CN110058504B - 一种多层结构清洁刮刀及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光成像的技术领域中，更具体地，本发明涉及一种多层结构清洁刮刀及其制备方法。本发明第一个方面提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其特征在于，包括内层以及外层两层结构，内层为支架，外层为聚氨酯弹性体；其中，聚氨酯弹性体由背层、面层以及涂层三部分组成，背层以及面层材料均为浇注型聚氨酯弹性体；背层材料的邵氏硬度为70～85A，厚度为0.5～1.5mm，面层材料的邵氏硬度为55～70A，厚度为0.5～1.5mm，涂层材料的厚度为20～50μm。

Description

一种多层结构清洁刮刀及其制备方法
技术领域
本发明涉及激光成像的技术领域中，更具体地，本发明涉及一种多层结构清洁刮刀及其制备方法。
背景技术
在激光成像装置中，当每一次打印结束后，感光鼓或中间转印带上会残留部分碳粉，需要清除以防止下一次打印出现缺陷如底灰。清洁刮刀组件从而被广泛地用于激光成像装置的清洁单元中，其构造通常包括起支撑作用的金属或塑料支架和起清洁作用的弹性橡胶刮片。
目前普遍采用聚氨酯弹性体作为清洁刮片，称作聚氨酯清洁刮刀，但在实际运行时，聚氨酯清洁刮片抵压在感光鼓或转印带表面上，以清除上一次打印残留的碳粉。近年来，打印机朝着高速的方向发展，同时为了提高图碳粉颗粒朝着更高球形度、更小直径的方向发展；使得残留的碳粉变得不易清除，可行的解决方式是提高刮刀的接触压力，但提高接触压力后，清洁刮刀与感光鼓或转印带的摩擦力增大像的质量，会进一步带来以下问题：1)清洁刮刀的翻转和振动引起噪音；2)清洁刮刀磨损增加，使用寿命变短；3)对感光鼓或转印带的损伤增大。常规的清洁刮刀采用单层或双层的聚氨酯弹性体刮片，对感光鼓的保护有限或寿命不够长，且存在着清洁不干净，对被清洁物损害较大的缺点。
因此，在尽量减少对感光鼓和转印带损伤的前提下，为了提高清洁刮刀的清洁效果和使用寿命，本发明提出了一种多层结构清洁刮刀组件及其制备方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明第一个提供了一种多层结构清洁刮刀组件，包括内层以及外层两层结构，内层为支架，外层为聚氨酯弹性体；其中，聚氨酯弹性体由背层、面层以及涂层三部分组成，背层以及面层材料均为浇注型聚氨酯弹性体；背层材料的邵氏硬度为70～85A，厚度为0.5～1.5mm，面层材料的邵氏硬度为55～70A，厚度为0.5～1.5mm，涂层材料的厚度为10～30μm。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，根据权利要求1所述清洁刮刀组件，其特征在于，背层材料的巴邵氏回弹为30～60％，抗压缩形变小于10％，且抗压缩形变不等于0。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，背层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，背层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-130T预聚体。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，面层材料的直角撕裂强度为30～55N/mm，拉伸强度为20～45Mpa。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，面层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体和/或聚己内酯MDI型体预聚体。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，面层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-BE5预聚体。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，涂层材料为有机硅涂料和/或含氟涂料。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，聚氨酯弹性体的制备方法为将背层合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动5～15min，再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动10～25min；降温；接着将涂层材料喷涂于面层，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，4～8h即可。
本发明的第二个方面提供了所述清洁刮刀组件的制备方法，在室温下，将聚氨酯弹性体均匀涂上热熔胶，再粘结到支架上即可，其中背层材料与支架接触。
本发明相比于现有技术，具有的有益效果为：本发明提供的清洁组件与打印机硒鼓之间的扭矩较小，且对感光鼓或转印带几乎没有磨损，可以延长组件以及设备的使用寿命，另一方面，该组件与被清洁无跟随性较好，清洁效率较好。
附图说明
图1：扭矩测试的装置图。
具体实施方式
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其包括内层以及外层两层结构，内层为支架，外层为聚氨酯弹性体；其中，聚氨酯弹性体由背层、面层以及涂层三部分组成，背层以及面层材料均为浇注型聚氨酯弹性体。
