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Die vorliegende Erfindung betrifft
Beschichtungslösungen
und Schmelzfixierelementschichten, einschließlich Vertahren zur Herstellung
der Schmelzfixierelementschichten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
Beschichtungslösungen
und Schmelzfixierelementschichten, welche unter Verwendung der Beschichtungslösungen hergestellt
wurden, wobei die Beschichtungslösungen
ein Fluorelastomer, ein Vernetzungsmittel und ein spezielles Lösungsmittel
enthalten. Derartige Schmelzfixierelemente können in elektrostatographischen
Wiedergabevorrichtungen verwendet werden, um Toner auf ein Substrat
zu schmelzfixieren.
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In einer typischen elektrostatographischen
Wiedergabevorrichtung wird ein helles Bild eines zu kopierenden
Originals in der Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf
einem photosensitiven Bauelement aufgenommen, und das latente Bild
wird nachfolgend durch Aufbringung elektroskopischer, thermoplastischer Harzpartikel,
welche üblicherweise
als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Das sichtbare Tonerbild liegt
dann in einer lose gepulverten Form vor und kann leicht gestört oder
zerstört
werden. Das Tonerbild ist üblicherweise
auf einem Träger,
welcher das photosensitive Bauelement selber oder ein anderes Trägerblatt wie
blankes Papier sein kann, fixiert oder schmetzflxiert.
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Die Verwendung von thermischer Energie
zur Fixierung von Tonerbildem auf einem Trägerelement ist gut bekannt.
Um ein elektroskopisches Tonermaterial dauerhaft auf eine Trägeroberfläche mittels
Hitze zu schmelzfixieren, ist es üblicherweise erforderlich,
die Temperatur des Tonermaterials auf einen Punkt anzuheben, an
dem die Bestandteile des Tonermaterials koaleszieren und klebrig
werden. Dieses Erhitzen bewirkt, dass der Toner in einem gewissen
Ausmaß in
die Fasern oder Poren des Trägerelementes
fließt.
Danach, wenn das Tonermaterial abkühlt, bewirkt die Vertestigung
des Tonermaterials, dass das Tonermaterial fest an den Träger gebunden
wird.
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Typischerweise werden die thermoplastischen
Harzpartikel mittels Erhitzen auf eine Temperatur von 90°C bis 200°C oder höher, abhängig von
dem Erweichungsinterval der speziellen, in dem Toner verwendeten, Harzpartikel,
auf das Substrat schmelzfixiert. Auf Grund der Tendenz des Substrates,
bei derart angehobenen Temperaturen zu verfärben oder zu entflammen, insbesondere
wenn es sich bei dem Substrat um Papier handelt, ist es jedoch nicht
wünschenswert,
die Temperatur des Substrates auf wesentlich höher als etwa 250°C anzuheben.
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Verschiedene Annäherungen an thermisches Schmelzfixieren
elektroskopischer Tonerbilder wurden beschrieben. Diese Verfahren
schließen
das im Wesentlichen gleichzeitige Bereitstellen der Anwendung von Hitze
und Druck mittels verschiedener Maßnahmen ein, ein Walzenpaar,
welches in Druckkontakt gehalten wird, ein Riemenelement in Druckkontakt
mit einer Walze, ein Riemenelement in Druckkontakt mit einem Heizelement.
Hitze kann angewandt werden durch Erhitzen einer oder beider der
Walzen, Plattenelemente oder Riemenelemente. Das Schmelzfixieren
der Tonerpartikel findet statt, wenn eine richtige Kombination von
Hitze, Druck und Kontaktzeit zur Verfügung gestellt werden. Das Abgleichen
dieser Parameter, um das Schmelzfixieren der Tonerpartikel zu ermöglichen,
ist aus dem Stand der Technik gut bekannt und kann zur Anpassung
an bestimmte Maschinen oder Vertahrensbedingungen reguliert werden.
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Bei den Schmelzfixiervertahren ist
es wichtig, dass während
der normalen Betriebsweisen ein geringer oder kein Ausgleich der
Tonerpartikel vom Träger
zu dem Schmelzfixierelement stattfindet. Der Ausgleich von Tonetpartikeln
auf dem Schmelzfixierelement kann sich nachfolgend bei nachfolgenden
Kopierzyklen auf andere Teile der Maschine oder auf den Träger übertragen,
wodurch der Hintergrund oder die Störung mit dem dort zu kopierenden
Material verstärkt
wird. Der bezeichnete " heiße
Offset" tritt auf, wenn die Temperatur des Toners auf einen Punkt
angehoben wird, an dem die Tonerpartikel sich verflüssigen und
ein Aufspalten des geschmolzenen Toners stattfindet während des
Schmelzfixiervorgangs, wobei ein Teil auf dem Schmelzfixierelement
verbleibt. Die heiße
Offset Temperatur oder der heiße
Offset Temperaturverlust stellt ein Maß für die Ablösungseigenschaft des Schmelzfixaierers
dar, und es ist entsprechend gewünscht,
eine Schmelzfixieroberfläche
bereitzustellen, welche eine geringe Oberflächenenergie aufwieist, um die
notwendige Ablösung
zur Verfügung
zu stellen. Um gute Ablösungseigenschaften
des Schmelzfixierers sicherzustellen und beizubehalten, ist es üblich geworden,
während
des Schmelzfixiervorgangs Trennmittel auf die Schmelzfixierwalze
aufzubringen. Typischerweise werden diese Materialien als dünne Filme
beispielswieise von Silikonölen
aufgebracht, um Toner Offset zu vermeiden.
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Das Verfahren zur Herstellung derartiger
Schmelzfixierelemente ist wichtig zur Aufrechterhaltung einer gewünschten
Lebensdauer eines Schmelzfixierers. Bekannte Verfahren zur Bereitstellung
von Oberflächen von
Schmelzfixierelementen schließen
zwei typische Vertahren ein, welche das Substrat in ein Bad einer
Beschichtungslösung
eintauchen oder die Peripherie des Substrates mit dem Beschichtungsmaterial
besprühen. In
jüngerer
Zeit haben Anmelder jedoch ein Verfahren eniwidkelt, welches auf
dem spiralförmigen
Auftropfen eines Materials über
einen horizontal rotierenden Zylinder beruht. Allgemein wird bei
diesem neuen Fließbeschichtungsvertahren
die Beschichtung auf das Substrat aufgebracht, indem das Substrat
in einer horizontalen Position um eine Längsachse rotiert wird und die
Beschichtung in einer kontrollierten Menge in einem spiralfönnige Muster
aus einer Aufbringungsvorrichtung auf das Substrat aufgebracht wird,
so dass im Wesentlichen die gesamte Beschichtung, die in der Aufbringungsvorrichtung
vorliegt, an dem Substrat haftet. Für spezifische Details zu einer
Ausführungsform
des Fließbeschichtungsvertahrens
wird die Aufmerksamkeit auf U.S. Patentanmeldung Seriennummer 08/672,493,
eingereicht am 26. Juni 1996, betitelt " Fließbeschichtungsvertahren zur
Herstellung von polymeren Drucker- und Riemen-Komponenten " gelenkt.
