專利名稱:高導(dǎo)熱硅橡膠組合物,熱定影輥和定影帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱硅橡膠組合物和使用所述組合物的熱定影輥或熱定影帶。更具體地，涉及熱硫化型高導(dǎo)熱硅橡膠組合物，尤其是加成或有機(jī)過氧化物硫化型，其能形成硅橡膠，所述硅橡膠具有高導(dǎo)熱性并且在高溫下其物理性質(zhì)幾乎不發(fā)生變化，和使用所述組合物的熱定影輥或熱定影帶。
背景技術(shù)：
由于具有優(yōu)異的電絕緣性，耐熱性，耐候性和阻燃性，硅橡膠被用于各種各樣的應(yīng)用中，包括電氣和電子設(shè)備(如家用設(shè)備和電腦)、運(yùn)輸車輛、商用機(jī)器、和建筑物。特別是近十年，硅橡膠用作電腦散熱器涂層和復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的定影輥如加熱輥和壓力輥的涂層。為了適應(yīng)最近廣泛應(yīng)用的高速復(fù)印機(jī)和彩色復(fù)印機(jī)的需要，要求定影輥具有較低的硬度?，F(xiàn)有技術(shù)中的金屬材料和氟樹脂不能滿足這樣的要求，常采用導(dǎo)熱硅橡膠上涂覆了氟樹脂類型的輥。特別地，從縮短機(jī)器啟動(dòng)的等待時(shí)間和機(jī)器本身節(jié)能的角度而言，用于熱輥的橡膠要求具有高的導(dǎo)熱性。低壓縮變定也是必需的，因?yàn)橄鹉z常置于150到250℃的高溫下。然而，由于硅橡膠本身不具有這樣的導(dǎo)熱性，一般加入具有高導(dǎo)熱性的填料。這種填充的硅橡膠組合物公開于，例如，JP-A58-219259，其對(duì)應(yīng)于USP 4,444,944，JP-A3-221982和JP-A 10-39666。在這些組合物中，將二氧化硅，氧化鋁，氧化鎂等作為導(dǎo)熱填料加入通常的硅橡膠中。然而，必須大量加入這些填料以提高導(dǎo)熱性。大量承載填料會(huì)對(duì)作為橡膠輥所必需的橡膠壓縮變定帶來負(fù)面的影響，以及引起不利的問題，包括耐熱性的降低，輥硬度的增加以及成型困難。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種硅橡膠組合物。其具有充分的導(dǎo)熱性，耐熱性和彈性模量，因此適于作為熱定影輥和定影帶的涂層。另一個(gè)目的在于提供使用所述組合物的定影輥和定影帶。
為了尋求具有高導(dǎo)熱性和滿意的耐熱性的材料，發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)具有高導(dǎo)熱性，低壓縮變定和滿意的耐熱性的硫化硅橡膠是通過將金屬硅粉末混入硅橡膠組合物中并硫化該組合物而得到。高水平的導(dǎo)熱性和耐熱性使硅橡膠已發(fā)現(xiàn)可以作為用于復(fù)印機(jī)和打印機(jī)定影輥或定影帶的涂層使用。
關(guān)于使用填料如金屬硅粉末提高導(dǎo)熱性的用途，JP-A 2002-270032記截了使用碳粉末與SiOx(其中0.5＜X＜1.5)粉末結(jié)合賦予導(dǎo)電性，但未提及金屬硅粉和導(dǎo)熱性。JP-A 2000-089600和JP-A 2003-208252記載了使用碳化硅作為導(dǎo)熱材料，但未提及金屬硅粉末。JP-A 9-328365和JP-A 2003-137528記載了使用金屬硅作為制備氮化硅和球形二氧化硅的起始原料，但沒有指出如本發(fā)明所述的將金屬硅粉末混入有機(jī)聚硅氧烷提高導(dǎo)熱性，進(jìn)而形成高導(dǎo)熱的硅橡膠。
一方面，本發(fā)明提供了一種用于熱定影輥或熱定影帶的高導(dǎo)熱硅橡膠組合物，包含(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子中有至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基(B)20至500重量份具有至多達(dá)100μm平均粒度的金屬硅粉，和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
另一方面，本發(fā)明提供了一種定影輥，其包括輥軸和至少一層包裹在軸外周的硅橡膠層；或一種定影輥，其包括輥軸，至少一層包裹軸的外周的硅橡膠層，和包裹該硅橡膠層的氟樹脂或氟橡膠層；或一種定影帶，其包括一個(gè)帶基材，至少一層置于基材上的硅橡膠層，和任選地置于該硅橡膠層上的氟樹脂或氟橡膠層。在這些熱定影輥或熱定影帶中，硅橡膠層通過硫化高導(dǎo)熱性硅橡膠組合物形成，該組合物包含(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子中有至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份具有至多達(dá)100μm平均粒度的金屬硅粉和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬硅粉(B)為通過研磨方法粉化至平均粒度1到50μm的研磨金屬硅粉，或具有平均粒度1到50μm的球形金屬硅粉。還優(yōu)選，硅橡膠層在硫化狀態(tài)下具有至少0.5W/mK的熱導(dǎo)率。
