CN103809412B - 导电弹性体辊、制造方法及其图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导电弹性体辊，其具有导电金属轴芯，以及在该导电金属轴芯外依次设置的化学阻隔层、弹性层和表面层，所述化学阻隔层为阻隔弹性层中产生或透过弹性层迁移或渗出的低分子物质的至少一层涂层，且为至少包含了主体材料和导电剂的成膜材料在导电性金属轴芯的外表面成膜固化而成。本发明还提供了制造所述导电弹性体辊的方法。该导电弹性体辊作为显影辊和充电辊，有效的防止导电性金属轴芯腐蚀，达到提高导电弹性体辊的特性，延长其使用寿命，也可以作为转印辊等应用于图像形成装置，改善了图像品质。

Description

导电弹性体辊、制造方法及其图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种导电弹性体辊、制造方法及其图像形成装置，尤其涉及一种具有化学阻隔层的导电弹性体辊以及利用该导电弹性体辊的显影装置，包括显影盒和图像形成装置，属于图像形成技术领域。

背景技术

目前，复印机、激光打印机等各种图像形成装置广泛应用于人们的生活和工作中，已成为人们生活和工作中不可或缺的设备。复印机和激光打印机等图像形成设备的成像原理主要有接触式显影和跳跃式显影。使用比较多的是采用接触式显影的设备或装置。采用接触式显影的图像形成装置中包括处理盒（也称显影盒），所述处理盒包括有粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓、充电辊和出粉刀等。接触式显影的原理和过程为利用充电辊给感光鼓充电，使感光鼓表面形成均匀的带电层；激光器将载有欲打印或复印图像信息的激光束照射到感光鼓表面，使感光鼓表面形成相应图像信息的静电潜像。另一方面，送粉辊向显影辊提供显影剂，并在出粉刀的作用下使显影辊的表面形成均匀带电的显影剂层；承载显影剂的显影辊将显影剂输送至感光鼓，使感光鼓表面的静电潜像转化为可视图像。

对于显影的图像形成装置，所述导电弹性体辊可用于图像形成装置的显影辊、充电辊和/或转印辊。

现有技术的导电弹性体辊一般具有如下结构：位于中心的导电性金属轴芯，包覆于导电性金属轴芯外周的弹性层，以及包覆于弹性层外周的表面层。其中，导电性金属轴芯不仅要对弹性层施加电压，还要为弹性层提供机械支撑，因而多采用铁、铝等导电金属材料制成棒状或管状轴芯。弹性层和表面层同时也对中心的导电性金属轴芯起保护作用。但是，在使用过程中，仍有低分子物质（如水分、盐、碱性化合物、酸性化合物及其离子等会导致金属腐蚀的物质，但不限于这些）会在弹性层中产生或透过弹性层迁移或渗出，与导电性金属轴芯接触，对导电性金属轴芯造成腐蚀，从而影响导电弹性体辊的使用寿命。导电弹性体辊的工作寿命被缩短，必然增加了激光打印机等设施的使用和维修成本。

特别是，随着激光打印机向小型化、轻量化的方向发展，以及出于节省成本的考虑，导电弹性体辊的弹性层的厚度也出现不断减小的趋势，导致弹性层对金属轴芯的保护作用显著减弱，金属轴芯受到腐蚀的可能性大大增加。

目前，导电弹性体辊制造技术在防范金属轴芯受到腐蚀方面存在的问题主要表现有：

1）技术人员在测试中发现，即使金属轴芯经过表面处理，如电镀、喷砂等，当它直接与采用氯醚橡胶或氯醚橡胶与其它橡胶的组合物形成的弹性层接触时，在高温高湿环境下存放一段时间，依然无法避免腐蚀的发生。

2）向橡胶组合物中加入适量的吸酸剂，可以防止生成的氯化氢对制品的影响。然而技术人员在测试中发现，经吸酸剂处理的金属轴芯的腐蚀情况并未得到避免，含有吸酸剂的氯醚橡胶导电弹性体辊存放一段时间后，金属轴芯依然会产生腐蚀。而且，即使增加吸酸剂的用量，金属轴芯腐蚀的情况依然无法避免，且吸酸剂用量的增加会导致产品加工性能变劣，弹性层的硬度增大，导致出现成像缺陷。

3）在橡胶中加入常用的无机填料，如轻质碳酸钙、活性碳酸钙、氧化钙、粉末二氧化硅等，以期通过它们在弹性层内阻碍低分子物质的运动或吸附低分子物质来防止金属轴芯被腐蚀，也是目前比较常见的防护措施。然而，这些无机填料在不同用量水平下，依然不能避免金属轴芯发生腐蚀。这可能是因为填料本身易吸附水分，导致弹性层内水分积聚，易引起腐蚀。而且加入无机填料的量较高时，会降低弹性层的电阻均匀性及抗压缩永久变形性，同时会增大其硬度，导致形成的图像出现缺陷。

