i.e., including the strict limits a and b).
  • the method of the invention is intended for the manufacture of a metal cable with three concentric layers (C1, C2, C3) of the type gummed in situ, comprising a first inner layer or core (Cl) around which are surrounded together in a helix according to a step p 2 , in one second intermediate layer (C2), N son of diameter d 2 , N varying from 3 to 12, second layer around which are surrounded together in a helix in a pitch p 3 , in a third outer layer (C3), P diameter son d 3 , P varying from 8 to 20, said method comprising the following steps preferably operated online and continuously:
  • the wires are not twisted around their own axis, due to a synchronous rotation before and after the assembly point; either by twisting: in such a case, the son undergo both a collective twist and an individual twist around their own axis, which generates a torque of detorsion on each son.
  • An essential feature of the above method is to use a twisting step both for assembling the second layer (C2) around the first layer (Cl) and for assembling the third layer (C3) around the second layer (C2).
  • the diameter d (or total cladding diameter) of the core (Cl) is preferably in a range of 0.08 to 0.50 mm, this core may consist of a single wire or even several son previously assembled between they by any known means, for example by wiring or more preferably by twisting.
  • the number denoted "M" of yarn (s) of the core is within a range of 1 to 4. More preferably, the core consists of a single unit wire (M equal to 1) whose diameter di is itself more preferably within a range of 0.08 to 0.50 mm.
  • this core (Cl) is first sheathed by uncrosslinked filling rubber (in the green state), provided by an extrusion screw at an appropriate temperature.
  • the filling rubber can thus be delivered at a fixed point, unique and compact, by means of a single extrusion head.
  • the extrusion head may comprise one or more dies, for example an upstream guide die and a downstream die calibration. It is possible to add continuous measurement and control means of the diameter of the sheathed core, connected to the extruder, as well as means for controlling the centering of the core in the extrusion head.
  • the extrusion temperature of the filling rubber is between 50 ° C. and 120 ° C., more preferably between 50 ° C. and 100 ° C.
  • the extrusion head thus defines a cladding zone having the shape of a cylinder of revolution whose diameter is preferably between 0.15 mm and 1.2 mm, more preferably between 0.2 and 1.0 mm, and whose length is preferably between 4 and 10 mm.
  • the amount of filling gum delivered by the extrusion head is adjusted in a preferred range between 5 and 40 mg, especially between 5 and 30 mg per gram of final cable (i.e., finished manufacturing, gummed in situ).
  • the amount of filling gum delivered be between 5 and 25 mg, more preferably still within a range of 10 to 20 mg per g of cable.
  • the core of the cable at every point of its periphery, is covered with a minimum thickness of filling compound which is preferably greater than 20 ⁇ m, more preferably greater than 30 ⁇ m, especially between 40 and 80 ⁇ m.
  • the elastomer (or indistinctly "rubber”, both considered to be synonymous) of the filling rubber is preferably a diene elastomer, that is to say by definition an elastomer derived at least in part (that is, a homopolymer or a copolymer) of monomer (s) diene (s) (ie, monomer (s) carrier (s) of two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
  • the diene elastomer is more preferentially selected from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), various butadiene copolymers, the various isoprene copolymers, and mixtures
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), whether the latter are prepared by emulsion polymerization (ESBR) or solution (SSBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-butadiene-styrene copolymers (SBIR).
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SBR isoprene-butadiene-styrene copolymers
  • SBIR
  • a preferred embodiment consists in using an "isoprene" elastomer, that is to say a homopolymer or a copolymer of isoprene, in other words a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR). , the synthetic polyisoprenes (IR), the various isoprene copolymers and the mixtures of these elastomers.
  • the isoprene elastomer is preferably natural rubber or synthetic polyisoprene of the cis-1,4 type. Among these synthetic polyisoprenes, polyisoprenes having a content (mol%) of cis-1,4 bonds greater than 90%, more preferably still greater than 98%, are preferably used.
  • the isoprene elastomer may also be associated with another diene elastomer such as, for example, an SBR and / or BR elastomer.
  • the filling rubber may contain one or more elastomer (s), especially diene (s), the latter or they may be used (s) in combination with any type of polymer other than elastomer.
  • the filling rubber is preferably of the crosslinkable type, that is to say that it comprises by definition a crosslinking system adapted to allow the crosslinking of the composition during its baking (Le., Its hardening and not its melting). ; thus, in such a case, this rubber composition can be described as infusible, since it can not be melted by heating at any temperature.
  • the system for crosslinking the rubber sheath is a so-called vulcanization system, that is to say based on sulfur (or a sulfur-donor agent). ) and at least one vulcanization accelerator.
  • the invention also applies to cases where the filling gum is free of sulfur and even of any other crosslinking system, it being understood that it could be sufficient, for its own crosslinking or vulcanization, the crosslinking or vulcanization system already present in the rubber matrix that the cable of the invention is intended to reinforce, and capable of migrating by contact of said surrounding matrix to the filling rubber.
  • the filling rubber may also comprise all or part of the usual additives intended for tire rubber matrices, such as, for example, reinforcing fillers such as carbon black or silica, antioxidants, oils, plasticizers, anti-eversion agents, resins, adhesion promoters such as cobalt salts.
  • reinforcing fillers such as carbon black or silica, antioxidants, oils, plasticizers, anti-eversion agents, resins, adhesion promoters such as cobalt salts.
  • the level of reinforcing filler for example carbon black or a reinforcing inorganic filler such as silica, is preferably greater than 50 phr, for example between 50 and 120 phr.
  • carbon blacks for example, all carbon blacks are suitable, in particular blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tires (so-called pneumatic grade blacks). Among the latter, mention will be made more particularly of carbon blacks of (ASTM) grade 300, 600 or 700 (for example N326, N330, N347, N375, N683, N772).
  • Suitable reinforcing inorganic fillers are, in particular, mineral fillers of the silica (SiC> 2) type, in particular precipitated or fumed silica having a BET surface area of less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g.
  • the N wires of the second layer (C2) are twisted together (direction S or Z) around the core (Cl) sheathed to form the strand of soul (C1 + C2), in a manner known per se; the son are delivered by supply means such as coils, a distribution grid, coupled or not to a connecting grain, intended to converge around the core N son in a common point of torsion (or point d 'assembly).
  • the diameter d 2 of the N son is within a range of 0.08 to 0.45 mm and the twisting pitch p 2 is within a range of 5 to 30 mm.
  • the pitch "p" represents the length, measured parallel to the axis of the cable, at the end of which a wire having this pitch performs a complete revolution about said axis of the cable.
  • the tension stress exerted on the core strand is preferably between 10 and 25% of its breaking force.
  • the final assembly always by twisting (S or Z direction), P son of the third layer or outer layer (C3) around the core strand (C1 + C2) thus formed.
  • the diameter d 3 of P son is in a range of 0.08 to 0.45 mm and the twisting pitch p 3 is greater than or equal to p 2 , in particular in a range of 5 to 30 mm.
  • the cable of the invention is not yet complete: the above capillaries delimited by the N wires of the second layer (C2) and the P wires of the third layer (C3) are not not yet filled with filling rubber, in any case insufficiently to obtain a cable having an impervious to air that is optimal.
  • the next essential step is to pass the cable, thus provided with its filling rubber in the green state, through torsion balancing means.
  • balancing torsion here means in known manner the cancellation of the residual torsional torques (or of the elastic return of untwisting) exerted on each wire of the cable in the twisted state, in its respective layer. torsion are known to those skilled in the art of twisting, they may consist for example of “trainers” and / or “twisters” and / or “twister-trainers” consisting of either pulleys for twisters or pebbles small diameter for the trainers, pulleys or rollers through which the cable runs, in a single plane or preferably in at least two different planes.
  • the dressing function provided by the use of a trainer tool, would also have the advantage that the contact of the rollers of the trainer with the son of the outer layer (C3) will exert an additional radial pressure on the filling rubber promoting again its optimal distribution in the capillaries present between the second layer (C2) and the third layer (C3) of the cable.
  • the method of the invention described above exploits the torsion of the son and the radial pressure exerted on them at the final stage of manufacture of the cable, to radially distribute the filling rubber inside. cable, while perfectly controlling the amount of filling compound provided.
  • the person skilled in the art will in particular be able to adjust the arrangement, the diameter of the pulleys and / or rollers of the torsion balancing means in order to modify the intensity of the radial pressure exerted on the threads.
  • the thickness of filling rubber between two adjacent wires of the cable, whatever they are, is greater than 1 micron, preferably between 1 to 10 microns.
  • This cable can be wound on a reception coil, for storage, before being treated for example through a calendering plant, for preparing a metal-rubber composite fabric used for example as a tire carcass reinforcement.
  • the pitch P 2 and p 3 are equal, which simplifies the manufacturing process.
  • the formulation of the filling rubber may be chosen to be identical to the formulation of the rubber matrix that the final cable is intended to reinforce; thus, there is no problem of compatibility between the respective materials of the filling rubber and said rubber matrix.
  • the formulation of the filling compound may be chosen different from the formulation of the rubber matrix that the final cable is intended to reinforce.
