CN1808297A - 一种套管式充电辊及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种套管式充电辊及其生产方法，旨在提供一种表面电荷均匀，不容易产生龟裂，与感光鼓接触良好的充电辊。它包括金属芯，套在金属芯上的弹性泡沫橡胶管，套在弹性泡沫橡胶管上的橡胶保护管，喷涂在橡胶保护管上的导电水溶性涂料层组成。所述充电辊的制备方法包括如下步骤：A.将泡沫导电橡胶所需材料经混炼、模压或挤出机挤出造型、硫化、发泡，制成泡沫导电橡胶管；B.将金属芯套入A步橡胶管内孔；C.将制造橡胶保护管所需材料经混炼、模压或挤出机挤出造型，套在B步的导电泡沫橡胶管上；D.将导电水溶性涂料喷涂到C步的橡胶管上经热固化后，裁切成充电辊成品。该充电辊导电层电阻均匀，不容易龟裂，体积本征电阻控制在在107－108Ωcm。

Description

一种套管式充电辊及其生产方法
技术领域
本发明涉及用于激光打印机、静电复印机、传真机、照相机等静电潜像设备的充电辊及其制造方法。
背景技术
根据静电摄影技术，激光打印机、传真机、复印机、照相机的等静电潜像设备中用的充电辊与感光鼓接触转动，当施电予充电辊即均匀充电，以使感光鼓也均匀充电，产生曝光(激光束)图像的静电潜像，使调色剂转在纸上，完成静电潜像，成为可视)图像记录在纸上，从而完成激光打印(照相)过程。这一过程主要由碳粉、感光鼓、充电辊、磁辊及若干转动齿轮构成一个成像系统，如图1所示。
在激光成像的过程中，成像的质量跟三对部件的协调运作，以及相互匹配十分关键：
1.碳粉与感光鼓的匹配。这是最基本的一对匹配关系。带有负电荷的有机光导体在接受激光后，吸附磁辊上的碳粉，之后通过放电将碳粉转移到纸上。这一过程中，有机光导体的光敏性和碳粉的带电性之间如果差异过大，会造成打印品质的严重缺陷。
2.充电辊与感光鼓的匹配。激光机进入打印准备状态时，充电辊把感光鼓表面充上均匀的负电荷，若充电辊或感光鼓本身性能不能满足对方的要求，或在相互运转中产生变化，都将造成两者之间工作时的不协调或加快表面磨损，从而造成打印上的缺陷。
3.碳粉与磁辊的匹配。磁辊与碳粉在工作中相对运转，正常情况下，要求碳粉颗粒能够正常接受从磁辊中释放的电荷，若碳粉组成成份不符合要求，或磁辊表层受损，均造成碳粉跳跃过程中的问题。
在整个过程中，充电辊本身被施加交流和直流两种电压，因此它具有双重功能，即给感光鼓表面充电，也能清除一次成像后的残余电位。按设备的技术要求，充电辊的表面必须电荷均匀，与感光鼓的接触良好，并尽量减少对感光鼓的磨损，避免有充电不均匀的现象。
中国专利公开号CN1475870，公开日2004年02月18日，发明创造的名称为“一种充电辊及其制造方法”，该申请案公开了一种由一个金属芯、一个套在金属芯上的泡沫导电弹性层和在弹性表面敷涂防护层组成的充电辊。该专利采用在泡沫导电弹性层表面敷涂防护层的方法来制造出来的充电辊，其敷涂表面用手指轻压就会产生肉眼能清晰可见的龟裂逢，这种敷涂表面结构比较脆弱，在充电辊的生产、分装、运输、分销、安装和使用过程中一旦产生龟裂，就直接影响到成像质量，轻则产生灰白条纹和黑点，重则充电辊报废，无法使用。
另外，这种敷涂表面的充电辊的在激光成像的过程中，其敷涂表面结构在激光成像设备自身的高温条件下，各物理层的受热膨胀系数不一致，热胀冷缩的原因以及机械老化和磨损，也非常容易龟裂、破损和脱落。敷涂表面龟裂、破损和脱落后将使感光鼓局部充不上电，造成感光鼓局部疲劳，形成有规律的白斑，同时也会磨损感光鼓等；或者导致充电辊的表面电荷分布不均匀，击穿感光鼓表面的光导层被击穿。直接影响成像的质量和设备的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种表面电荷均匀，不容易产生龟裂，与感光鼓的接触良好，并尽量减少对感光鼓的磨损，避免有充电不均匀的充电辊。本发明的另一目的是提供上述充电辊的制备方法。
