CN108490750A - 一种显影辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显影辊及其制备方法。由里向外依次为金属芯轴、粘合剂层A、橡胶主体层、粘合剂层B、表面涂覆层；橡胶主体层的体积电阻率为10‐10⁶Ω·cm，压缩永久变形率<10％；表面涂覆层的表面电阻率为10‐10⁷Ω，表面粗糙度Ra为0.1‑2μm。本发明通过筛选疏水性强并对温度变化不敏感的聚合物材料并匹配合适的导电剂构成橡胶主体层和表面涂覆层，保持显影辊整体电阻率在不同环境下的稳定，避免较大幅度的波动。通过采用无机有机粒子的搭配并选择合适表面能的材料形成表面涂覆层，促使表面涂覆层的表面粗造度控制在适当范围内，避免产生较大的摩擦热从而延长打印寿命。

Description

一种显影辊及其制备方法

技术领域

本发明属于激光打印技术领域，具体涉及一种激光打印机显影辊及其制备方法。

背景技术

激光打印机作为一种通用型设备，应用非常广泛，它利用光、电、热的物理、化学原理通过相互作用输出文字或图像。激光打印机工作过程分为充电、曝光、显影、转印、定影、清洁、消电等七个步骤。首先，在充电棍的作用下感光鼓表面携带上均匀电荷，激光扫描系统产生载有字符或图像信息的点阵激光束并在感光鼓上扫描形成图像，称之为静电潜像，同时，显影辊旋转，显影辊与送粉辊间的碳粉因旋转摩擦而带电，带有电荷的碳粉吸附至显影辊上并在出粉刀压力挤压下而均匀分布于显影辊上，当其旋转到显影辊与感光鼓相接触部分时在电场力作用下而被转印到感光鼓表面上，促使静电潜像转换成可视图像。随着感光鼓的旋转及经转印辊对纸张等记录介质背面施加的正电压作用，对在感光鼓表面形成了可视图像的带负电荷的碳粉产生吸引力，由碳粉形成的可视图像即被转印至纸张等记录介质上。随后进入加热辊和加压辊形成的定影组件，在热和压力的作用下碳粉粒子熔入记录介质的纤维中，于是碳粉形成的可视图像完全固化于记录介质上。这样一个基本的成像动作就完成了。

在打印过程中，想要取得高品质的打印效果，显影辊发挥着至关重要的作用。然而目前市面上供给的显影辊产品还存在打印品质随温度、湿度等环境因素及打印时间而大幅度波动的问题，譬如在高温高湿度环境中打印纸张中会出现“雾化”现象，根本原因之一是墨粉带电量不足，主要原因是当环境发生较大变化时，显影辊芯轴外包覆材料的电阻率也发生了较大变化从而导致墨粉的带电量发生变化，使其附着力变弱所致。再譬如随着打印纸张增多打印时间的延长，在最终的打印纸张中呈现出白条纹的现象，主要原因则是显影辊包覆材料的粗造度太大摩擦力太强，导致显影辊与出粉刀之间接触时间长后产生较大的摩擦热，从而导致墨粉与出粉刀之间发生熔融粘附现象，导致墨粉在显影辊表面不均匀分布所致，这也是目前提高打印品质延长打印寿命所面临的问题，其根本的解决方法就是改变显影辊芯轴外包覆材料。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种高品质显影辊及其制备方法，

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种显影辊，由里向外依次为金属芯轴、粘合剂层A、橡胶主体层、粘合剂层B、表面涂覆层；

其中，粘合剂层A粘接金属芯轴和橡胶主体层，粘合剂层B粘接橡胶主体层与表面涂覆层；橡胶主体层的体积电阻率为10‐10⁶Ω·cm，压缩永久变形率<10％；表面涂覆层的表面电阻率为10‐10⁷Ω，表面粗糙度Ra为0.1-2μm。

按上述方案，所述粘合剂层A和B为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、α-氰基丙烯酸乙酯、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、Chemlok粘合剂中的一种或任意组合；所述Chemlok粘合剂为Chemlok6125、Chemlok 6411、Chemlok 205、Chemlok 8009、Chemlok 8212、Chemlok 207、Chemlok220、Chemlok 252X、Chemlok 607、Chemlok 608、Chemlok 5151中的一种或任意组合。

