CN1800999A - 清洁刮刀元件以及用于制造该元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可调节的摩擦系数的清洁刮刀元件和一种用于制造该元件的方法。清洁刮刀元件，在用于清除调色剂沉积物的清理部件中使用，由聚氨酯形成，该聚氨酯在25℃时的回弹性与杨氏模量比值(25℃时的回弹性/杨氏模量)为4.5或更小。

Description

清洁刮刀元件以及用于制造该元件的方法

                        发明背景

技术领域

本发明涉及一种清洁刮刀元件和，更特别地，涉及用于清除沉积在调色剂图像载体上的调色剂的清洁刮刀元件，该图像载体用在电子照相工艺中，例如光电导体或传送带，在其上形成调色剂图像，并传送形成的图像到图像接收器。

背景技术

通常，在电子照相工艺中，电子照相仪器部件例如电子照相感光器和传送带是循环并重复使用的，沉积在其上的调色剂借助清洁刮刀被清除。日本专利申请公开号(kokai)No.2003-302802披露用在例如清洁利刀中的元件由聚氨酯制成。使用聚氨酯是因为它具有良好的耐磨性，在没有往其中加入添加剂如增强剂的情况下显示出足够的机械强度，且不会污染目标。当清洁刮刀具有非常高的摩擦系数时，在清洁刮刀和目标如光电导体之间的接触变得不适宜。因此，采用大量的方法用于减小摩擦系数，如将润滑成分用于清洁刮刀的尖部以获得与目标接触的方法；润滑成分加入到聚氨酯中的方法；润滑成分通过共聚作用引入聚氨酯的方法；以及润滑涂料用于聚氨酯刮刀元件中的方法。

然而，这些方法具有缺点。例如，采用润滑成分的方法不能提供长期的润滑作用。当使用添加润滑成分的方法时，在将刮刀元件粘结到基体元件上的过程中遇到困难，并出现添加剂的有问题的析出，导致污染目标。当润滑成分与聚氨酯共聚合时，形成的聚合体材料变得具有令人不满意的特性，导致降低了耐磨性并使目标被低分子量的成分污染。此外，由于影响摩擦系数的因素没有完全地阐明，因此设计适用的清洁刮刀是困难的。

本发明人进行了广泛的研究，以解决前述问题，并且已经发现摩擦系数取决于杨氏模量与回弹性的比值。在这些发现的基础上，已经实现本发明。日本专利申请公开号(kokai)No.2003-302802披露了一种刮刀元件，它的物理特性，包括杨氏模量和回弹性，落在特定的范围内。然而，该文献没有教导摩擦系数和这些物理特性之间的关系。

                        发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有可调节的摩擦系数的清洁刮刀元件。本发明的另一个目的是提供一种用于生产该清洁刮刀元件的方法。

相应地，在本发明的第一模式中，提供一种在清除调色剂沉积物的清洁部件中使用的清洁刮刀元件，其中清洁利刀元件由聚氨酯制成，该聚氨酯在25℃时的回弹性与杨氏模量之比(25℃时的回弹性/杨氏模量)为4.5或更小。

在第一模式中，聚氨酯可以具有7Mpa或更高的200％的模量，50kN/m或更高的撕裂强度，和+10℃或更低的tanδ(1Hz)峰值温度。

在第一模式中，聚氨酯可以具有2.7或更小的静摩擦系数。

在本发明的第二模式中，提供一种生产在清除调色剂沉积物的清洁部件中使用的清洁刮刀元件的方法，其中该方法包括混合多羟基化合物、聚异氰酸酯、和交联剂以便从其中形成的聚氨酯在25℃时的回弹性与杨氏模量之比(25℃时的回弹性/杨氏模量)为4.5或更小。

