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EP4222315B1 - Semelle élastique et sa methode de fabrication - Google Patents

Semelle élastique et sa methode de fabrication Download PDF

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Publication number
EP4222315B1
EP4222315B1 EP21783281.5A EP21783281A EP4222315B1 EP 4222315 B1 EP4222315 B1 EP 4222315B1 EP 21783281 A EP21783281 A EP 21783281A EP 4222315 B1 EP4222315 B1 EP 4222315B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
rubber
resilient sole
fibres
structured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP21783281.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP4222315C0 (fr
EP4222315A1 (fr
Inventor
Olivier PRUD'HOMME
Said SEGHAR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RubberGreen Industrie SA
Original Assignee
RubberGreen Industrie SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=72840264&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP4222315(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by RubberGreen Industrie SA filed Critical RubberGreen Industrie SA
Priority to HRP20241035TT priority Critical patent/HRP20241035T1/hr
Publication of EP4222315A1 publication Critical patent/EP4222315A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4222315C0 publication Critical patent/EP4222315C0/fr
Publication of EP4222315B1 publication Critical patent/EP4222315B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/46—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from different materials
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B26/00—Tracks or track components not covered by any one of the preceding groups
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/002—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers
    • E01B1/005—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers with sleeper shoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2204/00—Characteristics of the track and its foundations
    • E01B2204/01—Elastic layers other than rail-pads, e.g. sleeper-shoes, bituconcrete

Definitions

  • the present invention relates to an elastic sole arranged to be fixed to a layer of concrete or interposed between a layer of concrete and a ballast as well as a method of manufacturing such an elastic sole.
  • the present invention also relates to an assembly comprising a layer of concrete and an elastic sole as mentioned above.
  • the sleeper is a transverse piece of treated wood, steel or concrete to which the rails of a railway track are fixed in order to keep them parallel and transmit the load they support to the ballast.
  • the ballast is made of crushed stone and is designed to receive the sleepers on which the railway rails rest.
  • This type of soles interposed between the ballast and the sleepers aims to dampen the propagation of vibrations generated by the passage of the train on the rails towards the bed of the underlying railway track and therefore towards the ballast, to avoid wear and settling of the ballast as well as to avoid wear of the sleepers and in particular of the concrete sleepers by the ballast.
  • the concrete sleepers would therefore be in direct contact with the crushed stones of the ballast. This would therefore lead to cracks and concrete becoming friable over time.
  • the document FR2935399 describes an elastic sole which is provided with stainless steel loop-forming wires which are embedded in an extruded viscoelastic plate with a maximum of 4 loops per cm 2 of extruded viscoelastic plate during molding. These wires are also embedded in the concrete block during the molding of the latter.
  • the fibrous layer must be reinforced in certain places, the fibers must not be present or very little present in other places of the upper surface of the elastic layer and the reinforcements in certain areas must be made by adding more fibers.
  • the document WO2012040798 describes an elastic sole comprising an elastic layer based on rubber and a ground mat disposed on the elastic layer.
  • the floor mat comprises on the one hand a carpet base in the form of an extruded film and on the other hand filaments which can be in the form of loops, mushrooms or hooks.
  • the filaments are made of polymers and are attached to the extruded film by welding.
  • the elastic layer and the extruded film are joined together by gluing or welding the base of the floor mat to the elastic layer.
  • Structured fibers can come from the recycling sector. Depending on the type of structured fibers, as for example in the case of production waste, it is possible according to the present invention to directly use the structured fibers to form said layer of structured fibers of the elastic sole.
  • the rubber used in the elastic sole according to the present invention is a recycled rubber, more particularly a rubber which has been devulcanized.
  • Devulcanized rubber is rubber that has been de-crosslinked, that is, rubber in which some of the sulfur bonds have been broken.
  • the rubber is then revulcanized by a hot pressing process.
  • the rubber obtained is therefore a rubber in which sulfur bonds are recreated during the hot press.
  • the tests in force are: the ISO 37 standard to measure tensile strength as well as Shore hardness, the EN16730 standard to measure static and dynamic rigidity, resistance to aging, resistance to fatigue and resistance to tearing.
  • the thickness of structured fibers not impregnated in the layer of revulcanized rubber is then impregnated in the concrete before hardening.
  • the assembly had excellent resistance to tearing of the layer of structured fibers in the concrete.
  • the layer of impregnated structured fibers is and then remains attached on the one hand to the rubber and on the other hand to the concrete during the pull-off tests, which makes it a sole elastic resistant to the stresses exerted, such as those exerted by the railway track and its use.
  • the resistance to tearing of the elastic sole according to the invention/rail sleeper exceeds 0.8 MPa.
  • the fibers of the elastic sole according to the present invention are impregnated to a depth of between 0.5 and 2 mm, preferably between 0.7 and 1.5 mm, preferably between 0.9 and 1 mm in said layer.
  • revulcanized rubber This has the advantage of creating a revulcanized rubber-fiber interphase that is robust and resistant to the stresses exerted by the railway track.
  • the fiber/rubber tear resistance advantageously exceeds 1 MPa. This interphase allows the sole to present resistance to tearing of the concrete block when it is present as well as resistance to tearing of the rubber layer.
  • said devulcanized-revulcanized recycled rubber layer of the elastic sole according to the present invention has a tensile strength greater than or equal to 7 MPa, preferably greater than or equal to 8 MPa, advantageously greater than or equal to 9 MPa, even more advantageously equal to 10 MPa.
