KR100619443B1

KR100619443B1 - 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100619443B1
Application number: KR1020040037957A
Authority: KR
Inventors: 김성균
Original assignee: (주)켐트로; 김성균
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2006-09-08
Also published as: KR20050113355A

Abstract

개시된 폴리이미드-불소수지 필름 튜브는, 도전성 충전재가 20~80wt% 함유된 이음매 없는 원통형 폴리이미드 튜브 및 이음매 없는 원통형 불소수지 튜브를 각각 제조하고, 그 불소수지 튜브 안에 폴리이미드 튜브를 끼워서 상호 융착시키는 과정으로 제조된다. 이와 같이 제조된 폴리이미드-불소수지 필름 튜브는 폴리이미드와 불소수지 두 층만으로도 열과 전기의 전도성 및 대전방지성 등 정착용에 필요한 성능을 유지할 수 있으므로 제조공정을 간소화할 수 있고, 폴리이미드층과 불소수지층을 모두 두껍게 형성할 수 있어서 고속 출력기기에 적용하더라도 튜브가 찢어지는 등의 오프셋 발생의 문제를 방지할 수 있다.

폴리이미드, 불소수지, 튜브, 정착

Description

폴리이미드-불소수지 필름 튜브 및 그 제조방법{Polyimide-fluororesin film tube and the manufacturing method for the same}

도 1은 한국 공개특허 제1995-0013712호에 개시된 정착용 폴리이미드 필름 튜브의 구조를 도시한 도면,

도 2는 한국 공개특허 제2004-0019321호에 개시된 실리콘 고무층이 삽입된 폴리이미드 필름 튜브 구조를 도시한 도면,

도 3a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 폴리이미드-불소수지 필름 튜브의 제조과정을 단계별로 도시한 도면,

도 8은 폴리이미드-불소수지 필름 튜브의 적용예를 보인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110...폴리이미드 필름 튜브 120...불소수지 필름 튜브

100...폴리이미드-불소수지 필름 튜브

본 발명은 화상출력기기의 토너 정착용으로 많이 사용되는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 프린터나 팩시밀리 또는 복사기와 같은 화상출력기기에는 용지에 전사된 토너화상을 완전히 정착시키기 위한 정착수단이 구비되어 있다. 이러한 정착수단의 대표적인 예로는, 불소수지가 코팅된 알루미늄 롤러가 가장 널리 알려져 있다. 이 알루미늄 롤러는, 내부에 설치된 히터에 의해 가열되어, 그 가열된 상태에서 토너 화상이 전사된 용지를 가압함으로써 화상을 정착시키고, 이때 용지와 직접 접촉되는 불소수지층은 용지가 달라붙지 않게 하는 이형성을 제공하는 형태로 구성되어 있다. 그런데, 이러한 알루미늄 롤러는 열용량이 높고 견고하기 때문에 중/저속 화상출력기기는 물론이고 고속 기기에도 안정적으로 사용될 수 있는 장점이 있는 반면, 결정적으로 예열시간이 너무 긴 단점이 있다. 즉, 전원을 켠 후 정착기능을 제대로 발휘할 수 있는 온도로 알루미늄 롤러가 가열되는데 까지 걸리는 대기시간이 상당히 길어서, 신속하게 인쇄를 해야 하는 경우에 사용자들이 큰 불편을 겪게 되고, 대기전력 소모도 많아지게 된다.

따라서, 이러한 불편함을 해소하기 위해 제안된 것이 이음매 없는 폴리이미드 필름 튜브를 이용한 토너 정착수단이다. 이것은 박막으로 이루어진 내열성 폴리이미드 튜브로 정착수단을 구성하여 예열시간을 대폭 줄임으로써, 거의 전원을 켜자마자 바로 화상을 출력할 수 있게 해주는 장점을 제공한 것이다. 도 1은 한국 공개특허 제1995-0013712호에 개시된 정착용 폴리이미드 필름 튜브(10)의 구조를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 이 튜브(10)는 베이스층인 폴리이미드층(11)과, 카본분말이 함유된 도전성 프라이머층(12), 및 불소수지층(13)이 차례로 적층된 구조로 이루어져 있다. 이와 같은 구조의 튜브(10)는 기본적으로 내열성을 지닌 폴 리이미드 베이스(11)의 박막으로 되어 있기 때문에, 열에 대한 안정성을 유지하면서도 히터에 의해 가열되는 시간을 크게 줄일 수 있다. 그리고, 상기 도전성 프라이머층(12)은 튜브(10)가 용지와 마찰되면서 생기는 정전기를 외부로 방출시킴으로써 정착 작업 중 정전기 축적에 의해 발생될 수 있는 토너 화상 번짐 등의 문제를 방지하는 역할을 한다. 즉, 튜브(10)의 일단부에 프라이머층(12)의 노출부(14)를 마련하고, 그 노출부(14)에 브러쉬(미도시)를 접촉시켜서, 정착작업 중에 발생되는 정전기를 외부로 빼내는 것이다. 따라서, 정전기가 튜브(10) 내에 축적되지 않기 때문에, 정착 중 토너 입자가 정전기의 영향으로 제 위치를 벗어나서 번지게 되는 현상이 억제된다.

그런데, 이와 같은 구조의 폴리이미드 필름 튜브(10)는 상기와 같이 예열 시간을 단축시키고 정전기 축적에 따른 문제점을 해소시킬 수 있는 장점을 가진 반면, 한편으로는 박막의 특성 상 잘 찢어질 수 있다는 단점을 가지고 있다. 즉, 정착 시에는 얇은 막으로 된 튜브(10)를 순환 주행시키면서 용지를 가압하는 작업을 하는 것이기 때문에, 특히 고속회전 시에 튜브(10)가 견디지 못하고 찢어져 버릴 위험성이 많다. 따라서, 이러한 튜브(10)는 중/저속 출력기기에는 채용할 수 있어도, 분당 30매 이상을 출력하는 고속 출력기기에는 채용하기가 어렵다. 또한, 이 튜브(10)를 제조하려면 코팅과 건조 및 냉각을 여러 차례 반복해야 하기 때문에, 생산성도 좋지 않다.

한편, 한국 공개특허 제2004-0019321호에는 도 2에 도시된 바와 같이 실리콘 고무층(22)이 중간에 삽입된 폴리이미드 필름 튜브(20)가 개시된 바 있다. 도시된 튜브(20)는, 폴리이미드 지지층(21)과 바깥 쪽 불소수지층(23) 사이에 탄성층의 역할을 하는 실리콘 고무층(22)이 추가된 구조를 갖는다. 따라서, 탄성층(22)의 추가로 인해 정착성이 좋아지고 튜브(20) 자체의 강도도 향상되는 효과는 기대할 수 있다. 그러나, 이 구조를 얻으려면 상기한 불소수지층(23)과 실리콘 고무층(22) 및 지지층(21), 그리고 각 층 사이의 접착층(24)(25)까지 모두를 한 층씩 코팅하고 소성하며 건조 및 냉각해가는 방식으로 만들어야 하기 때문에, 작업이 매우 까다롭고 생산성이 더욱 저하되는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 구조의 필름 튜브와 그 제조방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 내열성과 대전방지특성 및 이형성 등 본래의 특성들을 그대로 유지하면서도, 고속 출력기기에도 적합할 정도의 강도를 가지며, 제조공정도 간소화할 수 있도록 개선된 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브는, 도전성 충전재가 함유된 폴리이미드층과, 상기 폴리이미드층 상에 적층된 불소수지층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 도전성 충전재는, 금, 은, 동, 니켈, 철, 주석, 납, 백금, 아연, 스테인레스, 알루미늄 등의 금속과 그 금속화합물의 분말 및 실리카 분말 중 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하며, 상기 폴리이미드층의 20~80wt%를 차지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법은, 이음매 없는 원통형 폴리이미드 튜브를 제조하는 폴리이미드 튜브 제조단계와, 이음매 없는 원통형 불소수지 튜브를 제조하는 불소수지 튜브 제조단계 및, 상기 불소수지 튜브 안에 상기 폴리이미드 튜브를 끼워서 상호 접합시키는 융착단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폴리이미드 튜브는 전구체 용액의 폴리이미드화 반응이나, 수지 용액의 건조를 통한 필름 튜브화 또는, 압출 등의 방식으로 제조될 수 있다.

그리고, 상기 불소수지 튜브는 압출 방식으로 제조되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 7b는 본 발명의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브(100)를 제조하는 과정의 일 예를 도시한 것으로, 폴리이미드 필름 튜브(110)와 불소수지 필름 튜브(120)를 각각 따로 만든 후 동축상에 끼워서 상호 융착시키는 방식으로 진행된다. 그리고, 그 과정을 통해 제조된 본 발명의 튜브(100)는 도 7c와 같은 폴리이드층(110)과 불소수지층(120)의 2층 구조로 이루어진다. 즉, 본 발명의 튜브(100)는, 폴리이드층(110)과 불소수지층(120)의 2층 구조만으로도 정착용에 필요한 열과 전기전도성 및 대전방지성 등을 요건을 만족시킬 수 있고, 또한 각 층을 두껍게 만들어도 무방하여 압출 등의 손쉬운 제조방식을 이용할 수 있다는데 특징이 있다. 이제, 각 단계의 상세한 과정을 설명한다.

먼저, 상기 폴리이미드층을 이루는 폴리이미드 필름 튜브(100)는 도전성 충전재를 20~80wt% 함유한 전구체 용액이나 수지 용액 또는 열가소성 수지로 만들어진다. 상기 도전성 충전재로는 금, 은, 동, 니켈, 철, 주석, 납, 백금, 아연, 스테인레스, 알루미늄 등의 금속이나 그 금속화합물의 분말 또는 실리카 분말 중에서 선택될 수 있다. 이와 같이 폴리이미드 필름 튜브(100)에 도전성 충전재를 함유시키게 되면, 폴리이미드층 자체의 열과 전기에 대한 전도성이 종래에 비해 상당히 향상된다. 즉, 종래에는 폴리이미드층과 불소수지층 사이에 반드시 프라이머층을 형성해야만 정전기를 배출하는 대전방지성을 가질 수 있었고, 또한 폴리이미드층의 두께를 약 150㎛ 이하로 해야 적정한 열전도성을 확보할 수 있었지만, 본 발명과 같이 폴리이미드층에 도전성 충전재를 20~80wt% 함유시키게 되면 그 자체로도 충분한 대전방지성을 지닐 수 있으며, 두께를 최소 10㎛에서 최대 1,200㎛까지 확대해도 유사한 전도성을 가질 수 있게 된다. 두께가 두꺼워지면 생산성이 우수한 압출 방식을 이용할 수도 있다는 이점이 생긴다. 따라서, 상기한 바와 같이 도전성 충전재가 함유된 분말 또는 펠레트상의 열가소성 수지를 튜빙 다이를 통해 압출함으로써 필름 튜브를 제조할 수 있다. 그 외에도, 상기 도전성 충전재가 함유된 폴리이미드 수지 용액을 원통형 금형의 외주면에 코팅하고 건조시켜서 필름 튜브화하는 방법도 있으며, 폴리이미드 전구체 용액을 이용하여 만들 수도 있다. 즉, 기존에는 폴리이미드층이 극히 얇아야만 전도성을 유지할 수 있기 때문에 그 제조방법이 매우 제한적일 수밖에 없었지만, 본 발명에서는 층의 두께가 두꺼워도 무방하기 때 문에 제조방법의 선택의 폭이 넓어진다.

도 3a 내지 도 5b는 그중에서 폴리이미드 전구체 용액을 이용한 제조과정을 보인 것이다. 도면을 참조하면, 일단 도 3a에 도시된 바와 같은 원통형 금형(1)을 준비한다. 상기 원통형 금형(1)은 알루미늄, 동, 스테인레스 등의 금속재로서 그 표면을 경면 연마한 것이 사용된다. 그리고, 그 표면에 크롬도금, 아연도금 또는 아노다이징 등의 표면처리나 불소수지, 물유리 등을 코팅하여 보다 평활한 표면을 확보할 수 있다. 적합한 폴리이미드 필름 튜브를 얻기 위해서는 원통형 금형(1)의 진원도와 직진도 등이 엄격히 관리되어야 한다.

그리고, 이 원통형 금형(1)의 표면을 도 3b와 같이 용제(a)로 세정하여 품질에 영향을 줄 수 있는 오염물질을 제거한다.

이와 같이 준비된 금형(1)을 도 4a와 같은 슬로트다이(2)에 통과시키면서 그 표면에 폴리이미드 전구체 용액을 코팅한다. 이때 압력용기(5)에 저장된 전구체 용액은 상기한 바와 같은 도전성 충전재가 20~80wt% 함유된 것이며, 전구체 용액 자체는 용제 역할을 하는 N-메틸-2피롤리돈, N,N'-디메틸아세트아마이드와, 산성분인 폴리멜리틱디안하이드라이드와, 3,3', 4,4'-바이페닐렌테트라카복실릭 디안하이드라이드 및, 디아민 성분인 파라 페닐렌디아민, 4,4'-바이페닐렌 디아민, 3,3'-디메틸-4,4'바이페닐렌 디아민 중 각각 적어도 하나씩을 선택해서 혼합한 방향족계 화합물이 이용된다.

타이머(4)와 연결된 초정밀 디스펜싱 밸브(3)가 작동됨에 따라 슬로트다이(2)로 밀려나와 금형(1)의 외주면에 도포된다. 도 4b는 금형(1)의 외주면에 폴리 이미드 전구체 용액(110)이 도포된 상태를 나타낸다. 이후, 폴리이미드 전구체 용액(110)이 도포된 금형(1)을 도 5a와 같은 열풍순환식오븐(6) 내에 장착하여 회전반(11)으로 회전시키면서 건조시킨다. 통상 건조 조건은 120℃에서 3분 이후 180℃ 이상에서 30분 이상을 추가하는 것이 유리하며, 원활한 폴리이미드화 반응을 위해서는 오븐(6) 내의 온도 조건을 120℃×30분 → 150℃×30분 → 200℃×10분 → 250℃×10분 → 400℃×10분으로 단계적으로 부과하는 것이 좋다. 이 과정을 통해 전구체 용액은 완전히 폴리이미드화된다.

이후, 이것을 오븐(6)에서 꺼내어 상온으로 서냉한 후 금형을 탈리해내면 도 5b와 같은 폴리이미드 필름 튜브(110)가 얻어진다. 만일, 보다 강도가 높은 두꺼운 필름 튜브(110)를 얻고자 한다면, 위의 공정을 반복하여 폴리이미드층을 복층으로 형성할 수도 있다. 이렇게 제조된 폴리이미드층은 표면전기저항이 1×10^-2Ω·㎝ ~ 1×10⁷Ω·㎝의 범위가 되고, 열전도도는 20℃에서 0.001cal/㎝·sec·℃ 이상이 되며, 열선팽창계수는 20~250℃에서 6.0×10^-6㎝/㎝/℃ ~ 20.0×10^-6㎝/㎝/℃ 범위가 된다.

다음으로, 불소수지 필름 튜브(120)를 제조하는 과정을 설명한다.

일단, 불소수지 필름 튜브(120)는 상기한 폴리이미드 필름 튜브(110)가 높은 전도성을 확보하고 있기 때문에, 최소 5㎛에서 최대 600㎛까지 두껍게 형성해도 신속하게 예열되는데 아무런 문제가 없다. 즉, 기존에는 불소수지층을 통상 15㎛ 이하로 만들어야 전도성을 유지할 수 있었지만, 본 발명에서는 불소수지 필름 튜브 (120)를 생산성이 좋은 압출방식을 통해 그 이상으로 두껍게 제조해도 무방하다. 불소수지층이 두꺼워지면 자체적으로 탄성층의 기능을 할 수 있기 때문에, 별도의 탄성층을 부가하지 않고도 정착성을 향상시킬 수 있다. 압출은 통상적인 연속수직압출방식이 이용될 수 있으며, 소재로는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA)나, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌공중합체(FEP) 등이 이용된다. 그리고, 불소수지층은 기본적으로 이형성을 주목적으로 하지만, 여기에도 대전방지능력 등을 부여하기 위해 표면전기저항이 1×10³Ω·㎝ ~ 1×10¹¹Ω·㎝가 되도록 도전성 카본 분말을 1~20wt% 함유시킬 수도 있다.

이와 같은 압출 등을 통해 얻어진 불소수지 필름 튜브(120)를 도 6에 도시된 바와 같이 소정 지그(8)로 일단을 막고 타단쪽에서 공기압(p)을 불어넣으며 파이프형 히터(7)를 통과시키면, 튜브(120)가 열팽창하면서 확관된다. 이것을 즉시 냉각시키면 불소수지 필름 튜브(120)가 열수축 특성을 갖게 된다. 열수축율은 최소 2% 이상, 바람직하기로는 10% 이상의 열수축율을 보이는 것이 좋다. 그리고, 이때의 내경은 상기 폴리이미드 필름 튜브(110) 외경의 101~110% 인 것이 바람직하며, 표면 거칠기는 십점 평균 거칠기(Rz)로 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 얻어진 불소수지 필름 튜브(120)는 다음의 융착단계를 통해 폴리이미드 필름 튜브(110)와 융착되어 폴리이미드-불소수지 필름 튜브(100)를 형성한다.

도 7a 및 도 7b는 폴리이미드 필름 튜브(110)와 불소수지 필름 튜브(120)를 융착시키는 과정을 도시한 것이다. 먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 원통형 금형 (1)에 폴리이미드 필름 튜브(110)를 끼우고, 그 위에 불소수지 필름 튜브(120)를 끼운다. 이때 필요에 따라서는 양 튜브(110)(120) 간의 접착력 증대를 위해 불소수지 프라이머나 실리콘 접착제로 된 중간층을 1~20㎛, 더 바람직하게는 2~10㎛ 두께로 개재시킬 수도 있다. 그러나, 공정의 간소화를 위해서는 중간층이 없이 제조하는 것이 바람직하므로, 중간층은 접착력을 극히 증가시킬 필요가 있는 경우에만 개재시킨다.

상기와 같이 폴리이미드 필름 튜브(110)와 불소수지 필름 튜브(120)가 차례로 끼워진 원통형 금형(1)을 열풍순환오븐 내에 장입한 후 회전시키면서, 도 7b와 같이 표면에 열풍으로 불어서 양측 튜브(110)(120)를 상호 융착시킨다. 이때의 온도 범위는 250~400℃가 바람직하며 시간은 0.5분~90분이 바람직하다. 이후, 이것을 오븐에서 꺼내어 냉각시킨 후 금형(1)을 분리시키면 도 7c와 같은 폴리이미드-불소수지 필름 튜브(100)가 얻어진다. 그리고, 브러쉬 등을 폴리이미드층(110)에 접촉시켜 접지시키기 위해서는 각 튜브(110)(120) 간의 융착 길이를 조절하여 도 7c와 같이 폴리이미드층(110)의 일단부를 노출시킬 수 있다.

이와 같이 제조된 폴리이미드-불소수지 필름 튜브(100)는 도 8과 같은 정착용 튜브로서 용지(9) 상의 토너 화상(T)을 정착시키는데 이용된다.

다음으로, 상기와 같은 본 발명의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브(100)의 효과를 확인해보기 위해, 본 발명의 방식으로 제조된 6개의 실시예와 본 발명과 다른 2개의 비교예를 준비하여 각각의 특성을 비교 실험을 해보았다. 실험에 사용된 각 실시예와 비교예의 개요는 다음과 같다.

(실시예 1)

폴리이미드 전구체 용액(우베사제, U-Varnish S, Solid Content= 18%)에, 은분(페로제, SF-9)을 고형분 대비 20% 분율이 되도록 평량, 혼합한 다음, 고속공자전식 믹서를 통하여 6분간 혼합하여, 균일한 혼합물을 준비하였다. 이때, 습기나 먼지 등이 혼입되지 않도록 주변환경과 사용기구들에 대한 관리가 소홀히 되지 않도록 주의한다. 혼합물의 균일도는 나중에 상기 혼합물을 필름화하였을 때 충전재의 고른 분산도로 확인할 수 있다. 다음으로 직경 24 mm, 길이 400 mm의 알루미늄제 원통형 금형을 준비하여, 상기 원형 슬로트 다이를 통하여 상기 폴리이미드 전구체 혼합물을 두께가 300±20㎛이 되도록 고르게 도포하였다. 다음으로 상기 폴리이미드 전구체 혼합물이 도포된 상기 원통형 금형을 회전식 열풍순환오븐으로 이송하여, 회전반을 통해 회전시키면서 건조 및 폴리이미드화 반응을 수행하였다. 회전속도는 20 rpm 으로 하였으며, 반응 조건은 전술한 바와 같이 120℃×30분 이후 180℃×30분 이상을 추가하는 것이 유리하며, 원활한 폴리이미드화 반응을 위해 120℃×30분 → 150℃×30분 → 200℃×10분 → 250℃×10분 → 400℃×10분을 단계적으로 부과하였다. 다음으로 이것을 오븐으로부터 꺼내어 상온으로 서서히 냉각한 후, 원통형 금형으로부터 탈리함으로 폴리이미드 필름 튜브를 얻었다. 다음으로 상기 폴리이미드 필름 튜브 제조와는 별도로 도전성을 함유하고 있는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA)혼합물(다이킨사제,AP-230ASL)을 연속수직압출기에서 내경 22 mm, 두께 40±2㎛의 필름 튜브로 압출한 후 상기 팽창 공정을 부과함으로 내경 26 mm의 열수축 필름 튜브를 얻었다. 다음으로 상기 원통형 금형상의 폴리이미드 필름 튜브에 상기 불소수지 열수축 필름 튜브를 삽입하고, 회전장치를 포함하고 있는 250℃의 열풍순환오븐내에 장입하고, 350℃까지 분당 7℃의 속도로 승온하고, 350℃에서 3분간 유지한 후 냉각하여 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물을 얻었다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다.

(실시예 2)

폴리이미드 전구체 용액(우베사제, U-Varnish S, Solid Content= 18%)에, 은분(페로제, SF-9)을 고형분 대비 20%, 동분(도료용 충전재로서 시중품)을 고형분 대비 20% 비율이 되도록 각각 평량, 혼합하여 시료를 준비한 다음, 상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하여 폴리이미드 필름 튜브를 얻었다. 아울러 상기 실시예 1과 같은 방법으로 열수축 필름 튜브를 얻어, 같은 방법으로 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물을 얻었다. 이때, 불소수지 열수축 튜브의 두께는 60±2㎛로 하여 보다 두꺼운 이형층에 대한 정착성능을 관찰하고자 하였다. 여기서 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다. 한편, 금속 분말 충전재의 함량이 커지므로 해서 필름 튜브가 다소 딱딱해지게 되었으나, 후막으로서의 불소수지층과 아울러 필름으로서의 유연성은 양호하였다.

(실시예 3)

폴리이미드 전구체 용액(우베사제, U-Varnish S, Solid Content= 18%)에, 동 분(도료용 충전재로서 시중품)을 고형분 대비 80% 분율이 되도록 평량, 혼합하여 시료를 준비한 다음, 상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하여 폴리이미드 필름 튜브를 얻었다. 이 경우 충전재의 함량이 높아, 필름의 유연성과 강도를 확보하기 어려웠기 때문에, 폴리이미드 전구체 용액 단독으로 원통형 금형에 도포한 후, 120℃에서 30분간 건조 및 폴리이미드화 반응을 수행함으로, 1차 폴리이미드 필름 튜브를 확보하고, 다시 그 외부면에 준비된 혼합물 시료를 도포하여 필름 튜브를 얻음으로, 복층 폴리이미드 필름 튜브를 얻었다. 그 다음으로 상기 실시예 1과 같은 방법으로 열수축 필름 튜브를 얻고, 같은 방법으로 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물을 얻었다. 이때, 불소수지 열수축 튜브의 두께는 80±2㎛로 하여 종래 기술에 비하여 현저히 두꺼운 이형층에 대한 정착성능을 관찰코자 하였다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 적층 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관불량은 발견되지 않았다. 한편, 금속 분말 충전재의 함량이 커지므로 해서 필름 튜브가 다소 딱딱해지게 되었으나, 후막으로서의 불소수지층과 아울러 복층 필름화에 의해 유연성과 강도에서 양호한 성상을 보유하고 있음을 알 수 있었다.

(실시예 4)

폴리이미드 수지(아모코사제, Torlon 4203L)를 NMP를 용제로 하여 20% 용액으로 만들었다. 여기에 은분(페로사제, SF-9)을 고형분 대비 20% 분율이 되도록 평량, 혼합한 다음, 고속공자전식 믹서를 통하여 6분간 혼합하여, 균일한 혼합물을 준비하였다. 이 혼합물 시료를 준비하여, 실시예 1과 같은 방법을 적용하여 이음 매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물을 얻었다. 이때, 폴리이미드 필름 튜브를 얻기 위한 오븐의 건조 온도조건으로 120℃×30분, 180℃×20분, 220℃×10을 단계적으로 적용하였다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다.

(실시예 5)

폴리이미드 수지(미쯔이사제, Aurum 450)에 9)을 은분(페로사제, SF-9)을 고형분 대비 20% 분율이 되도록 컴파운딩한 다음 연속수직압출기를 사용하여 박막의 폴리이미드 필름 튜브를 제작하였다. 이때 두께는 60±5㎛의 범위가 되도록 하였다. 다음으로 실시예 1과 같은 방법을 적용하여 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 형상물을 얻었다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다.

(실시예 6)

폴리이미드 전구체 용액(중국/SRI사제, PAA Varnish, Solid Content= 20%)에, 은분(페로사제, SF-9)을 고형분 대비 20%, 구상실리카(한국반도체소재사제, SF-0030)를 고형분 대비 20% 분율이 되도록 평량, 혼합하여 시료를 준비한 다음, 상기 실시예 3과 같은 방법을 사용하여 다층 폴리이미드 필름 튜브를 얻었다. 그 다음으로 상기 실시예 1과 같은 방법으로 열수축 필름 튜브를 얻고, 같은 방법으로 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물을 얻었다. 불소수 지로서는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌공중합체(FEP)를 적용하였다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 라미네이트 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다.

(비교예 1)

상기 실시예 1에서 금속 분말 충전재를 전혀 혼합하지 않은 폴리이미드 전구체 용액을 시료로 하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 형상물을 얻었다. 얻어진 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 형상물은 칫수 규격을 만족시켰으며, 또한, 표면의 주름 등 외관 불량은 발견되지 않았다.

(비교예 2)

현재 상용화 되고 있는 화상정착용 튜브를 준비하였다. 휴렛 패커드사의 레이저젯 5L기종에 적용되어 있는 것을 그대로 적용하였다.

다음으로 이들 실시예 1~6 및 비교예 1,2의 이음매 없는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브를 도 8에 도시된 바와 같은 화상출력기기의 토너 정착용도로 적용하여, 토너의 정착성, 이형성 및 이형층의 내구성 등을 시험하였다. 그 결과 하기의 표 1 및 표 2와 같은 값을 얻을 수 있었다.

구분	폴리이미드 필름 튜브층
구분	종류	두께	충전재함량 (wt%)	열전도도 (cal/㎝·sec·℃)	표면전기저항 (Ω·㎝)
실시예 1	전구체	51㎛	Ag 20	0.09	1,700
실시예 2	전구체	52㎛	Ag 20 + Cu 20	0.17	200
실시예 3	전구체	54㎛/복층	Cu 80	0.58	0.02
실시예 4	수지용액	50㎛	Ag 20	0.09	1,400
실시예 5	압출필름튜브	60㎛	Ag 20	0.09	1,200
실시예 6	전구체	52㎛/복층	Ag 20+실리카20	0.10	2,000
비교예 1	전구체	50㎛	불포함	0.0007	10¹⁶
비교예 2	전구체	52㎛	불포함	0.0006	10¹⁶

구분	불소수지 필름 튜브층			정착성		이형성		내구성
구분	종류	두께	표면저항 (Ω·㎝)	5만회	10만회	5만회	10만회	5만회	10만회
실시예 1	PFA	40㎛	10⁶	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
실시예 2	PFA	59㎛	10⁵	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
실시예 3	PFA	82㎛	10⁵	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
실시예 4	PFA	40㎛	10⁶	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
실시예 5	PFA	39㎛	10⁶	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
실시예 6	FEP	39㎛	10⁶	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
비교예 1	PFA	41㎛	10⁶	불량	불량	불량	불량	불량	불량
비교예 2	프라이머+PFA	5㎛+10㎛	10⁵+10¹⁶	Pass	미흡	Pass	미흡	Pass	미흡

상기 표 1 및 표 2을 보면, 본 실시예의 경우가 비교예에 비해 열과 전기 전도성이 월등함을 알 수 있다. 또한, 정착 작업을 10만회까지 진행해본 결과, 본 실시예의 경우는 10만회를 모두 무난하게 통과했지만, 비교예의 경우는 화상이 번지거나 튜브가 손상되는 등의 오프셋 문제가 발생하여 수명이 상대적으로 짧은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리이미드-불소수지 필름 튜브가 기존의 튜브에 비해 용이하게 제조되면서도 오랫동안 사용될 수 있음이 증명되었다.

상술한 바와 같이 본 발명의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브와 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 폴리이미드층에 도전성 충전재를 함유시켜서 폴리이미드와 불소수지 두 층만으로도 열과 전기의 전도성 및 대전방지성 등 정착용에 필요한 성능을 유지할 수 있으므로 그 제조공정이 대폭 간소화된다.

둘째, 폴리이미드층과 불소수지층을 모두 두껍게 형성할 수 있으므로, 튜브의 강도가 증가하여 고속 출력기기에 적용하더라도 튜브가 찢어지는 등의 오프셋 발생의 문제를 방지할 수 있다.

셋째, 별도의 탄성층을 마련하지 않아도 두꺼운 폴리이미드층과 불소수지층이 탄성층의 기능을 수행하면서 정착성을 개선시킨다.

넷째, 각 층의 제조방식에 대한 선택의 폭이 넓어지며, 특히 압출과 같은 생산성이 높은 방식을 이용할 수 있으므로 생산성이 크게 향상된다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

두께가 5∼600㎛인 원통형 불소수지 튜브 안에 두께가 10∼1,200㎛인 원통형 폴리이미드 튜브를 끼워서 상호 융착시키며, 상기 폴리이미드 튜브는 도전성 충전재를 20∼80 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제1항에 있어서,

상기 도전성 충전재는 금, 은, 동, 니켈, 철, 주석, 납, 백금, 아연, 스테인레스 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택된 금속과 그 금속화합물의 분말 또는 실리카 분말 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제2항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브는 표면전기저항이 1×10^-2Ω·㎝ ~ 1×10⁷Ω·㎝의 범위인 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제2항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브는 열전도도가 20℃에서 0.001cal/㎝·sec·℃ 이상인 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제1항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브의 재료인 전구체 용액은 N-메틸-2피롤리돈 또는 N,N'-디메틸아세트아마이드에서 하나 이상 선택된 용제; 폴리멜리틱디안하이드라이드 또는 3,3', 4,4'-바이페닐렌테트라카복실릭 디안하이드라이드에서 하나 이상 선택된 산성분; 및 파라 페닐렌디아민, 4,4'-바이페닐렌 디아민 또는 3,3'-디메틸-4,4'바이페닐렌 디아민에서 하나 이상 선택된 디아민 성분으로 이루어진 방향족 폴리이미드 전구체인 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제5항에 있어서,

상기 폴리이미드 전구체 용액은, 폴리이미드화 반응 완결 후의 열선팽창계수가 20~250℃에서 6.0×10^-6㎝/㎝/℃ ~ 20.0×10^-6㎝/㎝/℃ 인 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
삭제
제1항에 있어서,

상기 불소수지 튜브는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA) 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌공중합체(FEP)에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제8항에 있어서,

상기 불소수지 튜브는 도전성 카본 분말을 1~20wt% 함유하여, 표면전기저항이 1×10³Ω·㎝ ~ 1×10¹¹Ω·㎝의 범위인 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
삭제
제1항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브와 불소수지 튜브 사이에 접착력 증가를 위한 중간층이 개재된 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
제1항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브는 복층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브.
이음매 없는 원통형 폴리이미드 튜브를 제조하는 폴리이미드 튜브 제조단계;

이음매 없는 원통형 불소수지 튜브를 제조하는 불소수지 튜브 제조단계; 및

상기 불소수지 튜브 안에 상기 폴리이미드 튜브를 끼워서 상호 접합시키는 융착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브 제조단계는,

도전성 충전재가 함유된 폴리이미드 전구체 용액을 준비하는 단계와,

상기 전구체 용액으로 원통형 금형의 외주면에 코팅하는 단계와,

상기 코팅된 용액을 건조시키고 단계적으로 가열하여 폴리이미드화 반응을 완결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브 제조단계는,

도전성 충전재가 함유된 폴리이미드 수지 용액을 준비하는 단계와,

원통형 금형의 외주면에 코팅하는 단계와,

상기 코팅된 용액을 건조시켜서 필름 튜브화하는 단계를 포함하는 것을 특징 으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 폴리이미드 튜브 제조단계는,

도전성 충전재가 함유된 열가소성 폴리이미드 수지를 준비하는 단계와,

소정 튜빙 다이를 통해 상기 열가소성 폴리이미드 수지를 필름 튜브로 압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도전성 충전재는 금, 은, 동, 니켈, 철, 주석, 납, 백금, 아연, 스테인레스 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 금속과 그 금속화합물의 분말 또는 실리카 분말 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하며, 상기 폴리이미드층의 20~80wt%를 차지하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 불소수지 튜브 제조단계는,

불소수지를 준비하는 단계와,

소정 튜빙 다이를 통해 상기 불소수지를 필름 튜브로 압출하는 단계 및,

상기 압출된 필름 튜브를 가열하여 확관하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제18항에 있어서,

상기 불소수지에는,

도전성 카본 분말이 1~20wt% 함유된 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 융착단계는,

상기 폴리이미드 튜브와 불소수지 튜브를 원통형 금형의 외주면에 장착하는 단계와,

상기 원통형 금형을 열풍순환오븐 내에 장착하여 0.5~90분간 회전시키면서 250℃~400℃ 온도 범위에서 단계적으로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 융착단계 이전에 상기 폴리이미드 튜브와 상기 불소수지 튜브 사이에 불소수지 프라이머와 실리콘 접착제 중 선택된 적어도 어느 하나를 접착력 증대를 위한 중간층으로서 개재시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드-불소수지 필름 튜브 제조방법.