在第二模式中，聚氨酯可以具有7Mpa或更高的200％的模量，50kN/m或更高的撕裂强度，和+10℃或更低的tanδ(1Hz)峰值温度。

                            附图说明

本发明的其他各种目的、特点，和许多附带的优点将参考下面结合附图对优选实施方案的详细叙述而变得容易理解和更好地认识，其中：

图1是摩擦系数测量装置的简图；

图2是显示静摩擦系数与回弹性(25℃)/杨氏模量之比之间的关系图；

图3是显示静摩擦系数与杨氏模量之间的关系图；

图4是显示静摩擦系数与回弹性之间的关系图。

                    优选实施方案的详细描述

本发明的清洁刮刀元件是由聚氨酯制成的，该聚氨酯在25℃时回弹性与杨氏模量之比(25℃时回弹性/杨氏模量)为4.5或更小。

尽管杨氏模量本身或回弹性本身与摩擦系数都没有关系，但回弹性与杨氏模量的比值与摩擦系数有关系。因此，通过调节回弹性/杨氏模量比值，可以生产具有要求的摩擦系数的清洁刮刀元件。回弹性/杨氏模量比值与静摩擦系数和动摩擦系数都有关系。比值的相关性相对于静摩擦系数更高。当回弹性(25℃)与杨氏模量的比值被调节到4.5或更小时，生产的清洁刮刀元件具有2.7或更小的静摩擦系数和2.6或更小的动摩擦系数。当清洁刮刀元件具有如此低的摩擦系数时，元件具有良好的耐磨性。更优选地，回弹性(25℃)与杨氏模量的比值在1.0到4.1之间。回弹性(25℃)优选为10到70％之间，以及杨氏模量优选为4到30Mpa之间。

200%模量优选地为7MPa或更高。当200％模量低于7Mpa时，耐磨性趋于降低，刮刀边缘的碎片，和图像的故障例如白点(blank spot)在小数量的纸张的操作之后出现。

撕裂强度优选为50kN/m或更高。当撕裂强度为50kN/m或更高时，生产的清洁刮刀显示良好的耐磨性。

抗拉强度(23℃)优选为20MPa或更高。当抗拉强度低于20MPa时，耐磨性降低。

tanδ(1Hz)峰值温度优选为+10℃或更低。当tan δ(1Hz)峰值温度高于+10℃时，形成的聚氨酯在使用的温度范围内呈现为硬树脂，容易产生开裂、碎片等。

优选地，在本发明中，聚氨酯具有0.7到1.0的α值。就象此处所用的，术语“α值”指通过下面的等式计算的值：

α值＝交联剂中存在的OH量(mol)/(多羟基化合物和异氰酸酯之间反应后剩余的NCO量(mol))当α值大于1.0时，OH基保留在交联剂中，且由聚氨酯生产的刮刀在接触过程中污染目标如光电导体，而当α值小于0.7时，由于非常小的交联密度，机械强度差，或者剩余异氰酸酯的失活需要很长时间，因此污染光电导体。

本发明的清洁刮刀元件由聚氨酯形成，该聚氨酯可由多羟基化合物、聚异氰酸酯、和交联剂生成。

多羟基化合物的例子包括通过在二元醇和二元酸之间脱水缩合产生的聚酯-多羟基化合物；通过在二元醇和碳酸烷基酯之间的反应产生的聚碳酸酯-多羟基化合物；从己内酯得到的多羟基化合物；聚醚-多羟基化合物；和聚氧四亚甲基醚二醇。多羟基化合物优选地在聚氨酯中含量为60wt％到80wt％。

与多羟基化合物反应的聚异氰酸酯优选地具有非刚性的分子结构。例如聚异氰酸酯包括4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)，1，6-己烷二异氰酸酯(HDI)，1，5-亚萘基二异氰酸酯(NDI)，和3，3-二甲基苯基-4，4-二异氰酸酯(TODI)。在其中，MDI是特别优选的。聚异氰酸酯优选地在100份聚氨酯中占有30到80重量份(除非另有说明，份数表示重量份数)。当含量小于30份时，拉伸强度变弱，而当含量超过80份时，永久伸长大大地增加。

交联剂是由二元醇和三元醇相结合生成。在二元醇的类型上没有进行特殊地限定，例如包括丙二醇(PD)，丁二醇(BD)，和3，5-二乙硫基-2，4-甲苯二胺。在三元醇的类型上没有进行特殊地限定，且优选三元醇具有120到2500的分子量，更优选具有120到1000的分子量的三元醇。具体实例包括短链三元醇例如三羟甲基乙烷(TME)、三羟甲基丙烷(TMP)；和具有高分子量的己内酯基三元醇(由ε-己内酯合成的三元醇)，由下面的分子式表示：

其中R表示烷基。三元醇用作交联剂中一种成分，以便提高聚氨酯的特性，例如蠕变和应力松弛。在交联剂的主要成分的量上没有特殊的限定，二元醇与三元醇的比值优选为50∶50到95∶5(二元醇∶三元醇)，更优选为60∶40到90∶10。不必说，二元醇和三元醇可以各自以两种或更多种相组合使用。