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Es sind jedoch nicht alle Beschichtungen
mit dem neuen Fließbeschichtungsvertahren
kompatibel. Insbesondere können
nur Materialien, welche vollständig
in einem Lösungsmittel
gelöst
werden können,
fließbeschichtet
werden. Des Weiteren ist es wünschenswert,
dass das Material die Fähigkeit
aufweist, während des
gesamten Fließbeschichtungsvertahrens,
welches bis zu ungefähr
8 Stunden oder länger
dauem kann, gelöst
zu bleiben, und während
der gesamten Herstellungsdauer, welche bis zu mehreren Tagen dauem
kann, gelöst
bleiben muss. Mit Materialien, welche zur Koagulation oder zur Kristallisation
innefialb der für
das Fließbeschichten
benötigten
Zeitdauer tendieren, welche in der Größenordnung von etwa 8 Stunden
liegen kann, und der für
das Herstellungsverfahren, welche in der Größenordnung einiger Tage, beispielsweise
1 bis 4 Tage, liegen kann, werden keine guten Ergebnisse erzielt.
Es ist wichtig, ein Material zu verwenden, welches in der Lage ist,
für eine
erhöhte
Zeitdauer fließbeschichtet
zu werden, um eine Fließbeschichtung
in einer Fertigungs- und Produktionsumgebung zu ermöglichen.
Es ist sehr kostenintensiv, eine Produktionslinie in periodischen Zeitabständen abzuschalten
und das Lösungsmittelversorgungssystem
zu ändern.
Wenn die Beschichtung nicht die gewünschten Eigenschaften aufweist,
kann es nötig
sein, die Fließbandlinie
oft abzuschalten, beispielsweise jede Stunde oder alle paar Stunden,
um die Versorgungslinie von koaguliertem oder kristallisiertem Material
zu säubern.
Daher ist es wünschenswert,
ein Material zu verwenden, welches gute Fließbeschichtungseigenschaften
aufweist, um zu berücksichtigen,
dass die Fertigung kontinuierlich über eine längere Zeitdauer, beispielsweise
mehrere Tage, erfolgt, ohne dass bei dem Vertahren die oben genannten
Probleme auftreten.
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Es ist ebenfalls wünschenswert,
dass die Beschichtung langsam trocknet, um den Einschluss von Lösungsmittel
in den unteren Schichten zu vermeiden, was Luftblasen und Lösungsmittel"Knallen"
hervorruft. Luftblasen resultieren von eingeschlossener Luft in
der Beschichtung, was in einer fehlenden Einheiflichkeit der Beschichtung
und oder Oberflächendefekten
resultiert. Lösungsmittel"Knall"
sind definiert als eingeschlossene Luft oder Lösungsmittelblasen, welche zerplatzen,
was in Krater-ähnlichen
Strukturen resultiert und nicht-einheitlich beschichtete Flächen oder
Oberflächendefekte
hervorruft. In jedem Fall können
diese Defekte als Initiationsstellen für Adhäsionsversagen fungieren.
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Darüber hinaus müssen für das Fließbeschichtungsverfahren
geeignete Materialien die Fähigkeit
aufweisen, in einer Weise zu fließen, welche eine Beschichtung
der vollständigen
Walze berücksichtigt.
Daher ist es wünschenswert,
dass das Material eine gewünschte
Viskosität
besitzt, welche ihr erlaubt, über
die vollständige
Oberfläche
des zu beschichtenden Elementes zu fließen. Zusammen mit diesen Eigenschaften,
ist es wünschenswert,
dass das zu beschichtende Material ein Gleichgewicht zwischen Viskosität und Prozent
an Feststoffen besitzt. Entsprechend ist es wichtig, dass das Beschichtungsmaterial
die Fähigkeit
aufweist, sich vollständig
in einem Lösungsmittel
zu lösen,
um ein Ausfällen
des Materials zu vermeiden, was zu nicht-einheitlichem Fließbeschichten
und Unvollkommenheiten bei der endgültigen fließbeschichteten Oberfläche führen kann.
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Das Gleichgewicht zwischen Viskosität und Prozent
an Feststoffen ist wichtig, um ausreichende Bildungsgeschwindigkeiten
zu ermöglichen,
welche einen Einfluss auf den Durchfluss und den Gang im Verfahren
ausüben.
Bildungsgeschwindigkeiten sind definiert als die Dicke eines Materials,
die pro Zeiteinheit beschichtet werden kann. Die Dicke des Materials
sollte ein Gleichgewicht zwischen dem Aufrechterhalten einer einheitlichen
Dicke und der Vermeidung von Lösungsmittel"Knallen"
und Luftblasen berücksichtigen.
Durchsatr in dem Verfahren stellt die Anzahl an Einheiten dar, die
pro Zeiteinheit verarbeitet werden. Gang im Verfahren (WIP) stellt
die Anzahl der aktuellen Einheiten in irgendeinem der Verfahrensstadien
von Anfang bis Ende dar. Das Ziel besteht darin, die Bildungsgeschwindigkeit
zu maximieren, und die Durchsatzzeit und den Gang im Verfahren zu
reduzieren.
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Mehrere Materialien, welche als nützlich für äußere Beschichtungen
eines Schmelzfixierelementes bekannt sind, wie beispielsweise Silikonkautschuke,
Fluorpolymere und Fluorelastomere, besitzen einige der oben aufgeführten, für eine Fließbeschichtung
notwendigen, Eigenschaften. Probleme treten jedoch dann auf, wenn
das Flurelastomer erst einmal in einem Lösungsmittel gelöst ist und
Vernetzungs- oder Aushärtungsmittel
zugegeben werden. Beispielsweise neigen die Aushärtungs- oder Vernetzungsmittel
innerhalb weniger Minuten nach Zugabe zu den Lösungsmittellösungen zum
Ausfallen. Der Niederschlag ruft zahlreiche Probleme hervor, wie
Verstopfen der in dem Fließbeschichtungsvertahren
verwendeten Filter und Pumpen. Des Werteren kann auf Grund der frühen Ausfällung des
Aushärtungs-
und/oder Vernetzungsmittels nicht das vollständige Schmelzfixierelement
beschichtet werden. Zudem kann ein frühes Ausfalln zu nicht-einheitlichem
Fließbeschichten
und Unvollkommenheiten in der endgültigen fließbeschichteten Oberfläche führen.
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U.S. Patente 5,338,587 und 5,366,772
offenbaren das Mischen eines Fluorelastomeren mit einem nucleophilen
Vulkanisiermittel und Methylethylketon-Lösungsmittel
und Sprühbeschichten
der Lösung
auf die Walze.
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U.S. Patent 5,217,837 offenbart eine
Beschichtungslösung
zur Herstellung eines Schmelzfixierelementes, wobei besagte Beschichtungslösung ein
Fluorelastomer, ein Aushärtungsmittel
und ein Methylisobutylketon-Lösungsmittel
enthält.
