Lốp xe màu đen vì trong cao su có trộn một lượng lớn muội than, tiếng Anh là carbon black, một loại bột carbon cực mịn. Muội than không chỉ để tạo màu: nó làm lốp chịu mài mòn tốt hơn nhiều lần, chống tia cực tím và ozone làm nứt cao su, và giúp toả nhiệt khi lốp lăn liên tục trên đường.
Mủ cao su chảy ra từ cây có màu trắng sữa, và những chiếc lốp đầu tiên cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 cũng có màu sáng, trắng ngà hoặc xám. Chúng mòn rất nhanh. Bài này kể lại vì sao lốp chuyển sang màu đen, muội than làm việc thế nào bên trong cao su, lốp có những thành phần gì, và vì sao lốp màu sắc chỉ gặp ở xe đạp hay đồ chơi.
Từ mủ trắng đến lốp đen: lốp xe thời đầu sáng màu
Mủ cao su thiên nhiên được lấy bằng cách cạo một đường xoắn trên vỏ cây cao su, để dòng nhựa trắng như sữa chảy vào chén hứng. Ở Việt Nam, hình ảnh người công nhân cạo mủ lúc sáng sớm quen thuộc ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Mủ được làm đông, cán, sấy thành tấm hoặc khối, có màu từ trắng ngà đến vàng nâu.
Cao su thô có nhược điểm lớn: nóng thì dính, lạnh thì cứng giòn. Giữa thế kỷ 19, người ta tìm ra cách lưu hoá, tức đun nóng cao su với lưu huỳnh để tạo các liên kết giữa những chuỗi phân tử, biến cao su thành vật liệu đàn hồi, bền với nhiệt độ. Lốp hơi cho xe đạp và ô tô phát triển trên nền tảng này từ cuối thế kỷ 19.
Những chiếc lốp đầu thế kỷ 20 thường có màu trắng hoặc xám nhạt, một phần vì trong hỗn hợp có kẽm oxit, chất trắng dùng để hỗ trợ quá trình lưu hoá và làm chất độn. Các tài liệu lịch sử ngành lốp ghi nhận những chiếc lốp này chỉ chạy được quãng đường ngắn trước khi mòn hoặc hỏng, ngắn hơn rất nhiều so với lốp ngày nay. Với đường sá thời đó, thủng và thay lốp là chuyện thường ngày của người lái xe. Nhiều chiếc xe đời đầu chở theo hai, ba lốp dự phòng, và việc tự vá lốp bên vệ đường được coi là kỹ năng bắt buộc của người cầm lái.
Muội than vào cuộc: vì sao chất độn đen làm lốp bền hơn
Khoảng đầu thập niên 1910, các nhà sản xuất lốp ở Mỹ và châu Âu bắt đầu trộn muội than vào cao su và nhận ra lốp bền hơn hẳn. Muội than là bột carbon được tạo ra bằng cách đốt không hoàn toàn dầu nặng hoặc khí trong điều kiện kiểm soát, cho ra những hạt cực nhỏ, kích thước tính bằng phần triệu milimét, kết thành chùm.
Khác với chất độn thông thường chỉ làm "đầy" vật liệu cho rẻ, muội than là chất độn gia cường. Bề mặt hạt muội than rất lớn so với khối lượng, và các chuỗi phân tử cao su bám chặt lên bề mặt đó. Mạng lưới hạt và chuỗi cao su này phân tán lực khi lốp bị kéo, nén, cọ xát với mặt đường, nên vật liệu chịu xé và chịu mài mòn tốt hơn nhiều. Các tài liệu kỹ thuật thường mô tả lốp có muội than bền hơn lốp không có muội than nhiều lần.
Từ những năm 1920 trở đi, lốp đen dần trở thành chuẩn. Màu đen không phải là mục tiêu được chọn từ đầu, mà là hệ quả của việc dùng một chất độn tình cờ có màu đen. Nếu chất độn tốt nhất hồi đó có màu trắng, rất có thể lốp xe ngày nay đã có màu trắng. Câu chuyện này khá giống nhiều đồ vật khác: hình dạng hay màu sắc ta coi là "đương nhiên" thực ra là dấu vết của một giải pháp kỹ thuật được chọn vì lý do hoàn toàn khác, rồi trở thành thói quen nhìn của cả xã hội.
Muội than còn làm được những gì cho lốp
Ngoài việc chống mài mòn, muội than mang lại một loạt lợi ích khác mà các kỹ sư lốp tận dụng:
- Chống tia cực tím. Ánh nắng, nhất là tia cực tím, phá vỡ các chuỗi phân tử cao su, làm lốp chai cứng và nứt chân chim. Muội than hấp thụ tia cực tím, che chắn cho cao su bên trong. Đây là lý do lốp để ngoài nắng nhiều năm vẫn giữ được hình dạng, dù vẫn lão hoá dần.
- Chống ozone. Ozone trong không khí, nhất là ở đô thị, tấn công liên kết đôi trong cao su gây nứt. Muội than cùng các chất chống oxy hoá giúp làm chậm quá trình này.
- Dẫn nhiệt. Khi lăn, lốp bị nén và giãn liên tục, sinh nhiệt. Muội than giúp truyền nhiệt ra ngoài nhanh hơn, giảm nguy cơ quá nhiệt làm lốp hỏng.
- Dẫn điện nhẹ. Cao su nguyên chất cách điện, có thể tích tĩnh điện khi xe chạy. Muội than giúp lốp dẫn điện một phần, xả tĩnh điện xuống đất.
- Che vết bẩn. Một lợi ích phụ: lốp đen ít lộ vết dầu, bùn và bụi đường hơn lốp sáng màu.
Tất cả những lợi ích này giải thích vì sao, dù công nghệ lốp đã thay đổi rất nhiều trong hơn trăm năm, muội than vẫn là thành phần không thể thiếu.
Lốp xe gồm những gì
Một chiếc lốp ô tô hiện đại không chỉ là cao su. Tỷ lệ cụ thể khác nhau theo hãng, loại lốp và vị trí trong lốp (gai, hông, lớp trong), nên bảng dưới chỉ nêu các nhóm thành phần chính và vai trò:
| Thành phần | Vai trò |
|---|---|
| Cao su thiên nhiên | Đàn hồi tốt, chịu xé, sinh ít nhiệt; dùng nhiều ở lốp xe tải và lớp thân lốp |
| Cao su tổng hợp (như SBR, BR) | Điều chỉnh độ bám, độ bền mài mòn, chịu nhiệt; làm từ dầu mỏ |
| Muội than | Gia cường, chống mài mòn, chống tia cực tím, tạo màu đen |
| Silica (bột silic điôxit) | Chất độn màu trắng, giúp giảm lực cản lăn và tăng bám đường ướt |
| Sợi thép, sợi vải | Khung xương giữ hình dạng lốp, chịu tải và áp suất hơi |
| Lưu huỳnh, kẽm oxit, chất xúc tiến | Phục vụ quá trình lưu hoá tạo liên kết trong cao su |
| Dầu, chất chống oxy hoá, chất chống ozone | Làm mềm hỗn hợp, chống lão hoá |
Từ những năm 1990, nhiều hãng lốp chuyển một phần muội than sang silica để làm lốp tiết kiệm nhiên liệu, gọi chung là lốp "xanh" vì giảm lực cản lăn. Dù silica màu trắng, lốp vẫn đen vì vẫn còn muội than trong hỗn hợp, chủ yếu để chống tia cực tím và giữ độ bền.
Lốp viền trắng và lốp màu: vì sao hiếm gặp
Những thập niên 1930 đến 1960, ô tô sang trọng ở Mỹ hay dùng lốp viền trắng: phần hông lốp có một dải cao su trắng không trộn muội than, phần gai tiếp xúc mặt đường vẫn đen. Dải trắng chỉ để trang trí, và nó cần được giữ sạch cẩn thận vì dễ ố vàng. Ngày nay lốp viền trắng chủ yếu còn trên xe cổ, xe sưu tầm và một số xe phong cách hoài cổ.
Lốp màu đỏ, xanh, vàng vẫn tồn tại, chủ yếu ở xe đạp, xe đồ chơi trẻ em, xe đua mô hình và một số sản phẩm quảng bá. Để có màu, nhà sản xuất phải giảm hoặc bỏ muội than và thay bằng silica cùng chất tạo màu, chất chống tia cực tím khác. Lốp màu vì thế thường đắt hơn, mau phai và mòn nhanh hơn nếu dùng cường độ cao. Với xe đạp đi trong thành phố, đây là sự đánh đổi chấp nhận được; với ô tô và xe máy chở nặng, chạy nhanh thì không.
