CN115267148A - 胶料综合性能的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种胶料综合性能的评价方法，属于轮胎性能评价领域，能解决传统利用单值表征滚阻的方法存在准确性较差、无法兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能的技术问题。该评价方法包括：(1)胶料选取与分类：根据不同性能要求制备不同类型胶料并进行分类；(2)相关性方程建立：明确与单个性能相关的各项指标，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，得到相关性方程；(3)综合性指标权重系数评价：根据各项指标与单个性能之间的相关性强、弱或不相关关系，判定是否赋予权重系数，得到最终的相关性方程，将利用该相关性方程计算的结果与预设目标进行比对，评价胶料综合性能。本发明能应用于轮胎胶料性能评价方面。

Description

胶料综合性能的评价方法
技术领域
本发明属于轮胎性能评价领域，尤其涉及一种胶料综合性能的评价方法。
背景技术
新能源汽车不仅给人们的出行带来便利，而且能源消耗和大气环境污染大大降低。与传统燃油汽车相比，新能源汽车不再仅仅依靠内燃机动力输出作为汽车的动力来源，而是以电动机输出为主或者是其完全替代内燃机输出作为动力来源。因此，要求轮胎能够兼顾滚阻性能、抗湿滑性能和磨耗。目前，常规的性能测试方法是将三种性能分别测试，然后根据轮胎性能的需要对其加以取舍，但是这样很难兼顾三种性能，也很难发现不同性能之间的联系。
中国专利申请CN114409980A公开了一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物，其中，橡胶组合物在胶料中微观相分离为两相，表现为在橡胶组合物硫化后，滞后因子tanδ的温度扫描曲线有两个峰值，对应温度低的峰值的温度记做 T1，对应温度高的峰值的温度记做T2；所述T1与T2的关系需满足10℃＜T2-T1＜20℃，且T1和T2的峰值点分离不非常明显，其不改变轮胎滚阻性能的基础上，其耐磨性能有所提高。
虽然该专利在耐磨性能和滚阻性能有所提高，但其滚阻性能是以60℃下的损耗因子(tanδ值)表征硫化橡胶的滚动阻力，该表证方法未将硬度对滚阻的影响考虑进去，可能造成对滚阻性能的偏差。另外，该专利是根据滞后因子tanδ的温度对性能加以区分，未对湿滑性能进行研究，也未建立起各个性能之间的关系。可见，上述利用单值表征滚阻的方法存在准确性较差、无法兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能等的缺陷。
因此，如何研发一种准确性高、能够同时兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能的胶料综合性能的评价方法是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对传统的利用单值表征滚阻的方法存在准确性较差、无法兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能的技术问题，提出一种具有准确性高、能够同时兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能等特点的胶料综合性能评价方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
胶料综合性能的评价方法，用于评价轮胎胎面胶料性能，包括以下步骤：
胶料选取与分类：根据不同性能要求，制备几种不同类型胶料，并将其分为参比胶料和待评价胶料；
相关性方程建立：明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，得出单个性能项下各指标之间的相关性方程；
综合性指标权重系数评价：根据各项指标与单个性能之间的相关性强、弱或不相关关系，判定是否赋予权重系数，得到最终的相关性方程，将利用该方程计算得到的结果与预设目标进行比对后，评价胶料综合性能优劣。
在一实施方式中，在所述相关性方程建立步骤，具体为：
明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，将性能相关系数记为A，与之相关的各项指标记为a1、a2、an，根据各指标之间的相关性情况，得到单个性能项下各指标之间的相关性方程；其中，相关性方程的建立原则为：
当各指标之间为正强相关时，相关性方程中各指标以乘号表示；
当各指标之间为负强相关时，相关性方程中各指标以倒数表示；
当各指标之间为不相关或弱相关时，相关性方程中各指标以加号表示。
在一实施方式中，当指标之间相关时，相关系数越高表明相关性越高，当指标之间不相关时，相关系数越低表明相关性越高。
在一实施方式中，所述正强相关和负强相关时的相关系数≥0.9，不相关或弱相关时的相关系数≤0.3。
在一实施方式中，所述综合性指标权重系数评价步骤，具体为：
