BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN HỌC PHẦN Vật liệu mới BÀI TIỂU LUẬN Sợi Kevlar và ứng dụng trong công nghệ của lốp xe Goodyaer Giảng viên hướng dẫn TS[.]
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: Vật liệu BÀI TIỂU LUẬN: Sợi Kevlar ứng dụng công nghệ lốp xe Goodyaer Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Duy Nam Học viên thực hiện: Nguyễn Tiến Phát Lớp: MSHV: 2220130017 CO2202 TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 05 NĂM 2023 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển khoa học kỹ thuật thúc đẩy đời loại vật liệu Nhiều loại vật liệu đời làm thay đổi giới quan người, từ vật liệu phục vụ cho lọc nước, vật liệu tái tạo lượng, vật liệu ứng dụng cho công nghiệp… Đối với loại vật liệu nguyên liệu cho ngành cơng nghiệp ứng dụng, tính chất vật liệu cần quan tâm đặc biệt Hiểu biết tính chất vật liệu giúp thiết kế, chế tạo sản phẩm với chất lượng tốt, tối ưu cho ứng dụng cụ thể Các tính chất chung vật liệu cần quan tâm như: tính chất học, tính chất nhiệt học, tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang, tính chất hố học,…Tất nhiên, tính chất bao hàm nhiều yếu tố cấu thành mà kỹ sư khoa học kỹ thuật vật liệu tìm hiểu chuyên sâu chi tiết để từ nắm rõ tính chất đặc thù loại vật liệu cho thiết kế chế tạo vật liệu chế tạo sản phẩm ứng dụng Tóm lại, bên cạnh việc sử dụng phát triển vật liệu truyền thống, việc tiếp cận đào tạo công nghệ vật liệu cần thiết cho nhu cầu sử dụng phát triển xã hội Bài tiểu luận giới thiệu số loại vật liệu có liên quan đến ngành công nghiệp ô tô, tương lai phát triển loại vật liệu ứng dụng ảnh hưởng Nội dung tiểu luận bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Sợi Kevlar Chương 3: Thương hiệu lốp xe Goodyear với ứng dụng sợi Kevlar MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .5 1.1 Phân loại vật liệu kỹ thuật .5 1.2 Phân loại vật liệu composite 1.3 Đặc tính bật sợi Kevlar CHƯƠNG 2: SỢI KEVLAR .8 2.1 Sự đời sợi kevlar 2.2 Công nghệ chế tạo 2.3 Ứng dụng sợi kevlar ngành công nghiệp ô tô 2.3.1 Ứng dụng sợi kevlar ngành công nghiệp lốp ô tô .10 2.3.2 Ứng dụng sợi kevlar số phận khác ô tô 11 CHƯƠNG 3: THƯƠNG HIỆU LỐP XE GOODYEAR VỚI ỨNG DỤNG CỦA SỢI KEVLAR 15 3.1 Giới thiệu 15 3.2 Các kiểm tra thực tế 17 3.3 Kết 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 DANH MỤC ẢNH Hình 1.1 Phân loại vật liệu kỹ thuật Hình 1.2 Vải Kevlar dùng áo chống đạn Hình Quy trình sản xuất sợi kevlar Hình 2 Kevlar sử dụng để chế tạo lốp ô tô 11 Hình Dây cuaroa cần đat mơ-đun cao .12 Hình Má phanh hoạt động nhiệt độ cao 13 Hình Thân vỏ xe F1 thay từ nhựa sang sợi Kevlar 14 Hình Goodyear's Wrangler Adventure mắt vào năm 2017 16 Hình 2 dịng sản phẩm tốt thị trường Mỹ 17 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các kết thử nghiệm 18 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Phân