  • This has the advantage that the layer of recycled rubber making up the elastic sole resists wear such as for example the wear that the ballast causes following contact between the lower surface of the layer of recycled rubber and the ballast.
  • said devulcanized-revulcanized recycled rubber layer of the elastic sole according to the present invention has an elongation at break greater than 150%, preferably greater than 200%, or even greater than 250%.
  • This has the advantage that the layer of recycled rubber making up the elastic sole is resistant to the various forces undergone by the sole and sufficiently rigid to ensure its role as a dissipator of the vibrations suffered by the track.
  • said fibers of the layer of structured fibers of the elastic sole according to the present invention are chosen from the group of natural or synthetic materials, such as for example polyester, polypropylene, polystyrene, polyethylene, wool, cotton , hemp, coconut fibers.
  • said rubber layer of the elastic sole according to the present invention comprises rubber chosen from the group of natural or synthetic materials, such as for example natural polyisoprene, isoprene polymer, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer .
  • the method of manufacturing an elastic sole according to the present invention has the advantage of producing, from rubber waste, an elastic sole in a simple and rapid manner, at low cost, making it possible to meet the requirements of each player in the walk.
  • the sole is made from two layers, without any bonding between them.
  • the two superimposed layers are brought to a press and then hot pressed at a temperature between 100 and 180°C, preferably between 140 and 170°C, preferably between 150°C and 160°C for a predetermined time interval.
  • This hot pressing will thus allow the revulcanization of the layer of devulcanized rubber and, during this revulcanization, at least partial impregnation of the structured fibers of the layer of structured fibers in the layer of rubber thus forming a revulcanized rubber - fiber interphase.
  • the rubber is revulcanized in the thickness of the rubber layer, but also around structured fibers. Structured fibers have a melting temperature higher than the hot pressing temperature.
  • said at least one resin according to the present invention is a thermoplastic resin chosen from the group comprising resins having at least one phenol group, at least one aromatic group, at least one styrene group, or any other resin which can be used with sulfur vulcanized rubber or their combination.
  • the method further comprises brushing the surface of the impregnated structured fibers so as to make them partially free, over a predetermined thickness.
  • the layer of structured fibers 5 has a thickness of free structured fibers 8, that is to say not impregnated in the layer of revulcanized rubber, and a thickness of structured fibers impregnated 7 in the revulcanized rubber 4.
  • a layer of structured fibers 5 was then superimposed on the layer of devulcanized rubber and two superimposed layers were obtained.
  • Said two superimposed layers were sent to a press. Said two superimposed layers were hot pressed at a temperature of 120° C. for 5 minutes. The rubber was then revulcanized during pressing and an elastic sole 1 according to the present invention was obtained. During hot pressing, the structured fibers were partially impregnated in said layer of revulcanized rubber 4, forming the revulcanized rubber-fiber interphase 6.
  • the mass of recycled, devulcanized rubber is mixed with adjuvants which promote the essentially mechanical characteristics of the sole.
  • adjuvants which promote the essentially mechanical characteristics of the sole.
  • carbon black can be added which modifies the hardness, stiffness and vibration dissipation power of the sole obtained.
  • the activators/accelerators allow activation or acceleration of the reactivity of the rubber and therefore of its revulcanization, which will also determine the crosslinking density of the sole.
  • the devulcanized mass is, after adding the aforementioned adjuvants, shaped, in particular in the form of a plate 11 having the dimensions of a mold 12. Likewise a layer of felt 13 of thermoplastic material, preferably of polypropylene, is cut to the size of the mold.
  • the mold 12 is preheated to a temperature lower than the melting temperature of the felt fibers, preferably between 140 and 170°C, advantageously between 150 and 160°C.
  • the cut felt 13 is first introduced, then the shaped devulcanized rubber plate 11 is superimposed on it.
  • the height of the felt 13 and rubber plate 11 assembly is greater than the depth of the cavity of the mold 12.
  • we close the cover 14 of the mold 12, as shown in the figure 4 and the whole is hot compressed at a pressure preferably greater than 2 MPa, advantageously 6 MPa. This pressure must be sufficient to evacuate the excess material 15 out of the mold, as shown in the figure 5 .
  • the vulcanization time depends on the activation/acceleration of the mass of devulcanized rubber used. This time can vary between 2 and 15 minutes, advantageously between 3 and 7 minutes.
  • the fibers of the felt are completely embedded in the rubber layer after the hot pressing step, forming a layer of fully impregnated fibers 20 in the revulcanized rubber layer 9.
  • Surface brushing of the layer of impregnated fibers 20 is then necessary to release a portion of the fibers over a predetermined thickness.
  • This brushing can be carried out as shown in the Figure 7 , using a circular brush 17 mounted on an axis and adjusted to a predetermined height of a conveyor belt 18. The passage under this brush of the elastic sole leaving the mold will thus release a thickness of free structured fibers 19 , likely to allow the attachment of a layer of concrete subsequently.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Footwear And Its Accessory, Manufacturing Method And Apparatuses (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une semelle élastique agencée pour être fixée à une couche de béton ou interposée entre une couche de béton et un ballast ainsi qu'une méthode de fabrication d'une telle semelle élastique.
  • La présente invention concerne également un ensemble comportant une couche de béton et une semelle élastique telle que précitée.
  • De telles semelles sont bien connues de l'état de la technique.
  • Dans le domaine de la construction, de telles semelles sont agencées pour être fixées à des couches ou blocs de béton.
  • Dans le domaine du chemin de fer, de telles semelles sont interposées entre les traverses et du ballast, le ballast constituant le lit de la voie ferrée.
  • La traverse est une pièce transversale de bois traité, d'acier ou de béton sur laquelle on fixe les rails d'une voie ferrée afin de les maintenir parallèles et de transmettre au ballast la charge qu'ils supportent.
  • Le ballast est constitué de pierres concassées et est agencé pour recevoir les traverses sur lesquelles reposent les rails de chemin de fer.
  • Ce type de semelles interposées entre le ballast et les traverses a pour but d'amortir la propagation de vibrations générées par le passage du train sur les rails vers le lit de la voie ferrée sous-jacente et donc vers le ballast, d'éviter l'usure ainsi que le tassement du ballast ainsi que d'éviter l'usure des traverses et en particulier des traverses en béton par le ballast. En effet, sans semelles interposées entre le ballast et les traverses, les traverses en béton seraient donc en contact direct avec les pierres concassées du ballast. Cela entraînerait donc des fissures et un béton devenant friable au cours du temps.
  • Par exemple, le document FR2935399 décrit une semelle élastique qui est munie de fils formant des boucles en acier inoxydable qui sont noyés dans une plaque viscoélastique extrudée avec un maximum de 4 boucles par cm2 de plaque viscoélastique extrudée lors du moulage. Ces fils sont aussi noyés dans le bloc de béton lors du moulage de ce dernier.
  • Malheureusement, ces fils peuvent se détacher facilement de la plaque viscoélastique dans laquelle ils sont directement noyés, se déformer ou casser facilement en raison des contraintes de cisaillements sous l'effet des passages répétés des trains sur les rails du chemin de fer.
  • De plus, les fils ne permettent pas d'obtenir une accroche satisfaisante du béton à la plaque viscoélastique extrudée.
  • Le document WO2019201761 décrit une semelle comprenant une couche élastique et une couche de fibres qui comprend différents éléments tels que des rainures, des fibres disposées aléatoirement et des zones solidifiées. Les zones solidifiées sont obtenues par traitement thermique ou bien collage local des fibres.
  • Malheureusement la fabrication de cette semelle demande un temps considérable. La couche fibreuse doit être renforcée à certains endroits, les fibres ne doivent pas être présentes ou très peu présentes à d'autres endroits de la surface supérieure de la couche élastique et des renforcements de certains endroits doivent être réalisés par l'ajout de fibres plus nombreuses.
  • Le document WO2012040798 décrit une semelle élastique comprenant une couche élastique à base de caoutchouc et un tapis de sol disposé sur la couche élastique. Le tapis de sol comprend d'une part une base de tapis sous forme d'un film extrudé et d'autre part des filaments qui peuvent être sous forme de boucles, de champignons ou de crochets. Les filaments sont en polymères et sont fixés au film extrudé par soudure. La couche élastique et le film extrudé sont associés l'un à l'autre par collage ou soudure de la base du tapis de sol à la couche élastique.
  • Malheureusement, tout d'abord cette semelle élastique est associée à un béton spécifique dont la fabrication est expliquée dans le document. Les filaments sont apposés contre le lait de béton durant le durcissement des traverses afin de ne pas impacter la résistance des traverses. Cette semelle est donc fortement dépendante de la qualité du béton utilisé pour former la traverse. De plus, ce document est muet quant à la résistance de l'ensemble traverses en béton, fibres et couche élastique. Toutefois, il est probable qu'à terme, le collage ou la soudure de la couche élastique à la base du tapis (film extrudé) soit une source de fragilité de l'ensemble « traverses en béton, fibres et couche élastique ».
  • Le document EP129852 décrit une semelle élastique comprenant une couche élastique extrudée et une couche fibreuse plastique enchevêtrée dans la couche élastique extrudée par soudure, la couche fibreuse étant composée d'un géotextile non tissé.
  • Malheureusement, l'utilisation d'un textile de type géotextile implique un coût important pour la production de ce type de semelles élastiques qui sont présentes sous chaque traverse de la voie ferrée.
  • Il est aussi probable qu'à terme, comme pour le document WO2012040988 , la soudure de la couche élastique à la base du géotextile ou d'un tissu non-tissé plastique soit une source de fragilité de l'ensemble « traverses en béton, fibres et couche élastique ».
  • Dans la demande de brevet WO2009/108972 on divulgue une semelle élastique à fixer par exemple à des traverses en béton. Cette semelle comprend plusieurs couches en matières élastomères qui sont renforcées par une couche de renforcement disposée entre deux couches élastomères, et qui sont recouvertes d'une couche de liaison destinée à un accrochage avec le béton. Pendant la fabrication de la semelle, ces couches de renforcement ou de liaison sont, l'une totalement, l'autre partiellement, noyées dans les couches élastomères pendant la réaction d'expansion de celles-ci. De telles semelles sont complexes à fabriquer et ne permettent assurément pas une fabrication à partir de déchets de caoutchouc vulcanisé qui sont recyclés.
  • L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en procurant une semelle élastique robuste agencée pour conférer à un ensemble « traverse-semelle sous traverse » de résister aux contraintes exercées par la voie ferrée, à partir de déchets de caoutchouc vulcanisé, et à l'aide d'un procédé de fabrication simple et économique.
  • Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention une semelle élastique agencée pour être fixée à une couche de béton ou interposée entre une couche de béton et un ballast, qui est constituée d'une couche de caoutchouc recyclé, à l'état revulcanisé après dévulcanisation, et d'une couche de fibres structurées, disposée en contact avec la couche de caoutchouc, lesdites fibres étant partiellement imprégnées dans ladite couche de caoutchouc et présentant une épaisseur de fibres structurées libre.
  • Comme on peut le constater, dans la semelle selon la présente invention, la couche de caoutchouc de la semelle élastique est issue d'une filière de recyclage et peut comprendre des déchets de production, des déchets de coupe ou encore des déchets usagés.
  • Par les termes « fibres structurées », on entend selon l'invention, des fibres enchevêtrées dans une trame, ou des fibres disposées sur plusieurs couches de fibres textiles superposées. Ces fibres peuvent être entremêlées au cours du processus de fabrication à l'aide d'aiguilles spéciales à crochets pour former une couche de fibres structurées dense et compacte qui est éventuellement ensuite enduite afin de solidifier l'ensemble, comme par exemple des feutrines ou des moquettes aiguilletées utilisées fréquemment pour des événements éphémères (stand exposition, tapis rouge, ...).
  • Les fibres structurées peuvent provenir de la filière de recyclage. Selon le type de fibres structurées, comme par exemple dans le cas de déchets de production, il est possible selon la présente invention d'utiliser directement les fibres structurées pour former ladite couche de fibres structurées de la semelle élastique.
  • Le caoutchouc utilisé dans la semelle élastique selon la présente invention est un caoutchouc recyclé, plus particulièrement un caoutchouc qui a été dévulcanisé. Le caoutchouc dévulcanisé est un caoutchouc qui a été dé-réticulé, c'est-à-dire un caoutchouc dans lequel une partie des liaisons soufre a été cassée.
  • Le caoutchouc est ensuite revulcanisé par un procédé de pressage à chaud. Le caoutchouc obtenu est donc un caoutchouc dans lequel des liaisons soufre sont recréées lors de la mise sous presse à chaud.
  • Selon la présente invention, les fibres structurées de la couche de fibres structurées sont partiellement imprégnées dans la couche de caoutchouc. Cette imprégnation a lieu pendant le pressage à chaud de la couche formée du caoutchouc dévulcanisé. Lors du pressage à chaud, le caoutchouc est revulcanisé dans l'épaisseur de la couche de caoutchouc, mais aussi autour de fibres structurées.
  • Selon la présente invention, par les termes « partiellement imprégnée dans la couche de caoutchouc», on entend que la couche de fibres structurées présente une épaisseur de fibres structurées libre, c'est-à-dire non imprégnée par le caoutchouc revulcanisé et une épaisseur de fibres structurées imprégnée dans le caoutchouc revulcanisé.
  • De manière surprenante, l'association d'au moins une couche de caoutchouc recyclé et d'au moins une couche de fibres structurées imprégnée dans le caoutchouc revulcanisé permet d'obtenir une semelle élastique robuste et résistante à l'arrachement de la couche de fibres structurées qui sont imprégnées dans la couche de caoutchouc revulcanisé selon les tests en vigueur.
  • Les tests en vigueur sont : la norme ISO 37 pour mesurer la résistance à la traction ainsi que la dureté Shore, la norme EN16730 pour mesurer la rigidité statique et dynamique, la résistance au vieillissement, la résistance à la fatigue et la résistance à l'arrachement.
  • De plus, lorsque la semelle sous traverse est associée à une traverse de béton lors de la fabrication de celle-ci, l'épaisseur de fibres structurées non imprégnée dans la couche de caoutchouc revulcanisé est alors imprégnée dans le béton avant durcissement. Une fois le béton durci, il a été identifié de manière tout aussi surprenante que l'ensemble présente une excellente résistance à l'arrachement de la couche de fibres structurées du béton. La couche de fibres structurées imprégnées est et reste alors solidaire d'une part du caoutchouc et d'autre part du béton durant les tests à l'arrachement, ce qui en fait une semelle élastique résistante face aux contraintes exercées, comme par exemple celles exercées par la voie ferrée et son utilisation. Avantageusement, la résistance à l'arrachement de la semelle élastique suivant l'invention/traverse de rail dépasse les 0,8 MPa.
  • Avantageusement, la densité des fibres structurées de la semelle élastique suivant la présente invention est comprise entre 150 g/m2 et 800 g/m2, de préférence entre 170 et 750 g/m2, avantageusement entre 190 et 500 g/m2. Une telle densité de fibres structurées offre l'avantage d'augmenter la résistance à l'arrachage lors des tests.
  • Avantageusement, les fibres de la semelle élastique suivant la présente invention sont imprégnées à une profondeur comprise entre 0,5 et 2 mm, de préférence entre 0,7 et 1,5 mm, de préférence entre 0,9 et 1 mm dans ladite couche de caoutchouc revulcanisé. Cela présente l'avantage de créer une interphase caoutchouc revulcanisé - fibres robuste et résistante aux contraintes exercées par la voie ferrée. La résistance à l'arrachement fibre/caoutchouc dépasse avantageusement 1 MPa. Cette interphase permet à la semelle de présenter une résistance à l'arrachage du bloc de béton lorsqu'il est présent ainsi qu'une résistance à l'arrachage de la couche de caoutchouc.