  • the formulation of the filling gum may be adjusted by using a relatively high quantity of adhesion promoter, typically for example from 5 to 15 phr of a metal salt such as a salt of cobalt, nickel or a salt of lanthanide such as neodymium (see in particular application WO 2005/113666), and advantageously reducing the amount of said promoter (or even completely removing it) in the surrounding rubber matrix.
  • adhesion promoter typically for example from 5 to 15 phr of a metal salt such as a salt of cobalt, nickel or a salt of lanthanide such as neodymium
  • the filling rubber has, in the crosslinked state, a secant modulus in extension ElO (at 10% elongation) which is between 2 and 25 MPa, more preferably between 3 and 20 MPa, in particular included in a range of 3 to 15 MPa.
  • the third layer (C3) has the preferred characteristic of being a saturated layer, that is to say that, by definition, there is not enough room in this layer to add at least one ( P max + l) th wire of diameter d 3 , P max representing the maximum number of wires rollable in a third layer (C3) around the second layer (C2). This construction has the advantage of limiting the risk of overfilling gum filling at its periphery and offer, for a given diameter of the cable, a higher strength.
  • the number P of wires of the third layer may vary to a very large extent according to the particular embodiment of the invention, it being understood that the maximum number of wires P will be increased if their diameter d3 is reduced compared to the diameter d2. threads of the second layer, in order to preferentially keep the outer layer in a saturated state.
  • the first layer (Cl) consists of a unitary wire whose diameter di is within a range of 0.08 to 0.50 mm.
  • the core (Cl) consists of several wires (ie, M is different from 1)
  • the M wires are preferably assembled together in an assembly pitch which is preferably between 4 and 15 mm, in particular between 5 and 15 mm. and 10 mm.
  • the second layer (C2) has 5 to 7 wires (ie, N varies from 5 to 7).
  • the first layer (C1) comprises a single wire
  • the second layer (C2) has 6 wires (N equal to 6)
  • the third layer (C3) has 11 or 12 wires (P equal to 11 or 12).
  • the cable of the invention has the preferred constructions 1 + 6 + 11 or 1 + 6 + 12.
  • the cable prepared according to the invention can be of two types, namely of the compact layer type or the type with cylindrical layers.
  • the compactness is such that virtually no distinct layer of wires is visible;
  • the cross-section of such cables has an outline that is generally polygonal and non-cylindrical, as illustrated for example in Fig. 2 (compact cable 1 + 6 + 12 gummed in situ) and Fig. 3 (compact cable 1 + 6 +12 conventional, that is to say, not erased in situ).
  • the cable manufactured according to the invention can be described as airtight in the fired state: in the air permeability test described in paragraph II-1-B which follows, it is characterized by a average air flow rate less than 2 cffiVmin, preferably less than or equal to 0.2 cm 3 / min.
  • the method of the invention has the advantage of making possible the complete operation of initial twisting, scrubbing and final twisting in line and in a single step, regardless of the type of cable produced (compact cable as cable with cylindrical layers) , all this at high speed.
  • the above method can be implemented at a speed (running speed of the cable on the twisting-scrub line) greater than 50 m / min, preferably greater than 70 m / min.
  • the method of the invention makes it possible to manufacture cables which may be lacking (or virtually devoid of) filling gum at their periphery.
  • an expression it is meant that no particle of filling compound is visible, with the naked eye, at the periphery of the cable, that is to say that the person skilled in the art does not make any difference at the output of the manufacturing process, with the naked eye and at a distance of three meters or more, between a cable reel according to the invention and a conventional cable reel not gummed in situ.
  • wire rope is meant by definition in the present application a cable formed of son constituted mainly (that is to say for more than 50% in number of these son) or integrally (for 100% son) a metallic material.
  • the core wire or wires (C1), the wires of the second layer (C2) and the wires of the third layer (C3) are preferably made of steel, more preferably carbon steel. But it is of course possible to use other steels, for example a stainless steel, or other alloys.
  • carbon steel its carbon content (% by weight of steel) is preferably between 0.4% and 1.2%, especially between 0.5% and 1.1%; these grades represent a good compromise between the mechanical properties required for the tire and the feasibility of the wires.
  • a carbon content of between 0.5% and 0.6% makes such steels ultimately less expensive because easier to draw.
  • Another advantageous embodiment of the invention may also consist, depending on the applications concerned, of using steels with a low carbon content, for example between 0.2% and 0.5%, in particular because of a cost lower and easier to draw.
  • An assembly and scrubbing device preferably used for the implementation of the method of the invention described above, is a device comprising upstream downstream, according to the direction of advancement of a cable being formed:
  • a single core wire (C1) first passes through a cladding zone consisting for example of a single extrusion head (1 1).
  • Feeding means (120) then deliver, around the core wire (C1) thus sheathed (for example consisting of a unitary wire), N wires (12) through a distribution grid (13) (axisymmetric splitter), coupled or not to an assembly grain (14), beyond which the N (e.g. six) wires of the second layer converge at an assembly point (15) for formation of the core strand (C1 + C2) of M + N construction (for example 1 + 6).
  • the distance between the sheathing point (1 1) and the convergence point (15) is for example between 1 and 5 meters.
  • FIG. 2 schematizes, in section perpendicular to the axis of the cable (assumed to be rectilinear and at rest), an example of a preferential cable 1 + 6 + 12 gummed in situ, obtainable by means of the conforming method. to the invention previously described.
  • This type of construction has the consequence that the wires (21, 22) of these second and third layers (C2, C3) form around the core (20) or first layer (C1) two substantially concentric layers which each have a contour (E ) (shown in dashed lines) which is substantially polygonal (more precisely hexagonal) and non-cylindrical as in the case of cables with so-called cylindrical layers.
  • This cable CI can be qualified cable gummed in situ: each of the capillaries or interstices (voids in the absence of filling rubber) formed by the adjacent son, taken three by three, its three layers C1, C2 and C3, is filled, at least in part (continuously or not along the axis of the cable), by the filling rubber such that for any cable length of 2 cm, each capillary comprises at least one rubber stopper.
  • the filling rubber (23) fills each capillary (24) (symbolized by a triangle) formed by the adjacent wires (taken three to three) of the various layers (C1, C2, C3) of the cable, discarding them very slightly.
  • these capillaries or interstices are naturally formed either by the core wire (20) and the son (21) of the second layer (C2) surrounding it, or by two son (21) of the second layer (C2) and a wire (23) of the third layer (C3) which is immediately adjacent thereto, or else by each wire (21) of the second layer (C2) and the two wires (22) of the third layer (C3) which are immediately adjacent; a total of 24 capillaries or interstices (24) are thus present in this cable 1 + 6 + 12.
  • Figure 3 recalls the section of a cable 1 + 6 + 12 (noted C-2) conventional (ie, not gummed in situ), also of the compact type.
  • C-2 conventional (ie, not gummed in situ), also of the compact type.
  • the absence of filling rubber makes practically all the son (30, 31, 32) are in contact with each other, which leads to a particularly compact structure, moreover very difficult to penetrate (not to say impenetrable) from the outside by rubber.
  • the characteristic of this type of cable is that the various son form three to three of the channels or capillaries (34) which for a large number of them remain closed and empty and thus conducive, by "wicking", to the propagation of corrosive media such as water.
  • Fm maximum load in N
  • Rm tensile strength in MPa
  • At total elongation in %
  • the modulus measurements are carried out in tension, unless otherwise indicated according to ASTM D 412 of 1998 (test piece “C"): it is measured in second elongation (ie after one cycle). accommodation) the secant modulus "true” (i.e., reduced to the actual section of the specimen) at 10% elongation, denoted ElO and expressed in MPa (normal conditions of temperature and hygrometry according to ASTM D 1349 of 1999).
  • This test makes it possible to determine the longitudinal permeability to the air of the cables tested, by measuring the volume of air passing through a specimen under constant pressure for a given time.
  • the principle of such a test is to demonstrate the effectiveness of the treatment of a cable to make it impermeable to air; it has been described for example in ASTM D2692-98.
  • the test is here carried out either on cables extracted from tires or rubber sheets which they reinforce, thus already coated from the outside by rubber in the fired state, or on raw manufacturing cables, which have been coated and subsequent cooking.
  • the raw cables must be previously embedded, coated from the outside by a so-called coating gum.
  • a series of 10 cables arranged in parallel is placed between two skims (two rectangles of 80 x 200 mm) of a rubber composition in the raw state, each skim having a thickness 3.5 mm; the whole is then locked in a mold, each of the cables being kept under a sufficient tension (for example 2 daN) to ensure its straightness during the establishment in the mold, using clamping modules; then the vulcanization (baking) is carried out for 40 minutes at a temperature of 140 ° C. and at a pressure of 15 bar (rectangular piston of 80 ⁇ 200 mm). After which, the assembly is demolded and cut 10 pieces of cables thus coated, in the form of parallelepipeds of dimensions 7x7x20 mm, for characterization.
  • the test is carried out on 2 cm of cable length, thus coated by its surrounding rubber composition (or coating gum) in the fired state, as follows: air is sent to the cable inlet at a pressure of 1 bar, and the volume of air at the outlet is measured using a flow meter (calibrated for example from 0 to 500 cm / min).
  • a flow meter calibrated for example from 0 to 500 cm / min.
  • the cable sample is locked in a compressed seal (eg a dense foam or rubber seal) in such a way that only the amount of air passing through the cable from one end to the other, along its longitudinal axis, is taken into account by the measure; a prior seal check of the seal is made using a solid rubber specimen, i.e., without a cable.
  • a compressed seal eg a dense foam or rubber seal
  • the measured flow rate is lower as long as the longitudinal imperviousness of the cable is high.
  • the measured values equal to or less than 0.2 c ⁇ rVmin are considered to be zero; they correspond to a cable that can be described as airtight along its axis (ie, in its longitudinal direction).
  • the amount of filling compound is measured by difference between the weight of the initial cable (thus erased in situ) and the weight of the cable (and therefore that of its threads) whose filling rubber has been eliminated by a suitable electrolytic treatment.
  • a sample of cable (length 1 m), wound on itself to reduce its bulk, constitutes the cathode of an electrolyzer (connected to the negative terminal of a generator), while the anode (connected to the positive terminal ) consists of a platinum wire.
  • the electrolyte consists of an aqueous solution (demineralized water) comprising 1 mole per liter of sodium carbonate.
  • the sample immersed completely in the electrolyte, is energized for 15 minutes under a current of 300 mA.
  • the cable is then removed from the bath, rinsed thoroughly with water. This treatment allows the rubber to be easily detached from the cable (if this is not the case, we continue the electrolysis for a few minutes).
  • the eraser is carefully removed, for example by simply wiping with an absorbent cloth, while detaching one by one the son of the cable.
  • the threads are again rinsed with water and then immersed in a beaker containing a mixture of deionized water (50%) and ethanol (50%); the beaker is immersed in an ultrasonic tank for 10 minutes. The threads thus devoid of any trace of gum are removed from the beaker, dried under a stream of nitrogen or air, and finally weighed.
  • the rate of filling rubber in the cable is calculated, expressed in mg of filling rubber per gram of initial cable, and averaged over 10 measurements (10 meters of cable in total).
  • the carbon steel wires are prepared in a known manner, for example starting from machine wires (diameter 5 to 6 mm) which are first cold-rolled, by rolling and / or drawing, to a neighboring intermediate diameter. of 1 mm.
  • the steel used is a known carbon steel (USA AISI 1069 standard) with a carbon content of 0.70%.
  • the intermediate diameter son undergo a degreasing treatment and / or pickling, before further processing.
  • the degree of filling rubber, measured according to the method indicated previously in paragraph II-1 -C, is equal to about 16 mg per g of cable.
  • This filling rubber is present in each of the 24 capillaries formed by the various son taken three to three, that is to say that it fills all or at least partly each of these capillaries in such a way that it exists at least, on any length of cable of length equal to 2 cm, a rubber stopper in each capillary.
  • the filling rubber is a conventional rubber composition for a tire carcass reinforcement for industrial vehicles, having the same formulation as that of the carcass rubber ply that the CI cable is intended to reinforce; this composition is based on natural rubber (peptized) and carbon black N330 (55 phr); it also comprises the following usual additives: sulfur (6 phr), sulfenamide accelerator (1 phr), ZnO (9 phr), stearic acid (0.7 phr), antioxidant (1.5 phr), cobalt naphthenate (1 phr) pce); the ElO modulus of the composition is about 6 MPa.
  • This composition was extruded at a temperature of about 85 ° C. through a calibration die of 0.400 mm.
  • the CI cables thus prepared were subjected to the air permeability test described in paragraph II-1-B, by measuring the volume of air (in cm 3 ) passing through the cables in 1 minute (average of 10 measurements for each cable tested).
  • a flow rate of zero or less than 0.2 cnrVmin was measured; in other words, the cables prepared according to the method of the invention can be qualified as airtight along their longitudinal axis; they therefore have an optimal penetration rate by rubber.
  • control gummed in situ cables of the same construction as the CI compact cables above, were prepared according to the process described in the aforementioned application WO 2005/071557, in several discontinuous steps, by sheathing via a head. extrusion of the intermediate core strand 1 + 6, then in a second step by wiring the remaining 12 son around the thus sheathed core, for formation of the outer layer. These control cables were then subjected to the air permeability test of section 1-2.
  • the method of the invention allows the manufacture of gummed cables in situ which, thanks to an optimal penetration rate by rubber, on the one hand have a high endurance in carcass reinforcement of the tires, on the other hand can be implemented efficiently under industrial conditions, especially without the difficulties associated with excessive overflowing of rubber during their manufacture.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un câble métallique à trois couches concentriques (C1, C2, C3), du type gommé in situ c'est-à-dire pendant sa fabrication, comportant une première couche interne ou noyau (C1) autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas P2, en une deuxième couche intermédiaire (C2), N fils de diamètre d2, N variant de (3) à (12), deuxième couche autour de laquelle sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche externe (C3), P fils de diamètre d3, P variant de (8) à (20), ledit procédé comportant les étapes suivantes :- une étape de gainage du noyau (C1) par une composition de caoutchouc dite « gomme de remplissage », à l'état non réticulé; - une étape d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (C1) ainsi gainé, pour formation en un point, dit « point d'assemblage » d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » (C1+C2); une étape d'assemblage par retordage des P fils de la troisième couche (C3) autour du toron d'âme (C1+C2); une étape d'équilibrage final des torsions. Dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procédé.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D" UN CABLE A TROIS COUCHES
La présente invention est relative aux procédés et dispositifs de fabrication de câbles métalliques à trois couches, notamment de construction M+N+P, utilisables en particulier pour le renforcement d'articles en caoutchouc tels que des pneumatiques.
Elle est plus particulièrement relative aux procédés et dispositifs de fabrication de câbles métalliques du type « gommés in situ », c'est-à-dire gommés de l'intérieur, pendant leur fabrication même, par du caoutchouc à l'état non réticulé, en vue notamment d'améliorer leur résistance à la corrosion et par voie de conséquence leur endurance notamment dans les armatures de carcasses des pneumatiques pour véhicules industriels.
Un pneumatique radial comporte de manière connue une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une ceinture disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement. Cette armature de carcasse est constituée de manière connue d'au moins une nappe (ou "couche") de caoutchouc renforcée par des éléments de renforcement ("renforts") tels que des câblés ou des monofilaments, généralement du type métalliques dans le cas de pneumatiques pour véhicules industriels porteurs de lourdes charges.
Pour le renforcement des armatures de carcasse ci-dessus, on utilise généralement des câbles d'acier ("steel cords") dits "à couches" ("layered cords") constitués d'une couche centrale ou noyau et d'une ou plusieurs couches de fils concentriques disposées autour de ce noyau. Les câbles à trois couches les plus utilisés sont essentiellement des câbles de construction M+N+P, formés d'un noyau de M fïl(s), M variant de 1 à 4, entourée d'une couche intermédiaire de N fils, N variant typiquement de 3 à 12, elle-même entourée d'une couche externe de P fils, P variant typiquement de 8 à 20, l'ensemble pouvant être éventuellement fretté par un fil de frette externe enroulé en hélice autour de la couche externe.
De manière bien connue, ces câbles à couches sont soumis à des contraintes importantes lors du roulage des pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées induisant au niveau des fils des frottements, notamment par suite des contacts entre couches adjacentes, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; ils doivent donc présenter une haute résistance aux phénomènes dits de "fatigue-fretting".
Il est particulièrement important en outre qu'ils soient imprégnés autant que possible par le caoutchouc, que cette matière pénètre dans tous les espaces situés entre les fils constituant les câbles. En effet, si cette pénétration est insuffisante, il se forme alors des canaux ou capillaires vides, le long et à l'intérieur des câbles, et les agents corrosifs tels que l'eau ou même l'oxygène de l'air, susceptibles de pénétrer dans les pneumatiques par exemple à la suite de coupures de leur bande de roulement, cheminent le long de ces canaux vides jusque dans la carcasse du pneumatique. La présence de cette humidité joue un rôle important en provoquant de la corrosion et en accélérant les processus de dégradation ci-dessus (phénomènes dits de "fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche.
Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe généralement sous le terme générique de "fatigue-fretting-corrosion" sont à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de ces derniers.
Pour pallier les inconvénients ci-dessus, la demande WO 2005/071157 a proposé des câbles à trois couches de construction 1+M+N, en particulier de construction 1+6+12, dont une des caractéristiques essentielles est qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc recouvre au moins la couche intermédiaire constituée des M fils, le noyau (ou fil unitaire) du câble pouvant être lui-même recouvert ou non de caoutchouc. Grâce à cette architecture spécifique, non seulement une excellente pénétrabilité par le caoutchouc est obtenue, limitant les problèmes de corrosion, mais encore les propriétés d'endurance en fatigue-fretting sont notablement améliorées par rapport aux câbles de l'art antérieur. La longévité des pneumatiques et celle de leurs armatures de carcasse sont ainsi très sensiblement améliorées.
Toutefois, les procédés décrits pour la fabrication de ces câbles, ainsi que les câbles qui en sont issus, ne sont pas dépourvus d'inconvénients.
Tout d'abord, ces câbles à trois couches sont obtenus en plusieurs étapes qui présentent l'inconvénient d'être discontinues, d'abord par réalisation d'un câble intermédiaire 1+M (en particulier 1+6), puis par gainage via une tète d'extrusion de ce câble intermédiaire, enfin par une opération finale de câblage des N (en particulier 12) fils restants autour de l'âme ainsi gainée, pour formation de la couche externe. Pour éviter le problème de "collant à cru" de la gaine de caoutchouc avant câblage de la couche externe autour de l'âme, doit être utilisé en outre un film intercalaire en matière plastique lors des opérations intermédiaires de bobinage et débobinage. Toutes ces manipulations successives sont pénalisantes du point de vue industriel et antinomiques de la recherche de cadences de fabrication élevées.
D'autre part, si l'on veut pouvoir garantir un taux de pénétration élevé par le caoutchouc à l'intérieur du câble pour l'obtention d'une perméabilité à l'air du câble, selon son axe, qui soit aussi faible que possible, il s'est avéré nécessaire selon ces procédés de l'art antérieur, d'utiliser des quantités relativement importantes de caoutchouc lors du gainage. De telles quantités conduisent à un débordement parasite, plus ou moins prononcé, du caoutchouc cru à la périphérie du câble terminé de fabrication.
Or, comme cela a déjà été évoqué ci-dessus, en raison du fort pouvoir collant que possède le caoutchouc à l'état cru (c'est-à-dire non réticulé), un tel débordement parasite génère à son tour des inconvénients notables lors de la manipulation ultérieure du câble, en particulier lors des opérations de calandrage qui vont suivre pour l'incorporation du câble à une bande de caoutchouc elle-même à l'état cru, avant les opérations ultimes de fabrication du bandage pneumatique et de cuisson finale.
Tous les inconvénients exposés ci-dessus ralentissent bien entendu les cadences industrielles et pénalisent le coût final des câbles et des pneumatiques qu'ils renforcent.
Poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert un procédé de fabrication amélioré qui permet de pallier les inconvénients précités.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un câble métallique à trois couches concentriques (Cl, C2, C3) du type gommé in situ, comportant une première couche interne ou noyau (Cl) autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche intermédiaire (C2), N fils de diamètre d2, N variant de 3 à 12, deuxième couche autour de laquelle sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche externe (C3), P fils de diamètre d3, P variant de 8 à 20, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- une étape de gainage du noyau (Cl) par une composition de caoutchouc dite « gomme de remplissage », à l'état non réticulé ;
- une première étape d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) ainsi gainé, pour formation en un point, dit « point d'assemblage » d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » (C1+C2) ; - une seconde étape d'assemblage par retordage des P fils de la troisième couche (C3) autour du toron d'âme (C1+C2) ;
- une étape d'équilibrage final des torsions.
Ce procédé de l'invention permet de fabriquer, de préférence en ligne et en continu, un câble à trois couches qui, comparé aux câbles à trois couches gommés in situ de l'art antérieur, a l'avantage notable de comporter une quantité réduite de gomme de remplissage, ce qui lui garantit une meilleure compacité, cette gomme étant en outre répartie uniformément à l'intérieur du câble, à l'intérieur de chacun de ses capillaires, lui conférant ainsi une imperméabilité longitudinale encore améliorée. - A -
L'invention concerne également un dispositif d'assemblage et gommage en ligne, utilisable pour la mise en œuvre de procédé de l'invention, ledit dispositif comportant d'amont en aval, selon la direction d'avancement du câble en cours de formation :
- des moyens d'alimentation de la première couche ou noyau (Cl) ; des moyens de gainage du noyau (Cl) ; des moyens d'alimentation et des premiers moyens d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) gainé, en un point dit point d'assemblage, pour formation d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » (C1+C2) ; - des moyens d'alimentation et des seconds moyens d'assemblage par retordage des P fils autour du toron d'âme, pour mise en place de la troisième couche (C3) ; en sortie des seconds moyens d'assemblage, des moyens d'équilibrage de torsion.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 3 relatives à ces exemples qui schématisent, respectivement :
- un exemple de dispositif de retordage et gommage in situ utilisable pour la fabrication d'un câble à trois couches du type compact, selon un procédé conforme à l'invention (Fig. 1) ; en coupe transversale, un câble de construction 1+6+12, gommé in situ, du type compact, susceptible d'être fabriqué par le procédé de l'invention (Fig. 2) ; en coupe transversale, un câble de construction 1+6+12 conventionnel, non gommé in situ, également du type compact (Fig. 3).
I. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (% indiqués sont des % massiques.
D'autre part, 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 a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
Le procédé de l'invention est destiné à la fabrication d'un câble métallique à trois couches concentriques (Cl, C2, C3) du type gommé in situ, comportant une première couche interne ou noyau (Cl) autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche intermédiaire (C2), N fils de diamètre d2, N variant de 3 à 12, deuxième couche autour de laquelle sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche externe (C3), P fils de diamètre d3, P variant de 8 à 20, ledit procédé comportant les étapes suivantes opérées de préférence en ligne et en continu :
- tout d'abord, une étape de gainage du noyau (Cl) par une composition de caoutchouc dite « gomme de remplissage », à l'état cru (c'est-à-dire non réticulée ou non cuite) ; puis une première étape d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) ainsi gainé, pour formation en un point, dit « point d'assemblage » d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » (C1+C2) ;
- puis une seconde étape d'assemblage par retordage des P fils de la troisième couche (C3) autour du toron d'âme ainsi formé ; enfin, une étape d'équilibrage final des torsions.
On rappelle ici qu'il existe deux techniques possibles d'assemblage de fils métalliques :
soit par câblage : dans un tel cas, les fils ne subissent pas de torsion autour de leur propre axe, en raison d'une rotation synchrone avant et après le point d'assemblage ; soit par retordage : dans un tel cas, les fils subissent à la fois une torsion collective et une torsion individuelle autour de leur propre axe, ce qui génère un couple de détorsion sur chacun des fils.
Une caractéristique essentielle du procédé ci-dessus est d'utiliser une étape de retordage tant pour l'assemblage de la deuxième couche (C2) autour de la première couche (Cl) que pour l'assemblage de la troisième couche (C3) autour de la deuxième couche (C2).
Le diamètre do (ou diamètre d'encombrement total) du noyau (Cl) est de préférence compris dans un domaine de 0,08 à 0,50 mm, ce noyau pouvant être constitué d'un seul fil voire de plusieurs fils assemblés préalablement entre eux par tout moyen connu, par exemple par câblage ou plus préférentiellement par retordage. De préférence, le nombre noté "M" de fil(s) du noyau est compris dans un domaine de 1 à 4. Plus préférentiellement, le noyau est constitué d'un seul fil unitaire (M égal à 1) dont le diamètre di est lui-même plus préférentiellement compris dans un domaine de 0,08 à 0,50 mm.
Selon l'invention, ce noyau (Cl) est tout d'abord gainé par de la gomme de remplissage non réticulée (à l'état cru), apportée par une vis d'extrusion à une température appropriée. La gomme de remplissage peut être ainsi délivrée en un point fixe, unique et de faible encombrement, au moyen d'une tête d'extrusion unique. La tête d'extrusion peut comporter une ou plusieurs filières, par exemple une filière amont de guidage et une filière aval de calibrage. On peut ajouter des moyens de mesure et de contrôle en continu du diamètre du noyau gainé, reliés à l'extrudeuse, ainsi que des moyens de contrôle du centrage du noyau dans la tête d'extrusion. De préférence, la température d'extrusion de la gomme de remplissage est comprise entre 500C et 1200C, plus préférentiellement comprise entre 500C et 1000C.
La tête d'extrusion définit ainsi une zone de gainage ayant la forme d'un cylindre de révolution dont le diamètre est compris de préférence entre 0,15 mm et 1,2 mm, plus préférentiellement entre 0,2 et 1,0 mm, et dont la longueur est de préférence comprise entre 4 et 10 mm.
La quantité de gomme de remplissage délivrée par la tête d'extrusion est ajustée dans un domaine préférentiel compris entre 5 et 40 mg, notamment entre 5 et 30 mg par gramme de câble final (i.e., terminé de fabrication, gommé in situ).
En dessous du minimum indiqué, il n'est pas possible de garantir que la gomme de remplissage soit bien présente dans chacun des capillaires ou interstices du câble, tandis qu'au-delà du maximum indiqué, on peut s'exposer aux différents problèmes précédemment décrits dus au débordement de la gomme de remplissage à la périphérie du câble, selon les conditions particulières de mise en œuvre de l'invention et la construction spécifique des câbles fabriqués. Pour toutes ces raisons, on préfère que la quantité de gomme de remplissage délivrée soit comprise entre 5 et 25 mg, plus préférentiellement encore compris dans un domaine de 10 à 20 mg par g de câble.
Typiquement, en sortie de la tête d'extrusion, le noyau du câble, en tout point de sa périphérie, est recouvert d'une épaisseur minimale de gomme de remplissage qui est préférentiellement supérieure à 20 μm, plus préférentiellement supérieure à 30 μm, notamment comprise entre 40 et 80 μm.