本發(fā)明的硅橡膠組合物硫化成產(chǎn)品，產(chǎn)品不僅具有高導(dǎo)熱性，還具有滿意的耐熱性。使用所述組合物的定影輥或定影帶是高導(dǎo)熱的且在高溫下的長期使用中保持耐久性。
具體實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明用于熱定影輥或熱定影帶的導(dǎo)熱硅橡膠組合物的組分(A)是二有機(jī)聚硅氧烷，其在每分子中具有至少兩個(gè)與硅原子相連的鏈烯基，在室溫下為液狀或膠狀物。此處所用的含鏈烯基的有機(jī)聚硅氧烷優(yōu)選具有平均組成式(1)。
R1aSiO(4-a)/2(1)其中R1可以相同或不同，為取代或未取代的1到10個(gè)碳原子的一價(jià)烴基，優(yōu)選1到8個(gè)碳原子，和“a”為1.5至2.8的正數(shù)，優(yōu)選為1.8至2.5。
以R1表示的連接在硅原子上取代或未取代的一價(jià)烴基的例子包括烷基如甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，叔丁基，戊基，新戊基，己基，環(huán)己基，辛基，壬基和癸基；芳基如苯基，甲苯基，二甲苯基和萘基；芳烷基如苯甲基，苯乙基和苯丙基；鏈烯基如乙烯基，烯丙基，丙烯基，異丙烯基，丁烯基，己烯基，環(huán)己烯基和辛烯基；以及上述基團(tuán)被取代的形式，其中部分或全部的氫原予被鹵原子(例如氟，溴和氯)取代，氰基等如氯甲基，氯丙基，溴甲基，三氟丙基和氰乙基取代。優(yōu)選所有R1中的至少90mol％為甲基。
至少兩個(gè)R1基必須為鏈烯基，優(yōu)選有2到8個(gè)碳原子，更優(yōu)選2到6個(gè)碳原子，最優(yōu)選乙烯基。鏈烯基的含量?jī)?yōu)選為1.0×10-6到5.0x10-3mol/g基于有機(jī)聚硅氧烷，特別是5.0×10-6到1.0×10-3mol/g。鏈烯基的含量低于1.0×10-6mol/g時(shí)可能導(dǎo)致交聯(lián)不充分，形成凝膠狀物質(zhì)。鏈烯基的含量高于5.0×10-3mol/g時(shí)可能導(dǎo)致交聯(lián)密度過高，使橡膠變脆。鏈烯基可連在分子鏈末端的硅原子上或在分子鏈中間的硅原子上或二者兼有。至于分子量，有機(jī)聚硅氧烷在室溫下為液狀或膠狀物，因此聚合度優(yōu)選為50到50,000，更優(yōu)選為80到20,000。
至于結(jié)構(gòu)，有機(jī)聚硅氧烷具有主要為直鏈的結(jié)構(gòu)，其骨架包含重復(fù)的二有機(jī)硅氧烷(R12SiO2/2)單元(如二甲基硅氧烷，二苯基硅氧烷，甲基苯基硅氧烷，甲基三氟丙基硅氧烷，乙烯基甲基硅氧烷單元)且其由三有機(jī)甲硅氧基(R13SiO1/2)(如三甲基甲硅氧基，乙烯基二甲基甲硅氧基，二乙烯基甲基甲硅氧基，三乙烯基甲硅氧基，乙烯基二苯基甲硅氧基，乙烯基甲基苯基甲硅氧基，苯基二甲基甲硅氧基，二苯基甲基甲硅氧基)在分子鏈的每個(gè)末端封端。然而，也可以含有部分支化結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
組分(B)為高導(dǎo)熱無機(jī)粉末，用以賦予硅橡膠組合物導(dǎo)熱性。本發(fā)明的硅橡膠組合物是通過混合(A)上述有機(jī)聚硅氧烷和(B)作為高導(dǎo)熱無機(jī)粉末的金屬硅粉制得。金屬硅具有良好的導(dǎo)熱性，低莫氏硬度，和由于本身的金屬硅特性，它易于通過振動(dòng)粉碎且具有低柔韌性，其特征在于金屬粉末即使在高剪切力的作用下也不會(huì)聚集。因此，金屬硅容易通過研磨粉碎或粉化，且能有效地分散于有機(jī)聚硅氧烷中。另外，金屬硅微粒在其表面上有一層很薄的自然氧化的薄膜，該薄膜耐熱，耐酸和耐污，類似于玻璃，且能防止導(dǎo)電并保持熱穩(wěn)定。
此處所用的金屬硅粉可以通過任何期望的方法制備。包括通過研磨方法得到金屬硅粉，例如，將二氧化硅化學(xué)還原為金屬硅并在現(xiàn)有的破碎機(jī)或研磨機(jī)如球磨機(jī)中研磨得到粉末，和以產(chǎn)生自半導(dǎo)體制造工藝的金屬硅(晶片)碎片和碎屑為原料精細(xì)分級(jí)得到粉末；和由高溫下熔融金屬硅，氣相中粉碎熔融硅，再將其冷卻硫化為球形微粒得到球形金屬硅粉。此處用到的術(shù)語“球形”意指微粒表面上沒有尖銳的邊緣，且有光滑的輪廓，一般具有介于1.0到1.4的縱橫比(長度/寬度)，優(yōu)選介于1.0到1.2。金屬硅可以是單晶或多晶結(jié)構(gòu)。盡管粉碎金屬硅粉的純度沒有特別地限定，從賦予導(dǎo)熱性的角度而言，希望達(dá)到至少50％(即50到100％)的純度，更優(yōu)選為至少80％(即80到100％)，甚至更優(yōu)選為至少95％(即95到100％)。較高純度的金屬硅粉具有表面自然氧化的薄膜，該薄膜是無缺損的且能在高溫下提供更好的熱穩(wěn)定性。
