本发明涉及充电辊技术领域，具体涉及一种导电海绵充电辊及其制备方法。
背景技术：
打印设备上使用的充电辊是负责与感光鼓接触转动，使感光鼓均匀充电，产生曝光后的静电潜像。现有的充电辊的辊轴一般采用不锈钢材质，而不锈钢材料价格较贵，较难加工，且抗腐蚀性差，容易生锈，大大影响了充电辊的使用寿命。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种导电海绵充电辊，该充电辊采用铝芯作为辊轴，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
本发明的另一目的在于提供一种导电海绵充电辊的制备方法，该制备方法步骤简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模化工业生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种导电海绵充电辊，包括辊轴、套设于辊轴外侧的发泡导电海绵层、以及套设于发泡导电海绵层外侧的套管；所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.60%-1.80%、mg：2.30%-2.50%、mn：0.40%-0.60%、fe≤0.50%、si≤0.50%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。
本发明的充电辊铝芯通过采用cu元素，并控制其用量为1.60%-1.80%，具有较好的固溶强化效果；本发明的充电辊铝芯通过采用mg元素，并控制其用量为2.30%-2.50%，强度高，可焊性良好，抗蚀性也好；本发明的充电辊铝芯通过采用mn元素，并控制其用量为0.40%-0.60%，可以提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒；本发明的充电辊铝芯通过采用fe元素，并控制其用量≤0.50%，具有较好的加工性能；本发明的充电辊铝芯通过采用si元素，并控制其用量≤0.50%，可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度。
本发明的充电辊铝芯通过采用上述元素，并严格控制各元素的重量百分比，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶40-60份
超导炭黑20-40份
离子导电剂0.5-1.5份
发泡剂3-7份
促进剂4-7份
活性剂2-6份
架桥剂1-2份
加工助剂2-4份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比4-6:2-4:1制成的共聚物。本发明的发泡导电海绵层通过采用乙叉降冰片烯作为第三单体，可以快速硫化，高拉伸强度，低永久形变。本发明通过严格控制上述三种单体的摩尔比，具有更高的压坯强度，更高的拉伸强度，更高的结晶化，更低的玻璃体转化温度以及更好的挤出特性。
所述超导炭黑为粒径在10-50nm、比表面积在500-1000m2/g的超导炭黑。本发明通过严格控制超导炭黑的粒径和比表面积，粒径小，比表面积大且粗糙，具有低电阻或高电阻性能的特点，能赋予制品导电作用。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比2-4:1-2:1组成的混合物。本发明的发泡导电海绵层通过严格控制离子导电剂的种类、复配及配比，可以提高导电材料的导电特性、物理性能等优势，使发泡导电海绵层具有优异和稳定的导电性能及机械性能。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:0.5-1.5:1.5-2.5组成的混合物。本发明的发泡导电海绵层通过严格控制发泡剂的种类、复配及配比，其发泡效果好，制得的发泡导电海绵层综合性能优异。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比0.5-1.5:1.5-2.5:1组成的混合物。本发明的发泡导电海绵层通过严格控制促进剂的种类、复配及配比，能促进硫化作用，可缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量和提高橡胶的物理机械性能。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比0.8-1.2:1.4-2.4:1组成的混合物。本发明的发泡导电海绵层通过严格控制活性剂的种类、复配及配比，可以促进硫化工艺，可使促进剂发挥最大能力，减少促进剂用量、缩短硫化时间。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。本发明的发泡导电海绵层通过采用己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯作为架桥剂，可以改善发泡导电海绵层的耐水、耐化学品、耐磨、附着力、力学机械等性能。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:0.5-1.5:1.5-2.5组成的混合物。本发明的发泡导电海绵层通过严格控制加工助剂的种类、复配及配比，可以使材料在加工过程中改善材料的流动性和制品的脱模性。
更为优选的，所述铝芯的化学成分满足以下公式：
5.6%≤2cu+mg≤6.0%……（1）
1.2%≤2mn+fe+si≤2.0%……（2）。
本发明的铝芯中cu、mg、mn、fe和si元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
优选的，所述铝芯还包括ca：0.5%-1.5%、cr：0.15%-0.35%和zn：0.04%-0.08%。
