Trong nhà máy, lốp xe bán thành phẩm được tạo ra bằng cách lắp ráp cao su, dây thép và vải bạt được gọi là lốp thô. Các phân tử cao su bên trong loại lốp này được phân tán riêng lẻ, không liên kết hay gắn kết với nhau, khiến nó mềm khi chạm vào và thiếu độ đàn hồi.
Quá trình lưu hóa là việc đưa lốp xe thô vào khuôn, điều chỉnh nhiệt độ và áp suất, sau đó thêm các chất phụ gia lưu huỳnh để liên kết các phân tử cao su thành một mạng lưới, dẫn đến một phản ứng hóa học không thể khử được nữa.
Lấy việc nấu nướng làm ví dụ, mọi người sẽ dễ hiểu hơn nếu so sánh việc sinh con với việc lưu hóa, nó giống như một khối bột chưa chín, mềm và dễ nhào nặn vài lần trước khi biến dạng. Quá trình lưu hóa cũng giống như hấp bánh bao trong nồi. Sau khi được định hình ở nhiệt độ cao, cấu trúc sẽ hoàn toàn cố định. Nhưng giữa hai quá trình này có một sự khác biệt lớn. Hấp bánh bao chỉ là quá trình chín vật lý, còn lưu hóa là một phản ứng hóa học rắn. Sau khi định hình, nó không thể trở lại trạng thái cao su mềm ban đầu.
Nhiều người có thể thắc mắc, liệu cao su thô có thể được dùng trực tiếp để làm lốp xe không? Hoàn toàn không thể. Cao su chưa qua xử lý có độ đàn hồi kém và sẽ bị biến dạng vĩnh viễn sau khi chịu tải. Nó sẽ mềm đi và tách lớp khi bị nung nóng ở tốc độ cao, dễ bị rách khi gặp đá hoặc vật sắc nhọn trên mặt đường, và bị lão hóa và trở nên dính sau khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong một thời gian. Nó hoàn toàn không đáp ứng các điều kiện an toàn để lái xe trên đường. Và lưu huỳnh đóng vai trò như một chất kết dính ở đây. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, các hạt lưu huỳnh hoạt động như những chiếc khóa nhỏ, gắn chặt các chuỗi phân tử cao su phân tán lại với nhau và dệt chúng thành một mạng lưới ổn định.
Quy trình lưu hóa hoàn chỉnh không phức tạp, nhưng các thông số của mỗi bước không thể điều chỉnh một cách tùy tiện. Đầu tiên, công nhân đặt lốp thô đã được ghép nối và lắp ráp cùng với lớp hoa văn gai vào khuôn kim loại. Thành trong của khuôn được khắc toàn bộ hoa văn của lốp thành phẩm, và việc tạo hình hoàn toàn phụ thuộc vào đó. Sau đó, một viên nang được đưa vào bên trong lốp, và một môi chất có nhiệt độ và áp suất cao được đưa vào để đỡ lốp thô từ trong ra ngoài. Khuôn bên ngoài đồng thời làm nóng và tạo áp suất để làm cho lốp thô bám chặt vào thành trong của khuôn, nhờ đó hoa văn có thể được in rõ ràng và hoàn chỉnh trên bề mặt lốp.
Trong ngành công nghiệp có câu nói rằng ba yếu tố của quá trình lưu hóa - nhiệt độ, áp suất và thời gian - hầu như đều tạo ra sản phẩm lỗi. Nhiệt độ lưu hóa của lốp xe ô tô thông thường được duy trì ở mức 140 đến 180 độ C, và áp suất được điều chỉnh theo kích thước lốp. Áp suất của lốp xe ô tô con nhỏ tương đối thấp, còn áp suất của lốp xe tải hạng nặng sẽ tăng lên đáng kể. Thời gian lưu hóa dao động từ mười đến bốn mươi phút.
Ở đây có hai loại tình trạng tồn dư, thường được gọi là thiếu lưu huỳnh và thừa lưu huỳnh trong ngành công nghiệp. Thời gian gia nhiệt ngắn, nhiệt độ không đủ, và phản ứng liên kết ngang không diễn ra hoàn toàn, là do thiếu lưu huỳnh. Lốp xe thường mềm, có khả năng chống mài mòn cực kỳ kém. Sau khi chạy hàng nghìn km, hoa văn bị mòn phẳng và dễ bị phồng rộp và bong tróc; Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao hoặc gia nhiệt quá lâu, sẽ dẫn đến hiện tượng quá lưu huỳnh. Các chuỗi phân tử cao su sẽ bị hư hại do nhiệt độ cao, khiến lốp xe trở nên cứng và giòn, thậm chí những va chạm nhẹ cũng có thể khiến chúng bị nứt. Cả hai loại sản phẩm lỗi này đều không thể đưa ra thị trường.