此處所用的金屬硅粉的平均粒度至多達(dá)100μm，優(yōu)選為1到50μm，更優(yōu)選為1到25μm，最優(yōu)選為2到25μm。平均粒度小于1μm的微粒難以制備且難于以較高含量混入，然而平均粒度大于100μm的微粒會(huì)降低硫化橡膠的機(jī)械強(qiáng)度且會(huì)損害輥表面的性能。
應(yīng)指出的是平均粒度定義為由激光衍射法測(cè)量粒徑分布中的累積重均值D50或中值粒徑。
用作組分(B)的金屬硅粉可以用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韯┨幚硪蕴岣叻勰┰诠柘鹉z組合物中的分散性和硅橡膠組合物的熱穩(wěn)定性。適宜的表面處理劑包括硅烷偶聯(lián)劑及其部分水解物，烷基烷氧其硅烷及其部分水解物，有機(jī)硅氮烷，鈦酸酯偶聯(lián)劑，有機(jī)聚硅氧烷油，和帶有可水解官能團(tuán)的有機(jī)聚硅氧烷。至于表面處理的時(shí)機(jī)，可以在與有機(jī)聚硅氧烷(A)混合之前或混合的同時(shí)處理無機(jī)粉。
混入的金屬硅粉(B)的量為20至500重量份，優(yōu)選50至300重量份，基于每100重量份組分(A)。少于20重量份的金屬硅粉不能達(dá)到高導(dǎo)熱性，然而多于500重量份時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害橡膠的物理性能如強(qiáng)度。
本發(fā)明的硅橡膠組合物中，可以使用附加的導(dǎo)熱物質(zhì)，只要不會(huì)對(duì)低壓縮變定和耐熱性帶來負(fù)面影響。在這樣的情況下，金屬硅粉應(yīng)當(dāng)占全部導(dǎo)熱物質(zhì)的至少50％體積。對(duì)附加的導(dǎo)熱物質(zhì)沒有特別的限定，可以是任何現(xiàn)有的物質(zhì)。適宜的例子包括氧化鋁，鋁，碳化硅，四氮化三硅，氧化鎂，碳酸鎂，氧化鋅，氮化鋁，石墨和石墨纖維。
組分(C)是硫化劑，它可以是加成反應(yīng)硫化劑或有機(jī)過氧化物硫化劑，這在技術(shù)領(lǐng)域：
中是熟知的。
加成反應(yīng)硫化劑是(C-1)有機(jī)氫聚硅氧烷和(C-2)加成反應(yīng)催化劑的組合。
有機(jī)氧聚硅氧烷(C-1)起交聯(lián)劑的作用，通過與含有鏈烯基的有機(jī)硅氧烷(A)進(jìn)行氫化甲硅烷化加成反應(yīng)使組合物硫化。有機(jī)氫聚硅氧烷一般具有如下平均組成式(2)R2bHcSiO(4-b-c)/2(2)其中R2是取代或非取代的1到10個(gè)碳原子的一價(jià)烴基，字母b為介于0.7到2.1的正數(shù)，優(yōu)選為0.8到2.0，字母c為介于0.001到1.0的正數(shù)，且b+c為0.8到3.0，優(yōu)選為1.0到2.5。有機(jī)氫聚硅氧烷每分子中應(yīng)具有至少2個(gè)，優(yōu)選至少3個(gè)(一般為3到大約200)，更優(yōu)選為3到100個(gè)，最優(yōu)選3到50個(gè)與硅相連的氫原子(即SiH基)。氫原子可以連在分子鏈末端和/或分子鏈中間的硅原子上。
其中R2為取代或非取代的一價(jià)烴基，如記載的式(1)中R1的例子，且優(yōu)選不含脂肪族不飽和基(如鏈烯基)。
有機(jī)氫聚硅氧烷的例子包括三(二甲基氫甲硅烷氧基)甲基硅烷，三(二甲基氫甲硅烷氧基)苯基硅烷，1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷，甲基氫環(huán)聚硅氧烷，甲基氫硅氧烷-二甲基硅氧烷環(huán)共聚物，兩端由三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氫聚硅氧烷，兩端由三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氫硅氧烷共聚物，兩端由二甲基氫甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，兩端由二甲基氫甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氫硅氧烷共聚物，兩端由三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氫硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物，兩端由三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氫硅氧烷-二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，(CH3)2HSiO1/2單元和SiO4/2單元的共聚物，以及(CH3)2HSiO1/2單元，SiO4/2單元和(C6H5)SiO3/2單元的共聚物，和上述化合物的取代形式，其中部分或全部甲基被不同的烷基(例如乙基，丙基)，芳基(例如苯基)，或鹵素取代的烷基(例如3，3，3-三氟丙基)取代。