  • De préférence, ladite couche de caoutchouc recyclé dévulcanisé-revulcanisé de la semelle élastique suivant la présente invention a une dureté Shore comprise entre 50 et 90 Shore A, selon le modèle standard de mesure, le duromètre. Cela présente l'avantage d'obtenir une large plage de rigidité du caoutchouc et donc de couvrir les besoins des différents acteurs du marché visé.
  • De préférence, ladite couche de caoutchouc recyclé dévulcanisé-revulcanisé de la semelle élastique suivant la présente invention a une résistance à la traction supérieure ou égale à 7 MPa, de préférence supérieure ou égale à 8 MPa, de manière avantageuse supérieure ou égale à 9 MPa, de manière encore plus avantageuse égale à 10 MPa. Cela présente l'avantage que la couche de caoutchouc recyclé composant la semelle élastique résiste à l'usure comme par exemple à l'usure que le ballast provoque suite au contact entre la surface inférieure de la couche de caoutchouc recyclé et le ballast.
  • De préférence, ladite couche de caoutchouc recyclé dévulcanisé-revulcanisé de la semelle élastique suivant la présente invention a un allongement à la rupture supérieur à 150%, de préférence supérieur à 200%, voire supérieur à 250%. Cela présente l'avantage que la couche de caoutchouc recyclé composant la semelle élastique soit résistante aux différents efforts subi par la semelle et suffisamment rigide pour assurer son rôle de dissipateur des vibrations que subit la voie.
  • De préférence, lesdites fibres de la couche de fibres structurées de la semelle élastique suivant la présente invention sont choisies dans le groupe des matières naturelles ou synthétiques, comme par exemple le polyester, le polypropylène, le polystyrène, le polyéthylène, la laine, le coton, le chanvre, les fibres de coco.
  • De manière avantageuse, ladite couche de caoutchouc de la semelle élastique suivant la présente invention comprend du caoutchouc choisi dans le groupe des matières naturelles ou synthétiques, comme par exemple le polyisoprène naturel, le polymère d'isoprène, le polybutadiène, le copolymère styrène-butadiène.
  • D'autres formes de réalisation de la semelle élastique suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
  • La présente invention se rapporte aussi à un ensemble comprenant une couche de béton et une semelle élastique telle que décrite précédemment, dans lequel lesdites fibres structurées sont en outre partiellement imprégnées dans ladite couche de béton, sur l'épaisseur de fibres structurées libre.
  • Avantageusement, la couche de béton peut être un bloc de béton ou un élément de béton moulé, avantageusement une traverse de chemin de fer.
  • Dans un mode de réalisation de l'ensemble selon la présente invention, lesdites fibres sont imprégnées dans la couche de béton de l'ensemble suivant la présente invention sur une épaisseur comprise entre 0,3 et 2 mm, de préférence entre 0,4 et 1,8 mm, plus particulièrement entre 0,5 et 1 mm. De manière avantageuse, une imprégnation des fibres sur une telle épaisseur permet d'obtenir un ensemble semelle élastique - couche de béton solidaire.
  • D'autres formes de réalisation de l'ensemble « couche de béton-semelle élastique» suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
  • L'invention a encore pour objet de procurer une méthode de production qui permette une production en quantité industrielle et à faible coût d'une semelle élastique de qualité, robuste et résistante aux contraintes exercées par exemple par le passage régulier des trains.
  • Suivant l'invention, ce problème est résolu par une méthode de fabrication d'une semelle élastique comprenant:
    • une dévulcanisation de caoutchouc recyclé, avec formation d'une masse de caoutchouc recyclé dévulcanisé,
    • un ajout d'au moins un adjuvant au caoutchouc recyclé dévulcanisé,
    • une superposition d'une couche de fibres structurées et du caoutchouc recyclé dévulcanisé avec obtention de deux couches superposées, et
    • un pressage à chaud desdites deux couches superposées à une température comprise entre 100 et 180 °C pendant un intervalle de temps prédéterminé avec revulcanisation du caoutchouc recyclé dévulcanisé et formation d'une semelle élastique où les fibres structurées sont au moins partiellement imprégnées dans ladite couche de caoutchouc en cours de revulcanisation en formant une interphase caoutchouc revulcanisé-fibres.
  • La méthode de fabrication d'une semelle élastique selon la présente invention a l'avantage de produire, à partir de déchets de caoutchouc, une semelle élastique de manière simple et rapide, à faible coût, en permettant de répondre aux exigences de chaque acteur du marché. La semelle est réalisée à partir de deux couches, sans aucun collage entre elles.
  • Le caoutchouc dévulcanisé, qui est un caoutchouc recyclé, est obtenu par dévulcanisation. Cette dévulcanisation peut être réalisée au début de la fabrication de la semelle élastique ou bien elle peut être réalisée en amont de la fabrication de ladite semelle élastique.
  • Plus particulièrement, ce caoutchouc dévulcanisé est un caoutchouc dévulcanisé, réactivé par l'ajout d'au moins un adjuvant.
  • La couche de fibres structurées est, par superposition, mise en contact avec ladite couche de caoutchouc dévulcanisé, avant le pressage.. Cette étape permet d'obtenir deux couches superposées.
