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CN1519665A - 半导电辊 - Google Patents

半导电辊 Download PDF

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CN1519665A
CN1519665A CNA2004100390672A CN200410039067A CN1519665A CN 1519665 A CN1519665 A CN 1519665A CN A2004100390672 A CNA2004100390672 A CN A2004100390672A CN 200410039067 A CN200410039067 A CN 200410039067A CN 1519665 A CN1519665 A CN 1519665A
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Abstract

一种半导电辊，其包含轴(12)、在轴的外周表面形成的低硬度基层(14)和从低硬度基层向外放射状形成的涂覆层(16)，其中通过至少一种树脂交联剂交联橡胶材料或弹性体材料形成涂覆层。

Description

半导电辊
本申请要求2003年1月30日提交的2003-021497号日本专利申请的优先权，其全部内容引入本文作为参考。
发明领域
本发明涉及办公自动化(OA)机器或设备如电子照相复印机、打印机和电传复印机所用的半导电辊，例如，显影辊。
背景技术
半导电辊如显影辊和充电辊安装在办公自动化(OA)机器或设备上，如电子照相复印机、打印机和电传复印机上。例如，安装显影辊使之与墨粉接触，从而作为图像承载介质的感光鼓外周表面形成的静电潜像被显影为可见图像。在机器上安装充电辊使之旋转并与感光鼓保持接触。因此，半导电辊分别执行相应的功能。
更具体而言，显影辊在其外周表面上带有一层墨粉。显影辊和感光辊旋转时，显影辊与潜像形成于其上的感光鼓保持接触，从而潜像被显影成墨粉图像。充电辊和感光鼓旋转时，加有电压的充电辊与感光鼓的外周表面保持挤压接触，以向感光鼓的外周表面充电。
上述半导电辊包括作为导电体的适宜轴(金属芯)和在轴的外周表面形成的适当厚度的导电基层，该导电基层由实心弹性体或泡沫弹性体等构成。需要时，半导电辊还可包括中间层和表层，它们以电阻调节层和保护层的形式从基层向外放射状依次形成，用以调节辊的电阻并保护硬度相对较低的基层。
近年来，办公自动化(OA)机器和设备如电子照相复印机、打印机和电传复印机，在高图像质量和节能(减少耗电量)方面的需求不断增长。为满足该类需求，采用球形高分子墨粉代替传统的粉碎墨粉，该类高分子墨粉具有较小的粒径和粒径分布以及低熔点，使得墨粉粒子可均匀带电。
在半导电辊和感光鼓之间接触压力较大的地方，低熔点的高分子墨粉趋于经软化而破裂或变形，并且墨粉粒子容易聚集，使得很难达到预期的高图像质量和节能效果。鉴于此，需要设置半导电辊，以确保谨慎操作墨粉从而避免在墨粉上施加大的应力。为此，降低了影响辊硬度的基层硬度。而且，考虑到如果基层硬度与从基层向外放射状依次形成的中间层或表层硬度之间的差别增加，辊会容易起皱折，因此中间层和表层由柔软的橡胶材料或弹性体材料构成。
根据已知的涂覆方法如浸渍涂装或辊涂，利用橡胶材料或弹性体材料，在低硬度基层特别是实心弹性体构成的低硬度基层上形成中间层或表层时，由于作为涂覆层的中间层或表层没有足够大的交联密度，因此辊不能表现出足够高的耐磨性以经受长间使用。此外，由于涂覆液体中橡胶组分的焦烧过程，导致各辊的涂覆层厚度不均匀。在这种情况下，辊不具备达到高图像质量所需的预期表面状况。如果降低涂覆液体中所添加交联剂的用量，以使涂覆液体能在室温下高稳定地保存而不会焦烧，那么交联或硫化就不会继续下去，从而不利地增加硫化所需时间并降低生产效率。此外，还会有涂覆层的交联密度降低的问题。
总之，由于为形成中间层或表层所制备涂覆液体的量，多于涂覆操作中的实际使用量，因此不可避免地会剩余一部分未使用的涂覆液体。考虑到成本，要回收和重复利用未使用的涂覆液体。在重复利用的过程中，涂覆液体中的橡胶组分会发生焦烧，使得涂覆液体趋于凝胶化而产生结块。如果将含有结块的涂覆液体涂覆在基层外表面，辊会有表面缺陷并且废品率提高。
传统上，为提高其墨粉的转移性能，半导电辊的表面特别是显影辊的表面被轻微粗糙化。例如，通过研磨或模塑将基层表面适当粗糙化，使辊具有预期的表面粗糙度。或者，如JP-A-2000-330372所公开的，可在涂覆层(用作中间层或表层)中加入粗糙剂如球形填料，从而使辊具有预期的表面粗糙度。由于使用了上述高分子墨粉，实现了高图像质量所需的均匀带电。为获得更高的图像质量，需要精确控制辊的表面粗糙度。但是，通过涂覆操作形成中间层或表层时，各个辊的涂覆层厚度不均匀，使得很难随心所欲地控制表面粗糙度。
