Bên
cạnh việc sử dụng các vật liệu vô cơ như các sợi thủy tinh, sợi thép để gia cường
cao su, các loại sợi dệt ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bài viết này sẽ giới
thiệu những tính chất vật lý cơ bản của các loại sợi dệt thông dụng.
Rõ
ràng so với các sợi vô cơ, các loại sợi dệt có khối lượng riêng thấp hơn nhiều,
nằm trong khoảng từ 1.0 tới 1.5 g/cm3, trong khi thủy tinh là 2.5 và
thép là 7.85. Khi xét đến độ bền kéo, ngoại trừ sợi aramid, các sợi hữu cơ khác
đều yếu hơn so với thủy tinh và thép.
Sợi cotton có độ
bền thấp nhất và độ xốp tương đối cao (do độ giãn dài cao ở ứng suất thấp). Do
độ bền thấp nên ngày nay, phần lớn sợi cotton được thay thế bằng sợi tổng hợp bền
hơn. Tuy nhiên, nó vẫn còn được sử dụng kết hợp với các sợi tổng hợp trong những
ứng dụng kết dính, đặc biệt là trường hợp polyvinyl clorua. Trong những ứng dụng
này, độ bền do sợi tổng hợp đóng góp, trong khi đó sợi cotton tạo nên độ xốp và
tăng tính kết dính của sợi với cao su. So với sợi cotton, tơ nhân tạo có độ bền
và mô-đun đàn hồi cao hơn, tuy nhiên hạn chế lớn nhất của nó là tính nhạy ẩm
khá cao. Vì vậy, trong những ứng dụng mà các sợi không được bao phủ hoàn toàn, ẩm
có thể đi trực tiếp vào tơ nhân tạo và làm giảm độ bền của nó. Tơ nhân tạo thấm
ướt tốt hơn sợi cotton do các sáp tự nhiên trong sợi cotton có khuynh hướng
ngăn cản quá trình thấm ướt.
Ta tiếp tục xem xét đến các sợi tổng hợp, đầu
tiên là sợi nylon. So với các sợi có nguồn gốc từ cellulose (sợi cotton, tơ
nhân tạo), sợi nylon có độ bền và độ giãn dài cao hơn nhiều. Nó có tính kháng
va đập, kháng kéo xé tốt. Ta cũng cần chú ý đến tính co rút của nó khi nhiệt độ
tăng cao trong quá trình gia công và thiết kế. Đối với sợi polyester, độ bền và
độ giãn dài tương tự như sợi nylon nhưng mô-đun đàn hồi cao hơn. Hai hạn chế
chính của sợi polyester là tính trơ về mặt hóa học, nên khó kết dính với cao su
so với sợi nhân tạo hoặc nylon và tính co rút nhiệt của nó cao, cao hơn cả sợi
nylon. Còn đối với sợi aramid, những tính chất của nó giống với vật liệu vô cơ
hơn là sợi dệt, cụ thể độ bền kéo của nó tương tự độ bền kéo của thủy tinh và thép,
mô-đun đàn hồi cũng rất cao dẫn đến độ giãn dài thấp. Đây là một hạn chế của sợi
aramid, đặc biệt trong những ứng dụng đòi hỏi nhiều lớp sợi và chúng bị uốn
cong. Lớp sợi bên ngoài có độ giãn dài thấp không thể hình thành đường cong như
mong muốn, từ đó tạo nên ứng suất bên trong các sợi và dẫn đến việc các sợi
aramid bị hư hỏng sớm.
Tham khảo tắt từ tài liệu The Application of
Textiles in Rubber, David B. Wootton, iSmithers Rapra Publishing, 2001,
trang 36 – 40
(vtp-vlab-caosuviet)