在一种实施方式中，所述背层材料的邵氏硬度为70～85A，厚度为0.5～1.5mm；优选地，所述背层材料的厚度为1.2mm。
优选地，在一种实施方式中，所述背层材料的回弹性为30～60％，抗压缩形变小于10％，且抗压缩形变不等于0。
本发明中回弹性参照GB/T 1681-2009测定；抗压缩形变参照ASTMD395测定。
进一步优选地，在一种实施方式中，所述背层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体；更优选地，所述背层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-130T预聚体。
在一种实施方式中，所述面层材料的邵氏硬度为55～70A，厚度为0.5～1.5mm；优选地，所述面层材料的厚度为0.8mm。
优选地，在一种实施方式中，所述面层材料的直角撕裂强度为30～55N/mm，拉伸强度为20～45Mpa。
本发明中拉伸强度参照DN53504测定；直角撕裂强度参照DN53515测定。
进一步优选地，在一种实施方式中，所述面层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体和/或聚己内酯MDI型预聚体；更优选地，所述面层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-BE5预聚体。
在一种实施方式中，所述涂层材料的厚度为10～30μm；优选地，所述涂层材料的厚度为15～25μm；更优选地，所述涂层材料的厚度为20μm。
在一种实施方式中，涂层材料为有机硅涂料和/或含氟涂料；优选地，涂层材料为Molykote公司的涂料Molybdenum 7400M。
在一种实施方式中，聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动5～15min；再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动10～25min；降温；接着将涂层材料喷涂于面层，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，8～12h即可。
优选地，在一种实施方式中，聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动5～15min，转速为250～350rpm；再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动10～25min，转速为650～850rpm；降温至40～60℃，接着将涂层材料喷涂于面层，转速为100～200rpm，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，4～8h即可。
更优选地，在一种实施方式中，聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动10min，转速为200rpm；再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动20min，转速为750rpm；降温至50℃，接着将涂层材料喷涂于面层，转速为150rpm，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，6h即可。
在一种实施方式中，预热温度为120～160℃；优选地，预热温度为130～150℃；更优选地，预热温度为140℃。
在一种实施方式中，催化剂-1为背层材料合成所用预聚体的5～30ppm；优选地，催化剂-1为背层材料合成所用预聚体的10ppm。
在一种实施方式中，催化剂-2为面层材料合成所用预聚体的5～30ppm；优选地，催化剂-2为面层材料合成所用预聚体的10ppm。
在一种实施方式中，扩联剂-1与背层材料合成所用预聚体的重量比为1：(0.05～0.12)；优选地，扩联剂-1与背层材料合成所用预聚体的重量比为1：0.08。
在一种实施方式中，扩联剂-2与面层材料合成所用预聚体的重量比为1：(0.05～0.12)；优选地，扩联剂-2与面层材料合成所用预聚体的重量比为1：0.08。
在一种实施方式中，扩联剂-1选自1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、乙二醇、丙二醇中的任一种或多种的组合；优选地，扩联剂-1为1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷；进一步优选地，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为1：(0.2～1)；更优选地，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为1：0.5。
在一种实施方式中，扩联剂-2选自1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、乙二醇、丙二醇中的任一种或多种的组合；优选地，扩联剂-2为1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷；进一步优选地，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为(6～12)：1；更优选地，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为9：1。