有機(jī)氫聚硅氧烷的分子結(jié)構(gòu)可以為線形的，環(huán)狀的或支化的，或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每分子的硅原子數(shù)目，即聚合度為2到大約1000，優(yōu)選為3到大約500，更優(yōu)選為3到大約300，最優(yōu)選為4到大約150。
混入的有機(jī)氫聚硅氧烷(C-1)的數(shù)量為0.1到50份，更優(yōu)為0.3到30份，甚至更優(yōu)選為0.3到30份，最優(yōu)選為0.3到20重量份，基于每100重量份有機(jī)聚硅氧烷(A)。不同地表述為，混入有機(jī)氫聚硅氧烷(C-1)的數(shù)量應(yīng)使組分(C-1)中與硅相連的氫原子(SiH基)與組分(A)中與硅相連的鏈烯基的摩爾比為0.5到5mol/mol，優(yōu)選為0.8到4mol/mol，更優(yōu)選為1到3mol/mol。
加成反應(yīng)催化劑(C-2)用以促進(jìn)組分(A)中與硅相連的鏈烯基和組分(C-1)中SiH基之間的氫化甲硅烷化加成反應(yīng)。一般的加成反應(yīng)催化劑為鉑族金屬催化劑包括鉑催化劑，例如鉑黑，氯化鉑，氯鉑酸，氯鉑酸與單羥基醇的反應(yīng)產(chǎn)物，氯鉑酸與烯烴的絡(luò)合物，雙乙酰乙酸鉑；鈀催化劑；和銠催化劑。加成反應(yīng)催化劑以催化量使用，一般為每一百萬重量份組分(A)和(C-1)組合使用大約0.5到1000重量份，優(yōu)選為大約1到500重量份鉑族金屬。
此處所用的有機(jī)過氧化物(C-3)可以選自熟知的過氧化物，這些過氧化物在一般的過氧化物硫化型有機(jī)聚硅氧烷組合物中作為促進(jìn)有機(jī)聚硅氧烷(A)交聯(lián)反應(yīng)的催化劑。例子包括，但不限于，過氧苯甲酰，2，4-二氯苯甲酰過氧化物，過氧化時(shí)甲基苯甲酰，過氧化鄰甲基苯甲酰，2，4-二枯基過氧化物，2，5-二甲基-雙(2，5-叔丁基過氧基)-己烷，二-叔丁基過氧化物，過苯甲酸叔丁酯，和1，1-雙(叔丁基過氧基羧基)己烷。
有機(jī)過氧化物以催化量使用以使有機(jī)聚硅氧烷硫化。雖然過氧化物的用量可以根據(jù)期望硫化的速率來確定，但通常為0.1到10重量份，優(yōu)選0.2到2重量份每100重量份組分(A)。
本發(fā)明還嘗試結(jié)合使用加成交聯(lián)和有機(jī)過氧化物交聯(lián)。在液狀有機(jī)聚硅氧烷組合物硫化時(shí)，建議使用加成交聯(lián)。
任選地，可以向本發(fā)明的硅橡膠組合物中加入導(dǎo)電材料以賦予其導(dǎo)電性。盡管所用的導(dǎo)電材料類型和用量沒有特別的限制，但可以使用導(dǎo)電碳黑，導(dǎo)電鋅白，金屬粉末或類似物，單獨(dú)或以兩種或更多種的混合物使用。
此處所用的碳黑可以選自那些通常用于一般導(dǎo)電橡膠組合物的炭黑，例子包括乙炔黑，導(dǎo)電爐黑(CF)，高導(dǎo)電爐黑(SCF)，超導(dǎo)電爐黑(XCF)，導(dǎo)電槽法炭黑(CC)，以及在大約1500到3000℃下高溫?zé)崽幚磉^的爐黑和槽法炭黑。具體的例子包括以商品名Denka Acetylene Black購自Denki Kagaku Kogyo K.K.公司和以商品名Shawnigan Acetylene Black購自Shawnigan Chemical Co.公司的乙炔黑；以商品名Continex CF購自Continental Carbon公司和以商品名Vulcan C購自Cabot Corp公司的導(dǎo)電爐黑；以商品名Continex SCF購自Continental Carbon公司和以商品名Vulcan SC購自Cabot Corp公司的高導(dǎo)電爐黑；以商品名Asahi HS-500購自Asahi Carbon Co.，Ltd公司的和以商品名Vulcan XC-72購自Cabot Corp.公司的超導(dǎo)電爐黑；以商品名Corax L購自Degussa AG公司的導(dǎo)電槽法炭黑。屬于爐黑類的Ketjen Black EC和KetjenBlack EC-600JD(Kejen Black International)也是適用的。期望爐黑含有低濃度的雜質(zhì)，特別是硫磺和硫類化合物的濃度等于或小于6,000ppm，更優(yōu)選為含等于或小于3,000ppm的元素硫，這些炭黑中，乙炔黑更加導(dǎo)電，因?yàn)槠潆s質(zhì)濃度低且具有良好的展開次級(jí)結(jié)構(gòu)(developed secondary structure)，因此在此處是特別適宜的。
導(dǎo)電材料的加入量應(yīng)使得到的硅橡膠組合物具有足以使橡膠導(dǎo)電的電阻，具體來說體積電阻率為等于或小于1014Ω-m。優(yōu)選地，導(dǎo)電材料的加入量為1到50重量份，更優(yōu)選5到20重量份基于每100重量份的組分(A)。少于1重量份的導(dǎo)電材料可能不能獲得期望的導(dǎo)電性，然而多于100重量份的導(dǎo)電材料可能阻礙物理混合并降低其機(jī)械強(qiáng)度，不能得到期望的橡膠彈性。
