WO2011000951A2 - Cable metallique a trois couches gomme in situ de construction 3+m+n - Google Patents
Cable metallique a trois couches gomme in situ de construction 3+m+n Download PDFInfo
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- D07B2501/20—Application field related to ropes or cables
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Definitions
- the present invention relates to three-layered metal cables, which can be used in particular for reinforcing rubber articles such as tires for industrial vehicles.
- This invention is more specifically related to three-layer metal cables of specific construction 3 + M + N, and their use in carcass reinforcement, also called “carcasses”, tires for industrial vehicles.
- 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.
- reinforcement elements such as cords or monofilaments
- steel cords consisting of a central layer and one or more layers are generally used. concentric threads disposed around this central layer.
- the most widely used three-layer cables are essentially L + M + N construction cables, formed of a central layer of L-wire (s) surrounded by at least one layer of M-wire itself surrounded by a layer external of N son.
- the three-layer cables most used today in industrial vehicle tire carcass reinforcement, in cases where the highest mechanical strengths are targeted and consequently a larger number of wires are required, are essentially 3 + M + N construction consisting of a central layer of 3 son surrounded by an intermediate layer of M son itself surrounded by an outer layer of N son, the assembly may be optionally fretted by an external wire hoop helically wrapped around the outer layer.
- these layered cables are subjected to considerable stresses during the rolling of the tires, in particular to repeated bending or variations of curvature. inducing at the level of the son friction, especially as a result of contact between adjacent layers, and therefore wear, and fatigue; they must therefore have a high resistance to phenomena known as "fatigue-fretting".
- this material penetrates the best in all spaces between the son constituting the cables. Indeed, if this penetration is insufficient, then empty channels are formed along the cables, and corrosive agents such as water or even oxygen in the air, which can penetrate the tires, for example as a result of cuts, they run along these empty channels into the carcass of the tire.
- corrosive agents such as water or even oxygen in the air, which can penetrate the tires, for example as a result of cuts, they run along these empty channels into the carcass of the tire.
- the presence of this moisture plays an important role in causing corrosion and accelerating the degradation processes above (phenomena known as "fatigue-corrosion”), compared to use in a dry atmosphere.
- these three-layer cables are obtained in several steps which have the disadvantage of being discontinuous, firstly by producing an intermediate cable L + M (in particular 1 + M), then by sheathing via an extrusion head of this intermediate cable, finally by a final operation of wiring the remaining N son around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
- an intermediate cable L + M in particular 1 + M
- sheathing via an extrusion head of this intermediate cable
- a final operation of wiring the remaining N son around the core thus sheathed, for forming the outer layer.
- a first object of the invention is a three-layer metal cable (C1, C2, C3) of construction 3 + M + N, gummed in situ, comprising a first layer (Cl) consisting of three di diameter wires. helically assembled in a pitch p b central layer around which are helically wound in a pitch p 2 , in a second layer (C2), M son of diameter d 2 , second layer around which are helically wound in a step p 3 , in a third layer (C3), N son of diameter d 3 , said cable being characterized in that it has the following characteristics (di, d 2 , d 3 , pi, p 2 and p 3 being expressed in mm): - AT - ;
- a rubber composition called “filling rubber” is present in the central channel defined by the three son of the first layer (Cl) and in each of the capillaries delimited on the one hand by the 3 wires of the first layer (C1) and the M son of the second layer (C2), on the other hand by the M son of the second layer (C2) and N son of the third layer (C3);
- the rate of filling rubber in the cable is between 10 and 50 mg per gram of cable.
- This three-layer cable of the invention compared to the three-layer gummed in situ cables of the prior art, has the notable advantage of having a reduced amount of filling rubber, which guarantees a better compactness, this eraser being further distributed uniformly inside the cable, inside each of its capillaries, thus conferring on it optimal impermeability along its axis.
- the invention also relates to the use of such a cable for the reinforcement of articles or semi-finished products of rubber, for example webs, pipes, belts, conveyor belts, tires.
- the cable of the invention is particularly intended to be used as reinforcing element of a tire carcass reinforcement of industrial vehicles (ie, carrying heavy loads) chosen from vans and vehicles called “heavy vehicles” it is - ie metro vehicles, buses, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers, or off-the-road vehicles, agricultural or civil engineering machinery, and any other type of transport or handling vehicle.
- the invention further relates to these articles or semi-finished rubber products themselves when reinforced with a cable according to the invention, in particular tires for industrial vehicles such as vans or heavy vehicles.
- the invention also relates to a method of manufacturing the cable of the invention, said method comprising at least the following steps: a first step of assembling by twisting the three son of the central layer to form a first point called "first assembly point" of the first layer or central layer (Cl);
- FIGS. 1 to 6 relating to these examples which schematize, respectively: in cross-section, a construction cable + 9 + 15 according to the invention, gummed in situ, compact type (Figure 1);
- FIG. 1 An example of a twisting and in situ scrubbing installation that can be used for the manufacture of compact type cables, in accordance with the invention (FIG.
- 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 the ASTM D 412 standard of 1998 (test piece “C”): one measures in second elongation (that is to say after a cycle of accommodation) the secant modulus "true” (that is to say, brought back to the real 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, before the test, coated from the outside with 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 appropriate dimensions (for example 7x7x20 or 7x7x30 mm), for characterization.
- the test is carried out over a predetermined length (for example 3 cm or even 2 cm) of cable, thus coated by its surrounding rubber composition (or coating gum) in the fired state, as follows: at the inlet of the cable, under 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 3 / min).
- a flow meter calibrated for example from 0 to 500 cm 3 / 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; the tightness of the seal itself is checked beforehand with the aid of a solid rubber specimen, that is to say without cable.
- the average air flow measured (average of the 10 specimens) is even lower than the longitudinal imperviousness of the cable is high.
- the measured values less than or equal to 0.2 cm 3 / min are considered as zero; they correspond to a cable that can be described as airtight (totally 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 min 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 it 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. From this calculation, the filling rate in the cable, expressed in mg (milligram) of filling rubber per g (gram) of initial cable, is calculated and averaged over 10 measurements (i.e. total cable meters).
- 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 metal cable of the invention therefore comprises three concentric layers:
- a first layer or central layer (Cl) consisting of 3 di diameter wires assembled together in a helix according to a pitch pi;
- a second layer (C2) having M son of diameter d 2 helically assembled, in a pitch p 2 , around the first layer;
- the first and second assembled layers (C1 + C2) constitute what is usually called the cable core, which supports the outermost layer (C3).
- This cable of the invention also has the following characteristics (di, d 2 , d 3 , p 1 , p 2 and p 3 being expressed in mm): ;
- a rubber composition called "filling rubber” is present in the central channel defined by the three son of the first layer (Cl) and in each of the capillaries delimited on the one hand by the 3 wires of the first layer (C1) and the M son of the second layer (C2), on the other hand by the M son of the second layer (C2) and N son of the third layer (C3);
- the rate of filling rubber in the cable (C-I) is between 10 and 50 mg per gram of cable.
- This cable of the invention can be qualified cable gummed in situ, that is to say, it is erased from the inside, during its manufacture itself (so in the raw state of manufacture), by the rubber filling.
- the central channel or capillary delimited by the three son of the first layer (Cl) and each of the capillaries or interstices (the two interchangeable terms designating the voids, free spaces in the absence of filling rubber) located between, delimited by both the first (C1) and the second (C2) layers, both the second (C2) and the third (C3) layers are filled at least in part, continuously or not according to the cable axis, by the filling rubber.
- the central channel and each capillary or interstice described above comprise at least one rubber stopper; in other words and preferentially, there is at least one rubber stopper every 3 cm, preferably every 2 cm of cable, which obstructs the capillary or central channel and each other capillary or interstice of the cable so that, at air permeability test (according to paragraph 1-2), this cable of the invention has an average air flow rate less than
- Another essential feature of the cable of the invention is that its level of filling rubber is between 10 and 50 mg of gum per g of cable. Below the minimum indicated, it is not possible to guarantee that, on any cable length of 3 cm, preferably 2 cm, the filling rubber is present, at least in part, in each of the interstices or capillaries of the cable to preferentially form at least one plug, while beyond the maximum indicated, it is exposed to the various problems described above due to the overflow of the filling rubber at the periphery of the cable. For all these reasons, it is preferred that the level of filling rubber is between 15 and 45 mg, more preferably between 15 and 40 mg of filling gum per g of cable.
- each capillary of the cable preferably comprises at least one plug (or internal partition) of filling rubber on this given length, such that said cable (once coated with the outside by a polymer such as rubber) is watertight or almost airtight in its longitudinal direction.
- an "airtight" cable in the longitudinal direction is characterized by an average air flow rate of not more than 0.2 cm 3 / min while a cable called “almost airtight" in the longitudinal direction is characterized by an average air flow less than 2 cm 3 / min, preferably less than 1 cm 3 / min.
- the diameters of the son of the layers C1, C2 and C3, these son have a diameter identical or not from one layer to another, check the following relations (di, d 2 , d 3 being expressed in mm): ;
- the pitch pi may be identical to or different from p 2 .
- pi p 2 ⁇ p 3 or pi ⁇ p 2 ⁇ p 3 .
- 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 three steps pi, p 2 and p 3 are equal.
- the compactness is such that virtually no distinct layer of wires is visible;
- the cross-section of such cables has a contour which is polygonal and non-cylindrical, as illustrated by way of example in FIG. 1 (compact cable 3 + 9 + 15 according to the invention) or in FIG. (compact cable 3 + 9 + 15 control, that is to say, not gummed in situ).
