CN102520598A - 一种充电辊及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电辊及其制造方法，充电辊包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下原料制成：茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂、促进剂、填充剂。制造方法为：1)将茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂、促进剂和填充剂在60～130℃下混炼得混炼胶；2)将混炼胶放入带轴芯的模具中，在160～180℃交联固化成型；室温下静置不低于24h；或者将混炼胶放入挤出机中挤成管坯后，将轴芯穿入管坯在硫化罐或模具中固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h。本发明提供一种成本低、重量轻、物理化学性能都较优越的充电辊，也提供一种工艺简单、生产成本低、性能可靠的充电辊制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种打印机部件及其制造方法，尤其涉及一种充电辊及其制造方法。
背景技术
成像装置是一种基于图像信号对诸如纸张一类的打印介质上的黑白图像或彩色图像进行显影的装置。成像装置有激光打印机、喷墨打印机、复印机、传真机和多功能机等。这些不同类型的成像装置的成像方法一般为电子照相或喷墨方法。
在电子照相成像装置中，以预定电压给感光件表面充电后，将激光束照射到感光件表面形成具有电势差的静电潜像，接着使作为显影剂的调色剂附着到静电潜像上形成可见图像，然后把该可见图像转移到打印介质上，最后给该打印介质施加热量及压力使由调色剂形成的可见图像固定在打印介质上。
给感光件充电的充电辊由金属轴芯与弹性层构成，其中弹性层可以采用实心橡胶、发泡橡胶、海绵或是多层复合橡胶等。多层复合橡胶生产工艺复杂；海绵或是发泡橡胶则存在发泡工艺较难控制、压缩形变较大、需要对表层进行特殊工艺处理等问题。实心橡胶生产工艺简单，但由于目前常用的合成橡胶价格高、密度大，不利于打印机向低成本、小型化、轻量化发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中多层复合橡胶作为充电辊弹性层的制造工艺复杂、海绵和发泡橡胶作为弹性层的压缩形变大、实心橡胶作为弹性层的价格高密度大的缺陷，提供一种成本低、重量轻、物理化学性能都较优越的充电辊。
本发明要解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、生产成本低、性能可靠的充电辊制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由主要以下重量份数原料制成，即导电弹性层包括以下制备原料：
所述充电辊中，所述茂金属聚乙烯弹性体是在茂金属催化下乙烯与α-烯烃的共聚物、或者是至少两种所述共聚物的混合物。
所述充电辊中，所述α-烯烃优选为1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-戊烯、1-庚烯或1-壬烯。
所述充电辊中，所述茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数在2.16kg/190℃条件下为0.5～30g/10min。2.16kg/190℃条件下是指在190℃、2.16kg负荷(3级标准负荷)下。
所述充电辊中，所述导电剂为导电炭黑、石墨、金属粉末、导电金属氧化物、高氯酸盐、铵盐、碱金属盐、导电聚合物中的至少一种。
所述充电辊中，所述增塑剂为石蜡油、环烃油、芳烃油、聚醚类增塑剂、聚酯类增塑剂或酯类增塑剂。环烃油、芳烃油分别是现有商品的商品名或俗称。
所述聚醚类增塑剂优选为PEG-1000或PEG2000。PEG-1000、PEG2000分别为商品牌号。
所述酯类增塑剂优选为邻苯二甲酸二(乙基己)酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二甲酸二辛酯等中的至少一种。
所述充电辊中，所述交联剂为有机过氧化物。交联剂优选过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯。
所述充电辊中，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、云母粉、白炭黑等中的至少一种。
所述充电辊中，所述导电弹性层制造的原料还包括：0.5～5重量份数的促进剂。促进剂优选三烯丙基异氰脲酸酯、三羟基甲基丙烷三(2-甲基丙烯酸)酯、丙烯酸锌、甲基丙烯酸锌。
一种充电辊的制造方法，包括以下步骤：
1)、将上述的制造导电弹性层的原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂在60～130℃进行混炼，得到混炼胶；
