II. POLYMER – NỀN TẢNG CỦA CAO SU TRONG LỐP BIAS
1. Polymer là gì?
Polymer là những phân tử lớn có cấu trúc chuỗi dài, được tạo thành từ việc liên kết hàng nghìn hoặc hàng triệu đơn vị nhỏ gọi là monomer.
Trong lốp xe, polymer chính là cao su – vật liệu có tính:
-
Đàn hồi
-
Dẻo dai
-
Khả năng hấp thụ lực
-
Biến dạng có kiểm soát
Có 2 loại polymer chính trong lốp Bias:
✅ Cao su tự nhiên (Natural Rubber – NR)
Nguồn gốc: Mủ cây cao su (Hevea brasiliensis)
Đặc điểm:
-
Độ đàn hồi cực cao
-
Khả năng chịu kéo tốt
-
Chịu mỏi xuất sắc
-
Bám đường tốt hơn cao su tổng hợp
-
Dẻo ở nhiệt độ thấp
Vì vậy, cao su tự nhiên vẫn đóng vai trò chủ lực trong nhiều loại lốp Bias dùng cho:
-
Xe công trình
-
Xe nông nghiệp
-
Lốp máy đặc biệt
Tuy nhiên:
→ Dễ lão hóa, kém kháng dầu, kháng hóa chất chưa tốt
✅ Cao su tổng hợp (Synthetic Rubber – SR)
Được tổng hợp từ dầu mỏ, được thiết kế để khắc phục điểm yếu của cao su tự nhiên.
Một số loại cao su tổng hợp phổ biến trong lốp Bias:
| Loại | Công thức | Vai trò |
|---|---|---|
| SBR | Styrene-Butadiene Rubber | Tăng mòn bền, ổn định |
| BR | Butadiene Rubber | Tăng đàn hồi và giảm nhiệt |
| NBR | Nitrile Rubber | Kháng dầu |
| IIR | Butyl Rubber | Làm lớp ruột trong, chống xì khí |
Trong lốp Bias hiện đại, nhà sản xuất không dùng 100% cao su tự nhiên hoặc tổng hợp, mà luôn là:
✅ HỖN HỢP polymer tối ưu hóa tính chất
Ví dụ:
-
60% NR + 40% SBR
-
hoặc 50% NR + 30% BR + 20% phụ gia chuyên dụng
Mục tiêu:
???? Tối ưu độ bền + độ đàn hồi + kháng nhiệt + chi phí
III. SỢI GIA CƯỜNG – LINH HỒN CỦA LỐP BIAS
Đây chính là điểm khác biệt quyết định giữa Bias tire và Radial tire.
1. Các loại sợi dùng cho lớp bố Bias
| Vật liệu | Đặc tính |
|---|---|
| Cotton (xưa) | Dẻo, yếu, nay ít dùng |
| Nylon | Rất bền, đàn hồi, rẻ, phổ biến |
| Polyester | Ổn định, ít co giãn |
| Rayon | Chịu nhiệt tốt |
| Aramid (Kevlar) | Siêu bền (đắt tiền) |
Trong lốp Bias hiện đại, phổ biến nhất là:
✅ Nylon cords
✅ Polyester cords
2. Cấu trúc bố chéo (Cross-ply)
Các sợi không chạy thẳng 90° như Radial.
Thay vào đó:
-
Xếp chéo từ trái → phải
-
Lớp kế tiếp xếp phải → trái
-
Tạo thành cấu trúc “mạng lưới X”
Góc xếp thường: 30°–45° so với phương quay của lốp
Điều này tạo ra:
✅ Khối thống nhất cực kỳ chắc
✅ Chịu tải tốt theo mọi hướng
✅ Chống đâm thủng từ bên hông tốt hơn Radial
✅ Khó bị xé khi vặn xoắn
IV. CARBON BLACK VÀ SILICA – CHẤT TẠO ĐỘ BỀN
Carbon Black – “xương sống” của độ bền
Carbon black là một dạng carbon ở kích thước nano, màu đen, có tác dụng:
-
Tăng độ cứng cao su
-
Tăng chống mài mòn
-
Chống tia UV
-
Tăng tuổi thọ lốp
-
Tạo màu đen cho lốp
Không có carbon black – lốp sẽ:
-
Mòn cực nhanh
-
Mềm yếu
-
Nứt sớm
Tỷ lệ carbon black:
➡ 25–35% khối lượng lốp
Silica – phụ gia cao cấp
Silica được thêm vào để:
✅ Giảm lực cản lăn
✅ Giảm nhiệt sinh ra
✅ Tăng bám đường ướt
✅ Giảm tiêu hao nhiên liệu
Trong lốp Bias thông thường, silica ít hơn Radial, nhưng trong các sản phẩm cao cấp:
Carbon Black + Silica = HỖN HỢP VÀNG
V. LỚP CAO SU – CÁC VÙNG VẬT LIỆU KHÁC NHAU
Lốp Bias không dùng 1 loại vật liệu cho toàn bộ lốp
Mỗi vùng → công thức riêng
| Vị trí | Yêu cầu | Thành phần |
|---|---|---|
| Mặt gai | Chịu mòn | Cao su cứng + Carbon black cao |
| Hông lốp | Chống rách | Cao su dẻo, đàn hồi |
| Lớp trong | Chống xì | Butyl / Halobutyl |
| Gót lốp | Bám vành | Dây thép + cao su cứng |
Đây là lý do tại sao sản xuất lốp là ngành cực kỳ phức tạp.