- the third or outer 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 (N max + l) th wire d 3 diameter, N max representing the maximum number of windable son in a layer around the second layer C2.
- N max representing the maximum number of windable son in a layer around the second layer C2.
- This construction has the significant advantage of further limiting the risk of overfilling gum filling at its periphery and offer, for a given diameter of the cable, a higher strength.
- the invention also applies to cases where the outer layer (C3) is an unsaturated layer.
- the number N of wires can vary to a very large extent according to the particular embodiment of the invention, it being understood that the maximum number N max of wires N will be increased if their diameter d 3 is reduced compared to the diameter d 2 threads of the second layer, in order to preferentially keep the outer layer in a saturated state.
- the second layer (C2) has 6 to 12 son and the third layer (C3) has 12 to 18 son.
- the second layer (C2) has 8 or 9 wires (ie M equal to 8 or 9) and the third layer (C3) has 14 or 15 wires (ie N equal to 14 or 15) .
- the cable of the invention is particularly preferred constructions 3 + 8 + 14 and 3 + 9 + 15.
- the cable of the invention can be of two types, namely of the type with compact layers or of the type with cylindrical layers.
- the three layers C1, C2 and C3 are wound in the same direction of torsion, that is to say either in the S direction ("S / S / S" layout), or in the Z direction ("S" arrangement). Z / Z / Z ").
- wire rope By 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 wire or wires of the central layer (C1), the wires of the second layer (C2) and the wires of the third layer (C3) are preferably 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 When carbon steel is used, its carbon content (% by weight of steel) is preferably between 0.4% and 1.2%, especially between 0.5% and 1.1%; these levels represent a good compromise between the mechanical properties required for the tire and the feasibility of the wires. It should be noted that 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.
- the metal or steel used may itself be coated with a metal layer improving, for example, the properties of implementation of the wire rope and / or its constituent elements, or the properties of use of the cable and / or the tire themselves, such as adhesion properties, corrosion resistance or resistance to aging.
- the steel used is covered with a layer of brass (Zn-Cu alloy) or zinc; it is recalled that during the wire manufacturing process, the coating of brass or zinc facilitates the drawing of the wire, as well as the bonding of the wire with the rubber.
- the son could be covered with a thin metal layer other than brass or zinc, for example having the function of improving the resistance to corrosion of these son and / or their adhesion to rubber, for example a thin layer of Co, Ni, Al, an alloy of two or more compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
- a thin metal layer other than brass or zinc for example having the function of improving the resistance to corrosion of these son and / or their adhesion to rubber, for example a thin layer of Co, Ni, Al, an alloy of two or more compounds Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
- the cables of the invention are preferably carbon steel and have a tensile strength (Rm) preferably greater than 2500 MPa, more preferably greater than 3000 MPa.
- the total elongation at break (At) of the cable, the sum of its structural, elastic and plastic elongations, is preferably greater than 2.0%, more preferably at least 2.5%.
- 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, various isoprene copolymers, and mixtures of these elastomers.
- Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), whether they are prepared by emulsion polymerization (ESBR) or in solution (SSBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene copolymers -butadiene-styrene (SBIR).
- SBR butadiene-styrene copolymers
- BIR isoprene-butadiene copolymers
- SIR isoprene-styrene copolymers
- SBIR isoprene copolymers -butadiene-styrene
- a preferred embodiment consists in using an "isoprene" elastomer, that is to say a homopolymer or copolymer of isoprene, in other words a diene
- the isoprene elastomer is preferably natural rubber or synthetic polyisoprene of the cis-1,4 type.
- 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 (i.e., 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.
- sulfur or a sulfur-donor agent
- vulcanization accelerator for example a sulphenamide
- Sulfur is used at a preferential rate of between 0.5 and 10 phr, more preferably between 1 and 8 phr
- the vulcanization accelerator for example a sulphenamide, is used at a preferential rate of between 0.5 and 10.
- pce more preferably between 0.5 and 5.0 phr.
- the filling rubber may also comprise, in addition to said crosslinking system, all or part of the additives normally used in rubber matrices intended for the manufacture of tires, such as, for example, reinforcing fillers such as carbon black or inorganic fillers such as silica, coupling agents, anti-aging agents, antioxidants, plasticizing agents or extension oils, whether the latter are of aromatic or non-aromatic nature, especially very low or non-aromatic oils, for example naphthenic or paraffinic type, high or preferably low viscosity, MES or TDAE oils, plasticizing resins with high Tg greater than 30 0 C, agents facilitating the implementation (processability) of the compositions in the green state, tackifying resins, anti-eversion agents methylene acceptors and donors such as, for example, HMT (hexamethylenetetramine) or H3M (hexamethoxymethylmelamine), reinforcing resins (such as resorcinol or bismaleimide), known adhesion promoter
- 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).
- reinforcing inorganic fillers are especially suitable mineral fillers of the silica (SiO 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.
- silica silica
- Those skilled in the art will know, in the light of the present description, adjust the formulation of the filling rubber in order to achieve the desired levels of properties (including modulus of elasticity), and adapt the formulation to the application specific consideration.
- the formulation of the filling rubber can be chosen to be identical to the formulation of the rubber matrix that the cable of the invention 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 gum may be chosen different from the formulation of the rubber matrix that the cable of the invention 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 or nickel, and reducing advantageously the amount of said promoter (or even completely suppressing 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 or nickel
- 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 invention relates, of course, to the previously described cable both in the green state (its filling rubber then being uncrosslinked) and in the fired state (its filling rubber then being crosslinked or vulcanized).
- Figure 1 shows schematically in section perpendicular to the axis of the cable (assumed rectilinear and at rest), an example of a preferred cable 3 + 9 + 15 according to the invention.
- This type of construction has the consequence that the wires (11, 12) of the second and third layers (C2, C3) form around the three wires (10) of the central layer (Cl) two substantially concentric layers which each have a contour ( E) (shown in dotted lines) which is substantially polygonal (more precisely hexagonal) and non-cylindrical as in the case of cables with so-called cylindrical layers.
- the filling rubber (13) at least partially fills the central channel or capillary (14) delimited by the three wires (10) of the first layer (Cl ) as well as each of the capillaries (15) (by way of example, some of them, in particular the most central ones, are here symbolized by a triangle) which are delimited on the one hand by the 3 wires (10) of the first layer (C1) and the M son (11) of the second layer (C2), on the other hand by the M son (11) of the second layer (C2) and the N son (12) of the third layer ( C3), these wires being taken three by three.
- the filling rubber extends in a continuous manner around the second layer (C2) that it covers.
- Figure 2 recalls the section of a cable 3 + 9 + 15 (denoted C-2) conventional (that is to say, not gummed in situ), also of the compact type.
- C-2 conventional (that is to say, not gummed in situ), also of the compact type.
- the absence of gum The result is that all the wires (20, 21, 22) are in contact with each other, which leads to a particularly compact structure, very difficult to penetrate (not to say impenetrable) from the outside by rubber.
- the characteristic of this type of cable is that the various wires form three to three, between two adjacent layers, channels or capillaries (25) which for the majority of them remain closed and empty, and therefore conducive by "wicking effect""to the propagation of corrosive media such as water.
- FIG. 3 schematizes, again in section perpendicular to the axis of the cable (assumed to be rectilinear and at rest), another example of a preferential cable 3 + 9 + 15 (denoted C-3) according to the invention, this time of the type with cylindrical layers that is to say that the son (respectively 31, 32) of the second and third layers (C2, C3) form around the three son (30) of the central layer (Cl) two substantially concentric layers each having an outline (E) (shown in dotted lines) which is substantially cylindrical and non-hexagonal as previously for FIG.
- FIG. 3 shows that the filling rubber (33), while spacing the wires very slightly, at least partially fills the central channel (34) delimited by the three wires (30) of the first layer (Cl) and that each of the capillaries or interstices (35) (for example, some of them, especially the most central are here symbolized by a triangle) located between, delimited by on the one hand the 3 son (30) of the first layer (C1) and the M son (31) of the second layer (C2), on the other hand the M son (31) of the second layer (C2) and the N son (32) of the third layer (C3 ), these son being taken at least in groups of 3 adjacent son (3, 4, 5 or even 6 in this case, according to the examples of capillaries or interstices shown in Figure 3).
- the cable of the invention could be provided with an outer hoop, constituted for example by a single wire, metallic or not, helically wound around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer (C3), and a winding direction opposite or identical to that of this outer layer.
- an outer hoop constituted for example by a single wire, metallic or not, helically wound around the cable in a shorter pitch than that of the outer layer (C3), and a winding direction opposite or identical to that of this outer layer.
- the cable of the invention already self-shrinking, does not generally require the use of an external hoop wire, which advantageously solves the wear problems between the hoop and the wires. the outermost layer of the cable.
- a hoop wire in the general case where the son of the outer layer are carbon steel, then one can advantageously choose a stainless steel wire hoop to reduce the fretting wear of these son carbon steel in contact with the stainless steel hoop, as taught for example in the application WO-A-98/41682, the stainless steel wire may optionally be replaced, in an equivalent manner, by a composite yarn which only the skin is made of stainless steel and the carbon steel core, as described for example in the document EP-A-976 541. It is also possible to use a hoop consisting of a polyester or a thermotropic aromatic polyester amide, as described in the application WO-A-03/048447.
