DE102015205572A1

DE102015205572A1 - Fixierelement

Info

Publication number: DE102015205572A1
Application number: DE102015205572.8A
Authority: DE
Inventors: Jin Wu; David Joseph Gervasi; Matthew Michael Kelly; Lin Ma
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-10-15
Also published as: JP2015203872A; US9477190B2; JP6373784B2; US20150293479A1

Abstract

Die vorliegenden Lehren stellen ein Fixierelement bereit. Das Fixierelement umfasst eine Substratschicht. Die Substratschicht umfasst ein Polyimid mit einer Mehrzahl darin feinverteilter Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern. Eine Zwischenschicht ist auf der Substratschicht angeordnet. Eine Ablöseschicht ist auf der Zwischenschicht angeordnet.

Description

HINTERGRUND
Polymere besitzen viele erwünschte Eigenschaften zum Entwickeln von Systemen, einschließlich geringer Dichte, chemischer Haltbarkeit und hohem Festigkeit-zu-Masse-Verhältnis. Polymere Materialien besitzen typischerweise eine geringe Leitfähigkeit in der Nähe der Raumtemperatur; tatsächlich sind Schäume aus amorphen Polymeren zur Wärmedämmung weit verbreitet. In Situationen, in denen die Wärmeübertragung kritisch ist, sind polymere Materialien von Nachteil. Materialien für Wärmeübertrager und Wärmemanagement erfordern hohe Wärmeleitfähigkeit. Für Anwendungen, die hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern, werden Metalle (Cu, Al, Ti) sowie bestimmte Keramiken (AlN, Diamant, Graphit) verwendet.
Bei dem elektrofotografischen Druckprozess kann ein Tonerbild unter Verwendung eines Fixierelements auf einem Träger (z. B. einem Papierbogen) fixiert werden. Es wurden Metall- und Keramikfüllstoffe in polymere Materialien eingebaut, um die Leitfähigkeit von Fixierelementen zu erhöhen. Der Einbau von Metall- und Keramikfüllstoffen in polymere Materialien kann jedoch das Elastizitätsmodul des polymeren Materials vermindern. Es ist wünschenswert, ein Fixierband mit höherer Wärmeleitfähigkeit, hoher Temperaturleitfähigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul verfügbar zu haben.
KURZDARSTELLUNG
Es wird ein erfindungsgemäßes Fixierelement bereitgestellt. Das Fixierelement umfasst eine Substratschicht. Die Substratschicht umfasst ein Polyimid mit einer Mehrzahl darin feinverteilten Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern. Das Poly-p-phenylenbenzobisthiazol wird durch
dargestellt, wobei n für 20 bis 2.000 steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Fixierelement, umfassend eine Substratschicht, bereitgestellt, die ein Polyimid mit einer Mehrzahl darin feinverteilter Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern umfasst. Eine Zwischenschicht ist auf der Substratschicht angeordnet und umfasst ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicon und Fluorelastomer besteht. Eine Ablöseschicht, die auf der Zwischenschicht angeordnet ist, umfasst ein Fluorpolymer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Fixierelement bereitgestellt, umfassend eine Substratschicht, die eine Zwischenschicht, die auf der Substratschicht angeordnet ist, und eine Ablöseschicht, die auf der Zwischenschicht angeordnet ist, umfasst. Die Substratschicht umfasst ein Polyimid mit einer Mehrzahl darin feinverteilter Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern. Das Poly-p-phenylenbenzobisthiazol wird durch
dargestellt, wobei n für 20 bis ca. 2.000 steht. Die Zwischenschicht umfasst ein Material, das aus Silicon und Fluorelastomer ausgewählt ist. Die Ablöseschicht umfasst ein Fluorpolymer.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren, und gemeinsam mit der Beschreibung dienen sie dazu, die Prinzipien der vorliegenden Lehren zu erklären.
1 zeigt ein beispielhaftes Fixierelement mit einem Bandsubstrat gemäß den vorliegenden Lehren.
2 zeigt eine beispielhafte Fixieranordnung, die das in 1 gezeigte Fixierelement gemäß den vorliegenden Lehren verwendet.
3 zeigt eine beispielhafte Fixieranordnung, die das in 1 gezeigte Fixierelement gemäß den vorliegenden Lehren zeigt.
4 zeigt eine Fixieranordnung, die einen Übertragungsapparat verwendet.
5 zeigt die Temperaturleitfähigkeit eines Fixierbandes aus Polyimid, eines Fixierbandes aus einem Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Komposit, eines Fixierbandes aus Poly-p-phenylenbenzobisoxazol-Faser/Polyimid-Komposit und eines Fixierbandes aus Kevlar^®-Faser/Polyimid-Komposit bei 25°C.
