Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả Chương 4: Kết luận và hướng phát triển xiii CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: Xã hội phát triển dẫn đến nhu cầu của con người ngày càng cao, đòi hỏi phải tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Có những loại sản phẩm mà chỉ một hai thập niên đã thấy nó bị thay thế hoàn toàn. Ngày nay rất nhiều nguyên vật liệu mới ra đời nhằm phục vụ tiêu dùng nhưng một loại nguyên vật liệu có gần hai thế kỷ nay là cao su vẫn giữ được thế mạnh của nó. Các sản phẩm được chế tạo từ cao su rất đa dạng trong đó có lốp ô tô tuy nhiên chất lượng của lốp ô tô chưa đáp ứng được yêu cầu về cơ lý, đặc biệt là phần mặt lốp ô tô nhanh bị mài mòn, bị nứt cho nên việc nghiên cứu nâng cao tuổi thọ của mặt lốp ô tô là một vấn đề cần thiết.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc: 1.1 Các nghiên cứu trong nƣớc “Nghiên cứu thiết lập công thức hỗn hợp cao su cải thiện chất lượng hông lốp ô tô” của Thạc sĩ Nguyễn Thị Huệ Trang đã nghiên cứu xây dựng công thức hỗn hợp cao su làm hông lốp ô tô nhằm hạn chế những khuyết điểm của hông lốp như: hay bị nứt, phồng rộp và nóng mềm.
Công trình nghiên cứu, thiết kế công nghệ sản xuất lốp ôtô radian của Công ty Công nghiệp Cao su Miền Nam (CASUMINA). Thân lốp radian bao gồm một hay nhiều lớp sợi mành song song nhau, chạy theo hướng hướng tâm (tạo góc 900 so với hướng chu vi của lốp). Tầng hoãn xung gồm hai hoặc bốn lớp sợi bọc cao su, thường là sợi thép (còn gọi là bố thép), nằm gần như song song với hướng chu vi của lốp (10 - 30o), có tác dụng bảo đảm góc 900 cho sợi mành thân lốp. Những ưu việt của lốp radian trong quá trình sử dụng như : 1 - Kết cấu của lốp radian cho phép tạo ra sự tiếp xúc tốt giữa lốp và mặt đường.
Độ cứng vững theo hướng ngang và hướng thẳng đứng có thể được điều chỉnh độc lập với nhau, cho phép việc bám đường và lái dễ dàng hơn. - Mặt lốp là phần cao su tiếp xúc với mặt đường. Hoa lốp được thiết kế sao cho có thể đuổi được nước và các vật liệu khác ra khỏi rãnh khi lốp đang chạy, nhằm bảo đảm độ bám đường trong mọi điều kiện sử dụng. Độ kháng mòn được cải thiện do sự ổn định của các dải hoa lốp, giảm sự dịch chuyển tương đối của mặt lốp đối với mặt đường.
Độ bám đường cũng được cải thiện do sự phân bố áp suất đồng đều trên toàn bộ diện tích tiếp xúc mặt đường của các dải hoa lốp 1.2 Các nghiên cứu ngoài nƣớc Vật liệu Nano trong công nghệ chế tạo lốp xe: Áp dụng công nghệ nano vào quá trình sản xuất lốp. Hạt carbon nhỏ (bao gồm các hạt có kích thước nano một phần tỷ mét) được trộn với cao su trong một thời gian dài trước khi đem đi ép. Sản phẩm có độ mài mòn thấp và độ bền lớn. Hãng Cabot Coperation đã thử nghiệm thành công tính năng của “PureNano” hạt Silic carbua kích thước nano.
