一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法与流程

1.本发明属于轮胎性能评价领域，尤其涉及一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法。


背景技术：

2.轮胎是固定在汽车轮辋上充入压缩空气的环形壳体，主要是由橡胶材料及骨架材料组成。胎面是轮胎与路面接触的最外一层橡胶层，用以保护胎体防止外来机械损伤及早期磨损，并向路面传递汽车的牵引力和制动力，通过胎面花纹增加外胎与路面的抓着力，吸收轮胎行驶时的震动，是最易磨损的部分。轮胎的耐磨性受到多种因素的影响，其中轮胎企业可以控制的因素主要包括轮胎设计、使用材料和制造工艺，而行驶的路面条件、轮胎的使用与管理、外部环境等主要是由使用者所控制的。在正常使用条件下，通过摩擦导致的轮胎磨损过程非常缓慢，但是当使用条件较差或超出指定范围时，轮胎的磨损会增加。
3.常见的轮胎摩擦主要有三种:滑动摩擦、滚动摩擦和润滑摩擦。其中，轮胎的滑动摩擦主要是轮胎与路面的粘附结点和轮胎自身的滞后损失引起的，实验室表征滑动摩擦一般采用din磨耗。发生滑动摩擦时，由于摩擦面上尖锐点的刮擦，使橡胶表面产生局部的应力集中，并被不断切割和扯断成微小颗粒，在磨损后的橡胶表面形成一条与滑动方向垂直的痕带，轮胎胎面在粗糙路面上速度不高时的磨耗以这种摩擦为主，这种摩擦叫磨粒磨耗。此外，轮胎磨耗还存在占磨损比较小的侵蚀磨耗、降解磨耗、卷曲磨耗和粘附磨耗等。
4.胎面材料配方在滑动摩擦中起到了关键作用，具体表现为生胶、炭黑及其他橡胶助剂的含量等的影响。然而，目前关于胎面材料滑动摩擦的研究仅停留在单一因素对胶料磨耗的影响，未对构成胎面的原材料进行多种因素的研究，未对各个因素进行关联研究，也未对各个因素在磨耗性能的贡献指数进行划分，这就导致无法发掘各个因素的内在关系，无法全面评价胎面胶料的磨耗性能，也无法预测出每种因素对胶料磨耗性能的影响。因此，构建全面评价胶料的磨耗性能的评价模型和方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中关于胎面材料滑动摩擦的研究仅停留在利用单因素表征磨耗性能，未对各个因素进行关联研究，也未对各个因素在磨耗性能的贡献指数进行划分，存在无法发掘各个因素的内在关系、无法全面评价胎面胶料的磨耗性能的技术问题，提出一种全面评价轮胎胶料磨耗性能的评价方法，通过单因素模型、拟合分析、归一化、等效法等建立指标预测模型，可以通过基础配方表的份数对物理磨耗性能进行预测，对于优化配方比例、提升配方改进效率具有重要的意义。
6.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法，包括以下步骤：
7.确定材料因素和指标：根据原材料与指标性能的关系，确定原材料因素和磨耗性能指标；
8.构建单因素模型：根据原材料因素是否存在相互作用关系，构建单因素模型；
9.确定标准值：在单因素模型中选定标准值，并校正数值的准确性；
10.计算因素贡献指数：对单因素模型计算因素贡献指数；
11.建立指标预测模型：根据各因素贡献指数和份数的关系建立预测模型，对轮胎胶料磨耗性能指标进行预测。
12.作为优选，确定材料因素和指标步骤中，原材料因素包括天然胶种类、炭黑种类和用量、硫化体系用量中的至少一种；磨耗指标性能包括阿克隆磨耗、din磨耗、兰伯恩磨耗、rtm磨耗中的一种。
13.作为优选，构建单因素模型步骤包括无相互作用单因素模型构建和有相互作用单因素模型构建。
14.作为优选，无相互作用单因素模型构建包括种类模型构建和数量模型构建，其中，种类模型构建时，固定单因素的数量，改变单因素的种类，其他原材料数量和种类保持不变；数量模型构建时，固定单因素的种类，改变单因素的数量，其他原材料种类和数量保持不变。
15.作为优选，确定标准值步骤中，标准值选择数量模型中最能代表模型指标的数值，并通过标准值出现在种类模型中进行数值准确性的校正。
16.作为优选，计算因素贡献指数步骤包括无相互作用因素贡献指数的计算、有相互作用因素贡献指数的计算和其他因素贡献指数的计算。
17.作为优选，无相互作用因素贡献指数的计算步骤中，通过数量模型利用拟合分析法求出单因素单因子的贡献指数，和/或通过种类模型引入标准值，利用不同种类的差值比较法对该因素不同种类的贡献指数进行计算。
18.作为优选，有相互作用因素贡献指数的计算步骤中，通过构建有相互作用单因素模型，计算得到两种因素每种份数的贡献指数。
19.作为优选，其他因素贡献指数的计算步骤中，当原材料因素对指标无贡献时，贡献指数设定为0；当配方体系中仅剩余一种因素时，通过引入标准值计算得到因素贡献指数；当配方体系中存在未知因素时，在未知因素的份数和指标中建立数量模型，利用数量模型的计算方法计算出未知因素的贡献指数。
20.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
21.(1)本发明轮胎胶料磨耗性能的评价方法通过在数量模型中引入标准值并通过标准值出现在种类模型中进行数值准确性的校正，在两种模型中建立联系，保证了评价方法的准确性。
22.(2)本发明轮胎胶料磨耗性能的评价方法用三种因素贡献模型(无相互作用、有相互作用和特殊贡献三种)对因素进行计算，考虑到不同因素之间的特殊性，提高了本评价方法的使用范围。
23.(3)本发明轮胎胶料磨耗性能的评价方法简单、便捷，所建立的指标预测模型通过研究因素和指标的关系，对轮胎胶料磨耗性能指标进行预判，对不同因素对性能指标的贡献程度有了明确认识，对开发高指标性能的配方起到借鉴作用。
具体实施方式
24.为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面将对本发明实施
例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然地，接下来所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明全部的实施例。在以下的技术描述中，为方便解释，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所请求保护的范围。
25.本发明实施例提供了一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法，包括以下步骤：
26.s1、确定材料因素和指标：原材料因素包括天然胶种类、炭黑种类和用量、硫化体系用量、补强剂类型等；磨耗指标性能包括阿克隆磨耗、din磨耗、兰伯恩磨耗、rtm磨耗等。根据原材料与指标性能的关系，所有与胶料有关的原材料因素均能按照本方法进行评估，且该模型指标也可根据研究的方向自行确定，不限于上述磨耗指标性能要求。
27.s2、构建单因素模型：根据原材料因素是否存在相互作用关系，构建单因素模型包括无相互作用单因素模型构建和有相互作用单因素模型构建。
28.其中，无相互作用单因素模型构建包括种类模型构建和数量模型构建。在进行种类模型构建时，固定单因素的数量，改变单因素的种类，其他原材料数量和种类保持不变；在进行数量模型构建时，固定单因素的种类，改变单因素的数量，其原材料他种类和数量保持不变。
29.有相互作用关系的单因素模型应用于两种单因素存在相互制约的关系时，例如硫化剂和促进剂二者的比例决定着硫化交联键的类型和比例，因此，二者的比例不能改变，但由于改变二者的含量对胶料的整体性能影响有变化，可以看做有相互制约关系的因素，在实际操作中，分别对上述两种单因素增加和降低百分比，根据指标的变化情况求得对应的指标模型。
30.s3、确定标准值：在单因素模型中选定标准值，并校正数值的准确性。其中，标准值一般选择数量模型中最能代表模型指标的数值，或为配方体系中应用范围比较广的数值，设定标准值后，该标准值应在种类模型中出现，以校正模型数值的准确性，并在两种模型中建立联系。
31.s4、计算因素贡献指数：对单因素模型计算因素贡献指数，因素贡献指数的计算包括无相互作用因素贡献指数的计算、有相互作用因素贡献指数的计算和其他因素贡献指数的计算。
32.s4.1、无相互作用因素贡献指数的计算：通过数量模型利用拟合分析法求出单因素单因子的贡献指数，和/或通过种类模型引入标准值，利用不同种类的差值比较法对该因素不同种类的贡献指数进行计算。由于种类模型和数量模型指标存在差异，根据数量模型指标对种类模型中相同条件下不同指标结果进行归一化处理，以降低系统误差，归一化处理要求指标误差
±
5％之间。
33.s4.2、有相互作用因素贡献指数的计算：通过构建有相互作用单因素模型，计算得到两种因素每种份数的贡献指数。具体的，先求出两种因素的份数总和，然后求出两种因素在总份数的百分含量，相对应的求出总份数中对应的指标，再根据百分含量关系，求出两种因素对应的指标关系，再根据两种单因素增加和降低百分比的情况，对两种因素的份数做平均化处理，求出每种份数的贡献指数。例如，硫化剂和促进剂要保证不改变硫化交联形式，需对二者进行计算，同时扩大二者或缩小二者的比例，这样就可以将硫化剂和促进剂看
成一个整体因素进行计算，二者平均化的数值即为每种份数的贡献值。
34.s4.3、其他因素贡献指数的计算：一般采用标准值等效计算。
35.s4.3.1、因素与指标无相互作用的贡献指数的计算：对指标的影响比较小，从理论上考虑，该因素对指标没有贡献的，可以将贡献指数设定为0。例如，活性剂在din磨耗的作用上，主要是通过硫化剂和促进剂的数量变化，起到活性剂或者催化剂的作用，其本身(如硬脂酸和氧化锌)对din磨耗指标的影响比较小，从理论上考虑，该因素对指标没有贡献，可以将贡献指数设定为0。
36.s4.3.2、配方体系中若仅剩余一种因素贡献指数的计算：通过引入标准值计算得到因素贡献指数，以减少试验数量和成本。
37.s4.3.3、配方体系中未知因素贡献指数的计算：在未知因素的份数和指标中建立数量模型，通过数量模型利用已知因素的单因素贡献指数计算出未知因素的单因素贡献指数。
38.s5、建立指标预测模型：
39.各因素均采用因素贡献指数和份数的关系进行预测模型建立，利用所得预测模型可以对轮胎胶料din磨耗性能指标进行初步预测。
40.由于指标预测模型的关系建立与构建数据有较强的相关性，需要确定好数据和因素的关系后才能建立，该预测模型仅在构建数据的数据体系中适用，但预测方法可以通用。
41.本发明指标预测模型通过建立标准值实现了不同模型的互通和转化，通过单因素贡献指数，对影响指标的因素进行了定量化，对于优化产品配方，发掘因素之间的关系建立了有效的评价思路；而且本评价方法简单，便捷，所建立的指标预测模型可以帮助研究人员进一步明确研究因素和指标的关系，对开发高性能胶料起到了很好的借鉴作用。
42.为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，下面将结合具体实施例进行描述。
43.实施例
44.s1、确定材料因素和指标
45.确定原材料因素为天然胶种类、炭黑种类和用量、硫磺种类、促进剂类型等，磨耗指标性能选择din磨耗。
46.s2、构建单因素模型
47.根据原材料因素与指标有无相互作用关系进行分类，其中，炭黑因素采用种类模型和数量模型构建，分别见表1和表2；硫化体系(硫磺和促进剂)贡献表详见表2；天然胶种类采用种类模型和标准值进行构建，详见表3。
48.表1炭黑因素种类模型贡献表
49.[0050][0051]
表2炭黑因素数量模型贡献表
[0052][0053]
表3硫化体系贡献表
[0054][0055]
表4天然胶胶种因素种类模型贡献表
[0056][0057]
s3、确定标准值
[0058]
根据标准值的要求，选定如下配方作为标准值：天然胶种str20 100份，炭黑n234 48份，氧化锌3.5份，硬脂酸2份，硫磺1.21份，促进剂1.86份。其中，炭黑因素种类模型中的
a4-l和炭黑因素数量模型中的a1-q，其作用就是标准值，用于在种类模型和数量模型之间建立关系。炭黑数量模型中a1-q的选择依据是根据炭黑n234在轮胎胎面配方中为常用类型，常用份数为40-55份，此处选定中间值48份。
[0059]
s4、胶料制备
[0060]
分别按照表1-4配方进行胶料的制备，制备方法包括以下步骤：
[0061]
(1)一段混炼：设置转子转速为80rpm，上顶栓压力为6.0mpa，依次加入胶种、补强体系(炭黑)进行混炼，得到一段母胶，将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
[0062]
其中，炼胶温度控制采用如下程序：设置温度85℃，混炼30秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；设置温度95℃，混炼60秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；设置温度105℃，混炼30秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；
[0063]
混炼工艺参数为：总混炼时间270s，排胶温度120℃；
[0064]
(2)二段混炼：将一段母胶和氧化锌、硬脂酸加入密炼机中进行混炼，得到二段母胶，将制备的二段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
[0065]
其中，炼胶温度控制采用如下程序：设置温度85℃，混炼30秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；设置温度95℃，混炼60秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；设置温度105℃，混炼30秒，升栓，停留3秒后，混炼60秒；
[0066]
混炼工艺参数为：总混炼时间270s，排胶温度110℃；
[0067]
(3)终炼：设置转子转速为45rpm，上顶栓压力为5mpa，将二段母胶、硫磺、促进剂ns加入密炼机中，在90℃进行混炼80秒，升栓，压栓，混炼至100℃排胶；
[0068]
用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4小时，装入指标样品的模具中，保持温度151℃，时间30min后，得到待测试的样品。
[0069]
s5、计算因素贡献指数
[0070]
s5.1、炭黑因素贡献指数的计算
[0071]
对表1和表2配方制得的胶料进行din磨耗测试，其中，测试方法采用旋转辊筒式磨耗机法，参考gb/t 9867硫化橡胶或热塑橡胶耐磨性能的测定。
[0072]
根据炭黑因素数量模型，以a1-q炭黑(n234)48份为参照标准值，分别计算a2-q、a3-q、a4-q的份数差值和din磨耗差值，具体结果见表5。以份数之差为横坐标，din磨耗之差为纵坐标，对其进行线性拟合，得到n234份数对din磨耗的贡献关系如下：y＝0.0701x，相关系数r2＝0.9963，该相关系数反应了炭黑(n234)份数与din磨耗之间的线性关系，其值越趋近于1，说明相关性越好，炭黑(n234)份数与din磨耗之间的关系越高；该方程的斜率可以看做每份炭黑(n234)份数对din磨耗贡献指数，即为0.0701。
[0073]
表5炭黑因素数量模型计算表
[0074][0075]
根据炭黑因素种类模型和表5，可以得到每份炭黑(n234)份数对din磨耗贡献指数为0.0701％，按照炭黑(n234)48份数计算，可以求出炭黑(n234)在din磨耗中的总贡献指数为3.36％。用标准值总din磨耗值，减去炭黑(n234)贡献指数，得到标准值din磨耗剩余贡献指数。然后用不同种类炭黑的din总磨耗减去din磨耗剩余贡献指数，得到每种炭黑din磨耗贡献指数。然后，用该值除以份数，即得到每种炭黑的din磨耗贡献指数。具体见表6。
[0076]
表6炭黑因素种类模型计算表
[0077][0078][0079]
s5.2、硫化体系贡献指数的计算
[0080]
在本实施例中将硫化剂和促进剂合并称为硫化体系。硫化剂和促进剂二者有相互作用的，保证硫化剂和促进剂的比例相同，来进行计算。先根据表3计算出硫化体系的总份数，然后计算硫化体系份数占比。根据硫化体系份数占比，求出硫化体系在din磨耗的占比，然后除以硫化体系总份数，即得每份硫化体系在din磨耗的贡献指数，然后对上述贡献指数进行平均化处理，即得硫化体系的贡献指数。具体见表7，其中，din磨耗计算依据是：根据表3硫化体系贡献表进行配比，制得胶料样品根据《gb/t 9867硫化橡胶或热塑橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)》进行测定得到。
[0081]
表7硫化体系贡献计算表
[0082][0083]
s5.3、胶种因素贡献指数的计算
[0084]
根据s5.1和s5.2的计算结果，计算出炭黑体系和硫化体系的din磨耗；然后根据活性剂对din磨耗不占贡献，计算出胶种的din磨耗；根据份数关系，计算得到每份胶种的贡献指数，具体见表8，其中，活性剂在din磨耗不占贡献，其din磨耗为0；硫化体系din磨耗计算依据为：根据表7中硫化体系总份数为3.07，每份贡献值为0.8，相乘即得2.456。
[0085]
表8天然胶胶种因素贡献指数计算表
[0086][0087][0088]
s6、建立din指标预测模型
[0089]
根据上述对配方体系中因素计算，得到了每份因素的贡献指数，建立指标预测模型，具体见表9。
[0090]
表9din指标预测模型表
[0091][0092]
通过建立上述din指标预测模型，可以有效利用各因素份数预先对din磨耗指标进行预判，可以缩短实验周期，加快了胶料的研发进度和效率，为开发胶料奠定了基础。
[0093]
最后应说明的是：本发明并不局限于上述所列举的实施方式，以上所述仅是本发明较佳可行的实施例而已，且以上所述实施方式仅用以说明本发明的技术方案，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、修饰、演变、改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围。

技术特征：
1.一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：确定材料因素和指标：根据原材料与指标性能的关系，确定原材料因素和磨耗性能指标；构建单因素模型：根据原材料因素是否存在相互作用关系，构建单因素模型；确定标准值：在单因素模型中选定标准值，并校正数值的准确性；计算因素贡献指数：对单因素模型计算因素贡献指数；建立指标预测模型：根据各因素贡献指数和份数的关系建立预测模型，对轮胎胶料磨耗性能指标进行预测。2.根据权利要求1所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，确定材料因素和指标步骤中，原材料因素包括天然胶种类、炭黑种类和用量、硫化体系用量中的至少一种；磨耗指标性能包括阿克隆磨耗、din磨耗、兰伯恩磨耗、rtm磨耗中的一种。3.根据权利要求1所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，构建单因素模型步骤包括无相互作用单因素模型构建和有相互作用单因素模型构建。4.根据权利要求3所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，无相互作用单因素模型构建包括种类模型构建和数量模型构建，其中，种类模型构建时，固定单因素的数量，改变单因素的种类，其他原材料数量和种类保持不变；数量模型构建时，固定单因素的种类，改变单因素的数量，其他原材料种类和数量保持不变。5.根据权利要求4所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，确定标准值步骤中，标准值选择数量模型中最能代表模型指标的数值，并通过标准值出现在种类模型中进行数值准确性的校正。6.根据权利要求4所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，计算因素贡献指数步骤包括无相互作用因素贡献指数的计算、有相互作用因素贡献指数的计算和其他因素贡献指数的计算。7.根据权利要求6所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，无相互作用因素贡献指数的计算步骤中，通过数量模型利用拟合分析法求出单因素单因子的贡献指数，和/或通过种类模型引入标准值，利用不同种类的差值比较法对该因素不同种类的贡献指数进行计算。8.根据权利要求6所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，有相互作用因素贡献指数的计算步骤中，通过构建有相互作用单因素模型，计算得到两种因素每种份数的贡献指数。9.根据权利要求6所述的轮胎胶料磨耗性能的评价方法，其特征在于，其他因素贡献指数的计算步骤中，当原材料因素对指标无贡献时，贡献指数设定为0；当配方体系中仅剩余一种因素时，通过引入标准值计算得到因素贡献指数；当配方体系中存在未知因素时，在未知因素的份数和指标中建立数量模型，利用数量模型的计算方法计算出未知因素的贡献指数。

技术总结
本发明提出一种轮胎胶料磨耗性能的评价方法，属于轮胎性能评价领域，能够解决现有评价方法不能对轮胎胶料磨耗性能各个因素进行关联研究，不能全面评价的问题。该轮胎胶料磨耗性能的评价方法包括以下步骤：确定材料因素和指标：根据原材料与指标性能的关系，确定原材料因素和磨耗性能指标；构建单因素模型：根据原材料因素是否存在相互作用关系，构建单因素模型；确定标准值：在单因素模型中选定标准值，并校正数值的准确性；计算因素贡献指数：对单因素模型计算因素贡献指数；建立指标预测模型：根据各因素贡献指数和份数的关系建立预测模型，对轮胎胶料磨耗性能指标进行预测。本发明能够应用于胎面胶料磨耗性能的全面评价。明能够应用于胎面胶料磨耗性能的全面评价。


技术研发人员：王鹏君 张进生 刘连波 王洋 张晨 高绪风 丛守清 刘恒武 韩奉进 刘立杰
受保护的技术使用者：青岛双星轮胎工业有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/19