发明内容
本发明是在上述技术背景下完成的。因此本发明的首要目的是，提供一种半导电辊，其包括通过向外放射状涂覆低硬度基层形成的涂覆层，通过提高涂覆层的交联密度使该半导电辊表现出足够高的耐磨性以经受长期使用，而且，由于可容易地控制涂覆层的厚度，该半导电辊具有高精度的表面状况。
本发明的第二个目的是提供一种能高经济、高效率生产的半导电辊，形成涂覆层时辊表面不会有涂覆液体凝胶化产生结块导致的缺陷，即使重复利用涂覆液体时也是如此。
为达到上述目的，本发明的发明人经过大量研究发现，为交联(硫化)涂覆层，在常规采用的硫黄交联(硫黄硫化)过程中，涂覆层的交联密度由于下列原因被破坏：作为交联剂(硫化剂)的硫黄经加热会移动或迁移到低密度基层。此外，基层中抑制涂覆层交联的抑制组分会迁移到涂覆层。发明人进一步发现：在含有硫黄交联剂的涂覆液体中，随着时间的推移，室温下会发生焦烧从而导致涂覆液体的粘度增加。如果通过使用溶剂将涂覆液体的粘度调节至适合所用涂覆方法的预期值，那么由于添加溶剂会导致涂覆液体中的固体组分含量改变，使得难以控制涂覆层的厚度。发明人发现，如果通过树脂交联代替常规的硫黄交联来形成涂覆层，其中使用树脂材料作为交联剂交联橡胶或弹性体材料，涂覆层会具有高交联密度。上述具有高交联密度涂覆层的半导电辊，其耐磨性增强。此外，由于包含树脂交联剂的涂覆液体不会由于涂覆液体中含有的橡胶或弹性体材料室温下焦烧导致粘度增加，因此无需加入溶剂来调节粘度，因此涂覆液体中固体组分含量保持不变，使得可以容易地控制涂覆层的厚度。
在上述发现的基础上开发了本发明，并且根据本发明的原理可实现上述目的。本发明提供一种半导电辊，其包括轴、在轴的外周表面形成的低硬度基层、和从低硬度基层向外放射状涂覆形成的涂覆层，其中通过至少一种树脂交联剂将橡胶材料或弹性体材料交联形成涂覆层。
在如上述构造的半导电辊中，通过使用树脂交联剂代替常规硫黄交联剂形成涂覆层，可有效避免树脂交联剂转移到低硬度基层中，从而提高了涂覆层的交联密度。因此，本发明的半导电辊可被有利地赋予足够高的耐磨性以经受长期使用。
在本发明半导电辊中，形成涂覆层的涂覆液体包含树脂交联剂。由于包含树脂交联剂的涂覆液体不会遭受其含有的橡胶或弹性体材料室温下焦烧导致的粘度增加，因此根据所采用涂覆方法适当调节的预期粘度值保持不变。因此无需加入溶剂来调节粘度，涂覆液体中固体组分(即橡胶和弹性体组分)的含量保持不变，使得可以容易地控制涂覆层的厚度，从而使半导电辊具有高精度的预期表面状况。
在含有树脂交联剂的涂覆液体中，避免了橡胶或弹性体材料的焦烧，而且几乎不可能发生涂覆液体的凝胶化或结块。因此，即使回收或重新利用该涂覆液体，半导电辊也不会遭受由于涂覆液体凝胶化或结块导致的表面缺陷。因此，本发明的半导电辊具有高经济度和高生产率。
在本发明半导电辊的一个优选形式中，至少一种树脂交联剂具有芳环结构或杂环结构。尤其优选采用甲阶型苯酚-甲醛树脂和甲阶型二甲苯-甲醛树脂作为树脂交联剂。具有芳环或杂环结构的树脂交联剂有利地避免了其移动或迁移到低硬度基层中，因此涂覆层具有预期的高交联密度。
在本发明半导电辊的另一个优选形式中，每100重量份树脂交联剂和橡胶材料或弹性体材料的总量中，包含用量为1-60重量份的至少一种树脂交联剂。
对于橡胶材料，优选使用丙烯腈含量不低于30％的丁腈橡胶(丙烯腈-丁二烯橡胶)(NBR)。
低硬度基层优选由实心弹性体构成。鉴于，与其它材料构成的基层相比，硫黄交联剂更容易移动或迁移到实心弹性体构成的基层中，因此从实心弹性体构成的低硬度基层向外放射状形成的涂覆层，具有上述本发明的优点。
附图说明
根据下列本发明优选实施方案的详细描述，并结合附图，将更好地理解本发明的上述和其它目的、特征、优点及其技术价值和工业价值，其中：
图1是根据本发明一个实施方案构造的半导电辊的横断面图。
图2A-图2D是根据本发明其它实施方案构造的半导电辊的局部放大图。其中图2A和图2B显示各自具有由低硬度基层和表层构成的两层结构的半导电辊，图2C和图2D显示各自具有由低硬度基层、中间层和表层构成的三层结构的半导电辊。
具体实施方式
首先参照图1的横断面图，它显示本发明半导电辊所采用的辊结构的一个代表性例子。图1中10表示半导电辊，其包括，由金属如不锈钢构成的棒状或管状导电轴12(金属芯)；在轴12的外周表面提供导电性低硬度基层14，该基层具有适当的厚度并由较低硬度的实心弹性体或泡沫弹性体构成；此外，通过浸渍涂装或辊涂等涂覆方法，从低硬度基层14向外放射状形成表层，该表层以具有适当厚度的涂覆层16的形式存在。
本发明的特征在于，取代常规采用的以硫黄材料为交联剂的硫黄交联，利用通过至少一种下述树脂交联剂交联橡胶或弹性体材料的树脂交联，从低硬度基层14向外放射状形成涂覆层16。
