具有弹性层的搓纸辊及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及打印机、复印机、传真机等图像形成装置的搓纸辊及其制造方法。
背景技术
搓纸辊是安装在打印机、复印机、传真机等图像形成装置上，通过其在滚动过程中表面与纸之间的摩擦而实现纸张传送的弹性辊。搓纸辊的弹性层通常需要弹性好、耐磨损性能优越，并且摩擦系数长期保持稳定。此外，从使纸张分离的性能及防止对纸张造成损伤等角度考虑，还要求搓纸辊表面的硬度不能过高，通常以橡胶硬度在邵氏20A-60A之间为适宜。
传统的搓纸辊的弹性层多采用优质橡胶材料制成。该种搓纸辊的使用寿命一般在2000-20000张不等。然而，随着图像形成装置的不断改进，图像形成装置的使用寿命及操作速度均较以往有了很大的提高，因此传统的橡胶辊在耐磨性、摩擦系数、弹性、工作稳定可靠性及使用寿命等方面都不能满足需要，从而造成送纸效果不理想、材料磨损大、更换频繁、维护费用高等缺陷。
近年来人们已经开始了以聚氨酯材料替代橡胶材料制造搓纸辊的研究，但因为普通的聚氨酯弹性材料的邵氏硬度在80A-95A之间，如果需要降低聚氨酯弹性材料的硬度，则往往需要同时降低其摩擦系数，此外，强度和耐磨性也会大幅下降。因此，由普通的聚氨酯弹性材料生产的搓纸辊难以达到正常的使用要求，且生产艺复杂，成本较高。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一是，为满足图像形成装置对搓纸辊日益提高的要求，提供一种硬度低、耐磨性佳、摩擦系数高、回弹性好的搓纸辊及及制造该种搓纸辊的方法。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面涉及：具有弹性层的搓纸辊，该弹性层由组份A与组份B交联反应制得的聚氨酯材料制成，其中：组份A含有通过40-80重量份的端羟基多元醇与20-60重量份的多异氰酸酯反应制成的异氰酸酯预聚体；组份B含有：2-40重量份扩链交联剂，0.01-40重量份助剂；其中，A组份与B组份的重量比为100∶2-100。
制备组份A时，端羟基多元醇与多异氰酸酯的优选用量为：端羟基多元醇60-80重量份，多异氰酸酯20-40重量份。可使制得的A组份的活性NCO含量更高。
A组份异氰酸酯预聚体与B组份扩链交联剂反应生成聚氨酯耐磨材料时，A组份和B组份的重量比可以是A∶B＝100∶2-100，优选A∶B＝100∶15-50。举例说明，相对于100重量份的A组份，B组份的用量可以为2、3、5、10、15、20、30、40、50、60或100重量份，等等，此处不一一例举。可使制得的搓纸辊的回弹性、硬度、耐磨性、摩擦力等更好。
本发明中，端羟基多元醇可以是聚醚多元醇、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)、聚酯多元醇(PEA、PBA)、聚几内酯多元醇(PCL)、聚碳酸酯(PCD)中的一种或其中任意几种的组合，优选端羟基多元醇的官能度为2-3。多异氰酸酯可以是甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷4，4’-二异氰酸酯(MDI)，1，6己二醇二异氰酸酯(HDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，对苯二异氰酸酯(PPDI)，奈二异氰酸酯(NDI)中的一种或其中任意几种的组合。优选多异氰酸酯的官能度为2-2.3，优选2-2.1。
本发明中，扩链交联剂可以是二邻氯二苯胺甲烷(MOCA)、4，4′-二苯胺甲烷(MDA)、二乙基甲苯二胺(DETDA·E-100)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA·E-300)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫氯苯(TX-2)、2，4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯(TX-3)、对苯二酚-双(B-羟乙基)醚(HQEE)，间苯二酚-双(B-羟乙基)醚(HER)、1，4丁二醇、三羟基甲基丙烷、三异丙醇胺、端羟基多元醇等胺类扩链剂或醇类扩链剂中的一种或其中任意几种的组合，优选扩链交联剂的官能度为2-3；助剂包括增塑剂，可以举出的增塑剂的例子有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，邻苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)，对苯二甲酸二辛酯(DOTP)，己二酸二异辛酯(DOA)，二甘醇(DEG)，二苯胍(DPG)，三甘醇(TEG)，2.2.4-三甲基1.3-戊二醇双异丁酸酯(TXIB)，烷基磺酸苯酯MESAMOLL，聚氨酯软化助剂V-168，可以是它们中的任一种或者是任意几种的组合。
本发明中，在组份B中还可以加入少量的颜料色浆，这样制成的搓纸辊可以具有亮丽而美观的颜色。通过在不同型号的搓纸辊中加入不同颜料的颜料色浆，还可以方便对不同型号搓纸辊的区分，以防包装或出货时造成混淆。按重量计，颜料色浆的用量约0.001-0.005重量份。其中，颜料可以是聚氨酯专用粉体颜料和聚氨酯专用颜料色浆中的一种或其组合。
此外，还可在具有弹性层的搓纸辊的表面设置花纹以增加其摩擦力。
上述具有聚氨酯弹性层的搓纸辊，克服了现有橡胶体系弹性材料生产的搓纸辊易磨损，送纸效果差、工作稳定可靠性低，使用寿命短等问题，同时也解决了普通聚氨酯弹性材料硬度降低的同时摩擦系数也低、强度和耐磨性也大幅下降等问题，具有耐磨性好、弹性好、防滑等优点，送纸效果好，工作稳定可靠，性能优良，其工作寿命是普通橡胶生产地橡胶搓纸辊工作寿命的10倍以上。此外，聚氨酯纯胶弹性材料具有极好的耐候性，适用的环境温度范围在-30-100℃之间，即使在低温环境下也有很好的弹性和尺寸稳定性好，无论是在寒冷的北方还是炎热南方，都能保持良好的工作特性。
本发明的另一方面涉及具有弹性层的搓纸辊的制造方法，包括如下步骤：
步骤一：制备A组份---异氰酸酯预聚体或半预聚体
按重量份计，将40-80份端羟基多元醇与20-60份多异氰酸酯反应，经至少2小时真空工艺处理，制得异氰酸酯预聚体A；
步骤二：制备B组份
按重量计，将2-40份扩链交联剂和0.01-40份助剂混合；
步骤三：将A组份和B组份按100∶2-100的重量比混合，搅拌均匀后注入到搓纸辊成型模腔内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型。
在步骤三中，A组份和B组份的重量配比优选为：A∶B＝100∶15-50。