- the cable of the invention described above could be optionally gummed in situ with a filling rubber based on elastomers other than diene, especially thermoplastic elastomers (TPE) such as for example polyurethane elastomers.
- TPE thermoplastic elastomers
- TPU polyurethane elastomers
- TPU do not require a known manner of crosslinking or vulcanization but which have, at the operating temperature, properties similar to those of a vulcanized diene elastomer.
- the present invention is implemented with a filling rubber based on diene elastomers such as previously described, thanks in particular to a specific manufacturing process which is particularly suitable for such elastomers; this manufacturing process is described in detail below.
- the cable of the invention described above, gummed preferentially in situ by a diene elastomer, is capable of being manufactured according to a process comprising the following steps, preferably carried out online and continuously: a first assembly step by twisting of the three wire of the central layer for forming a first point called "first assembly point" of the first layer or central layer (Cl);
- the step of sheathing by the filling rubber is conducted on the single central layer (Cl), downstream of the first assembly point and upstream of the second assembly point, the filling rubber being delivered in a only once in sufficient quantity for obtaining the cable according to the invention.
- a possible embodiment may consist in operating, downstream of the second assembly point, an additional step of sheathing the core strand (C1 + C2). However, it is preferred to use only one cladding step. It is recalled here that there are two possible techniques for assembling metal wires:
- the wires do not undergo torsion around their own axis, because of a synchronous rotation before and after the assembly point; or 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 of the son and on the cable itself.
- An essential characteristic of the above method is to use a twisting step for both the assembly of the first layer (Cl) and the second layer (C2) around the central layer (Cl). .
- the assembly of the third layer (C3) around the second layer (C2) can be made by twisting or cabling. It is preferred to use a twisting operation as for the first two assembly operations (layers C1 and C2).
- the cable is then preferably manufactured in two discontinuous steps (twisting of the first two layers, and subsequent wiring of the third layer); in this case it is preferred to use two cladding steps, a first cladding of the central layer (Cl), a second subsequent cladding on the core strand (C 1 + C2).
- the procedure is as follows.
- the wires of the central layer are twisted together (direction S or Z) for forming the first layer (Cl), in a manner known per se; the son are delivered by feeding means such as coils, a distribution grid, coupled or not to a connecting grain, intended to converge the 3 son in a common point of torsion (or first point of assembly ).
- the first layer (C1) thus formed is then sheathed with green filling gum 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.
- 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, for example, in the preferred case of a single cladding step conducted on the central layer (Cl), the shape of a cylinder of revolution whose diameter is preferably comprised 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 compound delivered by the extrusion head can be adjusted easily so that in the final cable this amount is between 10 and 50 mg per g of final cable, that is to say finished from manufacturing, gummed in situ.
- the amount of filling gum delivered be between 15 and 45 mg, more preferably between 15 and 40 mg per g of cable.
- the tension stress exerted on the core strand is preferably between 10 and 25% of its breaking force.
- the central layer of the cable at any point of its periphery, is preferably covered with a minimum thickness filling rubber that is greater than 20 microns, more preferably greater than 30 microns, especially between 30 and 80 microns.
- the M son of the second layer (C2) are twisted together (direction S or Z) around the central layer (Cl) thus sheathed to form the core strand (C1 + C2); as previously for the 3 wires of the central layer, the M son of the second layer (C2) are delivered by feeding means such as distribution grid coils, intended to converge around the central layer, the M son in a common torsion point (or second assembly point).
- feeding means such as distribution grid coils, intended to converge around the central layer, the M son in a common torsion point (or second assembly point).
- the M son come to rely on the filling rubber, to become embedded in the gum sheath covering the central layer (Cl). This filling rubber, in sufficient quantity, then naturally fills the capillaries that form between the central layer (C1) and the second layer (C2).
- the final assembly is carried out, always by twisting (direction S or Z), N son of the third layer or outer layer (C3) around the core strand (C1 + C2) previously formed.
- the cable of the invention is not yet finished: the capillaries or channels delimited by the M son of the second layer (C2) and the N son of the third layer (C3), are not still filled with filling rubber, in any case insufficiently to obtain a cable having an impervious to air that is optimal.
- the next important step is to pass the cable, thus provided with its filling rubber in the green state, through torsion balancing means to obtain a cable said to be balanced in torsion (ie that is, virtually without residual torsion);
- Torsional balancing here means, in a known manner, the cancellation of the residual torsional torques (or of the detorsional springback) exerted on each wire of the cable in the twisted state, in its respective layer.
- Torsion balancing tools 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 small diameter rollers for trainers, pulleys or rollers through which circulates the cable 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 described above exploits the twisting of the son and the radial pressure exerted on the latter at the final stage of manufacture of the cable, to radially distribute the filling rubber inside the cable, while by perfectly controlling the amount of filling compound provided.
- Those 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 vary the intensity of the radial pressure acting on the various wires.
- the thickness of filling rubber between two adjacent wires of the cable, whatever they are, is greater than 1 micron, preferably between 1 and 10 microns.
- This cable can be wound on a receiving reel, for storage, before being treated, for example, through a calendering installation, for preparing a metal-rubber composite fabric that can be used as a tire carcass reinforcement, or else to be assembled as a multistrand cable.
- the method described above has the advantage of making possible the complete operation of initial twisting, exfoliation and subsequent twisting in line and in a single step, regardless of the type of cable manufactured (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, especially greater than 100 m / min.
- This method of course applies to the manufacture of compact type cables (for recall and by definition, those whose layers C1, C2 and C3 are wound at the same pitch and in the same direction) as the manufacture of cables of the type with cylindrical layers (for recall and by definition, those whose layers C1, C2 and C3 are wound either at different steps (whatever their torsion directions, identical or not), or in opposite directions (whatever their not, identical or different)).
- An assembly and scrubbing device preferably used for the implementation of this method, is a device comprising upstream downstream, according to the direction of advancement of a cable being formed: feed means and first assembly means by twisting of the three central son for forming the first layer (C1) at a point called said first point of assembly,;
- cladding means for the central layer (C1) and / or the core strand (C1 + C2), arranged either upstream or downstream, or both upstream and downstream of the second assembly point;
- supply means (110) deliver three wires (10) through a distribution grid (111) (axisymmetric splitter), whether or not coupled to an assembly line (112), beyond which converge the three son (10) at an assembly point (113) for forming the first layer or central layer (Cl).
- the central layer (C1) thus formed then passes through a cladding zone (114) consisting for example of an extrusion head.
- the distance between the sheathing point (114) and the convergence point (113) is for example between 1 and 5 meters.
- Feeding means (115) then deliver, around the central layer (Cl) thus sheathed, M son (11), for example through a distribution grid coupled to an assembly grain, beyond which converge the M (for example 9) son of the second layer into a second point assembly (116) for forming the core strand (C1 + C2) of construction 3 + M (eg 3 + 9).
- the cable of the invention is particularly intended for a tire carcass reinforcement for an industrial vehicle.
- FIG. 5 very schematically represents a radial section of a tire with a metal carcass reinforcement that may or may not conform to the invention, in this general representation.
- This tire 1 has a crown 2 reinforced by a crown reinforcement or belt 6, two sidewalls 3 and two beads 4, each of these beads 4 being reinforced with a rod 5.
- the crown 2 is surmounted by a tread not shown in this schematic figure.
- a carcass reinforcement 7 is wound around the two rods 5 in each bead 4, the upturn 8 of this armature 7 being for example disposed towards the outside of the tire 1 which is shown here mounted on its rim 9.
- the carcass reinforcement 7 is in known manner constituted by at least one sheet reinforced by so-called "radial” metal cables, that is to say that these cables are arranged substantially parallel to each other and extend from a bead to the other so as to form an angle between 80 ° and 90 ° with the median circumferential plane (plane perpendicular to the axis of rotation of the tire which is located midway between the two beads 4 and passes through the middle of the crown frame 6).
- the tire according to the invention is characterized in that its carcass reinforcement 7 comprises at least, as reinforcing element of at least one carcass ply, a metal cable according to the invention.
- this tire 1 also comprises in known manner a layer of rubber or inner elastomer (commonly called “inner rubber”) which defines the radially inner face of the tire and which is intended to protect the carcass ply of the air diffusion from the interior space to the tire .
- 3 + 9 + construction layer wires made of brass-coated carbon steel thin wires are used.
- 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.
- This filling rubber is present in each of the capillaries of the cable, that is to say that it fills all or at least part of each of these capillaries so that it exists at least on any portion of cable of length equal to 3 cm (preferably even reduced 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 C-I 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 sizing die with a diameter of about 0.450 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). For each CI cable tested and for 100% of the measurements (ie ten test pieces out of ten), a flow rate of zero or less than 0.2 cm 3 / min was measured; in other words, these examples of cables prepared according to the method of the invention described above can be qualified as airtight along their longitudinal axis; they therefore have an optimal penetration rate by rubber.
- control gummed cables in situ of the same construction as the CI compact cables above, were prepared according to the method described in the aforementioned application WO 2005/071157, in several discontinuous steps, by sheathing via a head. extruding the intermediate core strand 3 + 9, and then, in a second step, wiring the remaining 15 wires around the core thus sheathed, for forming 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 3 + M + N construction cables gummed in situ which, thanks to an optimal penetration rate by rubber, on the one hand have a high endurance in carcass reinforcement of pneumatic, on the other hand can be implemented effectively under industrial conditions, especially without the difficulties associated with overflowing of rubber during their manufacture.
