DE ROULEMENT PERFECTIONNÉE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un bandage pneumatique.

ARRIÈRE-PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION

Les bandages pneumatiques sont habituellement formés de parties en matériaux caoutchoutiques comme des élastomères diéniques qui sont assemblées. Les bandages pneumatiques crus sont généralement fabriqués à partir de tambours en suivant des étapes connues de confection à plat sur un premier tambour, de conformation sur un deuxième tambour puis de finition. Une étape finale de cuisson permet à la matière crue plastique de devenir élastique notamment par vulcanisation. Un tel procédé de fabrication dure traditionnellement environ vingt minutes pour un bandage pneumatique tourisme.

En effet, le temps de cuisson est directement influencé par la masse du bandage pneumatique et donc du type de bandage pneumatique. Ainsi, pour un bandage pneumatique tourisme d'une dizaine de kilogrammes, le temps de cuisson est de l'ordre de dix minutes alors que pour des bandages pneumatiques poids lourds ou pour le génie civil pesant de plusieurs dizaines de kilogrammes jusqu'à plusieurs tonnes, le temps de cuisson varie de quarante minutes à plusieurs jours.

Pour des raisons écologique et qualitative, ces matériaux caoutchoutiques ont toujours besoin d'être optimisés afin de diminuer leur résistance au roulement et d'améliorer leurs performances (tenue chimique, tenue mécanique, etc.) tout en améliorant leur recyclabilité.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

L'invention a pour but de fournir un nouveau procédé de fabrication d'un nouveau type de bandage pneumatique permettant de modifier significativement le coût de mise en œuvre du procédé, les performances du bandage pneumatique ainsi que sa recyclabilité.

À cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un bandage pneumatique caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

a) former une carcasse à base de matériau caoutchoutique cru puis cuire la carcasse (3) afin de la rendre élastique ;

b) surmouler sur la carcasse au moins un matériau à base d'élastomère thermoplastique. Avantageusement selon l'invention, le procédé met en œuvre de nouveaux types de matériaux à base d'un (ou plusieurs) élastomère(s) thermoplastique(s) (appelés parfois TPE provenant des termes anglais « thermoplastic elastomer »). On comprend donc que ces matériaux utilisés dans la fabrication du bandage pneumatique remplacent pour partie les matériaux caoutchoutiques traditionnels.

Selon l'invention, le remplacement concerne, de manière avantageuse, préférentiellement les matériaux externes au bandage pneumatique, c'est-à-dire la bande de roulement et les flancs extérieurs.

L'utilisation de ces matériaux à base d'élastomère thermoplastique permet en effet de modifier significativement les coûts de réalisation du bandage pneumatique ainsi que les performances finales. À titre d'exemple, la résistance au roulement, la tenue aux agressions extérieures (griffure, ozone, oxydation, etc.) peuvent être notablement améliorées par rapport aux matériaux caoutchoutiques. Enfin, ils sont recyclables.

Dans l'étape a), il est donc fabriqué une carcasse traditionnelle mais qui, selon l'invention, est cuite, c'est-à-dire notamment vulcanisée avant d'être partiellement surmoulée par au moins un matériau à base d'élastomère thermoplastique. Contrairement au procédé traditionnel, ce procédé met donc en œuvre un matériau chaud sur un substrat (carcasse cuite) froid.

Selon d'autres caractéristiques optionnelles de réalisation de l'invention :

- l'étape a) comporte les phases a1 ) : fabriquer des matériaux caoutchoutiques crus, une nappe carcasse, deux tringles, une gomme intérieure imperméable à l'air et des nappes sommet de travail, a2) : confectionner à plat la carcasse à partir des matériaux caoutchoutiques crus, de la nappe carcasse, des deux tringles, de la gomme intérieure imperméable à l'air et des nappes sommet de travail, a3) : conformer la carcasse afin que les tringles soient en face l'une de l'autre, et a4) : cuire la carcasse afin de la rendre élastique ;

- l'étape b) comporte les phases b1 ) : ajuster la carcasse dans un moule, b2) : injecter le matériau à base d'élastomère thermoplastique sur la carcasse afin de former des flancs extérieurs et une bande de roulement, b3) : refroidir, dans le moule, l'ensemble obtenu lors de l'étape b2), et b4) : libérer le bandage pneumatique ainsi formé du moule ;

- lors de la phase b2), un premier matériau à base d'élastomère thermoplastique est injecté pour former les flancs extérieurs et un deuxième matériau à base d'élastomère thermoplastique est injecté pour former la bande de roulement, les premier et deuxième matériaux à base d'élastomère thermoplastique étant différents ;

