一种充电辊及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及用于激光打印机、静电复印机、传真机、照相机等静电潜像设备的充电辊及其制造方法。背景技术
根据静电摄影技术，激光打印机、传真机、复印机、照相机的等静电潜像设备中用的充电辊与感光鼓接触转动，当施电予充电辊即均匀充电，以使感光鼓也均匀充电，产生曝光(激光束)图象的静电潜像，使调色剂转在纸上，完成静电潜像，成为可视图象记录在纸上，从而完成激光打印(照相)过程。
过去，充电辊是用导电剂添加在橡胶中，制成导电弹性层，再涂以导电涂料，制成充电辊弹性层。这类充电辊的弹性层是实心橡胶，其硬度在40--75°A，要调低硬度极难。这种充电辊打印、复印效果好，但在打印、复印工作中，因这种弹性层橡胶减振消音性能不好，会因振动而产生噪音。于是，为了减振、消音，泡沫海绵状的弹性层就应运而生。
中国专利CN 1298124A“用于成像设备显影机的充电辊，充电辊的制造方法和装置”公开了导电泡沫弹性层的技术，其发泡、硫化过程在模具(金属模具或高聚物模具)和硫化罐中进行，这些工艺热能都是从外至内传递，而发泡硫化过程也是由外至内发生，因而其硫化和发泡程度不均匀，自然其弹性层的电阻范围大，不够均匀。发明内容
本发明的目地是针对现有技术的缺点，提供一种导电弹性层发泡程度均匀，电阻率均匀的充电辊。本发明的另一目的是提供上述充电辊的制备方法。
本发明目的是这样实现的：
一种充电辊，由一个金属芯、一个套在金属芯上的泡沫导电弹性层和敷涂在弹性表面的防护层组成。
所述的弹性层的是主要由橡胶、导电剂、发泡剂、交联剂(硫化剂或固化剂)等配炼硫化成导电的泡沫橡胶制成。这种泡沫导电橡胶的发泡倍率为1.5-50倍，发泡密度为0.05-0.9g/cm3。
所述的橡胶选用三元乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶、丁基橡胶或聚氨脂橡胶中的一种。优选三元乙丙橡胶(EPDM)或硅橡胶中一种。
所述的导电剂为导电碳黑、石墨、氧化锑、氧化锡、氧化钛。
所述的发泡剂为4，4-氧代双苯磺酰肼或偶氮二甲酰胺、N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺。
所述的交联剂(硫化剂或固化剂)为是硫磺、过氧化苯甲酸叔丁酯。
所述的敷涂在弹性表面的防护层是由树脂涂料和导电剂制成的水溶性导电性涂料。
所述的树脂涂料选用丙烯酸树脂、聚酸胺树脂、聚脂树脂、聚氨酯树脂、尼龙、醇酸树脂、硅氧烷树脂、氟碳树脂或表氯醇橡胶。
优选聚醚型的聚氨酯水溶性树脂。这种水溶性聚氨酯涂料，是选用聚醚二醇和脂肪族二异氰酸脂(HDI)或环脂族的二异氰酸脂(IPDI)在锑盐下生成聚醚型的聚氨酯树脂，引入亲水基团，采用引入氯化铵生成一种亲水的络合物，成水溶性聚氨酯涂料。
所述的导电剂为导电碳黑、石墨、氧化锑、氧化锡、氧化钛，这些导电材料，这些导电材料的比表面积在100-120m2/g，在涂料中呈悬浮状态。
一种充电辊的制备方法，包括如下步骤：
A.将泡沫导电橡胶所需的原材料混炼成混炼胶，挤出机挤出造型未固化的导电橡胶管子在槽温为180-200℃的微波槽内硫化、发泡成泡沫导电橡胶管子；
B.经过微波发泡、硫化连续生产线之后的泡沫导电橡胶管子在160-180℃进行4-5小时的热稳定处理；
C.将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去50-60μm；
D.将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂：三聚氰胺-甲醛溶液作为固化剂喷涂到金属芯上的泡沫导电橡胶管子上；
E.在130℃下，经2-4小时热固化，然后在车床上裁切，制成充电辊成品。
用微波硫化、发泡工艺制造泡沫导电弹性层，其原理是：当挤出造型的未固化的橡胶管子经过微波，微波对橡胶整体穿透，使橡胶分子产生高频振动而产生能量热量，这种热量就是使经挤出造型的管子发生发泡、硫化，这个过程是整体同步发生，因而发泡、硫化是均匀的，当然电阻值也均匀。这种管子的内径应比金属轴外径小1mm，外径应比充电辊外径大2mm。
接触性试验：将充电辊与感光鼓两者均匀充分接触，在两端各施以500g捆绑力，于50-60℃烘箱中，72-96小时，拆开后观察感光鼓要无任何污染痕迹，观察充电辊，直圆度要充分恢复，并再行打印，并能保持与所用充电辊无异，方为合格。
本发明的优点：
1.由于采用了微波发泡硫化连续生产线，导电弹性层的发泡、硫化均匀，电阻值也均匀，其体积本征电阻率确保控制在107-108Ωcm，寿命在1万张以上；
2.由于防护采用水溶性聚氨酯涂料，并在涂覆泡沫导电橡胶的弹性层时再添加三官能基团偶联剂交联剂，从而使防护层的膜憎水性、耐温性、耐化学性、耐磨性获得很大改善。
3.经接触性试验，感光鼓无任何污染痕迹。
下面结合附图和具体实施例说明本发明。附图说明
图1为本发明的充电辊的结构图；
图2为本发明的充电辊制造方法的工艺流程图。
图1中，1-金属芯、2-弹性层、3-防护层。具体实施方施
如图1所示，一种充电辊，由一个金属芯(1)，一个套在金属芯上的弹性层(2)和敷涂在弹性层(2)表面的防护层(3)组成。
如图2所示的充电辊制造方法，包括如下步骤：
A.将泡沫导电橡胶所需的原材料混炼成混炼胶，挤出机挤出造型未固化的导电橡胶管子在槽温为180-200℃的微波槽内硫化、发泡成泡沫导电橡胶管子；
B.经过微波发泡、硫化连续生产线之后的导电泡沫橡胶管子在160-180℃进行4-5小时的热稳定处理；
C.将金属芯套入导电泡沫橡胶管子的内孔，然后在磨床上磨削，其直径是充电辊的外径减去50-60μm；
D.将聚醚性聚氨脂、导电剂混合球磨过滤形成导电水溶性的聚氨酯涂料，添加三官能基团的偶联剂、三聚氰氨-甲醛溶液组成的固化剂喷涂到金属芯上的泡沫导电橡胶管子上；
E.在130℃下，经2-4小时热固化，然后在车床上裁切，制成充电辊成品。实施例1
弹性层的泡沫导电橡胶的配方 组 分 重量份橡胶 EPDM(三元乙丙)橡胶 100导电剂 导电碳黑 25 石墨 6发泡剂 4，4-氧代双苯磺酰肼 2.5 偶氮二甲酰胺 0.5 促 进 剂 二硫化四甲基秋兰姆 0.5 N-环己基-2-苯并噻唑基次四磺酰胺 1.5 2-硫醇基苯并噻唑 0.5助促进剂 氧化锌 3交联剂 硫磺 0.9填充剂 碳酸钙 20 石蜡油 40弹性层发泡倍率：2.1-2.2倍，发泡密度：0.7g/cm3，体积本征电阻率：107-108Ωcm。实施例2
弹性层的泡沫导电橡胶的配方 组 分 重量份橡胶 EPDM(三元乙丙)橡胶 100导电剂 导电碳黑 30 石墨 8发泡剂 4，4-氧化双苯磺酰胺 3.5 偶氮二甲酰胺 0.8 促 进 剂 二硫化四甲基秋兰姆 0.5 N-环己基-2-苯并噻唑基次四磺酰胺 1.5 2-硫醇基苯并噻唑 0.5助促进剂 氧化锌 3交联剂 硫磺 0.9填充剂 碳酸钙 20 石蜡油 40弹性层发泡倍率：2.5倍，发泡密度：0.65g/cm3，体积本征电阻率：107-108Ωcm。实施例3
弹性层的泡沫导电橡胶的配方 组份 重量份 橡胶 硅橡胶(110-2，分子量50-60万) 100 导电剂 导电碳黑 28 石墨 5 发泡剂 N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺 5 4，4-氧代双苯磺酰肼 5 交联剂 过氧化苯甲酸叔丁脂 13 填充剂 沉淀的碳黑 15 羟基硅油 2弹性层发泡倍率：2.1-2.2倍，发泡密度：0.69g/cm3，体积本征电阻率：107-108Ωcm。实施例4-5
防护层的导电水溶性涂料的配方实施例4实施例5组分重量份重量份水溶性聚氨酯涂料(固含量20％)100 100导电碳黑1 0.8氧化锑4 5氧化锡4 5氧化钛0.75 0混合方式：球磨；使用时，按上述重量的涂料加1.5％三聚氰胺-甲醛；固化温度130℃，固化时间3小时；胶膜厚度25±2μm；涂料层体积本征电阻率107-108Ωcm；实施例6
按实施例2制备弹性层的泡沫导电橡胶的配方，和实施例4制备防护层的导电水溶性涂料的配方，按图2所示的充电辊制造方法的工艺流程，其中微波槽的槽温185℃，裁切后热稳定处理温度为165℃，制出的泡沫导电弹性层，发泡率2.5倍，发泡密度0.53-0.55g/cm3，体积本征电阻率107-108Ωcm。但因发泡孔增大，又经过磨削，使其表面是开孔状，但喷涂25μm后，表面呈现凸凹粗糙状，为此，将充电辊磨削数据改为充电辊直径-1.7mm，喷涂厚度增至80μm方能遮盖粗糙面，此时的充电辊性能，此时的充电辊与感光鼓接触试验：无污染无痕迹，打印效果：良好，打印寿命：1万-1.5万张/条辊。
发泡橡胶发泡度增大，但外层的保护层增厚，发泡度增大带来柔软性。从而，抗振消音效果更佳。实施例7
按实施例3制备弹性层的泡沫导电橡胶的配方，实施例5制备防护层的导电水溶性涂料的配方，及如图2所示充电辊制造方法的工艺流程，其中微波槽的槽温200℃，裁切后热稳定处理温度为180℃，所制得的充电辊的性能与实施例5的充电辊一致，但防振、消音效果更好。