nghiên cứu nâng cao tuổi thọ của mặt lốp ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HÀ

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TUỔI THỌ
CỦA MẶT LỐP Ô TÔ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 4 0 0 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---------------o0o--------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN HÀ

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TUỔI THỌ
CỦA MẶT LỐP Ô TÔ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. HOÀNG TRỌNG BÁ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ và tên: NGUYỄN VĂN HÀ
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 09/01/1985
Nơi sinh: Nghệ An
Quê quán: Nghệ An
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: 49/7, KP 2, P. Long Bình, Tp. Biên Hòa, T. Đồng Nai
E-mail:
ĐT: 0973768897
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy
Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 05/2009
Nơi học: Đại Học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Mô hình động cơ với hệ thống
đánh lửa dùng cảm biến Hall”.
Nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại Học Sư phạm Kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: Nguyễn Tấn Lộc
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 03/2011 đến 03/2013

Nơi học: Đại Học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Công nghệ chế tạo máy
Tên luận văn: “NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA MẶT LỐP Ô
TÔ”
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 04/2013 tại trường Đại Học Sư phạm Kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ
III . QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC :
Thời gian
Từ 03/2009 đến nay

Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Sở Khoa học và Công nghệ Chuyên viên phòng đo
Đồng Nai
kiểm
Ngày tháng 04 năm 2013
Ngƣời khai ký tên

Nguyễn Văn Hà

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện trên cơ sở
nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển và thực hiện các thí nghiệm dưới sự
hướng dẫn khoa học của Thầy PGS.TS. Hoàng Trọng Bá.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Văn Hà

ii


LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian thực hiện luận văn: “Nghiên cứu nâng cao tuổi thọ của mặt
lốp ô tô”, ngoài những nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự khích lệ rất nhiều
từ gia đình, nhà trường, thầy, cô và bạn bè.
Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trước tiên tôi xin chân thành gửi lời
cảm ơn đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS. Hoàng Trọng Bá, thầy đã dành
nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý và động viên
tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn quý thầy, cô giáo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ
Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên
môn cho tôi trong thời gian qua.
Cảm ơn quý thầy, cô giáo trong khoa cơ khí chế tạo máy đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành.
Cán bộ, công nhân viên phòng thí nghiệm xí nghiệp liên hợp Z751 đã hướng
dẫn tôi trong quá trình thực hiện thí nghiệm.
Thầy PGS.TS Lê Hiếu Giang và Thầy PGS. TS Trương Ngọc Thục đã bỏ
thời gian, công sức để phản biện và đóng góp ý kiến cho luận văn của tôi được hoàn
thiện hơn.
Cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này.
Và cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công đến quý

thầy cô, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2013

iii


TÓM TẮT
Trong thực tế, quá trình sử dụng lốp xe ô tô hiện nay do ảnh hưởng của nhiều
yếu tố khác nhau như: môi trường khí hậu, chất lượng mặt đường xấu, việc sử dụng
xe ô tô không đúng quy định như chạy với tốc độ cao, tải sử dụng không đúng với
yêu cầu của nhà sản xuất làm cho lốp xe mau hư hỏng đặc biệt là phần mặt lốp
nhanh bị mài mòn.
Luận văn “nghiên cứu nâng cao tuổi thọ của mặt lốp ô tô” được thực hiện
nhằm mục đích khảo sát ảnh hưởng của các thành phần đến các tính chất của mặt
lốp, xác định hàm lượng cao su Butadien (KBR-01) và hàm lượng chất độn (than
đen N220) thích hợp để có các tính năng đáp ứng yêu cầu của hỗn hợp mặt lốp ô tô,
xây dựng được công thức hỗn hợp cao su mặt lốp đáp ứng các yêu cầu đề ra: độ mài
mòn, khả năng kháng kéo, độ cứng tốt.
Trên cơ sở nghiên cứu các thành phần hỗn hợp cao su xác định được thành
phần ảnh hưởng lớn nhất đến cơ tính 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 tính.
Kết quả thực nghiệm cho thấy để đảm bảo lốp làm việc được ổn định, tăng
tuổi thọ nên chọn hàm lượng cao su Butadien trong khoảng từ 20 – 30 % khối
lượng, hàm lượng than N220 trong khoảng từ 40 – 60 % khối lượng.
Để thực hiện các công việc trên, chúng tôi đã nghiên cứu, giải quyết các vấn
đề có liên quan và trình bày trong 4 chương của luận văn như sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Từ những công trình nghiên cứu đã có ở trong nước và ngoài nước, chúng tôi

tóm tắt những thành tựu đã đạt được và những tồn tại liên quan đến đề tài luận văn.
Trên cơ sở đó, chúng tôi trình bày ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu về qui trình sản xuất lốp ô tô trong thực tế, các bước sản xuất của
lốp ô tô một cách tổng quát. Tính chất hóa lý của các loại cao su và các phụ gia có
trong thành phần cao su.

iv


Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả
Giới thiệu các dụng cụ, thiết bị dùng trong quá trình thực nghiệm: đo độ
cứng, đo độ mài mòn và độ kháng kéo.
Qui hoạch khảo nghiệm trên vật liệu cao su được cán luyện từ đơn pha chế
Kết quả nghiên cứu và rút ra các qui luật chung
Chƣơng 4: Kết luận và hƣớng phát triển
Từ các kết quả thu được, chúng tôi đưa ra kết luận và đề xuất hướng phát
triển của đề tài.

v


SUMMARY
There are variety of factors affecting the process of using car tires like
environment, climate, bad road quality, speeding, overweighing,…. All of these
make tires become torn quickly, especially the fact that the tire surface wears
out quickly.
The thesis “The research to enhance the life of car tire surface” is carried
out with the purpose of identifying the impact of components to the tire surface
nature. This is also to identify the suitable content of rubber Butadien (KBR-01) and

fillers (carbon black N220). From that point, we can have good-quality mixtures of
tire surface, as well as build up the formula of mixtures for tire surface to meet
requirements of wearing, tensile strength, and the good stiffness.
By using experiments to identify suitable rubber content and filler content,
the author also builds up the formula of mixtures of tire surface to meet
requirements of mechanical properties.
The experiments proves that content rubber Butadien (KBR- 01) of 20- 30%
weight, carbon black content of 40-60% weight will ensure the stability and life
for tires.

vi


MỤC LỤC
Lý lịch khoa học .......................................................................................................... i
Lời cam đoan .............................................................................................................. ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii
Tóm tắt ...................................................................................................................... iv
Summary ................................................................................................................... vi
Mục lục ..................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt và kí hiệu ...................................................................... viii
Danh mục các bảng ................................................................................................... ix
Danh mục các hình ................................................................................................... xii
Đặt vấn đề................................................................................................................ xiii
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài:................................................................................1

1.2

Các nghiên cứu trong và ngoài nước: ............................................................1

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước ........................................................................1
1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước ........................................................................2
1.3

Luận điểm mới của đề tài ..............................................................................2

1.4

Mục tiêu nghiên cứu: .....................................................................................2

1.5

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài ........................................................2

1.6

Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................3

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................4
2.1

Tổng quan về lốp ô tô ....................................................................................4

2.1.1

Lịch sử phát triển của lốp ô tô ................................................................4

2.1.2

Tình hình sản xuất lốp xe ô tô tại Việt Nam ...........................................5

2.1.3

Phân loại lốp ô tô: ...................................................................................5

2.1.4

Cấu tạo và chức năng của các thành phần lốp ........................................7

2.2

Cao su thiên nhiên .........................................................................................7

2.2.1

Trạng thái thiên nhiên .............................................................................7

vii


2.2.2

Tính chất lý hóa và ứng dụng của cao su thiên nhiên .............................8

2.2.3

Ứng dụng của cao su thiên nhiên ..........................................................11

2.3

Cao su Butadien (BR) ..................................................................................12

2.3.1

Cấu tạo và phương pháp sản xuất .........................................................12

2.3.2

Tính chất và ứng dụng của cao su Butadien .........................................12

2.4

Cao su Styren-Butadien (SBR). ...................................................................14

2.4.1
2.5

Tính năng công nghệ và ứng dụng của cao su SBR .............................14

Cao su Nitril (NBR). ....................................................................................15

2.5.1

Tính năng cơ học. .................................................................................15

2.5.2

Ứng dụng. .............................................................................................15

2.6

Các chất phụ gia trong cao su ......................................................................15

2.6.1

Chất độn ................................................................................................15

2.6.2

Chất lưu hóa cao su ...............................................................................21

2.6.3

Chất xúc tiến .........................................................................................22

2.6.4

Chất trợ xúc tiến....................................................................................24

2.6.5

Chất phòng lão ......................................................................................25

CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .........................27
3.1

Nội dung nghiên cứu ...................................................................................27

3.2

Chế tạo mẫu thử nghiệm ..............................................................................28

3.3

Thiết bị nghiên cứu ......................................................................................30

3.3.1 Máy cán luyện cao su ...............................................................................30
3.3.2 Máy ép lưu hóa khuôn bằng .....................................................................31
3.3.3 Máy đo độ mài mòn Akron: .....................................................................32
3.3.4 Thiết bị đo độ cứng ..................................................................................34
3.3.5 Máy đo cường lực ....................................................................................34
3.3.6

Cân điện tử: ...........................................................................................36

3.4

Khảo sát ảnh hưởng của cao su Butadien trong thành phần cao su ............36

3.5

Khảo sát ảnh hưởng của than trong thành phần cao su ...............................42

3.6

Qui hoạch thực nghiệm................................................................................47

viii


3.6.1

Xử lí số liệu thực nghiệm .........................................................................50

CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.......................................75
4.1

Kết luận........................................................................................................75

4.2

Hướng phát triển của đề tài .........................................................................76

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................77

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
TCVN/QS 804:2011

Tiêu chuẩn về lốp và săm bơm hơi

ASTM

Tiêu chuẩn

ML2006

Kí hiệu tên bán thành phẩm mặt lốp đắp

TN

Thí nghiệm

M300

Modun 300

BR

Cao su tổng hợp Butadien

SVR

Cao su thiên nhiên

SVR-10L

Một loại tên thương phẩm của cao su thiên nhiên

KBR-01

Một loại tên thương phẩm của cao su tổng hợp Butadien

NBR

Cao su Nitril

SBR

Cao su Styren-Butadien

DM

Xúc tiến Disufure Benzothiazyl

TMTD

Xúc tiến Disufur Tetrametethyl Thiuram

cm3/1.61 km

Đơn vị đo độ mài mòn

Shore A

Đơn vị đo độ cứng

%

Đơn vị đo độ dãn dài

MPa

Đơn vị đo độ kháng kéo

N

Số thí nghiệm

n

Số yếu tố ảnh hưởng đầu vào

p

Mức ý nghĩa

t

Hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student

F

Hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Fisher

f

Bậc tự do

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Tính chất lý học của cao su thiên nhiên .....................................................8
Bảng 2.2 Các chỉ tiêu hóa lý của cao su SVR (Standar Vietnam Rubber) TCVN

3769:2004 ....................................................................................................................9
Bảng 2.3 Tỉ lệ sử dụng được phân bố như sau: .......................................................11
Bảng 2.4 Tính chất chung của cao su Butadien .......................................................12
Bảng 2.5 Bảng tính chất của cao su NBR với hàm lượng acrylonitril tăng dần ....15
Bảng 2.6 Một số tính chất hóa lý và thù hình của than đen ....................................16
Bảng 2.7 Các loại than đen, tính chất và ứng dụng của than đen ............................18
Bảng 2.8 Một số tính chất hóa lí của hạt Silica .......................................................20
Bảng 2.9 Chỉ tiêu chất lượng lưu huỳnh ..................................................................22
Bảng 2.10 Lượng dùng chất xúc tiến DM ..............................................................23
Bảng 2.11 Lượng dùng trong cao su thiên nhiên ...................................................24
Bảng 2.12 Lượng dùng của ZnO và acid stearic trong các loại cao su ................25
Bảng 2.13 Tính chất và công dụng của chất phòng lão RD ...................................25
Bảng 2.14 Một số đơn pha chế cao su ....................................................................26
Bảng 2.15 Một số đơn pha chế tại xí nghiệp liên hợp Z751 ..................................26
Bảng 3.1 Công thức pha chế hỗn hợp cao su mặt lốp ô tô khi thay đổi hàm lượng
cao su Butedien .........................................................................................................37
Bảng 3.2 Kết quả chỉ tiêu cơ lý của mặt lốp ô tô khi thay đổi hàm lượng cao su
Butadien ....................................................................................................................38
Bảng 3.3 Kết quả đo độ mài mòn ..............................................................................38
Bảng 3. 4 Kết quả đo độ cứng ...................................................................................39
Bảng 3.5 Kết quả đo độ dãn dài đứt ..........................................................................40
Bảng 3.6 Kết quả đo khi kéo đứt...............................................................................41
Bảng 3.7 Kết quả đo M300 .......................................................................................41
Bảng 3.8 Công thức pha chế hỗn hợp cao su mặt lốp ô tô thay đổi hàm lượng than43

ix


Bảng 3.9 Kết quả chỉ tiêu cơ lý của mặt lốp ô tô khi thay đổi hàm lượng than N220
...................................................................................................................................43

Bảng 3.10 Kết quả đo độ mài mòn ............................................................................44
Bảng 3.11 Kết quả đo độ cứng ..................................................................................44
Bảng 3.12 Kết quả đo độ dãn dài đứt ........................................................................45
Bảng 3.13 Kết quả đo khi kéo đứt............................................................................46
Bảng 3.14 Kết quả đo M300 .....................................................................................46
Bảng 3.15 Các chỉ tiêu cơ lý bán thành phẩm mặt lốp ô tô (tên bán thành phẩm:
ML2006) của Xí nghiệp cao su Z751 .......................................................................48
Bảng 3.16 Thiết kế thí nghiệm ..................................................................................49
Bảng 3.17 Kết quả đo độ mài mòn qui hoạch thực nghiệm ......................................52
Bảng 3.18 Kết quả đo độ mài mòn tại tâm ................................................................53
Bảng 3.19 Kết quả kiểm định lượng mòn theo tiêu chuẩn Fisher.............................54
Bảng 3.20 Kết quả thiết kế thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ mài mòn ..................55
Bảng 3.21 Kết quả thí nghiệm leo dốc độ mài mòn của mặt lốp ô tô .......................56
Bảng 3.22 Kết quả đo độ cứng qui hoạch thực nghiệm ............................................56
Bảng 3.23 Kết quả thí nghiệm độ cứng tại tâm của mặt lốp .....................................57
Bảng 3.24 Bảng kiểm định độ cứng theo tiêu chuẩn Fisher .....................................58
Bảng 3.25 Thiết kế thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ cứng của mặt lốp ô tô .........59
Bảng 3.26 Kết quả thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ cứng của mặt lốp ô tô ..........60
Bảng 3.27 Kết quả đo độ dãn dài qui hoạch thực nghiệm ........................................61
Bảng 3.28 Kết quả thí nghiệm độ dãn dài tại tâm của mặt lốp ô tô ..........................62
Bảng 3.29 Kết quả kiểm định độ dãn dài theo tiêu chuẩn Fisher .............................63
Bảng 3.30 Thiết kế thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ dãn dài .................................64
Bảng 3.31 Kết quả thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ dãn dài .................................65
Bảng 3.32 Kết quả đo độ bền kéo qui hoạch thực nghiệm .......................................65
Bảng 3.33 Kết quả thí nghiệm độ bền kéo tại tâm của của mặt lốp ô tô ..................66
Bảng 3.34 Bảng kiểm định độ bền kéo theo tiêu chuẩn Fisher .................................67
Bảng 3.35 Thiết kế thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ bền kéo của mặt lốp ô tô .....68

x

Bảng 3.36 Kết quả thí nghiệm leo dốc sự thay đổi độ bền kéo của mặt lốp ô tô ......69
Bảng 3.37 Kết quả đo độ M300 qui hoạch thực nghiệm ..........................................70
Bảng 3.38 Kết quả thí nghiệm Modun 300 tại tâm của mặt lốp ô tô ........................71
Bảng 3.39 Bảng kiểm định Modun 300 theo tiêu chuẩn Fisher ................................72
Bảng 3.40 Thiết kế thí nghiệm leo dốc sự thay đổi modun 300 ...............................73
Bảng 3.41 Kết quả thí nghiệm leo dốc sự thay đổi Modun 300 ...............................74

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.2 Mẫu thử độ mài mòn ................................................................................28
Hình 3.3 Mẫu thử độ cứng ......................................................................................28
Hình 3.4 Mẫu thử độ kháng kéo ..............................................................................28
Hình 3.5 Máy cán luyện cao su ...............................................................................30
Hình 3.6 Máy ép lưu hóa khuôn bằng .....................................................................31
Hình 3.7 Máy đo độ mài mòn Akron ......................................................................32
Hình 3.8 Đồng hồ đo độ cứng .................................................................................34
Hình 3.9 Máy đo cường lực ....................................................................................35
Hình 3.10 Cân điện tử ...............................................................................................36
Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng cao su Butadien đến độ mài
mòn

..................................................................................................................39

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng cao su Butadien đến độ
cứng

......................................................................................................... 40