在根据本发明构造的半导电辊10中，利用具有实心结构的已知导电弹性材料或导电泡沫材料，在轴12的外周表面形成低硬度基层14，使低硬度基层14具有半导电辊所需的相当于JIS-A硬度约5°-50°的低硬度和高柔软度。
构成低硬度基层14的弹性材料的例子包括，已知的橡胶弹性材料例如三元乙丙橡胶(EPDM)、丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶和聚降冰片烯橡胶；以及已知的弹性体材料如聚氨酯。通过使用上述至少一种橡胶弹性材料或至少一种弹性体材料，以本领域已知的方式在轴12上一体化形成由较低硬度弹性体构成的低硬度基层14。如本领域已知的，在轴12上一体化形成基层14时，若需要可使用适宜的粘合剂。基层14可由上述橡胶弹性材料或弹性体材料形成的实心弹性体构成。或者，基层14还可由可发泡橡胶材料或可发泡聚氨酯材料形成的泡沫弹性体构成。只要所得的半导电辊表现出辊所要求的特性并且不会遭受永久变形等，可使用任何已知的可发泡材料来制备泡沫弹性体。例如，利用已知的发泡剂如偶氮二甲酰胺、4，4’-氧双苯磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺或NaHCO3，使橡胶材料如丁腈橡胶(NBR)、氢化NBR(H-NBR)、聚氨酯橡胶、EPDM或硅橡胶发泡，由此提供泡沫弹性体构成的基层。
向上述用于基层14的材料中加入至少一种导电剂，以赋予基层14所需的导电性并将基层14的体积电阻率调节至预期值。导电剂的例子包括碳黑、石墨、钛酸钾、氧化铁、c-TiO2、c-ZnO、c-SnO2，和离子导电剂如季胺盐、硼酸盐或表面活性剂。使用弹性材料如橡胶弹性材料形成实心结构的基层14时，在弹性材料中加入大量的柔软剂如操作油或液体聚合物，使基层14具有低硬度和高柔软度。
低硬度基层14由导电弹性材料形成时，基层14的体积电阻率通常为约1×103Ω·cm-约1×1012Ω·cm，基层厚度通常为0.1-10mm，优选约2-4mm。当低硬度基层14由导电可发泡材料形成时，基层14的体积电阻率通常为约1×103Ω·cm-约1×1012Ω·cm，基层厚度通常为0.5-10mm，优选约3-6mm。
图1所示的本发明半导电辊中，从上述低硬度基层14向外放射状形成涂覆层16，有效地避免了墨粉粘附或积聚在辊表面。通过至少一种下述树脂交联剂将橡胶材料或弹性体材料交联形成本发明半导电辊的涂覆层16。这样，有效地避免了涂覆层16中存有的交联剂移动或迁移到基层14中，因此涂覆层16具有足够高的交联密度，使得半导电辊10具有优异的耐磨性。
涂覆层16所用的橡胶材料或弹性体材料选自已知的形成涂覆层常规所用的溶剂可溶性橡胶材料和弹性体材料。可适当选择至少一种橡胶材料或至少一种弹性体材料。橡胶材料的例子包括NR、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、SBR、NBR、H-NBR、EPDM、乙丙橡胶、丁基橡胶、丙烯酸类橡胶、聚氨酯橡胶、氯丁二烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和表氯醇橡胶。弹性体材料的例子包括热塑性聚氨酯弹性体和聚酰胺弹性体。上述例子中，优选使用NR、IR、BR、SBR和NBR，因为使用这些材料形成的涂覆层16显著具有上述本发明的效果。尤其优选使用丙烯腈(AN)含量不低于30％的NBR。通过使用上述NBR，可将体积电阻率容易地调节至半导电辊表面通常所需的数值(即约1×105-1×1012Ω·cm)。此外，上述NBR对于下述树脂交联剂如苯酚-甲醛树脂的交联性、共混性或相溶性而言都是优异的。
使用上述橡胶材料或弹性体材料制备一种形成涂覆层16的涂覆液体。向橡胶材料或弹性体材料中加入至少一种已知的树脂交联剂交联橡胶材料或弹性体材料。因此，本发明采取利用树脂交联剂交联橡胶材料或弹性体材料的树脂交联方法，确保涂覆液体在室温下具有高稳定性。
对所用的树脂交联剂没有具体的限制，可从已知的树脂交联剂中适当选择。树脂交联剂的例子有热塑性树脂如苯酚-甲醛树脂、二甲苯-甲醛树脂、氨基树脂、胍胺树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、环氧树脂、苯氧基树脂和聚氨酯树脂。更具体而言，氨基树脂的例子包括三聚氰胺树脂型交联剂，如完全烷基型甲基化三聚氰胺树脂、羟甲基型甲基化三聚氰胺树脂、亚氨基型甲基化三聚氰胺树脂、完全烷基型混合醚化三聚氰胺树脂、羟甲基型混合醚化三聚氰胺树脂、亚氨基型混合醚化三聚氰胺树脂和高固体份丁基化三聚氰胺树脂。环氧树脂的例子包括环氧树脂型交联剂如双酚A缩水甘油醚环氧树脂、双酚缩水甘油醚环氧树脂、酚醛清漆缩水甘油醚环氧树脂、聚乙二醇缩水甘油醚环氧树脂、聚丙二醇缩水甘油醚环氧树脂、丙三醇缩水甘油醚环氧树脂、芳香族缩水甘油醚环氧树脂、芳香族缩水甘油胺环氧树脂、苯酚缩水甘油胺环氧树脂、氢化苯二甲酸缩水甘油酯环氧树脂和二聚酸缩水甘油酯环氧树脂。聚氨酯树脂的例子包括聚异氰酸酯如甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯；这些异氰酸酯的缩二脲型、异氰脲酸酯型和三羟甲基丙烷改性型；以及其嵌段型。除了上述树脂交联剂，还可适当采用树脂交联剂的改性材料、高固体份苯胍胺树脂、甘脲树脂、羧基改性的氨基树脂。