4）在弹性层的外侧设置表面层，以期防止弹性层吸收水分产生酸性环境，也是目前被使用的手段。然而目前所使用的表面层材料本身并不是专门针对该问题，也就不能完全起到这一作用。产品存放一段时间后，金属轴芯依然出现腐蚀现象。

5）采用发泡弹性体材料制备弹性层，但仅仅是达到物理性防护，产品存放一段时间后，金属轴芯依然出现腐蚀现象。

综上所述，无法有效防止金属轴芯被腐蚀的原因是导电弹性体辊中金属轴芯外侧对低分子物质的化学阻隔性较差，无法有效阻止因低分子物质的迁入而对金属轴芯的腐蚀。

发明内容

本发明所解决的主要技术问题在于提供了一种导电弹性体辊，其具有化学阻隔层的构成和性质，在作为显影辊和充电辊用于图像成形装置时，由于在导电性金属轴芯外设置一层化学阻隔层，可以有效的阻止低分子物质的渗入对金属轴芯的腐蚀，不仅提升了图像品质，而且能够提高导电弹性体辊具有更佳的工作性能和长久的使用寿命。

本发明还提供了一种制造导电弹性体辊的方法，通过对该导电弹性体辊的导电性金属轴芯外设置化学阻隔层，从而有效的防止导电性金属轴芯腐蚀，达到提高导电弹性体辊的特性，延长其使用寿命。其作为充电辊、显影辊，也可以作为转印辊等应用于图像形成装置，改善了图像品质。

本发明的一个方面提供了一种导电弹性体辊，其具有导电金属轴芯，以及在该导电金属轴芯外依次设置的化学阻隔层、弹性层和表面层，所述化学阻隔层为至少一层，且为至少包含了主体材料和导电剂的成膜材料在导电性金属轴芯的外表面成膜固化而成。

根据本发明的实施方案，所述的主体材料为具有阻隔性树脂的一种或二种以上的组合。

根据本发明的实施方案，所述的主体材料为具有阻隔性且自身具有良好固化性能的树脂，如氯磺化聚乙烯树脂（CSM）、乙烯-乙烯醇共聚物树脂（EVOH）、偏氯乙烯共聚物、丙烯腈共聚物、聚酰胺树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；该主体材料也可以是具有阻隔性多种树脂的组合材料。在本发明中，优选单独使用氯磺化聚乙烯树脂（CSM）或乙烯-乙烯醇共聚物树脂（EVOH）作为主体材料，其主要原因为这两种树脂本身具有优良的阻隔性和气密性，并且实施方法简便、易于成型加工。

根据本发明的实施方案，所述成膜材料还包含无机填料，该无机填料可以是具有各种几何形状的填料，在本发明中，优选具有片状结构或可剥离的片层结构的填料，例如，石墨、氧化硅、云母、滑石、高岭土、蒙脱土等以及具有鳞片状结构的金属填料。对无机填料的微粒粒径无特殊要求，通常为纳米级微粒。因为纳米级的无机填料具有较高的比表面能，可以与主体材料的树脂结合力增强，且纳米级填料尤其是片状纳米级填料可以在主体材料的树脂中形成复杂的迷宫状结构，延长了低分子物质在树脂中的扩散路径，有利于进一步增强化学阻隔性。

本发明中无机填料可使用一种，也可以是多种共同混合使用。在本发明中，优选使用具有纳米层状结构的改性蒙脱土，通常可以通过商购获得。以100重量份的主体材料为基准，无机填料的用量约为1-10质量份，优选2-6质量份。

根据本发明的实施方案，所述的导电剂包括石墨、导电炭黑、ATO、ITO、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、碳纳米管、导电云母粉或金属氧化物等，优选使用以少量但容易控制导电性的炭黑，以100重量份的主体材料为基准，导电剂的用量约为2-20质量份，优选4-10质量份。

在本发明中，所述化学阻隔层的厚度为6-35微米，优选为7-30微米，更优选为8-25微米，化学阻隔层的厚度可以是单层的厚度，也可以是多层阻隔层叠加后的总厚度，其中，各阻隔层的厚度可以相同也可以不同。

在本发明中，在不阻碍本发明目的的情况下，也可以在化学阻隔层中适量的添加分散剂、消泡剂、增稠剂等助剂。

根据本发明的实施方案，可以在所述化学阻隔层与弹性层之间设置一层或多层粘合层，有利于增强化学阻隔层与弹性层的结合力。该粘合层可以由公知的粘合剂产品形成，其中，粘合剂可以选择，例如chemlok CH202、TYPLY-BN、TS701-73等，但不仅限于上述选择的范围。

根据本发明的实施方案，所述弹性层的基础材料选自极性橡胶。由于极性橡胶具有比非极性橡胶更低的电阻值以及更好的电阻均匀性，能够赋予导电弹性体辊更加优良的电性能。因此，在本发明中，优选使用氯醚橡胶或氯醚橡胶与其它极性橡胶的组合物。