在步骤二中，还可以加入少量的颜料色浆，这样制成的搓纸辊可以具有亮丽而美观的颜色。通过在不同型号的搓纸辊中加入不同颜料的颜料色浆，还可以方便对不同型号搓纸辊的区分，以防包装或出货时造成混淆。按重量计，颜料色浆的用量约为0.001-0.005重量份。其中，颜料可以是聚氨酯专用粉体颜料和聚氨酯专用颜料色浆中的一种或其组合。
为了缩短工期，提高工作效率，步骤二中的混合搅拌时间优选0.5-1小时。
本发明的另一方面涉及具有弹性层的搓纸辊的制造方法，包括如下步骤：
步骤一：制备A组份
按重量份计，将脱水后的40-80份羟基多元醇置于反应器中，60℃以下加入20-60份多异氰酸酯，搅拌升温至80℃，保温0.5-2小时反应完全，经至少2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成活性NCO含量为2-20％的A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体。
步骤二：制备B组份
按重量计，取2-40份扩链交联剂、0.01-40份助剂、0.001-0.005份颜料色浆搅拌混合0.5-2小时，制成B组份；
步骤三：将A组份和B组份按100∶2-100的重量比混合，搅拌均匀后注入到搓纸辊成型模腔内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型制得具有弹性层的搓纸辊。
其中，步骤一中活性NCO含量是按标准号HG/T 2409-92测定的，优选活性NCO 3-9％的预聚体或半预聚体，可使制得的搓纸辊的回弹性、硬度、耐磨性、摩擦力等更好。为了缩短工期，提高工作效率，步骤二中的混合搅拌时间优选0.5-1小时。
上述方法中，在将混合后的A、B组份注入到搓纸辊成型模腔内前，可以先在搓纸辊的成型模腔内预先放置好芯轴，这样在聚氨酯材料成型后进行脱模，即可得到具有弹性层的搓纸辊。当然，也可以先将聚氨酯材料成型为空心的圆柱形辊状物，脱模后再套在搓纸辊的芯轴上。本发明对此没有严格的限制。另外，通过在模腔的内表面设置花纹，还可以提高搓纸轮的表面摩擦系数。
上述方法通过将A、B组份进行机械搅拌混合反应，在适当的压力，温度条件下成型聚氨酯耐磨弹性材料，生产搓纸辊。不但工艺简单，稳定、成熟，生产成本低，且反应过程不产生可挥发性气体。可根据模具的不同型腔形状，在适当的压力、温度条件下，制作各种所需的形状、尺寸、表面饰纹的防滑、高摩擦力的耐磨搓纸辊。通过上述方法制造的搓纸辊，具有极好的高耐磨性，高弹性，高摩擦力的特征，特别是耐磨性高于传统橡胶弹性材料5-10倍的特性，使用寿命高于传统橡胶弹性材料10倍以上。
除非另有说明，本发明中所有原料均是从供应商处获得的，无需进一步纯化即可使用。
【具体实施方式】
实施例1
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的羟基多元醇(PPG)80重量份置于反应器中，40-60℃温度下加入多异氰酸酯TDI 20重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份--HY-9预聚体，测定活性NCO含量3％。
步骤二：B组份--扩链交联剂的制备
取交联剂MOCA 6.5重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 8.5重量份，在110℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份--扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为80∶15的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至预先放置好搓纸轮的芯轴且表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用搓纸辊。
本实施例搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性≥50％，摩擦力大，耐磨性佳。
实施例2
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚四氢呋喃二醇(PTMEG)80重量份置于反应器中，40-60℃温度下加入多异氰酸酯TDI 20重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-2预聚体。测定活性NCO含量3％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取交联剂MOCA 6.5重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 13.5重量份在110℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶20的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
本实施例搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞70％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例3
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚酯二醇80重量份置于反应器中，40-60℃温度下加入多异氰酸酯TDI 20重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-3预聚体。测定活性NCO含量3％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取交联剂MOCA 6.5重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 18.5重量份在110℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶25的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
本实施例搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性》50％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例4