本發(fā)明的硅橡膠組合物中，可以進(jìn)一步混入細(xì)粒二氧化硅如熱解法二氧化硅，沉淀法二氧化硅，熔凝二氧化硅，燒結(jié)二氧化硅，溶膠-凝膠法制備的球形二氧化硅，結(jié)晶二氧化硅(石英粉)，和硅藻土(除了別的以外，熔凝二氧化硅和結(jié)晶二氧化硅也可以作為附加的導(dǎo)熱物質(zhì))；增強(qiáng)或半增強(qiáng)填料如碳酸鈣，粘土，硅藻土和二氧化鈦；補(bǔ)強(qiáng)劑如硅樹脂；氫化甲硅烷化反應(yīng)調(diào)節(jié)劑如含氮化合物，乙炔化合物，磷化合物，腈化合物，羧酸鹽，錫化合物，汞化合物，和硫化合物。耐熱改性劑如氧化鐵和氧化鈰；內(nèi)部脫模劑如二甲基硅油；增粘劑；觸變劑等。這些添加劑可以在不影響本發(fā)明目的的范圍內(nèi)混入。此外，還有耐熱改良劑如氧化鐵，氧化鈰和辛酸鐵，用以改良粘合性和模塑的各種碳官能硅烷，和用以賦予阻燃性的含氮化合物和含鹵素化合物也可以混入。具有聚合度至多達(dá)100的低分子量硅氧烷，含硅烷醇的硅烷，和含烷氧基的硅烷也可以作為分散劑加入。
導(dǎo)熱無機(jī)粉末的混入可以通過與組分(A)和(B)一起混合實(shí)施，混合在混合機(jī)如行星式混合機(jī)或捏煉機(jī)中于室溫下或加熱至100到200℃的高溫下進(jìn)行。當(dāng)采用熱處理時(shí)，組合物的制備應(yīng)預(yù)先混合組分(A)和組分(B)以及細(xì)粒二氧化硅填料等以形成基礎(chǔ)配混料，同樣于磨機(jī)中在基礎(chǔ)配混料中混入不同的添加劑和炭黑粉末，和任選進(jìn)一步加入和混入硫化劑。
本發(fā)明的硅橡膠組合物可以被成形為具體應(yīng)用中期望的部件，可以通過各種一般硅橡膠成形方法包括液體注塑(LIM)和模塑壓制成形。模塑條件沒有特別的限制，優(yōu)選為溫度在100到400℃下，時(shí)間從幾秒鐘到1小時(shí)。模塑步驟后可繼續(xù)后硫化或二次硫化，優(yōu)選在150到250℃下進(jìn)行1到30小時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明，定影輥由本發(fā)明硅橡膠組合物在金屬軸上形成高導(dǎo)熱硫化層(即硅橡膠層)構(gòu)成?？筛鶕?jù)期望的輥的類型對(duì)金屬軸的材料和尺寸適當(dāng)進(jìn)行選擇。軸可以由鋁，鋼或不銹鋼制得。優(yōu)選對(duì)軸表面用底劑如硅烷偶聯(lián)劑或硅氧烷粘合劑進(jìn)行處理使軸能與硅橡膠層牢固粘附。
可以對(duì)硅橡膠組合物的成形和硫化方法進(jìn)行適當(dāng)選擇。例如，組合物可以通過澆鑄，轉(zhuǎn)移模塑，注塑和涂膜方法任意一種方法成形，和可加熱硫化。硫化硅橡膠組合物形成的硅橡膠層可以是單層或兩層或更多層，其中組分(B)金屬硅粉的用量可以是彼此不同的。硅橡膠層的總厚度優(yōu)選為50μm到20mm，更優(yōu)選為0.2mm到6mm。層太薄不能賦予足夠的橡膠彈性。層太厚會(huì)影響金屬軸和定影輥表面間的熱量傳遞性能。
可在硅橡膠層外表面上形成氟樹脂層或氟橡膠層。在此實(shí)施方案中，氟樹脂層由氟樹脂涂層材料或氟樹脂管料形成以使該層能包裹或覆蓋硅橡膠層。氟樹脂涂層材料包括，例如，聚四氟乙烯樹脂(PTFE)膠乳，和DAI-EL膠乳(含氟化學(xué)膠乳來自Daikin Industries Ltd.)。氟樹脂管料可以由商業(yè)上獲得，例如包括聚四氟乙烯樹脂(PTFE)，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物樹脂(PFA)，氟化乙丙共聚物樹脂(FEP)，聚偏二氟乙烯樹脂(PVDF)，和聚氟乙烯樹脂。其中，PFA是優(yōu)選的。
氟樹脂或氟橡膠層的厚度優(yōu)選為1μm到500μm，更優(yōu)選為10μm到300μm。層太薄會(huì)導(dǎo)致層在輥受到外部應(yīng)力時(shí)發(fā)生破裂，起皺或剝離。層太厚會(huì)降低輥的橡膠彈性并導(dǎo)致破裂，斷裂或類似的嚴(yán)重外表損傷。
定影帶通過在帶體上形成硅橡膠層構(gòu)成。帶體可以由已知的材料組成，如金屬帶包括電鑄鎳，不銹鋼和鋁或有機(jī)樹脂薄膜包括聚酰亞胺樹脂，聚酰胺樹脂和聚酰胺-酰亞胺樹脂。帶體的形狀和尺寸可以根據(jù)期望的帶的類型進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
硅橡膠組合物成形和硫化的方法可以與定影輥中所用的方法相同。形成于定影帶上的硅橡膠層可以為單層或兩層或多層，其中組分(B)的金屬硅粉的含量可以彼此不同。硅橡膠層的總厚度優(yōu)選為50μm到5mm，更優(yōu)選為100μm到1mm。層太薄不能賦予足夠的橡膠彈性。層太厚會(huì)影響帶體和定影帶表面間的熱量傳遞性能。