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Es existiert ein Bedürfnis nach
Fließbeschichtungslösungen für Fließbeschichtungsschmelzfixierelementschichten,
welche die für
eine ausreichende Fließbeschichtung
notwendigen Eigenschaften besitzen, einschließlich Bereitstellung einer
dem Fließbeschichten
folgenden langsamen Vertestigung, Besitz der Fähigkeit, ohne Ausfällung in
Lösung
zu bleiben, und Bereitstellung eines ausreichenden Gleichgewichts
zwischen Fließfähigkeit,
Viskosität
und prozentualem Gehalt an Feststoffen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Fließbeschichtungslösung bereit,
welche ein Fluorelastomer, ein nucleophiles Vernetrungsmittel und
ein Lösungsmittel,
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus N-Methyl 2-pyrrolidon, Dimethylformamid
und Dimethylsulfoxid umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt
des Weiteren ein Schmelzfixierelement bereit, welches ein Substrat und
eine Fluorelastomerschicht umfasst, wobei besagte Fluorelastomerschicht
hergestellt wird mittels Fließbeschichtung
der obigen Fließbeschichtungslösung auf
besagtem Substrat, indem das Substrat in einer horizontalen Position
um eine seiner Längsachsen
rotiert wird und gleichzeitig die Fließbeschichtungslösung aus einer
Aufbrigungsvorrichtung in einem spiralförmigen Muster in einer kontrollierten
Menge auf das Substrat aufgebracht wird, so dass im Wesentlichen
die gesamte Beschichtung aus der Aufbringungsvorrichtung an besagtem
Substrat haftet.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende
Erfindung eine Bild-erzeugende Vorrichtung bereit, welche eine Ladungs-remanente
Oberfläche
zum Erhalt eines elektrostatischen latenten Bildes darauf; eine
Entwicklungskomponente zur Aufbringung von Toner auf besagte Ladungs-remanente
Oberfläche,
um besagtes elektrostatische latente Bild zu entwickeln, um ein
entwickeltes Bild auf besagter Ladungs-remanenter Oberfläche auszubilden;
eine Übertragungsskomponente
zur Übertragung
des entwickelten Bildes von besagter Ladungs-remanenter Oberfläche auf
ein Kopiersubstrat; und das oben genannte Schmelzfixierelement zum
Schmelzfixieren von Tonerbildem auf eine Oberfläche von besagtem Kopiersubstrat
umfasst.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen
weiter festgelegt.
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Die Beschichtungslösungen hierin
berücksichtigt
eine-Herstellung überlegener
Schmelzfixierelementschichten auf Grund der überlegenen Fließbeschichtungseigenschaften,
die die Beschichtungslösungen
besitzen, einschließlich
Bereitstellung der Fließbeschichtung
folgender, langsamer Vertestigung, Besitz der Fähigkeit, ohne Ausfällung in
Lösung
zu bleiben und Bereitstellung eines ausreichenden Gleichgewichts
zwischen Fließfähigkeit,
Viskosität
und prozentualem Gehalt an Feststoffen.
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1 stellt
eine endseitige Ansicht einer fließbeschichteten Schmelzfixierwalze,
welche auf einer Drehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, dar;
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2 stellt
einen Querschnitt entlang der Linie 4–4 in der Richtung der Pfeile
der Schmelzfixierwalze aus 1 dar,
und
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3 stellt
eine vergrößerte Ansicht
einer Schmelzfixierwalze dar, welche eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung demonstriert.
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Schmelzfixierelement wie hierin verwendet
bezieht sich auf Schmelzfixierelemente, die Schmelzfixierwalzen,
-Riemen, -Filme. beinhalten; Donatorelemente, einschließlich Donatorwalzen,
-Riemen, -Filme, u. ä.; und
Druckelemente, einschließlich
Druckwalzen, -Riemen, -Filme, u. ä.; sowie andere Elemente, welche
in dem Schmelzfixiersystem einer elektrostatographischen oder xerographischen
Maschine nützlich
sind. Aufgrund der folgenden Diskussion wird offensichtlich, dass
das Schmelzfixierelement der vorliegenden Efindung bei einer großen Vielzahl
an Maschinen angewandt werden kann, und nicht besonders in ihrer
Anwendung auf die spezielle Ausführungsform,
die hierin bildlich dargestellt ist, begrenzt ist.
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Für
das Schmelzfixierelement kann jegliches geeignete Substrat verwendet
werden. Das Schmelzfixierelementsubstrat kann eine Walze, ein Riemen,
eine flache Oberfläche
oder eine andere geeignete Form darstellen, die bei der Fixierung
thermoplastischer Tonerbilder auf einem geeigneten Kopiersubstrat
verwendet wird. Es kann die Form eines Schmelzfixierelementes, eines
Drudkelementes oder eines Trennmitteldonatorelementes, bevorzugt
in der Form einer zylindrischen Walze, eines Riemens oder eines
Films annehmen. Typischerweise ist das Walzenschmelzfixierelement
aus einem hohlen, zylindrischen Metallkern, wie Kupfer, Aluminium,
Stahl oder bestimmten Kunststoff-Materialien hergestellt, welche
ausgewählt
sind, um Starrheit und strukturelle Integrität aufrechtruerhalten, und ebenfalls
in der Lage sind, ein Fluorelastomer aufzuweisen, welches darauf
beschichtet ist und fest daran haftet. Es ist bevorzugt, dass das
Trägersubstrat
eine zylindrische Hülse
darstellt mit einer äußeren Schicht
von 1 bis 6 mm. In einer Ausführungsform
wird der Kern, der ein Stahlzylinder sein kann, mit einem Lösungsmittel
entfettet und mit einem abrasiven Reiniger gereinigt, bevor er mit
einem Grundierungsmittel, wie Dow Corning 1200, welches gesprüht, gebürstet oder
getaucht werden kann, gefolgt von Trocknen an der Luft unter Umgebungsbedingungen
für dreißig Minuten
und anschließend Backen
bei 150°C
für 30
Minuten, grundiert wird.
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Das Schmelzfixierelement der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Fluorelastomerschicht. Geeignete Fluorelastomere
stellen die im Detail in U.S. Patenten 5,166,031, 5,281,506, 5,366,772,
und 5,370,931, zusammen mit U.S. Patenten 4,257,669, 5,017,432 und
5,061,965 beschriebenen dar. Wie hierin beschrieben sind diese Fluorelastomere,
insbesondere von der Klasse der Copolymere, Terpolymere und Tetrapolymere von
Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und einem
möglichen,
Vernetzungsstellen aufweisenden Monomer, kommerziell bekannt unter
verschiedenen Bezeichnungen wie VITON A®; VITON
E®;
VITON E60C®,
VITON E430®,
VITON 910®,
VITON GH®,
und VITON GF®.
Die Bezeichnung VITON® stellt eine Marke von
E.I. Du Pont de Nemours, Inc. dar. Andere kommerziell erhältliche
Materialien schließen
FLUOREL 2170®,
FLUOREL 2174®,
FLUOREL 2176®,
FLUOREL 2177® und
FLUOREL LVS 76® ein.