- At least one (ie one or more) wire of the cable of the invention could be replaced by a preformed wire or deformed, or more generally by a wire of different section than the other son diameter di and / or d 2 and / or d 3 , for example to further improve the penetrability of the cable by rubber or any other material, the bulk diameter of this replacement wire may be smaller, equal to or greater than the diameter (di and / or d 2 and / or d 3 ) of the other constituent wires of the layer (C1 and / or C2 and / or C3) concerned.
- part of the son constituting the cable according to the invention could be replaced by son other than son steel, metal or not, including son mineral or organic material to high mechanical strength, for example monofilaments organic polymers liquid crystal.
- the invention also relates to any multi-strand steel cable ("multistrand rope") whose structure incorporates at least, as elementary strand, a layered cable according to the invention.
- multi-strand cables in accordance with the invention which can be used, for example, in tires for industrial vehicles of the civil engineering type, in particular in their carcass or crown reinforcement, mention may be made of two-layer multistrand cables (J + K) strands of general construction known per se, for example:
- each elementary strand (or at least, at least some of them) is constituted by a cable with three layers 3 + M + N, in particular 3 + 8 + 14 or 3 + 9 + 15, which is in accordance with the invention.
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Abstract
Câble métallique (C-1) à trois couches (C1, C2, C3) de construction 3+M+N, gommé in situ, comportant une première couche ou couche centrale (C1) constituée de trois fils (10) de diamètre d1 assemblés en hélice selon un pas p1, couche centrale (C1) autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), M fils (11) de diamètre d2, deuxième couche autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), N fils (12) de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (d1, d2, d3, p1, p2 et p3 étant exprimés en mm) : - 0,08 ≤ d1 ≤ 0,50; - 0,08 ≤ d2 ≤ 0,50; - 0,08 ≤ d3 ≤ 0,50; - 3 < p1 < 50; - 6 < p2 < 50; - 9 < p3 < 50; - sur toute longueur de câble égale à 3 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" (13) est présente dans le canal central (14) délimité par les trois fils de la première couche (C1) ainsi que dans chacun des capillaires (15) délimités d'une part par les 3 fils de la première couche (C1) et les M fils de la deuxième couche (C2), d'autre part par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N fils de la troisième couche (C3); - le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble. Procédé de fabrication d'un tel câble. Câble multitorons dont au moins un des torons est un câble métallique (C-1) à trois couches gommé in situ, conforme à l'invention.
Description
CÂBLE MÉTALLIQUE À TROIS COUCHES GOMMÉ IN SITU
DE CONSTRUCTION 3+M+N
La présente invention est relative aux câbles métalliques à trois couches, utilisables notamment pour le renforcement d'articles en caoutchouc tels que des pneumatiques pour véhicules industriels.
Elle est plus particulièrement relative aux câbles métalliques à trois couches du type « gommés in situ », c'est-à-dire gommés de l'intérieur, pendant leur fabrication même, par du caoutchouc ou une composition de caoutchouc à l'état non réticulé (cru).
Cette invention est plus précisément relative aux câbles métalliques à trois couches de construction spécifique 3+M+N, et à leur utilisation dans les armatures de carcasse, encore appelées « 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. Pour le renforcement des armatures de carcasse ci-dessus, on utilise généralement des câbles d'acier ("steel cords") dits "câbles à couches" ("layered cords") constitués d'une couche centrale et d'une ou plusieurs couches de fils concentriques disposées autour de cette couche centrale. Les câbles à trois couches les plus utilisés sont essentiellement des câbles de construction L+M+N, formés d'une couche centrale de L fïl(s) entouré d'au moins une couche de M fils elle-même entourée d'une couche externe de N fils.
Les câbles à trois couches les plus utilisés aujourd'hui dans les armatures de carcasse de pneumatiques pour véhicules industriels, dans les cas où les plus hautes résistances mécaniques sont visées et en conséquence un plus grand nombre de fils sont nécessaires, sont essentiellement des câbles de construction 3+M+N constitués d'une couche centrale de 3 fils entourée d'une couche intermédiaire de M fils elle-même entourée d'une couche externe de N fils, 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". II est particulièrement important en outre qu'ils soient imprégnés autant que possible par le caoutchouc, que cette matière pénètre au mieux dans tous les espaces entre les fils constituant les câbles. En effet, si cette pénétration est insuffisante, il se forme alors des canaux vides, le long 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, 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 L+M+N, avec L variant de 1 à 4, M de 3 à 12 et N de 8 à 20, en particulier de construction 1+M+N, 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, la couche centrale des L fils pouvant être elle-même recouverte 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 pour véhicules industriels et celle de leurs armatures de carcasse en 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 L+M (en particulier 1+M), puis par gainage via une tête d'extrusion de ce câble intermédiaire, enfin par une opération finale de câblage des N 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.
Un autre inconvénient qui vient s'ajouter, cette fois propre aux câbles de construction 3+M+N, est que ces câbles ne sont pas pénétrables jusqu'à cœur à cause de la présence d'un canal ou capillaire au centre des trois fils de la couche centrale, qui reste vide après imprégnation par le caoutchouc et donc propice, par une sorte d'effet "de mèche", à la propagation de milieux corrosifs tels que l'eau ou l'oxygène.
Cet inconvénient des câbles de construction 3+M ou 3+M+N est bien connu ; il a été exposé par exemple dans les demandes de brevet WO 01/00922, WO 01/49926, WO 2005/071157. Poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert un câble à trois couches amélioré, obtenu grâce à un procédé de fabrication spécifique, qui permet de pallier les inconvénients précités.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble métallique à trois couches (Cl, C2, C3) de construction 3+M+N, gommé in situ, comportant une première couche (Cl) constituée de trois fils de diamètre di assemblés en hélice selon un pas pb couche centrale autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), M fils de diamètre d2, deuxième couche autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), N fils de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (di, d2, d3, pi, p2 et p3 étant exprimés en mm) :
- A -
;
- 0,08 < d2 < 0,50 ;
- 0,08 < d3 < 0,50 ;
- 3 < p! < 50 ;
- 6 < p2 < 50 ;
- 9 < p3 < 50 ;
sur toute longueur de câble égale à 3 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans le canal central délimité par les trois fils de la première couche (Cl) ainsi que dans chacun des capillaires délimités d'une part par les 3 fils de la première couche (Cl) et les M fils de la deuxième couche (C2), d'autre part par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N fils de la troisième couche (C3) ;
le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble.
Ce câble à trois couches de l'invention, 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 optimale selon son axe.
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel câble pour le renforcement d'articles ou de produits semi-finis en caoutchouc, par exemple des nappes, des tuyaux, des courroies, des bandes transporteuses, des pneumatiques.
Le câble de l'invention est tout particulièrement destiné à être utilisé comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatiques de véhicules industriels (i.e., porteurs de lourdes charges) choisis parmi camionnettes et véhicules dits "Poids-lourd" c'est- à-dire véhicules métro, bus, engins de transport routier tels que camions, tracteurs, remorques, ou encore véhicules hors-la-route, engins agricoles ou de génie civil, et tout autre type de véhicules de transport ou de manutention.
L'invention concerne en outre ces articles ou produits semi-finis en caoutchouc eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par un câble conforme à l'invention, en particulier les pneumatiques destinés aux véhicules industriels tels que camionnettes ou Poids-lourd.
L'invention concerne également un procédé de fabrication du câble de l'invention, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes :
une première étape d'assemblage par retordage des trois fils de la couche centrale pour formation en un premier point dit « premier point d'assemblage » de la première couche ou couche centrale (Cl) ;
une deuxième étape d'assemblage par retordage des M fils autour de la couche centrale (Cl), pour formation en un deuxième point dit « deuxième point d'assemblage » d'un câble intermédiaire (C1+C2) dit « toron d'âme », de construction 3+M ;
en aval du premier point d'assemblage, une étape de gainage de la couche centrale (Cl) et/ou du toron d'âme (C1+C2) par de la gomme de remplissage à l'état cru, ce gainage étant conduit soit en amont, soit en aval, soit à la fois en amont et en aval du deuxième point d'assemblage ;
suivie d'une troisième étape d'assemblage par retordage ou câblage des N fils autour du toron d'âme ainsi gainé ;
- puis d'une étape d'équilibrage final des torsions.
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 6 relatives à ces exemples qui schématisent, respectivement : - en coupe transversale, un câble de construction 3+9+15 conforme à l'invention, gommé in situ, du type compact (Fig. 1) ;
en coupe transversale, un câble de construction 3+9+15 conventionnel, non gommé in situ, également du type compact (Fig. 2) ;
en coupe transversale, un câble de construction 3+9+15 conforme à l'invention, gommé in situ, du type à couches cylindriques (Fig. 3) ;
un exemple d'installation de retordage et gommage in situ utilisable pour la fabrication de câbles du type compacts, conformes à l'invention (Fig. 4) ;
- en coupe radiale, une enveloppe de pneumatique Poids-lourd à armature de carcasse radiale, conforme ou non à l'invention dans cette représentation générale (Fig. 5).
I. MESURES ET TESTS
I- 1. Mesures dynamométriques
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 diénique, 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).
1-2. 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 au test, 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 appropriées (par exemple 7x7x20 ou 7x7x30 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) (pce signifiant parties en poids pour cent parties d'élastomère) ; le module ElO de la gomme d'enrobage est de 10 MPa environ.
Le test est réalisé sur une longueur prédéterminée (par exemple 3 cm voire 2 cm) 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 cm3/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 ; l'étanchéité du joint étanche lui-même est contrôlée préalablement à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, c'est-à-dire sans câble.
