CN1569435A - 弹性圆筒体的制造方法 - Google Patents

Abstract

将含有液态高分子材料和粒状填充剂的混合液注入离心成形用的金属模具(11)中，进行离心成形，由此制成包含高分子材料中均匀分散填充材料的均匀分散层(2)和形成在均匀分散层(2)的外周表面侧或内周表面侧的、在所述高分子材料中所述填充材料以更高密度填充的高密度填充层(1)的圆筒体。除去高密度填充层(1)，使均匀分散层(2)的表面外露。通过此结构，可以提高弹性圆筒体的原料利用率。

Description

弹性圆筒体的制造方法

本申请是申请号为01815166.3、发明名称为“弹性圆筒体的制造方法、弹性辊的制造方法、弹性圆筒体及弹性辊”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种弹性圆筒体的制造方法及弹性辊的制造方法，内部不具有孔隙且机械强度优异更特别涉及的弹性圆筒体的制造方法及弹性辊的制造方法。

本发明还涉及在造纸、炼铁、薄膜、纤维等各种工业中使用的弹性圆筒体及弹性辊，更特别涉及用作造纸用的压光辊、造纸用的加压辊、纤维用的压光辊、磁记录介质用的压光辊的大型硬质弹性辊及用作为弹性覆盖层的弹性圆筒体。

背景技术

在1991年日本特许公表公报第47359号中，公开了以往使用浇铸成形法的硬质辊的制造方法。

其方法为：首先，在金属制辊芯材的外周表面上，卷绕浸渍了热固化性树脂的纤维材料，形成增强型纤维衬底卷绕层。

除了上述工序以外，还将含有填充材料的热固化性合成树脂原料注入规定大小的圆筒形铸模中，并在规定温度下使其固化以形成外层用圆筒体。

将外层用圆筒体嵌套在具有增强型纤维衬底卷绕层的金属制辊芯材上，对由衬底卷绕层和外层用圆筒体之间形成的环状空隙部分注入低粘度的粘合剂，在规定温度下使其固化，通过粘合剂层将衬底卷绕层和外层用圆筒体粘合成一体。

上述圆筒形铸模是垂直固定的。

但是以往的硬质辊的制造方法存在以下的问题：即为达到圆筒度，要将成形后的圆筒体的外表面及内表面进行切削，但是，在造纸工业使用的那种大型辊的情况下，成形后的圆筒体表面由于形成波浪状，考虑到有余量，则需要大量的切削费用。为此，存在原料利用率低的问题。

另外，在形成外层用圆筒体时，还存在难以除去孔隙的问题。

再者，若孔隙出现在圆筒体表面，则存在的问题是对由弹性辊处理的产品质量有恶劣影响。

另外，若外层用圆筒体内部存在孔隙，则存在的问题是，在有孔隙的地方会产生应力集中，而有可能使弹性辊破损。

另一方面，1996年日本特许公开公报第166011号、1987年日本特许公表公报第40476号、1973年日本特许公表公报第37337号、1981年日本特许公开公报第4419号公布了利用以往的离心成形法形成圆筒体的方法。人们知道若根据上述以往的离心成形法，则能够通过离心分离有效地除去孔隙，另外还可以形成有很好圆筒度的圆筒体。

利用以往离心成形法形成圆筒体的方法都是利用离心分离作用，是将填充材料集中在所希望的位置上的方法。

但是在这样的以往离心成形法中存在以下的问题，即通常因增强性填充材料的比重大，因此若用离心成形的话，则填充材料会有向外表面侧集中的倾向。

若填充材料向外表面侧集中，则圆筒体的表面硬度升高，越是靠近内径侧，则硬度越低。另外不能得到在厚度方向上均匀的物性。

为此存在的问题是，随着进行切削或研磨，硬度或物性会随之变化，难以加工完成规定尺寸的辊得到所需的硬度或物性。

另外，若填充材料向外表面侧集中，则在径向的填充材料的分布状态变得不均匀。为此，对于使用时在加载的状态下高速旋转的辊，在通常使用无机填充材料的情况下，存在填充材料少的部分容易引起局部发热之类的问题。若内部发热的话，则有辊破损的危险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高原料利用率的改进的弹性圆筒体制造方法及弹性辊的制造方法。

本发明的其他目的还在于提供一种可以除去孔隙且稳定硬度等物性的改进的弹性圆筒体的制造方法及弹性辊的制造方法。

本发明还具有其他目的，其目的在于提供一种防止局部应力集中或内部发热以提高耐久性的改进的弹性圆筒体的制造方法及弹性辊的制造方法。

本发明还具有其他目的，其目的在于提供一种通过上述方法制成的弹性圆筒体及弹性辊。

附图说明

图1是本发明使用的离心成形装置的剖面图。

图2是沿着图1中的II-II线的截面图。

图3是本发明的切削工序图。

图4是本发明其他实施例的没有经过切削工序而得到的弹性圆筒体的截面图。

图5A-5C是用图表示由本发明的弹性圆筒体构成的大型辊的制造工序示意图。

图6是显示样品1的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图7是显示样品2的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图8是显示样品3的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图9是显示样品4的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图10是显示样品5的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图11是显示样品8的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图12是显示样品9的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图13是显示样品10的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

图14是显示样品11的测定位置和灰分含量及硬度的关系图。

具体实施方式

以下，参照该实施例所示附图，对本发明的弹性圆筒体的制造方法、弹性辊的制造方法、弹性圆筒体及弹性辊进行说明。

在由含有液态高分子材料和填充材料的混合液通过离心成形法制造圆筒体的离心成形工序中，在一定条件下弹性材料的固化完成时，虽然在外表面部分形成填充材料高密度集中的一层，但是本发明着眼于除此以外的部分形成填充材料几乎均匀分散的一层。

