CN1278587C - 一种多层管状加热膜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层管状加热膜及其制造方法。涉及复印机或激光打印机的热定影构件中多层管状加热膜及其制造的技术领域。它由底层、中间层及面层构成，底层为以缩合型聚酰亚胺为主要成分的无缝管状物，中间层为粘结剂层，面层是含氟树脂层，底层中掺混有0.5～20wt%的润滑材料。产品具有在定影机构中转动流畅、无杂音、使用寿命长、导热性好的优点。制造中，完全环化后的底层采用机械打磨至设定的厚度，然后在此底层上涂布粘结剂层及含氟树脂层，再加热塑化及对其一端端部进行喷砂处理，涂布方法采用喷涂法，并且喷涂与干燥或/和加热环化等操作在传送带上半自动化完成。方法具有对模具的要求低且操作简单、工艺简单易操控、生产效率高、产品质量稳定、受人为因素影响小等优点。

Description

一种多层管状加热膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种主要用于复印机或激光打印机的热定影构件中的表面覆盖有含氟树脂层的聚酰亚胺多层管状加热膜及其制造方法。

背景技术

聚酰亚胺(polyimide)是在分子主链中含有酰亚胺环状结构的环链高聚物。缩合型全芳族聚酰亚胺具有突出的耐高温性和热氧化稳定性，耐辐射、耐溶剂和优异的力学性能，是耐高温材料中的佼佼者。近年来，随着复印机和激光打印机中的定影装置技术的发展，出现了以聚酰亚胺为基材的多层管状膜，用于对着色图案的定影，以取代传统的热定影辊。

采用多层管状膜的定影结构(参见图10)，是在管状膜的内侧设置驱动辊、张力辊和内加热器，在其外侧设置支撑辊，将已形成着色图象的纸张输送到管状膜和支撑辊之间，通过经内加热器加热了的管状膜表面，并利用管状膜的不粘性光滑表面对纸张上调色剂定影(加热熔融渗透)。其比传统热辊定影具有定影速度快、无需预热时间、体积小、重量轻、耗电量低等优点。

为了得到这种多层管状膜，有人提出这样的方案：将热塑性片状膜卷绕在圆柱状元件上，使膜的引出端和尾端彼此重叠后套入管状金属成型元件内，然后加热使其熔融粘合最终得到无缝的管状膜。该方法对模具要求苛刻，生产工艺复杂，并且不容易控制。

另外，还有人提出采用浇注的方法和在半硬化表面涂布含氟树脂而制得这种管状膜。如中国专利94101107.0公开的“聚酰亚胺复合管状物及其制造方法”，其公开的管状物的基体材料是实质上以聚酰亚胺为主要成分的无缝管状物，在其外表面上有导电性底涂层，该底涂层的外表面上有含氟树脂的烧成层；其制造方法是：采用浸渍法，将聚酰亚胺前体溶液在圆筒形金属模的表面上浇注成形，干燥后加热进行酰亚胺转化反应，然后在酰亚胺转化反应完成之前的阶段，在聚酰亚胺半硬化管状物的表面上涂布导电性底涂层成分，干燥后涂布含氟树脂，然后加热处理以便进行酰亚胺转化反应的完成处理和含氟树脂的烧成处理。该种管状膜内壁的摩擦系数较大，可能导致其装配于定影机构后，转动不够流畅、杂音较大、使用寿命可能因此而降低等缺陷，如果为增加其使用寿命而增加管状膜聚酰亚胺层的厚度的话，则又会降低其传热性能。该方法同样存在模具要求苛刻、生产工艺复杂、操作难度大和生产成本有待进一步降低的缺陷，需多次涂复才能达到所需膜厚，生产效率也比较低，并且，在聚酰亚胺半硬化后，金属成型摸与聚酰亚胺半硬化管状物之间可能存在缝隙，这样在随后浇注导电性底涂层和含氟树脂层时，浇注的溶液可能渗入缝隙之中而影响管状物的厚度状况甚至于其使用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种具有良好润滑性能和导热性能的多层管状加热膜。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种对模具要求低、生产效率高、工艺简单易操作的制造多层管状加热膜的方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该种多层管状加热膜，它由底层、覆盖于底层外表面的中间层及中间层之外的面层构成，所述的底层为以缩合型聚酰亚胺为主要成分的无缝管状物，其特征在于中间层为能与底层和面层均能牢固粘接的粘结剂层，面层是一种具有设定电阻率的含氟树脂层，所述的底层中掺混有0.5～20wt％的润滑材料。