2)、将混炼胶放入带轴芯的模具中，在160～180℃交联固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；
或者将混炼胶放入挤出机中挤成管坯后，将轴芯穿入管坯在硫化罐或模具中固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h。
本发明充电辊的弹性层是茂金属聚乙烯弹性体为主要基体材料，茂金属聚乙烯弹性体的密度为0.85～0.91g/cm3，与EPDM(三元乙丙橡胶)的密度接近，仅为常用合成橡胶的60～70％，减小了充电辊重量。茂金属聚乙烯弹性体常温下为颗粒状，无需切胶，易混合，加工性能优异。茂金属聚乙烯弹性体价格低廉，远低于合成橡胶，同时也大大低于EPDM，再加上其本身的低密度优势，从而使其综合成本更低。本发明的弹性层热稳定性、耐臭氧、耐候性、热老化及紫外光老化性能优异，门尼粘度低但力学性能良好。
由于茂金属聚乙烯弹性体电阻率高，要实现其在充电辊中的应用则必须加入导电剂使其具有适当的电阻率。导电剂的添加量过低(小于3份)则制得的充电辊电阻率高而无法对感光鼓充电，添加量过高(大于20份)则制得的充电辊电阻率低易击穿感光鼓。
茂金属聚乙烯弹性体的硬度普遍偏高，为保证制得的充电辊与感光鼓具有良好的接触面，需加入增塑剂降低弹性体的硬度。茂金属聚乙烯弹性体本身具有热塑性，但其耐温等级低且永久压缩形变偏高。因此需要加入交联剂进行改性处理，交联后的茂金属聚乙烯弹性体具有更好的力学性能、耐热性、耐化学品性能、耐蠕变性能、耐磨性能、耐环境性和粘结性能，这些性能均优于EPDM。
为了降低成本、提高充电辊的耐磨性和易打磨性，可在茂金属聚乙烯弹性体中加入填充剂如碳酸钙、滑石粉、云母粉、白炭黑等填料中的一种或多种。对填充剂表面进行硅烷化学改性，可以提高弹性体与填料的作用力。填充剂的添加量不超过50份，添加量大于50份后易导致充电辊硬度大，对加工精度要求高，不利于生产控制。
茂金属聚乙烯弹性体由于生产工艺不同，使得密度、硬度、熔融指数及力学性能都有所差异。本发明选用密度低的弹性体，相同重量的原料可生产更多的产品，从而减小生产成本。从加工成型及混合效果要求考虑，选用熔融指数适中的茂金属聚乙烯弹性体，即要求茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数为0.5～30g/10min(2.16kg/190℃)。熔融指数过低(＜0.5g/10min(2.16kg/190℃))则混炼效果差，成型时流动性差，不利于制成电阻均一的产品；熔融指数过高(＞30g/10min(2.16kg/190℃))则混炼困难。从尺寸稳定性及打印效果考虑宜选择硬度低的弹性体(不高于邵A75度)，硬度过高对产品尺寸精度要求增大，不利于生产控制。
制造方法中，工艺简单、易操作，生产成本低，生产的成品性能优越。
具体实施方式
茂金属聚乙烯弹性体选择以下多个公司生产的不同商品牌号的产品：
DOW公司的ENGAGE系列如ENGAGE 8842(熔融指数1g/10min(2.16kg/10min))、ENGAGE 8180(熔融指数0.5g/10min(2.16kg/10min))、ENGAGE 8130(熔融指数13g/10min(2.16kg/10min))、ENGAGE 8200(熔融指数5g/10min(2.16kg/10min))、ENGAGE 7447(熔融指数5g/10min(2.16kg/10min))、ENGAGE 7467(熔融指数1.2g/10min(2.16kg/10min))等。
DOW公司的INFUSE系列如INFUSE 9000(熔融指数0.5g/10min(2.16kg/10min))、INFUSE 9107(熔融指数1g/10min(2.16kg/10min))、INFUSE9507(熔融指数5g/10min(2.16kg/10min))、INFUSE 9807(熔融指数15g/10min(2.16kg/10min))。
LG化学的LC 170(熔融指数1.1g/10min(2.16kg/10min))、LC 370(熔融指数3g/10min(2.16kg/10min))、LC 670(熔融指数5g/10min(2.16kg/10min))。
三井化学的DF 605(熔融指数0.5g/10min(2.16kg/10min))、DF 610(熔融指数1.2g/10min(2.16kg/10min))、DF 640(熔融指数3.6g/10min(2.16kg/10min))、DF 710(熔融指数1.2g/10min(2.16kg/10min))、DF 740(熔融指数3.6g/10min(2.16kg/10min))。
上述各种商品牌号的茂金属聚乙烯弹性体都符合熔融指数在2.16kg/190℃下为0.5～30g/10min、硬度小于邵A75度的要求，都可以用于本发明中，以下实施例选择其中几种作为代表，但可以由上述其他任意茂金属聚乙烯弹性体替代。