在上述各种已知的树脂交联剂中，优选使用具有芳环或杂环结构的树脂交联剂。尤其优选甲阶型苯酚-甲醛树脂或甲阶型二甲苯-甲醛树脂。这些甲阶型树脂是苯酚或二甲苯和甲醛与碱性催化剂通过加成-缩合反应得到的预聚物。本发明的发明人推测，具有芳环或杂环结构的树脂交联剂，特别是甲阶型苯酚-甲醛树脂或甲阶型二甲苯-甲醛树脂，由于其分子结构或分子尺寸的缘故，有效地避免了迁移或渗透到低硬度基层14，因此涂覆层16具有预期的交联密度。但是，机理还不清楚。
根据预期的弯曲性或柔软度级别适当选取树脂交联剂的用量。每100重量份树脂交联剂和橡胶材料或弹性体材料的总量中，树脂交联剂的用量保持在1-60重量份，优选10-50重量份。换言之，所选取的树脂交联剂和橡胶材料或弹性体材料的比例(树脂交联剂：橡胶材料或弹性体材料)在1∶99-60∶40范围内，优选在10∶90-50∶50的范围内。如果交联剂的用量太小，涂覆层16的交联或硫化将不能充分进行。在这种情况下，交联所需的时间变长，损害了生产效率。此外，涂覆层16不能充分交联，导致耐磨性不足。另一方面，如果树脂交联剂的用量太大，涂覆层16的硬度过大，半导电辊可能会出现各种问题，例如，弯曲性或柔软度不够以及产生皱折。
为使半导电辊10具备各种物理性能，例如辊10所需的半导电性和柔软性，除了上述橡胶材料或弹性材料以及树脂交联剂，涂覆层16的材料还可按需要包括适当用量的至少一种导电剂、至少一种填料、至少一种柔软剂和各种添加剂。导电剂的例子包括碳黑、石墨、钛酸钾、氧化铁、c-TiO2、c-ZnO、c-SnO2，和离子导电剂如季胺盐、硼酸盐、表面活性剂。当生产的半导电辊10用作显影辊时，可按需要加入粗糙剂如具有适当形状和尺寸的填料，将辊的表面按需要粗糙化，使显影辊具有预期的墨粉转移性能。
将混有多种上述组分的涂覆层16的材料以已知的方式溶于溶剂中，制得具有预期粘度的涂覆液体。只要橡胶材料或弹性体材料溶于溶剂中，可以采用任何已知溶剂制备包含橡胶材料或弹性体材料、树脂交联剂和添加剂的涂覆液体。例如，可以使用有机溶剂如丙酮、甲乙酮、甲醇、异丙醇、甲基溶纤剂、甲苯和二甲基甲酰胺。可使用至少一种溶剂或这些溶剂的任何组合。涂覆液体的粘度根据采用的涂覆方法适当调节，粘度通常保持在约5-1000mPa·s。
这样制备的涂覆液体包含将橡胶材料或弹性体材料交联所用的树脂交联剂，室温下，橡胶材料或弹性体材料不会发生焦烧，因此涂覆液体的粘度发生改变的可能性较小。从而，涂覆液体的粘度保持在适合形成涂覆层16所用涂覆方法的预期值，因此可以容易地将涂覆层16的厚度高稳定地控制在预期值，而且半导电辊10具有相当高精度的预期表面状况。
在上述制备的涂覆液体中，室温下，其中含有的橡胶材料或弹性体材料不会发生焦烧，因此该涂覆液体不会产生凝胶化，其寿命比常规涂覆液体高许多。因此，即使将涂覆液体重复利用形成涂覆层16，半导电辊10也能有利地避免涂覆液体凝胶化引起结块导致的表面缺陷和外观被破坏。因此，可以高经济高效率地生产半导电辊10。按照上述制备的涂覆液体可以重复利用，因此本涂覆液体是高经济的，并对环境有利。
在低硬度基层14上涂覆上述制备的涂覆液体，使涂覆层层合在基层14上，从而获得预期的半导电辊10。
如上述形成的涂覆层16，其体积电阻率通常为约1×103-1×1012Ω·cm，其厚度通常为约1-200μm。
可采用各种已知方法制造图1中的半导电辊。例如，可采用已知方法如挤出和利用金属模具模塑，将低硬度基层的材料在涂覆有粘合剂的轴12的外周表面形成基层14。在如此形成的低硬度基层14的外周表面上，通过涂覆形成涂覆层16，使之具有适当的厚度。这样，获得预期半导电辊。在本发明中，可采用各种已知涂覆方法，如浸渍涂装、辊涂和喷涂。将覆盖低硬度基层14的涂覆液体在普通条件下(例如在120-200℃，10-120分钟)进行热处理，除去溶剂并使橡胶材料或弹性体材料交联，从而提供具有预期弯曲性或柔软度的涂覆层16。
在轴12上按所述顺序形成低硬度基层14和涂覆层16，这样构造的半导电辊10，由于低硬度基层14的缘故，表现出低硬度或高柔软度以及良好的导电性。而且，由于涂覆层16的缘故，有效地避免了墨粉粘附或积聚在辊表面。此外，半导电辊10表现出优良的耐磨性和高精度的预期表面状况。
根据本发明的半导电辊10，可有利地以显影辊、充电辊、转印辊等形式应用于办公自动化(OA)机器或设备如电子照相复印机、打印机和电传复印机。