  • Les deux couches superposées sont amenées à une presse et ensuite pressées à chaud à une température comprise entre 100 et 180°C, de préférence entre 140 et 170°C, de préférence entre 150°C et 160°C pendant un intervalle de temps prédéterminé. Ce pressage à chaud va permettre ainsi la revulcanisation de la couche de caoutchouc dévulcanisé et, pendant cette revulcanisation, une imprégnation au moins partielle des fibres structurées de la couche de fibres structurées dans la couche de caoutchouc formant ainsi une interphase caoutchouc revulcanisé - fibres. Ainsi, au cours du pressage à chaud, le caoutchouc est revulcanisé dans l'épaisseur de la couche de caoutchouc, mais aussi autour de fibres structurées. Les fibres structurées présentent une température de fusion supérieure à la température du pressage à chaud.
  • Selon la présente invention, le pressage est la résultante de l'effort nécessaire pour comprimer le caoutchouc. Le pressage à chaud peut être effectué par tout dispositif connu à cet effet, en particulier dans un moule ou encore entre deux bandes de pressage. Les bandes de pressage sont réglées à une épaisseur de couche entre 10 et 25 % inférieure à l'épaisseur des deux couches superposées.
  • Selon la présente invention, par les termes caoutchouc revulcanisé, on entend que le caoutchouc est un caoutchouc dans lequel des liaisons soufre sont recréées lors de la mise sous presse à chaud.
  • Par les termes, caoutchouc dévulcanisé réactivé, on entend selon la présente invention, un caoutchouc dont la réactivation des liaisons soufre est prête à être enclenchée.
  • Selon la présente invention, par les termes « imprégnation partielle des fibres structurées», on entend que la couche de fibres structurées présente, en fin de procédé, une épaisseur de fibres structurées libre, c'est-à-dire non imprégnée dans le caoutchouc revulcanisé et une épaisseur de fibres structurées imprégnée dans le caoutchouc revulcanisé.
  • La méthode de fabrication d'une semelle élastique selon la présente invention a l'avantage de procurer une semelle résistante, robuste et de qualité.
  • Lors de la dévulcanisation il est avantageux que la viscosité du caoutchouc dévulcanisé soit inférieure à 70 MU, de préférence inférieure à 50 MU, plus particulièrement inférieure à 40 MU, mesurée sur un viscosimètre Mooney. Cette viscosité va favoriser la formation d'une interphase caoutchouc revulcanisé - fibres par l'imprégnation au moins partielle des fibres de la structure fibreuse dans la couche de caoutchouc obtenue lors du pressage à chaud. Il est préférable, mais non exclu, qu'il n'y ait pas une imprégnation totale des fibres lors de l'étape de compression.
  • De plus, cette viscosité va permettre de produire des semelles élastiques variées qui vont pouvoir répondre aux attentes de chacun des acteurs du marché visé. En effet, le procédé de fabrication permet d'obtenir des semelles élastiques dans une large plage de rigidités de semelles.
  • De plus, la méthode de fabrication d'une semelle élastique selon la présente invention a l'avantage d'être réalisée à faible coût par l'utilisation d'un caoutchouc provenant de la filière de recyclage et d'une couche de fibres structurées dont les caractéristiques basiques permettent de l'obtenir à faible coût. Elle permet donc une économie circulaire en utilisant les déchets d'entreprises pour leur donner une nouvelle vie dans un autre domaine technique.
  • Les revendications dépendantes se réfèrent à d'autres réalisations avantageuses.
  • Dans un mode de réalisation préféré, le ou les adjuvants utilisés dans l'étape d'ajout comprennent du soufre et/ou au moins une résine et/ou au moins un activateur ou accélérateur de réaction et/ou du noir de carbone.
  • Avantageusement, ladite au moins une résine selon la présente invention est une résine thermoplastique choisie dans le groupe comprenant les résines présentant au moins un groupement phénol, au moins un groupement aromatique, au moins un groupement styrène, ou toute autre résine pouvant être utilisée avec du caoutchouc à vulcanisation au soufre ou leur combinaison.
  • De préférence, ledit au moins un activateur ou accélérateur de réaction selon la présente invention est choisi dans le groupe comprenant du CBS, de l'acide stéarique, de l'oxyde de zinc.
  • Avantageusement, ledit intervalle de temps prédéterminé de l'étape de pressage à chaud de la méthode de fabrication de la semelle suivant la présente invention est compris entre 3 et 12 minutes, de préférence entre 4 et 10 minutes, plus particulièrement entre 5 et 6 minutes.
  • Suivant un mode de réalisation avantageux de réalisation de l'invention, après l'ajout d'au moins un adjuvant susdit, la masse de caoutchouc recyclé dévulcanisé est mise en forme et la couche de fibres structurées et le caoutchouc recyclé dévulcanisé, mis en forme, sont superposés de manière à former lesdites deux couches.
  • Il peut se produire, dans certains cas, une imprégnation totale des fibres dans la couche de caoutchouc en cours de revulcanisation, pendanrt le pressage à chaud. Dans ce cas, la méthode comporte en outre un brossage en surface des fibres structurées imprégnées de façon à rendre celles-ci partiellement libres, sur une épaisseur prédéterminée.
  • D'autres formes de réalisation de la méthode de fabrication d'une semelle élastique suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif, et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
    • La figure 1 est une vue en coupe d'une semelle élastique selon la présente invention.
    • La figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble comprenant une couche de béton agencée pour être utilisée en tant que traverse et une semelle élastique selon la présente invention.
    • Les figures 3 à 6 illustrent une méthode de fabrication de semelle élastique suivant l'invention.
    • La figure 7 illustre une étape de brossage superficiel après le pressage à chaud, suivant un mode particulier de réalisation de procédé de fabrication suivant l'invention.
  • Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
  • La figure 1 illustre une semelle élastique 1 selon l'invention agencée pour être interposée entre un bloc de béton (non représenté) et un ballast (non représenté). Cette semelle élastique 1 comprend :
    • une couche de caoutchouc revulcanisé 4,
    • une couche de fibres structurées 5 partiellement imprégnées dans la couche de caoutchouc revulcanisé 4,
    • une interphase 6 comprenant des fibres structurées imprégnées 7 et du caoutchouc revulcanisé 4.
  • Selon la présente invention, par les termes « partiellement imprégnées dans la couche de caoutchouc revulcanisé 4», on entend que la couche de fibres structurées 5 présente une épaisseur de fibres structurées libre 8, c'est-à-dire non imprégnée dans la couche de caoutchouc revulcanisé, et une épaisseur de fibres structurées imprégnée 7 dans le caoutchouc revulcanisé 4.
  • Pour obtenir cette semelle élastique 1, on a pris un échantillon de caoutchouc dévulcanisé, provenant de déchets de pneus de différents véhicules. Après avoir ajouté à cet échantillon au moins un adjuvant destiné à réactiver le caoutchouc dévulcanisé, on l'a mis en forme sous la forme d'une bande. On a positionné ladite bande de caoutchouc dévulcanisé sur une bande convoyeuse inférieure.
  • On a ensuite superposé une couche de fibres structurées 5 sur la couche de caoutchouc dévulcanisé et on a obtenu deux couches superposées.
  • On a acheminé lesdites deux couches superposées vers une presse. On a pressé à chaud lesdites deux couches superposées à une température de 120°C pendant 5 minutes. Le caoutchouc a alors été revulcanisé pendant le pressage et on a obtenu une semelle élastique 1 selon la présente invention. Au cours du pressage à chaud, les fibres structurées ont été partiellement imprégnées dans ladite couche de caoutchouc revulcanisé 4 en formant l'interphase 6 caoutchouc revulcanisé-fibres.
  • La figure 2 illustre un ensemble 10 comprenant une couche de béton 2 agencée pour être utilisée en tant que traverse et une semelle élastique 1 selon la présente invention, ensemble dans lequel lesdites fibres structurées 5 sont en outre partiellement imprégnées, sur l'épaisseur de fibres structurées libre 8, dans ladite couche de béton 2, et cela avant la prise du béton.
  • La traverse, formée de la couche de béton 2 et munie d'une semelle élastique 1 suivant l'invention, pour la dissipation des vibrations, peut alors être posée sur un ballast 3.
  • Sur les figures 3 à 6, une semelle élastique suivant l'invention est fabriquée selon un autre mode de réalisation de l'invention.
  • Après dévulcanisation, la masse de caoutchouc recyclé, dévulcanisé, est mélangée à des adjuvants qui promeuvent les caractéristiques essentiellement mécaniques de la semelle. On peut ajouter notamment du noir de carbone qui modifie la dureté, la raideur et le pouvoir dissipatif des vibrations de la semelle obtenue. Les activateurs/accélérateurs permettent une activation ou accélération de la réactivité du caoutchouc et donc de sa revulcanisation, ce qui va aussi déterminer la densité de réticulation de la semelle.
  • La masse dévulcanisée est, après ajout des adjuvants précités, mise en forme, en particulier sous la forme d'une plaque 11 présentant les dimensions d'un moule 12. De même une couche de feutrine 13 en matière thermoplastique, de préférence en polypropylène, est découpée à la taille du moule.
  • Le moule 12 est préchauffé à une température inférieure à la température de fusion des fibres de la feutrine, de préférence entre 140 et 170°C, avantageusement entre 150 et 160°C.
  • Dans le moule préchauffé on introduit en premier lieu la feutrine découpée 13, puis on y superpose la plaque de caoutchouc dévulcanisé, mise en forme 11. Avantageusement, la hauteur de l'ensemble feutrine 13 et plaque de caoutchouc 11 est supérieure à la profondeur de la cavité du moule 12. Ensuite on ferme le couvercle 14 du moule 12, comme représenté sur la figure 4, et on comprime à chaud l'ensemble à une pression de préférence supérieure à 2 MPa, avantageusement à 6 MPa. Cette pression doit être suffisante pour évacuer l'excédent de matière 15 hors du moule, comme représenté sur la figure 5.
  • Le temps de vulcanisation dépend de l'activation/accélération de la masse de caoutchouc dévulcanisé utilisée. Ce temps peut varier entre 2 et 15 minutes, avantageusement entre 3 et 7 minutes.
  • On peut alors ouvrir le moule, éliminer les excédents de matière non comprimés, et extraire du moule la semelle élastique illustrée sur la figure 6, qui présente
    • une couche de caoutchouc revulcanisé 9,
    • une couche de fibres structurées 13 partiellement imprégnées dans la couche de caoutchouc revulcanisé 9, et
    • une interphase 16 de fibres de feutrine imprégnées-caoutchouc revulcanisé.