Khi bổ sung vào lốp, các hạt “PureNano” làm giảm 50% độ mài mòn.3 Luận điểm mới của đề tài Trên cơ sở nghiên cứu các thành phần hỗn hợp cao su xác định được thành phần ảnh hưởng lớn nhất đến cơ lý của cao su. Bằng qui hoạch thực nghiệm xác định được hàm lượng cao su và hàm lượng chất độn thích hợp từ đó xây dựng công thức hỗn hợp cao su mặt lốp ô tô đáp ứng các yêu cầu về cơ lý.4 Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của mặt lốp ô tô khi thay đổi hàm lượng cao su và hàm lượng chất độn như: độ mài mòn, độ cứng, khả năng kháng kéo.5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài Để nâng cao tuổi thọ của lốp ô tô ta cần xác định trong các thành phần của hỗn hợp cao su thì thành phần nào ảnh hưởng lớn nhất đến cơ lý của cao su từ đó ta 2 thay đổi các thành phần tối ưu trong hỗn hợp cao su. Tiến hành đúc mẫu và thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý. Giới hạn của đề tài: Do lốp ô tô có nhiều thành phần cấu tạo khác nhau nên người nghiên cứu tập trung nghiên cứu thực nghiệm lớp mặt lốp ô tô dùng cho xe tải.
Cụ thể nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của mặt lốp như: độ mài mòn, độ cứng, khả năng kháng kéo.6 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm để khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến cơ lý của cao su mặt lốp ô tô. Luận án sẽ nghiên cứu ảnh hưởng tổng hợp của các thành phần nguyên tố như cao su Butadien (KBR-01), than (N220), silica, các chất phụ gia. Trong đó hàm lượng cao su Butadien và than là những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn, độ cứng và khả năng kháng kéo của mặt lốp. 3 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về lốp ô tô 2.1 Lịch sử phát triển của lốp ô tô Trong lịch sử loài người, bánh xe được xem là một trong những phát minh quan trọng nhất bởi những ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện vận chuyển.
Từ hơn một ngàn năm trước đây, con người đã sử dụng bánh xe gỗ để nẹp sắt. Từ thế kỷ XIX, nẹp sắt bao xung quanh bánh xe bằng gỗ được thay thế bằng nẹp cao su. Sau đó một thời gian khá lâu người ta mới tìm được cách làm cho nẹp cao su bám chặt vào vành gỗ và sắt. Năm 1887, ông Dunlop người Ai len đã có một ý nghĩ tuyệt diệu là dùng không khí nén làm vật liệu giảm xóc cho xe đạp.
Dunlop dùng lượng không khí được đóng kín như là một dạng lò xo có tác dụng làm giảm xóc, còn bản thân chiếc lốp chỉ có tác dụng như là vỏ bọc của lượng không khí ấy. Một năm sau hoàng hậu nước Anh cấp bằng phát minh cho tác giả Dunlop. Song song cùng thời gian phát minh ra lốp bơm hơi là phát minh ra xe ô tô, những chiếc xe đầu tiên có bánh xe với nan hoa bằng gỗ sau đó được thay bằng bánh cao su đặc. Từ những chiếc lốp xe bơm hơi, hai anh em Michelin nghĩ đến việc áp dụng lốp bơm hơi cho xe ô tô do hãng sản xuất.
Lốp ô tô thời ấy chứa một lượng không khí rất nhỏ, đường kính ngoài lớn, bụng lốp hẹp, xe lại tương đối nặng, nên để đảm bảo tải trọng phải bơm với áp lực cao. Thân lốp là một bộ phận đảm bảo độ bền của lốp, lúc đầu được làm bằng vải dệt và được hình thành trên một lõi sắt. Nguyên liệu dệt này có nhược điểm, ở những sợi chéo nhau bị ma sát mạnh khi xe chạy, lốp nhún, dẫn đến nhanh bị rách vải. Lốp làm với vải dệt ấy chỉ chạy được vài nghìn km là hỏng.