本发明的另一个方面提供了一种制造导电弹性体辊的方法，该方法包括在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层，在该化学阻隔层外设置弹性层，以及在该弹性层外设置表面层的过程，所述在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层的过程包括：

将所述成膜材料分散于溶剂中制成涂层树脂液；

将该涂层树脂液涂覆于所述导电性金属轴芯的外表面，使溶剂挥发和树脂材料固化，在导电性金属轴芯的外表面形成至少一层所述化学阻隔层；

其中，所述主体材料选自具有阻隔性树脂的一种或二种以上的组合。

根据本发明的实施方案，在设置弹性层之前，还包括在所述化学阻隔层上设置一层或多层粘合层的过程。该粘合层可以由公知的粘合剂产品形成，其中，粘合剂可以选择，例如chemlok CH202、TYPLY-BN、TS701-73等，但不仅限于上述选择的范围。

根据本发明的实施方案，在导电性金属轴芯外表面设置化学阻隔层之前，还包括对导电性金属轴芯的外表面进行脱脂预处理，通常经过脱水处理的乙酸乙酯对导电金属轴芯外表面进行脱脂处理。

在本发明的技术方案中，对所述的溶剂不作特殊限定，可以满足使主体材料树脂在其中分散的单一溶剂或复合溶剂均可使用，所述复合溶剂是指二种以上不同的溶剂的组合。该溶剂可以是水、醇类、酯类、酮类、烃类、苯类、卤代烃类、醚类或酰胺类，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇及、苯甲醇、四氯化碳、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环己烷、丁酮、四氢呋喃、正庚烷、乙酸丁酯、二甲苯、环己酮、二甲基甲酰胺或乙酸戊酯。

在本发明的具体技术方案中，将涂层树脂液涂覆于所述导电性金属轴芯的外表面可以采用包括喷涂、滚涂或浸涂等常规方法将涂层树脂液涂覆于预处理过的导电性金属轴芯的外表面，以使所述涂层树脂在导电性金属轴芯外表面形成膜，经干燥处理，在导电性金属轴芯的外表面形成化学阻隔层。该化学阻隔层的干燥成膜过程可以通过将涂覆有涂层树脂液的导电性金属轴芯进行常规的加热烘烤处理，使溶剂挥发固化成膜。在成膜过程中，通过对涂覆的过程，例如喷涂或滚涂的次数，涂覆的时间，以及树脂液的固态含量的适当调整，从而得到设定厚度的化学阻隔层。

本发明提供的导电弹性体辊可用于图像形成装置的显影辊、充电辊和/或转印辊。

进一步地，本发明还提供了一种显影盒，其组成至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓废粉仓、清洁刮刀和充电辊，其中，所述显影辊和/或充电辊为所述的导电弹性体辊。

本发明还提供了一种图像形成装置，其中可拆卸地安装有上述显影盒，能够提供品质显著提高的图像产品。

综上所述，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、本发明的导电弹性体辊，通过对该导电弹性体辊的导电性金属轴芯外设置化学阻隔层，从而有效的防止导电性金属轴芯腐蚀，达到提高导电弹性体辊的特性，延长其使用寿命。

2、本发明的导电弹性体辊，相比现有技术的导电弹性体辊，其作为充电辊、显影辊，也可以作为转印辊等应用于图像形成装置，改善了图像品质。

附图说明

图1是本发明图像形成装置的结构示意图。

图2是本发明的图像形成装置中的显影盒的结构示意图。

图3、4是本发明导电弹性体辊的立体和截面示意图。

图5、6是本发明实施例4中的导电弹性体辊的立体和截面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方案和实施例对本发明进行进一步详细阐述，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质内容，不能理解为对本发明实施范围的任何限定。

如图1所示，图像形成装置1包括激光扫描器（LSU）2、纸张托盘3、供给辊4、传送辊5、转印辊6、定影单元7、排出辊8、排出盘9、显影盒10和外壳11。其中，显影盒10可拆卸的安装于图像形成装置中。

如图2所示，显影盒10包括：粉仓20，送粉辊30，显影辊40，感光鼓50，废粉仓60，清洁刮刀70和充电辊80。

图像形成过程如下：粉仓20中的碳粉（未示出）由送粉辊30传递给显影辊40，在显影辊40的表面形成一层均匀带电的碳粉层；同时，所述充电辊80给感光鼓50充电，使感光鼓50的表面形成均匀的带电层；激光器将载有图像信息的激光束照射感光鼓50表面，使感光鼓50表面形成相应图像信息的静电潜像；承载碳粉的显影辊40将碳粉传递给承载静电潜像的感光鼓50，在感光鼓50的表面形成可视碳粉图像，再经转印辊（未示出）转印作业将感光鼓上的碳粉图像转印到打印介质上，在打印介质上形成相应的可视碳粉图像，即完成成像过程（打印或复印）；感光鼓50上残留的碳粉在清洁刮刀70的作用下进入废粉仓60。