Le débit d'air moyen mesuré (moyenne sur les 10 éprouvettes) est d'autant plus faible que l'imperméabilité longitudinale du câble est élevée. La mesure étant faite avec une précision de ± 0,2 cm3/min, les valeurs mesurées inférieures ou égales à 0,2 cm3/min sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe (i.e., dans sa direction longitudinale).
1-3. 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 ce 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 (milligramme) de gomme de remplissage par g (gramme) de câble initial, et moyenne sur 10 mesures (c'est-à-dire sur 10 mètres de câble au total).
II. 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).
II- 1. Câble de l'invention
Le câble métallique de l'invention comporte donc trois couches concentriques :
- une première couche ou couche centrale (Cl) constituée de 3 fils de diamètre di assemblés ensemble en hélice selon un pas pi ;
une deuxième couche (C2) comportant M fils de diamètre d2 assemblés en hélice, selon un pas p2, autour de la première couche ;
- une troisième couche (C3) comportant N fils de diamètre de diamètre d3 assemblés en hélice, selon un pas p3, autour de la deuxième couche.
De manière connue, la première et la deuxième couches assemblées (C1+C2) constituent ce que l'on a coutume d'appeler l'âme du câble, support de la couche la plus externe (C3).
Ce câble de l'invention présente en outre les caractéristiques suivantes (di, d2, d3, pi, p2 et p3 étant exprimés en mm) :
;
- 0,08 < d2 < 0,50 ;
- 0,08 < d3 < 0,50 ;
- 3 < Pl < 50 ;
- 6 < p2 < 50 ;
- 9 < p3 < 50 ;
sur toute longueur de câble égale à 3 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans le canal central délimité par les trois fils de la première couche (Cl) ainsi que dans chacun des capillaires délimités d'une part par les 3 fils de la première couche (Cl) et les M fils de la deuxième couche (C2), d'autre part par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N fils de la troisième couche (C3) ;
- le taux de gomme de remplissage dans le câble (C-I) est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble. Ce câble de l'invention peut être qualifié de câble gommé in situ, c'est-à-dire qu'il est gommé de l'intérieur, pendant sa fabrication même (donc à l'état brut de fabrication), par la gomme de remplissage. En d'autres termes, le canal ou capillaire central délimité par les trois fils de la première couche (Cl) et chacun des capillaires ou interstices (les deux termes interchangeables désignant les vides, espaces libres en l'absence de gomme de remplissage) situés entre, délimités par à la fois la première (Cl) et la deuxième (C2) couches, à la fois la deuxième (C2) et la troisième (C3) couches, sont remplis au moins en partie, de manière continue ou non selon l'axe du câble, par la gomme de remplissage.
Selon un mode de réalisation préférentiel, sur toute portion de câble de longueur égale à 3 cm, plus préférentiellement égale à 2 cm, le canal central et chaque capillaire ou interstice décrits ci-dessus comportent au moins un bouchon de gomme ; en d'autres termes et préférentiellement, il existe au moins un bouchon de gomme tous les 3 cm, préférentiellement tous les 2 cm de câble, qui obstrue le capillaire ou canal central et chaque autre capillaire ou interstice du câble de telle manière que, au test de perméabilité à l'air (selon paragraphe 1-2), ce câble de l'invention présente un débit d'air moyen inférieur à
2 cm3/min, plus préférentiellement inférieur à inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min.
Le câble de l'invention a pour autre caractéristique essentielle que son taux de gomme de remplissage est compris entre 10 et 50 mg de gomme par g de câble. En dessous du minimum indiqué, il n'est pas possible de garantir que, sur toute longueur de câble de 3 cm, préférentiellement de 2 cm, la gomme de remplissage soit bien présente, au moins en partie, dans chacun des interstices ou capillaires du câble pour former préférentiellement au moins un bouchon, tandis qu'au-delà du maximum indiqué, on s'expose aux différents problèmes précédemment décrits dus au débordement de la gomme de remplissage à la périphérie du câble. Pour toutes ces raisons, on préfère que le taux de gomme de remplissage soit compris entre 15 et 45 mg, plus préférentiellement entre 15 et 40 mg de gomme de remplissage par g de câble.
Un tel taux de gomme de remplissage et son contrôle dans les limites indiquées ci-dessus n'est rendu possible que grâce à la mise en œuvre d'un procédé de retordage-gommage spécifique, adapté à la géométrie du câble, qui sera exposé en détail ultérieurement. La mise en œuvre de ce procédé spécifique, tout en permettant l'obtention d'un câble dont la quantité de gomme de remplissage est maîtrisée, garantit la présence de cloisons internes (continues ou discontinues dans l'axe du câble) ou bouchons de gomme dans les capillaires du câble de l'invention, ceci en un nombre suffisant ; ainsi, le câble de l'invention devient étanche à la propagation, le long du câble, de tout fluide corrosif tel que l'eau ou l'oxygène de l'air, supprimant ainsi l'effet de mèche décrit en introduction du présent mémoire.
Ainsi, la caractéristique suivante est préférentiellement vérifiée : sur toute longueur de câble de 3 cm, préférentiellement de 2 cm, le câble est étanche ou quasiment étanche à l'air dans la direction longitudinale. En d'autres termes, chaque capillaire du câble comporte préférentiellement au moins un bouchon (ou cloison interne) de gomme de remplissage sur cette longueur donnée, de telle manière que ledit câble (une fois enrobé de l'extérieur par un polymère tel que du caoutchouc) est étanche ou quasiment étanche à l'air dans sa direction longitudinale. Au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe 1-2, un câble dit "étanche à l'air" dans la direction longitudinale est caractérisé par un débit d'air moyen inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min tandis qu'un câble dit "quasiment étanche à l'air" dans la direction longitudinale est caractérisé par un débit d'air moyen inférieur à 2 cm3/min, de préférence inférieur à 1 cm3/min.
Pour un compromis optimisé entre résistance, faisabilité, rigidité et endurance en flexion du câble, on préfère que les diamètres des fils des couches Cl, C2 et C3, que ces fils aient un diamètre identique ou non d'une couche à l'autre, vérifient les relations suivantes (di, d2, d3 étant exprimés en mm):
;
- 0,10 < d2 < 0,40 ;
- 0,10 < d3 < 0,40 . Plus préférentiellement encore, les relations suivantes sont vérifiées :
;
- 0,10 < d2 < 0,30 ;
- 0,10 < d3 < 0,30 .
Les fils des couches Cl, C2 et C3 peuvent avoir un diamètre identique ou différent d'une couche à l'autre ; on utilise de préférence des fils de même diamètre d'une couche à l'autre (soit di = d2 = d3), ce qui simplifie notamment la fabrication et réduit le coût des câbles. Les pas p2 et p3 sont choisis plus préférentiellement dans un domaine de 8 à 25 mm, plus préférentiellement encore dans un domaine de 10 à 20 mm, en particulier lorsque d2 = d3.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les p2 et p3 sont égaux, le pas pi pouvant être identique ou différent de p2. Selon d'autres modes de réalisation possibles, on a pi = p2≠ p3 ou encore pi≠p2≠p3.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, pour un meilleur compromis entre résistance et flexibilité du câble, les caractéristiques suivantes sont vérifiées :
;
- 6 < p2 < 30 ;
- 9 < p3 < 30 .
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.
Selon un mode de réalisation particulier, les trois pas pi, p2 et p3 sont égaux. C'est notamment le cas pour des câbles à couches du type compacts tels que schématisés par exemple à la figure 1, dans lesquels les trois couches Cl, C2 et C3 ont en outre pour caractéristique d'être enroulées dans le même sens de torsion (S/S/S ou Z/Z/Z). 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 polygonal et non cylindrique, comme illustré à titre d'exemple à la figure 1 (câble compact 3+9+15 conforme à l'invention) ou à la figure 2 (câble compact 3+9+15 témoin, c'est-à-dire non gommé in situ).
La troisième couche ou couche externe 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 (Nmax+l)eme fil de diamètre d3, Nmax représentant le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la deuxième couche C2. Cette construction a pour avantage notable de limiter encore le risque de débordement de gomme de remplissage à sa périphérie et d'offrir, pour un diamètre donné du câble, une résistance plus élevée.
Toutefois, l'invention s'applique également aux cas où la couche externe (C3) est une couche non saturée.
Ainsi, le nombre N de fils peut varier dans une très large mesure selon le mode de réalisation particulier de l'invention, étant entendu que le nombre maximal Nmax de fils N 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.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la deuxième couche (C2) comporte 6 à 12 fils et la troisième couche (C3) comporte 12 à 18 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 d2 = di).
Selon un mode de réalisation plus particulièrement préférentiel, la deuxième couche (C2) comporte 8 ou 9 fils (soit M égal à 8 ou 9) et la troisième couche (C3) comporte 14 ou 15 fils (soit N égal à 14 ou 15). Le câble de l'invention a pour constructions particulièrement préférentielles les constructions 3+8+14 et 3+9+15.
Le câble de l'invention, comme tous les câbles à couches, peut être de deux types, à savoir du type à couches compactes ou du type à couches cylindriques.