6 zeigt die Temperaturleitfähigkeit eines Fixierbandes aus Polyimid, eines Fixierbandes aus einem Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Komposit, eines Fixierbandes aus Poly-p-phenylenbenzobisoxazol-Faser/Polyimid-Komposit und eines Fixierbandes aus Kevlar^®-Faser/Polyimid-Komposit bei 200°C.
7 zeigt die Wärmeleitfähigkeit eines Fixierbandes aus Polyimid, eines Fixierbandes aus einem Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Komposit, eines Fixierbandes aus Poly-p-phenylenbenzobisoxazol-Faser/Polyimid-Komposit und eines Fixierbandes aus Kevlar^®-Faser/Polyimid-Komposit bei 25°C.
8 zeigt die Wärmeleitfähigkeit eines Fixierbandes aus Polyimid, eines Fixierbandes aus einem Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Komposit, eines Fixierbandes aus Poly-p-phenylenbenzobisoxazol-Faser/Polyimid-Komposit und eines Fixierbandes aus Kevlar^®-Faser/Polyimid-Komposit bei 200°C.
Es ist anzumerken, dass einige Einzelheiten der Figuren vereinfacht wurden und gezeichnet sind, um vielmehr das Verständnis der Ausführungsformen zu erleichtern, anstatt strenge strukturelle Genauigkeit, Details und Maßstab einzuhalten.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird jetzt im Einzelnen auf Ausführungsformen der vorliegenden Lehren Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer möglich, werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugsnummern verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen bestimmte, beispielhafte Ausführungsformen darstellend gezeigt werden, in denen die vorliegenden Lehren umgesetzt werden. Diese Ausführungsformen werden ausreichend ausführlich beschrieben, so dass ein Fachmann die vorliegenden Lehren umsetzen kann, und es versteht sich, dass weitere Ausführungsformen genutzt werden können und dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die vorliegende Beschreibung ist daher rein veranschaulichend.
Darstellungen in Bezug auf eine oder mehrere Anwendungen, Änderungen und/oder Modifikationen können an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der anhängenden Ansprüche abzuweichen. Weiterhin, während eine bestimmte Funktion in Bezug auf nur eine von mehreren Anwendungen offenbart wird, kann eine solche Funktion mit einer anderen oder weiteren Funktionen der anderen Anwendungen kombiniert werden, wie dies für eine beliebige, gegebene oder bestimmte Funktion wünschenswert oder vorteilhaft sein kann. Weiterhin verstehen sich die Begriffe ”enthaltend”, ”enthält”, ”hat”, ”haben”, ”mit” oder Varianten davon, wie sie entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, als auf eine ähnliche Weise einschließend wie der Begriff ”umfassend”. Der Begriff ”mindestens ein/e/r aus” versteht sich so, dass ein oder mehrere der aufgeführten Teile ausgewählt werden können.
Obwohl die numerischen Bereiche und Parameter, die den weiten Umfang der Ausführungsformen darlegen, Näherungswerte sind, werden die in den bestimmten Beispielen dargelegten numerischen Werte so genau wie möglich angegeben. Jeder numerische Wert enthält jedoch inhärent bestimmte Fehler, die notwendigerweise aus der Standardabweichung resultieren, die sich in der entsprechenden Testmessung findet. Weiterhin verstehen sich alle hier offenbarten Bereich als jegliche Unterbereiche darin enthaltend. Der Bereich ”weniger als 10” kann z. B. jegliche Unterbereiche von dem Minimum von Null bis zu dem Maximum von 10 (und diese einschließend) enthalten, d. h. jegliche Unterbereiche mit einem Minimum von größer oder gleich Null und einem Maximum von kleiner oder gleich 10, z. B. 1 bis 5. In bestimmten Fällen können die für den Parameter angegebenen numerischen Werte negative Werte annehmen. In diesem Fall kann der Beispielwert eines als ”kleiner als 10” angegebene Bereichs negative Werte annehmen, z. B. –1, –2, –3, –10, –20, –30 etc.
Das Fixierelement kann ein Substrat mit ein oder mehreren darauf gebildeten funktionellen Zwischenschichten umfassen. Das hier beschriebene Substrat umfasst ein Band. Die eine oder die mehreren Zwischenschichten umfassen Dämpfungsschichten und Ablöseschichten. Ein solches Fixierelement kann als ein ölfreies Fixierelement für qualitativ hochwertigen, elektrofotografischen Hochgeschwindigkeitsdruck verwendet werden, um eine gute Tonerablösung des fixierten Tonerbildes auf einem bildtragenden Material (z. B. einem Papierbogen) zu gewährleisten und aufrecht zu erhalten sowie bei der Papierablösung zu unterstützen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fixierelement z. B. ein Substrat mit ein oder mehreren darauf gebildeten funktionellen Zwischenschichten umfassen. Das Substrat kann in verschiedenen Formen, wie z. B. als Band oder Film, unter Verwendung geeigneter Materialien, die abhängig von einer bestimmten Konfiguration nicht leitfähig oder leitfähig sind, gebildet werden, z. B. wie in 1 gezeigt.