上述显影辊40/充电辊80和/或转印辊（未示出）可使用本发明所提供的导电弹性体辊，也是图像形成装置的重要部件之一。

下面将详细描述本发明中的导电弹性体辊及其形成方法，以及利用导电弹性体辊形成的显影盒与图像形成设备。

如图3、4所示，本发明提出的导电弹性体辊100的结构由以下四部分构成：导电性金属轴芯110、化学阻隔层120、弹性层130和表面层140。下面将对这四部分构件进行详细说明。

<导电性金属轴芯>

导电性金属轴芯110可用作电极和支撑构件，与公知技术可以完全相同，其形状可以为棒状或管状轴。其中的导体材料一般由例如，铁、铝等导电金属材料制成，本发明均不做特别限定。导电性金属轴芯的表面可以进行电镀、喷砂等表面处理，均属于公知技术。

<化学阻隔层>

化学阻隔层120是一种可以有效阻隔在弹性层中产生或透过弹性层迁移或渗出的低分子物质（如水分、盐、碱性化合物、酸性化合物及其离子等会导致金属腐蚀的物质，但不限于这些）与导电性金属轴芯接触的涂层，形成于金属轴芯110的外表面，其主体材料可以是具有阻隔性的树脂，如氯磺化聚乙烯树脂（CSM）、乙烯-乙烯醇共聚物树脂（EVOH）、偏氯乙烯共聚物、丙烯腈共聚物、聚酰胺树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；也可以是具有阻隔性树脂的一种或二种以上的组合。在本发明中，优选单独使用氯磺化聚乙烯树脂（CSM）或乙烯-乙烯醇共聚物树脂（EVOH）作为主体材料，其主要原因为这两种树脂不仅本身都具有优良的阻隔性和气密性，并且实施方法简便、易于成型加工。

化学阻隔层中还应含有增强化学阻隔性的结构，该结构可以通过在上述树脂中分散填料来实现。该填料可以是其微粒具有各种几何形状的无机填料，其中，优选具有片状结构或可剥离的片层结构的填料，例如，石墨、氧化硅；云母、滑石、高岭土、蒙脱土（或改性蒙脱土）等层状材料及具有鳞片状结构的铝、铜、锌、铁等金属材料。对无机填料微粒粒径无特殊要求，通常为纳米级微粒。因为纳米级的无机填料具有较高的比表面能，可以增强与作为主体材料的树脂的结合力，且纳米级填料尤其是片状纳米级填料可以在主体材料的树脂中形成复杂的迷宫状结构，延长了低分子物质在树脂中的扩散路径，有利于进一步增强化学阻隔性。

无机填料可使用一种，也可以是多种共同混合使用。在本发明中，优选使用具有纳米层状结构的改性蒙脱土，所述改性蒙脱土为经插层剂处理的蒙脱土，可以通过商购获得。以100重量份的主体材料为基准，无机填料的用量约为1-10质量份，优选2-6质量份。

所述化学阻隔层的形成原料中，还需要加入导电剂，如石墨、导电炭黑、ATO、ITO、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、碳纳米管、导电云母粉或金属氧化物等，以100重量份的主体材料为基准，导电剂的用量约为2-20质量份，优选4-10质量份。在利于控制导电性的同时，使用量尽可能少的材料更为优选，例如导电炭黑。

在不阻碍本发明目的的范围下，也可以在化学阻隔层中适量添加分散剂、消泡剂、增稠剂等助剂。

形成化学阻隔涂层所用的溶剂不作特殊限定，只要可以使主体材料树脂在其中分散的单一溶剂或复合溶剂，所述复合溶剂是二种以上不同的溶剂的组合。该溶剂可以是水、醇类、酯类、酮类、烃类、苯类、卤代烃类、醚类、酰胺类等，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、苯甲醇、四氯化碳、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环己烷、丁酮、四氢呋喃、正庚烷、乙酸丁酯、二甲苯、环己酮、二甲基甲酰胺或乙酸戊酯。

综合考虑阻隔层对导电弹性体辊的防护作用和导电性影响，所述化学阻隔层的厚度可以为6-35微米，优选为7-30微米，更优选为8-25微米，化学阻隔层的厚度可以是单层的厚度，也可以是多层阻隔层叠加后的总厚度，其中，各阻隔层厚度可以相同也可以不同。

具体操作中，将涂层树脂液涂覆于所述导电性金属轴芯的外表面可以采用包括喷涂、滚涂或浸涂等常规方法将涂层树脂液涂覆于预处理过的导电性金属轴芯的外表面，以使所述涂层树脂在导电性金属轴芯外表面形成膜，经干燥处理，在导电性金属轴芯的外表面形成化学阻隔层。该化学阻隔层的干燥成膜过程可以通过将涂覆有涂层树脂液的导电性金属轴芯进行加热烘烤处理或其它热处理方式，使溶剂挥发固化成膜。在成膜过程中，通过对涂覆的过程，例如喷涂或滚涂的次数，涂覆的时间，以及树脂液的固态含量的适当调整，从而得到设定厚度的化学阻隔层。