本发明目的是这样实现的：
一种套管式充电辊，由一个金属芯、一个套在金属芯上的泡沫导电弹性层和套在弹性表面橡胶管保护层并在橡胶管体上喷涂防护剂的防护层组成。
所述的弹性层的是主要由橡胶、导电剂、发泡剂、交联剂(硫化剂或固化剂)等配炼硫化成导电的泡沫橡胶制成。这种泡沫导电橡胶的发泡倍率为1.5-60发泡密度为0.04-1/cm3。
所述的橡胶选用三元乙丙橡胶(即EPDM)、硅橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶、丁基橡胶或聚氨脂橡胶中的一种。优选三元乙丙橡胶(EPDM)或硅橡胶中一种。
所述的导电剂为导电碳黑、石墨、氧化锑、氧化锡、氧化钛。
所述的发泡剂为4，4-氧代双苯磺酰肼或偶氮二甲酰胺、N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺。
所述的交联剂(硫化剂或固化剂)为是硫磺、过氧化苯甲酸叔丁酯。
所述的套在弹性表面的橡胶管保护层选用三元乙丙橡胶(即DM)、硅橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶、丁基橡胶或聚氨脂橡胶中的一种。优选三元乙丙橡胶(EPDM)或硅橡胶中一种，用模压或者挤出机挤出。
所述的在橡胶管体上喷涂的防护剂是由树脂涂料和导电剂制成的水溶性导电性涂料。
所述的树脂涂料选用丙烯酸树脂、聚酸胺树脂、聚脂树脂、聚氨酯树脂、尼龙、醇酸树脂、硅氧烷树脂、氟碳树脂或表氯醇橡胶。
优选聚醚型的聚氨酯水溶性树脂。这种水溶性聚氨酯涂料，是选用聚醚二醇和脂肪族二
异氰酸脂(HD1)或环脂族的二异氰酸脂(IPDI)在锑盐下生成聚醚型的聚氨酯树脂，引入亲水基团，采用引入氯化铵生成一种亲水的络合物，成水溶性聚氨酯涂料。
所述的导电剂为导电碳黑、石墨、氧化锑、氧化锡、氧化钛，这些导电材料，这些导电材料的比表面积在90-130m2/g，在涂料中呈悬浮状态。
一种充电辊的制备方法，包括如下步骤：
A.将泡沫导电橡胶所需的原材料混炼成混炼胶，模压或者挤出机挤出造型未固化的导电橡胶管子在槽温为170-210℃的微波槽内硫化、发泡成泡沫导电橡胶管子；
B.经过微波发泡、硫化连续生产线之后的泡沫导电橡胶管子在165-185℃进行3-4小时的热稳定处理；
C.将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
D.将套在弹性表面的橡胶管保护层所需的原材料混炼成混炼胶，模压或者挤出机挤出造型，挤出的橡胶管的厚度为1-2.5cm；管内直径为1.3cm左右。
E.将C步骤中已经套好的导电泡沫橡胶管子在用风枪和空压机的辅助下，再次套入D步骤中挤出的橡胶管内孔，并用橡胶用粘合剂粘牢固。
F.将套管后并粘牢固的橡胶管在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
G.将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂、三聚氰氨——甲醛溶液组成的固化剂喷涂到在磨床上磨削后橡胶管子上；
H.在135℃下，经1.5-3小时热固化，然后在车床上裁切，制成充电辊成品。
用橡胶管套住导电泡沫橡胶层然后在磨床上磨削并喷涂保护层，其原理是：直接在发泡、硫化、磨削后的泡沫导电橡胶上喷涂，很难均匀喷涂，容易产生喷涂层厚薄不均的结果，并且覆盖在泡沫体上面的保护层，一旦在受到外力或者高温的情况下，非常容易导致龟裂。用橡胶管套住导电泡沫橡胶层然后在磨床上磨削并喷涂保护层，因为导电泡沫橡胶层被再次套管橡胶管管体保护起来，喷涂的保护层直接在非泡沫壮的橡胶管实体上均匀喷涂，很难发生龟裂的情况。这种橡胶管子的再次套管，应当在风枪和空压设备的辅助下进行。
