DE69723376T2

DE69723376T2 - Schnellaufheizende Schmelzfixiersystemteile

Info

Publication number: DE69723376T2
Application number: DE69723376T
Authority: DE
Inventors: Kock-Yee Law; Ihor W. Tarnawskyj; Joseph Mammino; Kathleen M. Mcgrane; Martin A. Abkowitz; Robert M. Ferguson; Jr. Frederick E. Knier
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: EP0827044B1; US5837340A; JPH1091027A; DE69723376D1; JP4021973B2; BR9704567A; EP0827044A1; MX9704942A

Description

In einer typischen elektrostatographischen Wiedergabevorrichtung wird ein helles zu kopierendes Bild eines Originals in der Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf ein photosensitives Bauteil aufgenommen und das latente Bild nachfolgend durch die Anwendung von elektroskopischen thermoplastischen Harzpartikeln, welche üblicherweise als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Das sichtbare Toner-Bild befindet sich dann in einer lose gepulverten Form und kann leicht gestört oder zerstört werden. Das Toner-Bild wird noramalerweise auf einem Träger fixiert oder geschmolzen, welcher entweder das photosensitive Bauteil selbst oder eine andere Trägerplatte wie blankes Papier sein kann.
Die Verwendung von thermischer Energie zur Fixierung der Toner-Bilder auf einem Träger-Bauteil ist gut bekannt. Um ein elektroskopisches Toner-Material permanent mittels Hitze auf eine Trägeroberfläche aufzuschmelzen, ist es normalerweise notwendig, die Temperatur des Toner-Materials auf einen Punkt anzuheben, an dem die Bestandteile des Toner-Materials koaleszieren und klebrig werden. Dieses Erhitzen bewirkt, dass der Toner in gewissem Maße in die Fasern oder Poren des Träger-Bauteils fließt. Danach, wenn das Toner-Material abkühlt, bewirkt die Verfestigung des Toner-Materials, dass das Toner-Material fest an den Träger gebunden ist.
Typischerweise werden die thermoplastischen Harzpartikel mittels Erhitzen auf eine Temperatur zwischen etwa 90°C und etwa 200°C oder höher auf das Substrat geschmolzen, abhängig vom Erweichungsintervall des in dem Toner verwendeten speziellen Harzes. Es ist jedoch nicht wünschenswert, die Temperatur des Substrates auf wesentlich höher als etwa 250°C anzuheben, aufgrund der Tendenz des Substrates bei solch hohen Temperaturen zu verfärben oder zu entflammen, insbesondere wenn das Substrat Papier ist.
Mehrere Ansätze wurden im Hinblick auf thermisches Schmelzen von elektroskopischen Toner-Bildern beschrieben. Diese Verfahren schließen die Bereitstellung der im wesentlichen zusammenwirkenden Anwendung von Hitze und Druck durch verschiedene Mittel ein, ein Walzenpaar, bei dem ein Druckkontakt aufrecht erhalten wird, ein Riemenelement in Druckkontakt mit einer Walze, ein Riemenelement in Druckkontakt mit einem Heizelement u. ä.. Die Anwendung von Hitze kann durch Aufheizen einer/eines der oder beider Walzen, Plattenelemente oder Riemenelemente erfolgen. Das Verschmelzen der Tonerpartikel findet statt, wenn für die geeignete Kombination von Hitze, Druck und Kontaktzeit gesorgt wird. Das Ausgleichen dieser Parameter ist aus dem Stand der Technik gut bekannt, um das Verschmelzen der Tonerpartikel zu bewirken, und kann zur Anpassung an bestimmte Maschinen oder Verfahrensbedingungen angeglichen werden.
Solche mittels Hitze fixierenden Vorrichtungen weisen jedoch aufgrund der langen Aufwärmzeit, die erforderlich ist bevor der Heizkörper auf eine spezielle Temperatur aufgewärmt ist, Probleme auf. In einigen Maschinen befindet sich das Schmelzfixierelement zu 90 bis 100% der Zeit, in der die Maschine in Betrieb ist, im Heizmodus. Da der Schmelzfixierer die ganze Zeit erhitzt wird, besteht eine gesteigerte Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung und mechanischer Probleme, die aus der Überhitzung des Schmelzfixierelementes oder dessen Zusammenbruch aufgrund Überbeanspruchung resultieren.
Darüber hinaus wird, wenn das Schmelzfixierelement sich dauernd im erhitzten Zustand befindet, viel Energie verschwendet.
Ein bevorzugtes Schmelzfixiersystem zum Kopieren und Drucken stellt die Verwendung eines „schnell aufheizenden" Schmelzfixiersystems dar, wobei das Bild auf einem Kopiersubstrat durch Positionierung des Papiers durch einen Walzenspalt zwischen einer Schmelzfixierwalze und einer Druckwalze geschmolzen wird, wobei die Schmelzfixierwalze und/oder die Druckwalze ein Hochtemperatur-Kunststoff-Kernsubstrat, eine Hitze erzeugende Schicht und eine Toner-Trennschicht (oder Hitze transportierende Schicht) umfassen. Der Schmelzfixierer wandelt elektrische Energie direkt in thermische Energie um, und ist daher wesentlich Energie-effizienter. Das schnell aufheizende Schmelzfixierelement ist dann vorteilhaft, dass die Aufwärmzeitraum verringert ist, da das Heizgerät schnell reagiert. Darüber hinaus erlaubt das schnell aufheizende Schmelzfixierelement eine Reduktion des Energieverbrauchs, da das Heizgerät ausgeschaltet ist, wenn die Maschine nicht kopiert.
Schnell aufheizende Schmelzfixiersysteme wie oben dargelegt sind bekannt und beispielsweise in U.S. Patent 5,087,946 offenbart. Diese Referenz offenbart ein schnell aufheizendes Schmelzfixiersystem, welches eine Schmelzfixierwalze mit einem hohlen, einen leitfähigen Fasertüllstoff und eine relativ dünne Wand aufweisenden Kunststoffzy linder einschließt, eine in ineinandergreifendem Verhältnis angeordnete Rückstauwalze und ein innerhalb der Schmelzfixierwalze angeordnetes Hitzeelement.
U.S. Patent 5,084,738 offenbart die Verwendung einer ohmschen Heizschicht mit einem Widerstand, der von 20 bis 2000 Ohm-cm reicht, in einer Schmelzfixiervorrichtung. Der Widerstand der Schicht wird erzielt durch Zugabe eines leitfähigen Kohlenstofffüllstoffes in eine Polymerschicht.