将聚异氰酸酯加入前述的多羟基化合物和交联剂中，并使混合物反应，由此产生聚氨酯。为了调节回弹性(25℃)/杨氏模量的比值为4.5或更小，可以调节相关因素的量如异氰酸酯的量(份数)和二元醇/三元醇的比值。可使用一般用于生产聚氨酯的反应类型例如可以采用预聚物方法和一步法。在本发明中，优选为预聚物方法，因为能够生产具有良好的机械强度和耐磨性的聚氨酯。然而，在本发明中，在生产聚氨酯的反应类型上没有特殊的限定。如此生产的聚氨酯片易于被切割或进行类似的加工，因此形成的清洁刮刀元件具有预定的尺寸。通过借助粘合剂或类似的试剂将每一个清洁刮刀元件粘结到支承元件上，制成清洁刮刀产品。

                        实施例

实旋例1

将用作多羟基化合物(100份)的聚(ε-己内酯)-基二醇(分子量：2000)、MDI(50份)，和用作交联剂的1，4-丁二醇/三羟甲基丙烷混合物(70/30)液体进行配制，由此使α值调节到0.95。MP-4(磷酸一丁酯、硫化延迟剂、Daihachi化学工业有限公司的产品)(0.05份)加入到混合物中。使混合物反应，由此形成聚氨酯，从其中产生试件(即清洁刮刀元件)和清洁刮刀。调节聚氨酯中的多羟基化合物含量到大约60wt％。

实施例2

重复实施例1的步骤，除了以从1，9-壬二醇(ND)/2-甲基-1，8-辛二醇(MOD)混合物(65/35)和己二酸产生的聚酯二醇(分子量：2000)(100份)用作多羟基化合物，和以1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(70/30)液体用作交联剂，由此产生试件和清洁刮刀。

实施例3

重复实施例1的步骤，除了以得自1，6-己二醇的聚碳酸酯二醇(分子量：2000)和从1，9-壬二醇/2-甲基-1，8-辛二醇混合物(65/35)与己二酸产生的聚酯二醇(分子量：2000)以100份的总量(以1∶1的摩尔量)用作多羟基化合物，1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(80/20)液体用作交联剂，和MDI用量为40份，由此产生试件和清洁刮刀。

实施例4

重复实施例3的步骤，除了使用聚(ε-己内酯)-基二醇(分子量：2000)代替从己二酸和1，9-壬二醇/2-甲基-1，8-辛二醇混合物产生的聚酯二醇(分子量：2000)，调节交联剂平衡(二元醇/三元醇)到70/30，由此产生试件和清洁刮刀。

实施例5

以用作多羟基化合物(100份)的聚(ε-己内酯)进制-基二醇(分子量：2000)，MDI(15份)，TODI(25份)，和用作交联剂的3，5-二乙硫基-2，4-甲苯二胺(Ethacure Albemarle公司的产品)/三羟甲基丙烷混合物(60/40)液体进行配制，由此使α值调节到0.95。MP-4(磷酸一丁酯、硫化延迟剂、Daihachi化学工业有限公司的产品)(0.05份)加入到混合物中。使混合物反应，由此形成聚氨酯，从其中产生试件和清洁刮刀。调节聚氨酯中的多羟基化合物含量到大约60wt％。

实施例6

重复实施例5的步骤，除了使用MDI(20份)和TODI(30份)，由此产生试件和清洁刮刀。

实施例7

重复实施例1的步骤，除了使用用作多羟基化合物的聚氧四亚甲基醚二醇(PTMG)(分子量：1650)(100份)，用作交联剂中的二元醇成分的1，4-丁二醇/3，5-二乙硫基-2，4-甲苯二胺混合物(90/100)液体，以及MDI(60份)，并且调节交联剂中的三元醇的含量到0.10，由此产生试件和清洁刮刀。

比较例1

重复实施例2的步骤，除了使用MDI(45份)，而且调节交联剂平衡(二元醇/三元醇)到80/20，由此产生试件和清洁刮刀。

比较例2

重复实施例1的步骤，除了调节交联剂平衡(二元醇/三元醇)到80/20，由此产生试件和清洁刮刀。

比较例3

重复实施例3的步骤，除了使用得自1，6-己二醇的聚碳酸酯二醇(分子量：2000)作为单独的多羟基化合物成分，和1，3-丙二醇/己内酯基三醇(分子量800)混合物(70/30)液体用作交联剂，由此产生试件和清洁刮刀。