Préférentiellement, les trois couches Cl, C2 et C3 sont enroulées dans le même sens de torsion, c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S/S"), soit dans la direction Z (disposition "Z/Z/Z"). L'enroulement dans le même sens de ces couches permet avantageusement de minimiser les frottements entre ces trois couches et donc l'usure des fils qui les constituent. Plus préférentiellement, elles sont enroulées dans le même sens de torsion et au même pas (soit pi = p2 = P3), pour l'obtention d'un câble du type compact tel que représenté par exemple à la figure 1. La construction du câble de l'invention permet de manière avantageuse la suppression du fil de frette, grâce à une meilleure pénétration du caoutchouc dans sa structure et à l'auto- frettage qui en résulte.
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 de la couche centrale (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.
Le métal ou l'acier utilisé, qu'il s'agisse en particulier d'un acier au carbone ou d'un acier inoxydable, peut être lui-même revêtu d'une couche métallique améliorant par exemple les propriétés de mise en œuvre du câble métallique et/ou de ses éléments constitutifs, ou les propriétés d'usage du câble et/ou du pneumatique eux-mêmes, telles que les propriétés d'adhésion, de résistance à la corrosion ou encore de résistance au vieillissement. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'acier utilisé est recouvert d'une couche de laiton (alliage Zn-Cu) ou de zinc ; on rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revêtement de laiton ou de zinc facilite le tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc. Mais les fils pourraient être recouverts d'une fine couche métallique autre que du laiton ou du zinc, ayant par exemple pour fonction d'améliorer la résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc, par exemple une fine couche de Co, Ni, Al, d'un alliage de deux ou plus des composés Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
Les câbles de l'invention sont préférentiellement en acier au carbone et possèdent une résistance en traction (Rm) de préférence supérieure à 2500 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3000 MPa. L'allongement total à la rupture (At) du câble, somme de ses allongements structural, élastique et plastique, est de préférence supérieur à 2,0%, plus préférentiellement au moins égal à 2,5%.
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, à 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 (i.e., 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. A ce système de vulcanisation de base peuvent s'ajouter divers activateurs de vulcanisation connus. Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 1 et 8 pce, l'accélérateur de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5,0 pce.
La gomme de remplissage peut comporter également, outre ledit système de réticulation, tout ou partie des additifs habituellement utilisés dans les matrices de caoutchouc destinées à la fabrication de pneumatiques, tels que par exemple des charges renforçantes comme le noir de carbone ou des charges inorganiques comme la silice, des agents de couplage, des agents anti-vieillissement, des antioxydants, des agents plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique, notamment des huiles très faiblement ou non aromatiques, par exemple du type naphténiques ou paraffmiques, à haute
ou de préférence à basse viscosité, des huiles MES ou TDAE, des résines plastifiantes à haute Tg supérieure à 300C, des agents facilitant la mise en œuvre (processabilité) des compositions à l'état cru, des résines tackifîantes, des agents antiréversion, des accepteurs et donneurs de méthylène tels que par exemple HMT (hexaméthylènetétramine) ou H3M (hexaméthoxyméthylmélamine), des résines renforçantes (tels que résorcinol ou bismaléimide), des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type sels métalliques par exemple, notamment sels de cobalt ou de nickel.
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 (Siθ2), notamment les silice précipitées ou pyrogénées présentant une surface BET inférieure à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g. 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 de l'invention 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 de l'invention 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 ou de nickel, 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. L'invention concerne bien entendu le câble précédemment décrit tant à l'état cru (sa gomme de remplissage étant alors non réticulée) qu'à l'état cuit (sa gomme de remplissage étant alors réticulée ou vulcanisée). On préfère toutefois utiliser le câble de l'invention avec une gomme de remplissage à l'état cru jusqu'à son incorporation ultérieure dans le produit semi-fini ou produit fini tel que pneumatique auquel il est destiné, de manière à favoriser la liaison au cours de la réticulation ou vulcanisation finale entre la gomme de remplissage et la matrice de caoutchouc environnante (par exemple la gomme de calandrage).
La figure 1 schématise, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un exemple d'un câble préférentiel 3+9+15 conforme à l'invention.
Ce câble (noté C-I) est du type compact, c'est-à-dire que ses première, deuxième et troisième couches (respectivement Cl, C2 et C3) de fils sont enroulées dans le même sens (S/S/S ou Z/Z/Z selon une nomenclature reconnue) et en outre au même pas (pi=p2=P3). Ce type de construction a pour conséquence que les fils (11, 12) des deuxième et troisième couches (C2, C3) forment autour des trois fils (10) de la couche centrale (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. On voit sur cette figure 1 que, tout en écartant les fils très légèrement, la gomme de remplissage (13) remplit au moins en partie le canal ou capillaire central (14) délimité par les trois fils (10) de la première couche (Cl) ainsi que chacun des capillaires (15) (à titre d'exemple, certains d'entre eux, notamment les plus centraux, sont ici symbolisés par un triangle) qui sont délimités d'une part par les 3 fils (10) de la première couche (Cl) et les M fils (11) de la deuxième couche (C2), d'autre part par les M fils (11) de la deuxième couche (C2) et les N fils (12) de la troisième couche (C3), ces fils étant pris trois par trois. Au total, on voit ici que 36 capillaires (15) ou interstices sont présents dans cet exemple de câble 3+9+15, auxquels s'ajoute bien entendu le capillaire central (14). Selon un mode de réalisation préférentiel, dans le câble conforme à l'invention, la gomme de remplissage s'étend d'une manière continue autour de la deuxième couche (C2) qu'elle recouvre.
Pour comparaison, la figure 2 rappelle la coupe d'un câble 3+9+15 (noté C-2) conventionnel (c'est-à-dire non gommé in situ), également du type compact. L'absence de gomme de
remp lissage fait que pratiquement tous les fils (20, 21, 22) sont au contact l'un de l'autre, ce qui conduit à une structure particulièrement compacte, 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, entre deux couches adjacentes, des canaux ou capillaires (25) qui pour la majorité d'entre eux restent fermés et vides, et donc propices par effet "de mèche" à la propagation de milieux corrosifs tels que l'eau.
La figure 3 schématise, toujours en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos), un autre exemple d'un câble préférentiel 3+9+15 (noté C-3) conforme à l'invention, cette fois du type à couches cylindriques c'est-à-dire que les fils (respectivement 31, 32) des deuxième et troisième couches (C2, C3) forment autour des trois fils (30) de la couche centrale (Cl) deux couches sensiblement concentriques qui ont chacune un contour (E) (représenté en pointillés) qui est sensiblement cylindrique et non hexagonal comme précédemment pour la figure 1.
On voit sur cette figure 3 que la gomme de remplissage (33), tout en écartant les fils très légèrement, remplit au moins en partie le canal central (34) délimité par les trois fils (30) de la première couche (Cl) ainsi que chacun des capillaires ou interstices (35) (à titre d'exemple, certains d'entre eux, notamment les plus centraux sont ici symbolisés par un triangle) situés entre, délimités par d'une part les 3 fils (30) de la première couche (Cl) et les M fils (31) de la deuxième couche (C2), d'autre part les M fils (31) de la deuxième couche (C2) et les N fils (32) de la troisième couche (C3), ces fils étant pris au moins par groupe de 3 fils adjacents (3, 4, 5 voire même 6 dans le cas présent, selon les exemples de capillaires ou interstices représentés à la figure 3).
Le câble de l'invention pourrait être pourvu d'une frette externe, constituée par exemple d'un fil unique, métallique ou non, enroulé en hélice autour du câble selon un pas plus court que celui de la couche externe (C3), et un sens d'enroulement opposé ou identique à celui de cette couche externe. Cependant, grâce à sa structure spécifique, le câble de l'invention, déjà auto- fretté, ne nécessite généralement pas l'emploi d'un fil de frette externe, ce qui résout avantageusement les problèmes d'usure entre la frette et les fils de la couche la plus externe du câble.
Toutefois, si un fil de frette est utilisé, dans le cas général où les fils de la couche externe sont en acier au carbone, on pourra alors avantageusement choisir un fil de frette en acier inoxydable afin de réduire l'usure par fretting de ces fils en acier au carbone au contact de la frette en acier inoxydable, comme enseigné par exemple dans la demande WO-A-98/41682, le fil en acier inoxydable pouvant être éventuellement remplacé, de manière équivalente, par un fil composite dont seule la peau est en acier inoxydable et le cœur en acier au carbone, tel que décrit par exemple dans le document EP-A-976 541. On peut également utiliser une
frette constituée d'un polyester ou d'un polyester-amide aromatique thermotrope, telle que décrite dans la demande WO-A-03/048447.
L'homme du métier comprendra que le câble de l'invention précédemment décrit pourrait être éventuellement gommé in situ avec une gomme de remplissage à base d'élastomères autres que diéniques, notamment d'élastomères thermoplastiques (TPE) tels que par exemple des élastomères polyuréthanne (TPU) ne nécessitant pas de manière connue de réticulation ou vulcanisation mais qui présentent, à la température de service, des propriétés similaires à celles d'un élastomère diénique vulcanisé.
Toutefois, et de manière particulièrement préférentielle, la présente invention est mise en œuvre avec une gomme de remplissage à base d'élastomères diéniques tels que précédemment décrits, grâce notamment à un procédé de fabrication spécifique qui est particulièrement adapté à de tels élastomères ; ce procédé de fabrication est décrit en détail ci-après.