In 1 kann eine beispielhafte Ausführungsform eines Fixierelements 200 ein Bandsubstrat 210 mit einer oder mehreren funktionellen Zwischenschichten, wie z. B. 220, und eine darauf gebildete äußere Oberflächenschicht 230 umfassen. Die äußere Oberflächenschicht 230 wird auch als eine Ablöseschicht bezeichnet. Das Bandsubstrat 210 wird weiter beschrieben und aus in Polyimid feinverteilten Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 hergestellt.
Beispiele für Materialien, die für die funktionelle Zwischenschicht 220 (auch als Dämpfungsschicht oder Zwischenschicht bezeichnet) verwendet werden, umfassen Fluorsilicone, Siliconkautschuke, wie bei Raumtemperatur vulkanisierende (Room Temperature Vulcanization; RTV) Siliconkautschuke, bei hoher Temperatur vulkanisierende (High Temperature Vulcanization; HTV) Siliconkautschuke und bei niedriger Temperatur vulkanisierende (Low Temperature Vulcanization; LTV) Siliconkautschuke. Diese Kautschuke sind bekannt und kommerziell leicht verfügbar, wie SILASTIC^® 735 Black RTV und SILASTIC^® 732 RTV, beide von Dow Corning; 106 RTV Silicone Rubber und 90 RTV Silicone Rubber, beide von General Electric; und JCR6115CLEAR HTV- und SE4705U HTV-Siliconkautschuke von Dow Corning Toray Silicones. Weitere geeignete Siliconmaterialien umfassen Silthiane (wie Polydimethylsilthiane); Fluorosilicone, wie Silicone Rubber 552, verfügbar von Sampson Coatings, Richmond, Virginia; Flüssigsiliconkautschuke, wie Vinyl-vernetzte, wärmehärtende Kautschuke oder bei Raumtemperatur vernetzte Silanol-Materialien; und Ähnliche. Ein weiteres bestimmtes Beispiel ist Dow Corning Sylgard 182. Kommerziell verfügbare LSR-Kautschuke umfassen Dow Corning Q3-6395, Q3-6396, SILASTIC^® 590 LSR, SILASTIC^® 591 LSR, SILASTIC^® 595 LSR, SILASTIC^® 596 LSR und SILASTIC^® 598 LSR von Dow Corning. Die funktionellen Schichten bieten Elastizität und können mit anorganischen Partikeln gemischt werden, z. B. nach Bedarf mit SiC oder Al₂O₃.
Weitere Beispiele für zur Verwendung als funktionelle Zwischenschicht 220 geeignete Materialien umfassen auch Fluorelastomere. Fluorelastomere gehören zu einer der Klassen 1) Copolymere aus zweien aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; wie solche, die kommerziell als VITON A^® bekannt sind, 2) Terpolymere aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, kommerziell bekannt als VITON B^®; und 3) Tetrapolymere aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und Cure Site Monomer, bekannt als VITON GH^® oder VITON GF^®. Diese Fluorelastomere sind kommerziell unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt, wie den oben aufgeführten, zusammen mit VITON E^®, VITON E 60C^®, VITON E430^®, VITON 910^® und VITON ETP^®. Die Bezeichnung VITON^® ist ein Markenzeichen von E. I. DuPont de Nemours, Inc. Das Cure Site-Monomer kann 4-Bromperfluorbuten-1,1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1,3-Bromperfluorpropen-1,1,1-Dihydro-3-Bromperfluorpropen-1 oder ein beliebiges weiteres, bekanntes Cure Site-Monomer sein, wie diejenigen, die kommerziell von DuPont verfügbar sind. Weitere kommerziell verfügbare Fluorpolymere umfassen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^®, wobei FLUOREL^® ein eingetragenes Markenzeichen der 3M Company ist. Weitere kommerziell verfügbare Materialien umfassen AFLAS^TM, ein Polypropylentetrafluorethylen, und FLUOREL II^® (LII900), ein Polypropylentetrafluorethylenvinylidenfluorid, beide ebenfalls von 3M Company verfügbar, die Tecnoflone, bezeichnet als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^® FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, NH^®, P757^®, TNS^®, T439^®, PL958^®, BR9151^® und TN505^®, verfügbar von Ausimont.
