Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

Первые попытки применить новые методы и некоторые теорети­ ческие концепции к расчету смесителей для триацетатцеллюлозных растворов уже имеются в отечественной литературе [1]. Поэтому отметим только основные особенности такого расчета. Вследствие того что вязкость жидкостей, не подчиняющихся закону Ньютона, зависит от скорости деформации, скорость перемешивания пленкооб­ разующего раствора заметно влияет на его кажущуюся вязкость. Процесс смешения компонентов пленкообразующего раствора можно условно разделить на два этапа. В момент загрузки в аппарате находится смесь низковязких растворителей — ньютоновских жид­ костей. По мере растворения ацетата целлюлозы вязкость системы возрастает и в ней начинают проявляться новые свойства, характе­ ризующие образование раствора, не подчиняющегося закону Нью­ тона.

Таким образом, в период пуска смесителя в нем находятся в ос­ новном растворители, вязкость которых на несколько порядков меньше конечной вязкости образующегося рабочего раствора. По­ этому при конструировании смесителя (или выборе готовой конструк­ ции) целесообразно предусмотреть возможность изменения числа оборотов мешалки. В начале смешения во избежание непроизводи­ тельной затраты энергии число оборотов мешалки должно быть небольшим. Затем при достижении определенной вязкости раствора число оборотов мешалки следует увеличить. При этом, естественно, увеличится расход энергии, но возрастет скорость деформации и сократится продолжительность смешения. Экономичность про­ цесса определяется сопоставлением произведений:

N0t s N t'

где t u t ' — время, необходимое для достижения одинаковой степени смешения при числе оборотов мешалки, соответствующем расходу мощности 7Ѵ0 и N о-

При выборе типа мешалки и числа ее оборотов необходимо также учитывать эффективность смешения, определяемую для всего объема раствора индексом смешения:

j _ Хі-{- х2пх3^ ■• ■-\-хп

^обр

где X — степень смешения компонентов, %; ?гобр — количество ото­ бранных и испытанных образцов раствора.

Если обозначить концентрацию компонента в образце сг, а с0 — концентрацию, которой можно достигнуть теоретически, то степень смешения

Если, например, при изготовлении раствора триацетата целлю­ лозы в смеси метиленхлорида с метанолом в смеситель загружено

91

650 кг полимера и 8150 кг смеси растворителей, то теоретическая концентрация с0 (в вес. %) составит:

650

8800 •100=7,4

Допустим, что после 10-часового смешения в различных местах смесителя по высоте и диаметру было отобрано пять проб. Результаты испытания этих образцов на содержание сухого вещества оказались следующими:

П р и м е ч а н и е . Степень смешения 1—3 образцов рассчитывали по фор-

•муле (17), а 4 и 5 образцов —по формуле (18).

Определим индекс смешения 7 (в %):

Вследствие полимолекулярности ацетатов целлюлозы некоторая часть пленкообразующего вещества остается в виде нерастворимых частиц. Поэтому значение индекса смешения, достигаемое при сме­ шении компонентов, обычно не превышает 96%.

Выгрузку пленкообразующего раствора из смесителя производят рамотеком через штуцер, расположенный в его нижней части.

3.1.3.Фильтрование и дезаэрация пленкообразующего раствора

Для того чтобы очистить раствор от нерастворившихся частиц пленкообразующего вещества и случайных механических загрязнений, его подвергают фильтрованию. Этот процесс начинается одновременно с выгрузкой, так как непосредственно после смесителя устанавливают фильтр предварительного фильтрования (ловушка), на стенках перфорированного цилиндра которого задерживаются црупные включения. Затем при помощи плунжерных насосов рас­ твор подают на фильтрование.

Наиболее распространенным типом оборудования для фильтро­ вания пленкообразующих растворов является многокамерный фильтр­ пресс периодического действия, хотя не исключена возможность использования для этой цели однокамерного фильтр-пресса периоди­ ческого действия или непрерывно действующего фильтра барабан­ ного типа [1, 63].

Фильтрование раствора осуществляют в две ступени. Фильтро­ вальными материалами на первой ступени служат ватные подушки, обшитые марлей, на второй ступени одну сторону подушки обшивают марлей, а вторую — молескином. В качестве фильтровальных ма­ териалов могут быть применены также батист, кирза, специальные сорта картона, керамики или сетки из особых сортов стали.

92

Скорость фильтрования зависит от величины давления, сооб­ щаемого раствору, характера и степени его загрязненности, типа фильтровального материала, конструкции фильтров и порядка их

вклЕочения в технологическую схему.

Особенно большое влияние на скорость фильтрования оказывают реологические свойства пленкообразующего раствора. Так, при повышении давления уменьшается кажущаяся вязкость раствора вследствие разрушения структуры и ориентации макромолекул при течении. Чем выше вязкость раствора, тем меньше скорость фильтро­ вания при прочих равных условиях. Поэтому перед каждой ступенью фильтрования раствор нагревают. Даже при незначительном увели­ чении температуры вязкость псевдопластичных пленкообразующих растворов намного снижается, что облегчает процесс фильтрования. Нагревание осуществляют при помощи двухтрубных теплообменни­ ков, внутренние трубы которых имеют диаметр 8—10 см. Длина отрезков труб составляет обычно не больше 200—220 см, поэтому устанавливают батарею таких теплообменников, соединяя их ко­ ленами. После каждой ступени фильтрования раствор поступает в промежуточные емкости, так как непосредственная подача раствора с предыдущей ступени на последующую связана с необходимостью установки сложной системы выравнивания давления и скорости фильтрования.'