II-2. Fabrication du câble de l'invention
Le câble de l'invention précédemment décrit, gommé préférentiellement in situ par un élastomère diénique, est susceptible d'être fabriqué selon un procédé comportant les étapes suivantes, opérées préférentiellement en ligne et en continu : une première étape d'assemblage par retordage des trois fils de la couche centrale pour formation en un premier point dit « premier point d'assemblage » de la première couche ou couche centrale (Cl) ;
une deuxième étape d'assemblage par retordage des M fils autour de la couche centrale (Cl), pour formation en un deuxième point dit « deuxième point d'assemblage » d'un câble intermédiaire (C1+C2) dit « toron d'âme », de construction 3+M ;
- en aval du premier point d'assemblage, une étape de gainage de la couche centrale
(Cl) et/ou du toron d'âme (C1+C2) par de la gomme de remplissage à l'état non réticulé (cru), ce gainage étant conduit soit en amont, soit en aval, soit à la fois en amont et en aval du deuxième point d'assemblage ;
suivie d'une troisième étape d'assemblage par retordage ou câblage des N fils autour du toron d'âme ainsi gainé ;
- puis d'une étape finale d'équilibrage des torsions.
De préférence, l'étape de gainage par la gomme de remplissage est conduite sur la seule couche centrale (Cl), en aval du premier point d'assemblage et en amont du deuxième point d'assemblage, la gomme de remplissage étant délivrée en une seule fois en quantité suffisante
pour l'obtention du câble selon l'invention. Une variante de réalisation possible peut consister à opérer, en aval du deuxième point d'assemblage, une étape supplémentaire de gainage du toron d'âme (C1+C2). On préfère toutefois n'utiliser qu'une seule étape de gainage. 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 et sur le câble lui-même.
Une caractéristique essentielle du procédé ci-dessus est d'utiliser une étape de retordage tant pour l'assemblage des fils de la première couche (Cl) que pour l'assemblage de la deuxième couche (C2) autour de la couche centrale (Cl).
L'assemblage de la troisième couche (C3) autour de la deuxième couche (C2) peut être opéré par retordage ou par câblage. On préfère utiliser une opération de retordage comme pour les deux premières opérations d'assemblage (couches Cl et C2).
Si la troisième couche (C3) est assemblée par câblage, le câble est alors fabriqué préférentiellement en deux étapes discontinues (retordage des deux premières couches, puis câblage ultérieur de la troisième couche) ; on préfère dans ce cas utiliser deux étapes de gainage, un premier gainage de la couche centrale (Cl), un second gainage ultérieur sur le toron d'âme (C 1+C2).
A titre d'exemple, on procède comme suit.
Les fils de la couche centrale sont retordus ensemble (direction S ou Z) pour formation de la première couche (Cl), 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 les 3 fils en un point de torsion commun (ou premier point d'assemblage). La première couche (Cl) ainsi formée est ensuite gainée par de la gomme de remplissage 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 câble, reliés à l'extrudeuse. 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 par exemple, dans le cas préférentiel d'une seule étape de gainage conduite sur la couche centrale (Cl), 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 peut être ajustée aisément de telle manière que, dans le câble final, cette quantité soit comprise entre 10 et 50 mg par g de câble final c'est-à-dire 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 15 et 45 mg, plus préférentiellement encore entre 15 et 40 mg par g de câble.
En aval du premier 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.
Dans le cas préférentiel d'une seule étape de gainage conduite sur la couche centrale (Cl), en sortie de la tête d'extrusion, la couche centrale du câble, en tout point de sa périphérie, est préférentiellement recouvert d'une épaisseur minimale de gomme de remplissage qui est supérieure à 20 μm, plus préférentiellement supérieure à 30 μm, notamment comprise entre 30 et 80 μm. En sortie de l'étape de gainage qui précède, les M fils de la deuxième couche (C2) sont retordus ensemble (direction S ou Z) autour de la couche centrale (Cl) ainsi gainée pour formation du toron d'âme (C1+C2) ; comme précédemment pour les 3 fils de la couche centrale, les M fils de la deuxième couche (C2) sont délivrés par des moyens d'alimentation tels que des bobines, grille de répartition, destinés à faire converger, autour de la couche centrale, les M fils en un point de torsion commun (ou deuxième point d'assemblage).
Au cours de ce retordage, les M fils viennent s'appuyer sur la gomme de remplissage, s'incruster dans la gaine de gomme recouvrant la couche centrale (Cl). Cette gomme de remplissage, en quantité suffisante, remplit alors naturellement les capillaires qui se forment entre la couche centrale (Cl) et la deuxième couche (C2).
Au cours d'une troisième étape, on procède à l'assemblage final, toujours par retordage (direction S ou Z), des N fils de la troisième couche ou couche externe (C3) autour du toron d'âme (C1+C2) précédemment formé.
A ce stade du procédé, le câble de l'invention n'est pas encore terminé : les capillaires ou canaux délimités par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N 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 importante 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 pour obtention d'un câble dit équilibré en torsion (c'est-à-dire pratiquement sans torsion résiduelle) ; 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 M et N 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 la couche centrale (Cl) et les M fils de la deuxième couche (C2), vers l'intérieur des capillaires formés par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N 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 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 des galets des moyens d'équilibrage de torsion, pour jouer sur l'intensité de la pression radiale s'exerçant sur les différents 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 aval du premier point d'assemblage des 3 fils pour formation de la première couche ou couche centrale (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 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 et 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 comme armature de carcasse de pneumatique, ou encore pour être assemblé sous forme d'un câble multitorons. Le procédé précédemment décrit a l'avantage de rendre possible l'opération complète de retordage initial, gommage et retordages ultérieurs en ligne et en une seule étape, quel que soit le type de câble fabriqué (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, notamment supérieure à 100 m/min.
Ce procédé s'applique bien entendu à la fabrication de câbles du type compacts (pour rappel et par définition, ceux dont les couches Cl, 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 Cl, 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)).
Le procédé précédemment décrit rend possible, selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, 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.
Un dispositif d'assemblage et gommage utilisable préférentiellement pour la mise en œuvre de ce procédé, est un dispositif comportant d'amont en aval, selon la direction d'avancement d'un câble en cours de formation : des moyens d'alimentation et des premiers moyens d'assemblage par retordage des trois fils centraux pour formation de la première couche (Cl) en un point dit premier point d'assemblage, ;
des moyens d'alimentation et des deuxièmes moyens d'assemblage par retordage des M fils de la deuxième couche (C2) autour de la couche centrale (Cl), en un point dit deuxième point d'assemblage, pour formation d'un câble intermédiaire dit « toron d'âme » de construction C1+C2 ;
des moyens de gainage de la couche centrale (Cl) et/ou du toron d'âme (C1+C2), disposés soit en amont, soit en aval, soit à la fois en amont et en aval du deuxième point d'assemblage ;
des moyens d'alimentation et des troisièmes moyens d'assemblage par retordage des
N fils autour du toron d'âme, pour mise en place de la troisième couche (C3) ;
en sortie des troisièmes moyens d'assemblage, des moyens d'équilibrage de torsion. On voit sur la figure 4 annexée un exemple de dispositif (40) 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 3+M+N, du type compact (pi = p2 = P3 et même sens de torsion des couches C2 et C3) tel qu'illustré par exemple à la figure 1 commentée précédemment. Dans ce dispositif (40), des moyens d'alimentation (110) délivrent trois fils (10) à travers une grille (111) de répartition (répartiteur axisymétrique), couplée ou non à un grain d'assemblage (112), au-delà de laquelle convergent les trois fils (10) en un point d'assemblage (113), pour formation de la première couche ou couche centrale (Cl). La couche centrale (Cl) ainsi formée traverse ensuite une zone de gainage (114) consistant par exemple en une tête d'extrusion. La distance entre le point de gainage (114) et le point de convergence (113) est par exemple comprise entre 1 et 5 mètres. Des moyens d'alimentation (115) délivrent ensuite, autour de la couche centrale (Cl) ainsi gainée, M fils (11), par exemple à travers une grille de répartition couplée à un grain d'assemblage, au-delà de laquelle convergent les M (par exemple 9) fils de la deuxième couche en un deuxième point
d' assemblage (116), pour formation du toron d'âme (C1+C2) de construction 3+M (par exemple 3+9).
Autour du toron d'âme (C1+C2) ainsi formé et progressant dans le sens de la flèche F, sont ensuite assemblés par retordage les N fils (12) de la couche externe (C3), par exemple au nombre de 15, délivrés par des moyens d'alimentation (117). Le câble final (C1+C2+C3) est finalement collecté sur la réception tournante (119), après traversée des moyens d'équilibrage de torsion (118) 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) tel qu'illustré par exemple à la figure 3, on utilise un dispositif comportant deux organes (alimentation ou réception) tournants couplés, et non un seul comme décrit ci-dessus (Fig. 4) à titre d'exemple.
II-3. Utilisation du câble en armature carcasse de pneumatique
Comme expliqué en introduction du présent mémoire, le câble de l'invention est particulièrement destiné à une armature de carcasse de pneumatique pour véhicule industriel.
A titre d'exemple, la figure 5 représente de manière très schématique une coupe radiale d'un pneumatique à armature de carcasse métallique pouvant être conforme ou non à l'invention, dans cette représentation générale. Ce pneumatique 1 comporte un sommet 2 renforcé par une armature de sommet ou ceinture 6, deux flancs 3 et deux bourrelets 4, chacun de ces bourrelets 4 étant renforcé avec une tringle 5. Le sommet 2 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 7 est enroulée autour des deux tringles 5 dans chaque bourrelet 4, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 7 est de manière connue en soi constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles métalliques dits "radiaux", c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6).
Le pneumatique conforme à l'invention est caractérisé en ce que son armature de carcasse 7 comporte au moins, à titre d'élément de renforcement d'au moins une nappe de carcasse, un câble métallique conforme à l'invention. Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre
de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée "gomme intérieure") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique.