已参照附图详细描述了本发明的目前优选的实施方案，显然，本发明也可以其它方式实施。
图1的半导电辊10具有由低硬度基层14和在基层14的外周表面作为表层形成的涂覆层16构成的两层结构。只要半导电辊至少包括从低硬度基层14向外放射状形成的涂覆层，半导电辊的结构并不限于图1所示结构。例如，半导电辊可以具有低硬度基层14、表层(16)和插入二者之间的一个中间层构成的三层结构，或具有由低硬度基层14、表层(16)和插入二者之间的至少两个中间层构成的多层结构。中间层可用多种方法如涂覆法和挤出模塑法形成。在通过涂覆形成中间层时，可以采用硫黄交联法或树脂交联法。
作为半导电辊实例之一的显影辊，其表面被适当粗糙化，使显影辊表现出改善的墨粉转移性能。例如，如图2A所示，在低硬度基层20的外周表面形成的涂覆层(用作表层24)中，含有规定粒径的粗糙剂22。如图2B所示，低硬度基层20的外周表面通过打磨或模塑被适当粗糙化，涂覆层(用作表层24)可以形成于其上并具有适当的厚度。如图2C所示，当半导电辊具有低硬度基层、中间层和表层构成的三层结构时，在低硬度基层20的外周表面形成适当厚度的中间层26，在中间层26的外周表面形成包含粗糙剂22的涂覆层(用作表层24)。如图2D所示，在低硬度基层20的外周表面形成包含粗糙剂22的涂覆层(用作中间层26)，在中间层26的外周表面形成适当厚度的涂覆层(用作表层24)。如图2A到图2D所示，辊表面如上所述被粗糙化，根据本发明涂覆层的厚度差别被减至最小，因此辊具有准确控制的高精度预期表面粗糙度。具有低硬度基层、中间层和表层构成的三层结构的显影辊中，低硬度基层、中间层和表层的厚度分别保持在0.1-10mm、1-200μm(优选5-50μm)、1-200μm(优选5-50μm)。
当然，本领域技术人员可能以各种变化、修改和改进的方式来实现本发明，这些都在本发明的附加的权利要求范围内。
实施例
为进一步明确本发明，将描述本发明的部分实施例。当然，这些实施例的细节和前面的描述并不限制本发明。
为获得具有图1所示结构的半导电辊，准备导电硅橡胶(X34-264 A/B，构自Shin-etsu Chemicals，Co.，Ltd，日本)作为低硬度基层(14)的材料，并准备13种形成各涂覆层(16)的材料，它们分别具有下表1-3(即实施例A-M)中所列的相应组成。将每种用于涂覆层的这些材料溶于甲乙酮，从而分别提供具有预定粘度(约10mPa·s)的各种涂覆液体。
表1
                     实施例
  A     B    C     D     E
含量重量份     NBR(AN含量41％)   N220SH   JSR CORPORATION，日本   70     70    -     -     55
    NBR(AN含量34％)   N231H   JSR CORPORATION，日本   -     -    40     -     -
    NBR(AN含量50％)   NIPOL DN009   ZEON Corporation，日本   -     -    -     90     -
    酚醛清漆型苯酚-甲醛树脂   SUMILITERESINPR-13355   SUMITOMO DULLES CO.，LTD.，日本   30     -    -     -     -
    甲阶型苯酚-甲醛树脂   SUMILITERESINPR-175   SUMITOMO DULLES CO.，LTD.，日本   - 30    -     -     -
    甲阶型苯酚-甲醛树脂   SHONOLCKS-380A   SHOWA HIGHPOLYMER CO.，LTD.，日本   -     -    60     -     -
    甲阶型苯酚-甲醛树脂   SHONOLBKM-2620   SHOWA HIGHPOLYMER CO.，LTD.，日本   -     -    -     10     -
    甲阶型二甲苯-甲醛树脂 NIKANOL PR-1440   MITSUBISHI GASCHEMICALCOMPANY，INC.，日本   -     -    -     - 45
碳黑 DENKA BLACK   DENKI KAGAKU KOGYOKABUSHIKI KAISHA，日本 30 30 30 30 30
交联条件   温度(℃)   160     160    160     160     160
  时间(小时)   1      1    1     1     1
表2
                      实施例
  F   G     H     I     J
含量重量份 NBR(AN含量41％)     N220SH     JSR CORPORATION，日本   -   -     70     80     -
含羧基NBR     NIPOL 1072J     ZEON Corporation，日本   70   80     -     -     -
聚氨酯橡胶 UN278     SAKAI CHEMICAL INDUSTRIALCO.，LTD.，日本   -   -     -     -     70
PVB     DENKA BUTYRAL4000-2     DENKI KAGAKU KOGYOKABUSHIKI KAISHA，日本   -   -     -     -     30
甲阶型苯酚-甲醛树脂     SUMILITERESINPR-175     SUMITOMO DULLES CO.，LTD.，日本   -   -     30     -     -
甲阶型二甲苯-甲醛树脂 NIKANOL PR-1440     MITSUBISHI GAS CHEMICALCOMPANY，INC.，日本   -   -     - 20     -
环氧树脂     DENACOL EX-622     Nagase ChemteX Corporation，日本   -   20     -     -     -
丁基化三聚氰胺树脂 SUPERBECKAMINEJ-820-60     DAINIPPON INK ANDCHEMICALS，INCORPORATED，日本 30 - - - -
嵌段HDI BURNOCK D-550     DAINIPPON INK ANDCHEMICALS，INCORPORATED，日本   -   -     -     - 10
碳黑 DENKA BLACK     DENKI KAGAKU KOGYOKABUSHIKI KAISHA，日本 30 30 30 30 30
粗糙剂 MX-1500     SOKEN CHEMICALS，CO.，LTD.，日本   -   - 10 1O 10
交联条件     温度(℃)   160   160     160     160     160
    时间(小时)   1   1     1     1     1
“PVB”和“HDI”分别为聚乙烯醇缩丁醛和六亚甲基二胺。粗糙剂“MX-1500”的平均粒径为15μm。“DENKA BUTYRAL”和“DENACOL EX-622”是不含杂环结构和芳环结构的树脂交联剂。
表3
           实施例
  K   L   M
含量重量份 NBR(AN含量41％) N220SH     JSRCORPORATION，日本 100 100 -
    甲氧甲基化尼龙   TORESINEF30T-C     Nagase ChemteXCorporation，日本   -   -   100
碳黑 DENKABLACK     DENKI KAGAKUKOGYOKABUSHIKIKAISHA，日本 30 30 20
粗糙剂 MX-1500     SOKENCHEMICALS，CO.，LTD.，日本   - 10 10
    锌白   5   5   -
    硬脂酸   1   1   -
    硫黄   1   3   -
    硫化促进剂CZ   1.5   1.5   -
    硫化促进剂TT   1   1   -
    柠檬酸   -   -   2
交联条件     温度(℃)   160   160   120
    时间(小时)   1   1   0.5
首先，以下列方式制备，由SUS 304制成的外径为10mm的镀镍金属芯(轴12)，和如上所述利用低硬度基层的材料制备低硬度基层(14)，二者构成中间体橡胶辊。更具体而言，在涂覆有适宜导电粘合剂的轴(12)的外周表面上，通过利用金属模具模塑形成低硬度基层(14)。轴(12)上形成的低硬度基层(14)厚度为5mm，并由导电性硅橡胶弹性体构成。形成低硬度基层(14)所采用的硫化温度和硫化时间为170℃，30分钟。如此形成的低硬度基层(14)的JIS-A硬度为35°，体积电阻率为8×104Ω·cm。
将中间体橡胶辊分别从模具中取出后，将其利用按上述制备的涂覆液体通过浸渍进行涂覆操作，分别形成涂覆层。在各自条件下(也列于表1-3)，通过交联形成涂覆层，从而得到实施例A-M的半导电辊。对于这样得到的每个半导电辊，在上述中间体橡胶辊的外周表面上一体化形成厚度为15μm的涂覆层(16)。实施例A-L的半导电辊，其涂覆层的100％模量强度为约5MPa；而实施例M的半导电辊，其涂覆层的100％模量强度为约15MPa。实施例A-M的每一涂覆层(16)，其体积电阻率为约1×1010Ω·cm。
对于这样得到的实施例A-M的每个半导电辊，用下列参数来评价：(1)交联度；(2)将辊进行耐久性试验前，复制图像的质量；(3)将辊进行耐久性试验后，复制图像的质量，即在6000张纸上复制图像后和在15000张纸上复制图像后，其中辊实际安装在电子照相复印机上；(4)耐久性试验后，辊表面是否出现皱折；(5)表面粗糙度的变化。
(1)交联度
将一片浸渍甲乙酮的废纱压在实施例A-L每个半导电辊的表面，并将每个辊表面与废纱强烈摩擦。实施例M的半导电辊使用的是浸渍甲醇的废纱。观察摩擦后的废纱，并根据下列标准评价交联度，评价结果列于下表4。
○：基本观察不到变化
×：辊表面溶解并且废纱被粘附于其上的碳黑污染。
(2)将辊进行耐久性试验前复制图像的质量
每一半导电辊用作显影辊，并安装在可购买到的电子照相复印机上。在20℃×50％RH下，复制图像。复制的图像根据下列参数评价。评价结果列于表4。
○：实黑图像具有足够的密度(即Macbeth密度不低于1.4)，无密度差别和白点。
印字无褪色和模糊。
×：实黑图像密度不足(即Macbeth密度低于1.4)，有密度差别和/或白点。
(3)将辊进行耐久性试验后复制图像的质量，其中辊实际安装在电子照相复印机上
每个半导电辊用作显影辊，并安装在可购买到的电子照相复印机上。在20℃×50％RH下，在6000张纸和15000张纸上复制图像。在6000张纸和1 5000张纸上复制图像后，复制的图像根据下列参数评价。评价结果列于表4。
○：实黑图像具有足够的密度(即Macbeth密度不低于1.4)，无密度差别和白点。
印字无褪色和模糊。
△：实黑图像无缺陷，但印字褪色或模糊。
×：图像有密度差别和/或白点。
(4)耐久性试验后辊表面是否出现皱折
6000张图像复制操作后和15000张图像复制操作后，观察辊表面以检查辊表面是否出现皱折。评价结果列于表4。(在表4中，“○”表明辊表面无皱折，而“×”表明辊表面出现皱折。)
(5)表面粗糙度的变化
6000张图像复制操作后和15000张图像复制操作后，以下列方式在辊表面的五个不同部分测量表面粗糙度(Ra)，检查辊表面是否被磨损以及粒子是否移动或从表面脱落。根据JIS-B 0601，利用表面粗糙度表(“SURFCOM”，构自日本Tokyo Seimitsu Co.，Ltd.)在下列条件下测量表面粗糙度(Ra)：测量长度：4mm；触针：0102508；截止值(cutoff)：0.8mm；触针给进速度(feed rate)：0.3mm/s。根据下列参数评价平均表面粗糙度(Ra)，评价结果列于表4。
○：每次耐久性试验前后表面粗糙度Ra的变化量低于0.2μm。
△：每次耐久性试验前后表面粗糙度Ra的变化量低于0.4μm。
×：每次耐久性试验前后表面粗糙度Ra的变化量为0.4μm或更大。
表4
                                   实施例
  A   B   C   D   E   F   G   H   I   J   K   L   M
                           交联度   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×   ○
  耐久性试验前     所复制图像的评价   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
耐久性试验后(在6000张纸上复制图像后)     所复制图像的评价   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×   ×
是否出现皱折 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
    表面粗糙度的改变   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×   ○
耐久性试验后(在15000张纸上复制图像后)     所复制图像的评价   ○   ○   ○   ○   ○   ○   △   ○   ○   △   -  -   -
是否出现皱折 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ - - -
    表面粗糙度的变化   ○   ○   ○   ○   ○   ○   △   ○   ○   △   -   -   -
从表4所列的结果中可显然看出，按照树脂交联法形成涂覆层的实施例A-J的半导电辊，在6000张图像复制操作后其所复制图像仍具有高质量。另外，这些半导电辊(实施例A-J)表现出优异的耐磨性，即使在6000张图像复制操作后仍无皱折。特别是其中使用含芳环结构或杂环结构树脂交联剂的实施例A-F、H和I的半导电辊，即使在15000张图像复制操作后，仍然表现出上述优异特性。