還可以在硅橡膠層上形成氟樹脂層或氟橡膠層。氟樹脂和氟橡膠材料與定影輥中所使用的相同。氟樹脂或氟橡膠層的厚度優(yōu)選為1μm到300μm，更優(yōu)選為2μm到100μm。層太薄會(huì)導(dǎo)致層在帶體受到外部應(yīng)力時(shí)發(fā)生破裂，起皺或剝離。層太厚會(huì)降低輥的橡膠彈性并導(dǎo)致破裂，斷裂或類似的外表損傷。
高導(dǎo)熱硅橡膠組合物的硫化層(即硅橡膠層)的熱導(dǎo)率優(yōu)選為至少0.5W/mK，更優(yōu)選為0.5到4.0W/mK，甚至更優(yōu)選為0.5到2.5W/mK。
實(shí)施例下面列出作為說明而非限制的本發(fā)明的實(shí)施例。所有的份數(shù)均為重量份。
實(shí)施例1在行星式混合機(jī)中裝入60份兩端以二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(聚合度為500)，1份比表面積為110m2/g的疏水煅制二氧化硅(R-972，購自Nippon Aerosil Co.，Ltd.)，2份平均粒度為0.10μm的氧化鐵(Fe2O3)，160份平均粒度為5μm的研磨金屬硅粉A，在室溫(23℃)下攪拌2小時(shí)?；旌衔镉谌伳C(jī)中研磨以分散填料，之后再裝回行星式混合機(jī)中?；旌衔镏屑尤?0份兩端以三甲基甲硅烷氧基封端并且側(cè)鏈上有乙烯基的二甲基聚硅氧烷(聚合度為300，乙烯值為0.000075mol/g)，1.0份兩端和側(cè)鏈上均有Si-H基的甲基氫聚硅氧烷(聚合度為17，Si-H含量為0.0038mol/g)，0.05份乙炔基環(huán)己醇作為反應(yīng)調(diào)節(jié)劑，和0.1份鉑催化劑(Pt濃度為1wt％)。繼續(xù)攪拌15分鐘制得硅橡膠組合物(EX1)。
硅橡膠組合物(EX1)在120℃下壓制硫化10分鐘，再于200℃下烘爐硫化4小時(shí)。在180℃下/22小時(shí)之后根據(jù)JIS K6249測(cè)量硫化樣品的硬度和壓縮變定。用熱導(dǎo)率儀QTM-3(Kyoto Electronic Co.，Ltd.)對(duì)12mm厚的類似硫化片的導(dǎo)熱性進(jìn)行測(cè)量。
樣品在230℃的烘箱中放置144小時(shí)，然后對(duì)其硬度進(jìn)行再次測(cè)量以觀察其是否發(fā)生了熱降解。結(jié)果記載在表1中。
實(shí)施例2如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物(EX2)，除了配混入250份平均粒度為12μm研磨金屬硅粉B代替160份研磨的金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例3如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物(EX3)，除了配混入120份平均粒度為12μm研磨金屬硅粉和90份平均粒度為12μm的球形氧化鋁代替160份研磨的金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例4如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物(EX4)，除了配混入260份平均粒度為5μm球形金屬硅粉C代替160份研磨的金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例5在壓力捏合器中，100份基本上由99.825mol％二甲基硅氧烷單元和0.15mol％甲基乙烯基硅氧烷單元組成，以0.025mol％二甲基乙烯基甲硅烷基封端的有機(jī)聚硅氧烷，其粘度為1×107mm2/s，與12份商品名為Denka Black的乙炔黑(其平均粒度為40nm，購自Denki Kagaku Kogyo K.K.)，3份比表面積為200m2/g的煅制二氧化硅(Nippon Aerosil Co.，Ltd)，2份平均聚合度為3到10的硅烷醇封端的二甲基聚氧烷聚合物作為分散劑，和155份平均粒度5μm的研磨金屬硅粉A作為導(dǎo)熱性填料進(jìn)行捏合。向100份得到的基礎(chǔ)配混料，加入2份25％的2，5-二甲基-雙(2，5-叔丁基過氧基)-己烷的硅氧烷糊狀物作為硫化劑。進(jìn)一步捏合得到硅橡膠組合物。
硅橡膠組合物(EX5)在165℃下加壓硫化10分鐘和在200℃下烘爐硫化4小時(shí)。在180℃下22小時(shí)之后根據(jù)JIS K6249測(cè)量硫化樣品的硬度和壓縮變定，并對(duì)其導(dǎo)熱性和體積電阻率進(jìn)行測(cè)量。將樣品在烘箱中230℃下放置144小時(shí)，然后再測(cè)量其硬度以觀察其是否發(fā)生了熱降解。
比較例1實(shí)驗(yàn)按實(shí)施例1的配方進(jìn)行且配混入一定量的平均粒度為5μm的石英粉代替160份研磨金屬硅粉A。為了獲得與實(shí)施例1中相等的導(dǎo)熱性，嘗試將石英粉的數(shù)量增加至250份，但是不能配混入200份或更多的數(shù)量。
