Kevlar – sợi tổng hợp đắt tiền trong lốp ôtô

Kevlar có đặc tính cứng gấp 5 lần thép, nhẹ, chịu va đập, thường sử dụng làm lốp hoặc lớp vỏ chống đạn trên xe hơi.

Nhà hóa học Mỹ gốc Ba Lan, Stephanie Louise Kwolek ở công ty DuPonts (Mỹ) đã phát hiện một loại sợi gia cố có thể thay thế thép trong lốp xe năm 1964. Kevlar thực chất là một nhãn hiệu được đăng ký cho loại sợi tổng hợp para-aramid, thông qua sự phát triển của chuỗi hợp chất gồm hai polyme là Poly-Para-Phenylene-Terephthalate và Polybenzamide. Sợi Kevlar đã tạo ấn tượng khi thử nghiệm độ bền kéo,và thay đổi nhiều lĩnh vực, trong đó có công nghiệp ôtô.

Sợi Kevlar có màu vàng. Ảnh: Sternandstern

Sợi Kevlar có màu vàng. Ảnh: Sternandstern

Kể từ khi được giới thiệu, Kevlar trở thành vật liệu sử dụng phổ biến trong áo giáp, do tính chất nhẹ, dễ sử dụng và cứng hơn thép 5 lần. Bản thân Kevlar có thể chịu được các lực có thể làm hỏng các tấm nhôm hoặc thép, có thể chống rách và chống trầy xước cao hơn. Ngoài ra, Kevlar chịu được nhiệt độ cao và thấp, ở mức 450 độ C và -196 độ C.

Năm 1971, ngành công nghiệp ôtô đánh dấu việc sử dụng sợi Kevlar làm vật liệt gia cố cho lốp ôtô, đặc biệt là trong giải đua Công thức 1, giúp giảm tỷ lệ đâm thủng. Ngoài ra, xe đua Công thức 1 sẽ bốc cháy khi va chạm ở tốc độ cao, nguyên nhân chủ yếu do bình xăng thủng. Do đó Kevlar tiếp tục được sử dụng để gia cố bình xăng, tránh tình trạng thủng và linh hoạt trong không gian hạn chế.

Sự thành công của Kevlar trong lốp xe đua F1 đã khiến nhiều hãng lốp nổi tiếng như Continental, Bridgestone, Michelin và Pirelli ứng dụng Kevlar thay cho thép vào sản phẩm riêng, với phương pháp tạo ra nhiều lớp xen kẽ, xếp lớp trong kết cấu chặt chẽ, nhằm uốn dẻo trong lốp xe. Điều này sẽ làm giảm trọng lượng, tăng độ bền, chịu nhiệt khi ma sát với mặt đường và bảo vệ khỏi các vết thủng do vật nhọn gây ra.

Những vật liệu được sử dụng bởi Kevlar trên ôtô. Ảnh: Technologt Student

Những vật liệu được sử dụng bởi Kevlar trên ôtô. Ảnh: Technologt Student

Trên các mẫu xe thể thao và xe đua, Kevlar sử dụng trong sản xuất ống mềm để kết nối hệ thống tản nhiệt với động cơ. Các ống mềm Kevlar mạnh hơn nhiều so với các loại ống thông thường có khả năng đối phó tốt với sự dao động của nhiệt độ trong quá trình sử dụng, ngoài ra tuổi thọ cao và khả năng chống lại hóa chất cũng là ưu điểm của ống mềm này.

Trong khi đó, ở một số mẫu xe hiện nay, má phanh, đệm phanh và bộ ly hợp cũng được sử dụng Kevlar để gia cố, bởi chi tiết này chịu sự ma sát và nhiệt độ lớn khi sử dụng. Ví dụ ở điều kiện thường, nhiệt độ khi phanh không vượt quá 200 độ C, nhưng trên đường đua có thể lên tới 1.000 độ C. Thông thường đệm phanh được sử dụng từ gốm và kim loại, bộ ly hợp làm từ cao su, nhưng sử dụng một thời gian, ma sát làm giảm tuổi thọ của các bộ phận một cách đáng kể. Do vậy, sợi Kevlar như vật liệu "cứu cánh" khi giúp phanh và bộ ly hợp kéo dài tuổi thọ, chịu nhiệt độ cao, cung cấp sự an toàn, trơn tru và ổn định sau một thời gian sử dụng.

Kevlar còn được sử dụng trong sản xuất vỏ chống đạn cho xe quân sự hạng nhẹ và xe hơi hạng sang, bởi Kevlar có thể chịu được sự tấn công từ các vũ khí như súng trường, giúp bảo vệ người lái và hành khách khỏi các hình thức tấn công khác nhau. Ở Việt Nam đã có một số mẫu xe mang lớp vỏ chống đạn như Knight XV, Mercedes S600 Pullman, Toyota Land Cruiser, Hummer H2.

Kevlar có màu vàng tự nhiên và nhiều kiểu dệt khác nhau, loại dệt tạo ra chất liệu cho dây curoa được gọi là Kevlar 29. Ngoài ra có hai loại khác, Kevlar đen và Kevlar 49 (với kiểu dệt như carbon). Kevlar đen có thể thay thế cao su trong lốp xe, trong khi Kevlar 49 được sử dụng làm khung vỏ thuyền.

Kevlar 29 với kiểu dệt trơn. Ảnh: Body Armor News

Kevlar 29 với kiểu dệt trơn. Ảnh: Body Armor News

Kevlar ưu việt nhưng cũng có một số nhược điểm làm hạn chế hiệu quả mang lại. Đầu tiên Kevlar không thể chịu nén cao, do đó phải kết hợp cùng sợi carbon hoặc kim loại khác để tăng độ cứng. Kevlar cũng khó có thể cắt, phải dùng kéo chuyên dụng để cắt. Chất liệu này dễ hút ẩm, hấp thụ tới 8% nước trong trọng lượng, đồng thời nhạy cảm với tia cực tím, gây ra sự đổi màu và giảm hiệu năng.

Ngoài ra, mức giá khoảng 26-30 USD/kg, cùng với việc sản xuất tốn kém, sợi Kevlar trở thành một trong những vật liệu đắt nhất trên xe hơi. Vì vậy, Kevlar chỉ được áp dụng trên các mẫu xe đắt tiền, còn trên các mẫu xe thấp cấp, thép và kim loại vẫn được áp dụng phổ biến nhằm giảm giá thành. Ví dụ lốp xe gia cố bằng sợi Kevlar sẽ đắt hơn khoảng 30-40% so với lốp xe thông thường.

Trên thế giới, cạnh tranh với sợi Kevlar cũng có vật liệu mang tên Twaron đang sản xuất bởi công ty Teijin tại Nhật Bản, với cấu trúc, ưu nhược điểm giống nhau. Nhưng sợi Kevlar sớm được phát triển trước, do đó Twaron không đủ sức cạnh tranh, kém phổ biến hơn.

[Trở Về Trang Trước]

Tag : Kevlar – sợi tổng hợp đắt tiền trong lốp oto