- lors de l'étape b), le moule est maintenu à une température inférieure à 35 degrés Celsius ;

- la phase b3) permet la rigidification d'au moins la surface externe du matériau à base d'élastomère thermoplastique utilisé, en le refroidissant en-dessous d'une température déterminée fonction du matériau à base d'élastomère thermoplastique utilisé ;

- la température déterminée est la température de transition vitreuse ou la température de fusion du matériau à base d'élastomère thermoplastique utilisé ;

- le procédé comporte, entre l'étape a) et l'étape b), une étape c) destinée à modifier la surface de la carcasse afin d'améliorer l'adhérence du matériau de la carcasse avec le matériau de surmoulage de l'étape b) ;

- l'étape c) comporte une phase c1 ) destinée à augmenter la surface de contact au niveau des parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b) ;

- la phase c1 ) comporte un moulage destiné à former des structures en relief sur les parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b) ou un traitement mécanique ou chimique destiné à augmenter la rugosité des parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b) ;

- l'étape c) comporte une phase c2) destinée à former une couche de liaison sur des parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b) ;

- la phase c2) comporte un dépôt d'une couche de liaison sur les parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b) ou la formation de liaisons chimiques des parties de la carcasse qui recevront le surmoulage lors de l'étape b).

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- La figure 1 est une vue en coupe partielle d'une carcasse de bandage pneumatique obtenue selon une première étape d'un procédé selon l'invention ;

- La figure 2 est une vue en coupe partielle d'un bandage pneumatique obtenu selon un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention ;

- La figure 3 est une vue en coupe partielle d'un bandage pneumatique obtenu selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention ;

- La figure 4 est une vue en coupe partielle d'un moule pour la mise en œuvre des premier et deuxième modes de réalisation du procédé selon l'invention ;

- La figure 5 est une vue en coupe partielle d'un moule pour la mise en œuvre des premier et deuxième modes de réalisation du procédé selon l'invention après la mise en place de la carcasse ; - La figure 6 est une vue en coupe partielle d'un moule pour la mise en œuvre des premier et deuxième modes de réalisation du procédé selon l'invention après l'injection de flancs extérieurs et d'une bande de roulement.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION DE L'INVENTION

Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, éventuellement additionné d'un indice. La description de leur structure et de leur fonction n'est donc pas systématiquement reprise.

Par « matériau caoutchoutique », on entend un matériau thermodurcissable tel un élastomère diénique, c'est-à-dire de manière connue un élastomère issu d'au moins en partie (c'est-à-dire homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).

Par « bande de roulement », on entend une quantité de matériau délimitée par des surfaces latérales et par deux surfaces principales dont l'une, appelée surface de roulement, est destinée à entrer en contact avec une chaussée lorsque le pneumatique roule.

Par « carcasse », on entend toute partie n'appartenant pas aux flancs extérieurs ou à la bande de roulement.

Par « matériau à base d'élastomère thermoplastique », on entend un matériau comportant tout ou partie de copolymères à blocs, constitués de blocs rigides, thermoplastiques, reliés par des blocs souples, élastomères. De tels matériaux présentent un comportement mécanique à la fois d'un élastomère et d'un polymère thermoplastique.

On utilisera pour la définition des blocs thermoplastiques la caractéristique de température de transition vitreuse (Tg) du bloc rigide thermoplastique. Cette caractéristique est bien connue de l'homme du métier. Elle permet notamment de choisir la température de mise en œuvre industrielle (transformation). Dans le cas d'un polymère (ou d'un bloc de polymère) amorphe, la température de mise en œuvre est choisie sensiblement supérieure à la Tg. Dans le cas spécifique d'un polymère (ou d'un bloc de polymère) semicristallin, on peut observer une température de fusion alors supérieure à la température de transition vitreuse. Dans ce cas, c'est plutôt la température de fusion (Tf) qui permet de choisir la température de mise en œuvre du polymère (ou bloc de polymère) considéré. Ainsi, par la suite, lorsqu'on parlera de « Tg (ou Tf, le cas échéant) », il faudra considérer qu'il s'agit de la température déterminée pour la mise œuvre.

Les blocs élastomères peuvent être tous les élastomères connus de l'homme de l'art. À titre d'exemple nullement limitatif de matériau à base d'élastomère thermoplastique, on peut citer par exemple des matériaux comportant au moins en partie des blocs du type SIS, SBS, SEBS ou SIBS (cf. référence AM3400 V1 , « Élastomères thermoplastiques (TPE) », Michel Biron, Techniques de l'ingénieur, 10 juillet 2000).

L'invention s'applique à tout type de bandage pneumatique, notamment ceux destinés à équiper des véhicules à moteur de type tourisme, SUV (« Sport Utility Vehicles »), deux roues (notamment motos), avions, véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourds" - c'est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil -, ou autres véhicules de transport ou de manutention.

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un bandage pneumatique 1 comportant une carcasse 3 à base de matériau caoutchoutique et des flancs extérieurs 5 et une bande de roulement 7 en au moins un matériau à base d'élastomère thermoplastique.

Selon un premier mode de réalisation, le procédé comporte une première étape a) destinée à former une carcasse 3 à base de matériau caoutchoutique cuit, c'est-à-dire à base de matériau caoutchoutique cru qui est ensuite cuit afin de rendre la carcasse élastique. En effet, contrairement au procédé habituel dans lequel une étape finale de cuisson permet à toute la matière crue plastique de devenir élastique, dans le procédé selon l'invention, seule la carcasse 3 est cuite afin de devenir élastique. Toutefois, la carcasse 3 peut être obtenue selon les étapes habituelles de fabrication avant cuisson.

À titre nullement limitatif, l'étape a) peut ainsi comporter une première phase a1 ) destinée à fabriquer des matériaux caoutchoutiques crus, une nappe carcasse 2, deux tringles 4, une gomme intérieure 6 imperméable à l'air et des nappes sommet de travail 8. Les tringles 4 sont préférentiellement métalliques et les nappes sommet de travail 8 peuvent être formées d'un composite à base de verre et/ou d'un composite à base de fibres de carbone et/ou d'un tissu tramé et/ou d'un métal suivant le type de bandage pneumatique.

L'étape a) peut ensuite comporter une deuxième phase a2) destinée à confectionner à plat la carcasse 3 sur un premier tambour (non représenté) à partir des matériaux caoutchoutiques crus, de la nappe carcasse 2, des deux tringles 4, de la gomme intérieure 6 imperméable à l'air et des nappes sommet de travail 8 réalisés lors de la phase a1 ). Ensuite, le procédé peut se poursuivre avec une troisième phase a3) destinée à conformer la carcasse 3 sur un deuxième tambour afin que les tringles 4 soient en face l'une de l'autre pour, par exemple, finir par une phase a4) destinée à cuire la carcasse afin de la rendre élastique, par exemple, par vulcanisation. On obtient ainsi une carcasse 3 annulaire de section en forme de U (parfois appelée section Ω « oméga ») comme illustrée à la figure 1 avec notamment des pieds sommet 16 et des zones basses 10 destinées à s'assembler avec une roue de montage habituelle, parfois appelée jante (non représentée).

Avantageusement selon l'invention, le procédé se poursuit avec la deuxième étape b) destinée à surmouler, sur la carcasse 3 obtenue lors de l'étape a), au moins un matériau à base d'élastomère thermoplastique afin de terminer le bandage pneumatique 1 comme illustré à la figure 2. Préférentiellement, l'étape b) peut être obtenue par coulage ou par injection dans un moule 9.

À titre nullement limitatif, un exemple de moule 9 selon l'invention est représenté à la figure 4. Il comporte un noyau 9i destiné à maintenir la forme interne du futur bandage pneumatique 1 , un sommet 92 et deux flancs 93, 9 ₄ . Comme visible à la figure 4, le sommet 92 et les deux flancs 93, 9 ₄ du moule 9 comportent chacun une conduite 112, II3, 11 ₄ pour alimenter le moule 9 en matériau à base d'élastomère thermoplastique. Préférentiellement, lors de l'étape b), le moule 9 est maintenu à une température inférieure à 35 degrés Celsius et, de manière encore plus préférée, autour de 20 degrés Celsius.

Comme illustré dans un exemple de l'invention aux figures 5 et 6, la deuxième étape b) peut ainsi comporter une première phase b1 ) destinée à ajuster la carcasse 3 dans le moule 9. Plus précisément, la surface interne de la carcasse 3 est ajustée sur la surface externe du noyau 9i et plaquée au niveau de ses zones basses 10 par les flancs 93, 9 ₄ du moule 9 comme illustré à la figure 5. On remarque que l'interstice, laissé entre la carcasse 3 et les sommet 92 et deux flancs 93, 9 ₄ , forme alors l'espace de surmoulage souhaité.

À titre nullement limitatif, la deuxième étape b) peut comporter ensuite une deuxième phase b2) destinée à injecter le matériau à base d'élastomère thermoplastique sur la carcasse 3 afin de former les flancs extérieurs 5 et la bande de roulement 7 du bandage pneumatique 1.

