CN1189796C - 导电橡胶辊 - Google Patents

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Abstract

在一种包括导电载体和橡胶层的导电橡胶辊中，所述橡胶层包括：(A)含有40摩尔%或更多环氧乙烷的表氯醇橡胶和(B)具有丙烯腈含量为20重量%或更少的丁腈橡胶，和所述组分(A)的重量比例是5或更大至小于25，以组分(A)和(B)的总重量为基准。

Description

导电橡胶辊
                        发明背景
发明领域
本发明涉及一种在成像装置例如电子照相复印机、电子照相打印机和静电记录装置中使用并与电子照相光敏元件接触的导电橡胶辊。
相关的背景技术
在成像装置例如电子照相复印机、电子照相打印机和静电记录装置中，作为显影剂的调色剂被粘附在通过暴露于均匀带静电的电子照相光敏元件下而形成的静电潜像上，调色剂(调色剂图象)被传递到转印介质例如纸张上而形成图象。另外，使电子照相光敏元件充电的方法包括使用电晕放电的非接触充电方法和使用导电辊的接触充电方法。转印方法也相似地包括非接触性电晕转印方法和接触辊转印方法。
在导电辊中，使用电阻为1×105Ω·cm至1×1011Ω·cm作为体积电阻率的导电橡胶辊材料。这种导电橡胶材料与导电填料例如炭黑配混以便达到预期的电导率。但是，在所得到的导电橡胶材料中，其电阻率受到所施加的电压变化的影响，所以当用作充电元件时，必须提供控制施加电压的元件。另外，这种导电橡胶材料可以具有非均匀的电阻值，取决于导电填料在橡胶材料中的分布情况，所以难以得到具有稳定电阻的橡胶材料。
作为解决该问题的一个方法，这样的方法是公知的，其中作为具有低电阻的聚合物的导电橡胶用于用作充电元件的橡胶组分，以达到所述的电阻。这种导电橡胶材料的电导率不依赖导电填料例如炭黑。但是，出现电阻值根据材料种类而少量分散的情况，或具有较小的对施加电压的依赖性，且该材料易于处理。但是，其缺点是在低温低湿度环境和高温高湿度环境之间的电阻有很大差异，也就是说，其对环境的依赖性高。
由于电阻分散程度小的益处，导电橡胶例如丁腈橡胶和表氯醇橡胶用作导电辊的材料。其中，丁腈橡胶具有低电阻率为1×109Ω·cm至1010Ω·cm，且价廉。因此，丁腈橡胶已广泛用作导电辊材料，特别是用于转印辊材料。
但是，由于机械压缩体积和降低成本的原因，用于将电荷施加到转印辊的电源也需要压缩体积，并已成为不能施加任何高电压的类型。因此，也需要具有体积电阻率为1×108Ω·cm至1×109Ω·cm以及具有低环境依赖性的橡胶材料，其中该电阻率值比以前的值低大约1位数。
丁腈橡胶的丙烯腈含量通常为15-50重量％。但是，在丙烯腈含量为这种比例的情况下，电阻变化不大，只能在小范围内调节电阻。
作为一种调节电阻的方法，可以加入炭黑。但是加入炭黑的方法不是优选的，因为这引起电阻分散。
也提出这样的方法，其中丁腈橡胶与表氯醇橡胶共混，表氯醇橡胶也是导电橡胶。表氯醇橡胶包括表氯醇的均聚物以及其与环氧乙烷的共聚物。当环氧乙烷的组成含量高时，与环氧乙烷共聚得到的产物具有较低的电阻。在与表氯醇橡胶共混的建议中，表氯醇橡胶的共混比例是以100份总重量为基准的25份或更多，但该值过高，导致对环境的依赖性高(日本专利申请未审公开8-292640)，或因为使用具有40摩尔％或更少的低环氧乙烷含量的共混物，即具有高电阻的共混物，电阻可以在窄范围内调节(日本专利申请未审公开11-65269)，这两者都不是优选的，因为电阻应该调节到降低约1位数的低电阻一边。
                        发明概述
本发明的目的是提供一种能解决上述问题的导电橡胶辊，其具有低的电阻环境依赖性和电阻的分散程度小。
为了达到该目的，本发明提供一种包括导电载体和橡胶层的导电橡胶辊：
橡胶层包括：(A)含有40摩尔％或更多环氧乙烷的表氯醇橡胶和(B)具有丙烯腈含量为20重量％或更少的丁腈橡胶组分；
组分(A)的重量比例是5或更大至小于25，以组分(A)和(B)的总重量为基准。
                       发明详述
本发明人已注意到这样的事实，表氯醇橡胶的电阻根据表氯醇橡胶中环氧乙烷的含量而变化，且随着环氧乙烷的含量增加，电阻降低。他们认为具有低环境依赖性的丁腈橡胶应该与少量表氯醇橡胶、特别是具有高环氧乙烷含量即具有低电阻的表氯醇橡胶共混，从而使所得的共混物具有低电阻，同时保持丁腈橡胶所具有的低环境依赖性。
下面将详细地描述本发明的导电橡胶辊。
本发明的导电橡胶辊基本上包括导电载体和橡胶层。
作为导电载体，可以使用任何载体，只要其具有导电性且能经受施加到橡胶辊上的载荷例如旋转即可。常用的载体是由金属例如铁或不锈钢构成的辊，或任何已公知的那些。
本发明所用的橡胶组分是丁腈橡胶和表氯醇橡胶。丁腈橡胶与表氯醇橡胶两者之间的相容性高，当其共混时可以均匀地混合。所以，该共混物可以是电阻分散程度小的橡胶材料。
组分(B)丁腈橡胶的丙烯腈含量是20重量％或更少，优选18重量％或更少，优选10重量％或更多作为下限。如果丁腈橡胶的丙烯腈含量大于20重量％，则其对环境的依赖性高。另一方面，如果丁腈橡胶的丙烯腈含量小于10重量％，则其倾向于具有高电阻。
组分(A)表氯醇橡胶的环氧乙烷含量是40摩尔％或更多，优选48摩尔％或更多，优选65摩尔％或更少作为上限。该环氧乙烷含量可以是在聚合物组成中40摩尔％或更多的环氧乙烷含量，或可以通过共混多种具有不同环氧乙烷含量的表氯醇橡胶来调节得到。表氯醇橡胶的电阻随着环氧乙烷含量的增加而降低。如果表氯醇橡胶的环氧乙烷含量小于40摩尔％，则表氯醇橡胶必须与大量丁腈橡胶共混以达到所述的电阻，导致高的环境依赖性。另一方面，如果表氯醇橡胶的环氧乙烷含量大于65摩尔％，则环氧乙烷倾向于结晶而使共混物具有高电阻和高的环境依赖性。
组分(A)的重量比例是5或更大至小于25，优选10-20，以组分(A)和(B)的总重量为基准；该比例如下计算，用组分(A)的量除以组分(A)和(B)的总量，然后将所得值乘以100[(A){(A)+(B)}×100]。如果表氯醇橡胶的量小于该比例，则降低电阻的效果可能不能充分达到。如果大于该比例，则可能导致高的环境依赖性。
在本发明中，导电橡胶材料如下获得：将添加剂加入上述橡胶中，通过捏合使其分散，然后于160-180℃加热10-50分钟以进行硫化。作为添加剂，可以使用公知的添加剂，例如硫化剂、硫化促进剂、软化剂、增塑剂、补强剂、填料和发泡剂。
本发明的导电橡胶辊通常通过将上述导电橡胶材料挤出成管形来生产，将该管进行蒸汽硫化，然后将导电载体加压填充到管形产品中，再通过研磨使其具有所需的外径。还可以使用公知的各种方法，例如与载体同时挤出和加压硫化。本发明的导电橡胶辊还可以在橡胶层***具有树脂层等。
本发明导电橡胶辊中所用的橡胶材料可以优选具有电阻为1×109Ω·cm或更低，特别是1×108Ω·cm或更高，作为在23℃/55％RH(N/N)中的体积电阻率计算值。另外，本发明的导电橡胶辊可以优选具有电阻为2×108Ω或更低，特别是1×107Ω或更高，作为在23℃/55％RH(N/N)中的电阻。
下面将通过具体实施例更详细地说明本发明，但并不限制本发明的范围。
橡胶材料的生产
实施例1-12以及对比例1-7
将表1和2所示的组分配混并捏合，以便用作橡胶材料。
在上述实施例和对比例中，使用丁腈橡胶(NBR)，标为(*1)的DN401，购自Nippon Zeon Co.，Ltd.；标为(*2)的DN407，购自NipponZeon Co.，Ltd.；标为(*3)的N260S，购自JSR Corporation；作为表氯醇橡胶，分别标为(*4)和(*6)的Gechron 3106和Gechron3105(商品名)，购自Nippon Zeon Co.，Ltd.；和作为表氯醇橡胶，标为(*5)的CG-105，购自Daiso K.K.。
作为氧化锌，使用两种类型的氧化锌，购自Hakusui Tekku K.K.；作为硬脂酸，使用Lunac S20(商品名)，购自Kao Corporation；作为FT炭黑，#15，购自Asahi Carbon Co.Ltd.；作为碳酸氢钙，使用Super SS(商品名)，购自Maruo Calcium Corporation；作为二苯并噻唑基二硫化物(MBTS)，使用Nocceler DM(商品名)，购自Ohuchi-Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.；作为四乙基秋兰姆二硫化物(TETD)，使用Nocceler TET(商品名)，购自Ohuchi-Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.；作为硫，使用SulfaxPMC(商品名)，购自Tsurumi Kagaku Kogyo K.K.。
橡胶材料的性能评价
使用上述实施例和对比例的橡胶材料，制成橡胶硫化片材以评价其电阻。
首先，将聚合物和化学品在每个实施例和对比例的配方条件下捏合，将所得的捏合产物在160℃下加压硫化30分钟以得到长120毫米、宽2毫米的橡胶硫化片材样品。
向所得的样品施加500V的DC电压以检测其以下条件下的体积电阻率，即在10℃/15％RH(L/L)的低温/低湿度环境下，在23℃/55％RH(N/N)的常温/正常湿度环境下，和在35℃/95％RH(H/H)的高温/高湿度环境下。用在L/L中检测的体积电阻率除以在H/H中检测的体积电阻率，将所得的值进行对数变换，得到变换值。在实施例和对比例中，体积电阻率的变换值为1.0或更小的样品评价为优选的样品。
上述评价的结果如表3和4所示。
橡胶辊的性能评价
使用上述实施例和对比例的橡胶材料制成橡胶辊以评价其电阻。将聚合物和化学品在每个实施例和对比例的配方条件下捏合以制备橡胶材料，用挤出机将该材料挤出成管形然后在160℃下加压硫化30分钟以得到橡胶硫化产品。向所得的管形硫化产品中加压填充入直径为6毫米的导电载体，以形成辊，然后研磨成直径为15毫米。如此制得导电橡胶辊。
电阻的检测：
所得的每种导电橡胶辊与外径为30毫米的不锈钢鼓以这样的方式加压接触，使得500克载荷各自施加到导电橡胶辊的导电载体的两端，其中在导电载体和不锈钢鼓上施加2000V的电压以检测其分别在10℃/15％RH(L/L)环境下、在23℃/55％RH(N/N)环境下和在35℃/95％RH(H/H)环境下的电流值，根据欧姆定律计算电阻。用在L/L中检测的电阻除以在H/H中检测的电阻，将所得的值进行对数变换，得到变换值。在实施例和对比例中，电阻的变换值为1.0或更小的样品评价为优选的橡胶材料。
成像评价：
将所得的导电橡胶辊各自用作激光打印机(Laser Jet 4050，由Hewlett-Packard Co.生产)的转印鼓，在与上述检测电阻时相同的L/L和H/H环境下打印半色调图象。目测评价成像质量。
评价结果如表5和6所示。在该表中，“A”表示形成良好的图象；“B”表示由于不均匀转印或不充分转印导致效果差的图象。
从实施例1-12和对比例1-3可见，表氯醇橡胶与丁腈橡胶的比例当在本发明的范围内时是合适的。当表氯醇橡胶低于本发明范围的下限时，如在对比例1和2的情况中，转印辊在每种环境下都具有高的体积电阻率，且在L/L中导致不均匀的转印。当表氯醇橡胶高于本发明范围的上限时，如在对比例3的情况中，环境依赖性变大，在H/H中转印辊导致不充足的转印。
从实施例1-12和对比例4和5可见，丙烯腈的含量当在本发明的范围内时是合适的。当丙烯腈的含量是22重量％，即高于20重量％时，如在对比例4和5的情况中，转印辊的环境依赖性大。当使用少量表氯醇橡胶时(对比例4)，转印辊在L/L中具有高电阻，导致不均匀的转印。当使用大量表氯醇橡胶时(对比例5)，转印辊在H/H中具有低电阻，导致不充足的转印。
从实施例1-5和9-12以及对比例6和7可见，在表氯醇橡胶中的环氧乙烷含量当在本发明的范围内时是合适的。当该含量是38摩尔％，即低于40摩尔％时，通过共混而达到低电阻的效果太小，以致在L/L中提供高电阻，导致不均匀的转印。
                                              表1
                                                      实施例
                  1      2      3      4      5      6      7      8      9      10      11      12
NBR(*1)：        95     90     85     80     -      -      -      -      95     90      85      80
NBR(*2)：        -      -      -      -      95     90     85     80     -      -       -       -
表氯醇橡胶(*4)：
                  5      10     15     20     5      10     15     20     -      -       -       -
表氯醇橡胶(*5)： -      -      -      -      -      -      -      -      5      10      15      20
硬脂酸：          1      1      1      1      1      1      1      1      1      1       1       1
氧化锌，两种：    5      5      5      5      5      5      5      5      5      5       5       5
FT炭黑：          20     20     20     20     20     20     20     20     20     20      20      20
碳酸氢钙：        30     30     30     30     30     30     30     30     30     30      30      30
MBTS：            1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5     1.5     1.5
TETD：            1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    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    0.5    0.5    0.5     0.5     0.5
*1：丙烯腈含量：18重量％
*2：丙烯腈含量：15重量％
*3：环氧乙烷含量：56摩尔％
*4：环氧乙烷含量：48摩尔％
                                      表2
                                              对比例
                     1        2        3        4      5      6      7
NBR(*1)：           100      97       70       -      -      95     80
NBR(*3)：           -        -        -        95     80     -      -
表氯醇橡胶(*4)：    -        3        30       5      20     -      -
表氯醇橡胶(*6)：    -        -        -        -      -      5      20
硬脂酸：             1        1        1        1      1      1      1
氧化锌，两种：       5        5        5        5      5      5      5
FT炭黑：             20       20       20       20     20     20     20
碳酸氢钙：           30       30       30       30     30     30     30
MBTS：               1.5      1.5      1.5      1.5    1.5    1.5    1.5
TETD：               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：环氧乙烷含量：56摩尔％
*6：环氧乙烷含量：38摩尔％
                                                 表3
                                                        实施例
                                1           2           3           4           5           6
体积电阻率(Ω·cm)：
10℃/15％RH(L/L)            2.0×109   9.8×108   9.4×108   9.0×108   3.2×109   2.5×109
23℃/55％RH(N/N)            7.3×108   5.1×108   3.8×108   2.5×108   7.8×108   1.0×109
35℃/95％RH(H/H)            3.7×108   1.3×108   9.9×107   9.2×107   5.8×108   4.0×108
变换值：                    0.73         0.88        0.98        0.99         0.74        0.80
                                                 表3(续)
                                                        实施例
                                7           8           9           10          11          12
体积电阻率(Ω·cm)：
10℃/15％RH(L/L)            2.0×109   9.8×108   3.6×109   2.8×109   2.3×109   1.8×109
23℃/55％RH(N/N)            8.5×108   1.7×108   9.3×108   7.8×108   6.3×108   5.2×108
35℃/95％RH(H/H)            2.8×108   9.8×107   5.7×108   4.0×108   3.1×108   2.3×108
变换值：                    0.85        0.99         0.80        0.85         0.87        0.89
                                                表4
                                                             对比例
                                 1           2           3           4           5           6           7
体积电阻率(Ω·cm)
10℃/15％RH(L/L)             4.3×109   3.8×109   8.0×108   8.1×109   8.2×108   4.2×109   3.9×109
23℃/55％RH(N/N)             3.5×109   2.3×109   1.2×108   5.0×108   1.2×108   2.8×109   1.0×109
35℃/95％RH(H/H)             8.0×108   7.1×108   4.5×107   7.0×108   5.1×107   7.3×108   3.0×108
变换值：                     0.73        0.73         1.25        1.06        1.21         0.76        1.11
                                       表5
                                                实施例
                      1           2           3           4           5           6
电阻(Ω)：
10℃/15％RH(L/L)    5.0×108   4.3×108   2.5×108   1.8×108   7.1×108   4.8×108
23℃/55％RH(N/N)    1.6×108   9.5×107   8.1×107   4.5×107   2.0×108   1.8×108
35℃/95％RH(H/H)    9.3×107   6.0×107   2.7×107   1.8×107   1.2×108   6.5×107
变换值：            0.73        0.86         0.97        1.00         0.77        0.87
L/L图象评价：       A           A            A           A            A           A
H/H图象评价：       A           A            A           A            A           A
                                       表5(续)
                                                实施例
                        7           8           9           10          11          12
电阻(Ω)：
10℃/15％RH(L/L)    4.4×108   1.7×108   9.0×108   7.3×108   6.2×108   4.3×108
23℃/55％RH(N/N)    1.5×108   3.4×107   1.7×108   1.5×108   1.3×108   1.2×108
35℃/95％RH(H/H)    5.6×107   1.9×107   1.3×108   9.2×107   7.6×107   5.1×107
变换值：            0.90        0.95         0.84        0.90         0.91        0.93
L/L图象评价：       A           A            A           A            A           A
H/H图象评价：       A           A            A           A            A           A
                                                 表6
                                                        对比例
                            1             2            3            4           5           6           7
电阻(Ω)：
10℃/15％RH(L/L)        1.0×109     1.5×109    1.1×108    2.5×108   9.1×107   2.3×109   1.8×109
23℃/55％RH(N/N)        8.1×108     5.3×108    4.0×107    8.5×107   2.2×107   7.2×108   5.2×108
35℃/95％RH(H/H)        1.8×108     2.0×108    6.2×106    2.1×107   5.3×106   3.1×108   1.2×107
变换值：                0.74          0.88          1.25         1.08        1.23         0.87        1.18
L/L图象评价：           B             B             A            B           A            B           B
H/H图象评价：           A             A             B            A           B            A           A

Claims (10)

1.一种导电橡胶辊，包括导电载体和橡胶层：
所述橡胶层包括：(A)含有40摩尔％或更多环氧乙烷的表氯醇橡胶和(B)具有丙烯腈含量为20重量％或更少的丁腈橡胶；
所述组分(A)的重量比例是5或更大至小于25，以组分(A)和(B)的总重量为基准。
2.根据权利要求1的导电橡胶辊，其中所述导电橡胶辊是转印辊。
3.根据权利要求1的导电橡胶辊，其中所述表氯醇橡胶的环氧乙烷含量为48摩尔％或更多。
4.根据权利要求1的导电橡胶辊，其中所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为18重量％或更少。
5.根据权利要求1的导电橡胶辊，其中所述组分(A)的重量比例是10-20，以所述组分(A)和(B)的总重量为基准。
6.根据权利要求1的导电橡胶辊，其中所述表氯醇橡胶的环氧乙烷含量为48摩尔％或更多，所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为18重量％或更少，和所述组分(A)的重量比例是10-20，以所述组分(A)和(B)的总重量为基准。
7.根据权利要求1的导电橡胶辊，其电阻为2×108Ω或更低。
8.根据权利要求1的导电橡胶辊，其电阻为1×107Ω或更高。
9.根据权利要求6的导电橡胶辊，其电阻为2×108Ω或更低。
10.根据权利要求6的导电橡胶辊，其电阻为1×107Ω或更高。
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