与此相比，使用硫黄硫化法形成涂覆层的实施例K和L的半导电辊中，硫化不足，导致在6000张图像复制操作后产生图像缺陷。由甲氧甲基化尼龙(甲氧甲基化聚酰胺)形成其涂覆层的实施例M的半导电辊，由于涂覆层的硬度高于基层，其图像质量下降并产生皱折。
为确定实施例H和L每种涂覆液体的寿命，在制备后即刻、制备后两周、制备后一个月分别计算相应涂覆液体中固体组分(溶质)的浓度。算得的浓度列于下表5。需要时用溶剂稀释涂覆液体，调节涂覆液体的粘度为约10mP·s。利用涂覆液体H和L，用上述类似的方式，按下列三个时间生产半导电辊：制备涂覆液体后即刻；制备涂覆液体后两周；制备涂覆液体后一个月。测量每个辊的涂覆层厚度和表面粗糙度(Ra)。结果也列于下表5中。实验在实验室(LABO)环境进行。通常，为确保高图像质量，优选制造表面粗糙度Ra保持在1.0±0.2范围内的辊。
表5
制备后即刻 制备后二周   制备后一个月
树脂交联[实施例H]   固体组分[％]     15     15     15
  厚度[μm]     15     15     15
  表面粗糙度[Ra]     1.0     1.0     1.0
硫黄硫化[实施例L]   固体组分[％]     18     11    *1
  厚度[μm]     20     13    *2
  表面粗糙度[Ra]     1.0     1.3     -
*1：涂覆液体形成凝胶
*2：无法形成涂覆层
从表5所列的结果中可显然看出，使用树脂交联剂的实施例H避免了涂覆液体中发生焦烧，因此其涂覆液体未凝胶化。从而，包含树脂交联剂的涂覆液体形成的涂覆层厚度不发生变化。而且，由包含树脂交联剂的涂覆液体形成其涂覆层的半导电辊，具有相当高精度的预期表面粗糙度。
如前所述，显然，通过利用树脂交联剂替代常规使用的硫黄交联剂形成涂覆层的本发明半导电辊，其交联密度显著增加，因此半导电辊有利地表现出足够高的耐磨性以经受长期使用。
由于使用了树脂交联剂，室温下，涂覆液体中的橡胶材料或弹性体材料不会发生焦烧，因此涂覆液体的粘度不会改变。从而，涂覆液体中含有的橡胶材料或弹性体材料的量保持不变，使得很容易控制涂覆层的厚度。这样，半导电辊有利地具有相当高精度的预期表面状况。
既然包含树脂交联剂的涂覆液体避免了焦烧和导致凝胶化，即使涂覆液体是回收或重复利用的，半导电辊也不会出现涂覆液体凝胶化形成结块导致的表面缺陷。因此，本发明半导电辊具有高经济性和高生产率。

Claims (12)

1.一种半导电辊，其包含轴(12)、在所述轴的外周表面形成的低硬度基层(14)和在所述低硬度基层向外放射状形成的涂覆层(16)，其特征在于通过至少一种树脂交联剂交联橡胶材料或弹性体材料形成所述涂覆层。
2.权利要求1的半导电辊，其中所述的至少一种树脂交联剂具有芳环结构或杂环结构。
3.权利要求2的半导电辊，其中所述的至少一种树脂交联剂为甲阶型苯酚-甲醛树脂或甲阶型二甲苯-甲醛树脂。
4.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中每100重量份所述树脂交联剂和所述橡胶材料或所述弹性体材料的总量中，包含所述的至少一种树脂交联剂的量为1-60重量份。
5.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中每100份重量所述树脂交联剂和所述橡胶材料或所述弹性体材料的总量中，包含所述的至少一种树脂交联剂的量为10-50份重量。
6.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述橡胶材料是丙烯腈含量不低于30％的丁腈橡胶。
7.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述涂覆层的体积电阻率为1×103-1×1012Ω·cm。
8.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述涂覆层的厚度为1-200μm。
9.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述低硬度基层由实心弹性体构成。
10.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述低硬度基层由泡沫弹性体构成。
11.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述低硬度基层的JIS-A硬度为5°-50°。
12.权利要求1-3任一项的半导电辊，其中所述低硬度基层由至少一种导电剂赋予导电性。
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