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng cao su Butadien đến độ dãn
dài khi đứt..................................................................................................................41
Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng cao su Butadien đến độ bền
kéo khi đứt và M300 .................................................................................................42
Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than đến độ mài mòn ..........44
Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than đến độ cứng ................45
Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than đến độ dãn dài khi đứt 46
Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than đến độ bền kéo khi đứt
và Modun 300 ...........................................................................................................47

xii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một thị trường lớn đối với lốp xe ô tô với rất nhiều thuận lợi.
Việt Nam có một nguồn nguyên liệu cao su thiên nhiên dồi dào (hiện là nước xuất
khẩu cao su lớn thứ tư trên thế giới) và nguồn nhân lực cũng là một thế mạnh của
Việt Nam. Bên cạnh đó cùng với sự phát triển của nền kinh tế và xã hội thì nhu cầu
đi lại và vận chuyển bằng ô tô, xe tải và xe buýt ngày một tăng. Một nhân tố quan
trọng thúc đẩy ngành lốp xe phát triển là nhờ chính sách của chính phủ khuyến
khích các thành phần kinh tế tham gia vào việc sản xuất cao su và đầu tư sâu rộng
vào ngành được thực hiện thông qua hoạt động xúc tiến đầu tư vốn nước ngoài, sản
xuất trong nước để phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu.
Trong thực tế, quá trình sử dụng lốp xe ô tô hiện nay do ảnh hưởng của nhiều
yếu tố khác nhau như: môi trường khí hậu, chất lượng mặt đường xấu, việc sử dụng
xe ô tô không đúng quy định như chạy với tốc độ cao, tải sử dụng không đúng với
yêu cầu của nhà sản xuất làm cho lốp xe mau hư hỏng đặc biệt là phần mặt lốp
nhanh bị mài mòn.
Một lốp xe ô tô gồm có năm phần chính: mặt lốp, hông lốp, khung lốp, tanh

lốp và tầng hoãn xung. Trong đó hỗn hợp cao su của mặt lốp có yêu cầu đặc trưng
như: có khả năng chịu mài mòn, độ cứng cao và khả năng kháng kéo tốt; Hỗn hợp
cao su mặt lốp khi bị hỏng có thể đắp lại tuy nhiên mặt lốp sau khi đắp có tuổi thọ
không cao.
Đề tài này tiến hành “nghiên cứu nâng cao tuổi thọ của mặt lốp ô tô”
nhằm cải thiện chất lượng mặt lốp ô tô để khắc phục những khuyết điểm trên đây
của mặt lốp, kéo dài thời gian làm việc của lốp.
Từ các kết quả thực tế như trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu về mặt lốp ô
tô với nội dung cụ thể như sau:
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.
1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc:

1.2.1 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
1.2.2 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.
1.3 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.
1.4 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.
1.5 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.
1.6 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

2.1.1 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.
2.1.2 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.
2.1.3 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. Lốp máy bay có yêu cầu đặc biệt vì chúng được sử dụng ở tốc độ cao, tải
trọng lớn và lên quan đến kích cỡ của máy bay.
 Phân loại lốp theo cấu trúc của lớp vải mành gồm hai loại: lốp chéo và lốp
xuyên tâm
- Lốp chéo: được đặc trưng bởi các lớp vải mành sắp xếp chéo nhau theo một

góc xác định. Góc này sẽ xác định tính chất lốp xe.
- Số lượng lớp vải mành xác định tải trọng của lốp: 2-6 cho lốp ô tô khách; 68 cho các loại lốp xe tải.
- Lốp xuyên tâm: được đặc trưng bởi sợi chỉ mành nằm vuông góc với hướng
di chuyển của xe và có thể bổ sung thêm vài lớp mành chéo.
Không kể đến những thiết kế hoặc ứng dụng khác nhau của lốp xe, tất cả
các lốp phải đáp ứng cơ bản các chức năng sau:
- Khả năng mang tải
- Tác dụng làm giảm xóc
- Truyền tải và hãm phanh
- Cung cấp lực góc
- Kích thước ổn định
- Bền mài mòn