loại vật liệu kỹ thuật Hiện nay, có nhiều nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu vật liệu kỹ thuật có tính chất học tốt, trọng lượng nhẹ tiết kiệm chi phí Vật liệu kỹ thuật tiên tiến Inconel Titan hợp kim vật liệu có nhu cầu cao ngành công nghiệp khác tơ, lũ lụt, hải qn, quốc phịng, hàng không vũ trụ công nghiệp vũ trụ Các vật liệu kỹ thuật thường chia thành ba loại kim loại, phi kim loại vật liệu tổng hợp Những vật liệu có giá trị nhược điểm riêng tùy theo mục đích sử dụng Việc lựa chọn vật liệu kỹ thuật khác tùy theo yêu cầu ngành công nghiệp Việc phân loại vật liệu kỹ thuật thể Hình Hình 1.1 Phân loại vật liệu kỹ thuật 1.2 Phân loại vật liệu composite Hiện nay, có nhiều loại vật liệu kỹ thuật có sẵn thị trường Gần đây, có thay đổi nhu cầu sử dụng vật liệu composite hợp kim tăng lên tính chất học tuyệt vời Có ba loại hợp chất vật liệu theo vật liệu composite kim loại composite, composite bột composite sợi Ngày nay, ngành công nghiệp khác nhau, nhu cầu sợi vật liệu tổng hợp tăng lên ngày vật liệu có trọng lượng nhẹ có tính chất học tốt Có nhiều loại vật liệu tổng hợp sợi khác có sẵn carbon, bazan, thủy tinh, đay, kenaf, lanh, gai dầu Kevlar… Trong số vật liệu có sẵn này, kevlar vật liệu phổ biến vật liệu composite thuận lợi Thuộc tính Kevlar bao gồm mô đun độ cứng cao, độ dẻo dai, ổn định nhiệt quan trọng sức bền 1.3 Đặc tính bật sợi Kevlar Kevlar có độ bền cao từ nhiều chuỗi liên kết trái phiếu Khi kéo thành sợi, Kevlar cho có mật độ tương đối 1,44 cường độ 3260Mpa,liên chuỗi liên kết hình thành trung tâm NH nhóm carbonyl chiều dài chuỗi có ảnh hưởng đến tổng hợp khác tính chất polyme Dyneema Ngay nhiệt độ chẳng hạn -196 oC (Nhiệt độ đông lạnh) Kevlar giữ khả phục hồi sức mạnh mức độ mạnh chút nhiệt độ thấp Kevlar có nhiều ứng dụng từ xe đua đến áo giáp chống đạn,lốp xe… Trong trường hợp xe đua dễ bị tai nạn, Kevlar sử dụng để củng cố thùng nhiên liệu độ bền kéo Điều làm cho bình nhiên liệu khó bị thủng trường hợp bị va chạm tai nạn dẫn đến nguy hỏa hoạn thấp vụ tai nạn đặc tính Kevlar nhẹ nên vật liệu lý tưởng Theo truyền thống, thép vật liệu lựa chọn cho áo giáp cồng kềnh nặng nề Kevlar mặt khác có trọng lượng nhẹ cứng thép 18 lần Do độ bền kéo cao Kevlar, dễ dàng hấp thụ lượng tác động cao Do phù hợp vật liệu bảo vệ chống dao đạn Kevlar cáp thay tốt cho cáp thép chúng mạnh mẽ nhiều, linh hoạt trọng lượng nhẹ Hình 1.2 Vải Kevlar dùng áo chống đạn CHƯƠNG 2: SỢI KEVLAR 2.1 Sự đời sợi kevlar Kevlar chất xơ hữu thuộc họ polyamide thơm có kết hợp độc đáo độ bền cao, mô đun cao, độ dẻo dai độ ổn định nhiệt, phát minh vào năm 1965 Nhà Hóa học người Mỹ có tên Stephanie Kwolek Tại thời điểm đó, Stephanie Kwolek cộng muốn tìm loại vật liệu dùng cho lốp xe có đặc tính bền, nhẹ Vì thế, nhà khoa học tiến hành thử nghiệm với hai chất poly-p-phenylene-terephthalate poly benzamide có kevlar Kết nghiên cứu cho thấy chúng không bị đứt có đặc tính khác hồn tồn với nylon Đây dấu ấn mở đầu cho phát triển sợi kevlar sau Năm 1971, kevlar giới thiệu rộng rãi ngành sản xuất ô tơ Sau đến năm 1980, loại vật liệu tiếp tục cải tiến Tiến sĩ Jacob Larijani Dupont Ưu điểm sợi kevlar khả chịu nhiệt tốt, cao 450 độ C thấp -196 độ C Bên cạnh đó, kevlar cịn giúp băng tải tăng tốc độ thơng gió, giảm chi phí nhiệt Đặc biệt, kevlar cịn biết đền nhiều với việc sử dụng áo giáp chống đạn đạo chống đâm, sợi Aramid thương hiệu Kevlar® thể chủ nghĩa anh hùng riêng việc giúp cứu sống hàng nghìn người giới Kết sợi Kevlarn sử dụng thành công thứ từ xe cộ quần áo công nghiệp đến sợi quang học đường thành phố.Ngồi ra, vật liệu có khả chống ăn mịn hóa học, chống cháy, khơng độc hại có nhiều đặc tính học khác 2.2 Công nghệ chế tạo Sợi kevlar sản phẩm phản ứng ngưng tụ chất 1,4-paraphenylenediamine axit terephtalic Khi axit amin xuất vòng thơm tạo cấu trúc dạng que có nhiệt độ chuyển đổi cao độ hòa tan thấp Những que thường khó xử lý kỹ thuật kéo thơng thường Do đó, chuyên gia sử dụng kỹ thuật kéo sợi nóng chảy cách dùng dung dịch PPD-T ép vào trục quay hút qua khe hở khơng khí để tạo dịng tinh thể lỏng Sau đó, tinh thể lỏng qua máy làm mát khơng khí để đơng đặc thành dạng sợi Q trình sản xuất kevlar tốn khó khăn phát sinh từ việc sử dụng axit sunfuric đậm đặc đến việc hình thành chuỗi polymer Hai chất kết nối với thông qua liên kết phân cực để tạo nên cấu trúc dạng sợi Hình Quy trình sản xuất sợi kevlar 2.3 Ứng dụng sợi kevlar ngành công nghiệp ô tô Bên cạnh khái niệm kevlar tính ứng dụng chúng nhiều người quan tâm Sợi kevlar tạo ấn tượng thử nghiệm độ bền, chịu nhiệt độ cao thấp nhiều lĩnh vực, có ngành cơng nghiệp tơ Ta kể đến ứng dụng để tăng hiệu suất linh kiện ô tô, Sợi DuPont™ Kevlar® kết hợp khả chịu nhiệt độ, độ bền, độ gia cố đặc tính khác giúp cải thiện lọc, dây đai, miếng đệm phận ô tô khác Sợi thương hiệu Kevlar® giúp cải thiện độ an tồn, hiệu suất độ bền phận ô tô cho nhiều loại phương tiện, từ xe du lịch xe tải nhẹ đến xe đua chuyên nghiệp Không có lạ xe có số phận quan trọng sử dụng sản phẩm làm từ sợi Kevlar® aramid 2.3.1 Ứng dụng sợi kevlar ngành công nghiệp lốp ô tô Lốp xe thành phần quan trọng phương tiện mà chúng sử dụng Chúng sử dụng ô tô, xe tải, xe buýt, máy kéo nông trại, thiết bị làm đất, xe quân sự, xe đạp, xe máy máy bay Lốp xe hỗ trợ trọng lượng xe hành khách hàng hóa tàu; chúng truyền mô-men xoắn động để đẩy phương tiện (trừ máy bay) chúng hấp thụ rung động sốc để mang lại cảm giác lái thoải mái Lốp xe hỗn hợp dệt/cao su Hỗn hợp lốp xe dạng mạng lưới cấu trúc dây dệt xếp theo cấu hình song song nhúng ma trận cao su Cao su định nghĩa chất đàn hồi kết hợp với chất độn thành phần hóa học khác Hầu hết hợp chất cao su chất rắn nhiệt, chúng biến thành phận đúc hoàn chỉnh cách nén, truyền ép phun Lốp xe tạo thành từ nhiều hợp chất cao su khác nhau, nhiều loại muội than khác nhau, chất độn đất sét silica, hóa chất & khoáng chất thêm vào phép đẩy nhanh q trình lưu hóa Lốp xe có số loại vải để gia cố số loại kích cỡ thép Một số thép xoắn bện thành dây cáp chắn Hiện nay,đã có 200 ngun liệu thơ vào thành phần lốp xe Các nhà nghiên cứu sử dụng mảng mở rộng để kết hợp phận lốp xe, phận có vai trị định, tùy thuộc vào loại lốp sản xuất Trong đó,ta khơng thể kể đến ứng dụng sợi kevlar trình nghiên cứu chế tạo lốp xe Sợi kevlar biết đến vật liệu aramid thương mại phổ biến thường sử dụng Kevlar Twaron, chúng có độ bền cao, mơ đun cao độ giãn dài thấp thêm vào để gia cố chất độn, sử dụng lần đầu lĩnh vực sản xuất ô tô vào năm 1971 Đến nay, kevlar trở thành vật liệu gia cố quen thuộc cho lốp xe ô tô, đặc biệt lốp xe giải đua F1 Với phương 10 pháp tạo lớp vật liệu có khả uốn dẻo, sợi kevlar làm giảm trọng lượng, tăng độ bền, chịu nhiệt ma sát với mặt đường Hơn nữa, sợi kevlar cịn giảm tỷ lệ thủng lốp, bốc cháy bình xăng va chạm tốc độ cao Hình 2 Kevlar sử dụng để chế tạo lốp ô tô 2.3.2 Ứng dụng sợi kevlar số phận khác ô tô Bên cạnh làm vật liệu gia cố cho lốp xe tơ, sợi kevlar cịn ứng dụng sản xuất chi tiết khác có ma sát nhiệt độ cao như: má phanh, đệm phanh, ly hợp Thông thường, đệm phanh làm từ gốm kim loại, sau thời gian sử dụng, độ ma sát mạnh, tuổi thọ phanh chi tiết khác bị giảm đáng kể Do đó, sợi kevlar vật liệu “cứu cánh” giúp phanh ly hợp kéo dài tuổi thọ Có thể kể đến ứng dụng điển hình sản xuất phận tơ như: -Dây đai truyền động ống cao áp động ô tô đạt hiệu suất cao hơn: 11 Dây đai động tơ có hiệu cao nhơ sợi thương hiệu DuPont™ Kevlar® giúp cải thiện độ an toàn, hiệu suất độ bền phận ô tô dây đai ô tô cho nhiều loại phương tiện, từ ô tô du lịch xe tải đến xe đua chuyên nghiệp Khơng có lạ xe có số phận quan trọng sử dụng sản phẩm làm từ sợi thương hiệu Kevlar® Kevlar® có sẵn số dạng sản phẩm khác khiến phù hợp với nhiều ứng dụng ô tô Dây cuaroa cho phép đạt mô-đun cao khả chống mài mịn Kevlar® giúp dây cuaroa giữ hình dạng độ căng ban đầu sau hàng triệu vòng quay mà chúng trải qua suốt tuổi thọ xe Các ống sử dụng sợi Kevlar® dệt kim bện để gia cố ống tản nhiệt, hộp số vô cấp tăng áp giúp làm cho chúng bền nhẹ Điều Kevlar® khơng bền vật liệu khác thường sử dụng ống có áp suất cao, có tính ổn định nhiệt tuyệt vời kháng hóa chất tốt Hình Dây cuaroa cần đat mơ-đun cao - Má phanh, ly hợp, vòng đệm: 12 Sợi bột giấy DuPont™ Kevlar® giúp cải thiện hiệu suất độ bền phận ô tô cho nhiều loại phương tiện, từ xe du lịch xe tải nhẹ đến xe đua chun nghiệp Khơng có lạ xe có số phận quan trọng sử dụng sản phẩm làm từ Kevlar® chẳng hạn phận truyền động tơ, phận thân xe má phanh,vịng đệm.Nhờ tính ổn định hóa học nhiệt độ, bột giấy Kevlar® gia cố giúp miếng đệm chắn bền bỉ Ly hợp: Bột giấy Kevlar® có hiệu ly hợp chịu áp lực ma sát nghiêm trọng Các thử nghiệm lót ly hợp Kevlar® khơng cần bảo dưỡng thay thường xuyên lót ly hợp tiêu chuẩn má phanh Má phanh: làm bột giấy Kevlar® trang bị tốt để chống lại hao mòn ma sát tạo Với tính ổn định nhiệt nâng cao khả chống mài mịn vốn có, má phanh gia cố Kevlar® thiết kế để có tuổi thọ cao phanh an tồn, êm • Kevlar® staple floc phiên sợi ngắn thích hợp cho ứng dụng dệt may, để gia cố nhựa nhiệt dẻo nhiệt rắn Hình Má phanh hoạt động nhiệt độ cao 13 - Trong giải đua xe F1: Kevlar® thay nhựa gia cố sợi thủy tinh thân đập khí xe đua NASCAR giúp ngăn thân xe bị vỡ để lại mảnh vụn nguy hiểm đường đua sau va chạm Sợi Kevlar® sử dụng Thiết bị HANS — mối liên kết giữ an toàn hỗ trợ đầu cổ người lái xe — giúp hấp thụ lực tác động đủ mạnh để gây tổn thương đốt sống cổ Hình Thân vỏ xe F1 thay từ nhựa sang sợi Kevlar Ngoài ra, q trình nghiên cứu phát triển, sợi kevlar cịn ứng dụng để: Dùng buồm đua Là vật liệu quan trọng áo chống đạn Dùng làm đầu trống diễu hành đại Sử dụng cho dây neo ứng dụng nước khác Dùng băng tải hàng dạng lưới hở PTFE 14 CHƯƠNG 3: THƯƠNG HIỆU LỐP XE GOODYEAR VỚI ỨNG DỤNG CỦA SỢI KEVLAR 3.1 Giới thiệu Goodyear Tire & Rubber Company công ty sản xuất lốp xe đa quốc gia Mỹ bốn nhà sản xuất lốp xe hàng đầu với Bridgestone, Michelin Continental Goodyear thành lập vào năm 1898 Frank Seiberling có trụ sở Akron, Ohio Từ thành lập hãng chuyên sản xuất lốp xe đạp tới năm 1976 nay, Goodyear cho đời sản sản phẩm lốp xe ô tô, xe tải thương mại, xe tải nhẹ, xe máy ủi đất hạng nặng, … Số lượng lớn đối thủ cạnh tranh ngành lốp nguyên nhân đáng lo ngại Goodyear, việc đổi kết hợp công nghệ vào thiết kế lốp xe điều cần thiết để tiếp tục dẫn đầu.Từ đó, số công nghệ Goodyear Run on Flat Technology DuPont Kevlar đời Những công nghệ làm tăng độ bền tuổi thọ lốp xe, tăng quảng đường được,khả lăn, chí sau bị thủng Goodyear cho đời nhiều sản phẩm dành cho dòng xe chuyên di chuyển địa hình, nỗ lực phát triển cải tiến để chống lại địa hình khắc nghiệt cung cấp lốp xe bền lâu, Goodyear kết hợp tính bản, chẳng hạn máy phóng mảnh vỡ xa thiết kế lốp xe với công nghệ Silent Armor DuPont Kevlar (sử dụng sợi Kevlar làm nguyên liệu ).Như đề cập trên, Kevlar loại vật liệu nhẹ bền gấp lần thép dùng làm áo chống đạn để gia cố lốp xe, giúp tiết giảm trọng lượng đáng kể tăng cường độ bền tối đa, góp phần bảo vệ lốp xe suốt hành trình dài 15 Hình Goodyear's Wrangler Adventure mắt vào năm 2017 Goodyear với tiêu chí “lao vào giới địa hình” cho đời sản phẩm tốt thống trị thị trường Mỹ, Goodyear BFGoodrich All-Terrain T/A KO2 “Wrangler All-terrain Adventure with kevlar”-dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ sợi kevlar vào lốp xe Goodyear 16 Hình 2 dịng sản phẩm tốt thị trường Mỹ BFGoodrich All-Terrain T/A KO2 mắt vào năm 2013 trở thành tên quen thuộc danh mục địa hình thường có mức giá cao nhất.Mặt khác, tên quen thuộc địa hình khác Goodyear's Wrangler AT Adventure mắt vào năm 2017 chứng minh giá trị cộng đồng địa hình 3.2 Các kiểm tra thực tế Năm 2018 Nam Phi, Goodyear có kiểm tra để so sánh loại lốp xe này,các kết thu nhận từ kiểm tra với phương tiện thử nghiệm lựa chọn để biểu diễn địa hình Ford Ranger 2.2 dẫn động bánh Tổng cộng có 17 lốp xe thử nghiệm khoảng thời gian Các biểu đồ kết thể so sánh Goodyear Wrangler All-terrain Adventure với sợi kevlar so với BFGoodrich All-Terrain T/A KO2 dựa danh mục danh mục hiệu suất có liên quan.Trong đó, Wrangler All-terrain Adventure lấy mức làm tiêu chuẩn 100% 17 Bảng 1.1 Các kết thử nghiệm Các danh mục cho ta kết danh mục hiệu suất có liên quan trực tiếp đến vấn đề lốp xe như: -Đối với đường khơ, an tồn thường khơng phải vấn đề quãng đường phanh dài nhiều so với đường ướt Tuy nhiên, cách sử dụng hàng ngày mặc định lốp xe phải hoạt động mức ổn định Wrangler AT Adventure cố gắng vượt phanh All-Terrain T/A KO2 thêm 14,1 feet (4,3m) từ 62mph (100km/h) xuống Với bề mặt tiếp xúc thấp kiểu khối lớn, AllTerrain T/A KO2 lốp phanh khô số 16 đối thủ lại -Đối với người tiêu dùng yêu thích “Baja”, cát bề mặt phù hợp mà họ tìm kiếm Đây điểm mà Wrangler AT Adventure vượt trội đứng đầu bảng xếp hạng quãng đường dài 131 feet (40m) trước mắc kẹt Mặt khác, All-Terrain T/A KO2 tối đa 117,5 feet (35,8m) trước di chuyển -Leo dốc: Bài kiểm tra thiết kế để mô việc leo dốc tình khó khăn để xem lốp hoạt động tốt Điều 18 thực cách chủ quan Wrangler AT Adventure có số điểm chủ quan tuyệt đối 50/50 All-Terrain T/A KO2 đạt 47,5/50 - Độ mịn gai lốp UTQG: Vì All-Terrain T/A KO2 bán với ký hiệu xe tải nhẹ (LT), nên khơng có xếp hạng UTQG kỹ sư Goodyear đánh giá số dặm dự kiến từ bảo hành số dặm hai sản phẩm Số dặm bảo hành Wrangler AT Adventure 60.000 dặm All-Terrain T/A KO2 50.000 dặm Với số này, yên tâm cho Wrangler AT Adventure có quãng đường dự kiến cao so với All-Terrain T/A KO2 Giá thành: Như đề cập đầu viết, BFGoordich thương hiệu đắt có phân khúc địa hình Wrangler AT Adventure sử dụng sợi Kevlar giúp giảm chi phí sản xuất 3.3 Kết Tóm lại, Wrangler AT Adventure thực vượt trội trình diễn khơ, cát dốc điểm sáng cho All-Terrain T/A KO2 đường sỏi Xem xét lợi giá bổ sung số dặm dự kiến,Wrangler AT Adventure với sợi kevlar có nhiều ưu điểm vượt trội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://adp.com.vn/san-pham/san-pham-khac/soi-kevlar-loai-tinh-chatquy-trinh-san-xuat-va-ung-dung/ [2] https://toptirereview.com/goodyear-wrangler-all-terrain-adventurewith-kevlar-vs-bfg-ko2/ [3] https://www.dupont.ca/en/knowledge/automotiveindustry.html#:~:text=Kevlar%C2%AE%20Engineered%20Elastomer %20provides,route%20to%20lower%20rolling%20resistance [4] https://honeywell-safety.vn/tin-tuc/soi-kevlar-la-gi 19