比較例2如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物(CE2)，除了配混入260份平均粒度為5μm的粒狀氧化鋁粉代替160份研磨金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
比較例3如實(shí)施例2制備硅障膠組合物(CE3)，除了配混入500份平均粒度為12μm的球形氧化鋁粉代替250份研磨金屬硅粉B。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
比較例4如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物，除了配混入320份平均粒度為16μm的球形氧化鋁粉代替160份研磨金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
比較例5如實(shí)施例1制備硅橡膠組合物，除了配混入280份平均粒徑為5μm的球形氧化鋁粉末代替160份研磨金屬硅粉A。同樣，從該組合物制得樣品并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
表1
實(shí)施例6在直徑為12mm長度為300mm的鋁軸的表面上施涂加成反應(yīng)型液狀硅橡膠用底劑No.101A/B(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)。將涂了底劑的鋁軸固定在模具中，其中模具在10kgf/cm2的壓力下填有實(shí)施例1的硅橡膠組合物(EX1)。將組合物于150℃下加熱硫化30分鐘，再于200℃下后硫化4小時(shí)，制得硅橡膠制的定影輥，其硅橡膠層的厚度為2mm，其外徑為16mm。
將此定影輥裝入靜電復(fù)印機(jī)中，連續(xù)運(yùn)行得到50,000張A4尺寸的普通紙復(fù)印件。未發(fā)生紙起皺或卡紙。復(fù)印的全部圖像都清晰。
比較例6如實(shí)施例6制備定影輥，除了以比較例2中的硅橡膠組合物(CE2)代替硅橡膠組合物(EX1)。將該定影輥裝入靜電復(fù)印機(jī)中連續(xù)運(yùn)行到A4尺寸的普通紙復(fù)印件。復(fù)印25,000張之后圖像變得模糊。目測(cè)發(fā)現(xiàn)輥有斷裂，即，硅橡膠層發(fā)生斷裂。
實(shí)施例7在直徑為12mm長度為300mm的鋁軸的表面上施涂加成反應(yīng)型液狀硅橡膠用底劑No.101A/B(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)。將涂了底劑的鋁軸插入規(guī)格為50μm的內(nèi)表面預(yù)先涂有底劑的PFA氟樹脂管。實(shí)施例2的硅橡膠組合物(EX2)在5Kgf/cm2的壓力下填入管和軸之間。該組合物在150℃下加熱硫化30分鐘并在200℃下后硫化4小時(shí)，制得PFA樹脂涂覆的硅橡膠制的定影輥，其外徑為20mm，長度為250mm。
將此定影輥裝入靜電復(fù)印機(jī)中，連續(xù)運(yùn)行得到50,000張A4尺寸的普通紙復(fù)印件。未發(fā)生紙起皺或卡紙。復(fù)印的全部圖像都清晰。
比較例7如實(shí)施例7制備定影輥，除了以比較例3中的硅橡膠組合物(CE3)代替硅橡膠組合物(EX2)。將該定影輥裝入靜電復(fù)印機(jī)中連續(xù)運(yùn)行得到A4尺寸的普通紙復(fù)印件。復(fù)印30,000張之后圖像變得模糊。目測(cè)發(fā)現(xiàn)輥的邊緣發(fā)生了變形。
實(shí)施例8在鎳制帶基材(50μm規(guī)格，內(nèi)徑為55mm，寬度為250mm)的外表面上施涂加成反應(yīng)型液狀硅橡膠用底劑No.101A/B(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)，在150℃下干燥和烘烤15分鐘。在上過底劑的表面上，涂覆實(shí)施例1的硅橡膠組合物(EX1)至厚度約300μm，在150℃下加熱硫化15分鐘，再于200℃下后硫化2小時(shí)。在硫化硅橡膠的表面上，均勻地涂覆DAI-EL膠乳和硅橡膠用的底劑GLP-103SR(Daikin Industries，Ltd.)，在80℃下加熱10分鐘。再均勻地噴涂DAI-EL膠乳GLS-213(Daikin Industries，Ltd.)，于300℃烘烤1小時(shí)，制得氟樹脂涂覆的硅橡膠制定影帶，其氟樹脂層的厚度為5μm。
將此定影帶裝入靜電復(fù)印機(jī)中連續(xù)運(yùn)行得到50,000張A4尺寸的普通紙復(fù)印件。未發(fā)生紙起皺或卡紙。復(fù)印的全部圖像都清晰。
比較例8如實(shí)施例8制備定影帶，除了以比較例2的硅橡膠組合物(CE2)代替硅橡膠組合物(EX1)。將該定影帶裝入靜電復(fù)印機(jī)中，連續(xù)操作復(fù)印A-4尺寸的普通紙復(fù)印件。復(fù)印10,000張之后圖像變得模糊。在第12,000張時(shí)紙起皺。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行在此中斷。