<弹性层>

弹性层130由导电橡胶构成，可以选择极性橡胶或非极性橡胶的一种或多种作为弹性层的基础材料，优选使用极性橡胶。所使用的基础材料例如：氯醚橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶、顺式丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶等。导电橡胶中可以含有配合剂，如：活化剂、防老化剂、软化剂、加工助剂、促进剂、硫化剂等。配合剂可以是本领域公知的产品。导电橡胶中可以含有导电剂，如：石墨、导电炭黑、导电云母粉等。导电橡胶也可以含有填料，如：碳酸钙、白炭黑、高岭土、硅藻土、蒙脱土、埃洛石等。橡胶与配合剂、导电剂、填料混合形成导电橡胶混合物，继而经过硫化形成导电弹性体。将该导电弹性体覆于化学阻隔层的外侧，形成具有弹性层的辊。对该辊是否进行表面处理不作限制。例如，若对该辊进行表面处理，可以对该辊表面进行研磨或其它机械处理，也可以对该辊表面进行化学处理，如：进行光化学改性或电化学改性，或设置树脂层等。

<表面层>

表面层140的敷设工艺不做限制，可以是将弹性层氧化后形成的表面层，也可以是通过将树脂涂布于弹性层外层而形成的树脂涂层等公知技术。

此外，如图5、6所示，根据本发明的实施例4的导电弹性体辊200，其结构由以下五部分构成：导电性金属轴芯210、化学阻隔层220、弹性层230、表面层240以及位于所述化学阻隔层与弹性层之间的一层或多层粘合层250。粘合层250可增强化学阻隔层与弹性层的结合力。本发明对于形成该粘合层250的粘合剂材料没有特殊要求，可以选择任何能够对阻隔层与弹性层起到粘合效果的粘合剂产品。在阻隔层与弹性层之间设置粘合层，对于阻隔层和/或弹性层材料的选择和形成工艺可以在更宽的范围内实施。

根据本发明的导电弹性体辊可用于显影盒中的显影辊和充电辊；也可用于使用该显影盒的图像形成设备如复印机、传真机和打印机。下面以本发明的导电弹性体辊用于激光打印机（商品名：PANTUM P2000；珠海赛纳打印科技股份有限公司）的充电辊的具体实施例进一步详细说明。

实施例1

导电性金属轴芯的预处理：

用经脱水处理后的乙酸乙酯对外径6毫米的导电性金属轴芯（SUM22）的外表面进行脱脂处理。

化学阻隔层的形成：

将100质量份的氯磺化聚乙烯树脂（商品名：CSM40；吉林化学工业股份有限公司生产）、6质量份的改性蒙脱土（商品名：DK4；浙江丰虹新材料股份有限公司生产）和5质量份的导电炭黑（商品名：VULCANXC72；卡博特公司生产），添加到有机溶剂二甲苯中，用分散机分散均匀，制成涂层树脂液。将该涂层树脂液利用喷涂机反复涂覆于导电性金属轴芯外表面，然后置于烘烤箱内以80℃温度烘烤30分钟，使溶剂挥发，取出冷却后，涂层材料在导电金属轴芯的外表面形成所述化学阻隔层。测得化学阻隔层的厚度为15微米，得到具有化学阻隔层的导电性金属轴芯。

弹性层的形成：

将100质量份氯醚橡胶（商品名：Hydrin T3106；日本瑞翁株式会社生产）与6.5质量份氧化锌、1质量份硬脂酸、35质量份活性碳酸钙（粒度：1250目；南京欧米亚精细化工有限公司生产）、10质量份导电炭黑（商品名：VULCAN XC-72；卡博特公司生产）在混合设备中混合均匀，然后加入0.5质量份硫磺、2质量份过氧化二异丙苯（商品名：DCP-40C；中石化上海高桥石油化工公司生产）混合均匀，得到未硫化的导电橡胶混合物；

将所述未硫化的导电橡胶混合物包覆于上述具有化学阻隔层的导电性金属轴芯外侧，然后将导电性金属轴芯设置在内径15mm的圆筒状模具内，并使二者同心。将模具放于加热设备中，于150℃加热成型20分钟，脱模后，将此具有导电弹性体的辊置于145℃的烘箱内二次硫化2小时，冷却后，用研磨设备将导电弹性体外表面进行研磨，得到弹性层厚度为2毫米的辊，其转动电阻为10⁶欧姆，且该导电弹性体的邵氏A硬度为58度。