Một chiếc lốp Bias có thể có 50–70 loại hóa chất khác nhau.
VI. KỸ THUẬT SẢN XUẤT LỐP BIAS – TỪ A → Z
Bước 1: Pha trộn cao su (Compounding)
-
Cao su nguyên liệu
-
Carbon black
-
Silica
-
Dầu mềm hóa
-
Chất lưu hóa (sulfur)
-
Chất chống oxy hóa
-
Chất tăng tốc phản ứng
Được trộn trong máy Banbury Mixer ở nhiệt độ và áp suất rất cao.
Kết quả: Cao su thô (compound)
Bước 2: Cán (Calendaring)
Cao su được ép thành:
-
Tấm mỏng
-
Phủ lên vải sợi (nylon/polyester)
Tạo thành vải bố cao su hóa (rubberized fabric)
Bước 3: Tạo lớp bố chéo
Các lớp bố được xếp xen kẽ:
/////// \\\\\\\ /////// \\\\\\\
Mỗi lớp được đặt với độ chính xác cực cao để đảm bảo:
✅ Góc chuẩn
✅ Cân bằng lực
✅ Không lệch tâm
Bước 4: Lắp ráp (Tire Building)
Một chiếc lốp Bias được tạo ra bằng cách:
-
Xếp lớp bố
-
Gắn hông
-
Gắn gai lốp
-
Tạo hình sơ bộ
Tạo thành lốp “xanh” (green tire) – chưa lưu hóa
Bước 5: Lưu hóa (Vulcanization)
Đây là bước quan trọng nhất:
-
Lốp được đưa vào khuôn
-
Nhiệt độ: ~150–180°C
-
Áp suất rất cao
-
Lưu hóa bằng lưu huỳnh
Kết quả:
✅ Cao su hình thành liên kết ngang
✅ Từ mềm → đàn hồi vĩnh viễn
✅ Có hình dạng & hoa lốp hoàn chỉnh
Nếu sai nhiệt độ → lốp hỏng hoàn toàn
VII. Đặc tính VẬT LÝ của lốp Bias (so với Radial)
| Tính chất vật lý | Lốp Bias |
|---|---|
| Độ giãn đàn hồi | Trung bình |
| Độ cứng khối | Cao |
| Khả năng xoắn | Thấp |
| Tỏa nhiệt | Kém |
| Chịu xé | Rất cao |
| Biến dạng | Ít |
| Tần số cộng hưởng | Cao (ồn) |
Chính điều này làm lốp Bias:
???? Phù hợp tải nặng – địa hình xấu – tốc độ thấp
???? Không phù hợp chạy 100–120km/h liên tục
VIII. Góc nhìn khoa học vật liệu: Vì sao lốp Bias "cứng và bền"?
Nguyên nhân đến từ:
✅ Sự đan chéo sợi → Giống mạng lưới thép
✅ Lực phân tán đều hàng nghìn điểm
✅ Không có vùng yếu “tập trung lực”
✅ Cao su được gia cường đậm đặc
✅ Hông – mặt lốp là một khối thống nhất
Bạn có thể hình dung:
Lốp Bias giống như một bộ áo giáp đan bằng sợi – còn lốp Radial giống miếng đệm đàn hồi.
IX. Ứng dụng thực tế của vật liệu này trong các ngành
| Ngành | Lý do chọn Bias |
|---|---|
| Khai thác khoáng sản | Chịu đá sắc |
| Quân sự | Địa hình khắc nghiệt |
| Nông nghiệp | Bùn, rễ, đất mềm |
| Rừng | Vật nhọn, gồ ghề |
| Xây dựng | Tải nặng liên tục |
Ở những nơi đó:
✅ Sự bền chắc > độ êm
X. Tổng kết học thuật
Có thể kết luận bằng ngôn ngữ khoa học:
Lốp Bias là một composite vật liệu polymer – sợi – chất độn, được thiết kế theo cấu trúc bố chéo nhằm tối ưu khả năng chịu lực, chống xuyên, chống biến dạng, đánh đổi bằng độ êm và hiệu suất lăn.
Chính vì vậy:
-
Nó không “kém”
-
Nó “chuyên mục đích”