Le matériau peut ainsi être injecté dans une ou plusieurs des conduites 112, 113, 11 ₄ du moule 9 pour remplir l'interstice formé entre la carcasse 3 et respectivement le sommet 92 et les deux flancs 93, 9 ₄ . L'injection (ou les injections) est préférentiellement réalisée à une température de mise en œuvre sensiblement supérieure à la température de transition vitreuse (ou de fusion le cas échéant) du bloc thermoplastique du matériau injecté, comme, par exemple, supérieure à 200°C et est très rapide comme, par exemple, un temps inférieur à 10 secondes.

Préférentiellement, le (ou les) matériau(x) injecté(s) et plus généralement le bandage pneumatique obtenu, est maintenu dans le moule 9 dans une phase b3) afin de le refroidir en-dessous de la température de transition vitreuse (ou de fusion le cas échéant) du bloc thermoplastique du matériau à base d'élastomère thermoplastique pendant un temps inférieur à 60 secondes grâce à l'échange thermique avec le moule 9 maintenu à une température inférieure à 35 degrés Celsius comme expliqué ci-dessus. Ainsi, il est souhaité de garantir le refroidissement d'au moins de la surface externe du (ou des) matériau(x) injecté(s), c'est-à-dire la surface en contact avec le moule 9, afin d'être suffisamment rigide pour ne pas coller au moule 9 et, par conséquent, faciliter sa libération. Bien entendu, suivant le type de bandage pneumatique (notamment son épaisseur) et la géométrie du moule 9, il peut également être souhaité que le refroidissement soit plus ou moins profond afin que la matière au centre des flancs extérieurs 5 et de la bande de roulement 7 ne se déforme pas lors de la future libération du moule 9.

À titre d'exemple, l'étape d'injection peut ainsi durer environ deux secondes et l'étape de refroidissement entre dix et vingt secondes pour la formation des flancs extérieurs 5 et de la bande de roulement 7 d'un bandage pneumatique tourisme.

La liaison entre le matériau à base d'élastomère thermoplastique et la carcasse 3 à base de matériau caoutchoutique cuit est favorisée par les pressions atteintes lors de l'injection préférentiellement supérieure à 1000 bars et la bonne mouillabilité du matériau à base d'élastomère thermoplastique qui, grâce à la température d'injection, se trouve dans sa phase liquide. Enfin l'étape b) se termine par la phase b4) destinée à libérer le bandage pneumatique 1 ainsi formé du moule 9.

Dans une variante préférée illustrée aux figures 2 et 6, lors de la phase b2), un premier matériau à base d'élastomère thermoplastique est injecté pour former les flancs extérieurs 5 et un deuxième matériau à base d'élastomère thermoplastique est injecté pour former la bande de roulement 7 afin d'optimiser leurs fonctions respectives, c'est-à-dire que les premier et deuxième matériaux à base d'élastomère thermoplastique sont différents et dédiés à leurs fonctions. Plus précisément, le premier matériau doit afficher une esthétique avantageuse pour recevoir les marquages réglementaires et être très résistant aux agressions mécaniques et chimiques (griffure, ozone, oxydation, etc.) tandis que le deuxième matériau doit être optimisé pour son contact avec le sol notamment quant à son adhérence sur sols sec et humide, son usure et son énergie (bruit et consommation).

Préférentiellement, les premier et deuxième matériaux sont injectés de sorte à ce que les fronts de matière se rejoignent entre les zones basses 10 et les pieds sommet 16 de la carcasse 3 comme mieux illustré à la figure 2. À la figure 6, on peut voir que le premier matériau est ainsi injecté par les conduites 113, 114 du moule 9 alors que le deuxième matériau est injecté par la conduite H 2 du moule 9 qui se ramifie pour remplir l'interstice formé entre la carcasse 3 et le sommet 92 du moule 9 selon plusieurs ouvertures 12 débouchant en faisant face à la carcasse 3.

Avantageusement selon l'invention, le procédé permet d'obtenir de nouveaux types de bandage pneumatique 1 comportant au moins un matériau à base d'un (ou plusieurs) élastomère(s) thermoplastique(s). On comprend donc que le (ou les) matériau(x) utilisé(s) dans la fabrication du bandage pneumatique 1 remplacent pour partie les matériaux caoutchoutiques traditionnels en apportant des nouveaux avantages pour la bande de roulement 7 et les flancs extérieurs 5.

L'utilisation de ce(s) matériau(x) à base d'élastomère thermoplastique permet en effet de modifier significativement les coûts de réalisation du bandage pneumatique ainsi que les performances finales. À titre d'exemple, le temps de fabrication de la bande de roulement 7 est drastiquement diminué et la fabrication peut être réalisée en automatique. De plus, la résistance au roulement, la tenue aux agressions extérieures (griffure, ozone, oxydation, etc.) peuvent être notablement améliorée par rapport aux matériaux caoutchoutiques. Enfin, il(s) est (sont) recyclable(s).