Die Fluorelastomere VITON GH^® und VITON GF^® besitzen relativ geringe Mengen an Vinylidenfluorid. VITON GF^® und VITON GH^® besitzen ca. 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, ca. 34 Gew.-% Hexafluorpropylen und ca. 29 Gew.-% Tetrafluorethylen mit ca. 2 Gew.-% Cure Site-Monomer.
Die Dicke der funktionellen Zwischenschicht 220 beträgt ca. 30 μm bis ca. 1.000 μm oder ca. 100 μm bis ca. 800 μm oder ca. 150 μm bis ca. 500 μm.
Eine Ausführungsform für eine Ablöseschicht 230 umfasst Fluorpolymerpartikel. Zur Verwendung für die hier beschriebene Formulierung geeignete Fluorpolymerpartikel umfassen fluorhaltige Polymere. Diese Polymere umfassen Fluorpolymere, umfassend eine monomere Repeat-Einheit, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkylvinylether sowie Mischungen davon besteht. Die Fluorpolymere können lineare oder verzweigte Polymere und vernetzte Fluorelastomere umfassen. Beispiele für Fluorpolymere umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharz (PFA); Copolymer aus Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymere aus Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymere aus Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluoride (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); und Tetrapolymere aus Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2) und Hexafluorpropylen (HFP), sowie Mischungen davon. Die Fluorpolymerpartikel bieten chemische und thermische Stabilität und besitzen eine geringe Oberflächenenergie. Die Fluorpolymerpartikel besitzen eine Schmelztemperatur von ca. 255°C bis ca. 360°C oder von ca. 280°C bis ca. 330°C. Diese Partikel werden geschmolzen, um die Ablöseschicht zu bilden.
Für das Fixierelement 200 kann die Dicke der äußeren Oberflächenschicht oder Ablöseschicht 230 ca. 10 μm bis ca. 100 μm oder ca. 20 μm bis ca. 80 μm oder ca. 40 μm bis ca. 60 μm betragen.
Optional kann eine beliebige bekannte und verfügbare, geeignete Haftschicht, auch als Primerschicht bezeichnet, zwischen der Ablöseschicht 230, der funktionellen Zwischenschicht 220 und dem Substrat 210 angeordnet sein. Beispiele für geeignete Haftmittel umfassen Silane, wie Aminosilane (wie z. B. HV Primer 10 von Dow Corning), Titane, Zirconate, Aluminate und Ähnliches sowie Mischungen davon. In einer Ausführungsform kann ein Haftmittel in Lösung von ca. 0,001 Prozent bis ca. 10 Prozent auf das Substrat gewischt werden. Das Substrat oder auf die Außenschicht kann mit der Haftschicht zu einer Dicke von ca. 2 nm bis ca. 2.000 nm oder von ca. 2 nm bis ca. 500 nm beschichtet werden. Das Haftmittel kann durch eine beliebige, bekannte Technik, einschließlich Sprühbeschichtung oder Wischen aufgetragen werden.
2 und 3 zeigen eine Ausführungsform einer Fixieranordnung für den Fixierprozess gemäß den vorliegenden Lehren. Es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, dass die Fixieranordnungen 300B und 400B, die jeweils in 2 und 3 dargestellt sind, verallgemeinerte, schematische Darstellungen sind und dass andere Elemente/Schichten/Substrate/Konfigurationen ergänzt oder bestehende Elemente/Schichten/Substrate/Konfigurationen entfernt oder modifiziert werden können. Obwohl hier ein elektrofotografischer Drucker beschrieben wird, können der offenbarte Apparat und das offenbarte Verfahren auch auf andere Drucktechnologien angewendet werden. Beispiele umfassen Offsetdruck und Tintenstrahl- und Festphasen-Übertragungsmaschinen.
2 stellt die Fixieranordnung 300B unter Verwendung eines in 1 gezeigten Fixierbandes gemäß den vorliegenden Lehren dar. Die Anordnung 300B kann ein Fixierband von 1 umfassen, das einen Fixierspalt mit einem Druckbeaufschlagungsmechanismus 335 bildet, wie ein Druckband, für ein Bildträgermaterial 315. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Druckbeaufschlagungsmechanismus 335 in Kombination mit einer Heizlampe (nicht gezeigt) verwendet werden, um sowohl den Druck als auch die Wärme für den Fixierprozess der Tonerpartikel auf dem Bildträgermaterial 315 bereitzustellen. Zusätzlich kann die Anordnung 300B ein oder mehrere externe Heizwalzen 350 zusammen mit z. B. einer Reinigungsbahn 360 umfassen, wie in 2 gezeigt.
