Đây là lý do tại sao lốp xe hiện đại có màu đen

Công nghệ đã đi một chặng đường dài kể từ khi chiếc Ford Model T đầu tiên lăn bánh khỏi nhà máy trong năm 1908. Lốp xe hiện đại không chỉ khác biệt về kích thước, hợp chất, và tổng thể cấu trúc, mà chúng còn có một màu sắc khác nữa. Đó là bởi các lốp xe thời xưa đã có màu trắng, và chỉ đến thời Thế Chiến I, chúng mới chuyển sang màu đen.

“Lốp xe nguyên bản đã có một màu sáng hơn bởi vì màu tự nhiên của cao su,” một người đại diện của nhà sản xuất lốp xe Michelin cho biết. “Carbon đen đã được bổ sung vào hợp chất cao su trong năm 1917 và giúp tăng gấp 10 lần sức chống mòn lốp xe.”

Lốp xe thời xưa vốn có màu trắng sáng theo màu tự nhiên của cao su

Điều này được khẳng định bởi kỹ sư hóa học Jack Koenig, người nói trong cuốn sách “Spectroscopy of Polymers” của ông ấy rằng một lốp xe không có carbon đen sẽ chỉ tồn tại được “ít hơn 8.000 km.” So sánh với chuyện hầu hết lốp xe thời nay đều chạy khoảng 19.200 km – 24.000 km một năm, và tồn tại khoảng 3 hoặc 4 năm hoặc hơn nữa, bạn sẽ thấy con số 8.000 km thời xưa là thấp đến thế nào.

Người đại diện của Michelin nói tiếp rằng carbon đen đại diện khoảng 25% cho tới 30% của hợp chất cao su sử dụng trong lốp xe ngày nay, và bên cạnh việc khiến chúng chống mòn tốt hơn, chất liệu này còn mang tới cho lốp xe màu đen có tác dụng bảo vệ khỏi tia cực tím mà có thể gây nên rạn nứt, và nó cũng cải thiện độ bám và khả năng xử lý trên đường thông thường.

Carbon đen là gì?

Carbon đen là sản phẩm của hydrocarbon đã đi qua quá trình đốt cháy không hoàn toàn, và “khói” của nó đã được bắt lại làm các hạt đen mịn bao gồm hầu như hoàn toàn nguyên tố carbon.

Carbon đen là một yếu tố khiến lốp xe có màu đen và bền hơn hẳn trước đây

Nó đã được sản xuất theo nhiều phương pháp khác nhau theo năm tháng. Dựa theo nhà sản xuất carbon đen Orion Engineered Carbons, một trong những phương pháp cổ nhất liên quan tới chuyện cho một ngọn lửa từ đèn dầu tương tác lên bề mặt mát, và rồi sau đó cạo bột bồ hóng khỏi bề mặt đó. Thứ bột bồ hóng đó đã được gọi là muội đèn, và được sử dụng làm mực trong nhiều thế kỷ.

Nhưng trong những năm 1870, dựa theo cuốn sách Developments in Rubber Technology, Volume 1, một quá trình sản xuất carbon đen đột phá đã ra đời và được gọi là “channel process”. Về cơ bản, nó liên quan tới việc đốt khí tự nhiên trong những đường ống kim loại chữ H có nhiệt độ mát như nước, và thu thập carbon lắng lại. Quá trình mới này, và đặc biệt là các hạt carbon mịn hơn mà nó tạo ra, đã là một bước tiến quan trọng trong việc chế tạo lốp xe mạnh mẽ hơn trong ngành công nghiệp ô tô.

Nhưng quá trình này đã không thực sự có hiệu suất cao hay thân thiện môi trường, như bạn có thể thấy ở bức hình dưới đây. Những nhà xưởng sản xuất này có thể tạo nên đám khói đen xì đủ để thấy từ cách xa hàng km.

Hình ảnh các nhà xưởng sản xuất carbon đen theo "channel process"

Ngày nay, phương pháp thu thập carbon đen hàng đầu được gọi là “furnace process”, liên quan tới chuyện đưa nguyên liệu dầu nặng hoặc khí tự nhiên vào một lò đốt nơi khí ga hoặc không khí nóng trước được đốt cháy. Nhiệt độ cao của phản ứng này khiến nguyên liệu “nứt vỡ” và biến thành khói, và khói này được làm mát bởi nước và lọc ra thành những hạt carbon đen tí hon. Bột carbon đen mịn sau đó được đóng thành viên thông qua nước và một chất kết dính để dễ dàng xử lý và vận chuyển.

Phương pháp sản xuất carbon đen "furnace process" hiện đại

Bột carbon đen có bản chất cực kỳ mịn, và để nhìn thấy hình dạng thực sự của chất liệu nó sẽ cần sử dụng đến một kính hiển vi điện tử. Nó có dạng những hạt siêu nhỏ, thường chỉ cỡ 10 – 500 nanomet, hợp nhất với nhau thành nhiều hình dạng chuỗi khác nhau. Dựa theo nhà sản xuất carbon đen Birla Carbon, kích cỡ của các hạt, cũng như khả năng hợp nhất, và hình dáng tổng thể tạo nên các hiệu quả như khả năng chống thời tiết, độ dẫn điện, màu đen, sức căng, chịu mài mòn của cao su.

Một sự thiếu hụt nguồn cung trong Thế Chiến I đã có thể là lý do cho lốp xe màu đen như thế nào?

Lịch sử chuyện lốp xe có màu đen như thế nào là hết sức phức tạp và thú vị, nhưng cũng có sự thiếu rõ ràng. Dựa theo lời chia sẻ của Jack Seavitt, một người dẫn du lịch ở nhà máy Ford Piquette, lốp xe có thể chuyển sang màu đen bởi kết quả của một sự thiếu hụt đạn dược trong Thế Chiến I. Cho dù Seavitt cũng thừa nhận rằng anh ấy và các đồng nghiệp có những câu chuyện khác nhau về việc tại sao lốp xe có màu đen.

B.F. Goodrich là công ty đã đưa công nghệ sản xuất lốp xe với carbon đen trở nên phổ biến

Cụ thể, Seavitt nói rằng trong đầu những năm 1900, các nhà sản xuất lốp xe phát hiện ra rằng họ có thể bổ sung magiê oxit để gia tăng sức bền. “Nhưng magiê oxit đã cần trong ngành đạn dược trong thời gian Thế Chiến I. Vậy nên họ nói với ngành ô tô rằng: Các anh không thể sử dụng đồng thau nữa, và các anh cũng không thể sử dụng magiê oxit trong lốp xe nữa,” Seavitt kể. Vì lẽ đó mà các nhà sản xuất lốp đã phải tìm kiếm một thứ khác thay thế, và họ tìm thấy carbon đen.

Lốp xe của một chiếc Ferrari thời nay

Tuy nhiên nếu tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này, chúng ta sẽ phát hiện ra rằng carbon đen không phải được sử dụng để thay thế cho magiê oxit mà là kẽm oxit trong Thế Chiến I dựa theo một vài nguồn tài liệu khác như tạp chí Reinforced Plastics hay cuốn sách The World Rubber Industry. Nói cách khác không rõ Thế Chiến I đã có sức ảnh hưởng thế nào tới chuyện lốp xe trở thành màu đen, nhưng chắc chắn là chuyện đó đã xảy ra trong quãng thời gian này và carbon đen là để thay thế cho kẽm oxit, và lốp xe đã chuyển thành màu đen từ khi đó cho tới tận bây giờ.