按上述方案，所述橡胶主体层为橡胶材料、导电剂和补强填料的复合材料；其中，橡胶材料为聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、二元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或任意组合；导电剂为石墨、乙炔黑、科琴黑、氧化锡、氧化锌、氧化铜、高氯酸钠、季铵盐、银中的一种或任意组合；补强填料为白炭黑、碳酸钙、硬脂酸钙、硬质酸钠中的一种或任意组合。

按上述方案，所述橡胶主体层的组成按质量份数计：橡胶材料60～95份，导电剂5～40份，补强填料1～10份。

按上述方案，所述橡胶主体层的组成是橡胶材料为硅橡胶、导电剂为乙炔黑、补强填料为白炭黑；其三者的质量份数分别为橡胶材料80份，导电剂15份，补强填料5份。

按上述方案，所述表面涂覆层由氟硅树脂涂料、粒子、导电剂和固化剂四部分组成；其中，粒子为硅氧烷树脂粒子、聚氨酯树脂粒子、聚氯乙烯树脂粒子、二氧化硅粒子中的一种或任意组合，粒径为0.1～100μm；导电剂为石墨、乙炔黑、科琴黑、氧化锡、氧化锌、氧化铜、高氯酸钠、季铵盐、银中的一种或任意组合；所述固化剂为聚异氰酸酯。

按上述方案，所述表面涂覆层的组成按质量份数计：氟硅树脂涂料占50～90份，粒子占1～10份，导电剂占5～50份，固化剂5～10份。

按上述方案，所述表面涂覆层组成是氟硅树脂涂料、聚氨酯树脂粒子、导电剂为石墨、固化剂为聚异氰酸酯；其质量份数为氟硅树脂涂料占75份，粒子占5份，导电剂占15份，固化剂5份。

按上述方案，上述显影辊的制备方法，包括以下步骤：

1)将粘合剂层A均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为1-40μm；

2)将橡胶材料、导电剂和补强填料采用真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入中心为步骤1所得芯轴的圆柱形模具中，注射压力为5～20MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温5-40分钟，再升温至200℃，保温100-300分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为3～15mm的橡胶主体层；

3)将粘合剂层B均匀喷涂于步骤2所得产品上，厚度为1-30μm；

4)将氟硅树脂涂料、粒子、固化剂和导电剂采用高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所得产品上，厚度为10-500μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后放置于140℃的烘箱中固化30～120分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

复合型导电高分子材料具有PTC效应，即材料的电阻率随着温度的升高而升高的正温度系数现象，其内在机理解释为：1、热膨胀说：当复合材料温度升高时材料会发生热膨胀，根据导电通道理论，由于基体材料与导电材料的热膨胀率不同(通常连续相大于导电相)，造成原来由导电颗粒形成的导电通路逐步受到破坏，因此电阻率升高；其次，根据隧道导电理论，复合材料的电阻率与导电粒子之间的距离ω成指数关系，热膨胀将造成ω的增大，会引起电阻率迅速升高。2、晶区破坏说：在复合型导电高分子材料中，如果高分子材料存在部分结晶状态，导电相则分布在非晶区，这样高分子材料的结晶度越大，非晶区比例越小，导电粒子在其中的浓度就越大，就更容易形成完整导电通路，在同样浓度下电导率较高，而当温度升高能够引起晶区减小时，非晶区比例将随之增加，导致导电颗粒在非晶区的相对浓度下降，电阻率会随之上升，呈现出正温度效应。

本发明中，为降低或避免正温度效应的产生，基体材料和导电剂的筛选十分重要，同时根据它们性能指标的匹配性进行合理的搭配。例如：为避免出现晶区破坏而导致的电阻率变化，基体材料表面涂覆层材料及橡胶中间层材料结晶性和结晶程度需要重点考虑；为减少热膨胀导致的电阻率变化，需要筛选热膨胀系数较为匹配的基体材料和导电剂颗粒，同时表面涂覆层材料及橡胶中间层材料的泊松比也须较为一致，避免环境变化导致二者宏观体积的较大差异，并通过导电剂调整两种材料电阻率，使其二者匹配良好，促使整体材料获得较大的电容性；同时粘合剂层A和粘合剂层B的材料筛选合适，促使金属轴与橡胶中间材料及表面涂覆层与橡胶中间层之间都具有优异的粘接性能，促使表面涂覆层与橡胶中间层形成一个整体。高分子和导电剂等材料都有亲疏水性能区别，在湿度较大环境中，不同材料表面浸润水量差别很大，而表面水介质的存在严重影响着材料的电阻特性，因此，表面涂覆层材料亲疏水特性也须给予重点考虑，避免高温高湿环境下材料表面的润湿性，通过材料电阻随环境变化的内在机制的分析，筛选不同性质及匹配性的基体材料及导电材料，从而避免材料电阻率随环境的较大波动。