3 stellt die Fixieranordnung 400B unter Verwendung eines Fixierbands dar, wie in 1 gemäß der vorliegenden Lehren gezeigt. Die Anordnung 400B kann ein Fixierband (d. h. 200 von 1) umfassen, das einen Fixierspalt mit einem Druckbeaufschlagungsmechanismus 435, wie z. B. ein Druckband in 3, für einen Mediensubstrat 415 bildet. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Druckbeaufschlagungsmechanismus 435 in Kombination mit einer Heizlampe verwendet werden, um sowohl den Druck als auch die Wärme für die Fixierprozesse der Tonerpartikel auf dem Mediensubstrat bereitzustellen. Zusätzlich kann die Anordnung 400B ein mechanisches System 445 umfassen, um das Fixierband 200 zu bewegen und somit die Tonerpartikel zu fixieren und Bilder auf dem Mediensubstrat 415 zu bilden. Das mechanische System 445 kann ein oder mehrere Walzen 445a–c umfassen, die auch ggf. als Heizwalzen verwendet werden können.
4 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Übertragungselements 7, das in Form eines Bands, Bogens, Films oder in einer ähnlichen Form vorliegen kann. Das Übertragungselement 7 ist ähnlich wie das oben beschriebene Fixierband konstruiert. Das entwickelte Bild 12, das auf dem Zwischenübertragungselement 1 positioniert ist, wird über die Walzen 4 und 8 mit dem Übertragungselement 7 in Kontakt gebracht und darauf übertragen. Walze 4 und/oder Walze 8 kann oder kann nicht damit verbundene Wärme aufweisen. Übertragungselement 7 fährt in Richtung des Pfeils 13 fort. Das entwickelte Bild wird auf ein Kopiesubstrat 9 übertragen und fixiert, während das Kopiesubstrat 9 zwischen den Walzen 10 und 11 befördert wird. Walzen 10 und/oder 11 können oder können nicht eine damit verbundene Wärme aufweisen.
Die hier offenbarte Substratschicht 210 ist eine Zusammensetzung eines Polyimids mit Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212, die in dem Polyimid fein verteilt vorliegen.
Der Einbau von Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 in das Polyimid bietet eine höhere Temperaturleitfähigkeit, eine höhere Wärmeleitfähigkeit und ein höheres Elastizitätsmodul als ein Fixierband ohne die Faser. Die Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 sind nicht maßstabsgetreu und sind nur zur Veranschaulichung gezeigt.
Die Struktur des Poly-p-phenylenbenzobisthiazols ist unten gezeigt.
wobei n für ca. 20 bis ca. 2.000 oder in Ausführungsformen für ca. 30 bis ca. 1.800 oder für ca. 50 bis ca. 1.500 steht. Die Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 wurden von Dupont bezogen.
Die Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 haben eine Länge von ca. 0,1 mm bis ca. 10 mm oder in Ausführungsformen von ca. 0,3 mm bis ca. 8 mm oder von ca. 0,5 mm bis ca. 5 mm. Die Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern 212 haben einen Durchmesser von ca. 1 μm bis ca. 1.000 μm oder in Ausführungsformen von ca. 5 μm bis ca. 8.000 μm oder von ca. 10 μm bis ca. 5.000 μm. Die Menge der in die Substratschicht eingebauten Fasern beträgt ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% oder in Ausführungsformen ca. 0,5 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-% oder ca. 1 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-%.
Das Polyimid ist von der entsprechenden Polyamidsäure abgeleitet, wie eine von einer Polyamidsäure von Pyromellitindianhydrid/4,4-Oxydianilin, einer Polyamidsäure von Pyromellitindianhydrid/Phenylendiam in, einer Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin, einer Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin, einer Polyamidsäure von Benzophenontetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin, einer Polyamidsäure von Benzophenontetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin/Phenylendiamin und Ähnlichen und Mischungen davon.
Kommerzielle Beispiele für Polyamidsäure von Pyromellitindianhydrid/4,4-Oxydianilin umfassen PYRE-ML RC5019 (ca. 15–16 Gew.-% in N-Methyl-2-pyrrolidon, (NMP)), RC5057 (ca. 14,5–15,5 Gew.-% in NMP/aromatischer Kohlenwasserstoff = 80/20) und RC5083 (ca. 18–19 Gew.-% in NMP/DMAc = 15/85), alle von Industrial Summit Technology Corp., Parlin, NJ; und DURIMIDE^® 100, kommerziell verfügbar von FUJIFILM Electronic Materials U. S. A., Inc.
Kommerzielle Beispiele für Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin umfassen U-VARNISH A und S (ca. 20 Gew.-% in NMP), beide von UBE America Inc., New York, NY.
Kommerzielle Beispiele für Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/phenylendiamin umfassen PI-2610 (ca. 10,5 Gew.-% in NMP) und PI-2611 (ca. 13,5 Gew.-% in NMP), beide von HD MicroSystems, Parlin, NJ.