抗龟裂性试验：
1.将充电辊水平、垂直或者呈任意角度倾斜，用大拇指挤压，不产生龟裂现象；
2.将充电辊水平、垂直或者呈任意角度倾斜，用大拇指挤压，直圆度能充分恢复；
3.将充电辊与感光鼓两者均匀充分接触，在两端各施以600g捆绑力，于70-80℃烘箱中，80-100小时，拆开后观察感光鼓要无任何污染痕迹，观察充电辊，直圆度要充分恢复，不产生龟裂现象，并再行打印，并能保持与所用充电辊无异，方为合格。
本发明的优点：
1.由于采用了在导电泡沫橡胶层上再次套管技术，不容易产生龟裂现象，导电弹性层得到有效保护，电阻值也均匀，其体积本征电阻率确保控制在107-108Ωcm，寿命在15000张以上；
2.用橡胶管套住导电泡沫橡胶层然后在磨床上磨削并喷涂保护层，喷涂的保护层可以防便地直接在非泡沫壮的橡胶管实体上均匀喷涂，很难发生龟裂的情况。
3.由于防护采用水溶性聚氨酯涂料，并在喷涂橡胶管时再添加三官能基团偶联剂交联剂，从而使防护层的膜憎水性、耐温性、耐化学性、耐磨性获得很大改善。
4.经抗龟裂性试验，充电辊无任何龟裂现象，直圆度充分恢复，感光鼓无任何污染痕迹。
下面结合附图和具体实施例说明本发明。
附图说明
图1为激光成像过程中充电辊与感光鼓组合使用示意图；
图2为本发明的充电辊结构示意图。
图3为本发明的充电辊制造方法的工艺流程图。
图2中，1-金属芯、2-弹性层、3-橡胶保护层、4-防护层。
具体实施方案
如图2所示，一种充电辊，由一个金属芯(1)，一个套在金属芯上的弹性层(2)，一个套在上的弹性层(2)上的保护层(3)和喷涂在保护层(3)表面的防护层(4)组成。
如图3所示的充电辊制造方法，包括如下步骤：
A、将泡沫导电橡胶所需的原材料混炼成混炼胶，模压或者挤出机挤出造型未固化的导电橡胶管子在槽温为170-210℃的微波槽内硫化、发泡成泡沫导电橡胶管子；
B.经过微波发泡、硫化连续生产线之后的泡沫导电橡胶管子在165-185℃进行3-4小时的热稳定处理；
C.将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
D.将套在弹性表面的橡胶管保护层所需的原材料混炼成混炼胶，挤出机挤出造型，挤出的橡胶管的厚度为1-2.5cm；管内直径为1.3cm左右。
E.将C步骤中已经套好的导电泡沫橡胶管予在用风枪和空压机的辅助下，再次套入D步骤中挤出的橡胶管内孔，并用橡胶用粘合剂粘牢固。
F.将套管后并粘牢固的橡胶管在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
G.将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂、三聚氰氨——甲醛溶液组成的固化剂喷涂到在磨床上磨削后橡胶管子上；
H.在135℃下，经1.5-3小时热固化，然后在车床上裁切，制成充电辊成品。
实施例1
                  弹性层的泡沫导电橡胶的配方
                     组分   重量份
  橡胶   即DM(三元乙丙)橡胶   100
导电剂   导电碳黑   23
  石墨   7
发泡剂   4，4-氧代双苯磺酰肼   2.7
  偶氮二甲酰胺   0.4
  促进剂   二硫化四甲基秋兰姆   0.6
  N-环己基-2-苯并噻唑基次四磺酰胺   1.7
  2-硫醇基苯并噻唑   0.3
  助促进剂   氧化锌   3.5
  交联剂   硫磺   0.8
  填充剂   碳酸钙   22
  石蜡油   38
弹性层发泡倍率：2.21-2.5倍，发泡密度：0.8g/cm2，
体积本征电阻率：107-108Ωcm
实施例2
               弹性层的泡沫导电橡胶的配方
                      组分   重量份
  橡胶   EPDM(三元乙丙)橡胶   100
导电剂   导电碳黑   32
  石墨   6
  发泡丸   4，4-氧化双苯磺酰胺   3.2
促进剂   偶氮二甲酰胺   1
  二硫化四甲基秋兰姆   0.3
  N-环己基-2-苯并噻唑基次四磺酰胺   1.2
  2-硫醇基苯并噻唑   0.3
  助促进剂   氧化锌   3
  交联剂   硫磺   0.8
  填充剂   碳酸钙   18
  石蜡油   42
弹性层发泡倍率：2-3倍，发泡密度：0.7g/cm2，
体积本征电阻率：107-108Ωcm
实施例3
              弹性层的泡沫导电橡胶的配方
              组  份   重量份
  橡胶   硅橡胶(110-2，分子量5060万)   100
导电剂   导电碳黑   26
  石墨   6
发泡剂   N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺   4
  4，4-氧代双苯磺酰肼   3
  交联剂   过氧化苯甲酸叔丁脂   12
  填充剂   沉淀的碳黑   13
  羟基硅油   4
弹性层发泡倍率：2.5-3倍，发泡密度：0.75g/cm2，
体积本征电阻率：107-108Ωcm
实施例4-5
           防护层的导电水溶性涂料的配方
  实施例4   实施例5
  组分   重量份   重量份
  水溶性聚氨酯涂料(固含量18％)   100   100
  导电碳黑   0.8   0.6
  氧化锑   3   6
  氧化锡   5   4
  氧化钛   0.6   2
混合方式：球磨；
使用时，按上述重量的涂料加1.5％三聚氰胺-甲醛；
固化温度135℃，固化时间2.5小时；胶膜厚度22±3um；
涂料层体积本征电阻率107-108Ωcm
实施例6
按实施例3制备弹性层的泡沫导电橡胶的配方，和实施例5制备防护层的导电水溶性涂料的配方，按图3所示的充电辊制造方法的工艺流程，其中微波槽的槽温190℃，裁切后热稳定处理温度为178℃，制出的泡沫导电弹性层，发泡率2.8倍，发泡密度0.75g/cm2，体积本征电阻率107-108Ωcm。将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；再将保护层的橡胶管用挤出机挤出造型，用风枪和空压机的辅助，再次套管，并用橡胶用粘合剂粘牢固。这样，弹性层的泡沫导电橡胶就完全被保护起来，将套管后并粘牢固的橡胶管在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂、三聚氰氨——甲醛溶液组成的固化剂喷涂到在磨床上磨削后橡胶管子上；在135℃下，经1.5-3小时热固化，然后在车床上裁切，制成的充电辊成品容易喷涂均匀，不容易发生龟裂的现象，此时的充电辊性能大大改善，经过抗龟裂性试验和与感光鼓接触试验：无龟裂现象，直圆度要充分恢复，无污染无痕迹，打印效果良好，打印寿命：1.5万张以上/条辊。
与现有充电辊相比，本发明具有如下实质性的特点和显著进步：
1.由于采用了在导电泡沫橡胶层上再次套管技术，不容易产生龟裂现象，导电弹性层得到有效保护，电阻值也均匀，其体积本征电阻率确保控制在107-108Ωcm，寿命在15000张以上；
2.经抗龟裂性试验，充电辊无任何龟裂现象，直圆度充分恢复，感光鼓无任何污染痕迹。
3.通过采用套管的方法来制造导电弹性层、橡胶保护层和喷涂防护层等措施来改善充电辊的性能。
4.管体结构在激光成像的过程中，激光成像设备自身的高温条件下，各管体受热均匀，克服了电离膜容易龟裂、破损和脱落，直接提升成像的质量和延长设备的使用寿命。

Claims (10)

1、一种充电辊，由一个金属芯(1)，一个套在金属芯上的弹性层(2)，一个套在上的弹性层(2)上的保护层(3)和喷涂在保护层(3)表面的防护层(4)组成，其特征在于：所述的弹性层(2)是泡沫导电橡胶制成，所述的保护层(3)是由橡胶管制成，所述的防护层(4)是由导电水溶性涂料制成。
2、根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于：所述的弹性层、保护层是依次套管制成，防护层是喷涂制成。
3、根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于：所述的保护层橡胶管是由三元乙丙橡胶、硅橡胶中的一种，混炼后用模压或者挤出机挤出。
4、根据权利要求2所述的充电辊，其特征在于：其套管工艺是由空压机或者风枪完成。
5、根据权利要求1所述的充电辊，其特征在于：所述的泡沫导电橡胶的主要成份为：橡胶、导电剂、发泡剂、交联剂。
6、根据权利要求5所述的充电辊，其特征在于：所述的橡胶为三元乙丙橡胶、硅橡胶中的一种。所述的导电剂为导电碳黑、石墨、氧化锑、氧化锡或氧化钛。所述的发泡剂为4，4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺。所述交联剂、硫化剂或固化剂是硫磺或过氧化苯甲酸叔丁酯。
7、根据权利要求5-6中任一项所述的充电辊，其特征在于：所述的泡沫导电橡胶的主要成份是：橡胶：三元乙丙橡胶，导电剂：导电碳黑，发泡剂：4，4-氧代双苯磺酰肼和偶氮二甲酰胺并用，交联剂(硫化剂)：硫磺，促进剂：2-硫醇基苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆或N-环己基2-苯并噻唑基次磺酰胺。
8、根据权利要求5-7中任一项所述的充电辊，其特征在于：所述的泡沫导电橡胶的主要成份：所述的橡胶：硅橡胶，所述的导电剂：导电碳黑，发泡剂：N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺、4，4-氧代双苯磺酰肼，交联剂(硫化剂)：过氧化苯甲酸叔丁酯。
9、根据权利要求1-8中任一所述的充电辊，其特征在于：所述的导电水溶性涂料的主要由聚醚型聚氨酯水溶性树脂添加导电剂组成。
10、根据权利要求1-9中所述的充电辊的制备方法的包括如下步骤：
A.将泡沫导电橡胶所需的原材料混炼成混炼胶，模压或者挤出机挤出造型未固化的导电橡胶管子在槽温为170-210℃的微波槽内硫化、发泡成泡沫导电橡胶管子；
B.经过微波发泡、硫化连续生产线之后的泡沫导电橡胶管子在165-185℃进行3-4小时的热稳定处理；
C.将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
D.将套在弹性表面的橡胶管保护层所需的原材料混炼成混炼胶，模压或者挤出机挤出造型，挤出的橡胶管的厚度为1-2.5cm；管内直径为1.3cm左右；
E.将C步骤中已经套好的导电泡沫橡胶管子在用风枪和空压机的辅助下，再次套入D步骤中挤出的橡胶管内孔，并用橡胶用粘合剂粘牢固；
F.将套管后并粘牢固的橡胶管在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去30-40um；
G.将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂、三聚氰氨——甲醛溶液组成的固化剂喷涂到在磨床上磨削后橡胶管子上；
H.在135℃下，经1.5--3小时热固化，然后在车床上裁切，制成充电辊成品。
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