DE69717013T2

DE69717013T2 - Aufladungselemente mit Vorspannung

Info

Publication number: DE69717013T2
Application number: DE69717013T
Authority: DE
Inventors: Martin A. Abkowitz; Gerald M. Fletcher; Kock-Yee Law; Joseph Mammino; Kathleen M. Mcgrane; Ihor W. Tarnawskyj
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2017-06-28
Also published as: EP0816934A1; JPH1063068A; US6141516A; EP0816934B1; DE69717013D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elastomere mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff, die nützlich als Schichten für Aufladungselemente mit Vorspannung sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Vorbereitung und Herstellung von Aufladungselementen mit Vorspannung mit überlegenen elektrischen und mechanischen Eigenschaften, einschließlich einer gesteuerten und einheitlichen Leitfähigkeit in einem gewünschten Bereich des Widerstands und erhöhter mechanischer Festigkeit, Durometer-Wert, Zugfestigkeit, Längung und Zähigkeit. Weiter zeigen in bestimmten Ausführungsformen die Schichten auch exzellente Eigenschaften wie beispielsweise statistische Unempfindlichkeit der Leitfähigkeit gegenüber Änderungen der Temperatur und Feuchtigkeit, intensiver kontinuierlicher Korona- Bestrahlung, korrosiven Umgebungen, Lösungsmittelbehandlung, Laufzeit oder zyklischer Behandlung bis zu hohen elektrischen Feldern und zurück. Auch erlauben in bestimmten Ausführungsformen die Schichten eine Senkung der Kontamination anderer xerographischer Komponenten wie beispielsweise Fotoleiter. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung in bestimmten Ausführungsformen die Verwendung einer einzelnen Gleichstrom- (DC-) Vorspannung. Darüber hinaus wird in bestimmten Ausführungsformen die Ozon- Kontamination gesenkt, und damit sind die vorspannbaren Aufladungselemente umweltfreundlicher.
Leitfähige teilchenförmige Füllstoffe wie beispielsweise Kohlenstoffe wurden auch bei dem Versuch verwendet, den Widerstand zu steuern. Das U.S.-Patent Nr. 5,112,708 offenbart ein Aufladungslement, das eine Oberflächenschicht umfaßt, die aus N-alkoxymethyliertem Nylon gebildet ist, das mit einem fluorierten Kohlenstoff gefüllt sein kann. Allgemein steuern Kohlenstoff-Additive die Widerstände und liefern stabile Widerstände bei Änderungen der Temperatur, relativen Feuchtigkeit, Laufzeit und bei Ausfließen einer Kontamination an Fotoleiter. Jedoch lassen sich Kohlenstoff-Teilchen nur schlecht in Elastomeren dispergieren. Weiter war die erforderliche Toleranz der Füllstoff-Beladung zum Erreichen des erforderlichen Bereiches des Widerstandes extrem schmal. Diese Eigenschaften, zusammen mit großen Schwankungen von einer Produktionscharge zur anderen ("batch to batch"), führen zur Notwendigkeit einer extrem genauen Widerstands-Steuerung. Darüber hinaus wiesen Elastomer- Oberflächen mit Kohlenstoff-Füllung typischerweise eine sehr schlechte dielektrische Festigkeit auf und hatten manchmal eine signifikante Abhängigkeit des Widerstands von angelegten Feldern. Dies führt zu einem Kompromiss bei der Wahl des mittleren Widerstands aufgrund der Variabilität der elektrischen Eigenschaften, was seinerseits letztlich zu einem Kompromiss bei den leistungsbedingten Eigenschaften führt.
Daher besteht ein spezielles Bedürfnis nach einer Elastomer-Außenoberfläche für Aufladungselemente, die eine stabile Leitfähigkeit in dem gewünschten Widerstandsbereich ohne die Probleme ermöglicht, die mit ionischen Additiven und Kohlenstoff-Additiven verbunden sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung und Verfahren zu deren Herstellung bereitszustellen, und zwar solche mit den zahlreichen in der vorliegenden Beschreibung angesprochenen Vorteilen.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Aufladungssystem-Elemente und Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die einheitlichere elektrische Eigenschaften aufweisen, einschließlich eines Widerstands über die gesamte Länge des Elements.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung und Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die eine Steuerung der elektrischen Eigenschaften einschließlich der Steuerung der Leitfähigkeit in dem gewünschten Widerstands-Bereich ermöglichen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung und Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die die Verwendung einer einzigen Vorspannung ermöglichen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufladungselement mit Vorspannung bereitgestellt, das umfaßt:
(a) einen leitfähigen Kern;
(b) eine Vorspann-Einrichtung; und
(c) eine Außenoberflächenschicht, die auf dem leitfähigen Kern vorgesehen ist und ein mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff versehenes Fluorelastomer umfaßt, worin das Fluorelastomer gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus (a) Copolymeren von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen; (b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und; (c) Volumen-gepfropften Fluorelastomeren, worin das Aufladungselement mit Vorspannung eine Vorspannung zum Kontaktladen eines zu ladenden Teils aufnehmen kann und worin der fluorierte Kohlenstoff in einer Menge von etwa 5 bis etwa 15 Gew.- % zugegen ist, bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe.
In einem bevorzugten Aspekt umfaßt das Aufladungselement mit Vorspannung (a) einen leitfähigen Kern und (b) eine Außenoberflächenschicht, die auf dem Kern vorgesehen ist und ein mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff versehenes Fluorelastomer umfaßt, worin der fluorierte Kohlenstoff die Formel CFx aufweist, worin x die Zahl an Fluor-Atomen wiedergibt und im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 1,5 liegt und das Fluorelastomer gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus (a) Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen; und (b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt umfaßt das Aufladungselement mit Vorspannung (a) einen leitfähigen Kern; (b) eine Zwischenschicht, die auf dem leitfähigen Kern vorgesehen ist, wobei die Zwischenschicht ein Elastomer umfaßt, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Silicon-Kautschuken, einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer; Epichlorhydrin, Styrol- Butadien, einem Fluorsilicon, Polyurethan-Elastomeren und Copolymeren daraus; und (c) eine Außenoberflächenschicht, die auf der Zwischenschicht vorgesehen ist und ein Fluorelastomer mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff umfaßt, wobei der fluorierte Kohlenstoff die Formel CFx aufweist, worin x im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 1,5 liegt, und das Fluorelastomer gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus (1) Copolymeren von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen; und (2) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen.