在一种实施方式中，催化剂-1与催化剂-2均分别独立为有机胺类和/或有机锡类催化剂；优选地，催化剂-1与催化剂-2均分别为有机锡类催化剂；更优选地，催化剂-1与催化剂-2均为二辛基二新癸酰氧锡。
通过实验发现，本发明采用的背面、层面以及涂层结构的聚氨酯弹性体的外层结构可以有效减少清洁刮片与打印机硒鼓之间的产生的扭矩，从而进一步减少清洁刮片与感光鼓或转印带的摩擦，减少对感光鼓或转印带的损害，延长仪器的使用寿命，可能由于采用特定性能的背面以及层面的聚氨酯材料，既可以对刮片有较好的支撑性能，耐摩擦性，二者性能匹配度较好，二者可以很好的在接触界面互相交联，形成均一的聚氨酯体系，也提高了与清洁目标的跟随性，提高了清洁效果；而涂层材料可能填平面层材料的微观缺陷，没有微观缺陷，从而进一步提高清洁效果以及减少对对感光鼓或转印带的磨损。
此外，通过实验也发现当改变背面、层面以及涂层的厚度或者聚氨酯弹性体制备的排列顺序时，所得清洁刮片与打印机硒鼓之间有较大的扭矩，且对感光鼓或转印带产生了一定的损害，而且清洁效果明显降低，这可能是由于当改变厚度时，在刮片组件工作时，其与感光鼓或转印带、墨粉之间的作用力发生了改变，发生作用力平衡点的迁移，导致其在感光鼓产生刮痕，墨粉不能较好与刮片作用，导致残留物；而当改变背面、层面以及涂层三者的制备顺序、添加状态，也同样所得清洁刮片与打印机硒鼓之间有较大的扭矩，且对感光鼓或转印带产生了一定的损害，而且清洁效果明显降低，可能由于当改变三者顺序时，因为性能的突兀性，一方面不能有很好的地步支撑，另一方面容易在材料中间形成应力集中或应力缺陷，此外，因为应力问题，分子链的回弹性受到限制，可能造成对感光鼓或转印带的损害、与被清洁物之间的作用力以及组件的使用寿命；而当背面、层面以及涂层添加状态发生改变时，即混合添加，可能造成材料的微观缺陷，以及聚氨酯弹性体表面的张力较大，从而加大对感光鼓或转印带的损害以及降低被清洁物的跟随性。
在一种实施方式中，支架材料为金属或塑料，本发明中不对支架的形状做特别的限制。
在一种实施方式中，金属为镀锌铁架，本发明对金属不做特别限制。
在一种实施方式中，塑料由玻璃纤维和聚氨酯复合制备得到。
在一种实施方式中，玻璃纤维与聚氨酯的重量比为(10～30)：100；优选地，玻璃纤维与聚氨酯的重量比为20：100。
在一种实施方式中，聚氨酯为双组份真空注型树脂；优选地，聚氨酯购自蔼科颂(上海)化工产品有限公司，F16。
在一种实施方式中，所述清洁刮刀组件的制备方法为：在室温下，将聚氨酯弹性体均匀体涂上热熔胶，再粘结到支架上即可，其中背层材料与支架接触；所用热熔胶用于粘接固定，其用量不做特别限制，为本领域技术人员所熟知的使用方法以及用量。
在一种实施方式中，所述热熔胶为湿气固化聚氨酯热熔胶；优选地，所述热熔胶为西卡公司的9681。
实施例1
本发明的实施例1提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其包括内层以及外层两层结构，内层为支架，外层为聚氨酯弹性体；其中，聚氨酯弹性体由背层、面层以及涂层三部分组成，背层以及面层材料均为浇注型聚氨酯弹性体；
所述背层材料的厚度为1.2mm，背层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-130T预聚体；
所述面层材料的厚度为0.8mm，所述面层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-BE5预聚体；
所述涂层材料的厚度为20μm，所述涂层材料为Molykote公司的涂料Molybdenum7400M；
聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动10min，转速为200rpm；再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动20min，转速为750rpm；降温至50℃，接着将涂层材料喷涂于面层，转速为150rpm，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，6h即可；
催化剂-1为背层材料合成所用预聚体的10ppm；
催化剂-2为面层材料合成所用预聚体的10ppm；
扩联剂-1与背层材料合成所用预聚体的重量比为1：0.08；
扩联剂-2与面层材料合成所用预聚体的重量比为1：0.08；
扩联剂-1为1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为1：0.5；
扩联剂-2为1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷，所述1,4-丁二醇与三羟甲基丙烷的重量比为9：1；
催化剂-1与催化剂-2均为二辛基二新癸酰氧锡；
支架材料为镀锌铁架；
所述清洁刮刀组件的制备方法为：在室温下，将聚氨酯弹性体均匀涂上热熔胶，再粘结到支架上即可，其中背层材料与支架接触；所述热熔胶为西卡公司的9681。
实施例2
本发明的实施例2提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述背层材料的厚度为0.5mm，所述面层材料的厚度为0.5mm，所述涂层材料的厚度为10μm。
实施例3
本发明的实施例3提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述背层材料的厚度为1.5mm，所述面层材料的厚度为1.5mm，所述涂层材料的厚度为30μm。
实施例4