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚几内酯多元醇80重量份置于反应器中，40-60℃温度下加入多异氰酸酯TDI 20重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-4预聚体。测定活性NCO含量3％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取交联剂MOCA 6.5重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 18.5重量份在110℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶25的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞60％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例5
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的羟基多元醇(PPG)60重量份置于反应器中，40-60℃温度下加入多异氰酸酯MDI 40重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-5预聚体。测定活性NCO含量9％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取扩链交联剂1，4丁二醇4.7重量份，三羟基甲基丙烷0.3重量份，PPG 20重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 15重量份，在110℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶40的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至预先放置好搓纸轮的芯轴的型腔模具，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用搓纸辊。该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞55％，摩擦力大，耐磨性佳。
实施例6
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚四氢呋喃醚(PTMEG)60重量份置于反应器中，40-60℃下加入多异氰酸酯MDI40重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-6预聚体。测定活性NCO含量9％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取扩链交联剂1，4丁二醇4.7重量份，三羟基甲基丙烷0.3重量份，PTMEG 25重量份，加入颜料色浆0.002重量份和助剂V-168 15重量份，在80℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶45的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞70％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例7
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚酯多元醇60重量份置于反应器中，40-60℃下加入多异氰酸酯MDI 40重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-7预聚体。测定活性NCO含量9％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取扩链交联剂1，4丁二醇4.7重量份，三羟基甲基丙烷0.3重量份，聚酯多元醇25重量份，加入颜料色浆0.002重量份，助剂V-168 20重量份，在80℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶50的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞60％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例8
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚几内酯多元醇(PCL)60重量份置于反应器中，40-60℃下加入多异氰酸酯MDI 40重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-8预聚体。测定活性NCO含量9％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取扩链交联剂1，4丁二醇4.7重量份，三羟基甲基丙烷0.3重量份，聚几内酯多元醇25重量份，加入颜料色浆0.002重量份和助剂V-168 20重量份，在80℃搅拌混合0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶50的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞65％，摩擦力大，耐磨性极佳。
实施例9
步骤一：A组份--异氰酸酯预聚体或半预聚体的制备
将脱水后的聚碳酸酯(PCD)60重量份置于反应器中，50-60℃以下加入多异氰酸酯MDI 40重量份，搅拌升温至80℃，保温2小时反应完全，经2小时以上真空工艺处理，冷却至30℃，制成A组份HY-9预聚体。测定活性NCO含量9％
步骤二：B组份扩链交联剂的制备
取扩链交联剂1，4丁二醇4.7重量份，三羟基甲基丙烷0.3重量份，聚几内酯多元醇25重量份，加入颜料色浆0.002重量份和助剂V-168 20重量份，在80℃搅拌混合)0.5-1小时，制成B组份扩链交联剂。
步骤三：上述制备的A组份和B组份按A∶B为100∶50的比例，经机器搅拌混合均匀后，注入至表面饰纹的型腔模具内，在2-15kg/mm2压力和30-135℃温度条件下成型，压制出各种所需的形状、尺寸、防滑、高摩擦力表面饰纹的专用弹性辊。
步骤四：将弹性辊套在搓纸辊的芯轴上，制成具有弹性层的搓纸辊。
该搓纸辊的弹性层的邵氏硬度50A，回弹性＞65％，摩擦力大，耐磨性极佳。
本发明的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本发明的构思得到许多不同的具体方案，如制造搓纸轮过程中的步骤一和步骤二的顺序是可以互换等等，此等微小改变以及等效变换均应包含在权利要求所述范围之内。