实施例1、一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体(Infuse 9107(Dow公司生产)100份、增塑剂石蜡油30份、导电炭黑12份、填充剂活性纳米碳酸钙18份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP有效含量为40％)3.8份。茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数为1g/10min(2.16kg/10min)。
充电辊的制造方法，包括以下步骤：
1)、称取原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂，放入到混炼机中进行混炼，混炼温度为100℃，混炼完毕后出片，静置冷却至室温得到混炼胶；
2)、将混炼胶置入预先放有金属轴芯的模具中，在175℃的交联温度下模压15min后固化成型、出模，将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；
充电辊再置于160℃烘箱内二次硫化1h，冷却24h后切边、打磨、清洗、干燥，制成充电辊成品1#。
或者将混炼胶放入挤出机中挤成管坯后，将轴芯穿入管坯在硫化罐或模具中固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h。
实施例2：一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体(Infuse 9107(Dow公司生产)100份、增塑剂石蜡油30份、导电炭黑18份、填充剂活性纳米碳酸钙27份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP有效含量为40％)5.7份。所述茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数为1g/10min(2.16kg/10min)。
充电辊制造方法同实施例1，在此不再赘述，得到充电辊成品2#。
实施例3：一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体100份(其中Infuse 9107(Dow公司生产)40份、Infuse 9807(Dow公司生产)60份)、增塑剂石蜡油30份、导电炭黑15份、填充剂活性纳米碳酸钙15份、活性滑石粉12(2500目)份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP有效含量为40％)4.5份。所述茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数分别1g/10min、15g/10min(2.16kg/10min)。
充电辊制造方法同实施例1，在此不再赘述，得到充电辊成品3#。
实施例4：一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体(LuceneLC170(LG化学生产)35份、Lucene LC670(LG化学)65份共100份、增塑剂石蜡油30份、导电炭黑12份、填充剂活性纳米碳酸钙30份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP有效含量为40％)5.4份。所述茂金属聚乙烯弹性体的熔融指数为1.1g/10min、5g/10min(2.16kg/10min)。
充电辊制造方法同实施例1，在此不再赘述，得到充电辊成品4#。
实施例5、一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体DF 605(熔融指数0.5g/10min(2.16kg/10min)100份、增塑剂环烷烃油10份、金属银粉末20份、填充剂滑石粉10份、交联剂过氧化二苯甲酰15份、促进剂丙烯酸锌3份。
充电辊的制造方法，包括以下步骤：
1)、称取原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂，放入到混炼机中进行混炼，混炼温度为120℃，混炼完毕后出片，静置冷却至室温得到混炼胶；
2)、将混炼胶置入预先放有金属轴芯的模具中，在180℃的交联温度下模压20min后固化成型、出模，将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；切边、打磨、清洗、干燥，制成充电辊成品。
实施例6、一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体DF 640(熔融指数3.6g/10min(2.16kg/10min))100份、增塑剂聚醚PEG-1000 50份、氧化铜3份、填充剂改性云母粉50份、交联剂过氧化二苯甲酰0.5份、促进剂三羟基甲基丙烷三(2-甲基丙烯酸)酯0.5份。
充电辊的制造方法，包括以下步骤：
1)、称取原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂，放入到混炼机中进行混炼，混炼温度为120℃，混炼完毕后出片，静置冷却至室温得到混炼胶；