6


- Tạo ra sự cộng hưởng hướng lái
- Bền lăn thấp
- Tạo tiếng ồn và độ rung nhỏ
- Độ bền cao trong suốt quá trình sử dụng
2.1.4 Cấu tạo và chức năng của các thành phần lốp
Mỗi lốp xe là sự lắp ráp của nhiều bộ phận, mỗi bộ phận có chức năng riêng
đáp ứng các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm.
- Mặt lốp: là lớp cao su đặc phủ trên bề mặt của lốp, là phần tiếp xúc với mặt
đường, là bộ phận chịu mài mòn. Yêu cầu của mặt lốp là có khả năng chịu mài mòn,
có khả năng kháng kéo tốt, bám đường tốt, độ bền cơ học cao để bảo vệ thân lốp
khỏi các tác dụng cơ học.
- Hông lốp: là phần cao su bao bọc ngoài, nằm giữa vùng vai và gót lốp của
hông lốp là phần chống đỡ của mặt lốp, bảo vệ cho thành thân lốp, giảm mức độ xóc
khi chạy. Tùy từng quy cách mà phần hông lốp có chiều dày từ 3-7 mm. Không giống

như cao su mặt lốp, trong quá trình làm việc hông lốp bị biến dạng uốn gấp là chính.
- Khung: Khung bao gồm nhiều lớp được làm từ nhiều sợi có modul cao
được bọc trong hỗn hợp cao su. Số lớp được xác định dựa trên loại lốp, kích thước
lốp, áp lực hơi và tải trọng có thể chịu đựng được trong quá trình xe chạy.
- Tanh: là những sợi thép không bị biến dạng chạy quanh chu vi lốp, có tác
dụng cố định thân lốp. Khoảng trống giữa tanh và tầng vải mành được điền đầy bởi
một tầng cao su chữ A. Kết cấu này giúp bảo đảm độ cứng, độ vững chắc cho gót
lốp. Ngoài ra bên ngoài gót lốp còn được bọc một lớp bảo vệ giúp gót lốp không bị
mài mòn và không bị tổn hại khi tiếp xúc với vành.
- Lớp hoãn xung: là những vành tạo thành từ hỗn hợp bổ cường dưới mặt lốp.
Nó giảm sự biến dạng cho lớp khung và tăng thêm độ cứng cho mặt lốp.
2.2 Cao su thiên nhiên
2.2.1 Trạng thái thiên nhiên
Cao su thiên nhiên sinh ra từ một số loại thực vật có khả năng tạo ra latex.
Chức năng này là điều kiện cần có cao su, nhưng không hẳn tất cả các cây tiết ra mủ
đều có chứa cao su.

7


Chức năng tạo ra latex trong các nhu mô thực vật biểu thị đặc tính qua sự hiện
hữu của tế bào chuyên biệt gọi là tế bào latex, tiết ra một dịch gọi là latex. Tùy theo
loại cây cao su, latex cũng có nhiều loại khác nhau: bản chất cấu tạo gồm có dung
dịch hữu cơ và vô cơ có chứa các tiểu cầu cao su ở dạng nhũ tương.
2.2.2 Tính chất lý hóa và ứng dụng của cao su thiên nhiên
2.2.2.1 Lý tính
Mủ cao su bao gồm nhiều hạt hình quả lê mang điện tích âm. Trong 1ml mủ
nước chứa 35% hàm lượng cao su khô có khoảng 200 triệu hạt này. Đường kính
trung bình mỗi hạt 0,139 ÷0,173µ. Mủ cao su mang tính kiềm yếu nhưng sau một
thời gian, các vi sinh vật trong mủ sẽ tiết ra các loại acid làm mủ bị đông. Khối

lượng riêng của cao su khô là 0,914.
Bảng 2.1 Tính chất lý học của cao su thiên nhiên
Tỉ trọng

0,92

Chiết xuất (200C)

1,52

Hệ số trương nở thể tích

0,00062

Khả năng tỏa nhiệt khi đốt

10,7 cal/g
0,00032 cal/giây/cm2/0C

Độ dẫn nhiệt
Hằng số điện môi

2,37

Hệ số công suất (1.000 chu kỳ)

0,15 ÷0,2

Trở kháng thể tích

1015/cm3

2.2.2.2 Hóa tính
Cấu trúc phân tử của cao su thiên nhiên là polyisopren có công thức (C5H8)n ở
dạng Cis-1,4 với phân tử lượng vào khoảng 1÷2,5.106
(– CH2 – C = CH – CH2 –)n
CH3
Chính nhờ cấu trúc đều đặn này (khác với polyisopren tổng hợp) làm cho cao
su này kết tinh khi bị kéo căng dẫn đến kết quả là lực kéo đứt cao su sống rất cao

8