L'élastomère (ou indistinctement "caoutchouc", les deux étant considérés comme synonymes) de la gomme de remplissage est préférentiellement un élastomère diénique, c'est-à-dire par définition un élastomère issu au moins en partie (c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère) de monomère(s) diène(s) (i.e., monomère(s) porteur(s) de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). L"élastomère diénique est plus préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères de butadiène, les différents copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), que ces derniers soient préparés par polymérisation en émulsion (ESBR) ou en solution (SSBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène- styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
Un mode de réalisation préférentiel consiste à utiliser un élastomère "isoprénique", c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. L'élastomère isoprénique est de préférence du caoutchouc naturel ou un polyisoprène de synthèse du type cis-1,4. Parmi ces polyisoprènes de synthèse, sont utilisés de préférence des polyisoprènes ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%. Selon d'autres modes de réalisation préférentiels, A l'élastomère isoprénique peut être également associé un autre élastomère diénique tel que, par exemple, un élastomère SBR et/ou BR.
La gomme de remplissage peut contenir un seul ou plusieurs élastomère(s), notamment diénique(s), ce dernier ou ces derniers pouvant être utilisé(s) en association avec tout type de polymère autre qu'élastomère.
La gomme de remplissage est préférentiellement du type réticulable, c'est-à-dire qu'elle comprend par définition un système de réticulation adapté pour permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (Le., son durcissement et non sa fusion) ; ainsi, dans un tel cas, cette composition de caoutchouc peut être qualifiée d'infusible, du fait qu'elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit. De préférence, dans le cas d'une composition de caoutchouc diénique, le système de réticulation de la gaine de caoutchouc est un système dit de vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'au moins un accélérateur de vulcanisation. Mais l'invention s'applique également aux cas où la gomme de remplissage est dépourvu de soufre et même de tout autre système de réticulation, étant entendu que pourrait suffire, pour sa propre réticulation ou vulcanisation, le système de réticulation ou vulcanisation déjà présent dans la matrice de caoutchouc que le câble de l'invention est destiné à renforcer, et susceptible de migrer par contact de ladite matrice environnante vers la gomme de remplissage.
La gomme de remplissage peut comporter également tout ou partie des additifs usuels destinés aux matrices de caoutchouc pour pneumatiques, tels que par exemple des charges renforçantes comme le noir de carbone ou la silice, des antioxydants, des huiles, des plastifiants, des agents antiréversion, des résines, des promoteurs d'adhésion tels que sels de cobalt.
Le taux de charge renforçante, par exemple du noir de carbone ou une charge inorganique renforçante telle que silice, est de préférence supérieur à 50 pce, par exemple compris entre 50 et 120 pce. Comme noirs de carbone, par exemple, conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les pneumatiques (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone de grade (ASTM) 300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772). Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type silice (SiC>2), notamment les silice précipitées ou pyrogénées présentant une surface BET inférieure à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g.
En sortie de l'étape de gainage qui précède, au cours de la seconde étape, les N fils de la deuxième couche (C2) sont retordus ensemble (direction S ou Z) autour du noyau (Cl) gainé pour formation du toron d'âme (C1+C2), de manière connue en soi ; les fils sont délivrés par des moyens d'alimentation tels que des bobines, une grille de répartition, couplée ou non à un grain d'assemblage, destinés à faire converger autour du noyau les N fils en un point de torsion commun (ou point d'assemblage).
Préférentiellement, le diamètre d2 des N fils est compris dans un domaine de 0,08 à 0,45 mm et le pas de retordage p2 est compris dans un domaine de 5 à 30 mm. On rappelle ici que, de manière connue, le pas « p » représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
Au cours de ce retordage, les N fils viennent s'appuyer sur la gomme de remplissage, s'incruster dans la gaine de gomme recouvrant le noyau (Cl). Cette gomme de remplissage, en quantité suffisante, remplit alors naturellement les capillaires qui se forment entre le noyau (Cl) et la deuxième couche (C2).
En aval du point d'assemblage, la contrainte de tension exercée sur le toron d'âme est de préférence comprise entre 10 et 25% de sa force à la rupture.
Au cours d'une troisième étape, on procède à l'assemblage final, toujours par retordage (direction S ou Z), des P fils de la troisième couche ou couche externe (C3) autour du toron d'âme (C1+C2) ainsi formé. Préférentiellement, le diamètre d3 des P fils est compris dans un domaine de 0,08 à 0,45 mm et le pas de retordage p3 est supérieur ou égal à p2, en particulier compris dans un domaine de 5 à 30 mm.
A ce stade du procédé, le câble de l'invention n'est pas encore terminé : les capillaires ci-dessus délimités par les N fils de la deuxième couche (C2) et les P fils de la troisième couche (C3), ne sont pas encore remplis de gomme de remplissage, en tout cas de manière insuffisante pour l'obtention d'un câble ayant une imperméabilité à l'air qui soit optimale.
L'étape essentielle qui suit consiste à faire passer le câble, ainsi pourvu de sa gomme de remplissage à l'état cru, à travers des moyens d'équilibrage de torsion. Par "équilibrage de torsion", on entend ici de manière connue l'annulation des couples de torsion résiduels (ou du retour élastique de détorsion) s'exerçant sur chaque fil du câble à l'état retordu, dans sa couche respective. Les outils d'équilibrage de la torsion sont connus de l'homme du métier du retordage ; ils peuvent consister par exemple en des "dresseurs" et/ou des "retordeurs" et/ou des "retordeurs-dresseurs" constitués soit de poulies pour les retordeurs, soit de galets de petit diamètre pour les dresseurs, poulies ou galets à travers lesquels circule le câble, dans un seul plan ou de préférence dans au moins deux plans différents.
On suppose a posteriori que, lors du passage à travers les différents moyens d'équilibrage ci- dessus, ces derniers génèrent, sur les N et P fils des deuxième et troisième couches (C2 et C3), une torsion et pression radiale qui sont suffisantes pour redistribuer la gomme de remplissage à l'état cru (i.e., non réticulée, non cuite), encore chaude et relativement fluide, en la transférant en partie, des capillaires formés par le noyau (Cl) et les N fils de la deuxième couche (C2), vers l'intérieur des capillaires formés par les N fils de la deuxième couche (C2) et les P fils de la troisième couche (C3), offrant finalement au câble de l'invention l'excellente propriété d'imperméabilité à l'air qui le caractérise. La fonction de dressage, apportée par l'utilisation d'un outil dresseur, aurait en outre pour avantage que le contact des galets du dresseur avec les fils de la couche externe (C3) va exercer une pression radiale supplémentaire sur la gomme de remplissage favorisant encore sa répartition optimale dans les capillaires présents entre les deuxième couche (C2) et la troisième couche (C3) du câble.
En d'autres termes, le procédé de l'invention décrit ci-dessus exploite la torsion des fils et la pression radiale s'exerçant sur ces derniers au stade final de fabrication du câble, pour répartir radialement la gomme de remplissage à l'intérieur du câble, tout en contrôlant parfaitement la quantité de gomme de remplissage fournie. L'homme du métier saura notamment ajuster l'agencement, le diamètre des poulies et/ou galets des moyens d'équilibrage de torsion pour jouer sur l'intensité de la pression radiale s'exerçant sur les fils.
Ainsi, de manière inattendue, il s'est avéré possible de faire pénétrer la gomme de remplissage au cœur même du câble de l'invention et dans l'ensemble de ses capillaires, en déposant la gomme en amont du point d'assemblage des N fils autour de la première couche ou noyau (Cl), tout en contrôlant et en optimisant la quantité de gomme de remplissage délivrée grâce à l'emploi d'une tête d'extrusion unique.
Après cette étape ultime d'équilibrage de la torsion, la fabrication du câble selon le procédé de l'invention, gommé in situ par sa gomme de remplissage à l'état cru, est terminée.
Préférentiellement, dans ce câble terminé, l'épaisseur de gomme de remplissage entre deux fils adjacents du câble, quels qu'ils soient, est supérieure à 1 μm, de préférence comprise entre 1 à 10 μm. Ce câble peut être enroulé sur une bobine de réception, pour stockage, avant d'être traité par exemple à travers une installation de calandrage, pour préparation d'un tissu composite métal-caoutchouc utilisable par exemple comme armature de carcasse de pneumatique.
Selon un autre mode préférentiel de l'invention, on a la relation suivante qui est vérifiée (dL, d2, d3, p2 et p3 étant exprimés en mm):
5 π (di + d2) < p2 ≤ p3 < 10 π (di + 2d2 + d3) .
Plus particulièrement, on a la relation suivante qui est vérifiée :
5 π (di + d2) < p2 < p3 < 5 π (di + 2d2 + d3) .
Avantageusement, les pas P2 et p3 sont égaux, ce qui simplifie le procédé de fabrication.