Die Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung und die Verfahren zu deren Herstellung, die vorliegend geschaffen werden, ermöglichen eine Steuerung der gewünschten Widerstände, erlauben die Einstellung einheitlicher elektrischer Eigenschaften einschließlich des Widerstandes, weisen stabilere mechanische Eigenschaften wie mechanische Festigkeit, Durometer- Wert, Zugfestigkeit, Längung und Zähigkeit auf; weisen verbesserte Widerstands- Unempfindlichkeiten gegenüber Umwelt-Änderungen und mechanischen Änderungen auf wie beispielsweise Änderungen der Temperatur, der relativen Feuchtigkeit, der Korona- Bestrahlung, einer korosiven Umgebung, der Lösungsmittelbehandlung, einer zyklischen Behandlung bei hohen Werten des elektrischen Feldes und der Laufzeit auf, senken die Kontamination anderer xerographischer Komponenten wie beispielsweise Fotoleiter und ermöglichen die Verwendung eines einzigen Vorspannungs-Systems.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Vorspannungs-Ladungs- Walze mit einem elektrisch leitfähigen Kern und einer darauf vorgesehenen Außenoberflächenschicht aufweist.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Vorspannungs-Ladungs- Walze mit einem elektrisch leitfähigen Kern, einer darauf vorgesehenen Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht vorgesehenen Außenoberflächenschicht aufweist.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Vorspannungs-Ladungs- Walze zeigt, die einen elektrisch leitfähigen Kern, eine darauf vorgesehene Zwischenschicht und eine auf der Zwischenschicht vorgesehene Außenoberflächenschicht aufweist und die gegebenenfalls Klebeschichten zwischen dem Kern und der Zwischenschicht und/oder zwischen der Zwischenschicht und der Außenschicht einschließt.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des vorliegenden Aufladungssystems gezeigt, das eine Ladevorichtung 1 einschließt, die eine Ladungswalze 2 aufweist, die in Kontakt mit einem Bildträger gehalten wird, der als fotoleitfähige Trommel 3 ausgeführt ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung zum Laden eines diektrischen Empfängers oder eines anderen geeigneten Bauteils verwendet werden, das geladen werden soll. Das fotoleitfähige Bauteil kann eine Trommel oder ein Band oder ein anderes bekanntes fotoleitfähiges Bauteil sein. Während die Ladungswalze in Umdrehung ist, wird eine Gleichstrom-Spannung und gegebenenfalls ein Wechselstrom von einer Energiequelle 8 auf den Kern der Walze 2 aufgebracht, was veranlaßt, dass dieser das lichtempfindliche Band 3 lädt. Die Ladungswalze 2 weist einen leitfähigen Kern 4 auf, der aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise einem Metall besteht. In der gezeigten Ausführungsform ist der leitfähige Kern 4 von einer leitfähigen Schicht 5 umgeben, die aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise einem leitfähigen Kautschuk, z. B. einem Fluorelastomer, besteht. Die leitfähige Schicht 5 weist darin dispergierte leitfähige Teilchen wie beispielsweise fluorierten Kohlenstoff auf.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die alle Elemente von Fig. 1 einschließt und eine wahlfreie leitfähige Zwischen-Kautschuk-Schicht 6 einschließt, die zwischen der äußeren leitfähigen Fluorelastomer-Schicht mit fluoriertem Kohlenstoff und dem Innenkern 4 angeordnet ist. Die leitfähige Zwischen-Kautschuk-Schicht kann beispielsweise aus einem Silicon, aus EPDM, aus Urethan, aus Epichlorhydrin usw. bestehen. Fig. 3 zeigt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Elemente der Fig. 1 und 2 einschließt und eine wahlfreie Zwischen-Klebeschicht 7 einschließt, die zwischen der leitfähigen Zwischen-Kautschuk-Schicht 6 und der äußeren Fluorelastomer-Schicht 5 mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff angeordnet ist.
Die Außenfläche 5 der Aufladungs-Systemelemente mit Vorspannung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Fluorelastomere mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff. Man nimmt an, dass der fluorierte Kohlenstoff sich mit dem Fluorelastomer beim Härten des Oberflächen- Überzugs vernetzt. Der spezielle Widerstand kann gewählt und gesteuert werden in Abhängigkeit von der Menge an fluoriertem Kohlenstoff, der Art des Härtungsmittels, der Menge an Härtungsmittel, der Menge an Fluor in dem fluorierten Kohlenstoff und dem Härtungsverfahren einschließlich des speziellen Härtungsmittels, der Härtungszeit und der Härtungstemperatur. Der Widerstand kann nicht nur dadurch gewählt werden, dass man die passenden Härtungsmittel, eine passende Härtungszeit und eine passende Härtungstemperatur anwendet, wie dies in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wird, sondern auch dadurch, dass man einen speziellen fluorierten Kohlenstoff oder Mischungen verschiedener Typen von fluoriertem Kohlenstoff auswählt. Die Prozentmenge an Fluor in dem fluorierten Kohlenstoff beeinflußt auch den Widerstand des Fluorelastomers, wenn dieser damit gemischt wird. Der mit einem Elastomer vernetzte Kohlenstoff liefert Ausführungsformen mit überlegenen Ergebnissen, in dem er eine Außenfläche für ein Aufladungselement mit Vorspannung bereitstellt, die einen Widerstand innerhalb des gewünschten Bereichs hat, der von zahlreichen umweltmäßigen und mechanischen Änderungen praktisch unbeeinflußt ist.
Fluorierter Kohlenstoff, der manchmal als Graphitfluorid oder Kohlenstoffluorid bezeichnet wird, ist ein festes Material, das sich bei der Fluorierung von Kohlenstoff mit elementarem Fluor ergibt. Die Zahl an Fluoratomen pro Kohlenstoffatom kann in Abhängigkeit von den Fluorierungsbedingungen schwanken. Die varibale Stöchiometrie Fluor-Atom zu Kolenstoffatom von fluoriertem Kohlenstoff erlaubt eine systemische, einheitliche Variation seiner elektrischen Widerstands-Eigenschaften. Gesteuertes und spezielles Widerstandsverhalten ist ein in hohem Maße erwünschtes Merkmal für eine Außenfläche eines Elements für ein Aufladungssystem mit Vorspannung.
Fluorierter Kohlenstoff ist eine spezielle Klasse von Zubereitungen, die durch die chemische Zugabe von Fluor zu einer oder mehreren der vielen Formen von festem Kohlenstoff hergestellt wird. Darüber hinaus kann die Menge an Fluor variiert werden, um einen speziellen, gewünschten Widerstand zu produzieren. Fluorkohlenstoffe sind entweder aliphatische oder aromatische organische Verbindungen, in denen eines oder mehrere Fluoratome an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen befestigt wurden und so wohl definierte Verbindungen mit einem einzigen scharfen Schmelzpunkt oder Siedepunkt gebildet werden. Fluorpolymere sind untereinander verbundene, einzelne identische Moleküle, die lange Ketten umfassen, die durch kovalente Verbindungen miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind Fluorelastomere ein spezieller Typ eines Fluorpolymers. So ist trotz einer gewissen Verwirrung in diesem technischen Bereich offenbar, dass fluorierter Kohlenstoff weder ein Fluorkohlenstoff noch ein Fluorpolymer ist und dass der Ausdruck "fluorierter Kohlenstoff" in diesem Zusammenhang in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird.
Das fluorierte Kohlenstoff-Material kann eines der fluorierten Kohlenstoff-Materialien sein, wie es in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist. Die Verfahrensweisen zur Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff sind wohlbekannt und in der Literatur dokumentiert, wie beispielsweise in den folgenden U.S. Patenten: 2,786,874; 3,925,492; 3,925,263; 3,872,032 und 4,247,608. Im wesentlichen wird fluorierter Kohlenstoff hergestellt durch Erhitzen einer Kohlenstoff-Quelle wie beispielsweise amorpher Kohlenstoff, Koks, Holzkohle, Ruß oder Graphit mit elementarem Fluor bei erhöhten Temperaturen wie beispielsweise Temperaturen im Bereich von 150ºC bis 600ºC. Ein Verdünnungsmittel, wie beispielsweise Stickstoff wird vorzugsweise mit dem Fluor gemischt. Die Natur und die Eigenschaften des fluorierten Kohlenstoffs schwanken mit der speziellen Kohlenstoff-Quelle, den Bedingungen der Reaktion und mit dem Grad der Fluorierung, die in dem Endprodukt erhalten wird. Der Grad der Fluorierung in dem Endprodukt kann variiert werden durch Ändern der Reaktionsbedingungen des Verfahrens, vornehmlich der Temperatur und der Zeit. Allgemein gilt, dass der Fluor- Gehalt umso höher ist, je höher die Temperatur und je länger die Reaktionszeit ist.
Fluorierter Kohlenstoff aus verschiedenen Kohlenstoff-Quellen und mit unterschiedlichem Fluor-Gehalt ist im Handel von verschiedenen Quellen erhältlich. Bevorzugte Kohlenstoff- Quellen sind Ruß, kristalliner Graphit und Erdöl-Koks. Eine Form von fluoriertem Kohlenstoff, die zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Erfindung geeignet ist, ist Polykohlenstoffmonofluorid, das üblicherweise kurzerhand als CFx geschrieben wird, worin x für die Zahl der Fluor-Atome steht und allgemein bis zu etwa 1,2 ist, vorzugsweise von etwa 0,02 bis etwa 1,5 und besonders bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 1,4. CFx hat eine Lamellenstruktur, die aus Schichten von anellierten Ringen mit sechs Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, wobei die Fluor-Atome an die Kohlenstoff-Atome gebunden sind und oberhalb und unterhalb der Ebene der Kohlenstoff-Atome liegen. Die Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff des Typs CFx ist beispielsweise beschrieben in den o.g U.S. Patenten Nr.: 2,786,874 und 3,925,492. Allgemein schließt die Bildung dieses Typs fluorierten Kohlenstoffs das Umsetzen von elementarem Kohlenstoff mit F&sub2; unter katalytischen Bedingungen ein. Diese Art von fluoriertem Kohlenstoff kann im Handel von vielen Verkäufern erhalten werden, die einschließen: Allied Signal, Morristown, New Jersey; Central Glass Int. Inc., White Plains, New York; Daikin Industries, Inc., New York, New York; und Advanced Research Chemicals, Inc., Catoosa, Oklahoma.