Một cải tiến cơ bản khác, cho phép nâng cao tính năng của lốp khi sử dụng, đã được thực hiện vào đầu thế kỷ XX khi người ta thay vải dệt bằng vải mành. Do cấu tạo của vải mành (chỉ có sợi dọc và rất ít sợi ngang, sợi ngang có tác dụng giữ sợi dọc khỏi bị xô lệch) nên 4 lốp chịu biến dạng tốt hơn. Ngoài ra các tính năng cơ lý của sợi mành cho phép tăng dung lượng của lốp, chính nhờ thế mà vào những năm 1920 của thế kỷ XX người ta đã cho ra đời loại lốp Ballon (lốp có mặt cắt rộng). Ưu điểm của loại này là có độ nhún và độ giảm xóc tốt.
Do công suất ô tô ngày càng tăng và do sự hình thành mạng lưới đường ô tô, lốp ô tô có mặt nhẵn không có hoa lốp không đủ để đảm bảo yêu cầu chống trượt tốt nên người ta nghĩ đến hoa lốp với các kiểu hoa khác nhau chạy như ngày nay. Vào cuối những năm 1920 của thế kỷ XX người ta bắt đầu nghiên cứu sản xuất loại lốp có lưới thép. Công ty Michelin đã phát minh ra lốp radian bố thép vào những năm 1946. Loại lốp này dùng cho các xe chuyên dùng cần tải trọng lớn.
Năm 2005 công ty Michelin công bố và chạy thử nghiệm loại lốp mới được đặt tên là Tweel không sử dụng hơi.2 Tình hình sản xuất lốp xe ô tô tại Việt Nam Hiện nay thị trường ô tô Việt Nam có khoảng 20 nhãn hiệu lốp xe, chiếm ưu thế là ba công ty thuộc tổng công ty hóa chất Việt Nam: Công ty cổ phần công nghiệp cao su Miền Nam, Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng, công ty cao su Sao Vàng và các nhãn hiệu nước ngoài khác từ các dự án liên doanh hoặc đưa từ nước ngoài như Yokohama và Inoue của Nhật Bản, Sinfa của Đài Loan… Trong năm 2005 sản lượng lốp xe Việt Nam đáp ứng khoảng từ 60-65% nhu cầu xe ô tô trong nước. Các lốp xe bố chéo chiếm ưu thế tại thị trường Việt Nam, gần đây lốp xe bố hướng tâm đang tăng lên. Tuy nhiên khả năng sản xuất lốp xe hướng tâm trong nước còn thấp. Công ty cổ phần công nghiệp cao su Miền Nam sản xuất 50 000 lốp hướng tâm mỗi năm.
Tổng công ty hóa chất Việt Nam đang tìm kiếm đối tác liên doanh để sản xuất hai triệu lốp xe hướng tâm hằng năm cho thị trường trong nước và xuất khẩu.3 Phân loại lốp ô tô: Có rất nhiều cách phân loại lốp xe như phân loại theo cách sử dụng hoặc phân loại theo cấu trúc lớp vải mành 5 Phân loại theo cách thức sử dụng bao gồm: xe ô tô, xe tải, xe dùng trong nông nghiệp, xe đua và máy bay. - Lốp xe tải có rất nhiều kích thước, hình dạng, tải trọng và tốc độ. Có loại lốp xe dùng cho mùa đông, mùa hè, cho tất cả các mùa và lốp xe có đặc tính cao. Lốp xe tải được phân loại theo xe tải nhẹ, trung bình và tải nặng.
Lốp xe buýt thường được phân loại vào lốp xe tải trung bình. Các yêu cầu chính của lốp xe tải là tính kinh tế, tuổi thọ, khả năng chịu đựng và khả năng đắp lốp. - Lốp xe đua yêu cầu đặc tính kỹ thuật có tốc độ cao, sự ổn định cao trong quá trình sử dụng ngắn, khả năng đạt được tốc độ và khả năng phanh trong khi chạy. - Lốp máy bay bao gồm: máy bay chở khách, máy bay chở hàng và máy bay quân sự.