CN109856934B - 一种铝芯充电辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电辊技术领域，具体涉及一种铝芯充电辊及其制备方法，该充电辊包括辊轴和套设于辊轴外侧的导电聚氨酯层；所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.60%‑1.80%、Mg：2.30%‑2.50%、Mn：0.40%‑0.60%、Fe≤0.50%、Si≤0.50%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。本发明的充电辊采用铝芯作为辊轴，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

Description

一种铝芯充电辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及充电辊技术领域，具体涉及一种铝芯充电辊及其制备方法。

背景技术

打印设备上使用的充电辊是负责与感光鼓接触转动，使感光鼓均匀充电，产生曝光后的静电潜像。现有的充电辊的辊轴一般采用不锈钢材质，而不锈钢材料价格较贵，较难加工，且抗腐蚀性差，容易生锈，大大影响了充电辊的使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种铝芯充电辊，该充电辊采用铝芯作为辊轴，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

本发明的另一目的在于提供一种铝芯充电辊的制备方法，该制备方法步骤简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模化工业生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铝芯充电辊，包括辊轴和套设于辊轴外侧的导电聚氨酯层；所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.60%-1.80%、Mg：2.30%-2.50%、Mn：0.40%-0.60%、Fe≤0.50%、Si≤0.50%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。

本发明的充电辊铝芯通过采用Cu元素，并控制其用量为1.60%-1.80%，具有较好的固溶强化效果；本发明的充电辊铝芯通过采用Mg元素，并控制其用量为2.30%-2.50%，强度高，可焊性良好，抗蚀性也好；本发明的充电辊铝芯通过采用Mn元素，并控制其用量为0.40%-0.60%，可以提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒；本发明的充电辊铝芯通过采用Fe元素，并控制其用量≤0.50%，具有较好的加工性能；本发明的充电辊铝芯通过采用Si元素，并控制其用量≤0.50%，可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。

本发明的充电辊铝芯通过采用上述元素，并严格控制各元素的重量百分比，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 40-70份

二异氰酸酯 25-45份

填料 3-5份

催化剂 0.1-0.3份

硅油 0.5-0.9份

二氯甲烷 3-7份

水 1-4份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比2-4:1-2:1制得的三元共聚物。本发明通过严格控制聚醚多元醇的聚合单体及配比，制得的导电聚氨酯层导热系数低，尺寸稳定好。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.4-0.8:0.8-1.2:1组成的混合物。本发明通过严格控制二异氰酸酯的种类、复配及配比，制得的导电聚氨酯低温柔顺性能好，耐水解性能优良，加工性能优良。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比0.8-1.2:1.4-2.2：1组成的混合物。本发明通过严格控制填料的种类、复配及配比，制得的导电聚氨酯具有较好的导电性能。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比0.5-1.5:1.5-2.5:1组成的混合物。本发明通过严格控制催化剂的种类、复配及配比，可以加快聚氨酯反应的进行，与单一的催化剂相比，其催化效果更好，催化速率更快。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比2-4:1-2:1组成的混合物。本发明通过严格控制硅油的种类、复配及配比，具有卓越的耐热性、耐候性、疏水性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性和耐辐射的性能。

优选的，所述铝芯的化学成分满足以下公式：

5.6%≤2Cu+Mg≤6.0% ……（1）

1.2%≤2Mn+Fe+Si≤2.0% ……（2）。

本发明的铝芯中Cu、Mg、Mn、Fe和Si元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

优选的，所述铝芯还包括Ca：0.5%-1.5%、Cr：0.15%-0.35%和Zn：0.04%-0.08%。

本发明的充电辊铝芯通过采用Ca元素，并控制其用量位0.5%-1.5%，可以提高铝芯的导电性能，还能改善铝合金的加工性能；本发明的充电辊铝芯通过采用Cr元素，并控制其用量位0.15%-0.35%，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；本发明的充电辊铝芯通过采用Zn元素，并控制其用量位0.04%-0.08%，可明显增加抗拉强度和屈服强度。

更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

2.2%≤Ca+4Cr+15Zn≤3.6% ……（3）。

本发明的铝芯中Ca、Cr和Zn元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

优选的，所述铝芯还包括Li：0.2%-0.4%、Zr：0.02%-0.06%和V：0.01%-0.05%。

本发明的充电辊铝芯通过采用Li元素，并控制其用量位0.2%-0.4%，可以降低铝合金 的密度，提高铝合金的强度和刚度，达到轻量化的效果；本发明的充电辊铝芯通过采用Zr元素，并控制其用量位0.02%-0.06%，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒；本发明的充电辊铝芯通过采用V元素，并控制其用量位0.01%-0.05%，起细化晶粒作用，可以细化再结晶组织，提高再结晶温度。

更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

0.8%≤Li+15Zr+10V≤1.6% ……（4）。

本发明的铝芯中Li、Zr和V元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

优选的，所述铝芯还包括Ti：0.1%-0.3%、B：0.04%-0.08%和Sr：0.01%-0.05%。

本发明的充电辊铝芯通过采用Ti元素，并控制其用量位0.1%-0.3%，可以在保持导电性的情况下提高铝芯的机械性能；本发明的充电辊铝芯通过采用B元素，并控制其用量位0.04%-0.08%，具有细化铸造组织和焊缝组织的作用；本发明的充电辊铝芯通过采用Sr元素，并控制其用量位0.01%-0.05%，可改善铝芯的抗拉强度、屈服强度和延伸率，还能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能。