检测实施例1

接下来测定实施例1到7和比较例1到3中的试件的物理特性。通过JISK6254测定杨氏模量(23℃，25％伸长率)。通过JIS K6251测定100％伸长率的拉伸强度(100％模量)，200％伸长率的拉伸强度(200％模量)，300％伸长率的拉伸强度(300％模量)，以及断裂时的拉伸强度和伸长率。通过JIS K6252测定撕裂强度。通过JIS K6255借助lubke pendulum回弹性测试仪测定25℃时的回弹性(Rb)。通过热分析仪，EXSTAR 6000DMs粘弹性分光计(精工仪器股份有限公司的产品)测定tanδ(1Hz)峰值温度。结果如表1所示。

检测实施例2

实施例和比较例中试件的静和动摩擦系数通过图1所示的装置进行测定。特别地，聚碳酸酯片材2(CFEM，三菱工程塑料公司的产品，厚度：0.25mm，10mm×300mm)置于Teflon片材1上。每一个试件3(实施例和比较例中的每一个试件)(厚度：2mm，50mm×150mm)缠绕在由Teflon制成的自由辊4周围。如此处理的自由辊4，可旋转地支撑，并以100g的载荷压向聚碳酸酯片材2。当聚碳酸酯片材2以50mm/sec的牵引速率传送时，通过连接在聚碳酸酯片材2一末端的载荷传感器测定载荷Q(N)。静和动摩擦系数通过下面的等式由载荷Q值计算获得。

摩擦系数μ＝Q(N)/(100gf×0.0098)

上面的测量是在环境温度和湿度条件(NN：23℃，50％RH)下进行的。结果如表1所示。图2到4显示静摩擦系数分别关于回弹性/杨氏模量比值，杨氏模量，以及回弹性(25℃时)的曲线图。

从表1和图2到4清晰地看到，杨氏模量和回弹性与摩擦系数没有相互关系，然而回弹性(25℃)/杨氏模量比值与摩擦系数具有清晰的关系。摩擦系数取决于回弹性(25℃)/杨氏模量比值。特别地，相比较于动摩擦系数，静摩擦系数与回弹性(25℃)/杨氏模量比值具有更高的相关性。

检测实施例3

实施例和比较例中的每一个清洁刮刀被压向光电导体，光电导体在LL条件(10℃，30％)或HH条件(30℃，85％)下以125mm/sec的圆周速度持续旋转60分钟，期间没有纸张传送。在操作完成之后，在激光显微镜下观测清洁到刀的端部的磨损情况，磨损量用显微镜测得。根据下面的参数：0(0到10μm²)，Δ(11到20μm²)，和X(≥21μm²)，磨损量通过磨损部位的平均截面评定。在HH条件下完成试验操作的情况下，噪音的产生可以被听力检测到。噪音的产生根据参数：O(没有产生噪音)和X(产生了噪音)评定。上述检测在下面的条件下完成，并且结果如表1所示。

<试验条件>

压力条件；相邻角度：25°，压力：3gf/cm

光电导体；OPC(涂覆有初始润滑剂)充电条件；

电压：Vd/-750V，VI/-50V

(AC：Vpp/2.0kV，1.5kHz(正弦波)，

DC偏移量：-900V输入)激光显微镜条件；

显微镜：VK-9500(KEYENCE公司)，

放大倍数×50

模式：超深彩色仿形

光学变焦：×1.0

测量间距：0.10μm

测量点：每个清洁刮刀上5个点(即自两端20mm点，自两端80mm的点，和中心点)

从表1清晰地看到，实施例1到7的清洁刮刀，具有4.5或更低的回弹性(25℃)/杨氏模量比值和2.7或更低的静摩擦系数，显示10μm或更小的边缘磨损并且实际上没有产生噪音。而比较例1到3中的清洁刮刀，具有大于4.5的回弹性(25℃)/杨氏模量比值和增长的静摩擦系数，显示较大的边缘磨损并且在HH条件下产生噪音。

表1(1-A)