L'homme de l'art saura, à la lumière de la présente description, ajuster la formulation de la gomme de remplissage afin d'atteindre les niveaux de propriétés (notamment module d'élasticité) souhaités, et adapter la formulation à l'application spécifique envisagée.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la formulation de la gomme de remplissage peut être choisie identique à la formulation de la matrice de caoutchouc que le câble final est destiné à renforcer ; ainsi, il n'y a aucun problème de compatibilité entre les matériaux respectifs de la gomme de remplissage et de ladite matrice de caoutchouc.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, la formulation de la gomme de remplissage peut être choisie différente de la formulation de la matrice de caoutchouc que le câble final est destiné à renforcer. On pourra notamment ajuster la formulation de la gomme de remplissage en utilisant une quantité relativement élevée de promoteur d'adhésion, typiquement par exemple de 5 à 15 pce d'un sel métallique tel qu'un sel de cobalt, de nickel ou un sel de lanthanide tel que néodyme (voir notamment demande WO 2005/113666), et en réduisant avantageusement la quantité dudit promoteur (voire en le supprimant totalement) dans la matrice de caoutchouc environnante. Bien entendu, on pourra également ajuster la formulation de la gomme de remplissage en vue d'optimiser sa viscosité et ainsi sa pénétration à l'intérieur du câble lors de la fabrication de ce dernier.
De préférence, la gomme de remplissage présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension ElO (à 10% d'allongement) qui est compris entre 2 et 25 MPa, plus préférentiellement entre 3 et 20 MPa, en particulier compris dans un domaine de 3 à 15 MPa. De préférence, la troisième couche (C3) a pour caractéristique préférentielle d'être une couche saturée, c'est-à-dire que, par définition, il n'existe pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter au moins un (Pmax+l)ème fil de diamètre d3, Pmax représentant le nombre maximal de fils enroulables en une troisième couche (C3) autour de la deuxième couche (C2). Cette construction a pour avantage de limiter le risque de débordement de gomme de remplissage à sa périphérie et d'offrir, pour un diamètre donné du câble, une résistance plus élevée.
Ainsi, le nombre P de fils de la troisième couche peut varier dans une très large mesure selon le mode de réalisation particulier de l'invention, étant entendu que le nombre maximal de fils P sera augmenté si leur diamètre d3 est réduit comparativement au diamètre d2 des fils de la deuxième couche, afin de conserver préférentiellement la couche externe dans un état saturé.
De préférence, la première couche (Cl) est constituée d'un fil unitaire dont le diamètre di est compris dans un domaine de 0,08 à 0,50 mm.
Si le noyau (Cl) est constitué de plusieurs fils (i.e., M est différent de 1), alors les M fils sont préférentiellement assemblés entre eux selon un pas d'assemblage qui est de préférence compris entre 4 et 15 mm, notamment entre 5 et 10 mm.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, la deuxième couche (C2) comporte 5 à 7 fils (i.e., N varie de 5 à 7). Selon un autre mode particulièrement préférentiel, la couche C3 comporte de 10 à 14 fils ; sont particulièrement sélectionnés parmi les câbles ci-dessus ceux constitués de fils ayant sensiblement le même diamètre de la couche C2 à la couche C3 (soit &2 = d3).
Selon un autre mode de réalisation encore plus préférentiel, la première couche (Cl) comporte un seul fil, la deuxième couche (C2) comporte 6 fils (N égal à 6) et la troisième couche (C3) comporte 11 ou 12 fils (P égal à 11 ou 12). En d'autres termes, le câble de l'invention a pour constructions préférentielles 1+6+11 ou 1+6+12.
Le câble préparé selon l'invention, comme tout câble à couche, peut être de deux types, à savoir du type à couches compact ou du type à couches cylindriques.
Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel de l'invention, les fils de la troisième couche (C3) sont enroulés en hélice au même pas (p2 = p3) et dans le même sens de torsion (c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S"), soit dans la direction Z (disposition "Z/Z")) que les fils de la deuxième couche intermédiaire (C2), pour l'obtention d'un câble à couches du type compact tel que schématisé par exemple à la figure 2. Dans de tels câbles à couches compacts, la compacité est telle que pratiquement aucune couche distincte de fils n'est visible ; il en résulte que la section transversale de tels câbles a un contour qui est généralement polygonal et non cylindrique, comme illustré par exemple sur les figure 2 (câble compact 1+6+12 gommé in situ) et figure 3 (câble compact 1+6+12 conventionnel, c'est-à-dire non gommé in situ).
Ainsi préparé, le câble fabriqué selon l'invention peut être qualifié d'étanche à l'air à l'état cuit: au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe II- 1 -B qui suit, il se caractérise par un débit d'air moyen inférieur à 2 cffiVmin, de préférence inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min.
Le procédé de l'invention présente l'avantage de rendre possible l'opération complète de retordage initial, gommage et retordage final en ligne et en une seule étape, quel que soit le type de câble produit (câble compact comme câble à couches cylindriques), tout ceci à haute vitesse. Le procédé ci-dessus peut être mis en œuvre à une vitesse (vitesse de défilement du câble sur la ligne de retordage-gommage) supérieure à 50 m/min, préférentiellement supérieure à 70 m/min.
Le procédé de l'invention rend possible la fabrication de câbles qui peuvent être dépourvus (ou quasiment dépourvus) de gomme de remplissage à leur périphérie. Par une telle expression, on entend qu'aucune particule de gomme de remplissage n'est visible, à l'œil nu, à la périphérie du câble, c'est-à-dire que l'homme du métier ne fait pas de différence en sortie de fabrication, à l'œil nu et à une distance de trois mètres ou plus, entre une bobine de câble conforme à l'invention et une bobine de câble conventionnel non gommé in situ.
Ce procédé s'applique bien entendu à la fabrication de câbles du type compacts (pour rappel et par définition, ceux dont les couches C2 et C3 sont enroulées au même pas et dans le même sens) comme à la fabrication de câbles du type à couches cylindriques (pour rappel et par définition, ceux dont les couches C2 et C3 sont enroulées soit à des pas différents (quels que soient leurs sens de torsion, identiques ou pas), soit dans des sens opposés (quels que soient leurs pas, identiques ou différents)).
Par câble métallique, on entend par définition dans la présente demande un câble formé de fils constitués majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% en nombre de ces fils) ou intégralement (pour 100% des fils) d'un matériau métallique. Indépendamment les uns des autres et d'une couche à l'autre, le ou les fils du noyau (Cl), les fils de la deuxième couche (C2) et les fils de la troisième couche (C3) sont de préférence en acier, plus préférentiellement en acier au carbone. Mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers, par exemple un acier inoxydable, ou d'autres alliages. Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d'acier) est de préférence comprise entre 0,4% et 1,2%, notamment entre 0,5% et 1,1% ; ces teneurs représentent un bon compromis entre les propriétés mécaniques requises pour le pneumatique et la faisabilité des fils. Il est à noter qu'une teneur en carbone comprise entre 0,5% et 0,6% rend de tels aciers finalement moins coûteux car plus faciles à tréfiler. Un autre mode avantageux de réalisation de l'invention peut consister aussi, selon les applications visées, à utiliser des aciers à faible teneur en carbone, comprise par exemple entre 0,2% et 0,5%, en raison notamment d'un coût plus bas et d'une plus grande facilité de tréfilage.
Un dispositif d'assemblage et gommage utilisable préférentiellement pour la mise en œuvre du procédé de l'invention précédemment décrit, est un dispositif comportant d'amont en aval, selon la direction d'avancement d'un câble en cours de formation :
des moyens d'alimentation de la première couche ou noyau (Cl) ; des moyens de gainage du noyau (Cl) ; des moyens d'alimentation et des premiers moyens d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) gainé, en un point dit point d'assemblage, pour formation d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » de construction C1+C2 ; des moyens d'alimentation et des seconds moyens d'assemblage par retordage des P fils autour du toron d'âme, pour mise en place de la troisième couche (C3) ; - en sortie des seconds moyens d'assemblage, des moyens d'équilibrage de torsion.
On voit sur la figure 1 annexée un exemple de dispositif (10) d'assemblage par retordage, du type à alimentation fixe et à réception tournante, utilisable pour la fabrication d'un câble à trois couches, de construction M+N+P, du type compact (p2 = p3 et même sens de torsion des couches C2 et C3) tel qu'illustré par exemple à la figure 2 commentée plus tard.
Dans ce dispositif (10), un fil noyau unique (Cl) traverse tout d'abord une zone de gainage consistant par exemple en une tête d'extrusion unique (1 1). Des moyens d'alimentation (120) délivrent ensuite, autour du fil noyau (Cl) ainsi gainé (par exemple constitué d'un fil unitaire), N fils (12) à travers une grille (13) de répartition (répartiteur axisymétrique), couplée ou non à un grain d'assemblage (14), au-delà de laquelle convergent les N (par exemple six) fils de la deuxième couche en un point d'assemblage (15), pour formation du toron d'âme (C1+C2) de construction M+N (par exemple 1+6). La distance entre le point de gainage (1 1) et le point de convergence (15) est par exemple comprise entre 1 et 5 mètres.