Selon un deuxième mode de réalisation, le procédé comporte une même première étape a) destinée à former une carcasse 3 à base de matériau caoutchoutique cuit que dans le premier mode de réalisation avec les mêmes effets techniques et avantages. On obtient ainsi une carcasse 3 annulaire de section en forme de U (parfois appelée section Ω « oméga ») comme illustrée à la figure 1 avec notamment avec des pieds sommet 16 et une zone basse 10 destinée à s'assembler avec une roue de montage habituelle (non représentée).

Toutefois, avant de procéder à la mise en œuvre de l'étape b), le procédé dans le deuxième mode de réalisation comporte une deuxième étape c) destinée à modifier la surface de la carcasse 3 afin d'améliorer l'adhérence du matériau de la carcasse 3 avec le matériau de surmoulage de la troisième étape b).

Selon une première variante, l'étape c) peut ainsi comporter une phase c1 ) destinée à augmenter la surface de contact au niveau des parties de la carcasse 3 qui recevront le surmoulage lors de l'étape b). Une telle phase c1 ) peut comprendre un moulage destiné à former des structures en relief sur les parties de la carcasse 3 qui recevront le surmoulage lors de l'étape b). On comprend donc que ce moulage pourrait notamment être réalisée en même temps que la phase a4) de cuisson de la carcasse 3.

Selon une autre possibilité, la phase c1 ) peut comprendre un traitement mécanique et/ou chimique destiné à augmenter la rugosité des parties de la carcasse 3 qui recevront le surmoulage lors de l'étape b).

Selon une deuxième variante, l'étape c) peut comporter une phase c2) destinée à former une couche de liaison sur des parties de la carcasse 3 qui recevront le surmoulage lors de l'étape b). La phase c2) pourrait ainsi comporter le dépôt d'une couche de liaison 13 particulièrement favorable à adhérer sur la carcasse 3 et le matériau qui sera surmoulé lors de la troisième étape b). On comprend qu'une (ou plusieurs) couche(s) de liaison 13 peuvent être déposés sur tout ou partie des parties de la carcasse 3 qui recevront le surmoulage lors de l'étape b). À titre d'exemple, la (ou les) couche(s) de liaison peut être un matériau à base d'élastomère thermoplastique ou un matériau diénique hybride comprenant un (ou plusieurs) matériau(x) à base d'élastomère thermoplastique.

Selon une autre possibilité, la phase c2) peut comprendre la mise en œuvre d'une réaction chimique destinée à créer des liaisons chimiques entre la carcasse 3 et le matériau surmoulé lors de l'étape b). On comprend donc que cette réaction chimique pourrait notamment être réalisée en même temps que la phase b2) d'injection permettant une activation par la chaleur, la pression ou par un activateur extérieur. Avantageusement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, le procédé se poursuit avec la troisième étape b) destinée à surmouler, sur la carcasse 3 obtenue lors de l'étape a) et modifiée lors de l'étape c), au moins un matériau à base d'élastomère thermoplastique afin de terminer le bandage pneumatique 1 comme illustré à la figure 3. Comme pour le premier mode de réalisation, la troisième étape b) peut être obtenue par coulage ou par injection dans un moule 9 avec les mêmes effets techniques et avantageuses que le premier mode de réalisation.

Avantageusement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, le procédé permet d'obtenir de nouvelles gammes de bandage pneumatique 1 comportant au moins un matériau à base d'un (ou plusieurs) élastomère(s) thermoplastique(s). On comprend donc que le (ou les) matériau(x) utilisé(s) dans la fabrication du bandage pneumatique 1 remplacent pour partie les matériaux caoutchoutiques traditionnels en apportant des nouveaux avantages pour la bande de roulement 7 et les flancs extérieurs 5.

L'utilisation de ce(s) matériau(x) à base d'élastomère thermoplastique permet en effet de modifier significativement les coûts de réalisation du bandage pneumatique ainsi que les performances finales. À titre d'exemple, le temps de fabrication de la bande de roulement 7 est drastiquement diminué et la fabrication est réalisée en automatique. De plus, la résistance au roulement, la tenue aux agressions extérieures (griffure, ozone, oxydation, etc.) peuvent être notablement améliorée par rapport aux matériaux caoutchoutiques. Enfin, il(s) est (sont) recyclable(s) et fabricable(s) à partir de sources vertes.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentés et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier.