Brevet FR2577165A1 — publié le 19860814

La présente invention concerne un procédé de preéparation du rev tement extérieur d'un rouleau de fusion pour machine xérographique, applicable aussi bien à la première fabrication de ces rouleaux qu'à la rénovation des rouleaux usagés; elle concerne égale- uen 'Les rouleaux de fusion obtenus par ce procdéd, xinsi qu'te composition vulcanisable pour ce revdte- s:achines xérographiques comportent i cl-a.O.an ui.i-rt4 n poste de fusion du toner (ou poudre r 5véiLs-rice) - cqui reçoit les teuill1=-s de papier sur l.esuei: e1s: la poudre de toier s5est d.posée aux endroits expsS et sczaiet cette feuille h une double action de ehé:u_..aqe et de compression pour assuL.rer la fusion du - touner et. n. dpnD-;tration, dans lesS fibres du papier de :.:.i:er définitivement. image obte'Ueo (Ce pu-ste de fusion comporte un rouleau de E.'-.on '.t. -r ouleau de pression en contact -éroito Le -coule.a -, f:.usion est un rouleau chauffant constituà ^- r'ui noya.-u creux, gérrIaleament métallique, recevant des mnr,..ens de c.euauffaga jar exenp!e unc lampe L qiuartEs e- t::v&t, d'une mince couche anti-adhdsive; 1b rouleau M. pFesson u.. -st pcur sa part constitué dllun noyau -co,'.vr% dun revutemnnt souple, en couchSIe relativement Fa.:.,e.:pa.-:capport au revêtement du rouleaut de fusion) :' 1 e. enfin prévu un système pour appliquer sur le ro:iea u de fusion une très légère couche d'un agent de :r-l.fVication eou agent de dégagement par exemple une hul]e s:ilic:ne, pour accroître les caractéristiql.es anti- aehesives d.u rouleau de fusion et év.iter ainsi tout transfert de toner du papicy sur le roulaut de fuision. qui produirait un phênco,%n.e de maculage d.es feu.1il1.eú de papier qui seralent trpit4es ar ïa suite. Un tel poste de fusion du toner est notamment décrit dans les publications FR-2 393 352 (concernant plus particulièrement le matériau du revêtemernt du rou- leau de pression), FR-2 437 646 (concernant piua parti- culièrement le système de répartition de l'agent de lubrification) et FR-2 437 647 (concernant plus parti- culièrement les moyens de chauffage du rouleau de fusion), toutes trois au nom de XEROX CORPORATION. En ce qui concerne le revêtement du rouleau de fusion, il y a lieu de choisir un matériau présen- tant à la fois une bonne tunue à la température (la tempdrature de surface du rouleau de fusion peut dépasser 200QC en continu), un état de surface per- mettant d'atteindre les propriétés anti-adhésives souhaitées en limîtarnt la lubzification à un minimum, et une conservate.n de ces p-opriétés malgré un uzage intensif (ccurax-maent de ldord- de plusieurs Cósni.nes de milliers de copias). En out-z, l'épaisseur Ce ce -evêtement dolt etre relativerent. faible pour ne vas crier un obstac3e a la transmissien de la chai.ur depuis l'intérieur du rouleau jusqu'- sa surfac. Il a été proposé à cet tfet d'utliser c)mmec revêtement des polymères f!u cs tels que ceux connus sous les noms de TEFLON %ui est un pzyire ou un copolymère de TF2: tt-.rafluoroéthylêne)e VITON A (qui est un êlastomère VDJ1FP:ccoymêre de flucrure de viuylidêne et d'hexaeluuroproptae) ou VITON B (qui est un élastomère Pa da type -D; F/HeP/TFE: copolymère de fluorure de vinyiidène, dchexafi:.cropro- pène et de tétrafluoroéthylène). L'usage récent de ces deux derniers matériaux (mentionnés dans!es publications précitées) a permis un accroissement de la qualité des copies et un allongement de la durée de vie des rouleaux, qui atteint désormais des valeurs de l'ordre de 1 million de copies. La faible activité chimique de ces maté- riaux crée cependant un certain nombre de difficultés au moment de l'application du revêtement sur le noyau métallique pour assurer une adhérence convenable du revêtement à son support, sans risque de décollement après un usage prolongé = c'est pourquoi on prévoit généralement un revêtement de structure hétérogène comportant une première couche d'un élastomère adhé- risant, et une seconde couche d'un polymère fluoré d'un type indiqué plus haut (TEFLON ou VITON ). Pour un noyau en cuivre (matériau souvent utilisé en raison de son excellente conductibilité thermique), il y a lieu de prévoir également une couche d'alumine déposée sur le cuivre et sablée pour accroître sa rugositoé. La tenue en température des revêtements utilisés jusqu'à présent est cependant limitée à des valeurs de l'ordre de 220 C. Ceci limite la vitesse de fonctionnement du dispositif et exige des systèmes de régulation de température très précis et fiables, à moins de prévoir, outre la source intérieure de chaleur, une source extérieure supplémentaire, comme envisagé dans le FR-2 437 647 précité. L'un des buts de l'invention est de proposer un nouveau type de revêtement, et son procédé de fa- brication, permettant d'atteindre en continu des valeurs de température très supérieures aux valeurs précitées, par exemple susceptibles de supporter sans dégradation des températures de l'ordre de 260 C en continu. L'accroissement de la température d'utilisa- tion en continu permet en outre une cuisson parfaite du toner même sur des papiers de fort grammage, des étiquettes adhésives, ou tout autre support épais. Enfin, la tenue à une température élevée permet au rouleau de fusion de supporter sans dommage tout bourrage qui pourrait survenir au poste de fusion: dans les cas les plus graves, on observe en effet, au moment du bourrage, un arrêt momentané du rouleau pro- duisant une élévation locale de température importante et par suite une dégradation du matériau du revêtement du rouleau de fusion, notamment de son état de surface; après remise en route, on constate que le toner adhère au rouleau à cet endroit, produisant un maculage per- manent des copies réalisées par la suite. Un autre but de l'invention est de proposer un revêtement procurant un allongement notable-de la durée d'utilisation avant remplacement du rouleau, tout en conservant une excellente qualité finale des copies obtenues. Un autre but de l'invention est de proposer un revêtement limitant à un minimum l'utilisation d'un agent de lubrification. Outre l'économie de produit consommable qui en résulte, la diminution de la quantité d'huile silicone utilisée permet en particulier l'écri- ture ou la frappe sur la copie réalisée, immédiatement à sa sortie de la machine. Un autre but de l'invention est enfin de proposer un procédé de rénovation des rouleaux de fusion usagés, qui procure pour le rouleau rénové les mêmes caractéristiques qu'un rouleau d'origine, notamment les caractéristiques dimensionnelles concernant l'épaisseur du revêtement. Une des difficultés des opérations de rénovation des rouleaux de fusion réside en effet dans la nécessité de conserver une épaisseur de revêtement constante, indépendante du diamètre du rouleau, et d'obtenir un produit ne présentant aucune ovalisation ni irrégularité de forme ou d'état de surface. Cette qualité homogène doit en particulier être obtenue pour des rouleaux comprenant une région centrale cylindrique et deux régions d'extrémité Tronconiques divergentes (destinées à permettre une meilleure répartition sur la copie de l'agent de lubri- fication): malgré cette forme particulière, l'épaisseur et la qualité du revêtement doivent être identiques en tout point du rouleau. Enfin, on verra que le revêtement réalisé selon les enseignements de l'invention est un revêtement homogène, formé d'une couche unique directement appli- quée sur le noyau métallique (à la différence des rou- leaux actuels, qui possèdent généralement un revêtement composite en deux couches, comme indiqué plus haut). Cette structure simplifie les opérations de fabrication ou cde rénovation, et autorise une très faible épaisseur du revêtement, qui n'oppose plus qu'un obstacle minimal à la transmission de la chaleur. A cet effet, le proc6dé de préparation selon l'invention comprend les étapes suivantes a) malaxage à froid d'un mélange comportant pour 100 parties d'une goimme d'un élastomère fluoré, 55 à parties de noir de carbone, 2 à 6 parties d'oxyde de magnésium, 4 à 8 parties d'hydroxyde de calcium et 0 à 2 parties de cire de polyéthylène, b) mise en forme du matériau de revêtement par extru- sion ou calandrage de ce mélange, c) application de ce matériau en une couche homogène à la surface du noyau du rouleau, d) vulcanisation à chaud et sous pression du matériau ainsi appliqué sur le noyau, e) rectification du revêtement à une épaisseur cons- tante. Avantageusement, il est prévu, lors de l'étape de rectification, une passe finale de finition de surface permettant la fermeture par polissage des cellules du matériau. v On réalise ainsi la finition du revêtement à l'état de surface approprié, par exemple un état de surface permettant d'obtenir un grain satiné de la copie, avec un maximum de cuisson et un minimum de lubrification. De préférence, après l'étape de vulcanisa- tion, il est prévu une étape d'étuvage pour permettre le dégazage et la stabilisation du matériau vulcanisé. De préférence également, le revêtement est rectifié à une épaisseur inférieure à 0,25 mm. Cette faible valeur assure une excellente transmission de a chaleur du noyau métallique vers la surface du revêtement. Par ailleurs, du fait de la structure homogène du revêtement (absence de couche adhérisante entre le métal du noyau et une mince couche de surface), il devient possible de prolonger l'utilisation du rouleau, le revêtment pouvant être usé sur toute son épaisseur. Dans le cas d'un rouleau ccmprenant une région centrale cylindrique et detux régions d9extrémité tronconiques divergentes, la rectification est effec- tuée A une épaisseur constante sur toute la surface du rouleau, et la vitesse relative de l'outil de recti- fication par rapport à la surface a rectifier est maintenue constante en tout point des régions tron- coniques. Par ailleurs, il est également possible de prévoir une étape finale de matage de la paroi inté- rieure du noyau, au cas o cette paroi serait une paroi brillante. Le matage améliore en effet l'absorption de la chaleur par la matière du rouleau en réduisant les réflexions de l' énergie thermique rayonnée par la source. L'invention concerne également un procédé de rénovation de rouleaux de fusion pour machine xéro- graphique, comprenant les étapes de: mise à nu du noyau du rouleau par rectification au profil désiré, 10. application d'un revêtement extérieur par le procédé de préparation précité. L'invention concerne également une compo- sition vulcanisable pour un matériau de revêtement de rouleau de fusion pour machine xérographique, formée d'un mélange comportant, 'pour 100 parties d'une gonmme d'un élastomère fluoré, 55 à 60 parties de noir de carbone, 2 à 6 parties d'oxyde de magnésium, 4 à 8 parties d'hydroxyde de calcium et O à 2 parties de cire de polyéthylène. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention seront expliqués en détail à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple préfé- rentiel de mise en oeuvre du procédé. A. Mise à nu du noyau Cette étape n'est bien entendu nécessaire que dans le cas o l'on procède à la rénovation d'un rou- leau existant; elle a pour but d'éliminer entièrement le revêtement existant. On procède à cet effet à une rectification du rouleau au profil désiré, c'est-à- dire en respectant la conicité dans le cas des rouleaux comportant une région centrale cylindrique et deux régions d'extrémités tronconiques divergentes. B. Préparation de surface du noyau Pour améliorer l'accrochage ultérieur du revête- ment, on effectue un sablage doux (ou un grenaillage ou microbillage) sur la partie du rouleau devant recevoir le revêtement. On notera à cet égard que, dans le cas des noyaux en cuivre, il n'est pas nécessaire d'effectuer un dépôt préalable d'alumine, à la différence des procédés de la technique antérieure. Par ailleurs, le noyau peut être constitué de maté- riaux très variés, tels que le cuivre, le laiton, l'alumi- nium, l'acier inoxydable, ou même des matériaux non métal- liques tels que des composites en fibres de carbone ou même en verre, selon les applications envisagées. La réfé- rence à un noyau métallique dans la description n'est en aucune façon limitative, et le matériau du noyau ne modi- fie pas sensiblement le procédé de l'invention. C. Préparation de la composition -vulcanisable On malaxe dans un mélangeur à rouleaux de types conventionnels les constituants suivants de façon à obtenir une gomme homogène: - une gomme d'un élastomère fluoré, par exemple du type VITON A ou B déjà mentionnés plus