  • Dans certains cas, en particulier lorsque le caoutchouc dévulcanisé est de basse viscosité et/ou la feutrine de basse densité, les fibres de la feutrine sont totalement noyées dans la couche de caoutchouc après l'étape de pressage à chaud, en formant une couche de fibres totalement imprégnées 20 dans la couche de caoutchouc revulcanisé 9. Un brossage superficiel de la couche de fibres imprégnées 20 est alors nécessaire pour libérer une partie des fibres sur une épaisseur prédéterminée. Ce brossage peut être effectué comme représenté sur la figure 7, à l'aide d'une brosse circulaire 17 montée sur un axe et réglée à une hauteur prédéterminée d'une bande transporteuse 18. Le passage sous cette brosse de la semelle élastique sortant du moule va ainsi dégager une épaisseur de fibres structurées libre 19, susceptibles de permettre l'accrochage d'une couche de béton par la suite.
  • Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.

Claims (15)

  1. Semelle élastique (1), agencée notamment pour être fixée à une couche de béton (2) ou interposée entre une couche de béton et un ballast (3), caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une couche de caoutchouc recyclé (4, 9), à l'état revulcanisé après dévulcanisation, et d'une couche de fibres structurées (5, 13), disposée en contact avec la couche de caoutchouc, lesdites fibres étant partiellement imprégnées dans ladite couche de caoutchouc et présentant une épaisseur de fibres structurées libre (8, 19).
  2. Semelle élastique selon la revendication 1, dans laquelle les fibres structurées ont une densité comprise entre 150 g/m2 et 800 g/m2, de préférence entre 170 et 750 g/m2, avantageusement entre 190 et 500 g/m2.
  3. Semelle élastique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les fibres sont imprégnées à une profondeur comprise entre 0,5 et 2 mm, de préférence entre 0,9 et 1 mm dans ladite couche de caoutchouc recyclé, à l'état revulcanisé.
  4. Semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite couche de caoutchouc recyclé à l'état revulcanisé a une dureté Shore comprise entre 50 et 90, selon le modèle standard de mesure, le duromètre.
  5. Semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle lesdites fibres sont choisies dans le groupe des matières naturelles ou synthétiques, comme le polyester, le polypropylène, le polystyrène, le polyéthylène, la laine, le coton, le chanvre, les fibres de coco.
  6. Semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite couche de caoutchouc recyclé comprend du caoutchouc choisi dans le groupe des matières naturelles ou synthétiques, comme le polyisoprène naturel, le polymère d'isoprène, le polybutadiène, le copolymère styrène-butadiène.
  7. Semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite couche de caoutchouc présente une résistance à la traction supérieure ou égale à 7 MPa, de préférence supérieure ou égale à 8 MPa, de manière avantageuse supérieure ou égale à 9 MPa, de manière encore plus avantageuse égale à 10 MPa.
  8. Semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle ladite couche de caoutchouc présente un allongement à la rupture supérieur à 150%, de préférence supérieur à 200%, voire supérieur à 250%.
  9. Ensemble (10) comprenant une couche de béton (2) et une semelle élastique (1) telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel lesdites fibres structurées sont en outre partiellement imprégnées sur l'épaisseur de fibres structurées libre (8, 19) dans ladite couche de béton (2).
  10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel lesdites fibres sont imprégnées dans le bloc de béton sur une épaisseur comprise entre 0.3 et 2 mm, de préférence entre 0.4 et 1.8 mm, plus particulièrement entre 0.5 et 1 mm.
  11. Méthode de fabrication d'une semelle élastique (1) comprenant:
    - une dévulcanisation de caoutchouc recyclé, avec formation d'une masse de caoutchouc recyclé dévulcanisé,
    - un ajout d'au moins un adjuvant au caoutchouc recyclé dévulcanisé,
    - une superposition d'une couche de fibres structurées (13) et du caoutchouc recyclé dévulcanisé (11) avec obtention de deux couches superposées,
    - un pressage à chaud desdites deux couches superposées à une température comprise entre 100 et 180 °C pendant un intervalle de temps prédéterminé avec revulcanisation du caoutchouc recyclé dévulcanisé et formation d'une semelle élastique où les fibres structurées sont au moins partiellement imprégnées dans ladite couche de caoutchouc en cours de revulcanisation (9), en formant une interphase caoutchouc revulcanisé - fibres (16).
  12. Méthode de fabrication d'une semelle élastique selon la revendication 11, dans laquelle ledit au moins un adjuvant comprend du soufre, et/ou au moins une résine et/ou au moins un activateur ou accélérateur de réaction et/ou du noir de carbone.
  13. Méthode de fabrication d'une semelle élastique selon la revendication 12, dans laquelle ladite au moins une résine est une résine choisie dans le groupe comprenant les résines présentant au moins un groupement phénol, au moins un groupement aromatique, au moins un groupement styrène, et toute autre résine pouvant être utilisée avec du caoutchouc à vulcanisation au soufre et leur combinaison.
  14. Méthode de fabrication d'une semelle élastique selon l'une des revendications 12 et 13, dans laquelle ledit au moins un activateur de réaction est choisi dans le groupe comprenant le CBS, l'acide stéarique et l'oxyde de zinc.
  15. Méthode de fabrication d'une semelle élastique selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que, après l'ajout d'au moins un adjuvant susdit, la masse de caoutchouc recyclé dévulcanisé est mise en forme et en ce que la couche de fibres structurées et le caoutchouc recyclé dévulcanisé, mis en forme, sont superposés de manière à former lesdites deux couches.
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