		实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
									多羟基化合物	A	己内酯	1，9-NDMOD己二酸酯	1，6-HD碳酸酯	1，6-HD碳酸酯	己内酯	己内酯	PTMG
B	-	-	1，9-NDMOD己二酸酯	己内酯	-	-	-
								平衡		100％	100％	50％	50％	100％	100％	100％
异氰酸酯	份数	50	50	40	40	40	50										60
								交联剂	二元醇	BD	PD	PD	PD	EC	EC	BD/EC
三元醇	TMP	TME	TMP	TMP	TMP	TMP	TMP
									三官能性	0.30	0.30	0.20.	0.30	0.40	0.40	0.10

表1(1-B)

		比较例1	比较例2	比较例3
					多羟基化合物	A	1，9-ND MOD己二酸酯	己内酯	16-HD碳酸酯
B	-	-	-
				平衡		100％	100％	100％
异氰酸酯	份数	45	50						40
				交联剂	二元醇	PD	BD	PD
三元醇	TME	TMP	衍生的己内酯
					三官能性	0.20	0.20	0.30

表1(2-a)

			实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
										摩擦特性		静摩擦系数	2.6	2.2	2.5	2.3	2.1	1.8	2.4
动摩擦系数	2.6	2.0	2.3	2.1	1.9	1.5	2.1
								物理特性	回弹性			％25℃	28	26	29	20	41	38	35
杨氏模量	MPa	7	10	8	6	17	27			11
									回弹性/杨氏模量		4.1	2.7	3.7	3.1	2.4	1.4	3.2
tanδ峰值温度(1Hz)		-8	4	0	4	-15	-8											-20
									100％模量	MPa	4	9	6	5	9	15	7
200％模量	MPa	7	20	13	11	14	25											12
									300％模量	MPa	*注释	*注释	32	36	25	24	21
拉伸强度	MPa	29	39	48	45	51	47											34
									伸长率	％	300	260	330	310	410	300	36
撕裂强度	kN/m	54	74	74	59	103	103											93
									加速检测	磨损测试(HH)		○	○	○	○	○	○		○
磨损测试(LL)		○	○	○	○	○	○	○
										噪音测试(HH)		○	○	△	○	○	○	○

*注释：未测试，在300％伸长率之前断裂。

表1(2-b)

			比较例1	比较例2	比较例3
						摩擦特性		静摩擦系数	3.5	3.2	2.9
动摩擦系数	2.8	2.9	2.6
				物理特性	回弹性			％25℃	53	51	31
杨氏模量	MPa	8	9			6
					回弹性/杨氏模量		6.4	6.0	5.0
tanδ峰值温度(1Hz)		-5	-7							2
					100％模量	MPa	5	4	4
200％模量	MPa	10	8							8
					300％模量	MPa	23	15	25
拉伸强度	MPa	39	33							46
					伸长率	％	360	330	340
撕裂强度	KN/m	88	69							64
					加速检测	磨损测试(HH)		×	×		×
磨损测试(LL)		○	○	○
						噪音测试(HH)		×	×	△

根据本发明，形成清洁刮刀元件的聚氨酯的摩擦系数能够通过调整回弹性与杨氏模量的比值来调节。

Claims (5)

1、一种在清除调色剂沉积物的清洁部件中使用的清洁刮刀元件，其特征在于清洁刮刀元件由聚氨酯形成，该聚氨酯在25℃时的回弹性与杨氏模量比值25℃时的回弹性/杨氏模量为4.5或更小。

2、根据权利要求1所述的清洁刮刀元件，其特征在于聚氨酯具有7MPa或更高的200％模量，50kN/m或更高的撕裂强度，以及+10℃或更低的tanδ(1Hz)峰值温度。

3、根据权利要求1或2所述的清洁刮刀元件，其特征在于聚氨酯具有2.7或更小的静摩擦系数。

4、一种用于生产在清除调色剂沉积物的清洁部件中使用的清洁刮刀元件的方法，其特征在于该方法包括混合多羟基化合物、聚异氰酸酯、和交联剂，以此形成聚氨酯，其中该聚氨酯在25℃时的回弹性与杨氏模量比值25℃时的回弹性/杨氏模量为4.5或更小。

5、根据权利要求4所述的生产清洁刮刀的方法，其特征在于聚氨酯具有7MPa或更高的200％模量，50kN/m或更高的撕裂强度，以及+10℃或更低的tanδ(1Hz)峰值温度。

Images