Kommerzielle Beispiele für Polyamidsäure von Benzophenontetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin umfassen RP46 und RP50 (ca. 18 Gew.-% in NMP), beide von Unitech Corp., Hampton, VA.
Kommerzielle Beispiele für Polyamidsäure von Benzophenontetracarboxyldianhydrid/4,4-Oxydianilin/Phenylendiamin umfassen PI-2525 (ca. 25 Gew.-% in NMP), PI-2574 (ca. 25 Gew.-% in NMP), PI-2555 (ca. 19 Gew.-% in NMP/aromatischer Kohlenwasserstoff = 80/20) und PI-2556 (ca. 15 Gew.-% in NMP/aromatischer Kohlenwasserstoff/Propylenglycolmethylether = 70/15/15), alle von HD MicroSystems, Parlin, NJ.
Es können verschiedene Mengen Polyamidsäure für das Substrat ausgewählt werden, wie z. B. ca. 80 Gew.-% bis ca. 99,9 Gew.-%, ca. 85 Gew.-% bis ca. 99,5 Gew.-% oder ca. 90 Gew.-% bis ca. 99,0 Gew.-%.
Weitere Beispiele für Polyamidsäuren oder Polyamidester, die in der Polyimid-Substratschicht umfasst sein können, stammen aus der Reaktion eines Dianhydrids mit einem Diamin. Geeignete Dianhydride umfassen aromatische Dianhydride und aromatische Tetracarboxylsäuredianhydride, wie z. B. 9,9-Bis(trifluormethyl)xanthen-2,3,6,7-Tetracarboylsäuredianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 2,2-Bis((3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl)hexafluorpropandianhydrid, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxy-2,5,6-trifluorphenoxy)octafluorbiphenyldianhydrid, 3,3',4,4'-Tetracarboxybiphenyldianhydrid, 3,3',4,4'-Tetracarboxybenzophenonedianhydrid, Di-(4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl)etherdianhydrid, Di-(4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl)sulfidedianhydrid, Di-(3,4-dicarboxyphenyl)methandianhydrid, Di-(3,4-dicarboxyphenyl)etherdianhydrid, 1,2,4,5-Tetracarboxybenzoldianhydrid, 1,2,4-tricarboxybenzoldianhydrid, Butanetetracarboxylsäuredianhydrid, cyclopentanetetracarboxylsäuredianhydrid, pyromelliticdianhydrid, 1,2,3,4-benzoltetracarboxylsäuredianhydrid, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylsäuredianhydrid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylsäuredianhydrid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylsäuredianhydrid, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylsäuredianhydrid, 2,3,6,7-anthracene tetracarboxylsäuredianhydrid, 1,2,7,8-phenanthrenetetracarboxylsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylsäuredianhydrid, 2,2',3,3'-biphenyltetracarboxylsäuredianhydrid, 3,3',4-4'-benzophenonetetracarboxylsäuredianhydrid, 2,2',3,3'-benzophenonetetracarboxylsäuredianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 2,2-Bis(2,3-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)etherdianhydrid, Bis(2,3-dicarboxyphenyl)etherdianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfondianhydrid, Bis(2,3-dicarboxyphenyl)sulfon 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropandianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexachlorpropandianhydrid, 1,1-Bis(2,3-dicarboxyphenyl)ethandianhydrid, 1,1-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)ethandianhydrid, Bis(2,3-dicarboxyphenyl)methandianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)methandianhydrid, 4,4'-(p-Phenylenedioxy)diphthalsäuredianhydrid, 4,4'-(m-Phenylendioxy)diphthalsäuredianhydrid, 4,4'-Diphenylsulfiddioxybis(4-phthalsäure)dianhydrid, 4,4'-Diphenylsulfondioxybis(4-phthalsäure)dianhydrid, Methylenbis(4-phenylenoxy-4-phthalsäure)dianhydrid, Ethylidenbis(4-phenylenoxy-4-phthalsäure)dianhydrid, Isopropylidenbis-(4-phenylenoxy-4-phthalsäure)dianhydrid, Hexafluorisopropylidenbis(4-phenylenoxy-4-phthalsäure)dianhydrid und Ähnliche. Beispielhafte, für die Verwendung zur Herstellung der Polyamidsäure geeignete Diamine umfassen 4,4'-Bis-(m-aminophenoxy)-biphenyl, 4,4'-Bis-(m-aminophenoxy)-diphenylsulfid, 4,4'-Bis-(m-aminophenoxy)-diphenylsulfon, 4,4'-Bis-(p-aminophenoxy)-benzophenon, 4,4'-Bis-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfid, 4,4'-Bis-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfon, 4,4'-Diaminoazobenzol, 4,4'-Diaminobiphenyl, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diamino-p-terphenyl, 1,3-Bis-(gamma-aminopropyl)tetramethyl-disilthian, 1,6-Diaminohexan, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 3,3'-Diaminodiphenylmethan, 1,3-Diaminobenzol, 4,4'-Diaminodiphenylether, 2,4'-Diaminodiphenylether, 3,3'-Diaminodiphenylether, 3,4'-Diaminodiphenylether, 1,4-Diaminobenzol, 4,4'-Diamino-2,2',3,3',5,5',6,6'-octafluorbiphenyl, 4,4'-Diamino-2,2',3,3',5,5',6,6'-octafluordiphenylether, Bis[4-(3-aminophenoxy)-phenyl]sulfid, Bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]sulfon, Bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]keton, 4,4'-Bis(3-aminophenoxy)biphenyl, 2,2-Bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]-propan, 2,2-Bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 1,1-Di(p-aminophenyl)ethan, 2,2-Di(p-aminophenyl)propan und 2,2-Di(p-aminophenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan und Ähnliche und Mischungen davon.