显影辊与送粉辊之间的摩擦促使墨粉颗粒带上电荷，若显影辊的粗糙度太低则墨粉颗粒在摩擦过程中的电荷携带量太少，将导致粘附至显影辊上的墨粉量不够或者不均匀；但如果粗糙度太大，则显影辊与刮刀之间的长期摩擦将产生大量的热量，使得刮刀达到熔点使其熔融损坏并粘附到显影辊上，导致打印拖粉现象，因此需要保持适宜的粗糙度并选用耐磨性良好的树脂粒子，既获得适量的墨粉颗粒又避免损坏刮刀。

本发明相对于现有技术的有益效果如下：

本发明通过筛选疏水性强并对温度变化不敏感的聚合物材料并匹配合适的导电剂构成橡胶主体层和表面涂覆层，保持显影辊整体电阻率在不同环境下的稳定，避免较大幅度的波动。

通过采用无机有机粒子的搭配并选择合适表面能的材料形成表面涂覆层，促使表面涂覆层的表面粗造度控制在适当范围内，避免产生较大的摩擦热从而延长打印寿命。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

1)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为10μm；

2)同时称取60份聚氨酯橡胶、30份石墨和10份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将α-氰基丙烯酸乙酯均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取50份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、5份聚异氰酸酯和40份乙炔黑投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为50μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

实施例2：

1)将Chemlok 207均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为5μm；

2)同时称取65份硅橡胶、30份乙炔黑和5份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将Chemlok 608均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取60份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、5份聚异氰酸酯和30份乙炔黑投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为30μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

实施例3：

1)将Chemlok 207均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为5μm；

2)同时称取65份硅橡胶、30份乙炔黑和5份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将Chemlok 608均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取55份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、5份二氧化硅粒子、5份聚异氰酸酯和30份科琴黑投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为30μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

实施例4

1)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为10μm；

2)同时称取80份硅橡胶、15份乙炔黑和5份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将α-氰基丙烯酸乙酯均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取75份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、15份石墨和5份聚异氰酸酯投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为50μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

实施例5：

1)将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为5μm；

2)同时称取65份硅橡胶、30份乙炔黑和5份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将Chemlok 608均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取55份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、5份二氧化硅粒子、5份聚异氰酸酯、15份乙炔黑和15份氧化锌投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为30μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

实施例6：

1)将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为5μm；

2)同时称取65份丁苯橡胶、30份科琴黑和5份白炭黑投放至真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入带有金属芯轴的模具中，注射压力为10MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温10分钟，再升温至200℃，保温120分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为5mm的橡胶主体层；

3)将Chemlok 608均匀喷涂于上述步骤2中所制备的产品，厚度为5μm；

4)称取55份氟硅树脂涂料、5份聚氨酯树脂粒子、5份二氧化硅粒子、5份聚异氰酸酯、15份乙炔黑和15份氧化锌投放至高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所制备的产品，厚度为30μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后将其放置于140℃的烘箱中固化60分钟，然后自然冷却至室温即为成品。

上述实施例所得显影辊在不同温度下，进行体积电阻率(Ω.cm)测试(材料体积电阻率和表面电阻率试验方法GB/T 1410-2006)，结果见表1所示。

表1

上述实施例所得显影辊的表面涂覆层在不同环境湿度下，进行表面电阻率(Ω)测试(材料体积电阻率和表面电阻率试验方法GB/T 1410-2006)，结果见表2所示。

表2

上述实施例所得显影辊表面粗造度测试：表面粗糙度测试使用粗糙度测试仪，将产品置于测试仪中，测量左、中、右三段，每段两个部位测两个数值，共读取六个数值并求平均值，所得结果见表3所示。