当单个性能项下的所有指标均不相关或弱相关时，其相关性方程用A＝a1+a2+an表示，赋予该方程权重系数，得到b1＝a1/A，b2＝a2/A，bn＝an/A，将b1、 b2、bn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求；
当单个性能项下的所有指标均强相关时，其相关性方程用A＝a1·a2·an表示，不赋予权重系数，A值越大，表明胶料性能越符合要求。
在一实施方式中，所述综合性指标权重系数评价步骤还包括：
当单个性能项下的所有指标同时存在不相关和强相关关系时，先将强相关的指标整合为一个指标，用C12＝a1·a2表示，再按照不相关或弱相关的情况赋予其权重系数，将an记为Cn，Dn表示赋予其的权重系数，得到D12＝C12/ (C12+Cn),Dn＝Cn/(C12+Cn)，将D12、Dn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求。
在一实施方式中，所述参比胶料可选择几种不同类型胶料中的任意一种，用于实现参数指标归一化，消除胶料配方中的系统误差。
在一实施方式中,所述综合性能包括抗湿滑性能、耐磨性能和滚阻性能。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提出的胶料综合性能的评价方法，该方法先将不同类型胶料进行分类后，利用归一法和皮尔逊双变量相关性分析出不同性能项下各指标之间的相关性，从而建立相关性方程，再根据各项指标与单个性能之间的相关性强、弱或不相关关系，判定是否赋予权重系数，得到综合性指标权重系数评价方程，最后，将利用综合性指标权重系数评价方程计算出的结果与预设目标比对后，评估胶料综合性能；
2、本发明提出的胶料综合性能的评价方法不仅可以解决用单值表征滚阻的准确性较差，而且同时兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能，在评价新能源轮胎性能优化和选择方面具有重要意义。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种胶料综合性能的评价方法，用于评价轮胎胎面胶料性能，包括以下步骤：
S1、胶料选取与分类：根据不同性能要求，制备几种不同类型胶料，并将其分为参比胶料和待评价胶料；
在上述S1步骤中，对于不同类型胶料的数量未做限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。此外，关于参比胶料的选取标准：参比胶料可选择几种不同类型胶料中的任意一种，其作用仅仅作为参比，通过与其相比，实现参数指标归一化，消除配方中系统误差。考虑到实际生产中的成本问题，本发明采用成本最低的胶料作为参比胶料，若不考虑成本问题，对参比胶料可以任意选择。
S2、相关性方程建立：明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，得出单个性能项下各指标之间的相关性方程。
在上述S2步骤中，本发明采用归一法的原因在于：该方法能够消除各个指标的系统外误差，归一化后将指标的影响因素降到最低；而皮尔逊变量相关性分析则是分析两组变量的线性关系的常用方法，可以通过该分析方法，快速构建相关性方程，且准确度高。
S3、综合性指标权重系数评价：根据各项指标与单个性能之间的相关性强、弱或不相关关系，判定是否赋予权重系数，得到最终的相关性方程，将利用该方程计算得到的结果与预设目标进行比对后，评价胶料综合性能优劣。
在一具体实施方式中，在所述相关性方程建立步骤，具体为：
明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，将性能相关系数记为A，与之相关的各项指标记为a1、a2、an，根据各指标之间的相关性情况，得到单个性能项下各指标之间的相关性方程；其中，相关性方程的建立原则为：
当各指标之间为正强相关时，相关性方程中各指标以乘号表示；
当各指标之间为负强相关时，相关性方程中各指标以倒数表示；
当各指标之间为不相关或弱相关时，相关性方程中各指标以加号表示。
在一具体实施方式中，当指标之间相关时，相关系数越高表明相关性越高，当指标之间不相关时，相关系数越低表明相关性越高。
在一具体实施方式中，所述正强相关和负强相关时的相关系数≥0.9，不相关或弱相关时的相关系数≤0.3。
在一具体实施方式中，所述综合性指标权重系数评价步骤，具体为：
当单个性能项下的所有指标均不相关或弱相关时，其相关性方程用 A＝a1+a2+an表示，赋予该方程权重系数，得到b1＝a1/A，b2＝a2/A，bn＝an/A，将b1、 b2、bn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求；
当单个性能项下的所有指标均强相关时，其相关性方程用A＝a1·a2·an表示，不赋予权重系数，A值越大，表明胶料性能越符合要求。
在一具体实施方式中，所述综合性指标权重系数评价步骤还包括：
当单个性能项下的所有指标同时存在不相关和强相关关系时，先将强相关的指标整合为一个指标，用C12＝a1·a2表示，再按照不相关或弱相关的情况赋予其权重系数，将an记为Cn，Dn表示赋予其的权重系数，得到D12＝C12/ (C12+Cn),Dn＝Cn/(C12+Cn)，将D12、Dn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求。
在一具体实施方式中，所述综合性能包括但不限于抗湿滑性能、耐磨性能和滚阻性能。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的胶料综合性能的评价方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
本实施例提供一种常见轮胎胶料的制备方法，具体如下：
(1)一段混炼：转子转速在60rpm，上顶栓压力6.0MPa，按照如下顺序进行添加：生胶体系、补强体系(炭黑或白炭黑和硅烷偶联剂)，控制温度在 85℃，混炼30s，升栓，停留3s后，混炼60s，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；
其中，混炼工艺参数：混炼时间210s,排胶温度为153℃；
(2)二段混炼：将一段母胶和硬脂酸、氧化锌、防老剂、树脂类混合物、软化剂加入密炼机中进行混炼30s，然后升栓,停留3s，混炼60s，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；
(3)终炼：转子转速45rpm，上顶栓压力5MPa，将二段母胶、硫磺和促进剂加入密炼机中，进行混炼80s，升栓，压栓，混炼40s，升栓，压栓，混炼至115℃排胶，用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4h，经过平板硫化机后，最终制备得到5种常见胎面胶，本实施例还对这5种胶料进行了性能测试，具体的测试方法及测试结果如下：
测试方法：胶料硬度测试按照GB/T531.1进行；胶料拉伸性能按照 GB/T528进行；胶料撕裂性能按照GB/T529进行；阿克隆磨耗按照GB/T1689 进行；DIN磨耗按照GB/T9867进行；DMA按照GB/T9870.1进行，压缩生热按照GBT1687.3进行。
表1胶料性能测试结果
Figure RE-GDA0003833583100000061
通过对上述5种胎面胶进行各项性能测试后可知，这5种胶料在门尼粘度、硬度、密度和硫化工艺时间等方面均符合正常胶料生产工艺，得到的胶料可进行工业化生产。
实施例2
本实施例提供一种胶料综合性能的评价方法，该评价方法所用的数据是实施例1测定的5种胎面胶性能测试数据(参见表1)，具体为：
(1)对表1所所示的性能测试数据进行进行归一化处理分析，所得数据如表2所示，其中，归一化处理方法如下：
归一化处理方法：抗湿滑指数a1的数值是2-5#胶料在DMA(tan delta, 0℃)的数值除以1#参比胶料DMA(tan delta,0℃)数值之比，指数a1无单位；同理，DMA滚阻指数a2-1是2-5#胶料在DMA(tan delta,60℃)的数值除以1#DMA(tan delta,60℃)数值之比的倒数；硬度指数a2-2则是2-5#胶料硬度的数值除以1#胶料硬度数值之比；滚阻指数a2是DMA滚阻指数a2-1和硬度指数a2-2的乘积；耐磨指数(DIN)a3-1则是2-5#胶料DIN磨耗指数的数值除以 1#胶料DIN磨耗指数胶料硬度数值之比；耐磨指数(阿克隆)a3-2则是2-5#胶料的阿克隆磨耗数值除以1#胶料阿克隆磨耗数值之比的倒数。
表2胶料指标归一化处理结果
Figure RE-GDA0003833583100000071
将各种胶料进行归一法处理后，将各个指标数值进行相关性分析，相关系数均采用函数CORREL对数组进行比较，具体相关系数见表3数据相关性分析矩阵图。
表3数据相关性分析矩阵图
指标 a<sub>1</sub> a<sub>2-1</sub> a<sub>2-2</sub> a<sub>2</sub> a<sub>3-1</sub> a<sub>3-2</sub>
a<sub>1</sub> 1.000 -0.977 -0.969 -0.982 0.086 0.131
a<sub>2-1</sub> -0.977 1.000 0.946 0.998 -0.200 -0.341
a<sub>2-2</sub> -0.969 0.946 1.000 0.964 -0.288 -0.137
a<sub>2</sub> -0.982 0.998 0.964 1.000 -0.226 -0.310
a<sub>3-1</sub> 0.086 -0.200 -0.288 -0.226 1.000 0.589
a<sub>3-2</sub> 0.131 -0.341 -0.137 -0.310 0.589 1.000
从表3所示数据可以看出，a2-1、a2-2、a2与a1的关系显示是负相关，相关系数分别为0.977,0.969和0.982，其a2与a1的相关性最高。根据相关性方程的建立原则和综合性能评价公式计算原则，故二者关系应为C12＝a1/a2。
磨耗指数可以用DIN磨耗、硬度表示，也可以用阿克隆磨耗、硬度和回弹进行表示。本实施例中采用DIN磨耗和硬度表征磨耗指数为例进行说明：
磨耗指数C3122的数值是a3-1和a2-2数值乘积，指数C3122无单位。计算C3122和C12之间的相关系数，结果显示二者无相关性，数值为0.009，二者不相关, 则可以用权重系数进行判定。本发明以D3122的权重系数进行判定，其中D3122＝C3122/ (C3122+C12)。根据综合指标权重系数评价方法进行计算，得到如下结果，见表4：
表4综合指标权重系数评价结果
Figure RE-GDA0003833583100000081
Figure RE-GDA0003833583100000091
根据综合指标权重系数评价方法，本发明使用C3122权重因子作为预设目标，并结合表1的测试结果，其胶料排名和预想结果相同。
综上，本发明所提供的评价方法不仅反应了滚阻、湿滑和磨耗三者之间的关系，而且考虑了性能的影响因素，使得该评价方法更加全面反应了胶料的综合性能。此外，该方法采用了归一法和皮尔逊双变量相关性分析减少了评价方法的误差，提高了评价方法的准确性，能够解决传统利用单值表征滚阻的方法存在准确性较差、无法兼顾滚阻、湿滑和磨耗性能的技术问题。

Claims (8)

1.胶料综合性能的评价方法，其特征在于，用于评价轮胎胎面胶料性能，包括以下步骤：
胶料选取与分类：根据不同性能要求，制备几种不同类型胶料，并将其分为参比胶料和待评价胶料；
相关性方程建立：明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，得出单个性能项下各指标之间的相关性方程；
综合性指标权重系数评价：根据各项指标与单个性能之间的相关性强、弱或不相关关系，判定是否赋予权重系数，得到最终的相关性方程，将利用该方程计算得到的结果与预设目标进行比对后，评价胶料综合性能优劣。
2.根据权利要求1所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，在所述相关性方程建立步骤，具体为：
明确与单个性能相关的各项指标后，利用归一法和皮尔逊变量相关性分析，将性能相关系数记为A，与之相关的各项指标记为a1、a2、an，根据各指标之间的相关性情况，得到单个性能项下各指标之间的相关性方程；其中，相关性方程的建立原则为：
当各指标之间为正强相关时，相关性方程中各指标以乘号表示；
当各指标之间为负强相关时，相关性方程中各指标以倒数表示；
当各指标之间为不相关或弱相关时，相关性方程中各指标以加号表示。
3.根据权利要求2所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，当指标之间相关时，相关系数越高表明相关性越高，当指标之间不相关时，相关系数越低表明相关性越高。
4.根据权利要求3所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，所述正强相关和负强相关时的相关系数≥0.9，不相关或弱相关时的相关系数≤0.3。
5.根据权利要求1所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，所述综合性指标权重系数评价步骤，具体为：
当单个性能项下的所有指标均不相关或弱相关时，其相关性方程用A＝a1+a2+an表示，赋予该方程权重系数，得到b1＝a1/A，b2＝a2/A，bn＝an/A，将b1、b2、bn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求；
当单个性能项下的所有指标均强相关时，其相关性方程用A＝a1·a2·an表示，不赋予权重系数，A值越大，表明胶料性能越符合要求。
6.根据权利要求5所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，所述综合性指标权重系数评价步骤还包括：
当单个性能项下的所有指标同时存在不相关和强相关关系时，先将强相关的指标整合为一个指标，用C12＝a1·a2表示，再按照不相关或弱相关的情况赋予其权重系数，将an记为Cn，Dn表示赋予其的权重系数，得到D12＝C12/(C12+Cn),Dn＝Cn/(C12+Cn)，将D12、Dn与预设目标进行比较，差值越小，表明胶料性能越符合要求。
7.根据权利要求1所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，所述参比胶料可选择几种不同类型胶料中的任意一种，用于实现参数指标归一化，消除胶料配方中的系统误差。
8.根据权利要求1所述的胶料综合性能的评价方法，其特征在于，所述综合性能包括抗湿滑性能、耐磨性能和滚阻性能。
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