專利名稱：導(dǎo)電橡膠輥的制作方法
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在成像裝置例如電子照相復(fù)印機、電子照相打印機和靜電記錄裝置中，作為顯影劑的調(diào)色劑被粘附在通過暴露于均勻帶靜電的電子照相光敏元件下而形成的靜電潛像上，調(diào)色劑(調(diào)色劑圖象)被傳遞到轉(zhuǎn)印介質(zhì)例如紙張上而形成圖象。另外，使電子照相光敏元件充電的方法包括使用電暈放電的非接觸充電方法和使用導(dǎo)電輥的接觸充電方法。轉(zhuǎn)印方法也相似地包括非接觸性電暈轉(zhuǎn)印方法和接觸輥轉(zhuǎn)印方法。
在導(dǎo)電輥中，使用電阻為1×105Ω·cm至1×1011Ω·cm作為體積電阻率的導(dǎo)電橡膠輥材料。這種導(dǎo)電橡膠材料與導(dǎo)電填料例如炭黑配混以便達(dá)到預(yù)期的電導(dǎo)率。但是，在所得到的導(dǎo)電橡膠材料中，其電阻率受到所施加的電壓變化的影響，所以當(dāng)用作充電元件時，必須提供控制施加電壓的元件。另外，這種導(dǎo)電橡膠材料可以具有非均勻的電阻值，取決于導(dǎo)電填料在橡膠材料中的分布情況，所以難以得到具有穩(wěn)定電阻的橡膠材料。
作為解決該問題的一個方法，這樣的方法是公知的，其中作為具有低電阻的聚合物的導(dǎo)電橡膠用于用作充電元件的橡膠組分，以達(dá)到所述的電阻。這種導(dǎo)電橡膠材料的電導(dǎo)率不依賴導(dǎo)電填料例如炭黑。但是，出現(xiàn)電阻值根據(jù)材料種類而少量分散的情況，或具有較小的對施加電壓的依賴性，且該材料易于處理。但是，其缺點是在低溫低濕度環(huán)境和高溫高溫度環(huán)境之間的電阻有很大差異，也就是說，其對環(huán)境的依賴性高。
由于電阻分散程度小的益處，導(dǎo)電橡膠例如丁腈橡膠和表氯醇橡膠用作導(dǎo)電輥的材料。其中，丁腈橡膠具有低電阻率為1×109Ω·cm至1010Ω·cm，且價廉。因此，丁腈橡膠已廣泛用作導(dǎo)電輥材料，特別是用于轉(zhuǎn)印輥材料。
但是，由于機械壓縮體積和降低成本的原因，用于將電荷施加到轉(zhuǎn)印輥的電源也需要壓縮體積，并已成為不能施加任何高電壓的類型。因此，也需要具有體積電阻率為1×108Ω·cm至1×109Ω·cm以及具有低環(huán)境依賴性的橡膠材料，其中該電阻率值比以前的值低大約1位數(shù)。
丁腈橡膠的丙烯腈含量通常為15-50重量％。但是，在丙烯腈含量為這種比例的情況下，電阻變化不大，只能在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電阻。
作為一種調(diào)節(jié)電阻的方法，可以加入炭黑。但是加入炭黑的方法不是優(yōu)選的，因為這引起電阻分散。
也提出這樣的方法，其中丁腈橡膠與表氯醇橡膠共混，表氯醇橡膠也是導(dǎo)電橡膠。表氯醇橡膠包括表氯醇的均聚物以及其與環(huán)氧乙烷的共聚物。當(dāng)環(huán)氧乙烷的組成含量高時，與環(huán)氧乙烷共聚得到的產(chǎn)物具有較低的電阻。在與表氯醇橡膠共混的建議中，表氯醇橡膠的共混比例是以100份總重量為基準(zhǔn)的25份或更多，但該值過高，導(dǎo)致對環(huán)境的依賴性高(日本專利申請未審公開8-292640)，或因為使用具有40摩爾％或更少的低環(huán)氧乙烷含量的共混物，即具有高電阻的共混物，電阻可以在窄范圍內(nèi)調(diào)節(jié)(日本專利申請未審公開11-65269)，這兩者都不是優(yōu)選的，因為電阻應(yīng)該調(diào)節(jié)到降低約1位數(shù)的低電阻一邊。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述問題的導(dǎo)電橡膠輥，其具有低的電阻環(huán)境依賴性和電阻的分散程度小。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供一種包括導(dǎo)電載體和橡膠層的導(dǎo)電橡膠輥
橡膠層包括(A)含有40摩爾％或更多環(huán)氧乙烷的表氯醇橡膠和(B)具有丙烯腈含量為20重量％或更少的丁腈橡膠組分；組分(A)的重量比例是5或更大至小于25，以組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)。
發(fā)明詳述本發(fā)明人已注意到這樣的事實，表氯醇橡膠的電阻根據(jù)表氯醇橡膠中環(huán)氧乙烷的含量而變化，且隨著環(huán)氧乙烷的含量增加，電阻降低。他們認(rèn)為具有低環(huán)境依賴性的丁腈橡膠應(yīng)該與少量表氯醇橡膠、特別是具有高環(huán)氧乙烷含量即具有低電阻的表氯醇橡膠共混，從而使所得的共混物具有低電阻，同時保持丁腈橡膠所具有的低環(huán)境依賴性。
下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠輥。
本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠輥基本上包括導(dǎo)電載體和橡膠層。
作為導(dǎo)電載體，可以使用任何載體，只要其具有導(dǎo)電性且能經(jīng)受施加到橡膠輥上的載荷例如旋轉(zhuǎn)即可。常用的載體是由金屬例如鐵或不銹鋼構(gòu)成的輥，或任何已公知的那些。
本發(fā)明所用的橡膠組分是丁腈橡膠和表氯醇橡膠。丁腈橡膠與表氯醇橡膠兩者之間的相容性高，當(dāng)其共混時可以均勻地混合。所以，該共混物可以是電阻分散程度小的橡膠材料。
組分(B)丁腈橡膠的丙烯腈含量是20重量％或更少，優(yōu)選18重量％或更少，優(yōu)選10重量％或更多作為下限。如果丁腈橡膠的丙烯腈含量大于20重量％，則其對環(huán)境的依賴性高。另一方面，如果丁腈橡膠的丙烯腈含量小于10重量％，則其傾向于具有高電阻。
組分(A)表氯醇橡膠的環(huán)氧乙烷含量是40摩爾％或更多，優(yōu)選48摩爾％或更多，優(yōu)選65摩爾％或更少作為上限。該環(huán)氧乙烷含量可以是在聚合物組成中40摩爾％或更多的環(huán)氧乙烷含量，或可以通過共混多種具有不同環(huán)氧乙烷含量的表氯醇橡膠來調(diào)節(jié)得到。表氯醇橡膠的電阻隨著環(huán)氧乙烷含量的增加而降低。如果表氯醇橡膠的環(huán)氧乙烷含量小于40摩爾％，則表氯醇橡膠必須與大量丁腈橡膠共混以達(dá)到所述的電阻，導(dǎo)致高的環(huán)境依賴性。另一方面，如果表氯醇橡膠的環(huán)氧乙烷含量大于65摩爾％，則環(huán)氧乙烷傾向于結(jié)晶而使共混物具有高電阻和高的環(huán)境依賴性。
組分(A)的重量比例是5或更大至小于25，優(yōu)選10-20，以組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)；該比例如下計算，用組分(A)的量除以組分(A)和(B)的總量，然后將所得值乘以100[(A){(A)+(B)}×100]。如果表氯醇橡膠的量小于該比例，則降低電阻的效果可能不能充分達(dá)到。如果大于該比例，則可能導(dǎo)致高的環(huán)境依賴性。
在本發(fā)明中，導(dǎo)電橡膠材料如下獲得將添加劑加入上述橡膠中，通過捏合使其分散，然后于160-180℃加熱10-50分鐘以進(jìn)行硫化。作為添加劑，可以使用公知的添加劑，例如硫化劑、硫化促進(jìn)劑、軟化劑、增塑劑、補強劑、填料和發(fā)泡劑。
本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠輥通常通過將上述導(dǎo)電橡膠材料擠出成管形來生產(chǎn)，將該管進(jìn)行蒸汽硫化，然后將導(dǎo)電載體加壓填充到管形產(chǎn)品中，再通過研磨使其具有所需的外徑。還可以使用公知的各種方法，例如與載體同時擠出和加壓硫化。本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠輥還可以在橡膠層外圍具有樹脂層等。
本發(fā)明導(dǎo)電橡膠輥中所用的橡膠材料可以優(yōu)選具有電阻為1×109Ω·cm或更低，特別是1×108Ω·cm或更高，作為在23℃/55％RH(N/N)中的體積電阻率計算值。另外，本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠輥可以優(yōu)選具有電阻為2×108Ω或更低，特別是1×107Ω或更高，作為在23℃/55％RH(N/N)中的電阻。
下面將通過具體實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的范圍。橡膠材料的生產(chǎn)實施例1-12以及對比例1-7將表1和2所示的組分配混并捏合，以便用作橡膠材料。
在上述實施例和對比例中，使用丁腈橡膠(NBR)，標(biāo)為(*1)的DN401，購自Nippon Zeon Co.，Ltd.；標(biāo)為(*2)的DN407，購自NipponZeon Co.，Ltd.；標(biāo)為(*3)的N260S，購自JSR Corporation；作為表氯醇橡膠，分別標(biāo)為(*4)和(*6)的Gechron 3106和Gechron3105(商品名)，購自Nippon Zeon Co.，Ltd.；和作為表氯醇橡膠，標(biāo)為(*5)的CG-105，購自Daiso K.K.。
作為氧化鋅，使用兩種類型的氧化鋅，購自Hakusui Tekku K.K.；作為硬脂酸，使用Lunac S20(商品名)，購自Kao Corporation；作為FT炭黑，#15，購自Asahi Carbon Co.Ltd.；作為碳酸氫鈣，使用Super SS(商品名)，購自Maruo Calcium Corporation；作為二苯并噻唑基二硫化物(MBTS)，使用Nocceler DM(商品名)，購自O(shè)huchi-Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.；作為四乙基秋蘭姆二硫化物(TETD)，使用Nocceler TET(商品名)，購自O(shè)huchi-Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.；作為硫，使用SulfaxPMC(商品名)，購自Tsurumi Kagaku Kogyo K.K.。橡膠材料的性能評價使用上述實施例和對比例的橡膠材料，制成橡膠硫化片材以評價其電阻。
首先，將聚合物和化學(xué)品在每個實施例和對比例的配方條件下捏合，將所得的捏合產(chǎn)物在160℃下加壓硫化30分鐘以得到長120毫米、寬2毫米的橡膠硫化片材樣品。
向所得的樣品施加500V的DC電壓以檢測其以下條件下的體積電阻率，即在10℃/15％RH(L/L)的低溫/低濕度環(huán)境下，在23℃/55％RH(N/N)的常溫/正常濕度環(huán)境下，和在35℃/95％RH(H/H)的高溫/高濕度環(huán)境下。用在L/L中檢測的體積電阻率除以在H/H中檢測的體積電阻率，將所得的值進(jìn)行對數(shù)變換，得到變換值。在實施例和對比例中，體積電阻率的變換值為1.0或更小的樣品評價為優(yōu)選的樣品。
上述評價的結(jié)果如表3和4所示。橡膠輥的性能評價使用上述實施例和對比例的橡膠材料制成橡膠輥以評價其電阻。將聚合物和化學(xué)品在每個實施例和對比例的配方條件下捏合以制備橡膠材料，用擠出機將該材料擠出成管形然后在160℃下加壓硫化30分鐘以得到橡膠硫化產(chǎn)品。向所得的管形硫化產(chǎn)品中加壓填充入直徑為6毫米的導(dǎo)電載體，以形成輥，然后研磨成直徑為15毫米。如此制得導(dǎo)電橡膠輥。
電阻的檢測所得的每種導(dǎo)電橡膠輥與外徑為30毫米的不銹鋼鼓以這樣的方式加壓接觸，使得500克載荷各自施加到導(dǎo)電橡膠輥的導(dǎo)電載體的兩端，其中在導(dǎo)電載體和不銹鋼鼓上施加2000V的電壓以檢測其分別在10℃/15％RH(L/L)環(huán)境下、在23℃/55％RH(N/N)環(huán)境下和在35℃/95％RH(H/H)環(huán)境下的電流值，根據(jù)歐姆定律計算電阻。用在L/L中檢測的電阻除以在H/H中檢測的電阻，將所得的值進(jìn)行對數(shù)變換，得到變換值。在實施例和對比例中，電阻的變換值為1.0或更小的樣品評價為優(yōu)選的橡膠材料。成像評價將所得的導(dǎo)電橡膠輥各自用作激光打印機(Laser Jet 4050，由Hewlett-Packard Co.生產(chǎn))的轉(zhuǎn)印鼓，在與上述檢測電阻時相同的L/L和H/H環(huán)境下打印半色調(diào)圖象。目測評價成像質(zhì)量。
評價結(jié)果如表5和6所示。在該表中，“A”表示形成良好的圖象；“B”表示由于不均勻轉(zhuǎn)印或不充分轉(zhuǎn)印導(dǎo)致效果差的圖象。
從實施例1-12和對比例1-3可見，表氯醇橡膠與丁腈橡膠的比例當(dāng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)時是合適的。當(dāng)表氯醇橡膠低于本發(fā)明范圍的下限時，如在對比例1和2的情況中，轉(zhuǎn)印輥在每種環(huán)境下都具有高的體積電阻率，且在L/L中導(dǎo)致不均勻的轉(zhuǎn)印。當(dāng)表氯醇橡膠高于本發(fā)明范圍的上限時，如在對比例3的情況中，環(huán)境依賴性變大，在H/H中轉(zhuǎn)印輥導(dǎo)致不充足的轉(zhuǎn)印。
從實施例1-12和對比例4和5可見，丙烯腈的含量當(dāng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)時是合適的。當(dāng)丙烯腈的含量是22重量％，即高于20重量％時，如在對比例4和5的情況中，轉(zhuǎn)印輥的環(huán)境依賴性大。當(dāng)使用少量表氯醇橡膠時(對比例4)，轉(zhuǎn)印輥在L/L中具有高電阻，導(dǎo)致不均勻的轉(zhuǎn)印。當(dāng)使用大量表氯醇橡膠時(對比例5)，轉(zhuǎn)印輥在H/H中具有低電阻，導(dǎo)致不充足的轉(zhuǎn)印。
從實施例1-5和9-12以及對比例6和7可見，在表氯醇橡膠中的環(huán)氧乙烷含量當(dāng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)時是合適的。當(dāng)該含量是38摩爾％，即低于40摩爾％時，通過共混而達(dá)到低電阻的效果太小，以致在L/L中提供高電阻，導(dǎo)致不均勻的轉(zhuǎn)印。
表1實施例1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12NBR(*1) 95 90 85 80 - - - - 95 90 85 80NBR(*2) - - - - 95 90 85 80 - - - -表氯醇橡膠(*4) 5 10 15 20 5 10 15 20 - - - -表氯醇橡膠(*5) - - - - - - - - 5 10 15 20硬脂酸1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1氧化鋅，兩種 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5FT炭黑20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20碳酸氫鈣 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30MBTS 1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.5TETD 1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.5硫0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5*1丙烯腈含量18重量％*2丙烯腈含量15重量％*3環(huán)氧乙烷含量56摩爾％*4環(huán)氧乙烷含量48摩爾％
表2對比例1234567NBR(*1) 100 97 70 --95 80NBR(*3) ---95 80 --表氯醇橡膠(*4)-330 520 --表氯醇橡膠(*6)-----520硬脂酸 1111111氧化鋅，兩種 5555555FT炭黑 20 20 20 20 20 20 20碳酸氫鈣 30 30 30 30 30 30 30MBTS 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5TETD 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5硫 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5*1丙烯腈含量18重量％*3丙烯腈含量22重量％*4環(huán)氧乙烷含量56摩爾％*6環(huán)氧乙烷含量38摩爾％
表3實施例1 2 3 4 5 6體積電阻率 (Ω·cm)10℃/15％RH(L/L) 2.0×1099.8×1089.4×1089.0×1083.2×1092.5×10923℃/55％RH(N/N) 7.3×1085.1×1083.8×1082.5×1087.8×1081.0×10935℃/95％RH(H/H) 3.7×1081.3×1089.9×1079.2×1075.8×1084.0×108變換值 0.730.88 0.980.990.74 0.80表3(續(xù))實施例78 9 10 11 12體積電阻率 (Ω·cm)10℃/15％RH(L/L) 2.0×1099.8×1083.6×1092.8×1092.3×1091.8×10923℃/55％RH(N/N) 8.5×1081.7×1089.3×1087.8×1086.3×1085.2×10835℃/95％RH(H/H) 2.8×1089.8×1075.7×1084.0×1083.1×1082.3×108變換值 0.85 0.99 0.80 0.850.87 0.89表4對比例1 2 3 4 5 6 7體積電阻率 (Ω·cm)10℃/15％RH(L/L) 4.3×1093.8×1098.0×1088.1×1098.2×1084.2×1093.9×10923℃/55％RH(N/N) 3.5×1092.3×1091.2×1085.0×1081.2×1082.8×1091.0×10935℃/95％RH(H/H) 8.0×1087.1×1084.5×1077.0×1085.1×1077.3×1083.0×108變換值 0.730.73 1.251.061.21 0.761.11
表5實施例1 2 3 4 5 6電阻 (Ω)10℃/15％RH(L/L) 5.0×1084.3×1082.5×1081.8×1087.1×1084.8×10823℃/55％RH(N/N) 1.6×1089.5×1078.1×1074.5×1072.0×1081.8×10835℃/95％RH(H/H) 9.3×1076.0×1072.7×1071.8×1071.2×1086.5×107變換值 0.730.860.97 1.000.77 0.87L/L圖象評價 A A AA AAH/H圖象評價 A A AA AA表5(續(xù))實施例7 8 9 10 11 12電阻 (Ω)10℃/15％RH(L/L) 4.4×1081.7×1089.0×1087.3×1086.2×1084.3×10823℃/55％RH(N/N) 1.5×1083.4×1071.7×1081.5×1081.3×1081.2×10835℃/95％RH(H/H) 5.6×1071.9×1071.3×1089.2×1077.6×1075.1×107變換值 0.900.95 0.840.900.91 0.93L/L 圖象評價A AA A AAH/H 圖象評價A AA A AA
表6對比例1 2 3 4 5 6 7電阻 (Ω)10℃/15％RH(L/L) 1.0×1091.5×1091.1×1082.5×1089.1×1072.3×1091.8×10923℃/55％RH(N/N) 8.1×1085.3×1084.0×1078.5×1072.2×1077.2×1085.2×10835℃/95％RH(H/H) 1.8×1082.0×1086.2×1062.1×1075.3×1063.1×1081.2×107變換值 0.740.881.25 1.081.23 0.871.18L/L圖象評價 B B AB AB BH/H圖象評價 A A BA BA A
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電橡膠輥，包括導(dǎo)電載體和橡膠層所述橡膠層包括(A)含有40摩爾％或更多環(huán)氧乙烷的表氯醇橡膠和(B)具有丙烯腈含量為20重量％或更少的丁腈橡膠；所述組分(A)的重量比例是5或更大至小于25，以組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其中所述導(dǎo)電橡膠輥是轉(zhuǎn)印輥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其中所述表氯醇橡膠的環(huán)氧乙烷含量為48摩爾％或更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其中所述丁腈橡膠的丙烯腈含量為18重量％或更少。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其中所述組分(A)的重量比例是10-20，以所述組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其中所述表氯醇橡膠的環(huán)氧乙烷含量為48摩爾％或更多，所述丁腈橡膠的丙烯腈含量為18重量％或更少，和所述組分(A)的重量比例是10-20，以所述組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其電阻為2×108Ω或更低。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電橡膠輥，其電阻為1×107Ω或更高。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的導(dǎo)電橡膠輥，其電阻為2×108Ω或更低。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的導(dǎo)電橡膠輥，其電阻為1×107Ω或更高。
全文摘要
在一種包括導(dǎo)電載體和橡膠層的導(dǎo)電橡膠輥中,所述橡膠層包括:(A)含有40摩爾%或更多環(huán)氧乙烷的表氯醇橡膠和(B)具有丙烯腈含量為20重量%或更少的丁腈橡膠,和所述組分(A)的重量比例是5或更大至小于25,以組分(A)和(B)的總重量為基準(zhǔn)。
文檔編號G03G15/16GK1371031SQ0114330
公開日2002年9月25日 申請日期2001年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者橋本正幸, 高橋昌之, 奧田滿 申請人:佳能化成株式會社