Le para-aramide est utilisé dans les pneus haute performance en raison de ses excellentes propriétés mécaniques telles qu'une résistance élevée, un module élevé, une résistance à la fatigue et un faible fluage.
Depuis la production officielle du premier pneumatique Michelin en 1895, et avec le développement rapide de l'industrie automobile, l'industrie du pneumatique n'a cessé d'améliorer ses technologies et de proposer de nouveaux produits. Aujourd'hui, une chaîne de production de pneumatiques complète et mature s'est constituée à l'échelle mondiale. Les matériaux de la carcasse sont essentiels pour garantir la résistance, la capacité de charge et la stabilité dimensionnelle des pneus. Avec la popularité croissante des pneus radiaux, les pneus radiaux hautes performances et les pneus écologiques se développent progressivement, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de performance des matériaux de la carcasse. Le para-aramide est progressivement utilisé dans les pneus hautes performances grâce à ses excellentes propriétés.
Classification et performances des matériaux du squelette des pneus
Les matériaux de squelette constituent la principale couche porteuse des produits en caoutchouc et jouent un rôle déterminant dans leurs performances, leur durée de vie et leur valeur d'usage. Idéalement, les matériaux de squelette doivent présenter des propriétés mécaniques telles qu'une résistance élevée, un module élevé, une résistance à la fatigue et un faible fluage, ainsi que des propriétés physiques et chimiques telles qu'une faible densité, une résistance aux hautes et basses températures, une résistance à la corrosion et une ignifugation. Il existe quatre grandes catégories de matériaux de squelette en fibres pour pneus, chacune présentant ses propres avantages et inconvénients.
(1) Le câble en rayonne présente une excellente rétention du module à haute température et un faible retrait. Sa stabilité dimensionnelle est bien supérieure à celle des câbles en nylon et en polyester. Il peut être utilisé dans les carcasses de pneus radiaux pour leur conférer d'excellentes performances de maniabilité. Cependant, il présente une faible résistance à l'humidité et une pollution importante à la production.
(2) Le cordon en polyester présente les avantages suivants : module élevé, résistance élevée, faible allongement, faible retrait thermique, bonne stabilité dimensionnelle et résistance à l'état sec et humide quasiment équivalente. Sa résistance à la fatigue et aux chocs est supérieure à celle du cordon en rayonne, mais son échauffement peut entraîner une aminolyse à haute température.
(3) Les avantages du cordon en nylon sont une résistance élevée, une faible densité relative, une faible perte par hystérésis, un faible taux d'absorption d'humidité, une résistance élevée à l'humidité, une bonne élasticité, une résistance à la flexion dix fois supérieure à celle du cordon en rayonne et une meilleure résistance à la fatigue que les autres cordons en fibres. Ses principaux inconvénients sont un retrait thermique important, une faible stabilité thermique et une stabilité dimensionnelle médiocre.
(4) Ces dernières années, le câble aramide a connu un développement constant en raison de sa résistance aux températures élevées, de sa grande résistance, de son module élevé et de sa faible déformation. Des études ont montré que le câble aramide permettait non seulement de réduire la masse et la résistance au roulement des pneus, mais aussi d'améliorer leur résistance aux perforations et aux coupures.
La comparaison des performances des matériaux de squelette de pneu couramment utilisés est présentée dans le tableau 1.
| Articles |
Para-aramide |
Fil d'acier |
Rayonne |
Nylon 66 |
Polyester |
| Densité/（Mg∙m^-3） |
1.44 |
7,85 |
1,53 |
1.14 |
1,38 |
| Température de décomposition (azote)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| Résistance à la traction/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| Résistance spécifique/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Module initial/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Module spécifique/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Coefficient de dilatation thermique ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Allongement à la rupture/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13,5 |
| Taux de rétention de résistance après 200 °C × 48 h/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Rétrécissement thermique à séchage à l'air (160 °C ×4min)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
La résistance spécifique et le module spécifique du para-aramide sont près de 6 et 3 fois supérieurs à ceux du fil d'acier, et de 2 et 10 fois supérieurs à ceux du nylon 66. Les performances des matériaux para-aramides restent normales dans une plage de températures comprise entre -200 et 200 °C. À résistance à la traction constante, la masse des produits en caoutchouc peut être considérablement réduite et ils peuvent être utilisés dans des conditions climatiques extrêmes. Le para-aramide présente d'excellentes propriétés de fluage, de résistance à la fatigue, de faible retrait thermique et de résistance à la corrosion chimique, ce qui améliore considérablement la stabilité dimensionnelle des produits en caoutchouc et prolonge leur durée de vie. Par conséquent, le para-aramide est un matériau idéal pour la fabrication de carcasses de pneus.
Application du para-aramide dans les matériaux du squelette des pneus
La première application de l'aramide dans la structure des pneus a été la couche de ceinture radiale. Grâce à ses propriétés spécifiques, il est aujourd'hui utilisé dans un nombre croissant de composants. D'un point de vue technique, l'aramide peut servir de matériau de squelette pour n'importe quelle partie du pneu et peut même être combiné à de la résine pour remplacer le fil d'acier dans la fabrication des talons, réduisant ainsi considérablement le poids du pneu. On trouve actuellement des exemples d'applications de l'aramide dans les couches de ceinture à bords exposés, les couches de ceinture pliées, les couches de ceinture circonférentielles, les carcasses de pneus radiaux, les revêtements de talon, les anneaux métalliques, les carcasses de pneus de compétition à carcasse diagonale et les couches tampons de pneus à carcasse diagonale.
L'utilisation d'un câble aramide 1680 dtex/2 à la place d'un câble acier 2×0,30 HT dans la ceinture d'un pneu de tourisme permet de réduire le poids du pneu de 6,4 % à 7,5 % et la résistance au roulement de 12,5 %. L'utilisation d'un câble aramide 1680 dtex/2 pour la carcasse et la ceinture permet de réduire le poids du pneu de 15 %. Les autres propriétés du pneu répondent aux exigences de la norme et améliorent le confort de conduite.
À masse égale, sa résistance et son module surpassent largement ceux de matériaux tels que le polyester, le polyamide et le fil d'acier, et il offre une excellente sécurité et une durabilité exceptionnelles. Le principal avantage de l'utilisation de câbles d'aramide plutôt que d'acier pour les pneus de course pliables est la réduction du poids du pneu et sa flexibilité. La légèreté de l'aramide est particulièrement adaptée aux pneus de course haute performance. Tout en réduisant le poids de la voiture, il permet un freinage plus rapide et une meilleure tenue de route en virage.
Utilisation de fibres courtes d'aramide dans le remplissage des pneus radiaux porteurs tout acier. La structure et les propriétés particulières des fibres courtes d'aramide confèrent aux produits en caoutchouc d'excellentes propriétés, telles qu'un module élevé, une dureté élevée, une résistance élevée, une stabilité dimensionnelle et une résistance à l'usure. Les résultats des tests montrent que les fibres courtes d'aramide réduisent la viscosité Mooney du composé de caoutchouc, raccourcissent le t90, limitent l'échauffement, diminuent le facteur de perte et l'effet Payne, et offrent une bonne durabilité du pneu fini. Ce qui indique que l'aramide est un matériau très efficace pour améliorer les performances des pneus.
| Articles |
1100dtex/2 |
1680dtex/2 |
| Résistance à la rupture/N |
≥330 |
≥450 |
| Taux de résistance à la rupture inégal/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 N Allongement à la charge nominale/% |
1,8 ± 0,6 |
2,0 ± 0,6 |
| Allongement à la rupture/% |
4,5±1,5 |
6,0 ± 1,5 |
| Allongement à la rupture, irrégularité/% |
≤5,0 |
≤5,0 |
| Rétrécissement à la chaleur sèche/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Force d'extraction/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
Bien que le câble d'aramide présente de nombreux avantages en tant que matériau de squelette en caoutchouc, il présente également des inconvénients, tels qu'une faible résistance à la compression et à la fatigue en flexion, des difficultés de collage et un coût de production élevé, qui limitent son utilisation. C'est pourquoi un tissu composite aramide/nylon haute résistance a été développé. Ce tissu composite, obtenu par filage, torsion, trempage et traitement thermique d'aramide et de nylon dans un certain rapport, permet de pallier les inconvénients du nylon et de l'aramide et de combiner leurs avantages respectifs, d'obtenir des propriétés complémentaires et de répondre aux exigences strictes des pneus haute performance. À l'avenir, le tissu composite sera de plus en plus utilisé dans les pneus.