Autour du toron d'âme (C1+C2) ainsi formé (16) et progressant dans le sens de la flèche, sont ensuite assemblés par retordage les P fils (17) de la couche externe (C3), par exemple au nombre de douze, délivrés par des moyens d'alimentation (170). Le câble final (C1+C2+C3) est finalement collecté sur la réception tournante (19), après traversée des moyens d'équilibrage de torsion (18) consistant par exemple en un dresseur ou un retordeur-dresseur. On rappelle ici que, de manière bien connue de l'homme du métier, pour la fabrication d'un câble du type à couches cylindriques (pas p2 et p3 différents et/ou sens de torsion différents des couches C2 et C3), on utilise un dispositif comportant deux organes (alimentation ou réception) tournants, et non un seul comme décrit ci-dessus (Fig. 1) à titre d'exemple.
La figure 2 schématise, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un exemple d'un câble préférentiel 1+6+12 gommé in situ, susceptible d'être obtenu à l'aide du procédé conforme à l'invention précédemment décrit.
Ce câble (noté C-I) est du type compact, c'est-à-dire que ses deuxième et troisième couches (respectivement C2 et C3) sont enroulées dans le même sens (S/S ou Z/Z selon une nomenclature reconnue) et de plus au même pas (p2 = P3). Ce type de construction a pour conséquence que les fils (21, 22) de ces deuxième et troisième couches (C2, C3) forment autour du noyau (20) ou première couche (Cl) deux couches sensiblement concentriques qui ont chacune un contour (E) (représenté en pointillés) qui est sensiblement polygonal (plus précisément hexagonal) et non cylindrique comme dans le cas de câbles à couches dits cylindiques.
Ce câble C-I peut être qualifié de câble gommé in situ : chacun des capillaires ou interstices (espaces vides en l'absence de gomme de remplissage) formés par les fils adjacents, pris trois par trois, de ses trois couches Cl, C2 et C3, est rempli, au moins en partie (de manière continue ou non selon l'axe du câble), par la gomme de remplissage de telle manière que pour toute longueur de câble de 2 cm, chaque capillaire comporte au moins un bouchon de gomme.
Plus précisément, la gomme de remplissage (23) remplit chaque capillaire (24) (symbolisé par un triangle) formé par les fils adjacents (pris trois à trois) des différentes couches (Cl, C2, C3) du câble, en écartant ces derniers très légèrement. On voit que ces capillaires ou interstices sont naturellement formés soit par le fil noyau (20) et les fils (21) de la deuxième couche (C2) qui l'entourent, soit par deux fils (21) de la deuxième couche (C2) et un fil (23) de la troisième couche (C3) qui leur est immédiatement adjacent, soit encore par chaque fil (21) de la deuxième couche (C2) et les deux fils (22) de la troisième couche (C3) qui lui sont immédiatement adjacents ; au total, 24 capillaires ou interstices (24) sont ainsi présents dans ce câble 1+6+12.
Pour comparaison, la figure 3 rappelle la coupe d'un câble 1+6+12 (noté C-2) conventionnel (i.e., non gommé in situ), également du type compact. L'absence de gomme de remplissage fait que pratiquement tous les fils (30, 31, 32) sont au contact l'un de l'autre, ce qui conduit à une structure particulièrement compacte, par ailleurs très difficilement pénétrable (pour ne pas dire impénétrable) de l'extérieur par du caoutchouc. La caractéristique de ce type de câble est que les différents fils forment trois à trois des canaux ou capillaires (34) qui pour un nombre important d'entre eux restent fermés et vides et donc propices, par effet "de mèche", à la propagation de milieux corrosifs tels que l'eau.
A titre d'exemples préférentiels, le procédé de l'invention est utilisé pour la fabrication de câbles de constructions 1+6+11 et 1+6+12, notamment, parmi ces derniers, ceux constitués de fils ayant sensiblement le même diamètre de la deuxième couche (C2) à la troisième couche (C3) (soit, dans ce cas d2 = d3).
II. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
Les essais qui suivent démontrent la capacité du procédé de l'invention à fournir des câbles à trois couches qui, comparés aux câbles à trois couches gommés in situ de l'art antérieur, ont l'avantage notable de comporter une quantité réduite de gomme de remplissage, ce qui leur garantit une meilleure compacité, cette gomme étant en outre répartie uniformément à l'intérieur du câble, à l'intérieur de chacun de ses capillaires, leur conférant ainsi une imperméabilité longitudinale optimale.
II- 1. Mesures et tests utilisés
II- 1 -A. Mesures dvnamométriques
Pour ce qui concerne les fils et câbles métalliques, les mesures de force à la rupture notée Fm (charge maximale en N), de résistance à la rupture notée Rm (en MPa) et d'allongement à la rupture noté At (allongement total en %) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984.
Concernant les compositions de caoutchouc, les mesures de module sont effectuées en traction, sauf indication différente selon la norme ASTM D 412 de 1998 (éprouvette "C") : on mesure en seconde élongation (c'est-à-dire après un cycle d'accommodation) le module sécant "vrai" (c'est-à-dire ramené à la section réelle de l'éprouvette) à 10% d'allongement, noté ElO et exprimé en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999).
II- 1 -B. Test de perméabilité à l'air
Ce test permet de déterminer la perméabilité longitudinale à l'air des câbles testés, par mesure du volume d'air traversant une éprouvette sous pression constante pendant un temps donné. Le principe d'un tel test, bien connu de l'homme du métier, est de démontrer l'efficacité du traitement d'un câble pour le rendre imperméable à l'air ; il a été décrit par exemple dans la norme ASTM D2692-98.
Le test est ici réalisé soit sur des câbles extraits des pneumatiques ou des nappes de caoutchouc qu'ils renforcent, donc déjà enrobés de l'extérieur par du caoutchouc à l'état cuit, soit sur des câbles bruts de fabrication, ayant subi un enrobage et une cuisson ultérieurs.
Dans le second cas, les câbles bruts doivent être préalablement noyés, enrobés de l'extérieur par une gomme dite d'enrobage. Pour cela, une série de 10 câbles disposés parallèlement (distance inter-câble : 20 mm) est placée entre deux skims (deux rectangles de 80 x 200 mm) d'une composition de caoutchouc à l'état cru, chaque skim ayant une épaisseur de 3,5 mm ; le tout est alors bloqué dans un moule, chacun des câbles étant maintenu sous une tension suffisante (par exemple 2 daN) pour garantir sa rectitude lors de la mise en place dans le moule, à l'aide de modules de serrage ; puis on procède à la vulcanisation (cuisson) pendant 40 min à une température de 1400C et sous une pression de 15 bar (piston rectangulaire de 80 x 200 mm). Après quoi, on démoule l'ensemble et on découpe 10 éprouvettes de câbles ainsi enrobés, sous forme de parallélépipèdes de dimensions 7x7x20 mm, pour caractérisation.
On utilise comme gomme d'enrobage une composition de caoutchouc conventionnelle pour pneumatique, à base de caoutchouc naturel (peptisé) et de noir de carbone N330 (65 pce), comportant en outre les additifs usuels suivants: soufre (7 pce), accélérateur sulfénamide (1 pce), ZnO (8 pce), acide stéarique (0,7 pce), antioxydant (1,5 pce), naphténate de cobalt (1,5 pce) ; le module ElO de la gomme d'enrobage est de 10 MPa environ.
Le test est réalisé sur 2 cm de longueur de câble, enrobé donc par sa composition de caoutchouc (ou gomme d'enrobage) environnante à l'état cuit, de la manière suivante : on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression de 1 bar, et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre (calibré par exemple de 0 à 500 cm /min). Pendant la mesure, l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche comprimé (par exemple un joint en mousse dense ou en caoutchouc) de telle manière que seule la quantité d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe longitudinal, est prise en compte par la mesure ; un contrôle d'étanchéité préalable du joint étanche est fait à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, i.e., sans câble.
Le débit mesuré est d'autant plus faible que l'imperméabilité longitudinale du câble est élevée. La mesure étant faite avec une précision de ± 0,2 cffiVmin, les valeurs mesurées égales ou inférieures à 0,2 cπrVmin sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche à l'air selon son axe (i.e., selon sa direction longitudinale). II- 1 -C. Taux de gomme de remplissage
La quantité de gomme de remplissage est mesurée par différence entre le poids du câble initial (donc gommé in situ) et le poids du câble (donc celui de ses fils) dont la gomme de remplissage a été éliminée par un traitement électrolytique approprié.
Un échantillon de câble (longueur 1 m), bobiné sur lui-même pour réduire son encombrement, constitue la cathode d'un électrolyseur (reliée à la borne négative d'un générateur), tandis que l'anode (reliée à la borne positive) est constituée d'un fil de platine. L'électrolyte consiste en une solution aqueuse (eau déminéralisée) comportant 1 mole par litre de carbonate de sodium.
L' échantillon, plongé complètement dans l'électrolyte, est mis sous tension pendant 15 min sous un courant de 300 mA. Le câble est ensuite retiré du bain, rincé abondamment avec de l'eau. Ce traitement permet à la gomme de se détacher facilement du câble (si tel n'est pas le cas, on continue l'électrolyse pendant quelques minutes). On élimine soigneusement la gomme, par exemple par simple essuyage à l'aide d'un tissu absorbant, tout en détordant un à un les fils du câble. Les fils sont de nouveau rincés à l'eau puis plongés dans un bêcher contenant un mélange d'eau déminéralisée (50%) et d'éthanol (50%) ; le bêcher est plongé dans une cuve à ultrasons pendant 10 min. Les fils ainsi dépourvus de toute trace de gomme sont retirés du bêcher, séchés sous un courant d'azote ou d'air, et enfin pesés.