Die Dianhydride und Diamine sind z. B. in einem Massenverhältnis von Dianhydrid zu Diamin von ca. 20:80 bis ca. 80:20 ausgewählt und insbesondere in einem Massenverhältnis von ca. 50:50. Das oben aufgeführte aromatische Dianhydrid, wie aromatische Tetracarboxylsäuredianhydride, und Diamine, wie aromatische Diamine, werden jeweils einzeln oder als Mischung verwendet.
Das Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Substrat kann optional ein Polysilthiancopolymer enthalten, um die Beschichtung zu verbessern oder zu glätten. Die Konzentration des Polysilthiancopolymers beträgt ca. 0,01 Gew.-% bis ca. 1,0 Gew.-% basierend auf der Gesamtmasse des Substrats. Das optionale Polysiloxancopolymer umfasst ein Polyester-modifiziertes Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical unter dem Markenzeichen BYK^® 310 (ca. 25 Gew.-% in Xylen) und 370 (ca. 25 Gew.-% in Xylen/Alkylbenzolen/Cyclohexanon/Monophenylglycol = 75/11/7/7); ein Polyether-modifiziertes Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical unter dem Markenzeichen BYK^® 330 (ca. 51 Gew.-% in Methoxypropylacetat) und 344 (ca. 52,3 Gew.-% in Xylen/Isobutanol = 80/20), BYK^®-SILCLEAN 3710 und 3720 (ca. 25 Gew.-% in Methoxypropanol); ein Polyacrylat-modifiziertes Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical unter dem Markenzeichen BYK^®-SILCLEAN 3700 (ca. 25 Gew.-% in Methoxypropylacetat); oder ein Polyesterpolyether-modifiziertes Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical unter dem Markenzeichen BYK^® 375 (ca. 25 Gew.-% in Dipropylenglycolmonomethylether).
In der oben beschriebenen Substratschicht, Zwischenschicht oder Ablöseschicht können Additive und weitere leitfähige oder nicht leitfähige Füllstoffe vorhanden sein. In zahlreichen Ausführungsformen können andere Füllstoffe oder Additive verwendet werden, einschließlich z. B. anorganische Partikel. Hier verwendete Füllstoffe umfassen Carbon Blacks, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Graphit, Graphen, Kupferflocken, Nanodiamant, Carbon-Nanoröhrchen, Metalloxid, dotiertes Metalloxid, Matallflocken und Mischungen davon. In zahlreichen Ausführungsformen können auch weitere dem Fachmann bekannte Additive enthalten sein, um die offenbarten Kompositmaterialien zu bilden.
Die Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Faser/Polyimid-Zusammensetzung wird auf ein Substrat geflutet und gehärtet. Das Härten der Faser/Polyimid-Zusammensetzung erfolgt bei einer Temperatur von ca. 200°C bis ca. 370°C oder von ca. 300°C bis ca. 340°C über eine Zeitspanne von ca. 30 Minuten bis ca. 150 Minuten oder von ca. 60 Minuten bis ca. 120 Minuten. Das Härten kann in Phasen erfolgen, wobei die Zusammensetzung in der letzten Phase mit Zugspannung beaufschlag wird.
Experimentell wurde eine Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxylsäuredianhydrid/p-Benzoldianilin (BPDA-Harz von Kaneka, ca. 16,6 Gew.-% in NMP) mit Poly-p-phenylenbenzobisthiazol(PBT)-Fasern und zusätzlich NMP-Lösungsmittel in einem Masseverhältnis von 95/5 mit einem Mischer mit hoher Scherkraft gemischt. Nach Beschichtung und anschließender Härtung wurde ein PBT/Polyimid-Komposit-Band zur Fixierband-Anwendung erhalten.
