CN102884111B

CN102884111B - 橡胶配方的填充剂混合

Info

Publication number: CN102884111B
Application number: CN200980162681.9A
Authority: CN
Inventors: 杨晓峰
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: US20120232216A1; RU2504559C1; EP2507302A4; CN102884111A; BR112012013471A2; WO2011068511A1; EP2507302A1

Abstract

本发明提供了使用橡胶配方希望的目标负荷值和目标固有性质，混合2种或更多种填充剂，以建立具有希望的固有性质的混合物——即可以建立效仿单一填充剂体系的希望的固有性质的混合物。在另一个示例性的方面，获知填充剂的各个负荷以及所述混合物的负荷和它的固有性质所希望的目标值以后，可以计算出将用于建立所述混合物的至少一种未知填充剂的各个固有性质。然后通过对比计算的固有性质与已知填充剂的固有性质，可以鉴别出未知的填充剂。所述方法例如允许生产商混合多种合适的填充剂，同时维持比多种橡胶配方所需的填充剂库存更有限的填充剂库存。

Description

橡胶配方的填充剂混合

技术领域

本发明涉及橡胶配方的填充剂混合方法。更具体地，本发明提供了一种组合2种或更多种填充剂（例如，碳黑）从而提供具有用于产生橡胶配方希望的固有性质的混合物的方法。

背景技术

在许多橡胶配方中，使用具有特定固有性质的填充剂来改变聚合物或弹性体的性能，诸如增加它们的模量、改善磨损、改变导电率和其它希望的改变。用于橡胶配方的可商业得到的增强型填充剂可以包括：碳黑、二氧化硅、硅酸铝、氧化钛、沸石、粘土和其它组分。要求这些填充剂具有某些固有性质，例如，表面积、孔隙率、表面活性和结构，所述固有性质对于建立具有希望的粘弹性性能（用于例如轮胎中）的橡胶配方而言是至关重要的。

在可得的填充剂中，碳黑是在橡胶制品中最广泛使用的填充剂。碳黑从有机物质的部分燃烧或热分解生成。它基本上是元素碳，具有许多用途，包括墨水、颜料、塑料和其它。碳黑的主要用途是与弹性体相组合，以用于生产轮胎。在这样的情况下，碳黑充当填充剂，所述填充剂有利地改变橡胶的机械和传导性质，以提供更适合轮胎使用的配方，同时也提供根据历史的方法比橡胶更廉价的原料。为了本说明书的目的，“碳黑”、“增强型碳黑”、“填充剂”和“增强型填充剂”在本文中可互换地使用，应当理解为，这些表示将为橡胶配方提供目标固有性质的颗粒填充剂。

在橡胶配方中的填充剂的增强性能非常依赖于使用的特定填充剂的固有性质。例如，碳黑填充剂在粒度、粒度分布、表面活性、表面积、结构、pH值和其它限定碳黑的生理化学性质的性质方面可以存在差异。ASTM D 1765-01提供了在橡胶产品中使用的碳黑的标准分类法(Standard Classification of CarbonBlacks Used in Rubber Products)，基于该分类体系，可以得到大量不同的碳黑。另外，新的填充剂（例如，具有独特固有性质的新碳黑）仍然在研究和开发中，以满足对强化的橡胶制品增加和变化的需求。结果，从不同的橡胶配方可得到和预见到宽范围的橡胶性能结果，当使用不同的填充剂之一来增强弹性体时，可以建立所述不同的橡胶配方。

在碳黑填充剂的情况下，因为碳黑的密度和在橡胶轮胎工业生产中使用的大数量，碳黑通常以膨胀状态进行储存，并需要庞大的物质处理系统进行运输和加工。结果，当可能希望具有大量可选择的不同碳黑以便可以提供多种定制性能的橡胶配方时，维持膨胀的库存是不希望的，这是由于材料的成本和与如此大数量的贮存和处理要求有关的费用。相反，尽管与更大的库存相比，维持仅一种碳黑填充剂会节省成本，但是由橡胶配方的划定界限所产生的性能选择的狭窄范围，对于大规模轮胎生产商而言是不可接受的。

因此，需要一种解决方案，其允许仅使用有限数目的填充剂（包括、例如，碳黑填充剂）来建立不同橡胶性能所需的多种橡胶配方。更具体地，需要这样的解决方案，其会提供宽范围的橡胶配方（即橡胶和填充剂的混合物）的建立，而不需要储存大量填充剂或为众多配方中的每一种开发具有独特性质的新填充剂。可以混合小量填充剂从而建立单一混合物的方法是非常有用的，所述单一混合物具有特定橡胶配方（和因此，橡胶性能）所希望的固有性质。这样的方法会允许生产商不再为每种预期的橡胶配方建立和/或贮存独特填充剂。从下面的描述中显而易见本发明的这些和其它优点。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述部分地阐述，或可以从所述描述显而易见，或可以通过本发明的实践来获知。

本发明提供了一种混合2种或更多种填充剂（包括可含有碳黑的填充剂）从而提供具有用于产生特定橡胶配方希望的固有性质的单一填充剂的方法。例如，在一个示例性的方面，本发明提供了一种用于组合填充剂以建立在橡胶配方中使用的混合物的方法。所述方法可以包括：为混合物选择n个固有性质；提供数学方程式的n数值，所述数学方程式描述橡胶配方的负荷值L、所述混合物希望的n个固有性质值X_i、n种填充剂中的每一种的对应的固有性质值x_ij和n种填充剂中的每一种的负荷值L_j之间的关系；鉴定包括L、X_i、x_ij和n的组内的值中除了n以外的所有值，从而从包括L、X_i、L_j、x_ij和n的组得到n个未知值；解出n个数学方程式的n个未知值；以及使用来自鉴定和求解步骤的值，从n种填充剂建立混合物。使用本发明的该示例性方面，可以解出未知量的不同组合。例如，所述未知值可以包括：所述填充剂的n个负荷值L_j、所述混合物希望的n个固有性质值X_i、所述填充剂中的一种的n个固有性质值x_ij以及负荷值L、负荷值L_j、固有性质值X_i或固有性质值x_ij的任意组合的n数值。

作为其它实施例，本发明提供了一种用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法。该示例性方法可以包括下述步骤：选择橡胶配方希望的目标负荷值L；决定所述混合物希望的n个目标固有性质，其中n是大于1的整数；为n个目标固有性质中的每一个选择目标固有性质值X_i；挑选n种适用于建立所述混合物的填充剂；为n个目标固有性质中的每一个，提供目标负荷值L、目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种的负荷L_j之间的数学关系f_i；以及为来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种，计算负荷L_j。

根据需要，所述混合物希望的n个目标固有性质X_i中的一个可以是：所述混合物中的填充剂的结构、所述混合物中的填充剂的表面积或二者。n个目标固有性质中的每一个的数学关系f_i可以是一阶方程式，其包括来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种的各个负荷L_j和固有性质值x_ij。这n个数学关系f_i可以线性地彼此无关或彼此相关。或者，不是线性的，所述数学关系可以是多项的、幂、指数或其它关系。

该示例性方法可以另外包括下述步骤：根据由计算步骤提供的负荷L_j，混合来自所述挑选步骤的n种填充剂，从而建立填充剂。另外，所述方法可以另外包括下述步骤：使用来自所述混合步骤的填充剂，生产轮胎。

在本发明的另一个示例性的方面，提供了一种用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法包括下述步骤：为橡胶配方选择目标负荷值L；决定所述混合物希望的n个目标固有性质，其中n是大于1的整数；为n个目标固有性质中的每一个选择目标固有性质值X_i；挑选将用于建立所述混合物的n种填充剂中的每一种的负荷值L_j；为n个目标固有性质中的每一个，提供目标负荷值L、目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种的负荷L_j之间的数学关系f_i；为来自所述选择步骤的未鉴定的填充剂计算对应的固有性质值x_ij以及通过使来自所述计算步骤的固有性质值X_ij匹配具有与所述计算步骤提供的基本上相同的固有性质值x_ij的填充剂，确定来自所述选择步骤的未鉴定的填充剂的身份。

参照下面的描述和所附的权利要求书，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图，图解了本发明的实施方案，并与说明书一起，用于解释本发明的原理。

附图说明

参照附图，在本说明书中阐述了本发明的完整和实现公开内容（包括其最佳方式），其指向本领域普通技术人员，在附图中：

图1提供了下面进一步描述的线性相关方程式的结构相对于表面积的图。

图2提供了下面进一步描述的线性无关方程式的结构相对于表面积的图。

图3提供了下面进一步描述的CDBP相对于CTAB的图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于建立2种或更多种填充剂（包括碳黑填充剂）的混合物的方法，所述混合物具有特定橡胶配方希望的固有性质——即，得到的混合物会效仿具有建立指定橡胶性能所需的固有性质的单一填充剂。作为实例，本发明可以用于组合具有不同固有性质的填充剂，以建立具有特定橡胶配方所需的固有性质的新混合物。因此，本发明在下述方面提供了优点：例如，允许轮胎生产商储存更少的填充剂，同时具有提供多种混合物（从储存的填充剂建立）的能力，所述混合物具有多种橡胶配方所需的固有性质。

为了描述本发明的目的，现在将详细地提及本发明的实施方案，其中的一个或多个实施例在附图中进行图解。每个实施例作为本发明的解释（不是本发明的限制）而提供。实际上，本领域技术人员会明白，可以在本发明中做出各种改变和变化，而不脱离本发明的范围或精神。例如，解释或描述为一个实施方案的一部分的特征，可以与另一个实施方案一起使用，以产生其它的实施方案。因而，本发明意图涵盖落入所附权利要求和它们的等同方案的范围内的这种改变和变化。

为了用于本说明书中，如指示地定义下述的术语：

“对于每百份橡胶的份数”或“phr”是指，在橡胶配方中，对于每100重量份的弹性体，含有的成分的重量份的量。例如，50phr的碳黑是指，对于100磅橡胶，含有50磅碳黑。

本文使用的“混合物”是指，将用于建立橡胶配方的不同填充剂的组合。这样，该混合物将效仿具有这种橡胶配方希望的固有性质的单一填充剂。

本文使用的L表示在橡胶配方中的填充剂（例如，碳黑）的量。L可以是phr，但是也可以使用其它单位和基础来表示填充剂组成。L将表示橡胶配方的负荷值，如同使用单一填充剂来提供希望的固有性质一样。

本文使用的L_j表示为建立混合物选择的填充剂的各个负荷，所述混合物将用于效仿单一填充剂——如下面进一步所述。如下面将讨论的，本发明不要求L_j的总和等于L。

“固有性质”表示，填充剂或这类填充剂的混合物的多种物理和/或化学性质中的任一种。尽管“结构”和“表面积”通常是在橡胶配方中的碳黑填充剂的最感兴趣的固有性质，但是本发明不限于此，并包括其它固有性质，例如，粒度分布、表面活性、pH值和其它限定碳黑的物理和/或化学性质的性质。

X_i表示特定橡胶配方所需的固有性质值。如下面进一步所述，X_i也可以变成填充剂的混合物所希望的目标固有性质值。下标i标识提及哪种具体的固有性质值。

x_ij表示填充剂j的对应的固有性质的值，下标j标识具有该特定固有性质值的共n种填充剂中的哪一种填充剂。

“结构”是碳黑的一种固有性质，其被ASTM D3053定义为偏离碳黑聚集体形状的球形度的不规则和偏差特性。

“CDBP”是油吸收试验，其使用ASTM D2414的技术来测定碳黑的结构。

“表面积”是碳黑的一种固有性质，其指示碳黑的粒度。使用ASTM D3765（其在本文中也称作“CTAB”试验），可以测量表面积。

“橡胶”表示天然橡胶和/或适用于任何粘弹性用途（诸如轮胎构造）中的任意弹性体。“橡胶”也可以表示橡胶配方，其含有弹性体和在所述配方中使用的其它成分。

为了建立橡胶配方，常规地，选择具有特定数目的希望固有性质中的每一种的填充剂的phr，用于与橡胶相组合。换而言之，选择具有n个希望的固有性质值X_i的填充剂的负荷值L，用于与橡胶相组合。例如，生产商可能决定，特定橡胶配方需要50phr的单一填充剂（例如，单一碳黑），并指定结构的特定CDBP值、表面积的特定CTAB值和表面活性的特定值，使得指定的固有性质的数目是3，或n=3。也可能对更多的或更少的固有性质感兴趣，使得n是更大或更小的整数，本发明可以与这些其它n值一起使用，只要n是大于1的正整数。

在它的库存中，生产商可能具有满足希望的固有性质的单一填充剂。但是，如果这样的填充剂在库存中不可得到，本发明提供了一种方法，所述方法可以使用在库存中可得到的其它合适的填充剂来建立具有（或适当地接近）希望的固有性质的混合物——即效仿具有希望的固有性质值的单一填充剂。在这种情况下，不可得到的单一填充剂的负荷值L变成要从可得到的填充剂建立的混合物的目标负荷值L。类似地，不可得到的填充剂的指定的n个固有性质值X_i变成所述混合物希望的n个目标固有性质值X_i。

为了建立该混合物，从填充剂的现有库存中挑选共n种填充剂。更具体地，从用于建立所述混合物的现有库存中挑选共n种填充剂，它们的对应的固有性质值x_ij是已知的。返回上面的实例（n=3），为不可得到的填充剂选择的结构（S）、表面积（A）和表面活性（M）的固有性质值X_i变成S、A和M的目标固有性质。生产商从库存中挑选3种填充剂，对于它们中的每一种，已知结构（s_i）、表面积（a_i）和表面活性（m_i）的对应的固有性质值x_ij。

接着，对于n种目标固有性质中的每一种，提供不可得到的填充剂的目标负荷值L、不可得到的填充剂的目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和挑选的n种可得到的填充剂各个的负荷L_j之间的数学关系f_i。可以如下提供这些数学关系或方程式f_i：例如，对物理和/或化学性质的理论建模，经验数据的曲线拟合、或挑选的不可得到的和可得到的填充剂的固有性质的生理化学“相关性”的任何合理表达式。因而，数学关系f_i可以是线性的、多项的、幂、指数或其它关系。可以如下表示这n个数学关系f_i：

（1）

n个数学关系

\{\begin{matrix} X_{1} (L) = f_{1} (x_{11}, x_{12}, . . ., x_{1 j}, . . ., x_{1 n}, L_{1}, L_{2}, . . ., L_{j}, . . ., L_{n}) \\ X_{2} (L) = f_{2} (x_{21}, x_{22}, . . ., x_{2 j}, . . ., x_{2 n}, L_{1}, L_{2}, . . ., L_{j}, . . ., L_{n}) \\ . . . \\ X_{i} (L) = f_{i} (x_{i 1}, x_{i 2}, . . ., x_{ij}, . . ., x_{in}, . . ., L_{1}, L_{2}, . . ., L_{j}, . . ., L_{n}) \\ . . . \\ X_{n} (L) = f_{n} (x_{n 1}, x_{n 2}, . . ., x_{nj}, . . ., x_{nn}, . . ., L_{1}, L_{2}, . . ., L_{j}, . . ., L_{n}) \end{matrix}

其中：

X_i和x_ij分别是目标混合物和可得到的各个填充剂的第i个固有性质。

在数学上，如果这n个方程式是线性无关的，可以在分析上或数字上解出任意组合的n个未知量。例如，可以解出诸如（L₁,L₂，...L_n）、（x₂₁,x₂₂，...,x_2n）、（X₁,X₂，...,X_n）、（L₁,x₁₃,X₂，...）等n个未知量的任意组合。

返回前面的n=3的实例，其中生产商已经指定不可得到的单一填充剂（其现在将被混合物效仿）的希望的负荷L和3个固有性质S、A和M，现在使用上述的方程式，可以计算挑选的3种填充剂中的每一种的各个负荷L_j。更具体地，假定所述3种填充剂的对应的固有性质x_ij和负荷L_j通过一阶数学表达式与所述混合物的目标固有性质值X_i和目标负荷值L_j相关联，则可以提供下面的方程式：

（2）

L₁a₁+L₂a₂+L₃a₃=LA

L₁s₁+L₂s₂+L₃s₃=LS

L₁m₁+L₂m₂+L₃m₃=LM

其中：

填充剂j的对应的固有性质x_ij现在被表示为：表面积的a_i、结构的s_i和表面能的m_i；

且所述混合物（即，不可得到的填充剂）的目标固有性质被表示为：表面积的A、结构的S和表面能的M。

在这时，除了各个负荷L_j以外的每个参数是已知的。使用矩阵表达式，可以容易地解出该方程式的各个负荷值L₁、L₂和L₃：

（3）

(\begin{matrix} a_{1} & a_{2} & a_{3} \\ s_{1} & s_{2} & s_{3} \\ m_{1} & m_{2} & m_{3} \end{matrix}) (\begin{matrix} L_{1} \\ L_{2} \\ L_{3} \end{matrix}) = (\begin{matrix} LA \\ LS \\ LM \end{matrix}) = L (\begin{matrix} A \\ S \\ M \end{matrix})

因此，如果下述方程式成立，

（4）

|\begin{matrix} a_{1} & a_{2} & a_{3} \\ s_{1} & s_{2} & s_{3} \\ m_{1} & m_{2} & m_{3} \end{matrix}| &NotEqual; 0

和

（5）

(ASM) = |\begin{matrix} a_{1} & a_{2} & a_{3} \\ s_{1} & s_{2} & s_{3} \\ m_{1} & m_{2} & m_{3} \end{matrix}|,

{(ASM)}_{1} = |\begin{matrix} A & a_{2} & a_{3} \\ S & s_{2} & s_{3} \\ M & m_{2} & m_{3} \end{matrix}|,

{(ASM)}_{2} = |\begin{matrix} a_{1} & A & a_{3} \\ s_{1} & S & s_{3} \\ m_{1} & M & m_{3} \end{matrix}|,

{(ASM)}_{3} = |\begin{matrix} a_{1} & a_{2} & A \\ s_{1} & s_{2} & S \\ m_{1} & m_{2} & M \end{matrix}|,

则解如下：

（6）

L_{1} = L \frac{{(ASM)}_{1}}{(ASM)} = L \frac{m_{2} S a_{3} + M s_{3} a_{2} + m_{3} s_{2} A - (m_{2} s_{3} A + m_{3} S a_{2} + M s_{2} a_{3})}{m_{2} s_{1} a_{3} + m_{1} s_{3} a_{2} + m_{3} s_{2} a_{1} - (m_{2} s_{3} a_{1} + m_{3} s_{1} a_{2} + m_{1} s_{2} a_{3})}

L_{2} = L \frac{{(ASM)}_{2}}{(ASM)} = L \frac{M s_{1} a_{3} + m_{1} s_{3} A + m_{3} S a_{1} - (M s_{3} a_{1} + m_{3} s_{1} A + m_{1} S a_{3})}{m_{2} s_{1} a_{3} + m_{1} s_{3} a_{2} + m_{3} s_{2} a_{1} - (m_{2} s_{3} a_{1} + m_{3} s_{1} a_{2} + m_{1} s_{2} a_{3})}

L_{3} = L \frac{{(ASM)}_{3}}{(ASM)} = L \frac{m_{2} s_{1} A + m_{1} S a_{2} + M s_{2} a_{1} - (m_{2} S a_{1} + M s_{1} a_{2} + m_{1} s_{2} A)}{m_{2} s_{1} a_{3} + m_{1} s_{3} a_{2} + m_{3} s_{2} a_{1} - (m_{2} s_{3} a_{1} + m_{3} s_{1} a_{2} + m_{1} s_{2} a_{3})}

应当指出，使用n种填充剂中的每一种的计算负荷L_j建立n种填充剂的混合物所产生的实际负荷可能不同于所述混合物（即不可得到的填充剂）的目标负荷值L，如下面将进一步解释的。