Eine andere Form fluorierten Kohlenstoffs, die zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Erfindung geeignet ist, ist diejenige, die postuliert wurde von Nobuatsu Watanabe als Poly- (dikohlenstoffmonofluorid), die üblicherweise kurzerhand geschrieben wird als (C&sub2;F)n, worin n für die Zahl von C&sub2;F-Komponenten steht. Die Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff des Typs (C&sub2;F)n ist beispielsweise beschrieben in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 4,247,608, dessen Offenbarung durch die Inbezugnahme in ihrer Gänze in die vorliegende Anmeldung übernommen wird, und ist auch offenbart in Watanabe et al., "Preparation of Poly(dicarbon monofluoride) from Petroleum Coke, Bull. Chem. Soc. Japan, 55 (1982), 3197-3199".
Darüber hinaus schließen bevorzugte fluorierte Kohlenstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, diejenigen ein, die beschrieben sind in dem U.S. Patent Nr. 4,524,119 (Luly et al.), sowie diejenigen, die den Handelsnamen Accufluor® aufweisen (Accufluor® ist eine registrierte Marke der Firma Allied Signal, Morristown, New Jersey). Beispiele sind die Produkte Accufluor® 2028, Accufluor® 2065, Accufluor® 1000 und Accufluor® 2010. Accufluor® 2028 und Accufluor® 2010 weisen einen Fluor-Gehalt von 28 bzw. 11% auf. Accufluor® 1000 und Accufluor® 2065 weisen einen Fluor-Gehalt von 62 bzw. 65% auf. Auch umfaßt Accufluor® 1000 Kohlenstoff-Koks, während Accufluor® 2065, 2028 und 2010 alle leitfähigen Ruß umfassen. Diese fluorierten Kohlenstoffe haben die Formel CFx und werden gebildet durch die Reaktion C + F&sub2; = CFx.
Die nachfolgende Übersicht zeigt einige Eigenschaften der vier bevorzugten fluorierten Kohlenstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
Wie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wurde, ist es ein wichtiger Vorteil der Erfindung, dass sie in der Lage ist, den Fluor-Gehalt des fluorierten Kohlenstoffs zu variieren und so eine systematische einheitliche Schwankung der Widerstands-Eigenschaften des vorspannbaren Aufladungselements zu erlauben. Der bevorzugte Fluor-Gehalt hängt von der verwendeten Anlage, den Einstellungen der Anlage, dem gewünschten Widerstand und dem speziellen gewählten Fluorelastomer ab. Der Fluor-Gehalt in dem fluorierten Kohlenstoff liegt im Bereich von etwa 1 bis etwa 70 Gew.-% (Kohlenstoff-Gehalt im Bereich von etwa 99 bis etwa 30 Gew.-%), bezogen auf das Gewicht des fluorierten Kohlenstoffs, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 65 Gew.-% (Kohlenstoff-Gehalt im Bereich von etwa 95 bis etwa 35 Gew.-%) und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% (Kohlenstoff-Gehalt von etwa 90 bis etwa 70 Gew.-%).
Die mittlere Teilchengröße des fluorierten Kohlenstoffs kann kleiner als 1 Micron (um) und bis zu 10 Micron (um) sein und ist bevorzugt weniger als 1 Micron (um) und besondes bevorzugt im Bereich von eta 0,5 bis 0,9 Micron (um). Die Oberfläche liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 400 m²/g, bevorzugt im Bereich von etwa 110 bis etwa 340 m²/g und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 130 bis etwa 170 m²/g. Die Dichte des fluorierten Kohlenstoffs liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 3 g/ml, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,9 bis etwa 2,7 g/ml.
Die eingesetzte Menge an fluoriertem Kohlenstoff liegt beispielsweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 40% und vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis etwa 30%, bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe. Eine Menge im Bereich von 5 bis etwa 15% an fluoriertem Kohlenstoff, bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe ist gewünscht. Der Begriff "Gesamt-Feststoffe", wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf die Menge an Fluorelastomer und/oder anderen Elastomeren.
Es ist bevorzugt, verschiedene Typen von fluoriertem Kohlenstoff zu mischen und so die mechanischen und elektrischen Eigenschaften abzustimmen. Es ist wünschenswert, Mischungen verschiedener Arten von fluoriertem Kohlenstoff zu verwenden, um eine gute Leitfähigkeit zu erzielen und trotzdem die Härte der Schicht zu verringern. Auch können Mischungen verschiedener Arten von fluoriertem Kohlenstoff eine unerwartet breite Formulierungsbreite und gesteuerte und voraussagbare Leitfähigkeit liefern. Beispielsweise kann eine Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 40% und vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 35 Gew.-% Accufluor® 2010 mit einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 40% und vorzugsweise im Bereich von 1 bis etwa 35% Accufluor® 2028 und besonders bevorzugt mit einer Menge im Bereich von etwa 8 bis etwa 25% Accufluor® 2028 gemischt werden. Andere Formen von fluoriertem Kohlenstoff können ebenfalls eingemischt werden. Ein weiteres Beispiel ist eine Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 40% Accufluor® 1000, gemischt mit einer Menge im Bereich von etwa 0 bis etwa 40% und vorzugsweise mit einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 35% Accufluor® 2065. Alle anderen Kombinationen des Mischens verschiedener Formen von Accufluor® sind möglich. Eine bevorzugte Mischung umfaßt etwa 0 bis etwa 15% Accufluor® 2028, gemischt mit einer Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 3,5% Accufluor® 2010. Eine weitere bevorzugte Mischung ist eine Mischung mit einem Gehalt im Bereich von etwa 5 bis etwa 10% Accufluor 2028, gemischt mit einer Menge im Bereich von etwa 2,0 bis etwa 3,0% Accufluor® 2010. Eine besonders bevorzugte Mischung ist eine Mischung mit einem Gehalt im Bereich von etwa 2 bis etwa 3% Accufluor® 2028, gemischt mit einer Menge im Bereich von etwa 2,5 bis etwa 3% Accufluor® 2010, und sogar noch mehr bevorzugt ist eine Mischung aus etwa 3% Accufluor® 2010 und etwa 2% Accufluor® 2028. Alle oben angegebenen Prozent-Werte sind bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe.
Bevorzugte Bereiche des Widerstandes können für Aufladungssysteme mit Vorspannung schwanken, die dafür vorgesehen sind, bei verschiedenen Durchsatz-Geschwindigkeiten zu arbeiten, und sie werden so gewählt, dass sie der Geschwindigkeit der Oberfläche der Walze oder des Bandes und den Dimensionen des Walzenspalt-Bereichs entsprechen, so dass die Zeit, die erforderlich ist, um eine Ladung von dem leitfähigen Kern auf die Außenoberfläche des Aufladungssystem-Elements mit Vorspannung zu übertragen, grob angegeben, größer ist als die Haltezeit für einen beliebigen Punkt auf dem Aufladungssystem-Element mit Vorspannung in dem Bereich des Übertragungsspalts. Idealerweise liefen das äußere Spannungsprofil des Aufladungssystem-Elements mit Vorspannung eine Feldstärke unterhalb derjenigen, die für eine erhebliche Luft-Ionisierung in dem Luft-Spalt am Eingang des Walzenspalts erforderlich ist, und oberhalb derjenigen Feldstärke, die für eine Luft-Ionisierung in dem Luft- Spalt unmittelbar jenseits des Ausgangs des Walzenspalts erforderlich ist. Als allgemeine Regel erhöht sich die Größe des elektrischen Feldes signifikant vom Eintritt in den Vor- Walzenspalt-Bereich in Richtung auf den Ausgang aus dem Nach-Walzenspalt-Bereich, während sich das Feld innerhalb der entspannbaren Schicht verringert.