5 (bei 25°C) und 6 (bei 200°C) zeigen die Temperaturleitfähigkeiten eines Kontroll-Polyimidbandes, eines Poly-p-phenylenbenzobisthiazol(PBT)-Faser/Polyimid-Kompositbandes, eines Poly-p-phenylenbenzobisoxazol(PPBBS)-Faser/Polyimid-Kompositbandes und eines Kevlar^®-Faser/Polyimid-Kompositbandes.
7 (bei 25°C) und 8 (bei 200°C) zeigen die Wärmeleitfähigkeiten eines Kontroll-Polyimidbandes, eines Poly-p-phenylenbenzobisthiazol(PBT)-Faser/Polyimid-Kompositbandes, eines Poly-p-phenylenbenzobisoxazol(PPBBS)-Faser/Polyimid-Kompositbandes und eines Kevlar^®-Faser/Polyimid-Kompositbandes.
Es wurde gezeigt, dass das resultierende PBT/Polyimid-Kompositband eine signifikant höhere Temperaturleitfähigkeit (5 und 6) und eine signifikant höhere Wärmeleitfähigkeit (7 und 8) als das Kontroll-Polyimid-Band aufwies. Weiterhin wurde gezeigt, dass die höchste Temperaturleitfähigkeit (5 und 6) und die höchste Wärmeleitfähigkeit (7 und 8) unter zwei weiteren Fasertypen in dem Band mit Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern auftraten. Die beiden anderen getesten Fasern enthielten die Poly-p-phenylenbenzobisoxazol(PPBBS)-Faser, offenbart in USSN 14/093,597, und der KEVLAR^®-Zellstoff-Aramidfaser, offenbart in USSN 14/155,881, unter Verwendung des LFA 447 Nanoflash-Geräts.
Die Temperaturleitfähigkeiten und Wärmeleitfähigkeiten bei 25°C und 200°C (genäherte Temperatur zum Fixieren) wurden signifikant erhöht, wenn PBT-Fasern in das Polyamid eingebaut wurden, und waren auch höher als die des Poly-p-phenylenbenzobisoxazol (PPBBS)/Polyimid-Bandes und des KEVLAR^®-Zellstoff-Aramid/Polyimid-Bandes.
Zusätzlich wurden die Elastizitätsmodule des Kontroll-Polyimids, des offenbarten PBT/Polyimids, des KEVLAR^®-Faser/Polyimids und des Poly-p-phenylenbenzobisoxazol (PBBBS)/Polyimid-Bandes gemessen, und es wurde gezeigt, dass das offenbarte PBT/Polyimid-Band ein höheres Modul als das Kontroll-Polyimid-Band und ein vergleichbares Modul wie das Poly-p-phenylenbenzobisoxazol/Polyimidband und das Aramid/Polyimid-Band aufwies (Tabelle 1):

Elastizitätsmodul (MPa)

Das offenbarte PBT/Polyimid-Band 7.800

Das Aramid/Polyimid-Band 7.600

Das PPBBS/Polyimid-Band 7.500

Das Kontroll-Polyimid-Band 5.800
Tabelle 1
Zusammenfassend erzeugen die in eine Polyimid-Matrix eingebauten Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern ein Fixierband mit höherer Temperaturleitfähigkeit, höherer Wärmeleitfähigkeit und höherem Elastizitätsmodul.

Claims

Fixierelement, umfassend: eine Substratschicht, umfassend ein Polyimid mit einer Mehrzahl darin feinverteilter Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern, wobei das Poly-p-phenylenbenzobisthiazol durch
dargestellt wird, wobei n für 20 bis 2.000 steht.
Fixierelement nach Anspruch 1, das weiter Folgendes umfasst: eine auf der Substratschicht angeordnete Zwischenschicht; und eine auf der Zwischenschicht angeordnete Ablöseschicht.
Fixierelement nach Anspruch 2, wobei die Zwischenschicht Silicon umfasst.
Fixierelement nach Anspruch 2, wobei die Ablöseschicht ein Fluorpolymer umfasst.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern einen Durchmesser von ca. 1 μm bis ca. 1.000 μm aufweist.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern eine Länge von ca. 0,1 mm bis ca. 10 mm aufweist.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Poly-p-phenylenbenzobisthiazol-Fasern ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% der Substratschicht umfassen.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die Substratschicht weiterhin ein Polysiloxanpolymer umfasst.
Fixierelement nach Anspruch 8, wobei das Polysiloxanpolymer ca. 0,01 Gew.-% bis ca. 1,0 Gew.-% der Substratschicht umfasst.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die Substratschicht weiterhin mindestens einen Füllstoff umfasst.