haut (commercialisée par DU PONT DE NEMOURS), ou FLUOREL n 2181 ou 2177 (commercialisées par 3 M): le VITON A et le FLUOREL 2181 sont des élastomères VDF/HFP (selon la nomenclature expli- citée plus haut); le VITON B et le FLUOREL 2177 sont des élastomères FKM de type VDF/HFP/TFE. - noir de carbone (par exemple selon la norme ASTM n 990) en une proportion de 55 à 60 parties pour 100 parties de goea, de préférence environ 55 parties (ici et dans la suite, toutes les proportions sont données en poids, pour 100 parties de gomoe). - oxyde de magnésium: 2 à 6 parties, de préférence envi- ron 3 parties, - hydroxyde de calcium, par exemple du type VE commer- cialisé par STURGE): 4 à 8 parties, de préférence environ 6 parties. - cire de polyéthylène, par exemple du type EPOLENE (commercialisée par EASTMAN): 0 à 2 parties, de préférence environ 2 parties. Le malaxage est effectué à température ambiante pendant une durée fonction de la quantité de matière à préparer (par exemple 20 à 40 minutes pour la préparation de 20 kg de mélange). Le mélange est ensuite mis en forme par calandrage (pour obtenir des plaques de gomme), ou extrusion (pour obtenir un tube ou un boudin) o D Vulcanisation Cette opération, qui réalise le transfert de la gomme sur le rouleau, est réalisée par moulage A chaud et sous pression. ebion le cas, on enroule sur le rouleau mnétallique une feuille île gomme préalablement découpée, on positionnie le rouleau à l'intérieur d'une portion de tube extrudê de gommez ou encore on place dans-ile moule un boudin de gomme fluant sous la pression et la tempé- rature du moule. De préeféren.e, on aura préalablement appliqué sur le rouleau un agent promoteur d'adhérences par exemple une solution d'un silane F 5150 (colmmercialisé par 3 M), dilué dans une proportion de 10 à 50 % dans un mélange d'alcool méthylique à 85 % et d'alcool iso- propylique (cet exemple concerne un promoteur d'adhé- rence sur métal; le choix de l'agent dépend largement du matériau du noyau et du type d'élastomère employé). La vulcanisation est réalisée à une tempé- rature comprise entre 160 C et 200 C avec une montée en température progressive et un palier d'environ 1/2 heure à la température maximale. Le moule est un moule métallique chauffé à la vapeur, la pression à la surface du moule étant de l'ordre de 20 à 30 bars à la fermeture. E - Post-vulcanisation Cette opération a pour objet d'assurer le dégezage complet et la stabilisation définitive du revêtement du rouleau. - Elle est réalisée dans une étuve ventilée à une température maximale dû. 230 C à 260 C, avec une montée par paliers de 150 C à 200OC, avec une durée de 2 à 4 heures par paliers. La durée du palier à tempé- rature maximale est de l'ordre de 16 à 24 heures. F - Rectification fnale du revêtement Apres cette opération d'étuvage, le revête- ment des rouleaux présente une épaisseur brute de l'ordre de 1,5 à 2 mm. Il y a lieu de réduire cette épaisseur des valeurs inférieures à 0,25 mm, par exemple 0 18 évitant tout faux rcn,. En outre, il y a lieu de respecter la coni- cité aux extrémités du rouleau, le revêtement devant avoir à cet endroit la même épaisseur et le m&me état de surface que sur la partie centrale, cylindrique. A cet effet, l'usinage est réalisé, en plusieurs passes, par une rectifieuse à commande numé- rique programmée en fonction du profil de rouleau désiré, 1-1 tant en ce qui concerne le déplacement de l'outil (profondeur des passes successives, vitesse d'avance, respect de la conicité) que la vitesse de rectifica- tion (qui doit rester constante malgré la variation de diamètre due à la conicité; la vitesse de rotation de la machine doit donc diminuer progressivement au fur et à mesure que le diamètre augmente) En particulier, la passe de finition qui conditionne l'état de surface final du rouleau de fusion - nécessite un certain nombre de précautions choix de la meule: par exemple du type EF 120 JOT -V-50 ou EKR 60/80/5 D/E 14-Vqui sont des meules de finition à structure ouverte commercialisées par LAPPORT, 15. diamantage préalable de celle-ci, pour atteindre la précision souhaitée et éviter tout encrassageo Cette passe de finition permet la fermeture des