III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
Les essais qui suivent démontrent que les câbles à trois couches conformes à l'invention, 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.
On utilise dans ces essais des câbles à couches de constructions 3+9+15 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
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches compacts 3+9+15 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
L'exemple (C-I) de câble 3+9+15 préparé selon le procédé précédemment décrit, tel que schématisé à la figure 1, est donc formé de 27 fils au total, tous de diamètre 0,18 mm, qui ont été enroulés en trois couches concentriques au même pas (pi = p2 = P3 = 15 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 20 mg par g de câble. Cette gomme de remplissage est présente dans chacun des capillaires du câble, 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 portion de câble de longueur égale à 3 cm (préférentiellement même réduite 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 Fig. 4. 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 extrudée à une température de 85°C environ à travers une filière de calibrage de diamètre égal à environ 0,450 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 cm3/min ; en d'autres termes, ces exemples de câbles préparés selon le procédé de l'invention précédemment décrit 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 2005/071157 précitée, en plusieurs étapes discontinues, par gainage via une tête
d'extrusion du toron d'âme intermédiaire 3+9, puis dans un deuxième temps par câblage des 15 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 cm /min, 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 cm3/min), 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 de construction 3+M+N 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.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.
C'est ainsi par exemple qu'au moins un (c'est-à-dire un ou plusieurs) fil du câble de l'invention, quelle que soit la couche considérée (Cl, C2 ou C3), pourrait être remplacé par un fil préformé ou déformé, ou plus généralement par un fil de section différente de celle des autres fils de diamètre di et/ou d2 et/ou d3, de manière par exemple à améliorer encore la pénétrabilité du câble par le caoutchouc ou toute autre matière, le diamètre d'encombrement de ce fil de remplacement pouvant être inférieur, égal ou supérieur au diamètre (di et/ou d2 et/ou d3) des autres fils constitutifs de la couche (Cl et/ou C2 et/ou C3) concernée.
Sans que l'esprit de l'invention soit modifié, une partie des fils constituant le câble conforme à l'invention pourrait être remplacé par des fils autres que des fils en acier, métalliques ou non, notamment des fils en matière minérale ou organique à haute résistance mécanique, par exemple des monofilaments en polymères organiques cristaux liquides.
L'invention concerne également tout câble d'acier multi-torons ("multistrand rope") dont la structure incorpore au moins, en tant que toron élémentaire, un câble à couches conforme à l'invention.
A titre d'exemples de câbles multi-torons conformes à l'invention, utilisables par exemple dans des pneumatiques pour véhicules industriels du type génie civil, notamment dans leur armature carcasse ou sommet, on peut citer des câbles multitorons à deux couches (J+K) de torons de construction générale connue en soi, par exemple :
(1+5) x (3+M+N) formé au total de six torons élémentaires, un au centre et les cinq autres câblés autour du centre ;
(1+6) x (3+M+N) formé au total de sept torons élémentaires, un au centre et les six autres câblés autour du centre ;
- (2+7) x (3+M+N) formé au total de neuf torons élémentaires, deux au centre et les sept autres câblés autour du centre ;
(2+8) x (3+M+N) formé au total de dix torons élémentaires, deux au centre et les huit autres câblés autour du centre ;
(3+8) x (3+M+N) formé au total de onze torons élémentaires, trois au centre et les huit autres câblés autour du centre ;
(3+9) x (3+M+N) formé au total de douze torons élémentaires, trois au centre et les neuf autres câblés autour du centre ;
(4+9) x (3+M+N) formé au total de treize torons élémentaires, trois au centre et les neuf autres câblés autour du centre ;
- (4+10) x (3+M+N) formé au total de quatorze torons élémentaires, quatre au centre et les dix autres câblés autour du centre, mais dans lesquels chaque toron élémentaire (ou tout au moins, au moins une partie d'entre eux) est constitué par un câble à trois couches 3+M+N, notamment 3+8+14 ou 3+9+15, qui est conforme à l'invention.
De tels câbles d'acier multi-torons, notamment du type (l+5)(3+8+14), (l+6)(3+8+14), (2+7)(3+8+14), (2+8)(3+8+14), (3+8)(3+8+14), (3+9)(3+8+14), (4+9)(3+8+14), (4+10)(3+8+14), (1+5X3+9+15), (l+6)(3+9+15), (2+7)(3+9+15), (2+8)(3+9+15), (3+8X3+9+15), (3+9)(3+9+15), (4+9)(3+9+15) ou (4+10)(3+9+15), pourraient être eux- mêmes gommés in situ lors de leur fabrication, c'est-à-dire que dans ce cas le toron central est lui-même, ou les torons du centre s'ils sont plusieurs sont eux-mêmes, gainé(s) par de la gomme de remplissage non vulcanisée (cette gomme de remplissage étant de formulation identique ou différente de celle utilisée pour le gommage in situ des torons élémentaires) avant la mise en place par câblage des torons périphériques formant la couche externe.
Claims
1. Câble métallique à trois couches (Cl, C2, C3) de construction 3+M+N, gommé in situ, comportant une première couche ou couche centrale (Cl) constituée de trois fils de diamètre di assemblés en hélice selon un pas pb couche centrale autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p2, en une deuxième couche (C2), M fils de diamètre d2, deuxième couche autour de laquelle sont enroulés en hélice selon un pas p3, en une troisième couche (C3), N fils de diamètre d3, ledit câble étant caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (di, d2, d3, pi, p2 et p3 étant exprimés en mm) : 
;
- 0,08 < d2 < 0,50 ;
- 0,08 < d3 < 0,50 ;
- 3 < Pl < 50 ;
- 6 < p2 < 50 ;
- 9 < p3 < 50 ;
- sur toute longueur de câble égale à 3 cm, une composition de caoutchouc dite "gomme de remplissage" est présente dans le canal central délimité par les trois fils de la première couche (Cl) ainsi que dans chacun des capillaires délimités d'une part par les 3 fils de la première couche (Cl) et les M fils de la deuxième couche (C2), d'autre part par les M fils de la deuxième couche (C2) et les N fils de la troisième couche (C3) ;
- le taux de gomme de remplissage dans le câble est compris entre 10 et 50 mg par gramme de câble.
2. Câble selon la revendication 1 , dans lequel le caoutchouc de la gomme de remplissage est un élastomère diénique.
3. Câble selon la revendication 2, 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.
4. Câble selon la revendication 3, dans lequel l'élastomère diénique est un élastomère isoprénique, de préférence du caoutchouc naturel.
5. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les caractéristiques suivantes sont vérifiées (pi, p2, p3 étant exprimés en mm): - 3 < Pl < 30 ;
- 6 < p2 < 30 ;
- 9 < p3 < 30 .
6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel : 
•
7. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les caractéristiques suivantes sont vérifiées (di, d2, d3 en mm) : 
;
- 0,10 < d2 < 0,40 ;
- 0,10 < d3 < 0,40 .
8. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les 3, M et N fils des première (Cl), deuxième (C2) et troisième (C3) couches sont enroulés dans le même sens de torsion.
9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel di = d2 = d3.
10. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel p2 = p3.
11. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la deuxième couche (C2) comporte 6 à 12 fils et la troisième couche (C3) comporte 12 à 18 fils.
12. Câble selon la revendication 11, dans lequel la deuxième couche (C2) comporte 8 ou 9 fils et la troisième couche comporte 14 ou 15 fils.
13. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la troisième couche (C3) est une couche saturée.
14. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le taux de gomme de remplissage est compris entre 15 et 45 mg, de préférence entre 15 et 40 mg par g de câble.
15. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, au test de perméabilité à l'air (selon paragraphe 1-2), il présente un débit d'air moyen inférieur à
2 cm /min.
16. Câble selon la revendication 15, caractérisé en ce que, au test de perméabilité à l'air (selon paragraphe 1-2), il présente un débit d'air inférieur ou au plus égal à 0,2 cm3/min.
17. Procédé de fabrication d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, comportant au moins les étapes suivantes :
- une première étape d'assemblage par retordage des trois fils de la première couche pour formation en un premier point dit « premier point d'assemblage » de la première couche ou couche centrale (Cl) ;
- une deuxième étape d'assemblage par retordage des M fils autour de la couche centrale (Cl), pour formation en un deuxième point dit « deuxième point d'assemblage » d'un câble intermédiaire (C1+C2) dit « toron d'âme », de construction
2+M ;
en aval du premier point d'assemblage, une étape de gainage de la couche centrale (Cl) et/ou du toron d'âme (C1+C2) par de la gomme de remplissage à l'état cru, ce gainage étant conduit soit en amont, soit en aval, soit à la fois en amont et en aval du deuxième point d'assemblage ;
suivie d'une troisième étape d'assemblage par retordage ou câblage des N fils autour du toron d'âme ainsi gainé ;
- puis d'une étape d'équilibrage final des torsions.
18. Câble multitorons dont au moins un des torons est un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
19. Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 et 18, pour le renforcement d'un article ou produit semi-fini en caoutchouc.
20. Utilisation selon la revendication 19, dans laquelle l'article en caoutchouc est un pneumatique.
21. Pneumatique comportant un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 et 18.
22. Pneumatique selon la revendication 21, ledit pneumatique étant un pneumatique de véhicule industriel.
23. Pneumatique selon la revendication 20 ou 21, le câble étant présent dans l'armature de carcasse ou l'armature de sommet du pneumatique.
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