本发明的实施例4提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，没有涂层材料。
实施例5
本发明的实施例5提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，没有面层材料。
实施例6
本发明的实施例6提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，聚氨酯弹性体的制备方法为将面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动10min，转速为200rpm；再注入背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1，转动20min，转速为750rpm；降温至50℃，接着将涂层材料喷涂于面层，转速为150rpm，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，6h即可；面层材料与支架接触。
实施例7
本发明的实施例7提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1、催化剂-1、面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动20min，转速为750rpm；降温至50℃，接着将涂层材料喷涂于材料表面，转速为150rpm，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，6h即可。
实施例8
本发明的实施例8提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，涂层材料厚度为40μm。
实施例9
本发明的实施例9提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，面层材料厚度为2.0mm。
实施例10
本发明的实施例10提供了一种多层结构清洁刮刀组件，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，背层材料厚度为2.0mm。
性能评估
1.力学性能测试：测定实施例1所得背层材料与面层材料的邵氏硬度、抗压缩形变、拉伸强度以及撕裂强度，其测定方法与实验数据表1所述：
表1背层/面层材料的力学性能
力学性能 测定方法标准 面层材料 背层材料
邵氏硬度A DN53505 68 78
拉伸强度(MPa) DN53504 25 32
抗压缩形变(％) ASTMD395 8 7
撕裂强度(kN/m) DN53515 35 55
2.扭矩测试，采用图1装置进行扭矩测试，测试启动和运行时刮片与打印机硒鼓之间产生的扭矩，测定当扭矩增大至0.5Nm时，所需要的时间，测试结果见表2；
3.使用期限测试：将所得刮片装入打印机中，直接测试打印寿命，做了5万次，测试结果分为传鼓带上没有刮痕和细小刮痕两种；同时观察被清洁物是否清洁干净，测试结果分为无残留物和有残留物两种，测试结果见表2。
表1性能测试结果
Figure BDA0002014800780000091
由实验结果可以看出，本发明提供的清洁组件与打印机硒鼓之间的扭矩较小，且对感光鼓或转印带几乎没有磨损，可以延长组件以及设备的使用寿命，另一方面，该组件与被清洁无跟随性较好，清洁效率较好。
需要指出，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多层结构清洁刮刀组件，其特征在于，包括内层以及外层两层结构，内层为支架，外层为聚氨酯弹性体；其中，聚氨酯弹性体由背层、面层以及涂层三部分组成，背层以及面层材料均为浇注型聚氨酯弹性体；背层材料的邵氏硬度为70～85A，厚度为0.5～1.5mm，面层材料的邵氏硬度为55～70A，厚度为0.5～1.5mm，涂层材料的厚度为10～30μm；聚氨酯弹性体的制备方法为将背层材料合成所用预聚体、扩联剂-1以及催化剂-1混合脱泡，再注入预热好的离心机中转动5～15min，再注入面层材料合成所用预聚体、扩联剂-2以及催化剂-2，转动10～25min；降温；接着将涂层材料喷涂于面层，停止转动后取出；置于90℃烘箱中，4～8h即可。
2.根据权利要求1所述清洁刮刀组件，其特征在于，背层材料的巴邵氏回弹为30～60％；抗压缩形变小于10％，且抗压缩形变不等于0。
3.根据权利要求2所述清洁刮刀组件，其特征在于，背层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体。
4.根据权利要求3所述清洁刮刀组件，其特征在于，背层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-130T预聚体。
5.根据权利要求1所述清洁刮刀组件，其特征在于，面层材料的直角撕裂强度为30～55N/mm，拉伸强度为20～45Mpa。
6.根据权利要求5所述清洁刮刀组件，其特征在于，面层材料合成所用预聚体为聚酯MDI型预聚体和/或聚己内酯MDI型预聚体。
7.根据权利要求6所述清洁刮刀组件，其特征在于，面层材料合成所用预聚体为日本DIC的CPU-BE5预聚体。
8.根据权利要求1所述清洁刮刀组件，其特征在于，涂层材料为有机硅涂料和/或含氟涂料。
9.一种根据权利要求1所述清洁刮刀组件的制备方法，其特征在于，在室温下，将聚氨酯弹性体均匀涂上热熔胶，再粘结到支架上即可，其中背层材料与支架接触。
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