On en déduit par le calcul le taux de gomme de remplissage dans le câble, exprimé en mg de gomme de remplissage par gramme de câble initial, et moyenne sur 10 mesures (10 mètres de câble au total).
II-2. Fabrication des câbles et tests
On utilise dans les essais qui suivent des câbles à couches de constructions 1+6+12 constitués de fils fins en acier au carbone revêtus de laiton.
Les fils en acier au carbone sont préparés de manière connue, en partant par exemple de fils machine (diamètre 5 à 6 mm) que l'on écrouit tout d'abord, par laminage et/ou tréfilage, jusqu'à un diamètre intermédiaire voisin de 1 mm. L'acier utilisé est un acier au carbone connu (norme USA AISI 1069) dont la teneur en carbone est de 0,70%. Les fils de diamètre intermédiaire subissent un traitement de dégraissage et/ou décapage, avant leur transformation ultérieure. Après dépôt d'un revêtement de laiton sur ces fils intermédiaires, on effectue sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e., après le dernier traitement thermique de patentage), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de tréfilage qui se présente par exemple sous forme d'une émulsion ou d'une dispersion aqueuse. Le revêtement de laiton qui entoure les fils a une épaisseur très faible, nettement inférieure au micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 μm, ce qui est négligeable par rapport au diamètre des fils en acier. Les fils en acier ainsi tréfilés ont le diamètre et les propriétés mécaniques indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
Figure imgf000020_0001
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches 1+6+12 dont la construction est conforme à la représentation de la figure 1 et dont les propriétés mécaniques sont données dans le tableau 2.
Tableau 2
Figure imgf000020_0002
L'exemple (C-I) de câble 1+6+12 préparé selon le procédé de l'invention, tel que schématisé à la Fig. 1, est donc formé de 19 fils au total, un fil noyau de diamètre 0,20 mm et 18 fils autour, tous de diamètre 0,18 mm, qui ont été enroulés en deux couches concentriques au même pas (P2 = P3 = 10,0 mm) et dans la même direction de torsion (S) pour l'obtention d'un câble du type compact. Le taux de gomme de remplissage, mesuré selon la méthode indiquée précédemment au paragraphe II- 1 -C, est égal à environ 16 mg par g de câble. Cette gomme de remplissage est présente dans chacun des 24 capillaires formés par les différents fils pris trois à trois, c'est-à-dire qu'elle remplit en totalité ou au moins en partie chacun de ces capillaires de telle manière qu'il existe au moins, sur toute longueur de câble de longueur égale à 2 cm, un bouchon de gomme dans chaque capillaire.
Pour la fabrication de ce câble, on a utilisé un dispositif tel que décrit précédemment et schématisé à la figure 1. La gomme de remplissage est une composition de caoutchouc conventionnelle pour armature carcasse de pneumatique pour véhicules industriels, ayant la même formulation que celle de la nappe de caoutchouc de carcasse que le câble C-I est destiné à renforcer ; cette composition est à base de caoutchouc naturel (peptisé) et de noir de carbone N330 (55 pce) ; elle comporte en outre les additifs usuels suivants: soufre (6 pce), accélérateur sulfénamide (1 pce), ZnO (9 pce), acide stéarique (0,7 pce), antioxydant (1,5 pce), naphténate de cobalt (1 pce) ; le module ElO de la composition est de 6 MPa environ. Cette composition a été extradée à une température de 85°C environ à travers une filière de calibrage de 0,400 mm. Les câbles C-I ainsi préparés ont été soumis au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe II- 1 -B, en mesurant le volume d'air (en cm3) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures pour chaque câble testé).
Pour chaque câble C-I testé et pour 100% des mesures (soit dix éprouvettes sur dix), on a mesuré un débit nul ou inférieur à 0,2 cnrVmin ; en d'autres termes, les câbles préparés selon le procédé de l'invention peuvent être qualifiés d'étanches à l'air selon leur axe longitudinal ; ils présentent donc un taux de pénétration optimal par le caoutchouc.
D'autre part, des câbles gommés in situ témoins, de même construction que les câbles compacts C-I ci-dessus, ont été préparés conformément au procédé décrit dans la demande WO 2005/071557 précitée, en plusieurs étapes discontinues, par gainage via une tête d'extrusion du toron d'âme intermédiaire 1+6, puis dans un deuxième temps par câblage des 12 fils restants autour de l'âme ainsi gainée, pour formation de la couche externe. Ces câbles témoins ont été ensuite soumis au test de perméabilité à l'air du paragraphe 1-2.
On a constaté tout d'abord qu'aucun de ces câbles témoins ne présentait 100% des mesures (soit dix éprouvettes sur dix) avec un débit nul ou inférieur à 0,2 crrrVmin, en d'autres termes qu'aucun de ces câbles témoins ne pouvait être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe.
On a observé d'autre part que, parmi ces câbles témoins, ceux présentant les meilleurs résultats d'imperméabilité (soit un débit moyen d'environ 2 cffiVmin), présentaient tous une quantité relativement importante de gomme de remplissage parasite débordant à leur périphérie, les rendant inaptes à une opération de calandrage satisfaisante en conditions industrielles.
En résumé, le procédé de l'invention permet la fabrication de câbles gommés in situ qui, grâce à un taux de pénétration optimal par du caoutchouc, d'une part présentent une haute endurance en armature de carcasse des pneumatiques, d'autre part peuvent être mis en œuvre de manière efficace sous des conditions industrielles, notamment sans les difficultés liées à un débordement excessif de caoutchouc lors de leur fabrication.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un câble métallique à trois couches concentriques (Cl, C2, C3) du type gommé in situ, comportant une première couche interne ou noyau (Cl) autour duquel sont entourés ensemble en hélice selon un pas P2, en une deuxième couche intermédiaire (C2), N fils de diamètre d2, N variant de 3 à 12, deuxième couche autour de laquelle sont entourés ensemble en hélice selon un pas p3, en une troisième couche externe (C3), P fils de diamètre d3, P variant de 8 à 20, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- une étape de gainage du noyau (Cl) par une composition de caoutchouc dite « gomme de remplissage », à l'état non réticulé ; une première étape d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) ainsi gainé, pour formation en un point, dit « point d'assemblage » d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » de construction M+N ;
- une seconde étape d'assemblage par retordage des P fils de la troisième couche (C3) autour du toron d'âme ;
- une étape d'équilibrage final des torsions.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température d'extrusion de la gomme de remplissage est comprise entre 500C et 1200C.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la quantité de gomme de remplissage délivrée lors du gainage est comprise entre 5 et 40 mg par gramme de câble final.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le noyau (Cl), après gainage, est recouvert d'une épaisseur minimale de gomme de remplissage supérieure à 20 μm.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le caoutchouc de la gomme de remplissage est un élastomère diénique.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l' élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'élastomère diénique est un élastomère isoprénique, de préférence du caoutchouc naturel.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la contrainte de tension exercée sur le toron d'âme, en aval du point d'assemblage, est comprise entre 10 et 25% de sa force à la rupture.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première couche est constituée d'un seul fil unitaire dont le diamètre di est compris dans un domaine de 0,08 à 0,50 mm.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le diamètre d2 est compris dans un domaine de 0,08 à 0,45 mm et le pas de retordage p2 est compris dans un domaine de 5 à 30 mm.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le diamètre d3 est compris dans un domaine de 0,08 à 0,45 mm et le pas p3 est supérieur ou égal à p2.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel les fils de la troisième couche (C3) sont enroulés en hélice au même pas et dans le même sens de torsion que les fils de la deuxième couche (C2).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel N varie de 5 à 7.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel P varie de 10 à 14.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la troisième couche (C3) est une couche saturée.
16. Dispositif d'assemblage et gommage en ligne, utilisable pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, ledit dispositif comportant d'amont en aval, selon la direction d'avancement du câble en cours de formation :
des moyens d'alimentation de la première couche ou noyau (Cl) ; des moyens de gainage du noyau (Cl) ; des moyens d'alimentation et des premiers moyens d'assemblage par retordage des N fils de la deuxième couche (C2) autour du noyau (Cl) gainé, en un point dit point d'assemblage, pour formation d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » (Cl+C2° ; des moyens d'alimentation et des seconds moyens d'assemblage par retordage des P fils autour du toron d'âme, pour mise en place de la troisième couche (C3) ; en sortie des seconds moyens d'assemblage, des moyens d'équilibrage de torsion.
17. Dispositif selon la revendication 16, comportant une alimentation fixe et une réception tournante.
18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, dans lequel les moyens de gainage sont constitués par une tête d'extrusion unique comportant au moins une filière de calibrage.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel les moyens d'équilibrage de torsion comportent au moins un outil choisi parmi les outils dresseurs, retordeurs ou retordeur-dresseurs.
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