表面层的形成：

将氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）与MQ树脂（商品名：HL-MQ100；信越化学工业株式会社生产）共同溶解于乙酸丁酯和二甲苯以体积比1:1组成的复合溶剂中，形成涂层树脂溶液，并使上述两种树脂的固态成分浓度依次为：15%、6%。相对于100质量份的氟树脂固态成分，添加5质量份导电炭黑（商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司生产）、10质量份纳米导电钛白粉（商品名：DZC-03；广州市德昭化工有限公司生产），用分散机分散后，相对于100质量份的氟树脂固态成分，添加有效物质为40质量份聚氨酯固化剂（商品名：Desmodur N75；拜耳公司生产），搅拌均匀后通过浸渍涂覆在先成型的辊上，在80℃的烘箱内干燥30分钟后，在130℃的烘箱内固化2小时，得到充电辊，其表面层厚度为12微米。

实施例2

除了以乙烯-乙烯醇共聚物树脂（商品名：F171；日本可乐丽公司生产）取代氯磺化聚乙烯树脂用于化学阻隔层主体材料、以正丁醇取代二甲苯作为溶剂以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊，其化学阻隔层厚度为15微米。

实施例3

首先在预处理过的导电性金属轴芯表面设置一层以氯磺化聚乙烯树脂为主体材料的化学阻隔层，设置方法同实施例1，得到的化学阻隔层厚度为15微米；然后在该化学阻隔层外侧再设置一层以乙烯-乙烯醇共聚物树脂为主体材料的化学阻隔层，设置方法同实施例2，厚度控制为10微米；弹性层和表面层的设置方法同实施例1。

实施例4

除了导电性金属轴芯的预处理方式改为：首先用经过脱水处理的乙酸乙酯对外径6毫米的导电性金属轴芯（SUM 22）外表面进行脱脂处理，然后用喷砂机对导电性金属轴芯外表面进行喷砂处理，再用干燥无油的压缩空气吹扫喷砂表面的灰尘。其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊，其化学阻隔层厚度为15微米。

实施例5

除了在具有化学阻隔层的导电性金属轴芯外设置一层粘合层外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊，其化学阻隔层的厚度为15微米。

粘合层的设置方法：将粘合剂（商品名：Chemlok233；上海洛德化学有限公司生产）按照该粘合剂产品推荐的工艺设置于具有化学阻隔层的导电性金属轴芯外层。

实施例6

除了以100份丁腈橡胶（商品名:JSR N230S；JSR株式会社生产）取代100份氯醚橡胶形成弹性层外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊，其化学阻隔层厚度为15微米。

实施例7

除了化学阻隔层形成过程中不加入改性蒙脱土以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊，其化学阻隔层厚度为15微米。

实施例8

除了控制涂敷操作使固化形成的化学阻隔层厚度为30微米以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

实施例9

除了控制涂敷操作使固化形成的化学阻隔层厚度为40微米以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

实施例10

除了控制涂敷操作使固化形成的化学阻隔层厚度为4微米以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

比较例1

除了不设置化学阻隔层以外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

比较例2

除了不设置化学阻隔层以外，其余按照与实施例4同样的方法得到充电辊。

比较例3

除了不设置化学阻隔层以外，其余按照与实施例6同样的方法得到充电辊。

比较例4

除了在导电性金属轴芯外不设置化学阻隔层而设置粘合层外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

粘合层设置方法：将底涂粘合剂（商品名：Chemlok 205；上海洛德化学有限公司生产）与面涂粘合剂（商品名：Chemlok233；上海洛德化学有限公司生产）依次设置于导电性金属轴芯外，按照该粘合剂推荐的加工工艺设置于导电性金属轴芯外层，其粘合层厚度为16微米。

比较例5

除了在导电性金属轴芯外不设置化学阻隔层而设置粘合层外，其余按照与实施例1同样的方法得到充电辊。

粘合层设置方法：将底涂粘合剂（商品名：THIXON P-11EF；美国罗门哈斯公司生产）与面涂粘合剂（商品名：THIXON 511EF；美国罗门哈斯公司生产）依次设置于导电性金属轴芯外，按照该粘合剂推荐的加工工艺设置于导电金属轴芯外层，其粘合层厚度为16微米。

比较例6

除了按照以下方式在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层外，其余按照和实施例1同样的方法得到充电辊：

将100质量份的丙烯酸树脂（商品名：TCA-837B-1；台昌树脂有限公司生产）、6质量份的改性蒙脱土（商品名：DK4；浙江丰虹新材料股份有限公司生产）和5质量份导电炭黑（商品名：VULCAN XC72；卡博特公司生产），添加有机溶剂乙酸丁酯中，用分散机分散均匀，形成涂层树脂液。将该涂层树脂液用喷涂机涂布于导电性金属轴芯外表面，然后置于烘烤箱内以80℃温度烘烤30分钟，取出冷却后，在导电金属轴芯的外表面形成所述化学阻隔层。测得化学阻隔层的厚度为15微米，由此得到具有化学阻隔层的导电性金属轴芯。

比较例7

除了按照以下方式在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层外，其余按照和实施例1同样的方法得到充电辊。