本发明的充电辊铝芯通过采用ca元素，并控制其用量位0.5%-1.5%，可以提高铝芯的导电性能，还能改善铝合金的加工性能；本发明的充电辊铝芯通过采用cr元素，并控制其用量位0.15%-0.35%，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；本发明的充电辊铝芯通过采用zn元素，并控制其用量位0.04%-0.08%，可明显增加抗拉强度和屈服强度。
更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：
2.2%≤ca+4cr+15zn≤3.6%……（3）。
本发明的铝芯中ca、cr和zn元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
优选的，所述铝芯还包括li：0.2%-0.4%、zr：0.02%-0.06%和v：0.01%-0.05%。
本发明的充电辊铝芯通过采用li元素，并控制其用量位0.2%-0.4%，可以降低铝合金的密度，提高铝合金的强度和刚度，达到轻量化的效果；本发明的充电辊铝芯通过采用zr元素，并控制其用量位0.02%-0.06%，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒；本发明的充电辊铝芯通过采用v元素，并控制其用量位0.01%-0.05%，起细化晶粒作用，可以细化再结晶组织，提高再结晶温度。
更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：
0.8%≤li+15zr+10v≤1.6%……（4）。
本发明的铝芯中li、zr和v元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
优选的，所述铝芯还包括ti：0.1%-0.3%、b：0.04%-0.08%和sr：0.01%-0.05%。
本发明的充电辊铝芯通过采用ti元素，并控制其用量位0.1%-0.3%，可以在保持导电性的情况下提高铝芯的机械性能；本发明的充电辊铝芯通过采用b元素，并控制其用量位0.04%-0.08%，具有细化铸造组织和焊缝组织的作用；本发明的充电辊铝芯通过采用sr元素，并控制其用量位0.01%-0.05%，可改善铝芯的抗拉强度、屈服强度和延伸率，还能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能。
更为优选的，所述铝芯的化学成分还满足以下公式：
0.6%≤ti+5b+10sr≤1.0%……（5）。
本发明的铝芯中ti、b和sr元素通过满足上述工艺，制得的铝芯具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
优选的，所述铝芯还包括混合稀土re：0.05%-0.15%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比2-4：1-3：0.4-0.8：1.5-2.5：0.8-1.2：1组成的混合物。
re是含有la、ce、pr、nd、pm和sm共6种轻稀土元素的混合稀土，轻稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、锰、锌、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素对力学性能的有害影响。另外，稀土化合物具有熔点高、硬度高和热稳定性好的特点，偏聚在相界和晶界可提高相界和晶界的强度和抗蠕变能力，进一步提高铝合金的强度和耐热性。经发明人的大量实验研究表明，添加含有la、ce、pr、nd、pm和sm共6种轻稀土元素的混合稀土的效果比添加一种或少数几种轻稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.05%-0.15%的混合稀土，优选的，混合稀土添加量为0.1%。
本发明通过采用la、ce、pr、nd、pm和sm作为混合稀土，并控制其质量比为2-4：1-3：0.4-0.8：1.5-2.5：0.8-1.2：1，可以细化晶粒，减少二次晶间距，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化；还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭。
一种导电海绵充电辊的制备方法，包括如下步骤：
（1）辊轴的制备：将铝合金原料制成铝合金铸锭，铝合金铸锭再进行均匀化退火，均匀化退火后再将铝合金铸锭成型为挤压材，挤压材进行时效处理，时效处理后得到辊轴；
（2）发泡导电海绵层的制备：按重量配比称取发泡导电海绵层所需的原料，将称取的原料进行混炼，得到发泡导电海绵；
（3）裁切：将所需要的充电辊尺寸，裁切发泡导电海绵至所需尺寸；
（4）套棉：将裁切好尺寸的发泡导电海绵套在辊轴上；
（5）打磨：将套好发泡导电海绵的充电辊打磨至所需尺寸；
（6）套管：将导电外壳套在发泡导电海绵的外侧，制得导电海绵充电辊。
本发明的有益效果在于：本发明的充电辊采用铝芯作为辊轴，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
本发明的制备方法步骤简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模化工业生产。
本发明的充电辊通过采用发泡导电海绵层，发泡导电海绵层采用电子导电材料（超导炭黑）和离子导电材料组成的复合导电剂作为导电填料，既具有电子导电材料能极好的降低电阻率的优点，又包含离子导电材料能均匀的对宏观的电子导电材料进行补强的特点，可以提高导电材料的导电特性、物理性能等优势，使发泡导电海绵层具有优异和稳定的导电性能及机械性能，制得的充电辊导电性好，还具有良好的机械性能，耐用性好，使用寿命长。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种导电海绵充电辊，包括辊轴、套设于辊轴外侧的发泡导电海绵层、以及套设于发泡导电海绵层外侧的套管；所述辊轴为铝芯，所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.60%、mg：2.50%、mn：0.40%、fe：0.50%、si：0.50%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；