表3

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

表面粗造度(μm)

0.42μm

2.85μm

2.42μm

1.38μm

0.88μm

2.45μm

Claims (9)

1.一种显影辊，其特征在于由里向外依次为金属芯轴、粘合剂层A、橡胶主体层、粘合剂层B、表面涂覆层；

其中，粘合剂层A粘接金属芯轴和橡胶主体层，粘合剂层B粘接橡胶主体层与表面涂覆层；橡胶主体层的体积电阻率为10‐10⁶Ω·cm，压缩永久变形率<10％；表面涂覆层的表面电阻率为10‐10⁷Ω，表面粗糙度Ra为0.1-2μm。

2.如权利要求1所述显影辊，其特征在于所述粘合剂层A和B为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、α-氰基丙烯酸乙酯、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Chemlok粘合剂中的一种或任意组合；所述Chemlok粘合剂为Chemlok 6125、Chemlok 6411、Chemlok 205、Chemlok 8009、Chemlok 8212、Chemlok 207、Chemlok 220、Chemlok 252X、Chemlok 607、Chemlok 608、Chemlok 5151中的一种或任意组合。

3.如权利要求1所述显影辊，其特征在于所述橡胶主体层为橡胶材料、导电剂和补强填料的复合材料；其中，橡胶材料为聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、二元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或任意组合；导电剂为石墨、乙炔黑、科琴黑、氧化锡、氧化锌、氧化铜、高氯酸钠、季铵盐、银中的一种或任意组合；补强填料为白炭黑、碳酸钙、硬脂酸钙、硬质酸钠中的一种或任意组合。

4.如权利要求3所述显影辊，其特征在于所述橡胶主体层的组成按质量份数计：橡胶材料60～95份，导电剂5～40份，补强填料1～10份。

5.如权利要求3或4所述显影辊，其特征在于所述橡胶主体层的组成是橡胶材料为硅橡胶、导电剂为乙炔黑、补强填料为白炭黑；其三者的质量份数分别为橡胶材料80份，导电剂15份，补强填料5份。

6.如权利要求1所述显影辊，其特征在于所述表面涂覆层由氟硅树脂涂料、粒子、导电剂和固化剂四部分组成；其中，粒子为硅氧烷树脂粒子、聚氨酯树脂粒子、聚氯乙烯树脂粒子、二氧化硅粒子中的一种或任意组合，粒径为0.1～100μm；导电剂为石墨、乙炔黑、科琴黑、氧化锡、氧化锌、氧化铜、高氯酸钠、季铵盐、银中的一种或任意组合；所述固化剂为聚异氰酸酯。

7.如权利要求6所述显影辊，其特征在于所述表面涂覆层的组成按质量份数计：氟硅树脂涂料占50～90份，粒子占1～10份，导电剂占5～50份，固化剂5～10份。

8.如权利要求6或7所述显影辊，其特征在于所述表面涂覆层组成是氟硅树脂涂料、聚氨酯树脂粒子、导电剂为石墨、固化剂为聚异氰酸酯；其质量份数为氟硅树脂涂料占75份，粒子占5份，导电剂占15份，固化剂5份。

9.如权利要求1、2、3、4、6、7任一项所述显影辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将粘合剂层A均匀喷涂于金属芯轴上，厚度为1-40μm；

2)将橡胶材料、导电剂和补强填料采用真空机械搅拌装置均匀分散并排除材料内部的气泡，然后将其注射入中心为步骤1所得芯轴的圆柱形模具中，注射压力为5～20MPa；将模具放入硫化装置中，以5℃/min升温至140℃，保温5-40分钟，再升温至200℃，保温100-300分钟，最后自然冷却至室温后打磨均匀，得到厚度为3～15mm的橡胶主体层；

3)将粘合剂层B均匀喷涂于步骤2所得产品上，厚度为1-30μm；

4)将氟硅树脂涂料、粒子、固化剂和导电剂采用高速搅拌装置以3000转/分钟分散均匀，然后将其喷涂至步骤3所得产品上，厚度为10-500μm，在室温下放置10分钟，待表面的溶剂挥发后放置于140℃的烘箱中固化30～120分钟，然后自然冷却至室温即为成品。