cellules du revéteident; les paramètres d'usinage peuvent varier en fonction de l'état de surface désiré, fonction des applications envisagées (grain de la copie, aspect satiné ou brillant, oo. )o Un contrâle final de l'épaisseur du revête- ment est réalisé au moyen d'un détecteur à ultra- sons, par exemple du type Panametrics S 222 (palpeur M 112) couplé à un oscilloscope Hameg HI 705. L'examen des échos permet de certifier le résultat final en détectant tout défaut d'épaisseur du revêtement, ainsi que toute ovalisation ou faux rond du rouleau, qui auraient pu se produire lors de la vulcanisation. Les rouleaux réalisés selon ce procédé possèdent une dureté superficielle de l'ordre de 88-92 Shore A et un état de surface excellent, permettant d'obtenir des copies de qualité au moins égale à celle obtenue avec les rouleaux classiques, tout en réduisant la lubrification dans des proportions substantielles. Les propriétés sont conservées même avec une température de fonctionnement de 260 C en continu (au lieu de 210 C maximum pour les rouleaux classiques), et la durée de vie atteint 2 millions de copies (au lieu de 1 million de copies). G - Traitement de la surface interne du rouleau Il peut être utile de mater cette surface au cas o elle serait brillante, de manière à réduire la réflexion de dhaleur vers la source radiante. Ce matage peut être par exemple obtenu par remplissage du rouleau avec des billes (acier ino- xydable, verre,....) ou des pierres de polissage, puis criblage rotatif. REVENDICATIONS 1. Un procédé de préparation du revêtement extérieur d'un rouleau de fusion pour machine xéro- graphique, ce revêtement étant constitué d'une couche homogène recouvrant un noyau creux recevant des moyens de chauffage, caractérisé en ce qu'il com- prend les étapes de ah malaxage à froid d'un mélange comportant pour 100 parties d'une gomme d'un élastomère fluoré, 55 a 60 parties de noir de carbone, 2 à 6 parties d'ooxyde de magnésium, 4 à 8 parties d'hydroxyde de calcium et 0 à 2 parties de cire de polyéthylene, b) mise en forme du matériau de -revêtement par extru- sion ou calandrage de ce mélange, c) application de ce matériau en une couche homogène à la surface du noyau du rouleau, d) vulcanisation à chaud et sous7pression du matériau ainsi appliqué sur le noyau, e) rectification du revêtement à une épaisseur cons- tante. Et0 2. Un procédé selon la revendication 1, dans le:quel il est prévu, lcrs de l'étape de rectification, une passe finale de finition de surface permettant la fermet.Lre par polissage des cellules du matériau.o 3. Un procédé selon l'une des revendications ] et 2, comportant, apres l'étape de vulcanisation, une étape d'étuvage pour permettre le dégazage et la sta- bilisation du-matériau vulcanisé. 4. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le revêtement est rectifié à une épaisseur inférieure à 0,25 mm. 5. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le rouleau comprend une région centrale cylindrique et deux régions d'extrémité tronconiques divergentes, la rectification étant effectuée à une épaisseur constante sur toute la surface du rouleau et la vitesse relative de l'outil de rectification par rapport aà la surface à rectifier étant maintenue cons- tante en tout point des régions tronconiques. - 6. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comportant en outre une étape finale de matage de la paroi intérieure du noyau. 7. Un procédé de rénovation de rouleaux de fusion pour machine xérographique comprenant les étapes de: mise à nu du noyau du rouleau par recti- fication au profil désiré, 15. application d'un revétement extérieur par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Un rouleau de fusion pour machine x6ro- graphique, obtenu par le procédé selon l'une des reven- dications i à 7. 9. Une composition vulcanisable pour un mat- riau de revêtement de rouleau de fusion pour machine xérographique, caractérisée en ce qu'elle est formée d'un iélange ccmportant, pour 100 parties d'une gorimle d'un élastomère fluoré, 55 à 60 parties de noir de carbone, 2 à 6 parties d'oxyde de %a nésium, 4 à 8 parties d'hydroxyde de calcium et O à 2 parties de cire de poiy- éthvTlne.