Beispiele der Elastomere zur Verwendung in der Außenfläche 5 und der Zwischenfläche 6 der Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung schließen Fluorelastomere ein. Speziell sind geeignete Fluorelastomere diejenigen, die im einzelnen beschrieben sind in den U. S. Patenten Nr. 5,166,031; 5,281,506; 5,366,772; 5,370,931; 4,257,699; 5,017,432 und 5,061,965. Wie in den genannten Druckschriften beschrieben, sind diese Fluorelastomere, die insbesondere von der Klasse von Copolymeren und Terpolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen sind, im Handel erhältlich bekannt unter verschiedenen Bezeichnungen wie VITON A®, VITON E®, VITON E60C®, VITON E430®, VITON 910®, VITON GH® und VITON GF®. Die Bezeichnung "VITON®" ist eine Marke der Firma E. I. DuPont de Nemours, Inc.. Andere im Handel erhältliche Materialien schließen ein: FLOREL 2170®, FLO- REL 2174®, FLOREL 2176®, FLOREL 2177® und FLOREL LVS 77®, wobei "FLOREL® eine Marke der Firma 3M Company ist. Weitere im Handel erhältliche Materialien schließen ein: AFLAStm, ein Poly-(Propylen-Tetrafluorethylen), und FLOREL II®, (LII900); ein Poly- (Propylen-Tetrafluorethylen-Vinylidenfluorid), die beide ebenfalls erhältlich sind von der Firma 3 M Company, sowie die Tecnoflon-Produkte, die identifiziert werden unter den Bezeichnungen FOR-60KIR®, FOR-LHF®, NM®, FOR-THF®, FOR-TFS®, TH® und TN505®, die erhältlich sind von der Firma Montedison Special Chemical Company. Andere Elastomere, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen ein: Silicon- Kauschuke, Polyurethan, ein Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (nachfolgend bezeichnet als "EPDM"), einen Nitril-Butadien-Kautschuk (nachfolgend bezeichnet als "NBR"), Epichlorhydrin, Styrol-Butadien, Fluorsilicon und Copolymere daraus. Diese Elastomere können - zusammen mit Klebern - auch als Zwischenschicht(en) (7 in Fig. 3) eingeschlossen sein.
Bevorzugte Elastomere, die nützlich für die Außenfläche 5 der Aufladungssystem-Elemente mit Vorspannung sind, schließen ein: Fluorelastomere wie beispielsweise Fluorelastomere aus der Gruppe Fluorelastomer auf Vinylidenfluorid-Basis, die Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen als Copolymere enthalten. Zwei bevorzugte bekannte Fluorelastomere sind (1) eine Klasse aus Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, die im Handel bekannt sind als VITON® A, und (2) eine Klasse von Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, die im Handel bekannt sind als VITON® B. VITON® A und VITON® B und andere VITON®-Bezeichnungen sind Marken der Firma E. I. DuPont de Nemours and Company. Andere im Handel erhältlichen Materialien schließen das Produkt FLOREL® TM der Firma 3M Company, das Produkt VITON® GH, das Produkt VITON® E60C, das Produkt VITON® B910 und das Produkt VITON® 430 ein.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Fluorelastomer ein Produkt, das eine relativ geringe Menge an Vinylidenfluorid aufweist, wie beispielsweise das Produkt VITON® GF, das erhältlich ist von der Firma E. I. DuPont de Nemours, Inc.. Das Produkt VITON® GF hat einen Gehalt an Vinylidenfluorid von 35 Mol-%, einen Gehalt an Hexafluorpropylen von 34 Mol-% und einen Gehalt an Tetrafluorethylen von 29 Mol-%, bei einem Gehalt an Monomer mit Vernetzungsstelle von 2%. Beispiele von Monomeren mit Vernetzungsstelle schließen ein: 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen- 1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1 sowie im Handel erhältliche Monomere mit Vernetzungsstellen, wie sie beispielsweise von der Firma DuPont erhältlich sind. Ebenfalls bevorzugt sind VITON® B50 und VITON® E45. Das Fluorelastomer der Außenoberfläche ist mit einem fluorierten Kohlenstoff als Füllung versehen.
Beispiele von Elastomeren zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung schließen auch Elastomere des oben beschriebenen Typs zusammen mit Volumen-gepfropften Elastomeren ein. Volumen-gepfropften Elastomere sind eine spezielle Form von Hydrofluorelastomeren und sind im wesentlichen einheitliche integrale, interpenetrierende Netzwerke einer Hybrid-Zubereitung aus einem Fluorelastomer und einem Polyorganosiloxan, wobei die Volumenpfropfung ausgebildet wird durch Dehydrofluorierung des Fluorelastomers mittels eines nukleophilen Dehydrofluorierungsmittels, gefolgt von einer Additionspolymerisation durch Addition eines mit einem Alken oder Alkin funktionell verschlossenen Polyorganosiloxans und eines Polymerisationsinitiators.
Die bevorzugten Elastomere für die Zwischenschicht 6 der vorliegenden Aufladungselemente schließen EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomere), Siliconkautschuke, Urethan, Styrol- Butadien, Fluorsilicon, Epichlorhydrin und Copolymere daraus ein. Gegebenenfalls kann die Zwischenschicht 6 mit leitfähigen Materialien wie beispielsweise Metalloxiden z. B. Titanoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Antimondioxid, Indiumoxid, Indium-Zinn-Oxid und dergleichen und Kohlenstoffen wie beispielsweise Ruß und Kohle-Graphit beladen sein.
Die Menge an Fluorelastomeren, die verwendet wird, um die Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung zu schaffen, ist abhängig von der Menge, die erforderlich ist, um die gewünschte Dicke der Schicht oder Schichten des Oberflächenmaterials auszubilden. Speziell wird das Fluorelastomer in einer Menge im Bereich von etwa 50 bis etwa 99 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von etwa 70 bis etwa 99 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe. Die Menge an Kautschuk, die in die Zwischenschicht eingeschlossen wird, liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 60 bis etwa 99 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 60 bis etwa 99 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamt- Feststoffe.
Das Aufladungselement mit Vorspannung kann irgendeine geeignete Form annehmen, wie beispielsweise die Form eine Walze, einer Klinge, eines Bandes, einer Bürste oder dergleichen. Im Fall einer Walze kann der leitfähige Kern für das Aufladungssystem-Element mit Vorspannung, das die Aufladungswalze mit Vorspannung einschließt, gemäß der vorliegenden Erfindung aus irgendeinem geeigneten leitfähigen Material hergestellt sein. Typischerweise nimmt dies die Form eines zylindrischen Rohrs oder eines stabilen zylindrischen Schafts aus Aluminium, Kupfer, nicht-rostendem Stahl, Eisen oder bestimmten Kunststoff- Materialien an, die so gewählt werden, dass eine gewisse Steifheit und strukturelle Unversehrtheit aufrecht erhalten wird und das Material in der Lage ist, bereitwillig auf ein darauf aufgebrachtes Vorspannungs-Potentiall zu respondieren. Es ist bevorzugt, einen stabilen zylindrischen Schaft aus Aluminium oder nicht-rostendem Stahl zu verwenden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des zylindrischen Schaftes im Bereich von etwa 3 bis etwa 10 mm, und die Länge liegt im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 mm.
In dem Kern ist das Vorspannungs-Potentialelement untergebracht. Die Vorspannung wird typischerweise gesteuert durch Verwendung eines Gleichstrom-Potentials, und ein Wechselstrom-Potential wird typischerweise zusammen mit dem Gleichstrom-Steuerungspotential verwendet, um die Steuerung der Ladung zu unterstützen. Der Vorteil einer Verwendung eines Wechselstroms liegt in der Verringerung der Empfindlichkeit für eine Oberflächen- Kontamination. Der Wechselstrom schafft eine Korona-Ladung in den Bereichen vor und nach dem Walzenspalt der Vorrichtungen, so dass die Ladungskomponente, die mit der Beaufschlagung mit Ladung in dem Walzenspalt in Verbindung steht, weniger wichtig ist. Das Wechselstrom-Vorspannungssystem ist proportional der Prozeßgeschwindigkeit. Dies beschränkt manchmal die Anwendung von Vorspannungs-Vorrichtungen auf Anlagen mit geringer Geschwindigkeit. Die Verwendung eines Wechselstroms zusätzlich zu einem Gleichstrom erhöht die Kosten des Systems. Daher ist es wünschenswert, nur Gleichstrom zu verwenden. Jedoch erfordert die ausschließliche Verwendung von Gleichstrom üblicherweise Materialien mit einem optimalen, stabilen Widerstand. Im übrigen führt die Verwendung einer einzigen Gleichstrom-Vorspannung zum Aufladen von Nicht-Einheitlichkeit und zu Feldstörungen vor dem Walzenspalt. Da die Oberflächen gemäß der vorliegenden Erfindung in bestimmten Ausführungsformen - wie oben ausgeführt - optimale und stabile Widerstände ermöglichen, kann das Vorspannungs-Systemelement gemäß der vorliegenden Erfindung nur ein Gleichstrom-Vorspannungs-Ladungssystem einschließen, ohne dass die Notwendigkeit für eine Wechselstrom-Vorspannung besteht. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung mit einer Elektrodenfeld-Abrundung mit einem Elektrodensubstrat oder unter Doppel- Vorspannungs-Feldabrundung ohne Elektroden verwendet werden. Diese beiden letztgenannten Ansätze sind nützlich bei einem stationären Film-Ladungssystem oder bei Vorspannungs-Übertragungswalzen. Auch kann in bestimmten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung in Doppel-Vorspannungssystemen wie beispielsweise Elektroden-Walzen und/oder Nicht-Elektroden-Walzen oder Filmladern verwendet werden. Dies ermöglicht ein selektives Abstellen des Systems auf eine Nach-Walzenspalt-Unterbrechung, wodurch die Einheitlichkeit der Ladung verbessert wird. Die Unterbrechung nach dem Walzenspalt ist einheitlicher als die Unterbrechung vor dem Walzenspalt. Durch Wahl eines speziellen Materials für die Außenschicht der Vorspannungs-Aufladungswalze, wie dies in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, kann der Widerstand auf einen Wert innerhalb des gewünschten Bereichs eingestellt werden, so dass nur eine Unterbrechung nach dem Walzenspalt auftritt. Weiter kann durch Einstellen der Vorspannung nach dem Walzenspalt und vor dem Walzenspalt auf unterschiedliche Werte eine Entladung nach dem Walzenspalt erreicht werden. Der Ausdruck in diesem technischen Gebiet für ein selektives Vorspannen nach dem Walzenspalt wird als "Feldabrundung" (field tailoring) bezeichnet.
Gegebenenfalls können Zwischen-Haftschichten 7 und/oder -Elastomerschichten 7 aufgebracht werden und so gewünschte Eigenschaften und Leistungsziele gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Eine Haft-Zwischenschicht kann beispielsweise gewählt sein aus Epoxy-Harzen und Polysiloxanen. Bevorzugte Haftmaterialien sind patentierte Materialien wie beispielsweise THIXON 403/404, Union Carbide A-1100, das Material TACTIX 740 der Firma Dow, das Material TACTIX 741 der Firma Dow und das Material TAXTIC 742 der Firma Dow. Ein besonders bevorzugtes Härtungsmittel für die vorstehend genannten Haftmittel ist das Material H41 der Firma Dow.
Das Vorspannungs-Ladungssystem-Element kann eine Außenschicht aus einem Fluorelastomer 5 mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff aufweisen, die direkt auf dem Kern vorgesehen ist. In dieser Konfiguration ist es bevorzugt, daß die Außenschicht einen Widerstand im Bereich von etwa 10³ bis etwa 10¹&sup0; Ohm-cm aufweist, bevorzugt einen Widerstand im Bereich von 10&sup4; bis etwa 5 · 10&sup8; Ohm-cm aufweist. Auch ist bei dieser Konfiguration die Dicke der Außenschicht im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 mm, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 mm. Die Shore-Härte der Außenschicht in dieser Anordnung ist geringer als 60 Shore A, vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis etwa 50 Shore A, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 Shore A.
Gegebenenfalls kann eine Elastomerschicht 6 auf dem Kern vorgesehen werden, und es kann eine Fluorelastomer-Außenoberflächenschicht 5 mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff auf de Elastomerschicht 6 vorgesehen werden. In dieser bevorzugten Anordnung weist die leitfähige Kautschuk-Schicht 6 einen Widerstand von etwas weniger als 5 · 10&sup8; Ohm-cm auf, vorzugsweise einen Widerstand im Bereich von etwa 10² bis etwa 10&sup7; Ohm-cm. Die leitfähige Kautschuk-Zwischenschicht 6 weist eine Dicke im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 mm und vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 mm auf. In dieser Konfiguration, die eine leitfähige Kautschuk-Zwischenschicht 6 einschließt, weist die Außenflächenschicht 5, die ein Fluorelastomer mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff umfaßt, einen Widerstand im Bereich von etwa 10&sup5; bis etwa 10¹² Ohm-cm auf, vorzugsweise einen Widerstand im Bereich von etwa 10&sup7; bis etwa 10¹¹ Ohm-cm. Ebenfalls weist in dieser Konfiguration die Außen- Fluorelastomer-Schicht 5 mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis etwa 500 um auf, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 20 bis etwa 100 um. Die Härte der Außenschicht 5 in dieser Konfiguration beträgt etwa weniger als 90 Shore A, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 70 Shore A und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 30 bis etwa 60 Shore A. Die Härte der Zwischenschicht 6 in diese Konfiguration liegt im Bereich von etwa 70 Shore A, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 50 Shore A.
Die Fluorelastomer-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung sollte eine ausreichende Elastizität aufweisen, um es möglich zu machen, dass das Vorspannungs-Aufladungselement geringfügig verformt wird, wenn es in Bewegungskontakt mit einem gegenüber angeordneten Element wie beispielsweise einem Fotorezeptor gebracht wird. Die Zwischenschicht weist eine ausreichende Elastizität auf, um zu ermöglichen, dass sich die Walze deformiert, wenn sie in Bewegungskontakt mit einer Fotoleiter-Oberfläche gebracht wird, und im Fall einer Vorspannungs-Aufladungswalze weist sie eine ausreichende Elastizität auf, um einen ausgedehnten Kontaktbereich zu liefern, in dem die geladenen Teilchen zwischen den Kontakt- Körpern übertragen werden können. Die Zwischenschicht sollte in der Lage sein, schnell auf das Vorspannungs-Potential zu antworten und so das Ladungspotential auf dem Kern an die Außenfläche zu vermitteln.
Wenn die Zwischenschicht eine Elastomerschicht ist, kann eine Haftschicht (in den Figuren nicht gezeigt) zwischen dem Kern und der Zwischenschicht 6 vorgesehen werden. Es kann auch eine weitere Haftschicht 7 zwischen der Zwischenschicht 6 und der Außenschicht 5 vorhanden sein. In Abwesenheit einer Zwischenschicht kann die Fluorelastomer-Schicht mit dem fluorierten Kohlenstoff als Füllstoff direkt auf dem Kern vorgesehen werden oder kann mit dem Kern über eine Haftschicht verbunden werden.
Die Zwischenschicht und die Außenschicht werden auf dem Substrat über Spinnen, Eintauchen, Aufwalzen, Aufsprühen wie beispielsweise durch mehrfache Sprüh-Aufbringung sehr dünner Filme, Aufgießen, Plasmaabscheidung, Fließwalzen-Beschichten oder durch andere bekannte Verfahren abgeschieden.
Die Aufladungselemente mit Vorspannung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Außenoberflächen-Schichten aufweisen, die Fluorelastomere mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff umfassen, zeigen überlegene elektrische und mechanische Eigenschaften. Die Elemente sind so beschaffen, dass sie eine Steuerung der elektrischen Eigenschaften ermöglichen, einschließlich einer Steuerung der Leitfähigkeit in dem gewünschten Widerstands-Bereich. Auch ist der Widerstand einheitlich über die gesamte Länge des Aufladungselements mit Vorspannung. Weiter weisen die Aufladungselemente gemäß der Erfindung verringerte Empfindlichkeiten gegenüber Veränderungen der Temperatur, relativen Feuchtigkeit, Korona- Bestrahlung, korosiven Umgebungen, Lösungsmittelbehandlung, Durchlaufen von Zyklen bis zu hohen elektrischen Feldern und Laufzeit auf. Darüber hinaus zeigen die Elemente mit Vorspannung gemäß der Erfindung eine Absenkung der Kontamination anderer xerographischer Komponenten wie beispielsweise Fotoleiter. Weiter erlaubt der Widerstand der Oberfläche der Aufladungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung in bestimmten Ausführungsformen die Verwendung einer einzigen Gleichstrom-Vorspannung.
Die folgenden Beispiele definieren weiter und beschreiben Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung. Solange nichts anderes angegeben ist, sind alle Angaben in Teilen und Prozenten auf das Gewicht bezogene Angaben.

Beispiel I

Eine Widerstandsschicht, die 30 Gew.-% Accufluor® 2028 in Viton® GF enthielt, wurde in der folgenden Weise hergestellt: Die Überzugsdispersion wurde zuerst hergestellt durch Zugabe eines Lösungsmittels (200 g Methylethylketon), eines Stahlkieses (2300 g) und 19,5 g Accufluor® 2028 in eine kleine Tischrührwerksmühle mit Deckel (Modell 01A). Die Mischung wurde etwa 1 min lang gerührt, so dass der fluorierte Kohlenstoff befeuchtet wurde.
Ein Polymer-Bindemittel (Viton® GF, 45 g) wurde dann zugesetzt und die resultierende Mischung wurde in der Rührwerksmühle 30 min lang behandelt. Eine Härtungspackung (2,25 g VC-50; 0,9 g Maglite-D und 0,2 g Ca(OH)&sub2;) und ein stabilisierendes Lösungsmittel (10 g Mehtanol) wurden dann zugesetzt, und die resultierende Mischung wurde weiter für weitere 15 min gemischt. Nach Abfiltrieren des Stahlkieses durch ein Drahtsieb wurde die Dispesion in einer Polypropylen-Flasche aufgefangen. Die resultierende Dispersion wurde dann beschichtungsmäßig auf Kaptan-Substrate innerhalb von 2 bis 4 h unter Verwendung eines Gardner-Labor-Beschichters aufgetragen. Die Überzugsschichten wurden an der Luft für etwa 2 h getrocknet und dann schrittweise in einem programmierbaren Ofen wärmegehärtet. Die Heiz-Sequenz war wie folgt: (1) 65ºC für 4 h; (2) 93ºC für 2 h; (3) 144ºC für 2 h; (4) 177 ºC für 2 h; (5) 204ºC für 2 h und (6) 232ºC für 16 h. Dies führte zu einer Viton-Schicht, die 30 Gew.-% Accufluor® 2028 enthielt. Die Trockendicke der Schichten wurde bestimmt und lag bei ca. 3 mil (ca. 75 um).
Der Oberflächenwiderstand der gehärteten Viton-Schichten wurde mittels einer bei der Firma Xerox Corporation Haus intern entwickelten Test-Vorrichtung gemessen, die aus einer Energiequelle (Trek 601C Coratrol), einem Keithy Elektrometer (Modell 610B) und einem gleichförmigen, geschützten 2-Punkt-Elektroden-Meßfühler (15 mm Abstand zwischen den beiden Elektroden) bestand. Das angelegte Feld für die Messung war 500 V/cm, und der gemessene Strom wurde auf der Basis der Geometrie des Meßfühlers in einen Wert des Oberflächenwiderstands umgewandelt. Der Oberflächenwiderstand der Schicht wurde bestimmt und betrug ca. 6,5 · 10&sup9; Ohm-cm² (1 · 10&sup9; Ohm/Quadratfläche).
Der Volumenwiderstand der Schicht wurde bestimmt durch das Standard-Wechselstrom- Leitfähigkeitsverfahren. In diesem Fall wurde die Viton-Oberfläche direkt auf ein Substrat aus nicht-rostendem Stahl beschichtungsmäßig aufgetragen, und zwar in Abwesenheit einer Zwischenschicht. Ein verdampfter Aluminium-Dünnfilm (30 nm) wurde als Gegenelektrode verwendet. Es wurde gefunden, dass der Volumenwiderstand etwa 1 · 10&sup9; Ohm-cm bei einem elektrischen Feld von 1500 V/cm war. Überraschenderweise wurde gefunden, dass der Wert des Widerstands unempfindlich gegenüber Änderungen der Temperatur im Bereich von etwa 20ºC bis etwa 150ºC und gegenüber Änderungen der relativen Feuchtigkeit im Bereich von etwa 20% bis etwa 80% und gegenüber der Intensität des angelegten elektrischen Feldes (bis hinauf zu 2000 V/cm) war. Weiter wurde kein Hysterese-Effekt (Memory-Effekt) beobachtet, nachdem die Schicht im Zyklus bis zu höheren elektrischen Feldern (> 10&sup4; V/cm) gebracht worden war.

Beispiel II

Eine Anzahl von Widerstands-Schichten wurde unter Verwendung verschiedener Prozentmengen (bezogen auf das Gewicht) an Accufluor® 2028 und Accufluor® 2010 hergestellt, wobei man den Verfahrensweisen folgte, die in Beispiel I beschrieben sind. Es wurde gefunden, dass diese Schichten sehr ähnliche elektrische Eigenschaften wie die Schichten in Beispiel I zeigen, wenn man im Anschluss an dieselben Verfahrensweisen die Werte maß. Die Daten sind summarisch in der Tabelle 1 eingegeben. Tabelle 1 Widerstands-Werte von fluoriertem Kohlenstoff in Viton® GF (Feld ca. 1500 V/cm)

Beispiel III

Eine Anzahl von Widerstandsschichten wurde hergestellt unter Verwendung der Dispergier- und Beschichtungs-Verfahrenweise, wie sie in Beispiel I beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass eine Mischung aus verschiedenen Prozentenmengen (bezogen auf das Gewicht) von verschiedenen Arten von Accufluor-Produkten mit Viton GF vernetzt wurden. Die Zubereitungen der AccufluorlViton GF-Schichten und die Ergebnisse der Messungen des Oberflächenwiderstands sind summarisch in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Füllstoffe in Viton GF (%) Oberflächenwiderstand (Ohm/cm²[Ohm/Quadrat])
2% Accufluor® 2010 15% Accufluor® 2028 2,9 · 10¹² (4,5 · 10¹¹)
2,5% Accufluor® 2010 15% Accufluor® 2028 6,5 · 10&sup9; (1,0 · 10&sup9;)
3% Accufluor® 2010 5% Accufluor® 2028 3,5 · 10¹&sup0; (5,4 · 10&sup9;)
3% Accufluor® 2010 10% Accufluor® 2028 4,1 · 10¹&sup0; (6,4 · 10&sup9;)
3% Accufluor® 2010 15% Accufluor® 2028 8,4 · 10¹&sup0; (1,3 · 10¹&sup0;)
3,5% Accufluor® 2010 5% Accufluor® 2028 1,3 · 10¹&sup0; (2 · 10&sup9;)
3,5% Accufluor® 2010 15% Accufluor® 2028 4,6 · 10¹&sup0; (7,2 · 10&sup9;)

Beispiel IV

Widerstandsschichten die aus 25 Gew.-% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestanden, wurden nach den Verfahrensweisen hergestellt, die in Beispiel I beschrieben sind. Jedoch wurde das Nachhärten, statt ein Nachhärten bei 232ºC für die Zeit von 16 h durchzuführen, für 9 h, 26 h, 50 h, 90 h bzw. 150 h durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Oberflächenwiderstands sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Beispiel V

Überzugsdispersionen, die verschiedene Konzentrationsmengen an Accufluor® 2010 in Viton® GF enthielten, wurden unter Verwendung der Rührwerksmühlen-Verfahrensweisen hergestellt, die in Beispiel I angegeben sind. Diese Dispersionen wurden dann auf Kaptan- Substrate luftgesprüht. Die Schichten (ca. 2,5 mil Dicke) wurden an der Luft getrocknet und unter Verwendung der in Beispiel I angegebenen Verfahrensweise nachgehärtet. Die Ergebnisse der Messung des Oberflächenwiderstands sind summarisch in der nachfolgenden Tabelle 4 angegeben. Prozentwerte sind auf das Gewicht bezogene Prozentwerte. Tabelle 4

Beispiel VI

Eine Widerstandsschicht, die aus 30% Accufluor® 2028 in Viton bestand, wurde nach den Verfahrensweisen hergestellt, die in Beispiel I beschrieben sind, mit der Ausnahme, dass 4,5 g des Härtungsmittels VC-50 verwendet wurden. Der Oberflächenwiderstand der Schicht wurde unter Anwendung der Verfahrensweisen gemessen, die in Beispiel I angegeben sind, und es wurde gefunden, dass der Wert etwa 5,7 · 10&sup9; Ohm/Quadrat betrug.

Beispiel VII

Eine Überzugs-Dispersion wurde dadurch hergestellt, dass man zuerst ein Lösungsmittel (200 g Methylethylketon), einen Stahlkies (2300 g) und 2,4 g Accufluor® 2028 in eine kleine Tisch-Reibemühle mit Deckel füllte (Modell 01A). Die Mischung wurde etwa 1 min lang gerührt, so dass der fluorierte Kohlenstoff von dem Lösungsmittel befeuchtet wurde. Ein Polymer-Bindemittel (Viton® GF; 45 g) wurde dann zugesetzt, und die resultierende Mischung wurde in der Reibemühle 30 min lang behandelt. Eine Härtungspackung (0,68 g DIAK 1 und 0,2 g Maglite Y) und ein stabilisierendes Lösungsmittel (10 g Methanol) wurden dann zugesetzt, und die Mischung wurde weiter für eine Zeit von etwa 15 rrün gemischt. Nach Abfiltern des Stahlkieses durch ein Drahtsieb wurde die Dispersion aus fluoriertem Kohlenstoff und Viton® GF in einer Polypropylen-Flasche aufgefangen. Die Dispersion wurde dann beschichtungsmäßig auf Kapton-Substrate innerhalb einer Zeit von 2 bis 4 h unter Verwendung eines Gardner-Labor-Beschichters beschichtungsmäßig aufgetragen. Die Überzugsschichten wurden zuerst an der Luft für etwa 2 h getrocknet und wurden dann in einem programmierbaren Ofen wärmegehärtet. Die Heizsequenz war wie folgt: (1) 65ºC für 4 h; (2) 93ºC für 2 h; (3) 144ºC für 2 h; (4) 177ºC für 2 h; (5) 204ºC für 2 h und (6) 232ºC für 16 h. Es wurde eine Widerstandsschicht (Dicke etwa 3 mil) ausgebildet, die aus 5 Gew.-% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestand. Der Oberflächenwiderstand der Schicht wurde nach den Verfahrensweisen von Beispiel I gemessen, und es wurde gefunden, dass er bei etwa 6,5 · 10&sup8; Ohm-cm² (1 · 10&sup8; Ohm/Quadrat) lag.

Beispiel VIII

Eine Widerstandsschicht, die aus 5 Gew.-% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestand, wurde nach den Verfahrensweisen von Beispiel VII hergestellt, mit der Ausnahme, dass 1,36 g DIAK 1 als Härtungsmittel verwendet wurde. Der Oberflächenwiderstand der Schicht wurde zu 1 · 10&sup5; Ohm/Quadrat gemessen.

Beispiel IX

Eine Überzugs-Dispersion wurde dadurch hergestellt, dass man zuerst ein Lösungsmittel (200 g Methylethylketon), einen Stahlkies (2300 g) und 1,4 g Accufluor® 2028 in eine kleine Tisch-Reibemühle mit Deckel füllte (Modell 01A). Die Mischung wurde etwa 1 min lang gerührt, so dass der fluorierte Kohlenstoff befeuchtet wurde. Ein Polymer-Bindemittel (Viton® GF; 45 g) wurde dann zugesetzt, und die resultierende Mischung wurde in der Reibemühle 30 min lang behandelt. Eine Härtungspackung (1,36 g DIAK 3 und 0,2 g Maglite Y) und ein stabilisierendes Lösungsmittel (10 g Methanol) wurden dann zugesetzt, und die resultierende Mischung wurde weiter für eine Zeit von weiteren 15 min gemischt. Nach Abfiltern des Stahlkieses durch ein Drahtsieb wurde die Dispersion aus fluoriertem Kohlenstoff und Viton® GF in einer Polypropylen-Flasche aufgefangen. Die Dispersion wurde dann beschichtungsmäßig auf Kapton-Substrate innerhalb einer Zeit von 2 bis 4 h unter Verwendung eines Gardner-Labor-Beschichters beschichtungsmäßig aufgetragen. Die Überzugsschichten wurden zuerst an der Luft für etwa 2 h getrocknet und wurden dann in einem programmierbaren Ofen wärmegehärtet. Die Heiz-Härtungssequenz war wie folgt: (1) 65ºC für 4 h; (2) 93 ºC für 2 h; (3) 144ºC für 2 h; (4) 177ºC für 2 h; (5) 204ºC für 2 h und (6) 232ºC für 16 h. Es wurde eine Widerstandsschicht (Dicke etwa 3 mil) ausgebildet, die aus 3% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestand. Der Oberflächenwiderstand der Schicht wurde zu ca. ~5,2 · 10&sup7; (8,2 · 10&sup6; Ohm/Quadrat) gemessen.

Beispiel X

Widerstandsschichten, die aus 5% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestanden, wurden unter Verwendung der Dispersion und der Beschichtungs-Verfahrensweisen hergestellt, wie sie in Beispiel VII erläutert wurden, mit der Ausname, dass die Härtungszeiten und Härtungstermperaturen geändert wurden. Die Oberflächenwiderstände dieser Schichten sind in Tabelle 5 zusammengefaßt. Tabelle 5

Beispiel XI

Widerstandsschichten, die aus 3% Accufluor® 2028 in Viton® GF bestanden, wurden unter Verwendung der Dispersion und der Beschichtungs-Verfahrensweisen hergestellt, wie sie in Beispiel IX erläutert wurden, mit der Ausname, dass die Härtungszeiten und Härtungstemperaturen geändert wurden. Die Oberflächenwiderstände dieser Schichten sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Tabelle 6

Beispiel XII

Eine Vorspannungs-Aufladungswalze kann von den wie in den Beispielen beschriebenen Accufluor/Viton-Widerstandsschichten hergestellt werden. Beispielsweise kann eine 50 um Dicke Widerstandsschicht, die aus 7% Accufluor® 2010 in Viton® GF besteht, auf eine leitfähige Kautschuk-Walze aufgesprüht werden, die aus Ruß und EPDM-Kautschuk (3 mm Dicke) hergestellt wurde. Der Volumen-Widerstand des Ruß-EPDM-Kautschuks beträgt etwa 10&sup6; Ohm-cm. Man geht davon aus, dass der Volumen-Widerstand der Acuufluor/Viton-Schicht etwa 10&sup9; Ohm-cm ist. Die Vorspannungs-Aufladungswalze kann zum Aufladen von Fotorezeptoren einschließlich schichtenmäßig aufgebauter fotoleitfähiger Bildgebungselemente oder dielektrischer Bauteile für ionographische Prozesse in Druckern und Kopieren verwendet werden.

Beispiel XIII

Eine Vorspannungs-Aufladungswalze kann unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel XII hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass Epichlorhydrin-Kautschuk anstelle der Zwischen-EPDM-Schicht verwendet werden kann. Der Volumen-Widerstand der Epichlorhydrin- Kautschuk-Schicht liegt - so nimmt man an - bei etwa 10&sup8; Ohm-cm. Man nimmt an, dass der Volumen-Widerstand der Außenschicht etwa 10&sup9; Ohm-cm ist.

Beispiel XIV

Eine Einzelschicht-Vorspannungs-Aufladungswalze kann hergestellt werden durch Formen einer Mischung, die aus Viton® GF, Accufluor® 2010, dem Härtungsmittel VC-50, MgO und Ca(OH)&sub2; besteht. Man nimmt an, dass die Dicke der äußeren Schicht aus Accufluor/Viton GF 3 mm auf einem Schaft mit einem Durchmesser von 8 mm (331 mm Länge) ist. Man glaubt, dass der Widerstand des Accufluor/Viton GF-Kautschuks etwa 10&sup6; Ohm-cm ist. Die Wälze kann verwendet werden als Vorspannungs-Aufladungswalze zum Aufladen von Fotorezeptoren in Druckern und Kopierern.

Beispiel XV

Eine Vorspannungs-Aufladungswalze kann unter Verwendung des in Beispiel XII beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass ein leitfähiger Silicon- Kautschuk anstelle der leitfähigen Kautschuk-Zwischenschicht verwendet wird. Die Silicon- Kautschuk-Zwischenschicht kann erhalten werden durch Formen eines elektrisch leitfähigen Silicons wie beispielsweise des Silicons mit der Bezeichnung 1216-06-20, erhalten von der Firma Toshiba Silicones, auf einen Stahl-Schaft (mit einem Durchmesser von ungefähr 8 mm und 320 mm in der Länge). Nach dem Härten (mit 2,5-Dimethyl-2,5-di-t-butylperoxyhexan als Härtungsmittel in einer Menge von etwa 1,5%) war - wie man annahm - die Dicke des Kautschuks 3 mm, und man nahm an, dass der Widerstand des Kautschuks 3 · 10³ Ohm-cm betrug. Man nahm an, dass die Härte etwa 39 Shore A betrug. Eine 50 um Dicke Widerstands-Außenschicht, die aus 7% Accufluor® 2010 in Viton® GF besteht, kann auf die leitfähige Silicon-Zwischenschicht aufgesprüht werden, und zwar in ähnlicher Weise zu dem Fall, der in Beispiel XII beschrieben ist. Der Widerstand der Widerstands-Außenschicht war - wie man annahm - etwa 10&sup9; Ohm-cm. Man ging davon aus, dass eine Vorspannungs- Aufladungswalze, die auf diese Weise hergestellt wird, nützlich zum Laden von Fotorezeptoren in Kopierern und Druckern ist.

Claims

1. Aufladungselement (2) mit Vorspannung, umfassend

(a) einen leitfähigen Kern (4);

(b) eine Vorspann-Einrichtung; und

(c) eine Außenoberflächenschicht (5), die auf dem leitfähigen Kern vorgesehen ist und ein mit fluoriertem Kohlenstoff als Füllstoff versehenes Fluorelastomer umfaßt, worin das Fluorelastomer gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus (a) Copolymeren von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, (b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und (c) Volumen-gepfropften Fluorelastomeren, worin das Aufladungselement mit Vorspannung eine Vorspannung zum Kontaktladen eines zu ladenden Teils aufnehmen kann und worin der fluorierte Kohlenstoff in einer Menge von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% zugegen ist, bezogen auf das Gewicht der Gesamt-Feststoffe.

2. Aufladungselement (2) mit Vorspannung nach Anspruch 1, worin der fluorierte Kohlenstoff einen Fluor-Gehalt von etwa 1 bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-%, und einen Kohlenstoff-Gehalt von etwa 99 bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 90 bis etwa 70 Gew.-%, aufweist.

3. Aufladungselement (2) mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2, worin der fluorierte Kohlenstoff die Formel CFx aufweist und x für die Zahl der Fluor- Atome steht und worin x im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 1,5 liegt, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,04 bis etwa 1,4.

4. Aufladungselement mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin der fluorierte Kohlenstoff einen Fluor-Gehalt von 62 Gew.-% oder 11 Gew.-% oder 28 Gew.-% oder 65 Gew.-% aufweist.

5. Aufladungselement (2) mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Fluorelastomer gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus (a) Copolymeren von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen und (b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen.

6. Aufladungselement (2) mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der leitfähige Kern (4) ein einziges Gleichstrom-Vorspannungspotential besitzt.

7. Aufladungselement (2) mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, welches weiter wenigstens eine Zwischenschicht (6) einschließt, die zwischen dem leitfähigen Kern (4) und der Außenschicht (5) angeordnet ist, worin die Zwischenschicht (6) eine Klebeschicht oder eine Elastomer-Schicht ist.

8. Aufladungselement mit Vorspannung gemäß Anspruch 7, worin die Zwischenschicht eine Elastomer-Schicht ist und ein Elastomer umfaßt, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Silicon-Kautschuken, einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer, einem Epichlorhydrin, einem Styrol-Butadien, einem Fluor-Silicon, einem Polyurethan und Copolymeren daraus.

9. Aufladungselement mit Vorspannung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin der leitfähige Kern (4) in Form einer festen zylindrischen Welle vorliegt, die eine Verbindung umfaßt, die gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Aluminium und nicht- rostendem Stahl.