2)、将将混炼胶放入挤出机中挤成管坯后，将轴芯穿入管坯在硫化罐或模具中固化10min成型；出模，将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；切边、打磨、清洗、干燥，制成充电辊成品。
实施例7、一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，所述导电弹性层由以下重量份数原料制成：茂金属聚乙烯弹性体DF 710(熔融指数1.2g/10min(2.16kg/10min))48份、DF 740(熔融指数3.6g/10min(2.16kg/10min))20份、DF 640(熔融指数3.6g/10min(2.16kg/10min))32份共100份、增塑剂邻苯二甲酸二(乙基己)酯20份、高氯酸钠9份、填充剂改性白炭黑40份、交联剂过氧化二苯甲酰10份、促进剂三烯丙基异氰脲酸酯5份。
充电辊的制造方法，包括以下步骤：
1)、称取原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂，放入到混炼机中进行混炼，混炼温度为90℃，混炼完毕后出片，静置冷却至室温得到混炼胶；
2)、将混炼胶置入预先放有金属轴芯的模具中，在170℃的交联温度下模压15min后固化成型、出模，将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；切边、打磨、清洗、干燥，制成充电辊成品。
测试仪器及方法：
1、外观测试。肉眼观察看有无缺陷。
2、硬度测试。采用邵氏A型硬度计在充电辊成品橡胶层进行测试。
3、电阻测试。将充电辊置于绝缘电阻测试仪进行电阻测试。
4、打印测试。将制得的充电辊放置于三星SUM ML-2010打印机中进行打印测试。
测试结果：本发明所有的实施例经过上述测试都符合要求，其中列举实施例1～4的测试结果：
1、1～4#产品表面平整光滑，无明显缺陷，尺寸均一。
2、1#产品的硬度为67.5，电阻为0.15MΩ；2#产品的硬度为69.9，电阻为0.05MΩ；3#产品的硬度为69.1，电阻为0.95MΩ；4#产品的硬度为66.0，电阻为1.08MΩ。
3、1～4#产品打印样稿字迹清晰，黑度均匀，无底灰现象，经过连续2500页打印寿命测试后，打印效果良好。
Claims (10)
1.一种充电辊，包括金属轴芯、在金属轴芯外设有导电弹性层，其特征在于，所述导电弹性层主要由以下重量份数原料制成：
茂金属聚乙烯弹性体 100
导电剂 3~20
增塑剂 10~50
交联剂 0.5~15
填充剂 10~50。
2.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述茂金属聚乙烯弹性体选择熔融指数在2.16kg/190℃下为0.5~30g/10min、硬度小于邵A75度的茂金属聚乙烯弹性体。
3.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述茂金属聚乙烯弹性体是在茂金属催化下乙烯与α-烯烃的共聚物、或者是至少两种所述共聚物的混合物。
4.根据权利要求3所述的充电辊，其特征在于，所述α-烯烃为1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-戊烯、1-庚烯或1-壬烯。
5.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、石墨、金属粉末、导电金属氧化物、高氯酸盐、铵盐、碱金属盐、导电聚合物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述增塑剂为石蜡油、环烃油、芳烃油、聚醚类增塑剂、聚酯类增塑剂或酯类增塑剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述交联剂为有机过氧化物。
8.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、云母粉、白炭黑等中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于，制造所述导电弹性层的原料还包括：0.5~5重量份数的促进剂。
10.一种充电辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将权利要求1中所述的制造导电弹性层的原料茂金属聚乙烯弹性体、导电剂、增塑剂、交联剂和填充剂在60~130℃进行混炼，得到混炼胶；
2)、将混炼胶放入带轴芯的模具中，在160~180℃交联固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h；
或者将混炼胶放入挤出机中挤成管坯后，将轴芯穿入管坯在硫化罐或模具中固化成型；将成型好的充电辊在室温下静置不低于24h。
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