所述铝芯还包括ca：0.5%、cr：0.35%和zn：0.08%。
所述铝芯还包括li：0.2%、zr：0.06%和v：0.05%。
所述铝芯还包括ti：0.1%、b：0.08%和sr：0.05%。
所述铝芯还包括混合稀土re：0.05%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比2：1：0.4：1.5：0.8：1组成的混合物。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶40份
超导炭黑20份
离子导电剂0.5份
发泡剂3份
促进剂4份
活性剂2份
架桥剂1份
加工助剂2份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比4:2:1制成的共聚物。
所述超导炭黑为粒径在10nm、比表面积在500m2/g的超导炭黑。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比2:1:1组成的混合物。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:0.5:1.5组成的混合物。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比0.5:1.5:1组成的混合物。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比0.8:1.4:1组成的混合物。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:0.5:1.5组成的混合物。
一种导电海绵充电辊的制备方法，包括如下步骤：
（1）辊轴的制备：将铝合金原料制成铝合金铸锭，铝合金铸锭再进行均匀化退火，均匀化退火后再将铝合金铸锭成型为挤压材，挤压材进行时效处理，时效处理后得到辊轴；
（2）发泡导电海绵层的制备：按重量配比称取发泡导电海绵层所需的原料，将称取的原料进行混炼，得到发泡导电海绵；
（3）裁切：将所需要的充电辊尺寸，裁切发泡导电海绵至所需尺寸；
（4）套棉：将裁切好尺寸的发泡导电海绵套在辊轴上；
（5）打磨：将套好发泡导电海绵的充电辊打磨至所需尺寸；
（6）套管：将导电外壳套在发泡导电海绵的外侧，制得导电海绵充电辊。
实施例2
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.65%、mg：2.45%、mn：0.45、fe：0.40%、si：0.40%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；
所述铝芯还包括ca：0.8%、cr：0.3%和zn：0.07%。
所述铝芯还包括li：0.25%、zr：0.05%和v：0.04%。
所述铝芯还包括ti：0.15%、b：0.07%和sr：0.04%。
所述铝芯还包括混合稀土re：0.08%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比2.5：1.5：0.5：1.8：0.9：1组成的混合物。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶45份
超导炭黑25份
离子导电剂0.8份
发泡剂4份
促进剂5份
活性剂3份
架桥剂1.2份
加工助剂2.5份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比4.5:2.5:1制成的共聚物。
所述超导炭黑为粒径在20nm、比表面积在600m2/g的超导炭黑。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比2.5:1.2:1组成的混合物。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:0.8:1.8组成的混合物。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比0.8:1.8:1组成的混合物。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比0.9:1.6:1组成的混合物。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:0.8:1.8组成的混合物。
实施例3
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.70%、mg：2.40%、mn：0.50%、fe：0.30%、si：0.30%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；
所述铝芯还包括ca：1%、cr：0.25%和zn：0.06%。
所述铝芯还包括li：0.3%、zr：0.04%和v：0.03%。
所述铝芯还包括ti：0.2%、b：0.06%和sr：0.03%。
所述铝芯还包括混合稀土re：0.1%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比3：2：0.6：2：1：1组成的混合物。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶50份
超导炭黑30份
离子导电剂1份
发泡剂5份
促进剂5.5份
活性剂4份
架桥剂1.5份
加工助剂3份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比5:3:1制成的共聚物。
所述超导炭黑为粒径在30nm、比表面积在800m2/g的超导炭黑。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比3:1.5:1组成的混合物。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:1:2组成的混合物。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比1:2:1组成的混合物。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比1:1.8:1组成的混合物。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:1:2组成的混合物。
实施例4
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.75%、mg：2.35%、mn：0.55%、fe：0.20%、si：0.20%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；
所述铝芯还包括ca：1.2%、cr：0.2%和zn：0.05%。
所述铝芯还包括li：0.35%、zr：0.03%和v：0.02%。
所述铝芯还包括ti：0.25%、b：0.05%和sr：0.02%。
所述铝芯还包括混合稀土re：0.12%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比3.5：2.5：0.7：2.2：1.1：1组成的混合物。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶55份
超导炭黑35份
离子导电剂1.2份
发泡剂6份
促进剂6份
活性剂5份
架桥剂1.8份
加工助剂3.5份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比5.5:3.5:1制成的共聚物。
所述超导炭黑为粒径在40nm、比表面积在900m2/g的超导炭黑。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比3.5:1.8:1组成的混合物。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:1.2:2.2组成的混合物。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比1.2:2.2:1组成的混合物。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比1.1:2.2:1组成的混合物。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:1.2:2.2组成的混合物。
实施例5
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：所述铝芯的化学成分包括如下重量百分比的元素：cu：1.80%、mg：2.30%、mn：0.60%、fe：0.10%、si：0.10%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%；
所述铝芯还包括ca：1.5%、cr：0.15%和zn：0.04%。
所述铝芯还包括li：0.4%、zr：0.02%和v：0.01%。
所述铝芯还包括ti：0.3%、b：0.04%和sr：0.01%。
所述铝芯还包括混合稀土re：0.15%，所述re是由la、ce、pr、nd、pm和sm以质量比4：3：0.8：2.5：1.2：1组成的混合物。
所述发泡导电海绵层由如下重量份的原料制成：
三元乙丙橡胶60份
超导炭黑40份
离子导电剂1.5份
发泡剂7份
促进剂7份
活性剂6份
架桥剂2份
加工助剂4份。
所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯以摩尔比6:4:1制成的共聚物。
所述超导炭黑为粒径在50nm、比表面积在1000m2/g的超导炭黑。
所述离子导电剂是由钴酸锂、镍锰酸锂和镍钴锰酸锂以重量比4:2:1组成的混合物。
所述发泡剂是由碳酸氢钠、偶氮二异丁腈和n.n’-二亚硝基五次甲基四胺以重量比1:1.5:2.5组成的混合物。
所述促进剂是由n-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、四甲基二硫化秋兰姆和二苯胍以重量比1.5:2.5:1组成的混合物。
所述活性剂是由氧化镁、氢氧化钙和二丁基油酸胺以重量比1.2:2.4:1组成的混合物。
所述架桥剂为己内酰胺封闭型芳香族多异氰酸酯。
所述加工助剂是由硬脂酸钙、硬脂酸镁和硬脂酸以重量比1:1.5:2.5组成的混合物。
经测试，本发明的充电辊铝芯室温抗拉强度大于435mpa，屈服强度大于390mpa，延伸率大于15%，电导率可以达到42%iacs，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性能，且密度低，强度高，塑性好，容易加工。
本发明的充电辊硬度可以达到65，电阻为0.4-0.8mω，电阻值恒定、无针孔现象、高温高湿不乱性好、无析出物、无尖端放电现象、对鼓芯无污染、打印自稿清晰、黑度均匀、无底灰、无鬼影，耐磨性能好，耐磨次数测试可以达到上万次，使用寿命长。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。