将100质量份的氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）、6质量份的改性蒙脱土（商品名：DK4；浙江丰虹新材料股份有限公司生产）和5质量份导电炭黑（商品名：VULCAN XC72；卡博特公司生产）和有效物质为40质量份的聚氨酯树脂固化剂（商品名：Desmodur N75；拜耳公司生产），添加有机溶剂乙酸丁酯中，用分散机分散均匀，形成涂层树脂液。将该涂层树脂液用喷涂机涂布于导电性金属轴芯外表面，然后置于烘烤箱内以80℃温度烘烤30分钟后，在130℃的烘箱内固化2小时，取出冷却后，在导电金属轴芯的外表面形成所述化学阻隔层。测得化学阻隔层的厚度为15微米，由此得到具有化学阻隔层的导电性金属轴芯。

充电辊的金属轴芯表面腐蚀评价

充电辊的表面评价方法可选择激光测径法或投影法，为确保精细无漏检，本发明使用激光测径仪（商品名：LDM-50，郑州市明锐科技有限公司）测量、筛选出由于金属轴芯腐蚀致使表面凹凸的导电弹性体辊。

通常，在高温度和高湿度环境中，导致金属轴芯腐蚀的化学反应将被加速。将上述实施例制造的充电辊在高温高湿环境（50℃，90%RH）试验箱中储存，在放置1、2、3、6、9个月时分别随机取出50支充电辊，使用激光测径仪测量每支充电辊的圆柱度，测量方法如下：

首先，在充电辊旋转轴上某一点处，用一列方向固定且长度大于充电辊直径的平行光带径向扫过上述该点的位置，利用光学的几何原理，平行光带垂直地投影到对面的激光接收装置，被充电辊遮挡的投影长度即为旋转轴上该点对应的充电辊直径大小。同时，充电辊在激光测径仪中做周向旋转，在一定的转速条件下，相邻时刻直径瞬时值的波动大小能够反映出旋转轴上某点处充电辊表面的凹凸情况，因此，旋转一周就能累计测量出旋转轴上某点处一个圆周的表面凹凸情况。进一步地，使充电辊做轴向移动，就能采集到整个辊长度方向的表面凹凸情况。

对于金属轴芯腐蚀引起的充电辊表面的凹凸情况的判断，需要在一定的转速和轴向移动速度下，对相邻旋转时刻直径瞬时值的波动大小给定一个范围来进行筛选，即：充电辊的转速在60~150rpm、轴向移动速度在2~5mm/s，相邻时刻直径瞬时值的波动大小标准范围选定0.01mm及以上，即可以判定为表面发生了较大的凹凸缺陷，高温高湿环境下放置6个月未出现金属轴芯腐蚀引起的凹凸缺陷，即可保证其在电子照相处理卡盒的使用寿命期限内不出现成像缺陷。

评价标准如下：

○：50支充电辊中未发现直径在0.01mm及以上的波动量，即未发现较大的表面凹凸情况；

×：50支充电辊在测量过程中发现至少一支直径在0.01mm及以上的波动量。

图像评价

上述充电辊的金属轴芯在经过腐蚀表面评价后，按高温高湿环境下放置6个月有无出现直径在0.01mm及以上的波动量分为“表面缺陷”与“表面完好”两类，然后分别将其安装在电子照相处理卡盒上，使用单色激光打印机（商品名：PANTUM P2000；珠海赛纳打印科技股份有限公司生产）在常温常湿环境（N/N；25℃，55%RH）下输出30%黑度全色图像，进行图像评价。

其中发现，当阻隔层厚度不超过35微米的充电辊（实施例1~实施例8）均为“表面完好”，且打印图像全部均匀良好，无缺陷；当阻隔层厚度超过35微米时（实施例9），虽然充电辊全部是“表面完好”，但打印图像会产生图像不均匀或黑色斑点的不良现象，影响打印品质；未设置阻隔层以及阻隔层厚度不足时（比较例1~比较例7、实施例10）均有出现“表面缺陷”，并且用“表面缺陷”的充电辊打印的图像全部产生周期性云状斑。

实验环境的定义：

低温低湿环境（L/L）：10℃，20%RH

常温常湿环境（N/N）：25℃，55%RH

高温高湿环境（H/H）：35℃，80%RH

腐蚀现象验证

将上述所有经腐蚀表面评价和图像评价后的充电辊用切削刃具将弹性层剥离，使导电性金属轴芯外露，观察导电性金属轴芯是否产生腐蚀生锈。发现“表面完好”的充电辊金属轴芯未发生腐蚀现象；“表面缺陷”的充电辊金属轴芯均有发生腐蚀，并且发现有些腐蚀位置对应于明显肉眼可见的表面凹凸区域。