Es besteht ein besonderer Bedarf an einem Schmelzfixiersystemteil, welches schnell aufzuheizen ist und welches eine verringerte Verwendung von Energie berücksichtigt. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an einer Schmelzfixierelementoberfläche, welche eine konstante Leitfähigkeit im gewünschten Widerstandsbereich aufweist und in welcher das Forrnanpassungsvermögen und die Eigenschaften einer geringen Oberflächenenergie der Trennschicht nicht beeinflusst werden. Des weiteren besteht ein Bedarf an einem Schmelzfixiersystem, welches gute Trenneigenschaften und eine Abnahme des Auftretens von Heißversatz bereitstellt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Schmelzfixierelement bereitgestellt, umfassend: ein Schmelzfixierelement umfassend: a) ein Kunststoff Substrat; b) eine Hitze erzeugende Schicht, die auf besagtem Substrat aufgebracht ist, wobei besagte Hitze erzeugende Schicht ein mit fluoriertem Kohlenstoff gefülltes Fluorelastomerumfasst; und c) eine Toner-Trennschicht, die auf besagter Hitze erzeugender Schicht aufgebracht ist.
Bei einem bevorzugtem Erscheinungsbild wird ein Schmelzfixierelement bereitgestellt, umfassend: a) ein zylindrisches Kunststoffwalzensubstrat; b) eine Hitze erzeugende Schicht, aufgebracht auf besagtem Walzensubstrat, wobei besagte Hitze erzeugende Schicht einen fluorierten Kohlenstoff und ein mit Silber gefülltes Fluorelastomer umfasst; und c) eine Toner-Trennschicht, die auf besagter Hitze erzeugender Schicht aufgebracht ist. Vorzugsweise weist besagte Hitze erzeugende Schicht einen Widerstand von etwa 5 bis 100 Ohm auf.
Die hierin bereitgestellten Schmelzfixierelemente, deren Ausführungsformen hierin weiter beschrieben sind, ermöglichen die Kontrolle des gewünschten Widerstandes, berücksichtigen einheitliche elektrische Eigenschaften, berücksichtigen konstantere mechanische Eigenschaften, weisen verbesserte Unempfindlichkeiten gegenüber Änderungen der Umgebung oder mechanischen Änderungen auf, besitzen eine schnelle Aufwärmzeit, verringern den Energieverbrauch und verringern die Kontamination anderer xerographischer Komponenten wie Photoleitern.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die begleitende Zeichnung verwiesen.
1 stellt eine Illustration einer bevorzugten Ausführungsform eines hierin beschriebenen Schmelzfixierelementes dar.
Die vorliegende Erfindung betrifft Schmelzfixierelemente umfassende Schmelzfixiersysteme, welche sich hierin, in Ausführungsformen, beziehen auf eine Schmelzfixierwalze, Donatorwalze oder Druckwalze, welche eine inneres Hochtemperatur-Kunststoffsubstrat aufweisen, und welche darauf aufgebracht eine Wärme erzeugende Schicht besitzen, und welche auf deren äußerer Oberfläche eine Toner-Trennschicht aufweisen. Eine Druckwalze oder ein Druckriemen wird im Zusammenhang mit der Schmelzfixierwalze verwendet und das obenauf Toner aufweisende Kopiersubstrat wird mit dem zwischen der Druckwalze oder dem Druckriemen und der Schmelzfixierwalze befindlichen Walzenspalt in Kontakt gebracht. Im Allgemeinen ist die Konstruktion des schnell aufheizenden Schmelzfixierers, wie in dem U.S. Patent 5,087,946 dargelegt, bekannt.
Bezug nehmend auf 1, ist darin in Form eines Beispiels ein bevorzugtes Schmelzfixierelement 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Schmelzfixierelement umfasst einen hohlen zylindrischen Plastikkern 2, umfassend einen Hochtemperatur-Kunststoff, und darüber eine Hitze erzeugende Schicht 3, umfassend ein mit einem fluorierten Kohlenstoff gefülltes Fluorelastomer, welches wahlweise mit einem leitfähigen Füllstoff gefüllt ist, und darauf als die äußere Schicht des Schmelzfixierelementes, eine Toner-Trennschicht (oder Wärme transportierende Schicht) 4, welche ein Fluorelastomer oder ein Silicon-Material oder ein anderes Polymermaterial umfassen kann und wahlweise mit einem thermisch leitfähigen Füllstoff gefüllt ist. Optionale zusätzliche Zwischenschichten und/oder Haftschichten können zwischen dem inneren Kunststoffkern 2 und der Hitze erzeugenden Schicht 3 und/oder zwischen der Hitze erzeugenden Schicht 3 und der äußeren Toner-Trennschicht 4 vorliegen.
Die Schmelzfixiersystemteile hierin enthalten Wärme erzeugende Schichten, welche mit fluoriertem Kohlenstoff gefüllte Fluorelastomere umfassen. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform werden in die Hitze erzeugende Schicht Silberpulver gegeben, um die Schicht als einen ohmschen Heizkörper ausreichend leitfähig zu machen. Die Verwendung eines fluorierten Kohlenstoffs stabilisiert die Beschichtungsdispersion und verstärkt ebenfalls die Einheitlichkeit der gefüllten Schicht. Es wird angenommen, dass der fluorierte Kohlenstoff mit dem Fluorelastomer bei Aushärten der beschichteten, Wärme erzeugenden Schicht vernetzt.
Fluorierter Kohlenstoff, der manchmal als Graphitfluorid oder Kohlenstofffluorid bezeichnet wird, stellt ein aus der Fluorierung von Kohlenstoff mit elementarem Fluor resultierendes festes Material dar. Die Anzahl der Fluor-Atome pro Kohlenstoffatom kann in Abhängigkeit der Fluorierungsbedingungen variieren. Die variable Fluoratom zu Kohlenstoffatom-Stöchiometrie des fluorierten Kohlenstoffs erlaubt eine systemische, einheitliche Variation seiner elektrischen Widerstandseigenschaften. Ein kontrollierter und spezifischer Widerstand stellt ein in hohem Maße wünschenswertes Charakteristikum für eine äußere Oberfläche eines Schmelzfixiersystemteils dar.
Fluorierer Kohlenstoff, wie hierin verwendet, stellt eine spezifische Klasse von Zusammensetrungen dar, welche durch die chemische Addition von Fluor an eine oder mehrere der vielen Formen des festen Kohlenstoffs hergestellt wird. Darüber hinaus kann die Menge an Fluor variiert werden, um einen spezifischen, gewünschten Widerstand zu erzeugen. Fluorkohlenstoffe stellen entweder aliphatische oder aromatische organische Verbindungen dar, in denen ein oder mehrere Fluoratome an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen gebunden sind, um gut definierte Verbindungen mit einem einzigen scharten Schmelzpunkt oder Siedepunkt zu bilden. Bei Fluorpolymeren handelt es sich um einzelne, identische, verbundene Moleküle, welche durch kovalente Bindungen aneinander gebundene lange Ketten umfassen. Außerdem sind Fluorelastomere eine spezielle Art eines Fluorpolymers. Daher ist es trotr einiger offensichtlicher Verwirrung im Stand der Technik offensichtlich, dass fluorierter Kohlenstoff weder ein Fluorkohlenstoft noch ein Fluorpolymer ist, und der Ausdruck wird hierin in diesem Zusammenhang verwendet.
Das fluorierte Kohlenstoffmaterial kann die hierin beschriebenen fluorierten Kohlenstoffmaterialien einschließen. Die Vertahren zur Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff sind gut bekannt und in der Literatur dokumentiert; so wie 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 durch Erhitzen einer Kohlenstoffquelle wie amorpher Kohlenstoff, Koks, Holzkohle, Ruß oder Graphit mit elementarem Fluor bei erhöhten Temperaturen, wie 150°–600°C hergestellt. Ein Verdünnungsmittel wie Stickstoff wird vorzugsweise mit dem Fluor vermischt. Die Natur und Eigenschaften des fluorierten Kohlenstoffs variieren mit der speziellen Kohlenstoffquelle, den Reaktionsbedingungen und mit dem im Endprodukt erhaltenen Grad an Fluorierung. Der Grad an Fluorierung im Endprodukt kann durch Änderung der Reaktionsbedingungen des Vertahrens, hauptsächlich Temperatur und Zeit, variiert werden. Im Allgemeinen ist der Fluorgehalt umso höher, je höher die Temperatur und je länger die Zeit.
Fluorierter Kohlenstoff verschiedener Kohlenstoffquellen und mit verschiedenen Fluorgehalten ist aus mehreren Quellen käuflich erhältlich. Bevorzugte Kohlenstoftquellen stellen Ruß, kristallines Graphit und Petrolkoks dar. Eine Form von fluoriertem Kohlenstoff, welche zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Erfindung geeignet ist, ist Polycarbonmonofluorid, welches üblicherweise in der Kurzform als CF_x geschrieben wird, wobei x die Anzahl der Fluoratome repräsentiert und im Allgemeinen bis zu etwa 1,5 reicht, vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 1,5, und besonders bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 1,4. Die Formel CF_x weist eine in Schichten aufgebaute Struktur auf, die aus Schichten von annellierten Kohlenstoff-Sechsringen mit an den Kohlenstoffen gebundenen und oberhalb und unterhalb der Ebene der Kohlenstoffe liegenden Fluoratomen aufgebaut ist. Die Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff vom CF_x-Typ ist beispielsweise in den oben aufgeführten U.S. Patenten 2,786,874 und 3,925,492 beschrieben. Im Allgemeinen beruht die Bildung dieses Typs von fluoriertem Kohlenstoff auf der katalytischen Reaktion von elementarem Kohlenstoff mit F₂. Dieser Typ von fluoriertem Kohlenstoff ist käuflich erhältlich von vielen Händlern, einschließlich Allied Signal, Morristown, New Jersey; Central Glass International, Inc., White Plains, New York; Diakin Industries, Inc., New York, New York; und Advance Research Chemicals, Inc., Catoosa, Oklahoma.
Eine weitere Form von fluoriertem Kohlenstoff, der zur Verwendung gemäß der Erfindung geeignet ist, ist diejenige, die von Nobuatsu Watanabe als Poly(dicarbonmonofluorid) postuliert wurde und üblicherweise in der Kurzform als (C₂F)_n geschrieben wird. Die Herstellung von fluoriertem Kohlenstoff des (C₂F)_n-Typs ist beispielsweise in dem oben aufgeführten U.S. Patent Nr. 4,247,608 und ebenfalls in Watanabe et al., „Preparation of Poly(dicarbonmonofluoride) from Petroleum Coke", Bull. Chem. Soc. Japan, 55, 3197–3199 (1982) beschrieben.
Des weiteren schließen ausgewählte bevorzugte fluorierte Kohlenstoffe die im U.S. Patent 4,524,119 beschriebenen ein, sowie jene, die den Markennamen Accufluor^® (Accufluor^® ist eine eingetragene Marke der Allied Signal, Monistown, New Jersey), beispielsweise Accufluor^® 2028, Accufluor^® 2065, Accufluor^® 1000 und Accufluor^® 2010 aufweisen. Accufluor^® 2028 und Accufluor^® 2010 besitzen einen Fluorgehalt von 28 bzw. 11 Prozent. Accufluor^® 1000 und Accufluor^® 2065 haben einen Fluorgehalt von 62 bzw. 65 Prozent. Auch enthält Accufluor^® 1000 Kohlenstoff-haltigen Koks, während Accufluor^® 2065, 2028 und 2010 alle leitfähigen Ruß enthalten. Diese fluorierten Kohlenstoffe weisen die Formel CF_x auf und werden durch die Reaktion von C + F₂ = CF_x gebildet.
Das folgende Diagramm zeigt einige Eigenschaften von vier bevorzugten fluorierten Kohlenstoffen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
Die Menge an fluoriertem Kohlenstoff in der Hitze erzeugenden Schicht beträgt von etwa 1 bis etwa 50 Gewichtsprozent bezogen auf den Gesamtfeststoftgehalt, und vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtfeststoftgewicht. Diese Menge stellt die Menge dar, die einen Walzenwiderstand der Hitze erzeugenden Schicht von etwa 2 Ohm bis etwa 500 Ohm bevorzugt von etwa 5 Ohm bis etwa 100 Ohm und besonders bevorzugt von etwa 15 Ohm bis etwa 25 Ohm zur Verfügung stellt. Außerdem, und in bevorzugten Ausführungsformen, können zusätzlich zum fluorierten Kohlenstoff andere leitfähige Zusätze verwendet werden, um einen bestimmten Wider stand in der Hitze erzeugenden Schicht zu erhalten. Darüber hinaus können diese Zusätze auch in der Toner-Trennschicht vorliegen, obwohl fluorierter Kohlenstoff zur Verwendung in der Toner-Trennschicht nicht geeignet sein kann. Beispiele geeigneter leitfähiger Zusätze schließen Ruß und Graphit; Metallfasern und Metallpulverpartikel wie Silber, Nickel, Aluminium u. ä.; Metalloxide wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinnoxid, Titanoxid, Eisenoxid u. ä.; zusammen mit anderen bekannten leitfähigen Keramikpulvern ein. Es ist bevorzugt zu dem fluorierten Kohlenstoff in der Hitze erzeugenden Schicht ein Metall wie Silber hinzuzufügen. Der gewünschte spezifische Widerstand kann durch die Verwendung der speziellen Menge an Silber und fluoriertem Kohlenstoff in der Hitze erzeugenden Schicht gestaltet werden. Diese Zusätze können in der Hitze erzeugenden Schicht in einer Menge von etwa 10 bis etwa 80 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamffeststoffgewicht, und vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 70 Gewichtsprozent, vorliegen. Alternativ können in der Toner-Trennschicht thermisch leitfähige Zusätze in einer Menge von etwa 3 bis etwa 40 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtfeststoffe, und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent, vorliegen.
Beispiele der Hitze erzeugenden Schichten oder Toner-Trennschichten der schnell aufheizenden Schmelzfixiersystemteile schließen Elastomere wie Fluorelastomere ein. Insbesondere sind geeignete Fluorelastomere solche, die detailliert in den U.S. Patenten 5,166,031, 5,281,506, 5,366,722 und 5,370,931 zusammen mit den U.S. Patenten 4,257,699, 5,017,432 und 5,061,965 beschrieben sind. Wie darin beschrieben sind diese Fluorelastomere, insbesondere von der Klasse der Copolymere und Terpolymere von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, gewerblich unter verschiedenen Bezeichnungen wie VITON A^®, VITON E^®, VITON E60C^®, VITON E430^®, VITON 910^®, VITON GH^® und VITON GF^® bekannt. Bei der VITON^® Bezeichnung handelt es sich um eine Marke von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Andere käuflich erwerbliche Materialien schließen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^® ein, wobei FLUOREL^® eine Marke der 3M Company ist. Außerdem schließen käuflich erhältliche Materialien AFLAS^TM, ein Poly(propylen-tetrafluorethylen), und FLUOREL II^® (LII900), ein Poly(propylentetrafluorethylenvinylidenfluorid), beide ebenfalls erhältlich von 3M Company, sowie die Tecnoflone, die als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^®, FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, TN505^® identifiziert und von Montedison Specialty Chemical Company erhältlich sind. Andere Polymere, die als Hitze erzeugende und Toner-Trennschichten in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Siliconkautschuk, Fluorsilicon u. ä. zusammen mit Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertem Ethylenpropylencopolymer (FEP), Polyfluoral koxypolytetrafluorethylen (PFA Teflon) u. ä. ein. Diese Polymere können zusammen mit Klebstoffen ebenfalls als Zwischenschichten einbezogen werden.
Für die Hitze erzeugende Schicht und die Toner-Trennschichten der schnell aufheizenden Schmelzfixiersystemteile geeignete bevorzugte Polymere schließen Elastomere ein, insbesondere Fluorelastomere, wie Fluorelastomere von auf Vinylidenfluorid basierenden Fluorelastomeren, welche Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen als Comonomere enthalten. Zwei bevorzugte bekannte Fluorelastomere sind (1) eine Klasse von Copolymeren von Vnylidenfluorid und Hexafluorpropylen, kommerziell als VITON A^® bekannt, und (2) eine Klasse von Terpolymeren von Vnylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, kommerziell als VITON B^®. Bei VITON A^® und VITON B^® und anderen VITON^® Bezeichnungen handelt es sich um Marken von E.I. DuPont de Nemours and Company. Andere kommerziell erhältliche Materialien schließen FLUOREL TM von 3M Company, VITON GN^®, VITON E60C^®, VITON B 910^® und VITON E 430^® ein.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Fluorelastomer um eines mit einer relativ geringen Menge an Vnylidenfluorid, wie in VITON GF^®, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Das VITON GF^® weist 35 Molprozent Vnylidenfluorid auf, 34 Molprozent Hexafluorpropylen und 29 Molprozent Tetrafluorethylen mit 2 Prozent Monomer mit Vernetzungsstellen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Hitze erzeugende Schicht ein Fluorelastomer wie ein VITON Fluorpolymer dar, und bei der Toner-Trennschicht handelt es sich um eine Siliconschicht oder ein Fluorelastomer wie PFA oder PTFE. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hitze erzeugende Schicht ein mit fluoriertem Kohlenstoff gefülltes VITON Fluorelastomer oder ein Volumen-gepfropftes Fluorelastomer mit Silber als ein Zusatz, und die Toner-Trennschicht ist eine Silicon-Schicht oder eine Fluorpolymer-Schicht wie PFA oder PTFE, oder ein Volumen gepfropftes Fluorelastomer, und eine derartige Toner-Trennschicht schließt einen thermisch leitfähigen Füllstoff wie Ruß, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Graphit, Siliconcarbid und Aluminiumnitrid ein.
Beispiele von Elastomeren, die zur Verwendung hierin als die Hitze erzeugende Schicht und die Toner-Trennschichten geeignet sind, schließen ebenfalls Elastomere des obigen Typs, zusammen mit Volumen gepfropften Elastomeren ein. Bei Volumen-gepfropften Elastomeren handelt es sich um eine spezielle Form eines Hydrofluorelastomeren, und sie stellen im Wesentlichen einheitliche, integrale, durchdringende Netzwerke einer Hybrid-Zusammensetzung eines Fluorelastomers und eines Polyorganosiloxanes dar, wobei der Volumen-Pfropf durch Dehydrofluorierung des Fluorelastomers mittels nucleophiler Dehydrofluorierungsmittel, gefolgt von Additionspolymerisation mittels Zugabe eines Polyorganosiloxans mit endständiger Alken- oder Alkinfunktionalität sowie eines Polymerisationsinitiators gebildet wird. Beispiele spezieller Volumen-gepfropfter Elastomere sind in U.S. Patent 5,166,031; U.S. Patent 5,281,506; U.S. Patent 5,366,772 und U.S. Patent 5,370,931 offenbart.
In den Ausführungsformen bezieht sich Volumen-Pfropf auf ein im Wesentlichen einheitliches, integrales, durchdringendes Netzwerk einer Hybrid-Zusammensetzung, worin sowohl die Struktur als auch die Zusammensetzung des Fluorelastomers und des Polyorganosiloxans, wenn sie durch verschieden Scheiben des Schmelzfixierelementes angezogen werden, im Wesentlichen einheitlich sind. Ein Volumen-gepfropftes Elastomer stellt eine durch Dehydrofluorierung eines Fluorelastomers mittels eines nucleophilen Dehydrofluorierungsmittels gefolgt von Additionspolymerisation mittels der Zugabe eines Polyorganosiloxans mit endständiger Alken- oder Alkin-Funktionalität gebildete Hybrid-Zusammensetzung eines Fluorelastomers und eines Polyorganosiloxans dar.
In den Ausführungsformen bezieht sich das durchdringende Netzwerk auf die Additionspolymerisationsmatrix, in der die Fluorelastomer- und Polyorganosiloxanpolymer-Stränge ineinander verzwirnt sind.
In den Ausführungsformen bezieht sich die Hybrid-Zusammensetzung auf eine Volumengepfropfte Zusammensetzung, welche zufällig angeordnete Fluorelastomer- und Polyorganosiloxanblöcke umfasst.
Im Allgemeinen erfolgt das Volumen-Pfropfen gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei Schritten, wobei der erste Schritt auf der Dehydrofluorierung des Fluorelastomers beruht, bevorzugt unter Verwendung eines Amins. Während dieses Schrittes wird Fluorwasserstoffsäure eliminiert, was nicht gesättigte Stellen im Fluorelastomer, Kohlenstoff Kohlenstoff-Doppelbindungen, erzeugt. Der zweite Schritt stellt die mittels freiem Radikal-Peroxid induzierte Additionspolymerisation des endständiges Alken oder Alkin aufweisenden Polyorganosiloxans mit den Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen des Fluorelastomers dar. In den Ausführungsformen kann Kupferoxid zu einer das gepfropfte Copolymer enthaltenden Lösung zugegeben werden. Die Dispersion wird dann auf dem Schmelzfixierelement oder der leitfähigen Filmoberfläche aufgebracht.
In den Ausführungsformen weist das Polyorganosiloxan mit der Funktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung die folgende Formel auf:

wobei R ein Alkyl aus etwa 1 bis etwa 24 Kohlenstoffen, oder ein Alkenyl aus etwa 2 bis etwa 24 Kohlenstoffen oder ein substituiertes oder unsubstituiertes Aryl aus etwa 4 bis etwa 18 Kohlenstoffen ist; A ein Aryl aus etwa 6 bis etwa 24 Kohlenstoffen, ein substituiertes oder unsubstituiertes Alken aus etwa 2 bis etwa 8 Kohlenstoffen, oder ein substituiertes oder unsubstituiertes Alkin aus etwa 2 bis etwa 8 Kohlenstoffen darstellt; und n von etwa 2 bis etwa 400 reicht, und in den Ausführungsformen bevorzugt von etwa 10 bis etwa 200.
In bevorzugten Ausführungsformen stellt R ein Alkyl, Alkenyl oder Aryl dar, wobei das Alkyl etwa 1 bis etwa 24 Kohlenstoffe, bevorzugt etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffe, aufweist; das Alkenyl etwa 2 bis etwa 24 Kohlenstoffe, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 12 Kohlenstoffe, besitzt; und das Aryl etwa 6 bis etwa 24 Kohlenstoffatome, bevorzugt etwa 6 bis etwa 18 Kohlenstoffe, hat. R kann eine substituierte Arylgruppe sein, wobei das Aryl substituiert sein kann mit Amino, Hydroxy, Mercapto oder substituiert sein kann mit einem Alkyl, das beispielsweise etwa 1 bis 24 Kohlenstoffe und bevorzugt etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffe aufweist, oder substituiert sein kann mit einem Alkenyl mit beispielsweise etwa 2 bis etwa 24 Kohlenstoffen, und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 12 Kohlenstoffen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R unabhängig ausgewählt aus Methyl, Ethyl und Phenyl. Die funktionelle Gruppe A kann eine Alken- oder Alkin-Gruppe sein, mit etwa 2 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt etwa 2 bis etwa 4 Kohlenstoffen, wahlweise substituiert mit einem Alkyl, welches beispielsweise etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffe, und vorzugsweise etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffe aufweist, oder eine Aryl-Gruppe mit beispielsweise etwa 6 bis etwa 24 Kohlenstoffen, und bevorzugt etwa 6 bis etwa 18 Kohlenstoffen. Bei der funktionellen Gruppe A kann es sich auch um ein Mono-, Di- oder Trialkoxysilan mit etwa 1 bis etwa 10, und vorzugsweise etwa 1 bis etwa 6, Kohlenstoffen in jeder Alkoxygruppe, Hydroxy oder Halogen handeln. Bevorzugte Alkoxygruppen schließen Methoxy, Ethoxy u. ä. ein. Bevorzugte Halogene schließen Chlor, Brom und Fluor ein. A kann ebenfalls ein Alkin aus etwa 2 bis etwa 8 Kohlenstoffen, wahlweise substituiert mit einem Alkyl aus etwa 1 bis etwa 24 Kohlenstoffen oder einem Arzl aus etwa 6 bis etwa 24 Kohlenstoffen sein. Die Gruppe n reicht von etwa 2 bis etwa 400, und in den Ausführungsformen von etwa 2 bis 350, und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 100. Darüber hinaus reicht n in einer bevorzugten Ausführungsform von etwa 60 bis etwa 80, um eine ausreichende Anzahl an reaktiven Gruppen zum Pfropfen auf das Fluorelastomer bereitzustellen. In der obigen Fonnel schließen typische R Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Octyl, Vinyl, allylisches Crotonyl, Phenyl, Naphthyl und Phenanthryl ein, und typische substituierte Arylgruppen sind in ortho-, meta- und para-Positionen mit niederen Alkylgruppen, die etwa 1 bis etwa 15 Kohlenstoffatome aufweisen, substituiert. Typische Alken- und Alkin-funktionelle Gruppen schließen Vinyl, Acrylstoffe, Croton und Acetenyl ein, welche typischerweise mit Methyl-, Propyl-, Butyl-, Benzyl-, und Tolyl-Gruppen substituiert sind.
Die Menge an Fluorelastomer oder Siliconelastomer, die verwendet wird, um die Hitze erzeugende Schicht oder die Toner Trennschicht der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, hängt von der erforderlichen Menge zur Bildung der gewünschten Dicke der Schicht oder Schichten des Oberflächenmaterials ab. Insbesondere wird das Fluorelastomer oder Siliconelastomer in einer Menge von etwa 60 bis etwa 99 Prozent, vorzugsweise etwa 70 bis etwa 99 Gewichtsprozent, zugegeben.
Jedes zur Lösung eines Fluorelastomers geeignete bekannte Lösungsmittel kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiele geeigneter Lösungsmitel für die vorliegende Erfindung schließen Methyethylketon, Methylisobutylketon, Diethylketon, Cyclohexanon, n-Butylacetat, Amylacetat u. ä. ein. Insbesondere wird das Lösungsmittel in einer Menge von etwa 25 bis etwa 99 Prozent, vorzugsweise von etwa 70 bis etwa 95 Prozent, zugegeben.
Das Dehydrofluorierungsmittel, welches das Fluorelastomer unter Ausbildung einer ungesättigten Stelle angreift, ist ausgewählt aus basischen Metalloxiden wie MgO, CaO, Ca(OH)₂ u. ä. sowie stark nucleophilen Mitteln wie primäre, sekundären und tertiären, aliphatischen und aromatischen Aminen, wobei die aliphatischen und aromatischen Amine etwa 2 bis etwa 15 Kohlenstoffatome aufweisen. Ebenfalls sind aliphatische und aromatische Diamine und Triamine mit etwa 2 bis etwa 15 Kohlenstoffatomen eingeschlossen, wobei die aromatischen Gruppen Benzol, Toluol, Naphthalin, Anthracen u. ä. sein können. Für die aromatischen Diamine und Triamine ist es generell bevorzugt, dass die aromatische Gruppe in den ortho-, meta- und para-Positionen substituiert ist. Typische Substituenten schließen niedere Alkylamino-Gruppen wie Ethylamino, Propylamino und Butylamino ein, wobei Propylamino bevorzugt ist. Bei den besonders bevorzugten Vernetzungsmitteln handelt es sich um die nucleophilen Vernetzungsmittel wie VITON CURATIVE VC-50^®, welches einen Beschleuniger (wie ein quartäres Phosphoniumsalz oder Salze wie VC-20) und ein Vernetzungsmittel (Bisphenol AF oder VC-30) enthält, DIAK 1 (Hexamethylendiamincarbamat) und DIAK 3 (N,N'-Dicinnamyliden-1,6 hexandiamin). Das Dehydrofluorierungsmittel wird in einer Menge von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent, und vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 10 Gewichtsprozent, zugegeben.
Das Substrat für das schnell aufheizende Schmelzfixierelement und für andere Elemente des Schmelzfixiersystems, einschließlich Schmelzfixierwalzen, -riemen und -folien; Druckwalzen, -riemen und -folien; und Donatorwalzen, -riemen und -folien, kann gemäß der vorliegenden Erfindung aus jedwedem geeigneten Material bestehen: Typischerweise ist es eine Walze und weist die Form einer hohlen, zylindrische Röhre aus bestimmten Kunststoffen auf, welche derart ausgewählt sind, dass Stegkeit, strukturelle Integrität und hohe Hitzebeständigkeit aufrechterhalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat einen hohlen, zylindrischen Kunststoffkern auf. Der Kunststoff muss geeignet sein, um eine hohe Betriebstemperatur zu erlauben (d. h. größer als etwa 180, vorzugsweise größer als 200°C), in der Lage sein, eine hohe mechanische Festigkeit aufzuweisen, Hitze-isolierende Eigenschaften bereitstellen (dieses verbessert wiederum die thermische EfFzienz des vorgeschlagenen Schmelzfixiersystems) und isolierende elektrische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Kunststoff eine flexible Festigkeit von etwa 1,4 × 10¹⁰ bis etwa 2,1 × 10¹⁰ Pa (2.000.000 bis etwa 3.000.000 psi) und ein Biegemodul von etwa 1,7 × 10⁸ bis etwa 3,7 × 10⁸ Pa (25.000 bis etwa 55.000 psi) besitzt. Kunststoffe, welche die obigen Merkmale aufweisen und welche für die Verwendung als Substrat für die schnell aufheizenden Schmelzfixierelemente geeignet sind, schließen ein: Ultem^® erhältlich von General Electric, Ultrapek^® erhältlich von BASF, PPS (Polyphenylensulfid), verkauft unter den Markennamen Fortron^®, erhältlich von Hoechst Celanese, Ryton R-4^® erhältlich von Philips Petroleum und Supec^® erhältlich von General Electric; PAI (Polyamidimid), verkauft unter dem Markennamen Torlon^® 7130, erhältlich von Amoco; Polyke ton (PK), verkauft unter dem Markennamen Kadel^® E1230 erhältlich von Amoco; PI (Polyimid); PEEK (Polyetheretherketon), verkauft unter dem Markennamen PEEK 450GL30 von Victrex; Polyphthalamid, verkauft unter dem Markennamen Amodel^® erhältlich von Amoco; PES (Polyethersulfon); PEI (Polyetherimid); PAEK (Polyaryletherketon); PBA (Polyparabansäure); Siliconharz; oder fluoriertes Harz wie PTFE (Polytetrafluorethylen); PFA (Perfluoralkoxy); FEP (fluoriertes Ethylenpropylen); flüsig kristallines Harz (Xydar^®) erhältlich von Amoco oder deren Mischungen. Diese Kunststoffe können mit Glas oder anderen Mineralien gefüllt sein, um ihre mechanische Festigkeit ohne Änderung ihrer thermischen Eigenschaften zu erhöhen. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Kunststoffkern einen Hochtemperatur-Kunststoff mit überlegener mechanischer Festigkeit wie Polyphenylensulfid, Polyamidimid, Polyimid, Polyketon, Polyphthalamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Polyparabansäure.
Die Verwendung eines Kunststoffkerns wie oben dargelegt in Schmelzfixierelementen hierin ermöglicht die Herstellung eines billigen Schmelzfixiersystemteils mit geringem Gewicht. Darüber hinaus hilft der Hochtemperatur-Kunststoff, ein schnelles Aufwärmen zu ermöglichen, und ist daher deutlich Energie-effizienter als andere bekannte Schmelzfixierelemente. Da der Kern des Schmelzfixierelementes Kunststoff umfasst, gibt es zudem eine tatsächliche Wahrscheinlichkeit, dass derartige Schmelzfixierelemente recycled werden können. Darüber hinaus berücksichtigen diese Kerne eine hohe thermische Effizienz durch Bereitstellung einer überlegenen Isolierung.
Wahlweise können Zwischenhaftschichten und/oder lastomerschichten aufgebracht werden, um gewünschte Eigenschaften und Leistungsziele des vorliegenden leitfähigen Films zu erzielen. Eine Zwischenhaftschicht kann beispielsweise ausgewählt werden aus Epoxyharzen und Polysiloxanen. Patentrechtlich geschützte Materialien wie THIXON 403/404, Union Carbide A-1100, Dow TACTIX 740, Dow TACTIX 741 und Dow TACTIX 742 stellen bevorzugte Haftmittel dar. Ein besonders bevorzugtes Vernetzungsmittel für die zuvor genannten Haftmittel stellt Dow H41 dar.
Es kann ebenfalls eine Haftschicht zwischen dem Substrat und der Hitze erzeugenden Schicht bereitgestellt werden. Ebenso kann eine Haftschicht zwischen der Hitze erzeugenden Schicht und der Toner-Trennschicht vorliegen: Die Hitze erzeugende Schicht des schnell aufheizenden Schmelzfixierelementes wird mittels eines gut bekannten Rollenbeschichtungsverfahrens oder eines Ziehbeschichtungsvertahrens auf das Kunststoff-Substrat aufgebracht. Andere bekannte Verfahren zur Ausbildung der äußeren Schicht auf dem Substratfilm wie Verspinnen, Tauchen, Sprühen wie durch verschiedene Sprühanwendungen sehr dünner Filme, Gießen, Plasmaabscheidung oder ähnliche können ebenfalls verwendet werden. Die Toner-Trennschicht wird in einer ähnlichen Weise auf die Hitze erzeugende Schicht aufgebracht wie die Hitze erzeugende Schicht auf das Substrat aufgebracht wird.
Die Dicke der Hitze erzeugenden Schicht kann abhängig von spezifischen Anwendungen variieren von etwa 10 bis etwa 500 μm, vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 250 μm. Die Dicke der Toner-Trennschicht reicht von etwa 10 bis etwa 500 μm, vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 250 μm.
Das Kunststoffsubstrat weist einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 75 mm (0,2 bis etwa 3 Inch) auf. Die Dicke des Kunststoffes wird von der mechanischen Eigenschaft des Kunststoffes abhängen, beträgt aber vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 13 mm (1/8 bis etwa 1/2 Inch). Das Substrat in der Form einer zylindrischen Walze kann von etwa 7,6 bis etwa 71 cm (3 bis etwa 20 Inch), vorzugsweise von etwa 22,8 bis etwa 35,6 cm (9 bis etwa 14 Inch lang), reichen.
Die Schmelzfixiersystemteile der vorliegenden Erfindung berücksichtigen eine relativ schnelle Aufheizzeit. Die schnelle Aufheizzeit der Schmelzfixiersystemteile der vorliegenden Erfindung reicht bis zu weniger als etwa 1 Minute, vorzugsweise bis zu weniger als etwa 30 Sekunden. Dies stellt die Menge an Zeit dar, die das Schmelzfixierelement benötigt, um von Raumtemperatur (24°C) auf eine Temperatur von ungefähr 200°C aufzuheizen. Dies erlaubt es dem Schmelzfixierer, in einem ausgeschalteten Zustand zu sein, wnn die spezielle Maschine nicht verwendet wird, was wiederum eine signifikante Reduktion des Energieverbrauchs gestattet.
Die Schmelzfixierelemente hierin, welche eine Hitze erzeugende Schicht, umfassend mit fluoriertem Kohlenstoff gefüllte Fluorelastomere und wahlweise ein oder mehrere Additive, aufweisen, zeigen überlegene elektrische und mechanische Eigenschaften. Des weiteren besitzen die Schmelzfixierelemente hierin verminderte Empfindlichkeiten gegenüber Veränderungen der relativen Feuchtigkeit und gegenüber einer hohen Temperatur. Darüber hinaus weisen die Schmelzfixierelemente hierin ausreichende Ablöseei genschaften auf und zeigen eine Abnahme der Kontaminierung anderer xerographischer Bestandteile wie Photoleitern. Zusätzlich kann durch Verwendung der Schmelzfixierelemente der vorliegenden Erfindung in den Ausführungsformen eine Verringerung der Aufwärmzeit und eine Reduktion des Energieverbrauchs erhalten werden.
Die folgenden Beispiele definieren und beschreiben die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter. Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teil-Angaben und Prozent-Angaben auf Gewicht.
BEISPIELE
Beispiel 1
Eine ohmsche Heizschicht, enthaltend eine Mischung aus Accufluor 2010 und Silberpulver dispergiert in Viton GF wurde auf die folgende Weise hergestellt. Zunächst wurden ein Lösungsmittel (200 g Methylethylketon), Stahlschrot (2300 g), Silberpulver (30 g, Partikelgröße 2–4 μm), Viton GF (22,5 g) und Accufluor 2010 (13,1 g) bei relativ geringer Geschwindigkeit in einer kleinen Tischrückwerkskugelmühle (Modell 01A) vermischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten gemahlen. Ein Vernetzungspaket [(1,15) g VC50 von DuPont, 0,45 g Maglite-D und 0,1 g (Ca(OH)₂) und ein Stabilisierungslösungsmittel (10 g Methanol)] wurde anschließend eingebracht und die Mischung bei hoher Geschwindigkeit für weitere 15 Minuten gemischt. Nach dem Abfiltrieren des Stahlschrotes durch ein Drahtsieb wurde die Dispersion in einer 8 Unze-Polypropylen-Flasche aufgefangen. Die Dispersion wurde anschließend mit etwa 400 g Methylisobutylketon verdünnt und die resultierende Mischung auf Kapton Polyimid-Film-Substrate luftgesprüht, um eine Trockendicke von ungefähr 0,12 mm (4,8 mil) zu erhalten.
Die gesprühte Schicht wurde zuerst für ungefähr 2 Stunden luftgetrocknet und anschließend in einem programmierbaren Ofen vulkanisiert. Die Aufheizsequenz war folgendermaßen: (1) 65°C für 4 Stunden; (2) 93°C für 2 Stunden; (3) 144°C für 2 Stunden; (4) 177°C für 2 Stunden; (5) 204°C für 2 Stunden und (6) 232°C für 16 Stunden.
Eine Heizschicht von 4,8 mil Dicke wurde auf eine Abmessung von 11,4 × 22,8 cm (4,5'' × 9'') geschnitten und der Widerstand der Schicht entlang der gesamten Länge als ungefähr 70 Ω festgestellt. Bei Anwendung einer elektrischen Stromstärke von ungefähr 240 Watt auf die Schicht, heizte sich die Schicht in ungefähr 22 Sekunden von Raumtemperatur (ungefähr 74°F) auf 350°F auf.
Beispiel II
Eine Beschichtungsdispersion ähnlich der in Beispiel 1 wurde hergestellt, mit der Ausnahme, dass stattdessen 38 g des Silberpulvers verwendet wurden. Eine 11,4 × 22,8 cm (4,5'' × 9'') Heizschicht wurde beschichtet, getrocknet und ausgehärtet gemäß den in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Es wurde festgestellt, dass die Trockendicke ungefähr 0,17 mm (6,5 mil) und der Widerstand der Schicht etwa 60 Ω betrug. Die Schicht benötigte ungefähr 8 Sekunden, um von ungefähr 74°F auf 350°F bei einer angewandten Leistung von ungefähr 350 Watt aufzuheizen.
Beispiel III
Eine Beschichtungsdispersion wurde durch Kombinieren der Hälfte der in Beispiel II hergestellten Dispersion mit 20 g einer Electrodag^® 504 Dispersion von Acheson, Port Huron, Michigan, welche eine Silber/Fluorelastomer-Dispersion in MEK (56% Silber, 38% MEK und 6% Fluorelastomer) umfasst. Die Kombination wurde auf einer Walzenmühle gut gemischt. Eine Heizschicht wurde anschließend gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellt. Die Trockendicke der Schicht betrug ungefähr 0,13 mm (5,4 mil) und der Widerstand einer 11,4 × 22,8 cm (4,5'' × 9'') Schicht betrug ungefähr 29 Ω. Diese Schicht wurde bei einer angelegten Spannung von 700 Watt in etwa 4,3 Sekunden von ungefähr 74°F auf 350°F aufgeheizt.
Beispiel IV
Eine Beschichtungsdispersion wurde hergestellt indem zuerst ein Lösungsmittel (200 g Methylethylketon), Stahlschrot (2300 g), Viton GF (22,5 g) und Accufluor 2010 (13,1 g) in eine kleine Tischrückwerkskugelmühle gegeben wurden. Die Mischung wurde bei geringer Geschwindigkeit für 30 Minuten gemahlen. Das Vernetzungspaket [(1,15 g VC50, 0,4 g Maglite-D und 0,1 g Ca(OH)₂] und ein Stabilisierungslösungsmittel (10 g Methanol) wurden dann eingebracht und die Mischung bei einer relativ hohen Geschwindigkeit für wertere 15 Minuten in der Rückwerkskugelmühle gemischt. Nach dem Abfiltrieren des Stahlschrotes durch ein Drahtsieb wurde die Dispersion in einer 227 g (8 Unzen) Polypropylen-Flasche aufgefangen. Methylisobutylketon wurde zugegeben bis das Gesamtgewicht der Dispersion ungefähr 300 g betrug. Die hergestellte Accufluor 2010/Viton GF-Dispersion wurde dann mit 100 g einer Electrodag^® 504-Dispersion von Acheson (siehe Beispiel III) vereinigt. Die Mischung wurde fürungefähr 1 Stunde walzengemahlen. Ein ohmscher Schmelzfixierprototyp geringer Masse wurde hergestellt, indem die Dispersion auf eine 2,54 cm (1'') O.D., 22,8 cm (9'' lange) (Dicke 4 mm (5/32'')) Pyrex Glasröhre gesprüht wurde. Das Trocknen und Aushärten erfolgten gemäß Beispiel 1. Die Widerstandsschicht wies einen Widerstand von etwa 10 Ω auf und war etwa 0,1 bis 0,12 mm (4 bis 5 mil) dick. Dieser Prototyp wurde in etwa 16 Sekunden bei Anwendung einer Leistung von ungefähr 950 Watt von 74 auf 350°F aufgeheizt.

Claims

Schmelzfixierelement (1) umfassend: a) ein Plastiksubstrat (2); b) eine Hitze erzeugende Schicht (3), die auf besagtem Substrat (2) aufgebracht ist, wobei besagte Hitze erzeugende Schicht (3) ein mit fluoriertem Kohlenstoff gefülltes Fluorelastomer umfasst; und c) eine Toner-Trennschicht (4), die auf besagter Hitze erzeugender Schicht (3) aufgebracht ist.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei der fluorierte Kohlenstoff in einer Menge von etwa 1 bis etwa 50 Gew.% bezogen auf das Gewicht der gesamten Feststoffe vorliegt.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der fluorierte Kohlenstoff einen Fluorgehalt von etwa 5 bis etwa 65 Gew.% bezogen auf das Gewicht des fluorierten Kohlenstoffes, und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 95 bis etwa 35 Gew.% aufweist.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der fluorierte Kohlenstoff der Formel CF_x entspricht, worin x die Anzahl der Fluoratome repräsentiert und von etwa 0,02 bis etwa 1,5, bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 1,4, reicht.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fluorelastomer der Hitze erzeugenden Schicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus a) Copolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fluorelastomer der Hitze erzeugenden Schicht ein Volumen-gepfropftes Fluorelastomer ist.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Widerstand der Hitze erzeugenden Schicht (3) von etwa 2 bis etwa 500 Ohm, bevorzugt von etwa 5 bis etwa 100 Ohm, reicht.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei besagte Hitze erzeugende Schicht (3) des weiteren einen leitfähigen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rußschwarz, Graphit, Silber und Nickel, umfasst.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei besagte Toner-Trennschicht (4) ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silikonkautschuk, Fluorsilikon, Polytetrafluorethylen, fluoriertem Ethylenpropylen-Copolymer, Polyfluoralkoxypolytetrafluorethylen, a) Copolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, umfasst.
Schmelzfixierelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei besagtes Substrat (2) die Form einer hohlen zylindrischen Walze aufweist.