所述的底层中还掺混有1.0～65wt％的导热材料。

所述的润滑材料为选自聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、低分子PTFE和二硫化钼中的至少一种化合物。

所述的导热材料为选自热塑性聚酰亚胺粉末、金属(Ag、Ni、Cr)或金属氧化物的微细颗粒、碳纤维、石墨、玻璃纤维及氮化硼中的至少一种物质。

所述的底层的厚度为30～110μm；太薄加工不易且使用寿命较短，太厚可能导致其导热性降低。

所述的粘结剂层主要由选自聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、苯胺丙基三甲氧基硅烷、聚全氟乙丙烯(FEP)、全氟化烷基乙烯基醚共聚物(PEA)、低分子PTFE、特氟隆855-101及特氟隆855-103中的至少一种化合物组成。

所述的粘结剂层中含有2～30wt％的石墨或/和0.5～20wt％的金属微细颗粒。

所述的粘结剂层的涂布厚度为1～5μm。

所述的含氟树脂层主要由选自PTFE、PFA、FEP和低分子PTFE中的至少一种化合物组成。

所述的含氟树脂层中含有1～20wt％的石墨和/或0.5～5wt％的导电碳黑。

所述的含氟树脂层的涂布厚度为1～30μm。

所述的含氟树脂层的表面电阻率为1×10³Ω·cm～1×10⁶Ω·cm；因此可以有效地消除静电影响而产生的调色剂与纸张之间的静电吸附所引起的纸面污损。

所述的含氟树脂层的一端端部进行了喷砂处理；喷砂部分为一2～5mm长的环形，用以增加与定位胶轮之间的摩擦性能，防止其在定影机构中可能发生的横向移动，以及使其具有良好静电接地，以消除表面的静电荷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：其一，在聚酰亚胺底层中掺混有润滑材料，降低了管状膜内壁的摩擦系数，使之装配于定影机构中转动更为流畅、无杂音，因而其使用寿命得到延长，另外由于润滑材料的掺混，在加热和酰亚胺化的进程中有效地抑制了因溶剂挥发和脱水缩合过程中水蒸气的逸出所产生的气泡和皱折，因而加热环化过程的时间得以缩短，并可以通过传动式炉道完成其加热环化，与涂布机构形成一体化半自动作业；其二，由于在聚酰亚胺底层中掺混了导热材料，有效地提高了管状膜地导热性和抗热性，而导热性的提高，可以增加管状膜厚度继而延长管状膜的使用寿命；再者，改善了底层的涂布性能而使涂布一次即可完成其设定的厚度。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该种制造多层管状加热膜的方法，其过程如下：在经良好表面处理的圆柱形金属棒上涂布脱模剂，干燥后在其上涂布主要成分为聚酰亚胺的底层胶液，经加热脱水和完全环化后进行机械打磨至设定的厚度，然后在此底层上涂布粘结剂中间层，干燥后再涂布面层的含氟树脂，加热塑化，然后对其一端端部进行喷砂处理，喷砂处理完毕后从金属棒上取下膜层。机械打磨时，控制其设定厚度在轴向和径向偏差在±12～15％以内，底层厚度优选在30～110μm。

底层胶液中掺混有占固含物0.5～20wt％的润滑材料，所述的润滑材料为选自聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、低分子PTFE和二硫化钼中的至少一种化合物。

底层胶液中掺混有占固含物1.0～65wt％的导热材料，所述的导热材料为选自热塑性聚酰亚胺粉末、金属(Ag、Ni、Cr)或金属氧化物的微细颗粒、碳纤维、石墨、玻璃纤维及氮化硼中的至少一种物质。

配制底层涂布用胶液所用的稀释剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲苯及丁醚中至少一种，胶液的粘度为200～5000泊。

涂布底层胶液采用的是热喷涂法，且喷涂和随后的加热环化在同一传送带上完成，喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热环化。

涂布粘结剂层采用的是喷涂法，且喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热干燥。

涂布含氟树脂层采用的是喷涂法，且喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热塑化。

喷涂底层胶液时金属棒的自转速度为10～20转/分钟，热喷涂温度为90～210℃，在炉道内加热环化时，为防止出现气泡，整个加热过程采取逐级升温方式，最后使温度控制在280～360℃，并保温10～60分钟，通过炉道的总时间为60～100分钟。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在底层加热环化后，采用机械打磨的方法使底层至设定的厚度，因而其对模具的要求低且操作简单；再者，因采用热喷涂与加热环化一体化作业方式，因而工艺简单易操控且生产效率高，产品质量稳定、受人为因素影响小。

附图说明

图1是说明本发明实施例的铝制圆柱金属棒涂布脱模层的示意图；

图2是说明本发明实施例的涂有脱模剂的铝制圆柱金属棒涂布聚酰亚胺底层(A)和加热环化(B)示意图；

图3是说明本发明实施例涂有聚酰亚胺并加热环化后的铝制圆柱金属棒进行机械打磨程序的示意图；

图4是说明本发明实施例中经机械打磨后的铝制圆柱金属棒涂布粘结剂程序的示意图；

图5是说明本发明实施例涂有粘结剂的铝制金属棒涂布含氟树脂面层(C)和加热塑化(D)示意图；

图6是说明本发明实施例中已涂有含氟树脂面层并经加热塑化的铝制圆形金属棒从加热洪炉中取出并急速冷却示意图；

图7是说明本发明实施例对管状膜的一个端部进行喷砂处理的示意图；

图8是按本发明实施例制得的多层管状加热膜断面剖视示意图；

图9是按本发明实施例制得的多层管状加热膜的纵向剖视示意图；

图10是使用本发明实施例制得的多层管状加热膜装配于激光打印机的定位机构中的断面剖视示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例一

图1～图7反应了本实施例制造多层管状加热膜的过程及其加工顺序。

图1说明本实施例往铝制圆柱金属棒1上涂布脱膜剂a过程。将铝制圆柱金属棒1的一端装入滚链式涂布机3的工装接头2上进行涂布并用热空气吹干。所述的脱模剂a可以用聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、或共聚低分子聚四氟乙烯脂与有机硅组成，本实施例中选用聚四氟乙烯与有机硅的组合，涂布厚度可以在3～8μm，本实施例中为5μm左右。

图2说明本实施例涂布掺混有润滑材料和导热材料的聚酰亚胺胶液b(A)及加热环化(B)的过程。所述的底层中掺混有0.5～20％(wt％)的润滑材料和/或1.0～65％(wt％)的导热材料。所述的润滑材料可以为选自聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、低分子PTFE和二硫化钼中的至少一种化合物，掺混量为0.5～20％(wt％)，本实施例中选用聚四氟乙烯和全氟化烷基乙烯基醚共聚物的混合物，掺混量为10％(wt％)。所述的导热材料可以为选自热塑性聚酰亚胺粉末、金属(Ag、Ni、Cr)或金属氧化物的球形微细颗粒、碳纤维、石墨、玻璃纤维及氮化硼中的至少一种化合物，掺混量为1.0～65％(wt％)，在本实施例中选用热塑性聚酰亚胺粉末与石墨，掺混量为20％(wt％)。

将上述材料用二甲基乙酰胺和N甲基砒咯烷酮的混合溶剂调成胶液，粘度为1000泊。然后进行热喷涂，喷涂温度为90～210℃，在涂布机3上铝制金属棒1以15秒/分自转，滚链4以1米/分速度运行，通过对胶液喷涂量自控计量来达到控制涂层厚度，厚度设定85μm。

喷涂完毕即通过滚链4传送至加热烘道炉5中加热环化，加热环化时，链轮以5米/分运行，为防止出现气泡，整个加热过程采取逐级升温方式，最后使温度控制在320℃左右，并保温30分钟，通过炉道的总时间为80分钟左右。从烘道的出口端，取出已完全固化的涂有聚酰亚胺底层的铝制圆柱形金属棒1。

图3说明本实施例机械打磨过程。将上述涂有聚酰亚胺底层的铝制圆柱形金属棒1用打磨机6在它的砂轮7的磨道中进行打磨，同时控制涂层厚度在75μm左右，设定厚度偏差±12％以内，经打磨后得到厚度均匀、表面平滑光洁的聚酰亚胺底层。

图4说明本发明实施例涂布粘结剂c的过程，在经机械打磨后的具有设定厚度的聚酰亚胺铝制圆柱金属棒1外层涂布粘结剂的目的在于使含氟树脂面层与聚酰亚胺底层牢固的粘接在一起。粘结剂(c)可以是选自聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯胺丙基三甲氧基硅烷以及聚全氟乙丙烯、全氟代烷基醚、低分子PTFE、聚四氟乙烯、特氟隆855-101、855-103中至少一种。本实施例粘结剂(c)采用国产树脂聚四氟乙烯与杜邦公司855-103并加入15％(wt％)石墨和1.2％(wt％)的微细金属粉末而组成的混合液。采用喷涂法，喷涂在滚链式涂布机3上进行，涂有聚酰亚胺底层的铝制金属棒1以15转/分自转，滚链4以7米/分的线速度前进进行涂布，涂布厚度为3μm左右。涂覆完毕后加温进行固化，固化温度约270℃，固化时间约15分钟。

图5说明本发明实施例的涂有粘结剂的铝制圆柱金属棒1上涂布含氟树脂面层d(C)和加热塑化(D)的过程。含氟树脂可以选自聚四氟乙烯(PTFE)、全氟代烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、全氟乙丙烯(FEP)和低分子PTFE中至少一种，本实施例选用聚四氟乙烯并掺混15％(wt％)的石墨和2.5％的3305导电碳黑。装载在滚链涂布机3上的涂有粘结剂的铝制圆柱形金属棒1以5转/分的速度自转，滚链4以2米/分钟速运行进行含氟树脂面层的喷涂，厚度设定20μm。随后在烘道炉5中于380℃经60分钟加热塑化。含氟树脂层的表面电阻率为1×10⁴Ω·cm左右。

图6说明本发明实施例中涂有含氟树脂面层的铝制圆柱金属棒1从加热烘道炉5中取出并快速投放到4℃以下冷水14中急速冷却的过程，利用金属棒1与涂层两者间热膨胀系数的差异及脱模层的作用，在急速冷却时，使涂层与金属棒1之间松动分离，但暂不取出管状膜。

图7说明本发明实施例已完成涂布的铝制圆柱金属棒1进行一个端部的设定宽度的喷砂处理过程。喷砂的目的在于用以增加与定位胶轮之间的摩擦性能，防止其在定影机构中可能发生的横向移动，以及使其具有良好静电接地，以消除表面的静电荷。本实施例是将已完成涂层塑化的铝制圆柱金属棒1放置到隔离罩8内，其一个端部至设定的距离4mm处暴露于隔离罩外，并以4转/分自转，喷砂轮9接入200目以上石英砂和0.5MPa的压缩空气，轮头对其暴露部分喷射一圈后即可。

最后取出铝制圆柱金属棒1上的管状膜即得到的厚度90μm、内径24mm、长228mm的多层管状加热膜。

如上所述，本实施例所得到的多层管状加热膜，它由底层10、覆盖于底层10外表面的中间层11及中间层11之外的面层12构成(参见图8、图9)，底层10为以缩合型聚酰亚胺为主要成分的无缝管状物，中间层11为能与底层10和面层12均能牢固粘接的粘结剂层，面层12是一种具有设定电阻率的含氟树脂层，且其一端端部具有一圈经喷砂处理的环带13。

Claims (19)

1、一种多层管状加热膜，它由底层、覆盖于底层外表面的中间层及中间层之外的面层构成，所述的底层为以缩合型聚酰亚胺为主要成分的无缝管状物，其特征在于中间层为能与底层和面层均能牢固粘接的粘结剂层，面层是一种具有设定电阻率的含氟树脂层，所述的底层中掺混有0.5～20wt％的润滑材料。

2、如权利要求1所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的底层中还掺混有1.0～65wt％的导热材料。

3、如权利要求1或2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的润滑材料为选自聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、低分子PTFE和二硫化钼中的至少一种化合物。

4、如权利要求2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的导热材料为选自热塑性聚酰亚胺粉末、Ag、Ni、Cr或金属氧化物的微细颗粒、碳纤维、石墨、玻璃纤维及氮化硼中的至少一种物质。

5、如权利要求1所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的粘结剂层主要由选自聚醚砜PES、聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺PI、苯胺丙基三甲氧基硅烷、聚全氟乙丙烯FEP、全氟化烷基乙烯基醚共聚物PEA、低分子PTFE、特氟隆855-101及特氟隆855-103中的至少一种化合物组成。

6、如权利要求1或5所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的粘结剂层中含有2～30wt％的石墨或/和0.5～20wt％的金属微细颗粒。

7、如权利要求1或2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的粘结剂层的涂布厚度为1～5μm。

8、如权利要求1所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的含氟树脂层主要由选自PTFE、PFA、FEP和低分子PTFE中的至少一种化合物组成。

9、如权利要求1或8所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的含氟树脂层中含有1～20wt％的石墨和/或0.5～5wt％的导电碳黑。

10、如权利要求1或2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的含氟树脂层的涂布厚度为1～30μm。

11、如权利要求1或2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的含氟树脂层的表面电阻率为1×10³Ω·cm～1×10⁶Ω·cm。

12、如权利要求1或2所述的多层管状加热膜，其特征在于所述的含氟树脂层的一端端部进行了喷砂处理。

13、一种制造多层管状加热膜的方法，其过程如下：在经良好表面处理的圆柱形金属棒上涂布脱模剂，干燥后在其上涂布主要成分为聚酰亚胺的底层胶液，经加热脱水和完全环化后进行机械打磨至设定的厚度，然后在此底层上涂布粘结剂中间层，干燥后再涂布面层的含氟树脂，加热塑化，然后对其一端端部进行喷砂处理，喷砂处理完毕后从金属棒上取下膜层；其中，底层胶液中掺混有占固含物0.5～20wt％的润滑材料，所述的润滑材料为选自聚四氟乙烯、全氟化烷基乙烯基醚共聚物、低分子PTFE和二硫化钼中的至少一种化合物。

14、如权利要求13所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于底层胶液中掺混有占固含物1.0～65wt％的导热材料，所述的导热材料为选自热塑性聚酰亚胺粉末、Ag、Ni、Cr或金属氧化物的微细颗粒、碳纤维、石墨、玻璃纤维及氮化硼中的至少一种物质。

15、如权利要求13或14所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于配制底层涂布用胶液所用的稀释剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲苯及丁醚中至少一种，胶液的粘度为200～5000泊。

16、如权利要求13所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于涂布底层胶液采用的是热喷涂法，且喷涂和随后的加热环化在同一传送带上完成，喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热环化。

17、如权利要求14所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于涂布粘结剂层采用的是喷涂法，且喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热干燥。

18、如权利要求15所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于涂布含氟树脂层采用的是喷涂法，且喷涂的同时金属棒一面自转一面随传送带前移，随后进入炉道完成其加热塑化。

19、如权利要求16所述的制造多层管状加热膜的方法，其特征在于喷涂底层胶液时金属棒的自转速度为10～20转/分钟，热喷涂温度为90～210℃，在炉道内加热环化时，为防止出现气泡，整个加热过程采取逐级升温方式，最后使温度控制在280～360℃，并保温1～60分钟，通过炉道的总时间为60～100分钟。

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