FLUOREL® ist
eine Marke der Firma 3M. Zusätrliche
käuflich
erhältliche
Materialien schließen
AFLASTM, ein Poly(propylen-tetrafluorethylen),
und FLUOREL II® (LII900),
ein Poly(propylen-tetrafluorethylenvinylidenfluorid), beide ebenfalls erhältlich von
der Firma 3M, sowie die TECNOFLONS®, identifiziert
als FOR-60KIR®,
FOR-LHF®,
NM®, FOR-THF®,
FOR-TFS®,
TH®,
und TN505®,
erhältlich
von Montdison Specialty Chemical Company ein. In einer bevorzugten
Ausführungsform
handelt es sich bei dem Fluorelastomer um eines mit einer relativ
geringen Menge an Vinylidenfluorid, wie in VITON GF®, erhältlich von
E. I. DuPont de Nemours, Inc.. Das VITON GF® weist
35 Molprozent Vinylidenfluorid, 34 Molprozent Hexafluorpropylen
und 29 Molprozent Tetrafluorethylen, mit 2 Prozent Monomer mit Vernetzungsstellen,
auf. Monomer mit Vernetzungsstellen können jene sein, welche von
DuPont erhältlich
sind, wie 4-Bromperfluorbuten-1,1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1,3-Bromperfluorpropen-1,1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1,
oder jedwedes andere geeignete, bekannte, kommerziell erhältliche
Monomer mit Vernetrungsstellen.
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Beispiele von Fluorelastomeren, die
zur Verendung hierin für
die äußere Schicht
des Schmelzfixierelementes der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
schließen
Fluorelastomere des obigen Typs ein, zusammen mit Hydrofluorelastomeren,
einschließlich
Volumen-gepfropften Elastomeren. Volumen gepfropfte Elastomere stellen
eine spezielle Form eines Hydrofluorelastomers dar und sind im Wesentlichen
einheitliche, integrale, durchdringende Netzwerke einer Hybridzusammensetrung
eines Fluorelastomers und eines Polyorganosiloxanes, vorbei der
Volumen-Pfropf durch Dehydrofluorierung eines Fluorelastomers mittels
eines nucleophilen Dehydrofluorierungsmittels, gefolgt von Additionspolymerisation
mittels Zugabe eines durch eine Alken- oder Alkin-Funktionalität terminierten
Polyorganosiloxanes und eines Polymerisationsinitiators, gebildet wurde.
Beispiele für
spezielle Volumenpfropfelastomere 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.
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In den Ausführungsformen bezieht sich Volumen-Pfropf
auf ein im Wesentlichen einheitliches, integrales, durchdringendes
Netzwerk einer Hybrid-Zusammensetzung,
in der sowohl die Struktur als auch die Zusammensetzung des Fluorelastomers
und des Polyorganosiloxanes im Wesentlichen einheitlich sind, wenn
sie durch verschiedene Scheiben des Schmelzfixierelementes entnommen
sind. Ein Volumen-gepfropftes Elastomer stellt eine Hybrid-Zusammensetzung
eines Fluorelastomers und eines Polyorganosiloxanes dar, gebildet durch
Dehydrofluorierung des Fluorelastomers mittels eines nucleophilen
Dehydrofluorierungsmittels, gefolgt von Additionspolymerisation
mittels Zugabe eines durch eine Alken- oder eine Alkin-Funktionalität terminierten Polyorganosiloxanes.
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In den Ausführungsformen bezieht sich durchdringendes
Netzwerk auf eine Additionspolymerisations-Matrix, in der Polymerstränge des
Fluorelastomers und des Polyorganosiloxanes miteinander verzwirnt sind.
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In den Ausführungsformen bezieht sich Hybrid-Zusammensetzung
auf eine Volumen-gepfropfte Zusammensetzung, welche zufällig angeordnete
Fluorelastomer- und Polyorganosiloxan-Blöcke umfasst.
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Im allgemeinen wird das Volumenpfropfen
in zwei Schritten durchgeführt,
wobei der erste Schritt auf der Dehydrofluorierung des Fluorelastomers,
bevorzugt unter Verwendung eines Amins, beruht. Während dieses
Schrittes wird Fluorwasserstoffsäure
eliminiert, was an dem Fluorelastomer ungesättigte Stellen, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen,
erzeugt. Der zweite Schritt stellt die durch freies Radikalperoxid
induzierte Additionspolymerisation des Alker- oder Alkin-terminierten
Polyorganosiloxanes mit den Kohlenstoff Kohlenstoff-Doppelbindungen des
Fluorelastomers dar. In Ausführungsformen
kann Kupferoxid zu einer das Pfropf-Copolymer enthaltenden Lösung zugegeben
werden Das Schmelzfixierelement wird anschließend mit der Dispersion versehen.
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In Ausführungsformen kann das eine
Funktionalität
aufweisende Polyorganosiloxan durch die folgende Formel dargestellt
werden:
worin R ein Alkyl mit beispielsweise
1 bis 24 Kohlenstoffatomen oder ein Alkenyl mit beispielsweise 2
bis 24 Kohlenstoffatomen oder ein substituiertes oder unsubstituiertes
Aryl mit beispielsweise 4 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; A stellt
ein Aryl dar, mit beispielsweise 6 bis 24 Kohlenstoffatomen, ein
substituiertes oder unsubstituiertes Alken mit beispielsweise 2
bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine substituiertes oder unsubstituiertes
Alkin mit beispielsweise 2 bis 8 Kohlenstoffatomen; und n repräsentiert
die Anzahl an Segmenten und beträgt beispielsweise
2 bis 400, und vorzugsweise 10 bis 200 in Ausführungsformen.
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In bevorzugten Ausführungsformen
stellt R ein Alkyl, Alkenyl oder Aryl dar, wobei das Alkyl 1 bis
24 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthält; das
Alkenyl 2 bis 24 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 2 bis 12 Kohlenstoff
Atome enthält;
und das Aryl 6 bis 24 Kohlenstoffatome, bevorzugt 6 bis 8 Kohlenstoffatome
enthält.
R kann eine substituierte Aryl-Gruppe sein, in der das Aryl mit
einem Amino, Hydroxy, Mercapto substituiert sein kann oder mit eine
m Alkyl, das beispielsweise 1 bis 24 Kohlenstoffe und vorzugsweise
1 bis 12 Kohlenstoffe aufweist, sein kann, oder substituiert mit
einem Alkenyl, welches beispielsweise 2 bis 24 Kohlenstoffatome
und vorzugsweise 2 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, substituiert
sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R unabhängig voneinander
ausgewählt
aus Methyl, Ethyl und Phenyl. Die funktionelle Gruppe A kann eine
Alken- oder Alkin-Gruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wahlweise substituiert mit einem Alkyl,
welches beispielsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatome, und vorzugsweise
1 bis 12 Kohlenstoff Atome aufweist, oder eine Aryl-Gruppe, welche
beispielsweise 6 bis 24 Kohlenstoffatome und vorzugsweise 6 bis
18 Kohlenstoffatome aufweist, sein. Die funktionelle Gruppe A kann
ebenfalls ein Mono-, Di-, oder Trialkoxysilan mit 1 bis 10 und vorzugsweise
1 bis 6 Kohlenstoffatomen in jeder Alkoxy-Gruppe, Hydroxy oder Halogen
sein. Bevorzugte Alkoxy-Gruppen schließen Methoxy, Ethoxy u. ä. ein. Bevorzugte
Halogene schließen
Chlor, Brom und Fluor ein. A kann ebenfalls ein Alkin aus 2 bis
8 Kohlenstoffatomen , wahlweise substituiert mit einem Alkyl aus
1 bis 24 Kohlenstoffatomen oder Aryl aus 6 bis 24 Kohlenstoffatomen
sein. Die Zahl n ist eine Zahl beispielsweise von 2 bis 400 und
in Ausführungsformen
von 2 bis 350, und vorzugsweise von 5 bis 100. Darüber hinaus
reicht n in einer bevorzugten Ausführungsform von 60 bis 80, um
eine ausreichende Anzahl reaktiver Gruppen zum Pfropfen auf das
Fluorelastomer bereitzustellen. In der obigen Formel enthalten typische
Gruppen R Methyl, Ethyl, Propyl, Octyl, Vinyl, allylisches Crotonyl
(!), Phenyl, Naphthyl und Phenanthryl, und typische substituierte
Aryl-Gruppen sind in den ortho-, meta- und para-Positionen mit niederen
Alkyl-Gruppen, welch e 1 bis 15 Kohlenstoffatome aufweisen, substituiert.
Typische Alken- und Alkenyl-funktionelle Gruppen umfassen Vinyl,
Acryl, Croton und Acetenyl, welche typischerweise mit Methyl-, Propyl,
Butyl-, Benzyl-, Tolyl-Gruppen und ähnlichen substituiert sind.
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Die Menge an Fluorelastomer, welches
verwendet wird, um die äußere Schicht
des Schmelzfixierelementes der vorliegenden Erfindung bereitzustellen,
hängt von
der Menge ab, die nötig
ist, um die gewünschte Dicke
der Schicht oder Schichten des Schmelzfixierelementes zu bilden.
Es ist bevorzugt, dass die äußere Schmelzfixierschicht
in einer Dicke von 152,4 bis 304,8 μm (6 bis 12 mils), vorzugsweise
von 177,8 bis 254,0 μm
(7 bis 10 mils) beschichtet wird. Insbesondere wird das Fluorelastomer
für die äußere Schicht
in einer Menge von 10 s 40 Prozent, vorzugsweise 15 bis 35 Prozent
bezogen auf Gewicht der Gesamtfeststofte zugegeben. Gesamtfeststoffe,
wie hierin unter Bezugnahme auf die äußere Fluorelastomerschicht
verwendet, bezieht sich auf die Gesamtmenge von Fluorelastomer,
Dehydrofluorierungsmittel, Lösungsmittel,
Hiffsmitteln, Füllstoffen,
Vernetzungsmittel und leitfähigen
Füllstoffen.
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Leitfähige Füllstoffe können in einer Schmelzfixierschicht
des Schmelzfixierelementes der vorliegenden Erfindung dispergiert
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Metalloxid oder Rußschwarz
in der Fluorelastomer-0berfläche
dispergiert. Bei einem bevorzugten Metalloxid handelt es sich um
eines, welches in der Lage ist, mit den funktionellen Gruppen des
polymeren Trennmittels zu wechselwirken, um einen thermisch stabilen
Film auszubilden, welcher den thermoplastischen Harztoner ablöst und verhindert,
dass der Toner mit dem Elastomermaterial selber in Kontakt kommt.
Darüber
hinaus ist es wichtig, dass das Mtalloxid im Wesentlichen nicht
mit dem Elastomer reagiert, so dass keine wesentliche Dehydrofluorierung
des Vinylidenfluorids im Polymer stattfindet. Ein bevorzugtes Metalloxid
stellt Kupfer(II)oxid dar, von dem herausgefunden wurde, dass es
sich um eine schwache Base handelt, und dass es das Elastomer mit
der Zeit eher weicher macht als härtet, wodurch eine gute Kopierqualität aufrechterhalten
wird. Ein weiteres bevorzugtes Metalloxid stellt Aluminiumoxid dar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Füllstoffe
eine Kombination aus Aluminiumoxid und Kupfer(II)oxid. Wertere Metalloxidoptionen
schließen
Nickeloxid, Eisen(III)oxid, Manganoxid, Molybdänoxid u.ä. ein. Das Metalloxid liegt
typischerweise in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen pro 100
Teilen des Polymers vor, obwohl es vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsteile
Metalloxid aufweist. Darüber
hinaus ist die Partikelgröße des Metalloxides
wichtig und für
gute Ablösungseigenschaften sollte
sie weder so klein sein, dass sie die Aushärtung des Polymers stört, noch
so groß,
dass sie eine unzureichende Anzahl an Partikeln, welche durch die
Elastomeroberfläche
hindurch vorgelegt werden, liefert. Typischerweise weisen die Metalloxidpartikel
einen mittleren Durchmesser von 2 bis 10 μm (Mikrons), vorzugsweise 6 μm (Mikrons)
auf.
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Das Dehydrofluorierungsmittel, welches
das Flurelastomer unter Erzeugung ungesättigter Stellen angreift, ist
ausgewählt
aus basischen Metalloxiden wie MgO, CaO, Ca(OH)2 und ähnlichen,
und starken nucleophilen Mitteln wie primärer, sekundären und tertiären, aliphatischen
und aromatischen Aminen, wobei die aliphatischen und aromatischen
Amine 2 bis 30 Kohlenstoffatome aufweisen. Ebenfalls sind aliphatische
und aromatische Diamine und Triamine mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen
beinhaltet, wobei die aromatischen Gruppen Benzol, Toluol, Naphthalin,
Anthracen u. ä.
sein können.
Für die
aromatischen Diamine und Triamine ist es allgemein 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.
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Im Falle einer Fließbeschichtung
des Fluorelastomers und Vernetzungsmittels ist es wünschenswert, dass
das Elastomer und Vemetrungsmittel sich vollständig in dem Lösungsmittel
lösen und
während
des Fließbeschichtungsverfahren
hindurch gelöst
bleibt. Darüber
hinaus ist es notwendig, dass das im Lösungsmittel gelöste Fluorelastomer
und/oder Aushärtungsmittel
ein Gleichgewicht zwischen der Fließfähigkeit und Viskosität wie oben
beschrieben bewirkt. Im Hinblick auf die Fließbeschichtungslösung ist
es ebenfalls wünschenswert,
ein geeignetes Gleichgewicht von Viskosität und der Verdampfungsgeschwindigkeit
(Tronen) aufzuweisen, um aus einem Arbeitsgang erhältliche
Beschichtungen einheitlicher Dicke, welche einen Einfluss auf den Durchsatr
und die Haftungsleistung ausüben,
ermöglicht.
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In der vorliegenden Endung wird ein
zur Lösung
eines Fluorelastomers geeignetes Lösungsmittel verwendet. Darüber hinaus
findet ein Vemetzungs- oder Aushärtungsmittel
Verwendung, um die Vemetrung des Fluorelastomers anzuregen. Das
Lösungsmittel
muss die Fähigkeit
aufweisen, das Fluorelastomer vollständig in Form einer Lösung zu
lösen.
Ebenso sollte eine Kombination aus Lösungsmittel, Fluorelastomer
und Vernetrungs- und/oder Aushärtungsmittel
so reagieren, dass die Bildung von Niederschlägen oder Kristalliten, welche
dazu neigen, die Filter und die Pumpe der Fließbeschichtungsvorrichtung zur
verstopfen, und welche Blasen oder Defekte in dem endgültigen beschichteten
Schmelzfixierelement hervorrufen können, vermieden wird. Des Weiteren
müssen
das Lösungsmittel
und die Vernetrungs- oder Aushärtungsmittel
Eigenschaften besitzen, welche berücksichtigen, dass die Beschichtungslösung aus
Lösungsmitel,
Fluorelastomer, Vemetrungsmittel oder Aushärtungsmittel während des
vollständigen
Fließbeschichtungsfertigungsvertahrens,
welches von 8 Stunden bis zu einigen Tagen dauern kann, in Lösung bleibt.
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Beispiele geeigneter Lösungsmittel
schließen
Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO) und N-Methyl 2 pyrrolidon
(NMP) ein. Von diesen ist N-Methyl-2-pyrrolidon
besonders bevorzugt, da DMF ein mögliches Karzinogen darstellt
und DMSO bei thermischer Oxidation umweltschädliche Schwefel-Nebenprodukte erzeugt.
Die Lösungsmittel
wie hierin verwendet stellen Lösungsmittel
dar, welche, wenn sie mit einem Fluorelastomer und Aushärtungsoder
Vernetrungsmitteln gemischt werden, die Fähigkeit besitzen, das Fluorelastomer
vollständig
zu lösen,
um eine Fließbeschichtung
des Fluorelastomers zu ermöglichen,
ohne die Bildung von Niederschlägen
während
des Fließbeschichtungsverfahrens
vorzusehen. Die Lösungsmittel
weisen die Fähigkeit
auf, das Aushärtungs-Nemetrungsmittel
vollständig
zu lösen,
und sind kompatibel mit der Fluorelastomer-Lösungsmittel-Lösung, was
ermöglicht,
dass die Beschichtungslösung
in einer Fertigungsumgebung, welche einige Tage, beispielsweise
1 bis 4 Tage, dauern kann, fließbeschichtet
wird. Das Lösungsmittel wird
in einer Menge von 60 bis 90 Prozent, vorzugsweise von 65 bis 85
Gewichtsprozent bezogen auf Gesamtfeststoffe zugegeben.
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Die bevorzugten Aushärtungs-
und/oder Vemetrungsmittel stellen nucleophile Aushärtungsmittel
wie VITON CURATNE VC-50® dar, welches einen Beschleuniger
(wie ein quaternären
Phosphoniumsalz oder Salze wie C-20) und ein Vemetrungsmittel (Bisphenol
AF oder C-30); DIAK 1 (Hexamethylendiamincarbamat) und DIAK 3 (N,N'-Diannamyliden-1,6-hexandiamin)
enthält.
Das Aushärtungs-
und/oder Vemetrungsmittel wird in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent,
und vorzugsweise von 2 bis 7 Gewichtsprozent bezogen auf Fluorelastomerfeststoffe
zugegeben.
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Andere Hilfsmittel und Füllstoffe
können
in das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verwendete Elastomer eingebracht
werden, solange sie die Integrität
des Fluorelastomers nicht beeinflussen. Derartige Füllstoffe,
die normalerweise bei der Kompoundierung von Elastomeren zusammentreffen,
schließen
Farbstoffe, verstärkende
Füllstoffe
und Verfahrenshilfsmittel ein.
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Jedwedes geeignete Trennmittel kann
verwendet werden, einschließlich
Polyorganosiloxan-Flüssigkeiten,
Aminoöle.
Bevorzugte polymere Flüssigkeitstrennmittel
stellen diejenigen dar, welche funktionelle Gruppen aufweisen, die
mit den Metalloxidpartikeln in dem Schmelzfixierelement in der Weise
wechselwirken, dass sie eine Sperrgrenzfläche an der Oberfläche des
Schmelzfixierelementes ausbilden, während sie eine nicht-reagierte
Trennflüssigkeit
geringer Oberflächenenergie
als einen äußeren Trennfilm
hinterlassen. Beispiele geeigneter Trennmittel mit funktionellen
Gruppen schließen
diejenigen, die in U.S. Patenten Nr. 4,046,795; 4,029,827; und 4,011,362;
4,101,686; 4,146,659; 4,150,181; 4,185,140; 4,515,884; 5,395,725;
und 5,493,326 beschrieben sind. In bevorzugten Ausführungsformen
stellen die chemisch reaktiven Gruppen des polymeren Trennmittels
Mercapto, Carboxy, Hydroxy, Isocyanat, Epoxy und Amino dar. Bevorzugte
Amino funktionelle Öle
schließen
diejenigen ein, die beispielsweise in U.S. Patenten Nr. 5,512,409;
5,516,361 und 5,531,813 offenbart sind. Andere bevorzugte Schmelzfixieröle schließen Hydridöle ein,
wie diejenigen, die in U.S. Patent Nr. 5,401,570 offenbart sind.
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Die Fließbeschichtungslösung, umfassend
ein Lösungsmittel,
Fluorelastomer und Vernetrungs- oder Aushärtungsmittel, kann vorzugsweise
mittels eines neuen Beschichtungsverfahrens, welches als Fließbeschichtung
bezeichnet wird, auf das Schmelzfixierwalzensubstrat beschichtet
werden. Das Fließbeschichtungsvertahren
wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
In 1 ist eine Schmelzfixierwalze
als ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildlich
dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch geeignet für Beschichtungen
von Schmelzfixierriemen, -Filmen, und ähnlichen; Donatorwalzen, – Riemen,
-Filmen und ähnlichen;
Druckwalzen, -Riemen, -Filmen und ähnlichen; und ähnlichen
Schmelzfixierelementen.
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Bezug nehmend auf 1, wird Vorrichtung 100 verwendet,
um Beschichtungslösung 102 auf
die Außenseite 104 der
Schmelzfixierwalze 48 aufzutragen. Die Beschichtungslösung wird über Pumpe 106 durch eine
Rohrleitung, typischerweise in der Form einer Röhre 110, zu einer
Aufbringungsvorrichtung 112, welche eine Düse 114,
durch welche die Beschichtungslösung 102 auf
die Außenseite 104 der
Walze 48 fließt,
beinhaltet, gepumpt.
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Die Beschichtungslösung 102 wird
auf die Außenseite 104 in
einer spiralförmigen
Weise, in der die Schmelzfixierwalze 48 um ihre Längsachse 116 rotiert,
während
sie sich in einer horizontalen Position befindet, aufgebracht, während die
Aufbringungsvorrichtung 112 in einer Richtung parallel
zur Längsachse 116 der Schmelzfixierwalze 48 entlang
der Länge
des Substrates in einer horizontalen Position übersetzt. Die Beschichtungslösung 102 wird
daher in einer spiralfönnigen
Weise auf die Außenseite 104 der
Schmelzfixierwalze 48 aufgebracht. Die Aufbringung der
Beschichtung erfolgt ähnlich
dem Weg eines Schneidwerkzeugs, wenn die Außenseite einer Welle in einer
Standardwerkbank gedreht wird. Durch genaue Kontrolle der Menge
der Beschichtungslösung 102,
welche durch Pumpe 106 gefördert wird, und/oder durch
genaue Kontrolle der Menge an Beschichtungsslösung 102, welche an
der Düse 114 der
Aufbringungsvorrichtung 112 freigesetzt wird, in irgendeiner
Weise haftet sich im Wesentlichen die gesamte Beschichtungslösung 102,
welche die Düse 114 passiert,
an die Walze 48. Die Menge an Beschichtung, welche durch
die Aufbringungsvorrichtung mittels Rotation zum Erhalt einer ausreichenden
Beschichtung freigesetzt wird, hängt
hauptsächlich
von der Viskosität der
Beschichtung, der Größe (Umfang
und Länge)
des zu beschichtenden Schmelzfixierelementes, der gewünschten
Dicke der Schicht, der Fließgeschwindigkeit
der Beschichtung und anderer ähnlicher
Parameter ab. Durch Ausführung
korrekter Berechnungen, kann eine Fließbeschichtung erzielt werden,
bei der im wesentlichen die gesamte Beschichtung von der Aufbringungsvorrichtung
an der Oberfläche
des Schmelzfixierelementes anhaftet. " Im Wesentlichen die gesamte
", wie hierin verwendet, bedeutet, dass 80 bis 100 Prozent der anfänglich durch
die Düse
freigesetzten Beschichtung an dem Schmelzfixierelement anhaften
wird. Bevorzugt werden 95 bis 100 Prozent an dem Schmelzfixierelement
anhaften.
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Mit anderen Worten haften vorzugsweise
95 bis 100 Prozent der auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtungslösung aus
Lösungsmittel,
Fluorelastomer und Aushärtungs-
oder Vernetzungsmittel an dem Substrat.
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Unter Verwendung der Fließbeschichtung
kann eine sehr feine Beschichtung präzise auf ein Substrat beschichtet
wenden. Insbesondere waren die Anmelder erfolgreich darin, eine
Beschichtungsschicht von etwa 50,8 μm (0,0020 Inch) mit einem Toleranzbereich
von +/–2,54 μm (+/–0,0001
Inch) zu erhalten. Dass man in der Lage ist, die Dicke der Beschichtung
mit einer derartigen Präzision
zu kontrollieren, wird den Bedarf an Schleifen und anderen Nachbeschichtungsarbeitsgängen, insbesondere
bei der Verwendung in Schmelzfixierfarbbildern, bei denen eine glänzende Oberflächenvergütung auf
Bildern bevorzugt ist, praktisch überflüssig machen. Für Bilder
in Schwarz- und Grautönen,
wo ein mattes Bild bevorzugt ist, kann die Oberfläche nach der
Fließbeschichtung
jedoch zu glatt sein. Daher können
nachfolgende Schleif- oder Polierarbeitsgänge erforderlich sein, um die
bevorzugte glanzlose oder matte Oberflächenvergütung zu erhalten.
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Vorrichtung 100 kann jedwede
geeignete Form aufweisen und besteht aus einer Ausrüstung, welche in
der Lage ist, die Schmelzfixiennralze 48 um die Längsachse 116 zu
rotieren, während
die Aufbringungsvorrichtung 112 in einer Richtung parallel
zur Längsachse 116 der
Schmelzfixierwalze übersetzt.
Standard CNC (computernumerische Steuerung) oder Motor-getriebene
Werkbänke
können
für diesen
Zweck verwendet werden. Es kann ebenfalls eine Spezialausrüstung konstruiert
werden, welche die Schmelzfixierwalze rotiert, während die Aufbringungsvorrichtung übersetzt.
Eine Spezialausrüstung
kann vorteilhaft sein, um zu erlauben, dass die geeignete Umhüllung der
Vorrichtung 100 mögliche
flüchtige
Beschichtungslösungen
enthält
und spezielle Umweltbedingungen, die für Qualitätsbeschichtungen dieses Verfahrens
nötig sind,
aufrecht erhält.
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Bei Aufbringung der Beschichtung
unter Verwendung einer Vorrichtung 100 mit einer Aufbringungsvorrichtung
112, welche durch die Düse 114 eine
spiralfönnige
Beschichtung aufbringt, wird die Beschichtung in einer fadenförmigen Weise
aufgebracht und kann Spitzen und Täler an der Außenseite 104 der
Walze 48 aufweisen. Die Platrierung eines Bauelementes
in der Form einer Führung 120 gegen
die Außenseite 104 der Walze 48 wenn
die Beschichtungslösung 102 auf
die Walze aufgebracht wird, verbessert signifikant die Einheitlichkeit
der Beschichtung auf der Walze 48. Bevorzugt wird die Längsachse 116 der
Walze 48 horizontal im Hinblick auf den Boden des Gebäudes, in
dem die Vorrichtung untergebracht wird, positioniert. Diese Gestaltung
erlaubt in Anbetracht des Einflusses der Schwerkraft, die Beschichtungslösung 102 richtig
auf der Außenseite 104 der
Walze 48 zu verteilen. Weitere Details dieser bevorzugten
Ausführungsfonn
der vorliegenden Efindung, in denen an der Außenseite der Walze einer Klinge
verwendet wird, um die Einheitlichkeit der Beschichtung zu verbessem,
werden in der US-Anmeldung, fortlaufende Nr. 08/669,761, eingereicht
am 26. Juni 1996, betitelt "Abgleichungsklinge für ein Fließbeschichtungsverfahren zur
Herstellung von polymeren Druckwalzen- und Riemenkomponenten" bereitgestellt.
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Entsprechend wird die Aufbringungsvorrichtung
112 vorzugsweise oberhalb der Schmelzfixierwalze 40 positioniert,
so dass der von der Düse 114 kommende
Strom der Beschichtungslösung,
auf der Außenseite 104 der
Walze 48 aufliegen kann. Vorzugsweise ist die Spitze 120 der
Düse 114 in
einer Entfernung H oberhalb der Außenseite 104 der Walze 48 beabstandet.
Falls die Spitze 120 zu weit von der Außenseite 104 entfemt platriert
wird, wird die Beschichtungslösung 102 verdampfen,
bevor sie die Außenseite
erreicht. Falls die Spitze 120 zu nah an der Außenseite 104 platziert
ist, wird die Spitze auf die Außenseite 104 auftreffen.
Für eine
Walze mit einem Durchmesser D von ungefähr 10,15 cm (4 Inch) ist ein
Abstand H von ungefähr
0,64 cm (1/4 eines Inch) ausreichend. Positionierung der Aufbringungsvorrichtung 112 bei
einer Position F ungefähr
2,54 cm (ein Inch) von der vertikalen Achse 122 der Walze
in der Richtung der Rotation 124 der Walze ist ausreichend.
Die Dynamik der Rotation der Walze und ihre Position an der Außenseite
der Walze unterstützt
die einheitliche Verteilung der Lösung 102 an der Außenseite
der Walze.
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Nun Bezug nehmend auf 2, sind die Schmelzfixierwalze 48 und
die Vorrichtung 100 in einem größeren Detail gezeigt. Die Schmelzfixiennralze 48 kann
aus jedwedem geeigneten, haltbaren Material, welches zufriedenstellende
Hitzeübertragungsmerkmale
aufweist, hergestellt sein. Wie in 2 gezeigt
beinhaltet die Schmelzfixierwalze 48 ein Substrat in der
Form eines Kerns 150, der eine allgemeine rohrförmige Form
aufweist und aus einem thermisch leitfähigen Material, beispielsweise
Aluminium oder einem Polymer, hergestellt ist. Um ein Antreiben
der Walze zur Verfügung
zu stellen, umfasst die Walze 48 typischerweise eine erste
Abschlusskappe 152 und eine zweite Abschlusskappe 154,
welche am ersten Ende 156 beziehungswieise am zweiten Ende 158 des
Kerns 150 angeordnet sind.
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Der Betrieb der Vorrichtung wie in 2 gezeigt erfolgt derart,
dass die Aufbringungsvorrichtung 112 von einer ersten Position 164,
wie mit durchgezogener Linie gezeigt, zu einer zweiten Position 166,
wie angedeutet gezeigt, übersetzt.
Die Aufbringungsvorrichtung 112 fährt entlang der Schiene 134 in
Richtung des Pfeils 168. Die Richtung der Verschiebung
der Aufbringungsvorrichtung 112 verläuft parallel zur Längsachse 116 der
Schmelzfixiennralze 48. Gleichzeitig mit der Verschiebung
der Aufbringungsvorrichtung 112 rotiert die Walze 48 in
Richtung des Pfeils 170. Die Walze 48 wird durch
jedwede geeignete Weise gestützt,
wie durch Vorschubblöcke 172,
und wird in jeglicher geeigneten Weise rotiert, wie mittels Treiber 174,
welcher Abschlusskappe 154 kontaktiert.
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Das Fließbeschichtungsverfahren für eine Schmelzfixierwalze
schließt
zuerst den Schritt der Bereitstellung eines im Allgemeinen zylindrisch
geformten Substrates ein. Das Substrat wird um eine Längsachse des
Substrates rotiert. Unter Verwendung einer Führung zur Lenkung der Beschichtung
auf die Außenseite
des Substrates, wird eine Flüssigkeitsbeschichtung
in einem spiralförmigen
Muster auf die Außenseite
des Substrates aufgebracht. Nachdem die Beschichtung vollständig aufgebracht
ist, wird die Beschichtung bis auf eine Präzisionstoleranz geschliffen.
Um eine optimale Oberflächengestaltung
zu erhalten, können
nachfolgend ebenfalls Arbeitsgänge
wie Super-Oberflächenvergütung oder
Polieren des äußeren Randes
erforderlich sein.
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Die Beschichtung kann in einer Lösung mit
Beschitungsadditiven aufgebracht werden. Eine derartige Lösung mit
10 bis 40, vorzugsweise 15 bis 35 Prozent Feststoffen hat sich als
wirksam erwiesen. Die Beschichtung kann mit jedweder zufriedenstellenden
Geschwindigkeit aufgebracht werden. Die Anmelden haben herausgefunden,
dass eine Dickengeschwindigkeit von 25,4 bis 127,0 μm (0,001
bis 0,005 Inch) und vorzugsweise etwa 50,8 μm (0,002 Inch) pro Durchgang
am wirksamsten ist. Dies stellt die Dicke dar, welche entlang der Länge der
Walze während
der Rotation der Walze aufgebracht wird. Diese Menge stellt die
Menge dar, welche vorsieht, dass im Wesentlichen die gesamte aufgebrachte
Beschichtung auf der Walze bleibt, ohne herunter zu tropfen oder
zusammenzuballen.
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Wenn Fließbeschichtungsverfahren zur
Herstellung von Riemen oder Filmen verwendet werden, werden die
Riemen oder Filme vorzugsweise auf einem zylindrischen Dom aufgebracht
und in einer Weise verarbeitet, die der zuvor beschriebenen ähnelt, ohne
dass die äußere Oberfläche des
Riemens beschichtet wird.
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Bezug nehmend auf 3 ist eine Ausführungsfonn der vorliegenden
Erfindung bildlich dargestellt, in der die Schmetzfixierwralze 1,
hergestellt durch ein Fließbeschichtungsvertahren,
ein Substrat 2 und darüber eine
Haftschicht 3 und eine Schmelzfixierschicht 4 umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsfonn
der vorliegenden Erfindung stellt das Substrat einen hohlen, zylindrischen
Metallkern dar.Die Haftschicht 3 ist vorzugsweise eine
Aminosilan-Haftschicht und die äußere Schicht 4 ist
eine Fluorelastomer-Schicht.
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Die folgenden Beispiele definieren
und beschreiben die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weiter. Wenn nicht anders angegeben,
beziehen sich alle Anteile und Prozentangaben auf Gewicht.
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Beispiel
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Eine Menge von 25–35 Gewichts% bezogen auf Gesamtfeststoffe
von DuPont VC-50
wurde in Methylisobutylketon (MIK), Methylethylketon (MEK), Dimethylfoamid
(DMF), Dimethylsulfoxid (DMS) beziehungsweise N-Methylpyrrolidon
(NMP) dispergiert. Jede der Mischungen wurde mittels Handschütteln in
transparenten Glasflaschen dispergiert, bis das gesamte VC-50 dispergiert
war. Die Mischungen wurden für
ungefähr
15 Minuten stehen gelassen und dann im Hinblick auf ein Absetren
untersucht. Die in den Ketonlösungsmittel
(MIK und MEK) gelösten
Proben zeigten einen klaren Niederschlag von Blättchen. Diese Blättchenniederschläge schienen
eine ungelöste
Fraktion des zweiteiligen VC-50 darzustellen oder als Hinweis zu
dienen, dass möglicherweise
mit dem Lösungsmittel
irgendeine Reaktion stattgefunden hat. Ein derartiger Niederschlag
könnte potenziell
Beschichtungsfehler oder eine unzureichende Vernetzung während der
Aushärtungsschritte
des Verfahrens hervorrufen. Die Dimethylformamid-, Dimethylsulfoxid-
und N-Methylpyrrolidon-Proben zeigten nicht die von den Ketonlösungsmittel
produzierten Blättchenniederschläge. Es zeigte
sich, dass das N-Methylpyrrolidon eine niedrigere Toxizität besitzt.
Darüber
hinaus übte
N-Methylpyrrolidon keinen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften
der Lösung
aus. Des Weiteren besaß N-Methylpyrrolidon
eine gute Lagerbeständigkeit.
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Jede der oben genannten Lösungsmitteltestlösungen wurde
in einer Fließbeschichtungslösung (28 Gewichtsprozent
VITON® GF
und 72 Gewichtsprozent Lösungsmittelläsung) verwendet.
Die Fließbeschichtungslösung wurde
auf ein Substrat fließbeschichtet,
abgedunstet, und anschließend
ausgehärtet
und nachgehärtet
unter Verwendung bekannter Vertahren. Die Zugfestigkeit, Dehnung und
der Zugmodulus wurden gemessen, um sicherzustellen, dass bei dem
Fluorelastomer während
der Verwendung der Lösungsmitel
nichts Nachteiliges auftrat. Wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt,
zeigten alle Proben gute Ergebnisse. Die Ergebnisse repräsentieren
einen Durchschnitt von sechs Proben für jedes Lösungsmittel. Das N-Methylpyrrolidon zeigte
ebenfalls eine verbesserte Standzeit, oder Stabilität der Viskosität, und verbesserte
Zugfestigkeit und anfänglichen
Modulus während
der Arbeitszeit der Beschichtungslösungen.
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Die unten dargestellten Ergebnisse
in Tabelle 1, zusammen mit den Ergebnissen des oben beschriebenen
Niederschlagstests demonstrieren, dass DMF, DMS und NMP die für eine Fließbeschichtung
benötigten gewünschten
Eigenschaften aufweisen, und ebenfalls die gewünschten Eigenschaften des fließbeschichteten Fluorelastomers
im Vergleich zu bekannten Lösungsmitteln
nicht nachteilig beeinflussen. Tabelle
1