更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

0.6%≤Ti+5B+10Sr≤1.0% ……（5）。

本发明的铝芯中Ti、B和Sr元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

优选的，所述铝芯还包括混合稀土Re：0.05%-0.15%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比2-4：1-3：0.4-0.8：1.5-2.5：0.8-1.2：1组成的混合物。

Re是含有La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm共6种轻稀土元素的混合稀土，轻稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、锰、锌、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素对力学性能的有害影响。另外，稀土化合物具有熔点高、硬度高和热稳定性好的特点，偏聚在相界和晶界可提高相界和晶界的强度和抗蠕变能力，进一步提高铝合金的强度和耐热性。经发明人的大量实验研究表明，添加含有La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm共6种轻稀土元素的混合稀土的效果比添加一种或少数几种轻稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.05%-0.15%的混合稀土，优选的，混合稀土添加量为 0.1%。

本发明通过采用La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm作为混合稀土，并控制其质量比为2-4：1-3：0.4-0.8：1.5-2.5：0.8-1.2：1，可以细化晶粒，减少二次晶间距，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化；还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭。

一种铝芯充电辊的制备方法，包括如下步骤：

（1）辊轴的制备：将铝合金原料制成铝合金铸锭，铝合金铸锭再进行均匀化退火，均匀化退火后再将铝合金铸锭成型为挤压材，挤压材进行时效处理，时效处理后得到辊轴；

（2）配料：按重量配比称取导电聚氨酯层所需的原料，混炼，得到导电性聚氨酯；

（3）复合挤出：将辊轴和导电性聚氨酯复合挤出成型，制得铝芯充电辊。

本发明的有益效果在于：本发明的充电辊采用铝芯作为辊轴，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

本发明的制备方法步骤简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模化工业生产。

本发明的充电辊通过采用导电聚氨酯层，导电聚氨酯导电性好，低温柔顺性能好，耐水解性能优良，加工性能优良，制得的充电辊导电性好，还具有良好的机械性能，耐用性好，使用寿命长。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种铝芯充电辊，包括辊轴和套设于辊轴外侧的导电聚氨酯层；所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.60%、Mg：2.50%、Mn：0.40%、Fe：0.50%、Si：0.50%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述铝芯还包括Ca：0.5%、Cr：0.35%和Zn：0.08%。

所述铝芯还包括Li：0.2%、Zr：0.06%和V：0.05%。

所述铝芯还包括Ti：0.1%、B：0.08%和Sr：0.05%。

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.05%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比2：1：0.4：1.5：0.8：1组成的混合物。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 40份

二异氰酸酯 25份

填料 3份

催化剂 0.1份

硅油 0.5份

二氯甲烷 3份

水 1份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比2:1:1制得的三元共聚物。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.4:0.8:1组成的混合物。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比0.8:1.4：1组成的混合物。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比0.5:1.5:1组成的混合物。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比2:1:1组成的混合物。

一种铝芯充电辊的制备方法，包括如下步骤：

（1）辊轴的制备：将铝合金原料制成铝合金铸锭，铝合金铸锭再进行均匀化退火，均匀化退火后再将铝合金铸锭成型为挤压材，挤压材进行时效处理，时效处理后得到辊轴；

（2）配料：按重量配比称取导电聚氨酯层所需的原料，混炼，得到导电性聚氨酯；

（3）复合挤出：将辊轴和导电性聚氨酯复合挤出成型，制得铝芯充电辊。

实施例2

本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.65%、Mg：2.45%、Mn：0.45、Fe：0.40%、Si：0.40%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述铝芯还包括Ca：0.8%、Cr：0.3%和Zn：0.07%。

所述铝芯还包括Li：0.25%、Zr：0.05%和V：0.04%。

所述铝芯还包括Ti：0.15%、B：0.07%和Sr：0.04%。

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.08%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比2.5：1.5：0.5：1.8：0.9：1组成的混合物。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 50份

二异氰酸酯 30份

填料 3.5份

催化剂 0.15份

硅油 0.6份

二氯甲烷 4份

水 2份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比2.5:1.2:1制得的三元共聚物。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.5:0.9:1组成的混合物。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比0.9:1.6：1组成的混合物。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比0.8:1.8:1组成的混合物。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比2.5:1.2:1组成的混合物。

实施例3

本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.70%、Mg：2.40%、Mn：0.50%、Fe：0.30%、Si：0.30%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述铝芯还包括Ca：1%、Cr：0.25%和Zn：0.06%。

所述铝芯还包括Li：0.3%、Zr：0.04%和V：0.03%。

所述铝芯还包括Ti：0.2%、B：0.06%和Sr：0.03%。

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.1%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比3：2：0.6：2：1：1组成的混合物。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 54.05份