Sau khi hết thời gian, thiết bị tự động xả áp suất và làm nguội. Khuôn được mở ra, và một chiếc lốp thành phẩm với hoa văn rõ nét và độ cứng vừa phải được lấy ra khỏi lò. So với những chiếc lốp thô mềm và dễ xẹp trước đây, hiệu suất của lốp mới khác biệt rất nhiều. Nó có thể giảm xóc tốt khi đi trên đường gồ ghề, có độ đàn hồi đủ, và có thể chịu được trọng lượng của xe. Nó có khả năng chống mài mòn và chống nắng, và hiệu suất của nó sẽ không bị suy giảm đáng kể khi lái xe trong điều kiện trời mưa và nhiệt độ cao.
Quá trình lưu hóa cũng đóng một vai trò quan trọng nhưng thường bị bỏ qua: độ bám dính. Lốp xe không được tạo thành từ một khối cao su duy nhất. Thành lốp, gai lốp, lớp bố thép và lớp cao su kín khí bên trong đều được xử lý riêng biệt và liên kết với nhau. Ở giai đoạn lốp thô, chúng chỉ được liên kết đơn giản với nhau, và các khe hở dễ dàng bị tách ra. Sau quá trình liên kết ngang bằng lưu hóa, các phân tử của các vật liệu cao su khác nhau kết hợp với nhau, và tất cả các thành phần được kết hợp chắc chắn thành một thể thống nhất. Việc lái xe lâu dài sẽ không gây ra các lỗi nguy hiểm như tách lớp và bong tróc cao su.
Nhiều người đã nghe nói về phương pháp sửa chữa bằng lưu hóa khi sửa lốp, và nguyên lý tương tự như phương pháp lưu hóa lốp tại nhà máy. Việc sử dụng dải cao su và vá nguội chỉ có thể tạm thời bịt kín điểm rò rỉ khí. Nếu vùng hư hỏng lớn và dai, cần phải sử dụng phương pháp lưu hóa nóng. Bằng cách làm nóng miếng vá lốp và thân lốp ban đầu, độ kín và độ chắc chắn sẽ mạnh hơn nhiều so với các miếng vá lốp thông thường. Tuy nhiên, những hư hỏng như rách thành lốp và thủng trực tiếp vai lốp, ngay cả khi được sửa chữa bằng phương pháp lưu hóa nóng, cũng không phù hợp cho việc lái xe tốc độ cao.
Trước đây, các máy lưu hóa cũ hoàn toàn dựa vào sự giám sát của con người, nhiệt độ và thời gian được quyết định bằng tay của các kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm. Chất lượng lốp xe sản xuất từ cùng một lô rất khác nhau, và tốc độ giao hàng cũng chậm. Hiện nay, nhà máy về cơ bản đã có các dây chuyền lưu hóa hoàn toàn tự động, với việc điều khiển thời gian thực ba thông số cốt lõi bằng máy tính. Dữ liệu lưu hóa của mỗi lốp xe đều được lưu trữ, và tỷ lệ lỗi đã giảm đáng kể. Ngoài ra, còn có các quy trình mới như lưu hóa ở nhiệt độ thấp và lưu hóa bằng vi sóng, có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và tạo ra lốp xe có lực cản lăn thấp hơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu và bền hơn.
Không chỉ lốp xe ô tô, mà phần lớn các sản phẩm cao su trong cuộc sống hàng ngày đều không thể thiếu quá trình lưu hóa. Không chỉ lốp xe ô tô, mà cả đế giày thể thao, ống cao su, gioăng cửa và ruột xe đạp mà chúng ta sử dụng đều cần được lưu hóa. Cao su thô chưa qua xử lý đặc biệt mềm và dễ bị biến dạng khi bị ép, vì vậy nó sẽ không bền lâu.
Nói một cách đơn giản, lưu hóa là quá trình tạo hình và gia cường lốp xe. Trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao, các phân tử cao su kết hợp với nhau, và cao su thô ban đầu mềm và dễ bị xẹp có thể trở nên bền chắc và đàn hồi, đồng thời cấu trúc tổng thể cũng cứng cáp hơn.
Quá trình này có vẻ không đáng kể, nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của lốp xe và là chìa khóa cho sự an toàn khi lái xe. Lần tới khi bạn lái xe, hãy nhìn xuống lốp xe trên vành bánh và bạn sẽ biết rằng có một bước xử lý quan trọng như vậy đằng sau vòng cao su nhỏ bé này.
