Results 

Experimental Testing 

Team Members: Jared Frey, Anne Itsuno, Amy Lee, Kerin O’Toole, Beth Sterling Faculty Advisor: Jonathan Stolk Corporate Liaisons: Gillian Ross, Jenny Berens 

Foam Project 

The toner adder roll (TAR)  is a component  in  laser printers that scoops and charges  toner  particles,  and  applies  them  to  the  adjacent  developer  roll while  simultaneously  removing  old  toner.  To  optimize  the  functionality  of the TAR, Lexmark has identified a set of desired properties for the TAR foam. The material must be electrically conductive and mechanically robust over a wide  range of  temperature and humidity, while also having high structural uniformity  and  good mechanical  and  electrical  aging  properties.  To  attain the desired performance, the material must meet specific target ranges for resistance, porosity, and hardness.  

Problem Statement 

Improve the performance of the TAR.  • Research existing foam materials and foaming techniques • Produce  and  characterize  foam  samples  that  show  improvement  over current TAR foams in one or more properties of interest.  

Screening Experiments with Conductive Polymers Conductive Polymer Coatings Co‐synthesis 

Project Objectives 

Project Focus As  there  are many properties  that are  important  to  the  functionality of  the  TAR,  we  prioritized  the properties we  attempted  to  attain through lab work. 

Electrical  Conductivity:  Electrical conductivity was  our  highest  priority,  since  foam  that  is  too  resistive  is  unable  to attract and charge toner particles.  

Stiffness: Since the foam must be able to conform to the shape of the developer roller, the mechanical stiffness of the foam was a high priority.  

Pore Count:  Introducing a high number of pores  into the foam maximizes  its surface area, which is necessary to attract and charge enough toner particles.  

Time‐Dependent Properties:  Environmental  factor, creep  resistance, mechanical and      electrical fatigue resistance, etc. 

Conductive Polymer Additives 

 

   

   

 

    

        

Histology 

Scanning Electron Microscopy 

Electrical Resistance 

Compression 

We created a formal design of experiments based on the results of our screening experiments, modifying an experimental setup found  in  the  literature.  The  design  of  experiments  results showed promise in meeting the requirements of a TAR foam.  

   Coating Mass (g)  Resistance (Ω)  Stiffness (psi) 

ICP Concentration (M) x, y, and z 

        

ICP:Oxidizing Agent Ratio  A:B and A:C 

        

Design of Experiments 

Coating  thickness  was  measured  using  thin cross sections of the foam. 

Coating integrity was examined using FESEM. 

Achieved  lower  resistance  than our original target resistance on some samples. 

 

 

 

If the foam cannot  charge, it will not attract toner particles 

Electrical Conductivity 

Stiffness

 Pore Count 

Conclusions 

ICP coatings did not have a significant effect on the stiffness of most samples. 

ICP coatings hold promise in meeting the target properties for the TAR foam.  The resistance of some samples is  lower than our original goal.   Higher ICP concentrations generally yield lower resistance, but the ICP:oxidizing agent molar ratio does not show a clear trend.  The effect of the coating on the mechanical properties of the foam appears to be minimal, but further testing  is required.   This effect may also vary depending on the composition of the base foam.   

Second Coat Average Resistance (Ω) as f(Applied Voltage) at 30 s

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

1.E+08

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Voltage (V)

Resistan

ace (Ω) 

Uncoated white foam

Uncoated grey foam

x M IPC, A:B ratio

x M IPC, A:C ratio

y M IPC, A:B ratio

y M IPC, A:C ratio

z M IPC, A:B ratio

z M IPC, A:C ratio

ICP 

ICP 

ICP 

ICP 

ICP 

ICP 

Second coat compression data

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

'A:B Ratio' 'A:C Ratio'

IPC:Oxidizing Agent Ratio

Load at 25%

 com

pression

 (psi)

x M IPC

y M IPC

z M IPC

ICP:Oxidizing Agent Ratio 

x M ICP 

y M ICP 

z M ICP 

Foam block before and after coating

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

%Compressive Strain

Stre

ss (

KPa

)

Uncoated

Coated