證明本發(fā)明的硅橡膠組合物硫化的產(chǎn)品具有高導(dǎo)熱性，令人滿意的耐熱性和低壓縮變定，因此最適合作為定影輥和定影帶中的高導(dǎo)熱硅橡膠涂層。
權(quán)利要求
1.一種用于熱定影輥或熱定影帶的高導(dǎo)熱硅橡膠組合物，包含(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子含至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份的平均粒度至多達(dá)100μm的金屬硅粉，和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
2.權(quán)利要求
1所述的硅橡膠組合物，其中金屬硅粉(B)為通過研磨方法粉化至平均粒度為1到50μm的研磨金屬硅粉。
3.權(quán)利要求
1所述的硅橡膠組合物，其中金屬硅粉(B)為平均粒度為1到50μm的球形金屬硅粉。
4.權(quán)利要求
1所述的硅橡膠組合物，其在硫化狀態(tài)具有至少0.5W/mK的熱導(dǎo)率。
5.一種熱定影輥，其包括輥軸和至少一層包裹在軸外周的硅橡膠層，硅橡膠層通過硫化高導(dǎo)熱硅橡膠組合物形成，硅橡膠組合物包含(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子含至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份平均粒度至多達(dá)100μm的金屬硅粉，和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
6.權(quán)利要求
5所述的熱定影輥，其中硅橡組合物中的金屬硅粉(B)是通過研磨方法粉化至平均粒度為1到50μm的研磨金屬硅粉。
7.權(quán)利要求
5所述的熱定影輥，其中硅橡膠組合物中的金屬硅粉(B)為平均粒度為1到50μm的球形金屬硅粉。
8.權(quán)利要求
5所述的熱定影輥，其中硅橡膠組合物在硫化狀態(tài)下具有至少0.5W/mK的熱導(dǎo)率。
9.一種定影輥，包括輥軸，至少一層包裹在軸外周的硅橡膠層，和包裹硅橡膠層的氟樹脂或氟橡膠層，硅橡膠層通過硫化高導(dǎo)熱硅橡膠組合物而成，硅橡膠組合物含有(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子含至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份平均粒度至多達(dá)100μm的金屬硅粉，和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
10.權(quán)利要求
9所述的熱定影輥，其中硅橡膠組合物中的金屬硅粉(B)是通過研磨方法粉化至平均粒度為1到50μm的研磨金屬硅粉。
11.權(quán)利要求
9所述的熱定影輥，其中硅橡膠組合物中的金屬硅粉(B)為平均粒度為1到50μm的球形金屬硅粉。
12.權(quán)利要求
9所述的熱定影輥，其中硅橡膠組合物在硫化狀態(tài)下具有至少0.5W/mK的熱導(dǎo)率。
13.一種定影帶，其包括帶基材，至少一層置于基材上的硅橡膠層，和任選地置于此硅橡膠層上的氟樹脂或氟橡膠層，硅橡膠層通過硫化高導(dǎo)熱硅橡膠組合物而成，硅橡膠組合物含有(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分于含至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份平均粒度至多100μm的金屬硅粉，和(C)其用量足以硫化組分(A)的硫化劑。
14.權(quán)利要求
13所述的定影帶，其中硅橡膠組合物中的金屬硅粉(B)通過研磨方法粉化至平均粒度為1到50μm的研磨金屬硅粉。
15.權(quán)利要求
13所述的定影帶，其中硅橡膠組合物中的金屬硅粉(B)為平均粒度為1到50μm的球形金屬硅粉。
16.權(quán)利要求
13所述的定影帶，其中硅橡膠組合物在硫化狀態(tài)下具有至少0.5W/mK的熱導(dǎo)率。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種含有硅橡膠層的熱定影輥或帶，硅橡膠層通過硫化硅橡膠組合物形成，組合物包含(A)100重量份有機(jī)聚硅氧烷，其每分子含至少兩個(gè)與硅相連的鏈烯基，(B)20至500重量份平均粒度至多達(dá)100μm的金屬硅粉，和(C)有效量的硫化劑。硅橡膠層具有高導(dǎo)熱性和長期的耐溫性。
文檔編號(hào)C08L83/04GK1996165SQ200610064231
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年11月28日
發(fā)明者平林佐太央, 飯野干夫, 富澤伸匡, 廻谷典行 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan