CN100515892C - 送进/传送辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种由聚氨酯材料制成的送进/传送辊，它的辊具有高的耐磨性以及低的硬度，用于提供良好的薄片送进能力并满足新近的需求，即允许高速运转的高耐用性。该送进/传送辊具有由可铸聚氨酯制成的弹性层，该可铸聚氨酯通过具有平均分子量1000到3000的聚酯多元醇与聚异氰酸酯反应制成，其中所述弹性层由聚酯多元醇、聚异氰酸酯、用作可塑剂的己二酸酯衍生物、用作增链剂的具有分子量70到120的短链二醇、以及用作交联剂的平均分子量3000到5000的三元醇制成。

Description

送进/传送辊
技术领域
本发明涉及一种送进/传送辊(也即用于送进或传送薄片材料的辊)，该送进/传送辊在诸如复印机、传真机和打印机之类的不同OA(办公自动化)机器中使用。
背景技术
传统上，在不同OA机器中使用的送进/传送辊已经需要具有良好的薄片传送能力和耐磨性。为了满足该需求，这种辊传统上由具有良好机械强度和高的摩擦系数的EPDM(三元乙丙橡胶)制成。
然而，在最近OA机器的新近发展趋势中(也即，服务寿命延长和操作速度增加)，EPDM的耐磨性不再满足。
同时，也进行了在使用具有良好耐磨性的聚氨酯基材料作为制造送进/传送辊的材料的研究。
然而，由于具有低硬度的聚氨酯基材料难于生产，制成的辊趋于表现出差的送进性能。具体地说，可铸聚氨酯材料的硬度不能降低到比通过硬度计(JIS A类型)所测量的50°更低的值。如果硬度低于下限，聚氨酯材料由于它差的耐用性将不再可用。
送进辊也能够由可轧的聚氨酯材料形成。日本专利申请公开号No.11-5637公开了送进辊由具有良好耐水解性能和机械强度的ε-己内酯基聚氨酯制成。然而，当聚氨酯的硬度降低时，摩擦系数也降低到不适于实际使用的等级。
送进/传送辊，特别是用于薄片传送件的送进辊需要具有低的硬度和高的耐冲击性，以用于获得满意的薄片送进能力以及具有耐用性。
发明内容
在考虑到前述的基础上发明人完成了本发明。从而，本发明的一个目的是提供一种由聚氨酯(polyurethane)材料制成的送进/传送辊，它的辊具有高的耐磨性以及低的硬度，用于提供良好的薄片送进能力并满足新近的需求，即允许高速运转的高耐用性。
因此，本发明提供一种具有包括可铸聚氨酯的弹性层的送进/传送辊，该可铸聚氨酯通过具有平均分子量1000到3000的聚酯多元醇和聚异氰酸酯(polyisocyanate)反应制成，其中所述弹性层由聚酯多元醇、聚异氰酸酯、用作可塑剂的己二酸酯衍生物、用作增链剂的具有分子量70到120的短链二醇、以及用作交联剂的平均分子量3000到5000的三元醇制成。
聚酯多元醇可以是通过壬二醇(nonanediol)和甲基辛二醇(methyloctanediol)中至少一种与二元酸的缩合反应制成的二醇。
己二酸酯衍生物可以在分子中具有醚部分(ether moiety)。
相对于100重量份的聚酯多元醇可以以5到40的重量份的量使用己二酸酯衍生物。
三元醇可以在分子中具有醚部分。
弹性层具有20°到50°的橡胶硬度Hs(JIS A类型)。
辊显示出输出波形的最大值(Max)对输出波形的最小值(Min)的比率(Max/Min)落入1.00到1.20的范围之内，上述输出波形在测量摩擦系数的过程中获得。
附图说明
当结合附图并参照下面的具体实施方式考虑时，将会更好地理解本发明的不同的其它目的、特征以及许多伴随的优点，其中：
图1是示出在测试实例2中使用的测试装置的草图；
图2是示出测试实例2的结果的图表；
图3是示出用于确定在测试实例3中执行的薄片传送距离的系统的草图；
图4是示出测试实例3的结果的图表；以及
图5是示出在测试实例4中使用的测试装置的草图。
具体实施方式
本发明的送进/传送辊具有弹性层，该弹性层由以下材料形成：聚酯多元醇，其具有1000到3000的平均分子量并用作制造可铸聚氨酯材料的长链多元醇；己二酸酯衍生物，其用作一般不在这种可铸材料中使用的可塑剂；具有70到120的分子量的短链二醇，其用作增链剂；以及具有3000到5000的平均分子量的三醇，其用作交联剂。
聚酯多元醇具有落入前述范围内的平均分子量。当分子量高于上限时，耐磨性较差，同时当分子量低于下限时，不能形成所需用作送进/传送辊的低硬度。
聚酯多元醇优选是通过壬二醇和甲基辛二醇中的至少一种与二元酸缩合制成的二醇。在优选模式中，1、9-壬二醇用作壬二醇，2-甲基-1、8辛二醇用作甲基辛二醇。二元酸的实例包括.己二酸、癸二酸和壬二酸。根据本发明，能够通过采用上述的聚酯型二元醇来保持良好的耐磨性。
本发明所使用的聚异氰酸酯例如优选是芳香族聚异氰酸酯。芳香族聚异氰酸酯的实例包括4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(diphenylmethanediisocyanate)(MDI)和3、3-二甲基联苯(dimethyldiphenyl)-4、4’-二异氰酸酯(TODI)。这些异氰酸酯用于提高机械强度以及压缩的永久变形。在它们当中，特别优选使用4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
在本发明中，己二酸衍生物用作可塑剂。当惯例使用的诸如二-(2-乙基已基)邻苯二甲酸酯或邻苯二甲酸二辛酯之类的可塑剂添加到可铸聚氨酯中时，聚氨酯合成物导致渗漏，从而不能形成送进/传送辊。然而，根据本发明，在用作交联剂的分子中具有醚部分的三醇和用作可塑剂的己二酸酯衍生物组合使用。因此，可靠地防止了渗漏，并且能够制造低硬度的聚合材料。
己二酸酯衍生物优选基于聚酯多元醇的100重量份以5到40重量份的量结合在弹性层内。当量少于5重量份时，难于获得低硬度，当量多于40重量份时，倾向于发生渗漏。
在本发明中可以用作可塑剂的己二酸酯衍生物的实例包括具有醚部分的乙醇的己二酸酯，例如二丁氧基乙基己二酸酯和二(丁氧基乙氧基乙基)己二酸酯。这种己二酸酯衍生物的商业产品的实例包括RS107(Asahi Denka的产品)、Monocizer W-260(Dainippon Ink andChemicals公司的产品)以及Plasthal 1203(三洋商业有限公司)。
根据本发明，在分子中具有醚部分并且平均分子量为3000到5000的三醇也用作交联剂。由于在本发明中用于形成弹性层所使用的聚氨酯与这种高分子量的三醇交联，所以能够获得低硬度(50°或者更低，JIS A类型)。
尽管本发明使用了前述的高分子量的三醇作为交联剂，只要确保本发明的效果，诸如三羟甲基乙烷或者三羟甲基丙烷之类的低分子量三醇也可以组合使用。
在本发明中可以用作增链剂的短链的实例包括1、3-丙二醇、1、4-丁二醇和二乙二醇。
通过引起前述材料反应和模制反应混合物而形成本发明的弹性层。对生产过程没有特别的限制，并且可以采用单触方法或预聚物方法。另外，对交联条件没有特别的限制，并且可以采用传统的条件。
由于本发明的弹性层由前述材料并且通过模制制成的聚酯-聚氨酯形成，能够获得20°到50°这么低的橡胶硬度Hs(JIS A类型)。
本发明的送进/传送辊具有良好的耐磨性。如后面所述，在高载荷下在加速的耐用性测试之后外径的百分比变化能够减小到1％或更少，优选为0.5％或更少。
如上所述，本发明的送进/传送辊同时获得了低的硬度和低的磨损量。另外，本发明的辊具有连续的薄片传送性能。也即，薄片传送距离的测量值基本上等于理论值。更具体地说，当通过采用了具有弹性层(厚度：4mm、宽度：24mm)的辊(外径：24mm)的装置送进普通纸张(30mm×210mm，64g/cm2)，而辊10以100gf的压力载荷朝向薄片挤压并以100rpm旋转时，比率Fr(Dm/Dt)能够控制在0.8到1.0，其中Dm表示对应于辊的一个旋转的薄片传送距离的测量值，Dt表示通过乘法公式：辊外径(mm)×π(3.14)计算出的薄片传送距离的理论值。
本发明的送进/传送辊优选显示从摩擦系数测量中波形输出的最大值(Max)对最小值(Min)的比率(Max/Min)，落入1.00到1.20的范围之内。当控制上述比率(Max/Min)以便落入1.00到1.20的范围之内时，在薄片传送过程中的不正常声音或噪声的产生能够得到防止。
当测量摩擦系数时获得比率(Max/Min)。一般，在由测力传感器或类似装置施加载荷下在薄片介质与泡沫材料相接触的同时，测量纸或其它材料的薄片介质相对于泡沫材料的摩擦系数。记录输出曲线(波形)，并且从最大值(Max)和最小值(Min)中计算比率。对于输出的类型不进行任何特别限制，并且对应于载荷的电流、电压、重量等在确定比率中都可以使用。
实例
本发明下面将以实例的方式详细描述，这些实例不应当认为是在此限制了本发明。
实例1
在100重量份的聚酯多元醇(平均分子量2000)中添加可塑剂(RS107，Asahi Denka的产品)(15重量份)、MDI、用作增链剂的1、3-丙二醇和用作交联剂的Triol P-3403(Daicel化学工业有限公司的产品，平均分子量：4000)，其中聚酯多元醇通过己二酸和二醇混合物[1、9-壬二醇(ND)和2-甲基-1、8-辛二醇(MOD)(ND∶MOD＝7∶3)]的脱水缩合反应制成。上述混合物在70℃搅拌3分钟并在120℃模制，从而制成弹性层测试件。另外，也制成具有芯部(外径：24mm)和由上述聚合物材料制成并覆盖辊表面的弹性层(厚度：4mm、宽度24mm)的送进/传送辊。
比较实例1
除了具有平均分子量2000的PTMG(聚四亚甲基醚乙二醇(polytetramethylene ether glycol))用作长链多元醇以外，重复实例1的过程，从而制成送进/传送辊和测试件。
比较实例2
除了没有使用可塑剂以外，重复实例1的过程，从而制成送进/传送辊和测试件。
比较实例3
除了三元醇替换为具有平均分子量1200的PLC 312(Daicel化学工业有限公司的产品)以外，重复实例1的过程，从而制成送进/传送辊和测试件。
比较实例4
比较实例4的送进/传送辊和测试件由具有硬度35°的EPDM材料制成。
比较实例5
用作可塑剂的二-(2-乙基已基)邻苯二甲酸酯(30重量份)和用作增强剂的白炭墨(10重量份)添加到可轧的聚氨酯(100重量份)中，该聚氨酯通过ε-己内酯和MDI的反应制成。随后，过氧化合物(二枯基过氧化合物)和异氰酸三烯丙酯添加到上述混合物中，随后揉制。揉制后的产品在150℃挤压模制20分钟，从而制成弹性层测试件和送进/传送辊。
比较实例6
除了可塑剂替换为二-(2-乙基已基)邻苯二甲酸酯以外，重复实例1的过程，从而制成送进/传送辊和测试件。
测试实例1
实例和比较实例的测试件的橡胶硬度Hs(JIS K6253)通过类型-A硬度计确定。视觉观察到每个辊表面上的渗漏。结果在表1中示出。
测试实例2——外径百分比变化
外径百分比变化通过如图1所示的耐用性测试装置获得。在该耐用性测试装置中，布置送进/传送辊1和自由辊2使得两个辊彼此相对。当自由辊2以挤压载荷500gf朝向薄片挤压时，薄片卷3(普通纸：64g/m2)以20mm/min送进。在测试中，送进/传送辊以400rpm旋转25000次。辊的外径百分比变化通过在2500次旋转之前和之后测量外径来确定。结果在表1和图2中示出。
测试实例3——薄片传送距离的测量
如图3所示，测试纸张12插入送进/传送辊10和相对送进/传送辊的自由辊11(外径：20mm)之间并通过辊的旋转传送。送进/传送辊10经由离合器(未示出)连接到装配有编码器的马达13并且能够由马达13旋转驱动。也设置了相对测试纸张12的激光送进监测器14。激光送进监测器14经由控制盒15连接到FET分析器16和个人计算机17上，其中能够测量对应于送进/传送辊10的旋转的测试纸张12的传送距离。控制盒15也调整由马达13调节的旋转速度。抵靠送进/传送辊10的接触压力通过适当改变施加在自由辊11上的载荷而进行控制。
通过使用上述测试装置，在送进/传送辊10以100gf的挤压载荷朝向自由辊11挤压时，通过两个辊送进测试纸张12(普通纸：64g/m2)。确定对应于送进/传送辊10的旋转(100rpm)的测试纸张12的传送距离以便用作薄片传送的测量值Dm(mm)。理论值Dt(mm)通过乘法公式：辊外径(24mm)×π(3.14)计算。计算比率Fr(Dm/Dt)。结果在表1和图4中示出。
测试实例4
实例1和比较实例1到6的送进/传送辊中每一个通过图5所示的装置进行摩擦系数测量，并且获得输出波形。更具体说，如图5所示，旋转支撑的自由辊22以预定载荷200gf朝向附加例辊21挤压。它们中间插入的测试薄片23经由测力传感器24以20mm/秒传送。测力传感器24的输出通过检测器26检测，该检测器26经由放大器25连接到测力传感器24上。计算在波形内观察到的最大值(Max)对最小值(Min)的比率，也即Max/Min＝ΔF。在23℃和55％的RH执行测量。结果在表1中示出。
表1
Figure C20041010488400101
从表1和图中可以明白，本发明的送进/传送辊具有低硬度和良好耐磨性并不会引起渗漏。发现本发明的辊的外径百分比小到0.34％，这与分别采用EPDM和可轧聚氨酯的比较实例4和5相比明显地较小。发现所测量的薄片传送距离对理论传送距离的比率明显地大到0.84。
相反，采用用作长链多元醇的PTMG的比较实例1的辊显示出高的磨损性能，从而提供了大的外径百分比变化。没有使用可塑剂的比较实例2和使用低分子量三元醇的比较实例3的辊分别具有52°和54°的高硬度值，并表现出小的薄片传送距离测量值。使用DOP作为可塑剂的比较实例6的辊引起渗漏，而且所测量的薄片传送距离较小。
本发明的送进/传送辊显示出1.08的ΔF，这比具有几乎相同硬度的比较实例1的辊的1.22更小。另外，送进和传送薄片确定不会产生不正常的声音或噪声。

Claims (3)

1.一种具有弹性层的送进/传送辊，该弹性层包括可铸聚氨酯，该可铸聚氨酯通过具有平均分子量1000到3000的聚酯多元醇与聚异氰酸酯反应制成，其中，所述弹性层由聚酯多元醇、聚异氰酸酯、用作可塑剂的己二酸酯衍生物、用作增链剂的具有分子量70到120的短链二醇、以及用作交联剂的平均分子量3000到5000的三元醇制成，其中，己二酸酯衍生物在分子中具有醚部分。
2.如权利要求1所述的送进/传送辊，其中，聚酯多元醇是通过壬二醇和甲基辛二醇中的至少一种与二元酸的缩合反应制成的二醇。
3.如权利要求1所述的送进/传送辊，其中，三元醇在分子中具有醚部分。
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