人们发现在限定条件下，利用离心成形可以几乎完全将孔隙除去，且能够将填充材料几乎均匀地分布在除弹性圆筒体外表面部分或内表面部分的一点点高密度填充层以外的整个部分。由此，发现通过除去该高密度填充层，就得到填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体，本发明正是基于此发现进行的。

另外还发现在限定的条件下，利用离心成形，可以得到几乎完全除去孔隙而且形成极微小的高密度填充表层、或不形成高密度填充层而使填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体，本发明正是基于此发现进行的。

本发明第1方面的弹性圆筒体的制造方法为：首先，将含有液态高分子材料和填充材料的混合液注入离心成形用的金属模具中，进行离心成形，由此制成具有在高分子材料中均匀分布上述填充材料的均匀分散层和高密度填充层的圆筒体，该高密度填充层是在上述高分子材料中以更高密度填充上述填充材料，形成在上述均匀分散层的外周表面侧或内周表面侧。

除去上述高密度填充层，使上述均匀分散层露出在表面。

通过此发明，在填充材料的比重大于液态高分子材料比重时，高密度填充层就形成在均匀分散层的外周表面侧，反之，在填充材料的比重小于液态高分子材料的比重时，高密度填充层就形成在均匀分散层的内周表面侧。

另外，通过离心成形，得到很好的圆筒度，进而，可以降低切削费用，原料利用率提高。

另外，通过离心成形，使比重小的孔隙跑向内周表面侧，这样可以除去孔隙。

再者，通过除去高密度填充层，可以得到填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体。

另外，即使在使用时在加载状态下高速旋转，也很难引起局部发热，从而提高了耐久性。

在高密度填充层形成在外周表面侧的情况下，若将高密度填充层除去，使均匀分散层外露在表面，即使再进一步削去外表面部分，也不会降低表面硬度，进而容易设定硬度等物性。

在本发明第2方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述高密度填充层的厚度分别小于上述圆筒体厚度的15％(不含0％)。

根据此发明，原料利用率可以得到提高。

本发明的更好实施例的高密度填充层厚度小于圆筒体整个厚度的2％。

在本发明第3方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述除去工序为：除去上述圆筒体的外周表面或内周表面的量至少是相当于下述公式[1]所示的Z的厚度，

Z＝1.1×Y                          [1]

$Y=6.1\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{\mathrm{Dp}}^2(\mathrm{\ρp}-\mathrm{\ρ})r{\mathrm{Nt}}^2}{\mathrm{\μt}}\mathrm{dt}----\left[2\right]$

(在以上公式中，t0＝0，

tgp(s)表示上述混合液达到凝胶化所需的时间，

Dp(mm)表示上述填充材料的80累积重量％粒径，

ρp表示上述填充材料的比重，

ρ表示上述液态高分子材料的比重，

r(mm)表示上述圆筒体的内周半径，

Nt(rpm)表示上述离心成形工序在时间t的上述金属模具的转速，

μt(Pa·s)表示在和离心成形相同条件下加热时，在时间t的上述液态高分子材料的粘度。)

可以认为高密度填充层的厚度与因离心成形而引起的填充材料的移动距离密切相关。

人们熟知求得离心成形中的气泡或粒子的移动速度的一般公式，例如在『塑料加工技术便览』第604页～第606页(1969年，塑料加工技术便览编辑委员会编辑)或『化学计算法连载4，化学工学计算法』第180页～第183页(1999年，东京电机大学发行)里就有记载。在参考上述这些公知文献的基础上，考虑到改变离心成形中的金属模具的转速，以及随着液态高分子材料固化，其粘度增高等方面，发现因离心成形而引起的填充材料移动距离可以用公式[2]所示的Y值近似表示。

在实际制造弹性圆筒体时，若考虑到在成形时有误差等，则至少要以相当于1.1×Y的厚度量除去高密度填充层，通过这样能够得到填充材料几乎均匀地分布在整个部分的圆筒体。

如除去高密度填充层的厚度小于相当于Z的厚度时，则得到的弹性圆筒体将残留有填充材料的高密度填充层，就有可能不能得到填充材料几乎均匀地分布在整个部分的圆筒体，这是不理想的。

另一方面，若除去圆筒体外周表面及内周表面的量超过所需的量过多，则不够经济，所以除去量最好要少。

本发明的离心成形的转速Nt可以始终保持一定，也可以在离心成形中改变转速Nt。在离心成形中改变金属模具的转速Nt时，可以分段改变，也可以连续改变。

各变量的值一般在以下的范围内。

tgp：60s～100,000s

另外，在本发明中，混合液直到凝胶化的时间是以由粘度-时间线图的弯曲点求得的时间作为凝胶化时间。

Dp：1×10^-5mm～5×10^-2mm

所谓80累积重量％粒径，是在测定粒度分布时，由粒度小的粒子累计达到相当于80重量％的粒子的粒径。换言之，意味着小于该粒径的粒子占到了全体粒子的80重量％。

另外，本发明最好使用粒状的填充材料。

ρp：0.03～5.3

ρ：0.8～2.6

r：50mm～750mm

Nt：100rpm～2000rpm

μt表示媒体的粘度。实际上是用液态高分子材料和填充材料的混合液进行离心成形的，但是在考虑混合液中的填充材料移动时，媒体是从混合液中去掉了填充材料的物质，因此，μt为在与该离心成形相同的条件下加热时，经过时间t的液态高分子材料的粘度。

在本发明第4方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述离心成形是在满足了下述公式[3]及公式[4]的条件下进行的。

X≥T[3]

Y≤T/4[4]

式中，

$X=2.3\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{0.2}^2{\mathrm{\ρmRNt}}^2}{\mathrm{\ηt}}\mathrm{dt}----\left[5\right]$

$Y=6.1\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{\mathrm{Dp}}^2(\mathrm{\ρp}-\mathrm{\ρ})r{\mathrm{Nt}}^2}{\mathrm{\μt}}\mathrm{dt}----\left[6\right]$

(在上述的公式中，T(mm)表示上述圆筒体的厚度，t0＝0

tgp(s)表示上述混合液直到凝胶化所需的时间，

ρm表示上述混合液的比重，

R(mm)表示上述金属模具的内周半径

Nt(rpm)表示在上述离心成形工序时间t的上述金属模具的转速，

ηt(Pa·s)表示时间t的上述混合液的粘度，

Dp(mm)表示上述填充材料的80累积重量％粒径，

ρp表示上述填充材料的比重，

ρ表示上述液态高分子材料的比重，

r(mm)表示上述圆筒体的内周半径，

μt(Pa·s)表示在与该离心成形相同的条件下加热时，在时间t的上述液态高分子材料的粘度。)

本发明规定了离心成形的理想条件。

通过满足上述公式[3]及[4]，就可以制成固化圆筒体中不含孔隙且应该除去的高密度填充层很薄的圆筒体。

公式[3]所示为使直径为0.2mm以上的孔隙通过离心成形排除到圆筒体外部的条件。着眼于孔隙直径为0.2mm以上的原因是：因为如果直径为0.2mm以上的孔隙保留在本发明对象的产品中，则有可能损坏产品的功能。

这里，和上述公式[2]的情况一样，参考离心成形中求得气泡的移动速度的通常公式，可以发现由于离心成形使直径为0.2mm的孔隙向半径方向移动的距离可以近似于X值。

通过满足X≥T，在混合液直到凝胶化的期间，可以几乎完全将孔隙从圆筒体内除去。

公式[4]表示为在用离心成形工序制成的圆筒体中高密度填充层达到理想厚薄的条件。

可以认为填充材料由于离心成形而向半径方向移动的距离理论上可以近似于上述所示的Y值。

实验结果是，通过满足Y≤T/4的条件，使得除去工序中必须除去的高密度填充层的厚度占通过离心成形制成的圆筒体厚度的15％以下。这样，原料利用率增大。

最好为Y≤T/10，更好是Y≤T/20，任何情况下，高密度填充层的厚度都可以在圆筒体厚度的10％以下。

用离心成形工序制成作的圆筒体的厚度T通常在5mm～50mm左右。

关于和Y有关的各变量可以取的值，如上述所示。

除上述以外，和X有关的变量，通常在以下的范围内：

ρm：0.5～5

R：55mm～755mm

金属模具的转速Nt在满足上述条件的范围内并在整个离心成形工序过程中可以是恒定的，也可以在中途进行阶段性的变化或连续性的变化。

如果混合液在注入金属模具之前预先进行脱泡，则可以更可靠地将孔隙除去。

本发明第5方面的弹性圆筒体的制造方法是关于制造圆筒体的方法，它是：将含有液态高分子材料和填充材料的混合液注入离心成形用的金属模具中，通过离心成形制成在高分子材料中分散了上述填充材料的圆筒体。

上述的离心成形是在满足了下述的公式[7]及[8]的条件下进行的。

X≥T[7]

Y≤T/100[8]

式中，

$X=2.3\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{0.2}^2{\mathrm{\ρmNt}}^2}{\mathrm{\ηt}}\mathrm{dt}----\left[9\right]$

$Y=6.1\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{\mathrm{Dp}}^2(\mathrm{\ρp}-\mathrm{\ρ})r{\mathrm{Nt}}^2}{\mathrm{\μt}}\mathrm{dt}----\left[10\right]$

(在上述的公式中，T(mm)表示上述圆筒体的厚度，t0＝0

tgp(s)表示上述混合液达到凝胶化所需的时间，

ρm表示上述混合液的比重，

R(mm)表示上述金属模具的内周半径，

Nt(rpm)表示用上述离心成形工序在时间t的上述金属模具的转速，

ηt(Pa·s)表示时间t的上述混合液的粘度，

Dp(mm)表示上述填充材料的80累积重量％粒径，

ρp表示上述填充材料的比重，

ρ表示上述液态高分子材料的比重，

r(mm)表示上述圆筒体的内周半径，

μt(Pa·s)表示在与该离心成形相同的条件下加热时，时间t的上述液态高分子材料的粘度。)

该发明规定了离心成形的特别理想的条件。

通过满足上述公式[7]及[8]的条件，可以得到几乎完全将孔隙除去且形成极微小的高密度填充表层、或不形成高密度填充层而使填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体。

在形成表层的情况下，使用切削或喷砂处理等公知的方法将高密度填充层除去。

在不形成高密度填充层的情况下，就不一定需要所述的除去工序。但是，即使在这种情况下，为了达到规定的尺寸精度和表面精度，最好进行切削或喷砂处理等表面加工。

通过满足X≥T，在混合液直到凝胶化的期间，可以将孔隙几乎完全地从圆筒体中除去。

通过满足Y≤T/100，本发明还可以得到形成极微小的高密度填充表层、或不形成高密度填充层而使填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体。

在Y≤T/100时，高密度填充层的厚度可以是小于或等于圆筒体厚度的2％。

在本发明第6方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述填充材料的80％累积重量％粒径(DP)在0.01μm～20μm的范围内。

根据本发明，通过上述条件，可以除去孔隙且容易使高密度填充层变薄。

若填充材料的80累积重量％粒径小于0.01μm，则在液态高分子材料中混合了规定比例填充材料的混合液粘度过高，有可能即使通过离心成形也难将孔隙除去。

若填充材料的80累积重量％粒径大于20μm，则在离心成形时，填充材料由于离心力的作用容易沿半径方向移动。此结果是，由于高密度填充层的厚度较厚，用除去工序必需除去的量增加，所以原料利用率低。

填充材料的80累积重量％粒径最好的范围为：在1.0μm以上，在5.0μm以下。

80累积重量％粒径在1.0μm以上的填充材料，容易得到；另外，通过将80累积重量％粒径调整在5.0μm以下，可以使高密度填充层的厚度特别薄。

最好使用粒度尽可能均匀的填充材料，因为粒子能更均匀地分散在均匀分散层内。

在本发明第7方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述的离心成形工序至少包含有从上述的液态高分子材料中将孔隙除去的A工序和抑制上述填充材料向半径方向移动、同时进行上述高分子材料固化的B工序。

通过本发明，容易达到将孔隙除去和使高密度填充层变薄的两个目的。

通过例如在离心成形工序中使转速、温度、气压等变化，可以区别A工序和B工序。

在本发明第8方面的弹性圆筒体的制造方法中，上述B工序以比上述A工序低的转速进行。

为了使高密度填充层变薄，必须尽量抑制在离心成形工序中填充材料向半径方向的移动。

为此，用A工序将孔隙除去后，最好用B工序在能维持离心力的范围内降低转速，同时进行高分子材料的固化。

这样，容易达到除去孔隙和使高密度填充层变薄的两个目的。

在离心成形工序中改变金属模具转速时，也可以分段地改变转速到规定的转速。

在离心成形工序中改变金属模具转速时，也可以连续地改变金属模具的转速。

在本发明第9方面的弹性圆筒体的制造方法中，在上述离心成形工序过程中将上述金属模具的转速保持一定。

根据此发明，在离心成形工序过程中也可以在不改变金属模具转速，使其保持一定。通过对液态高分子材料、填充材料、混合液的配合、温度条件、金属模具的转速等不同的选择方式，即使在离心成形过程中保持一定的金属模具转速，也可以达到除去孔隙和使高密度填充层变薄的两个目的。为此，制造工序可以简化。

本发明第10方面的弹性圆筒体的制造方法为：将含有液态高分子材料和填充材料的混合液注入离心成形用的金属模具中，进行离心成形，由此制成具有在高分子材料中均匀分布上述填充材料的均匀分散层和高密度填充层的圆筒体，该高密度填充层是在上述高分子材料中以更高密度填充上述填充材料，形成在上述均匀分散层的外周表面侧或内周表面侧。将上述的高密度填充层除去，使上述均匀分散层外露在表面。将上述除去工序前或除去工序后的上述圆筒体套在芯材的外侧并使上述圆筒体和上述芯材形成一体。

在高密度填充层形成在圆筒体的内周表面侧时，必须在使圆筒体和芯材一体化的工序之前进行除去工序，但是在高密度填充层形成在圆筒体的外周表面侧时，除去工序和将圆筒体和芯材一体化的工序无论哪一个在前，都没有关系。

另外，根据需要，圆筒体的内周表面在和芯材形成一体之前以及圆筒体的外周表面在和芯材成为一体之前或之后，为了使其达到所需要的尺寸精度和表面精度，对其表面进行切削或喷砂处理等表面加工。在该表面加工中，也可以包含上述除去工序。

本发明第11方面的弹性辊的制造方法为：将含有液态高分子材料和填充材料的混合液注入离心成形用的金属模具中，进行离心成形，由此制成在高分子材料中分布上述填充材料的圆筒体。将上述圆筒体套在芯材的外侧，使所述圆筒体和上述芯材一体化。

上述离心成形是在满足下述公式[11]及[12]的条件下进行的。

X≥T[11]

Y≤T/100[12]

式中，

$X=2.3\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{0.2}^2{\mathrm{\ρmNt}}^2}{\mathrm{\ηt}}\mathrm{dt}----\left[13\right]$

$Y=6.1\×{10}^{-7}{\∫}_{t0}^{\mathrm{tgp}}\frac{{\mathrm{Dp}}^2(\mathrm{\ρp}-\mathrm{\ρ})r{\mathrm{Nt}}^2}{\mathrm{\μt}}\mathrm{dt}----\left[14\right]$

(在上述的公式中，T(mm)表示上述圆筒体的厚度，t0＝0，

tgp(s)表示上述混合液达到凝胶化所需的时间，

ρm表示上述混合液的比重，

R(mm)表示上述金属模具的内周半径，

Nt(rpm)表示在上述离心成形工序时间t的上述金属模具的转速，

ηt(Pa·s)表示时间t的上述混合液的粘度，

Dp(mm)表示上述填充材料的80累积重量％粒径，

ρp表示上述填充材料的比重，

ρ表示上述液态高分子材料的比重，

r(mm)表示上述圆筒体的内周半径，

μt(Pa·s)表示在与该离心成形相同的条件下加热时，时间t的上述液态高分子材料的粘度。)

如上所述，在以这些条件将圆筒体进行离心成形的情况下，可以得到几乎完全除去孔隙且形成极微小的高密度填充表层、或不形成高密度填充层而使填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体。

在形成表层的情况下，用切削或喷砂处理等公知的方法将高密度填充层除去。在表层形成在圆筒体的内周表面侧时，必须在圆筒体和芯材一体化工序之前进行除去，但是在表层形成在圆筒体的外周表面侧时，无论是除去表层的工序在先，还是圆筒体和芯材的一体化工序在先，都没有关系。

在不形成高密度填充层的情况下，就不一定必须有如上所述的除去工序。但是，即使在此情况下，为了达到规定的尺寸精度和表面精度，最好进行切削或喷砂处理等表面加工。

在本发明第12方面的弹性辊的制造方法中，上述弹性辊是造纸用的压光辊。

本发明的制造方法在用于大型辊、尤其是造纸用压光辊的制造时特别有效。

本发明第13方面的弹性圆筒体涉及一种含有高分子材料和填充材料并通过离心成形而得到的弹性圆筒体。其外表面的硬度和内表面的硬度之差为2度(JIS D)以内，且厚度方向每1mm的硬度之差为1度(JIS D)以内，上述填充材料的80累积重量％粒径(DP)在0.01μm～20μm的范围内。

通过此发明，即使进行切削或研磨，也不会使硬度降低。另外，在表面及内部不含有孔隙。

本发明的弹性圆筒体通过将圆筒体套在芯材外侧并使其和芯材成为一体，可以形成表面特性优异、能够避免弹性圆筒体的内部应力集中或由内部发热而引起破损且硬度稳定的弹性辊。

外表面硬度和内表面硬度之差最好在1度以内，而厚度方向每1mm的硬度之差最好为0度。

本发明第14方面的弹性圆筒体涉及到一种含有高分子材料和填充材料并由离心成形得到的弹性圆筒体。其外表面部分的灰分含量和内表面部分的灰分含量之差在20％以内，且厚度方向每1mm的灰分含量之差在10％以内。通过此发明，在表面及内部不含有孔隙。

此发明的最好实施形态为外表面部分的灰分含量和内表面部分的灰分含量之差在10％以内，且厚度方向每1mm的灰分含量之差在0.5％以内，上述填充材料的80累积重量％粒径(DP)在0.01μm～20μm的范围内。

本发明第15方面的弹性辊涉及一种包含芯材和位于上述芯材外侧的和此芯材一体化的弹性圆筒体的弹性辊。

上述弹性圆筒体是含有高分子材料和填充材料并利用离心成形而得到的弹性圆筒体。其外表面的硬度和内表面的硬度之差为2度(JIS D)以内，且厚度方向每1mm的硬度之差为1度(JIS D)以内，上述填充材料的80累积重量％粒径(DP)在0.01μm～20μm的范围内。根据此发明，在表面及内部不含有孔隙。

本发明第16方面的弹性辊涉及一种包含芯材和位于上述芯材外侧的和此芯材一体化的弹性圆筒体的弹性辊。上述弹性圆筒体是含有高分子材料和填充材料并利用离心成形而得到的弹性圆筒体。其外表面部分的灰分含量和内表面部分的灰分含量之差在20％以内，且厚度方向每1mm的灰分含量差在10％以内，上述填充材料的80累积重量％粒径(DP)在0.01μm～20μm的范围内。通过此发明，在表面及内部不含有孔隙。

在本发明第17方面的弹性辊中，上述弹性辊是造纸用压光辊。

作为本发明使用的高分子材料，可以用以下物质：环氧树脂、聚氨基甲酸酯、聚异氰酸盐、交联聚酯酰胺、不饱和聚酯、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂等。如从耐久性、耐热性及成形容易性的角度来看，最好用环氧树脂及交联聚酯酰胺，尤其用环氧树脂最好。

作为用于本发明的填充材料为以下物质：碳黑、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氢氧化铝、碳酸钙、粘土、硫酸钡、氧化锌、氢氧化镁、玻璃珠、树脂珠等经常使用的粒状填充材料。

填充材料也可以是两种材料以上合用。

填充材料的混合比例为全部混合液的10～60重量％左右。

除了上述的填充材料以外，也可以适当混合颜料及增塑剂等。

图1是本发明使用的离心成形装置的截面图，图2是图1中II-II线的截面图。如图所示，在腔室10内，配置具有规定尺寸的圆筒体金属模具11，使其轴线置于水平方向。金属模具11的一端和外部的驱动机械(驱动部12和驱动轴13)相联结，使金属模具11能够以轴线为中心以任意的转速旋转。金属模具11的下部由多个支撑滚子14加以支撑。浇铸管16从外部的浇铸机15延伸到金属模具11的内部。在腔室10内，可以进行温度控制，以使液态高分子材料加热固化。

下面，就离心成形的顺序加于说明。

将液态高分子材料、填充材料和根据需要追加的其他配合剂混合，进行搅拌，制成含有液态高分子材料和填充材料的混合液，以备后用。

将加热至规定温度的金属模具11以规定转速旋转，同时将上述以配制好的混合液从浇铸机15通过浇铸管16注入金属模具11的内部。

接着，控制金属模具11的温度及转速到设定值，利用离心力将混合液推向金属模具11的内表面，同时进行一次加热，使高分子材料固化。在一次加热期间，比重轻的气泡从混合液的内周表面跑掉。在一次加热结束时刻，因上述高分子材料已凝胶化，变成了圆筒体，所以在以后的工序中填充材料不会移动。

进一步控制金属模具11的温度及转速到设定值，同时对高分子材料进行二次加热提高圆筒体的物性。

接下来，停止金属模具11旋转或使其保持旋转，到金属模具11及圆筒体自然冷却后，将圆筒体从金属模具11中取出。

按照要求，在别的炉中对圆筒体进行三次加热，更加提高圆筒体的物性。

下面，就除去工序加以说明。

可以通过切削、喷砂处理等公知的方法除去。

参照图3，通过从由离心成形得到的圆筒体除去高密度填充层1，并使均匀分散层2的表面外露，可以得到填充材料几乎完全地分散在整个部分的弹性圆筒体。

因多数的填充材料的比重大于液态高分子材料的比重，所以高密度填充层1形成在均匀分散层2的外周表面侧。另一方面，在使用比重小于例如中空玻璃珠、中空树脂珠等液态分子材料的填充材料时，高密度填充层1形成在均匀分散层2的内周表面侧。

除去的量，只要至少是与在上述公式[1]中所示的Z相当的厚度量即可。

另外，若根据公式[7]～[10]，就不需要除去工序，参照图4，可以得到不形成高密度填充层而填充材料几乎均匀地分散在整个部分的弹性圆筒体。

下面，就高密度填充层的确认方法加以说明。

高密度填充层的厚度通常可以用圆筒体截面的电子显微镜照片加以确认。

也可以在测定圆筒体厚度方向的每个规定间隔(例如1mm)的硬度或灰分含量时，通过在高密度填充层和均匀分散层的交界处的测定值急剧变化，来确认高密度填充层的厚度。

本发明的制造方法特别适合制造大型辊及硬质弹性辊。这样的辊，例如为造纸用的压光辊。

大型辊：外径为300～1500mm，表面长1500～10000mm。

硬质弹性辊：根据JIS K6253，其硬度计(Durometer)的硬度为D70～D99。

本发明的由弹性圆筒体来制作大型辊的方法是根据例如1991年日本特许公报第47359所记载的方法。即，参照图5A-5C，对具有增强型纤维衬底卷绕层4的金属制辊芯3嵌入外层用圆筒体5，在由衬底卷绕层4和圆筒体5之间形成的环状空隙部分注入粘合剂，在规定温度下使其固化，通过粘合剂层6能够将衬底卷绕层4和圆筒体5粘合成一体。

按照下述顺序制成样品1到样品11的小型样品并进行实验。

样品1

将二苯酚A型环氧树脂(环氧当量为180～200g/eq)100重量份、固化剂(变性芳香族聚氨络物：氨络物当量为50～70g/eq)27.0重量份及二氧化硅(80累积重量％粒径4.5μm)38.5重量份混合，搅拌制成混合液。准备一个内周半径为130mm、内表面长为345mm的离心成形用的金属模具。将该金属模具的内部温度加热到70℃，以1000rpm的转速使其旋转，同时将上述所制的混合液从浇铸机注入金属模具内部。利用较高速旋转使孔隙除去的A工序和用较低速旋转来抑制填充材料向半径方向移动、同时使高分子材料固化的B工序，进行一次加热。即，保持金属模具内部温度在70℃，同时使金属模具在从浇铸开始到3600秒钟的1小时内保持以1000rpm的转速旋转(A工序)，接下来，在从3600秒钟到14400秒钟的3小时内将转速降低到300rpm(B工序)。接着，使其模具内部温度为120℃，在14400秒钟到21600秒钟的2小时内以转速300rpm旋转，进行二次加热。然后，仍然保持转速300rpm，使其模具内部自然冷却后，将圆筒体从金属模具中取出。

圆筒体的厚度(T)、填充材料的比重(ρp)、树脂的比重(ρ)、混合液的比重(ρM)和圆筒体的内周半径(r)如表1、2、3所述。

                                      表1

			样品1	样品2	样品3	样品4
							配合	树脂	环氧重量份	(1)100.0	(2)100.0	(1)100.0	(2)100.0
填充材料	二氧化硅重量份	(6)38.5	(6)65.8	(7)45.3	(7)65.8
						固化剂		重量份	(4)27.0	(5)38.0	(4)27.0	(5)38.0
成形条件	一次加热	温度(℃)	70	60	70								60
							A工序10000-3600	A工序10000-3600	A工序10000-3600	A工序10000-3600
		N：转速(rpm)t：时间(sec)
			N：转速(rpm)t：时间(sec)	B工序3003600-14400	B工序3003600-14400	B工序3003600-14400					B工序3003600-14400
		二次加热					温度(℃)	120	120	120		120
	N：转速(rpm)t：时间(sec)		30014400-21600	30014400-21600	30014400-21600	30014400-21600
							tgp凝胶化点(sec)		8020	6040	8020	6040
	T：圆筒体的厚度(mm)			25	22	25							40
高密度填充层的厚度h(mm)							3.0	0.23	0.36	0.05
			h/T(％)			12.00					1.05	1.44	0.13
R：金属模具内周半径(mm)							130	130	130	178
			Dp：80累积重量％粒径(μm)			4.5					4.5	1.8	1.8
ρp：填充材料比重							2.65	2.65	2.65	2.65
			ρ：树脂比重			1.1					1.1	1.1	1.1
ρm：混合液比重							1.4	1.4	1.4	1.4
			r：圆筒体内周半径(mm)			105					108	105	138
X：计算值(mm)							1991	172	1991	235
			X≥T			○					○	○	○
Y计算值(mm)							5.63	0.53	0.90	0.13
			Z＝1.1*Y(mm)			6.19					0.58	0.99	0.14
Y和T的比例							0.225	0.024	0.036	0.003
			外表面的硬度(JISD)			92					93	91	93
内外表面的硬度之差							1	0	0	0
			每1mm的硬度之差(max)			0					0	0	0
内外表面的灰分含量％之差							1.1	4.5	0	0
			每1mm的灰分含量％之差(max)			0.5					0.19	0	0
孔隙有无							无	无	无	无
			综合评价			○					○	◎	◎

                                       表2

			样品5	样品6	样品7	样品8
							配合	树脂	环氧重量份	(3)100.0	(3)100.0	(3)100.0	(3)100.0
填充材料	二氧化硅重量份	(6)37.6	(6)37.6	(6)37.6	(7)36.7
						固化剂		重量份	(4)24.0	(4)24.0	(4)24.0	(4)24.0
成形条件	一次加热	温度(℃)	60	60	60								60
						N：转速(rpm)t：时间(sec)	4000-14400	3000-14400	2000-14400	A工序10000-2700
		N：转速(rpm)t：时间(sec)									B工序3002700-14400
						二次加热	温度(℃)	120	120	120		120
	N：转速(rpm)t：时间(sec)	40014400-21600	30014400-21600	20014400-21600	30014400-21600
							tgp凝胶化点(sec)		6080	6080	6080	6080
	T：圆筒体的厚度(mm)			30	30	30							26
高密度填充层的厚度h(mm)							0.07	-	-	0.05
			h/T(％)			0.23					-	-	0.19
R：金属模具内周半径(mm)							130	130	130	130
			Dp：80累积重量％粒径(μm)			4.5					4.5	4.5	1.8
ρp：填充材料比重							2.65	2.65	2.65	2.65
			ρ：树脂比重			1.1					1.1	1.1	1.1
ρm：混合液比重							1.4	1.4	1.4	1.4
			r：圆筒体内周半径(mm)			100					100	100	104
X：计算值(mm)							40.9	23	10.2	177
			X≥T			○					×	×	○
Y计算值(mm)							0.18	0.10	0.04	0.12
			Z＝1.1*Y(mm)			0.20					0.11	0.04	0.13
Y和T的比例							0.006	0.003	0.001	0.005
			外表面的硬度(JISD)			92					-	-	92
内外表面的硬度之差							0	-	-	0
			每1mm的硬度之差(max)			0					-	-	0
内外表面的灰分含量％之差							0	-	-	0
			每1mm的灰分含量％之差(max)			0					-	-	0
孔隙有无							无	有	有	无
			综合评价			◎					×	×	◎

                                    表3

			样品9	样品10	样品11
						配合	树脂	环氧重量份	(3)100.0	(3)100.0	(3)100.0
填充材料	二氧化硅重量份	(7)37.6	(8)37.6	(9)37.6
					固化剂		重量份	(4)24.0	(4)24.0	(4)24.0
成形条件	一次加热	温度(℃)	60	60							60
					N：转速(rpm)t：时间(sec)	4000-14400	A工序10000-2700	A工序10000-2700
		N：转速(rpm)t：时间(sec)		B工序3002700-14400					B工序3002700-14400
					二次加热	温度(℃)	120	120		120
	N：转速(rpm)t：时间(sec)	40014400-21600	30014400-21600	30014400-21600
						tgp凝胶化点(sec)		6080	8030	8080
	T：圆筒体的厚度(mm)			30	25						25
高密度填充层的厚度h(mm)						0.03	4.2	5.5
			h/T(％)						0.10	16.80	22.00
R：金属模具内周半径(mm)						130	130	130
			Dp：80累积重量％粒径(μm)						1.8	23	51
ρp：填充材料比重						2.65	2.65	2.65
			ρ：树脂比重						1.1	1.1	1.1
ρm：混合液比重						1.4	1.4	1.4
			r：圆筒体内周半径(mm)						100	105	105
X：计算值(mm)						40.9	294	475
			X≥T						○	○	○
Y计算值(mm)						0.03	21.50	105.90
			Z＝1.1*Y(mm)						0.03	23.65	116.49
Y和T的比率						0.001	0.860	4.236
			外表面的硬度(JISD)						92	94	93
内外表面的硬度之差						0	6	5
			每1mm的硬度之差(max)						0	4	5
内外表面的灰分含量％之差						0	64.5	63.8
			每1mm的灰分含量％之差(max)						0	52	59
孔隙有无						无	无	无
			综合评价						◎	×	×

(1)二苯酚A型环氧树脂(环氧当量为180～200g/eq)

(2)二苯酚A型环氧树脂(环氧当量为155～175g/eq)

(3)二苯酚A型环氧树脂(环氧当量为220～240g/eq)

(4)变性芳香族聚氨络物(氨络物当量为50～70g/eq)

(5)变性芳香族聚氨络物(氨络物当量为60～80g/eq)

(6)二氧化硅(80累积重量％粒径4.5μm)

(7)二氧化硅(80累积重量％粒径1.8μm)

(8)二氧化硅(80累积重量％粒径23μm)

(9)二氧化硅(80累积重量％粒径51μm)

若利用公式[5]计算该离心成形的条件，则X值为1991mm；另外，若利用公式[6]计算，则Y值为5.63mm。

通过对制成的圆筒体在相对于轴线的垂直方向切断的截面利用电子显微镜照片进行观察后，可以确认在圆筒体的外周表面上由填充材料高密度填充的高密度填充层的厚度为3.0mm。

另外，对从圆筒体外周表面开始的每1mm处，进行了硬度(在JIS K6253中定义的D型硬度计的硬度)及灰分含量(％)(测定装置名称为(TG/DTA220)精工电子工业公司制)的测定，测定结果示于图6中。

另外，从圆筒体外周表面向轴线方向进行切削，同时用目测确认每削去1mm的厚度时孔隙的有无情况，结果完全没发现圆筒体的表面及内部有孔隙。

样品2～样品11

以样品1为基准，以表1、2、3所示的条件制成各样品。

对于样品5～样品7及样品9，在一次加热期间，保持金属模具的转速一定。

评价

1.孔隙的有无情况

对圆筒体表面及内部有无孔隙进行了比较，结果为在样品1～5、样品8～样品11的圆筒体的表面及内部，根本没有发现孔隙。与上不同的是，对于不满足所述公式[3]的样品6、7，因在圆筒体内部发现许多直径约为0.2mm的孔隙，所以这两例不满足本发明的要求。

2.高密度填充层的厚度

下面，就没发现孔隙存在的样品1～5、8～11，测量了高密度填充层的厚度。根据电子显微镜照片的观察结果，计算高密度填充层的厚度h对圆筒体的整体厚度T的比例(h/T)，可以发现样品1～5、8、9是在15％以下，所以本发明的除去量比不用离心成形的以往制造方法少，可以期待能提高原料利用率。尤其是样品2～5、8、9，因其比例为2％以下，所以提高原料利用率的效果大。与上不同的是，不满足所述公式[4]的样品10、11的比例超过15％，所以不能提高原料利用率。

3.弹性圆筒体的均匀性

在表1中，记载了对于各种样品，为了从圆筒体的外周表面除去高密度填充层和提高内周表面的表面精度而除去厚度0.5mm时的外表面的硬度、外表面硬度和内表面硬度之差及厚度方向每1mm的硬度之差的最大值，还有外表面部分的灰分含量(％)和内表面部分的灰分含量(％)之差以及厚度方向每1mm的灰分含量(％)之差的最大值。另外，在高密度填充层的厚度对圆筒体整体的厚度超过15％的情况下(样品10、11)，不除去超过15％的部分。

可以看出，样品1～9的填充材料几乎均匀地分散在所得到的整个弹性圆筒体。尤其是样品3～5、8、9，其厚度方向上几乎没有硬度及灰分含量(％)之差。与上不同的是，在样品10、11中，即使除去整个圆筒体厚度的15％，在厚度方向上填充材料的分散也不均匀。

在图6～图14中所示为样品1～11(除了样品6、7)的测定位置和灰分含量及硬度的关系。测定位置0mm表示高密度填充层的外表面。

4.综合评价

满足所述公式[3]及[4]的样品1～5、8、9可以使孔隙除去，且高密度填充层的厚度相对于由离心成形制成的圆筒体厚度的比例在15％以下。尤其是满足公式[7]及[8]的样品4、5、8、9，可以除去孔隙，且可以形成使高密度填充层的厚度相对于由离心成形制成的圆筒体厚度的比例在1％以下的极微小的表层。

在表1中，用◎、○、×进行综合评价。

◎……特别优异

○……可以使用

×……不可以使用

通过以上说明，根据本发明的弹性圆筒体的制造方法及弹性辊的制造方法，可以提高原料利用率。另外，可以除去孔隙且稳定硬度等物性。另外，还可以防止局部应力或内部发热，以提高持久性。

Claims (12)

1.一种弹性圆筒体的制造方法，它通过将含有液态高分子材料和填充材料的混合液注入离心成形用的金属模具(11)中，离心成形而制成填充材料分散在高分子材料中的圆筒体，其特征在于，上述离心成形在满足以下公式〔7〕及〔8〕的条件下进行，它还包括高密度填充层形成在上述圆筒体上作为表层的情况下，除去该表层的工序，

X≥T                          〔7〕

Y≤T/100                      〔8〕

这里，

$X=2.3\×{10}^{-7}{\∫}_o^{\mathrm{gp}}\frac{{0.2}^2\mathrm{\ρm}{\mathrm{RNt}}^2}{\mathrm{\ηt}}\mathrm{dt}---\left(9\right)$

$Y=6.1\×{10}^{-7}{\∫}_o^{\mathrm{gp}}\frac{{\mathrm{Dp}}^2(\mathrm{\ρp}-\mathrm{\ρ}){\mathrm{rNt}}^2}{\mathrm{\μt}}\mathrm{dt}---\left(10\right)$

在上式中，T(mm)表示上述圆筒体的厚度，t0＝0，

tgp(s)表示上述混合液达到凝胶化所需的时间，

ρm表示上述混合液的比重，

R(mm)表示上述金属模具的内周半径，

Nt(rpm)表示在上述离心成形工序的时间t的上述金属模具(11)的转速，

ηt(Pa·s)表示在时间t的上述混合液的粘度，

Dp(mm)表示上述填充材料的80累积重量％粒径，

ρp表示上述填充材料的比重，

ρ表示上述液态高分子材料的比重，

r(mm)表示上述圆筒体的内周半径，

μt(Pa·s)表示在与该离心成形相同的条件下加热时，在时间t的上述液态高分子材料的粘度。

2.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述填充材料的80累积重量％粒径〔DP〕在0.01μm～20μm的范围内。

3.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，它至少包括从所述液态高分子材料中除去孔隙的A工序和抑制所述填充材料向半径方向移动、同时将所述高分子材料固化的B工序。

4.根据权利要求3所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述B工序以比所述A工序低的转速进行。

5.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，将所述金属模具的转速保持一定。

6.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，它包含将圆筒体套在芯材(3)外侧、使圆筒体和上述芯材(3)成为一体的工序。

7.根据权利要求6所述的弹性辊的制造方法，其特征在于，所述弹性圆筒体为造纸用压光辊。

8.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述圆筒体的外表面硬度和内表面硬度之差在2度(JIS D)以内，且厚度方向每1mm的硬度之差在1度(JIS D)以内。

9.根据权利要求1所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述圆筒体的外表面部分的灰分含量和内表面部分的灰分含量之差在20％以内，且厚度方向每1mm的灰分含量之差在10％以内。

10.根据权利要求6所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述弹性圆筒体的外表面硬度和内表面硬度之差在2度(JIS D)以内，且厚度方向每1mm的硬度之差在1度(JIS D)以内。

11.根据权利要求6所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述弹性圆筒体的外表面部分的灰分含量和内表面部分的灰分含量之差在20％以内，且厚度方向每1mm的灰分含量之差在10％以内。

12.根据权利要求6所述的弹性圆筒体的制造方法，其特征在于，所述弹性辊为造纸用压光辊。

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