可以遵循类似的方法来测定具有未知固有性质的填充剂，所述填充剂将用于建立所述混合物（即不可得到的填充剂），这基于这类填充剂的各个负荷的预定选择。更具体地，像以前一样假定，再次选择L的值作为所述混合物（即不可得到的填充剂）的目标负荷值，接着决定n个目标固有性质，并为所述混合物选择n个目标固有性质值X_i。现在，不是像在上面的实施例中一样从库存中选择n种填充剂的固有性质，而是为将用于建立所述混合物的n种填充剂中的每一种（在这时，它的身份仍然不明）挑选负荷L_j。

像以前一样，提供目标负荷值L、目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和挑选的n种填充剂中的每一种的负荷L_j之间的数学关系f_i。另外，也提供将用于建立所述混合物的n-1种各个填充剂的固有性质值x_ij。例如，这可以选自在库存中可得到的n-1种填充剂的已知固有性质。结果将是含有n个未知量的n个方程式，即1个尚未鉴别的填充剂的x_ij值。

再假定，已知的和未知的填充剂的对应的固有性质x_ij和负荷值L_j通过一阶数学表达式与所述混合物的目标固有性质值X_i和目标负荷值L_j相关联，则可以以与以前所述类似的方式解出在上面（2）处的方程式，使得可以如下所示计算未知填充剂的固有性质值x_ij：

（7）

a_{3} = \frac{LA - (L a_{1} + L_{2} a_{2})}{L_{3}}

s_{3} = \frac{LS - (L_{1} s_{1} + L_{2} s_{2})}{L_{3}}

m_{3} = \frac{LM - (L_{1} m_{1} + L_{2} m_{2})}{L_{3}}

已经计算出未知填充剂的固有性质值以后，可以确定具有与计算值基本上相同的固有性质值x_i的填充剂的身份。例如，生产商可以检索它的库存中具有相同或基本上类似的固有性质值的填充剂。

因此，本发明提供了一种用于通过混合可能具有不同的固有性质值的填充剂来建立具有目标固有性质值的混合物的方法。如上所述，对于选定的目标负荷L和已知的目标固有性质X_i，生产商可以从它的库存中选择填充剂，并解出会提供所述混合物希望的固有性质X_i的每种填充剂的负荷L_j。或者，对于已知的目标负荷L和已知的目标固有性质X_i，生产商可以从库存中选择n-1种填充剂，并指定n-1种选定的填充剂和一种未知的填充剂的n个负荷L_j（其中n表示生产商希望为所述混合物指定的固有性质的数目）。生产商然后可以计算未知填充剂的固有性质x_ij，所述未知填充剂将与其它选定的填充剂相组合，以制备所述混合物。生产商然后可以将未知填充剂的x_ij的计算值与库存中的填充剂的固有性质相匹配或对比，从而鉴别出将与已经鉴别出的填充剂相组合用于建立所述混合物的填充剂。

在本发明的另一个替代方案中，使用本文阐述的教导，应该理解，生产商会根据需要改变目标负荷值L，并使用在库存中的现有填充剂来提供混合物的固有性质X_i。例如，生产商可以指定所述混合物的n个固有性质值X_i。为了建立所述混合物，生产商然后从具有已知固有性质x_ij的现有库存中选择n种填充剂，并指定它们的各个负荷L_j。所述混合物的得到的固有性质X_i将随所述混合物的目标负荷L而变化。再假定，生产商希望关注表面积A、结构S和表面能M的固有性质，可以解上述的方程式，以提供下述答案：

（8）

A = \frac{L_{1} a_{1} + L_{2} a_{2} + L_{3} a_{3}}{L}

S = \frac{L_{1} s_{1} + L_{2} s_{2} + L_{3} s_{3}}{L}

, M = \frac{L_{1} m_{1} + L_{2} m_{2} + L_{3} m_{3}}{L}

因此，使用来自现有库存的至少3种填充剂，生产商可以混合填充剂并改变负荷L，以实现希望的固有性质。此外，生产商可以混合现有填充剂与弹性体和其它成分，以建立具有新性能的新橡胶配方，从而满足新的或增加的需求。

为了提供本发明的进一步描述，将使用结构S和表面积A作为特定橡胶配方的目标固有性质来提供额外的实施例。将为其它实施例选择这2种固有性质，因为目前认为，它们是确定大多数橡胶配方（诸如在轮胎生产中使用的那些）的突出性质的最优势的因子。代表填充剂的其它固有性质的更多变量会提供混合的更精确表示，但是虽然如此，其会使描述更复杂（如上所示）并可能是不必要的。

因此，由于从2种填充剂的结构s_j、表面积a_j或各个负荷L_j不能获知2个变量，使用2种不同的填充剂建立所述混合物。如果假定这2种填充剂之间没有“相互作用”是正确的，或者任何“相互作用”不会影响任一种填充剂的有效表面积a_j和结构s_j并因而不会影响配制的橡胶性质，则可以再提供线性方程式或一阶方程式。在这些假定下，数学关系变成：

（9）

L₁a₁+L₂a₂=LA

L₁s₁+L₂s₂=LS

这些方程式可以重新排列为：

（10）

L_{1} \frac{a_{1}}{A} + L_{2} \frac{a_{2}}{A} = L

L_{1} \frac{s_{1}}{S} + L_{2} \frac{s_{2}}{S} = L

其中：

像以前一样，A、S和L是所述混合物的表面积、结构和负荷，且

a_j、s_j和L_j是要用于建立混合物的两种碳黑（n=2）的表面积、结构和负荷。

如以前所述（且取决于这2个方程式的线性），通过解出这2个方程式，可以得到任意2个未知量的解。

作为一个实施例，假定生产商可能已知碳黑“1”和“2”的非零负荷L₁和L₂，这可以使用碳黑“1”和“2”的已知表面积a₁和a₂和结构s₁和s₂从上述方程式计算出。也已知所述混合物的L、S和A的目标固有性质值，因为对于给定的橡胶配方而言这些是预先确定的——即，如同单一填充剂可用于建立希望的橡胶配方一样地确定它们。取决于2个数学方程式的线性，求解上述方程式时存在2种情况。

在第一种情况下，如果2个方程式是线性相关的，则将存在L₁和L₂的无限解——即，对于给定的L₂值，总是存在L₁值，或反之亦然——条件是，L₁和L₂必须是正值。这可以用下述方程式表示：

（11）

L_{1} = L \frac{A}{a_{1}} - L_{2} \frac{a_{2}}{a_{1}} = L \frac{S}{s_{1}} - L_{2} \frac{s_{2}}{s_{1}}

在物理意义方面，如图1所示，这些方程式意味着，在结构相对于表面积的图上，如果所述混合物或用于建立所述混合物的2种填充剂中的任意2种是在穿过原点的直线上，则另一个必须在同一条直线上，才能使上述方程式（11）成立。

在第二种情况下，如果上述2个方程式是线性无关的，或者

（12）

如果a₁s₂≠a₂s₁那么

\{\begin{matrix} L_{1} = - \frac{a_{2} S - A s_{2}}{a_{1} s_{2} - a_{2} s_{1}} L \\ L_{2} = \frac{a_{1} S - A s_{1}}{a_{1} s_{2} - a_{2} s_{1}} L \end{matrix}\} .

在这种情况下，为了确保L₁和L₂的正值，表面积A和结构S的固有性质的范围如下：

（13）

如果

\frac{s_{2}}{a_{2}} > \frac{s_{1}}{a_{1}}

那么

\frac{s_{2}}{a_{2}} > \frac{S}{A} > \frac{s_{1}}{a_{1}}

如果

\frac{s_{2}}{a_{2}} < \frac{s_{1}}{a_{1}}

那么

\frac{s_{2}}{a_{2}} < \frac{S}{A} < \frac{s_{1}}{a_{1}}

图2显示了对于填充剂1和2的这些性质是线性无关的情况，结构S相对于表面积A的图。应当指出，这2种填充剂没有位于穿过原点的任意单条直线上。从原点投射出的圆锥体指示了可以解出在上面的（9）或（10）处所述的线性方程式的填充剂的范围。更具体地，在上面（13）处阐述的不等式表示，如果连接a₁、s₁和a₂、s₂的图的直线没有穿过原点，那么所述混合物的直线的斜率（即将解出在上面的（9）或（10）处的方程式的结构S和表面积A的解）将落入s₁/a₁和s₂/a₂之间或在封闭的圆锥体区域中。另外，对于给定的负荷对L₁、L₂，有且仅有一个解。应当指出，s_i/a_i的比率（而不是s_i和/或a_i的绝对值）支配正的L_j值，而s_i和/或a_i的绝对值将确定L₁和L₂的确切值。

如以前提及的，应当指出，无论在上面（9）或（10）处的方程式是线性相关的还是无关的，在大多数情况下下，在数学上不可能具有与目标值负荷L相等的组合的碳黑负荷（L₁+L₂）。这样的解是不必要的，因为橡胶配方的主要目的是，提供具有希望的固有性质值的混合物。据信，以前在单一和混合的体系之间混合碳黑方面的努力报道了偏差，因为例如L₁+L₂=L的约束条件被不必要地强加上。

现在将提供混合物的实施例，以进一步描述本发明。在这些实施例中，对于使用的碳黑，将假定，它们的固有性质和负荷可以用线性关系来表示。还将假定，CTAB和CDBP分别是表面积和结构的准确表示。因此，表1列出了要在实施例中使用的碳黑的CTAB和CDBP值，而图3提供了CTAB和CDBP的简图。

表1

	B1	B2	B3	S1	S2	S3
							CB名称	N115	N772	NEXP	N336	N351	N299
CTAB（m²/g）	128	32	65	83	73	102
							CDBP（ml/100g）	96	58	113	69	97	105

注：B=混合物，S=单一，NEXP是实验碳黑。

使用N115+N772和N115+NEXP的混合物来预测N299、N326和N351的性能。如图3所示，因为N299、N326、N351在该图中的位置落在原点-NEXP和原点-N772线之外，在数学上不可能混合任何负荷的NEXP和N772来实现N299、N326或N351的相等CTAB和CDBP。为了在这里描述本发明的目的，选择这些具体的碳黑，因为每个都具有例证本发明的最终用途的独特CTAB和CDBP值。如果选择具有更接近的CTAB和CDBP值的碳黑，则可以更准确地预测得到的混合物。

更具体地，基于它们在图3中的位置，选择3个碳黑实施例。

N326：它在N772、N115线和NEXP、N115线的下面

N351：它在N772、N115线的上面，但是在NEXP、N115线的下面

N299：它非常靠近NEXP、N115线

表2显示了含有在N115+N772和N115+NEXP的二元混合物中的每种各个碳黑的phr负荷的橡胶组合物，所述二元混合物使用上述的线性混合方程式得到，以分别预测在50phr负荷的N299、N326和N351的性能。可以看出，在所述混合物中的大多数组合的phr负荷非常不同于在单一碳黑体系中的那些值。

表2

注：W=证据，B=混合物，和S=单一填充剂

在B13-3的实施例中，由于在结构相对于表面积的图上的N299非常靠近N115+NEXP直线，得到的组合混合物负荷50.8实际上接近单一N299负荷50。为了进一步对比，表3提供了上述橡胶的物理或机械性质，而表4提供了所述混合的和单一的碳黑体系之间的差异百分比，这被计算为((混合物-碳黑)/碳黑)*100%。

表3

指标	56-1	1	56-2	67-2	67-5	67-8	67-3	67-7	67-10	67-4	67-6	67-9
													样品	B1	B2	B3	WS1	B12-1	B13-1	WS2	B12-2	B13-2	WS3	B12-3	B13-3
ML	67.9	48.9	75.5	55.4	53.6	54.3	67.5	68.2	71.3	75.1	73.1	74.8
													S的最大值	21.1	13.8	21.1	15.6	14.8	14.5	17.7	17.5	17.8	17.7	20.1	18.6
MA10	5.15	3.55	4.98	4.55	4.03	3.90	5.40	5.92	5.02	5.77	6.30	6.08
													MA100	2.13	1.95	3.04	2.03	1.84	1.79	279	3.37	2.86	2.77	3.31	2.98
MA300	2.56	2.28	3.85	2.47	2.20	2.12	3.54	3.90	3.48	3.34	3.88	3.53
													P60	21.4	10.9	13	17.2	15.2	14.7	16.8	16.6	14.4	20.5	19.9	20.6
SCT（FR）	31	29	29	31	32	33	30	25	30	30	26	30
													SCT（ER）	531	575	407	562	617	644	468	410	485	498	426	485
G*2%	2.35	1.09	2.04	1.75	1.49	1.43	1.98	2.00	1.78	216	2.40	2.42
													G*50%	1.31	0.93	1.5	1.05	1.02	0.99	1.28	1.37	1.26	1.26	1.43	1.42

注：在该表中和在下文中的试验测量的定义：

ML：在100℃测试的未熟穆尼粘度

S的最大值：来自固化流变测量学实验的最大转矩

MA10：在23℃在10%伸长时的模量（MPa）

MA100：在23℃在100%伸长时的模量（MPa）

MA300：在23℃在300%伸长时的模量（MPa）

P60：在60℃时的磁滞损耗（%）

SCT（FR）：伸长断裂应力（MPa）

SCT（ER）：伸长断裂应变（%）

G*2%：在2%应变时的动态模量

G*50%：在50%应变时的动态模量

表4

指标	67-5/2	67-8/2	67-7/3	67-10/3	67-6/4	67-9/4
							ML	-3%	-2%	1%	6%	-3%	-1%
S的最大值	-5%	-7%	-2%	0%	14%	5%
							MA10	-11%	-14%	10%	-7%	9%	5%
MA100	-9%	-12%	21%	3%	20%	8%
							MA300	-11%	-14%	10%	-2%	16%	6%
P60	-12%	-15%	-1%	-14%	-3%	0%
							SCT（FR）	5%	7%	-16%	1%	-14%	0%
SCT（ER）	10%	15%	-13%	4%	-15%	-3%
							G*2%（10Hz）	-15%	-18%	1%	-10%	11%	12%
G*50%（10Hz）	-3%	-6%	7%	-1%	14%	13%

注：%由来自表3的(混合物-单一)/单一*100%的值来确定。

如这些表所指出的，所述混合物的未熟橡胶粘度非常接近对应的单一碳黑体系的相应值。此外，大多数成熟的性质（例如，静态的和动态的刚度、伸张度和滞后）接近于对应的单一碳黑体系的性质，具有小于20%的偏差。因此，这些碳黑的线性的假设会提供用于预测所述混合物的合理准确度。

尽管已经关于具体的示例性实施方案及其方法详细地描述了本发明的主题，应当理解，本领域技术人员在理解前述内容以后，可以容易地做出这样的实施方案的修改、变化和等效方案。因此，本公开内容的范围是作为实施例而不是作为限制，并且本发明的公开内容不排除将这样的修改、变化和/或添加包括在本发明的主题中，正如本领域普通技术人员会容易地明白的。

Claims

1.一种用于组合填充剂以建立在橡胶配方中使用的混合物的方法，所述方法包括下述步骤：

为所述混合物选择n个固有性质;

提供数学方程式的n数值，所述数学方程式描述所述橡胶配方的负荷值L、所述混合物希望的n个固有性质值X_i、n种填充剂中的每一种的对应的固有性质值x_ij和所述n种填充剂中的每一种的负荷值L_j之间的关系；

鉴定包括L、X_i、x_ij和n的组内的值中除了n以外的所有值，从而从包括L、X_i、L_j、x_ij和n的组得到n个未知值；

解出n个数学方程式的所述n个未知值；以及

使用来自所述鉴定和求解步骤的值，从所述n种填充剂建立混合物。

2.根据权利要求1所述的用于组合填充剂以建立在橡胶配方中使用的混合物的方法，其中所述n个数学方程式是一阶方程式。

3.根据权利要求1所述的用于组合填充剂以建立在橡胶配方中使用的混合物的方法，其中从所述选择步骤得到的所述固有性质值包括结构和表面积。

4.根据权利要求1所述的用于组合填充剂以建立在橡胶配方中使用的混合物的方法，所述方法另外包括下述步骤：使用来自所述建立步骤的所述混合物来建立橡胶配方。

5.一种用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法包括下述步骤：

选择所述橡胶配方希望的目标负荷值L；

决定所述混合物希望的n个目标固有性质，其中n是大于1的整数；

为所述n个目标固有性质中的每一个选择目标固有性质值X_i；

挑选n种适用于建立所述混合物的填充剂；

为所述n个目标固有性质中的每一个，提供所述目标负荷值L、所述目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种的负荷L_j之间的数学关系f_i；以及

为来自所述挑选步骤的n种填充剂中的每一种，计算所述负荷L_j。

6.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的一个是所述混合物中的填充剂的结构。

7.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的一个是所述混合物中的填充剂的表面积。

8.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的2个是所述混合物中的填充剂的表面积和结构。

9.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质中的每一个的数学关系f_i是一阶方程式，所述一阶方程式包括来自所述挑选步骤的所述n种填充剂中的每一种的各个负荷L_j和固有性质值x_i。

10.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质的所述数学关系f_i是彼此线性无关的。

11.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质中的每一个的所述数学关系f_i是多项方程式，所述多项方程式包括来自所述挑选步骤的所述n种填充剂中的每一种的各个负荷L_j和固有性质值x_ij。

12.根据权利要求5中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法另外包括下述步骤：根据由所述计算步骤提供的负荷L_j，混合来自所述挑选步骤的所述n种填充剂，以建立填充剂。

13.根据权利要求12中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法另外包括下述步骤：使用来自所述混合步骤的所述填充剂生产轮胎。

14.一种用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法包括下述步骤：

为所述橡胶配方选择目标负荷值L；

为所述n个目标固有性质中的每一个选择目标固有性质值X_i；

挑选将用于建立所述混合物的n种填充剂中的每一种的负荷值L_j；

选择n-1种具有已知固有性质x_ij的填充剂，从而剩下一种未鉴定的填充剂；

为所述n个目标固有性质中的每一个，提供所述目标负荷值L、所述目标固有性质值X_i、对应的固有性质值x_ij和来自所述挑选步骤的所述n种填充剂中的每一种的负荷L_j之间的数学关系f_i；

为来自所述选择步骤的未鉴定的填充剂计算对应的所述固有性质值x_ij；以及

通过使来自所述计算步骤的所述固有性质值X_ij匹配具有与所述计算步骤提供的基本上相同的固有性质值x_ij的填充剂，确定来自所述选择步骤的所述未鉴定的填充剂的身份。

15.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的一个是所述混合物中的填充剂的结构。

16.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的一个是所述混合物中的填充剂的表面积。

17.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述混合物希望的所述n个目标固有性质X_i中的2个是所述混合物中的填充剂的表面积和结构。

18.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质中的每一个的数学关系f_i是一阶方程式，所述一阶方程式包括来自所述挑选步骤的所述n种填充剂中的每一种的各个负荷L_j和固有性质值x_i。

19.根据权利要求18中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质的数学关系f_i是彼此线性无关的。

20.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中用作填充剂的填充剂混合物的方法，其中所述n个目标固有性质中的每一个的数学关系f_i是多项方程式，所述多项方程式包括来自所述挑选步骤的所述n种填充剂中的每一种的各个负荷L_j和固有性质值x_ij。

21.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法另外包括下述步骤：根据由所述计算步骤提供的负荷L_j，混合在所述确定步骤中鉴别出的所述n种填充剂，从而建立填充剂。

22.根据权利要求21中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，所述方法另外包括下述步骤：使用来自所述混合步骤的所述填充剂生产轮胎。

23.根据权利要求14中所述的用于建立在橡胶配方中使用的填充剂混合物的方法，其中所述填充剂中的至少一种包含碳黑。