以上，本发明实施例和比较例的验证方法不局限于对充电辊的验证，对显影辊及转印辊等导电弹性体辊，虽然导致的图像缺陷种类有所差异，但原理同样适用。

充电辊金属轴芯表面腐蚀评价结果，见下表1所示：

表1

	1个月	2个月	3个月	6个月	9个月
						实施例1	○	○	○	○	○
实施例2	○	○	○	○	○
						实施例3	○	○	○	○	○
实施例4	○	○	○	○	○
						实施例5	○	○	○	○	○
实施例6	○	○	○	○	○
						实施例7	○	○	○	○	×
实施例8	○	○	○	○	○
						实施例9	○	○	○	○	○
实施例10	○	×	×	×	×
						比较例1	×	×	×	×	×
比较例2	×	×	×	×	×

比较例3	○	○	×	×	×
						比较例4	○	×	×	×	×
比较例5	×	×	×	×	×
						比较例6	○	○	×	×	×
比较例7	○	○	×	×	×

通过金属轴芯腐蚀评价和图像评价可知：

设置一定厚度的化学阻隔层的导电弹性体辊不易产生金属轴芯腐蚀，且通过本发明的方法制备的导电弹性体辊在实际使用过程中形成的图像质量优良；

而未设置化学阻隔层、化学阻隔层厚度设置不足、化学阻隔层的主体材料使用无阻隔性树脂材料以及仅设置粘合层的导电弹性体辊，无法避免金属轴芯腐蚀的问题，当金属轴芯出现腐蚀后，形成的图像出现缺陷，当化学阻隔层厚度超过35微米时，也会出现成像缺陷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种导电弹性体辊，其具有导电金属轴芯，以及在该导电金属轴芯外依次设置的化学阻隔层、弹性层和表面层，所述化学阻隔层为阻隔弹性层中产生或透过弹性层迁移或渗出的低分子物质的至少一层涂层，且为至少包含了主体材料和导电剂的成膜材料在导电性金属轴芯的外表面成膜固化而成，所述导电剂相对于100重量份的主体材料，其用量为2-20重量份，所述的主体材料包括氯磺化聚乙烯树脂、乙烯-乙烯醇共聚物树脂、偏氯乙烯共聚物、丙烯腈共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种的组合。

2.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述成膜材料还包含无机填料，其包括石墨、氧化硅、云母、滑石、高岭土、蒙脱土、具有鳞片状结构的金属填料、或它们的任意组合。

3.根据权利要求2所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述无机填料相对于100重量份的主体材料，其用量为1-10重量份。

4.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述的导电剂包括石墨、导电炭黑、ATO、ITO、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、碳纳米管、导电云母粉或金属氧化物。

5.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述化学阻隔层的厚度为6-35微米。

6.根据权利要求5所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述化学阻隔层的厚度为7-30微米。

7.根据权利要求6所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述化学阻隔层的厚度为8-25微米。

8.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其特征在于，在所述化学阻隔层与弹性层之间还设置有一层或多层粘合层。

9.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其特征在于，所述弹性层的基础材料选自极性橡胶。

10.一种制造如权利要求1-9任一项所述导电弹性体辊的方法，该方法包括在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层，在该化学阻隔层外设置弹性层，以及在该弹性层外设置表面层的过程，所述在导电性金属轴芯外设置化学阻隔层的过程包括：

将所述成膜材料分散于溶剂中制成涂层树脂液；

将该涂层树脂液涂覆于所述导电性金属轴芯的外表面，使溶剂挥发和树脂材料固化，在导电性金属轴芯的外表面形成至少一层所述化学阻隔层。

11.根据权利要求10所述的制造导电弹性体辊的方法，其特征在于，在设置弹性层之前，还包括在所述化学阻隔层上设置一层或多层粘合层的过程。

12.根据权利要求10所述的制造导电弹性体辊的方法，其特征在于，在导电性金属轴芯外表面设置化学阻隔层之前，还包括对导电性金属轴芯的外表面进行脱脂预处理。

13.根据权利要求10-12任一项所述的制造导电弹性体辊的方法，其特征在于，所述溶剂包括水、醇类、酯类、酮类、烃类、苯类、卤代烃类、醚类、酰胺类的一种或多种组合。

14.根据权利要求10-12任一项所述的制造导电弹性体辊的方法，其特征在于，将涂层树脂液涂覆于所述导电性金属轴芯的外表面采用喷涂、滚涂或浸涂，使所述涂层树脂液在导电性金属轴芯外表面形成膜，经热处理挥发溶剂、冷却后，在导电性金属轴芯外表面形成所述化学阻隔层。

15.一种如权利要求1-9任一项所述的导电弹性体辊作为图像形成装置的显影辊、充电辊和/或转印辊的用途。

16.一种显影盒，其组成至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓、废粉仓、清洁刮刀和充电辊，其特征在于，所述显影辊和/或充电辊为权利要求1-9任一项所述的导电弹性体辊。

17.一种图像形成装置，其特征在于，可拆卸地安装有权利要求16所述的显影盒。

18.根据权利要求17所述的图像形成装置，其特征在于，所述图像形成装置为复印机或激光打印机。