二异氰酸酯 33.16份

填料 4.21份

催化剂 0.22份

硅油 0.68份

二氯甲烷 5.03份

水 2.65份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比3:1.5:1制得的三元共聚物。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.6:1:1组成的混合物。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比1:1.8：1组成的混合物。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比1:2:1组成的混合物。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比3:1.5:1组成的混合物。

实施例4

本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.75%、Mg：2.35%、Mn：0.55%、Fe：0.20%、Si：0.20%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述铝芯还包括Ca：1.2%、Cr：0.2%和Zn：0.05%。

所述铝芯还包括Li：0.35%、Zr：0.03%和V：0.02%。

所述铝芯还包括Ti：0.25%、B：0.05%和Sr：0.02%。

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.12%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比3.5：2.5：0.7：2.2：1.1：1组成的混合物。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 60份

二异氰酸酯 40份

填料 4.5份

催化剂 0.25份

硅油 0.8份

二氯甲烷 6份

水 3份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比3.5:1.8:1制得的三元共聚物。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.4-0.8:0.8-1.2:1组成的混合物。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比1.1:2：1组成的混合物。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比1.2:2.2:1组成的混合物。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比3.5:1.8:1组成的混合物。

实施例5

本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu： 1.80%、Mg：2.30%、Mn：0.60%、Fe：0.10%、Si：0.10%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述铝芯还包括Ca：1.5%、Cr：0.15%和Zn：0.04%。

所述铝芯还包括Li：0.4%、Zr：0.02%和V：0.01%。

所述铝芯还包括Ti：0.3%、B：0.04%和Sr：0.01%。

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.15%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比4：3：0.8：2.5：1.2：1组成的混合物。

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 70份

二异氰酸酯 45份

填料 5份

催化剂 0.3份

硅油 0.9份

二氯甲烷 7份

水 4份。

所述聚醚多元醇为丙三醇、环氧氯丙烷和环氧乙烷以摩尔比4:2:1制得的三元共聚物。

所述二异氰酸酯是由异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯以重量比0.8:1.2:1组成的混合物。

所述填料是由导电炭黑、导电石墨和碳纳米管以重量比1.2:2.2：1组成的混合物。

所述催化剂是由二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环己胺和二丁基锡二月桂酸酯以重量比1.5:2.5:1组成的混合物。

所述硅油为氨基改性硅油、环氧基改性硅油和聚醚改性硅油以重量比4:2:1组成的混合物。

经测试，本发明的充电辊铝芯室温抗拉强度大于435MPa，屈服强度大于390MPa，延伸率大于15%，电导率可以达到42%IACS，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。

本发明的充电辊硬度可以达到88-96，电阻为0.5-0.9MΩ，电阻值恒定、无针孔现象、高温高湿不乱性好、无析出物、无尖端放电现象、对鼓芯无污染、打印自稿清晰、黑度均匀、无底灰、无鬼影，耐磨性能好，耐磨次数测试可以达到上万次，使用寿命长。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝芯充电辊，包括辊轴和套设于辊轴外侧的导电聚氨酯层；其特征在于：所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：Cu：1.60%-1.80%、Mg：2.30%-2.50%、Mn：0.40%-0.60%、Fe≤0.50%、Si≤0.50%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；

所述导电聚氨酯层由如下重量份的原料制成：

聚醚多元醇 40-70份

二异氰酸酯 25-45份

填料 3-5份

催化剂 0.1-0.3份

硅油 0.5-0.9份

二氯甲烷 3-7份

水 1-4份；

所述铝芯的化学成分满足以下公式：

5.6%≤2Cu+Mg≤6.0% ……（1）

1.2%≤2Mn+Fe+Si≤2.0% ……（2）；

所述铝芯还包括混合稀土Re：0.05%-0.15%，所述Re是由La、Ce、Pr、Nd、Pm和Sm以质量比2-4：1-3：0.4-0.8：1.5-2.5：0.8-1.2：1组成的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯还包括Ca：0.5%-1.5%、Cr：0.15%-0.35%和Zn：0.04%-0.08%。

3.根据权利要求2所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

2.2%≤Ca+4Cr+15Zn≤3.6% ……（3）。

4.根据权利要求2所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯还包括Li：0.2%-0.4%、Zr：0.02%-0.06%和V：0.01%-0.05%。

5.根据权利要求4所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

0.8%≤Li+15Zr+10V≤1.6% ……（4）。

6.根据权利要求4所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯还包括Ti：0.1%-0.3%、B：0.04%-0.08%和Sr：0.01%-0.05%。

7.根据权利要求6所述的一种铝芯充电辊，其特征在于：所述铝芯的化学成分还满足以下公式：

0.6%≤Ti+5B+10Sr≤1.0% ……（5）。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种铝芯充电辊的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）辊轴的制备：将铝合金原料制成铝合金铸锭，铝合金铸锭再进行均匀化退火，均匀化退火后再将铝合金铸锭成型为挤压材，挤压材进行时效处理，时效处理后得到辊轴；

（2）配料：按重量配比称取导电聚氨酯层所需的原料，混炼，得到导电性聚氨酯；

（3）复合挤出：将辊轴和导电性聚氨酯复合挤出成型，制得铝芯充电辊。