Một số giải đua xe dùng vạch màu trên hông lốp để phân biệt loại lốp mềm, trung bình, cứng. Đó là sơn hoặc dải màu nhỏ, còn phần cao su chịu lực vẫn đen. Màu sắc trên lốp, khi có, gần như luôn chỉ là lớp trang trí bên ngoài một chiếc lốp đen.
Hiểu nhầm hay gặp và một mặt trái ít người nghĩ tới
"Lốp đen vì cao su bị nhuộm cho đẹp." Không đúng. Màu đen là hệ quả của chất độn gia cường, không phải thuốc nhuộm. Nếu bỏ muội than, lốp sẽ mất phần lớn độ bền.
"Lốp càng đen bóng càng mới, càng tốt." Không chắc. Độ bóng có thể do dung dịch đánh bóng lốp. Tình trạng lốp nên đánh giá bằng độ sâu gai, vết nứt, phồng rộp và ngày sản xuất in trên hông lốp. Khi nghi ngờ, nên nhờ thợ kiểm tra, vì lốp là bộ phận an toàn quan trọng.
"Cao su thiên nhiên đã bị thay hết bằng cao su tổng hợp." Không. Cao su thiên nhiên vẫn là thành phần chính trong nhiều loại lốp, đặc biệt là lốp xe tải, xe buýt và lốp máy bay, vì có những tính chất cao su tổng hợp chưa thay được hoàn toàn. Việt Nam nằm trong nhóm các nước sản xuất cao su thiên nhiên lớn trên thế giới, và ngành lốp là khách hàng lớn nhất của mủ cao su.
Mặt trái ít người nghĩ tới là bụi lốp: mỗi lần xe lăn bánh, lốp mòn đi một chút, để lại những hạt cao su và muội than li ti trên đường. Các nghiên cứu môi trường những năm gần đây xếp bụi lốp vào nhóm nguồn vi nhựa đáng kể trong nước mưa chảy tràn và trong không khí đô thị. Hiện các nhà khoa học vẫn đang đo đạc mức độ ảnh hưởng, và ngành lốp đang tìm cách giảm mài mòn mà không làm giảm độ bám đường.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao săm xe đạp cũng màu đen?
Săm xe chủ yếu làm từ cao su butyl giữ hơi tốt, và cũng được trộn muội than để chống lão hoá, tăng độ bền. Có săm màu khác, nhưng ít phổ biến vì đắt hơn và nhanh lão hoá hơn khi để ngoài nắng.
Lốp để lâu không dùng có bị hỏng không?
Có. Dù không chạy, cao su vẫn lão hoá do oxy, ozone, nhiệt và ánh sáng, sinh ra vết nứt nhỏ và cứng dần. Nên cất lốp ở nơi khô, mát, tránh nắng, và kiểm tra kỹ lốp cũ trước khi dùng lại.
Đọc ngày sản xuất lốp ở đâu?
Trên hông lốp thường có một dãy ký hiệu kết thúc bằng bốn chữ số, trong đó hai số đầu là tuần và hai số sau là năm sản xuất. Ví dụ bốn chữ số 2523 nghĩa là tuần thứ 25 của năm 2023. Cách ghi có thể khác đôi chút tuỳ thị trường.
Muội than có độc không?
Muội than trong lốp được liên kết chặt với cao su nên không gây hại khi tiếp xúc bình thường. Công nhân làm việc với bột muội than khô ở nhà máy cần đồ bảo hộ vì bụi mịn có thể ảnh hưởng đường hô hấp nếu hít phải lâu dài. Người dùng xe không cần lo về điều này.
Lốp cũ được tái chế thành gì?
Lốp cũ có thể được nghiền thành hạt cao su để làm sân chơi, sân thể thao, gạch lát, vật liệu trộn nhựa đường, hoặc dùng làm nhiên liệu ở một số nhà máy xi măng. Việc thu gom và xử lý lốp cũ phải theo quy định môi trường tại từng địa phương.