Завершающей стадией процесса приготовления пленкообразующего раствора является дезаэрация, т. е. удаление растворенного в нем воздуха, наличие которого приводит к возникновению пузырь­ ков на поверхности раствора (а следовательно, и образующейся пленки) при нанесении его на зеркальную поверхность ленты машины.

Процесс дезаэрации включает две стадии. Первая заключается

втом, что раствор нагревают до температуры кипения растворителей для понижения растворимости в нем воздуха, который выделяется

ввиде пузырьков, распределяющихся во всем объеме раствора. Нагревание раствора для дезаэрации осуществляют, так же как при фильтровании, в двухтрубных теплообменниках. На второй стадии раствор отстаивается и термостатируется, при этом пузырьки воз­ духа, насыщенные парами растворителей, увеличиваются в объеме и, поднимаясь на поверхность раствора, разрушаются.

Термостаты-отстойники представляют собой герметические баки с конусообразным дном. В верхней части конусообразного дна рас­ положен патрубок, из которого пленкообразующий раствор подается на ленточные машины. В нижней части дна также имеется патрубок для периодической очистки отстойника. Термостаты располагают над помещением ленточных машин так, чтобы раствор поступал на формование пленки самотеком.

Существует несколько систем термостатирования пленкообразу­ ющего раствора [1, 64]; наиболее простой и целесообразной оказа­ лась система из трех, периодически работающих термостатов-отстой­ ников (рис. 43). В термостат 3 подают свежую партию подогретого и профильтрованного раствора. Одновременно в термостате 4 отстаи­ вается ранее загруженная партия раствора, а из термостата 1 раствор

93

поступает на ленточную машину. Когда уровень раствора в термо­ стате 1 достигнет уровня сливного патрубка 2, его переключают на прием новой партии раствора, а на машину подают отстоявшийся раствор из термостата 4. Пока расходуется раствор из термостата 4 и производится загрузка термостата 1, раствор в термостате 3 от­ стаивается и термостатируется.

Вода

Рис. 43. Система термостатов-отстойников, работающих в трехтактном цикле:

1 , 3 , 4 — термостат-отстойник; 2 — сливной патрубок.

Как уже говорилось, термостаты-отстойники служат звеном, связывающим периодическую часть технологического процесса с не­ прерывной, заключающейся в нанесении пленкообразующего рас­ твора на зеркальный слой движущейся бесконечной ленты, формо­ вании и окончательном высушивании пленки.

3.1.4.Формование ацетатцеллюлозной основы магнитных лент

Вторая стадия технологического процесса изготовления ацетатцеллюлозной основы состоит из ряда непрерывно осуществля­ емых операций. Это нанесение на поверхность движущейся беско­ нечной ленты слоя пленкообразующего раствора, удаление из фор­ мующейся пленки основной массы растворителей, окончательное высушивание пленки, обрезка кромок, нанесение на края пленки насечки и сматывание готовой пленки в рулоны.

94

Структуры технических пленок. Поскольку слой раствора поли­ мера, нанесенного на твердую поверхность, удерживается на ней силами адгезии, уменьшение объема слоя возможно только за счет толщины. Это приводит к растяжению макромолекул и надмолеку­ лярных образований в горизонтальной плоскости. Поэтому пленка, снятая с твердой поверхности, обладает внутренними напряжениями. Стеклообразное состояние полимера ограничивает возможность про­ текания в пленке релаксационных процессов. Уменьшение внутрен­ них напряжений в пленках будет проходить очень медленно, если этому не будет способствовать повышение температуры или набу­ хание. Вместе с тем любое напряженное (ориентированное) состояние макромолекул является неравновесным и стремится перейти в равно­ весное, когда макромолекулы в целом и их сегменты и звенья де­ зориентированы друг относительно друга, т. е. в пленке осуще­ ствляются процессы релаксации [65].

Релаксационные процессы в пленках можно разделить на два типа. Первый тип этих процессов характеризуется дезориентацией сегментов и звеньев при сохранении общей ориентации макромоле­ кул. Этот тип релаксации протекает за относительно короткие про­ межутки времени и в значительной степени определяет усадочные свойства пленок. Второй тип определяется дезориентацией макро­ молекул в целом и практически не влияет на усадку.

Козловым с сотрудниками было показано, что существует пять основных типов микроструктур технических пленок [65—68], схе­ матически изображенных на рис. 44. Схема з характеризует струк­ туру пленки, полученной на твердой поверхности при быстро на­ ступающем переходе раствора полимера в стеклообразное состояние. В результате испарения растворителей уменьшается толщина на­ несенного на поверхность слоя раствора, что приводит к плоскостной ориентации макромолекул полимера и к растяжению их в различных направлениях. Наряду с этим протекают релаксационные процессы, осуществление которых возможно только до перехода системы

встеклообразное состояние.

Взависимости от условий пленкообразования можно получать пленки с плоскостно-ориентированной структурой, структурные элементы которых в различной степени подверглись релаксации. При быстром удалении растворителей из формующейся пленки, когда до стеклования системы сегменты макромолекул не успевают

вдостаточной степени осуществить релаксационные процессы, образуется неустойчивая плоскостно-ориентированная структура. Медленное же высушивание приводит к возникновению более устой­ чивой плоскостно-ориентированной структуры, так как в этом случае релаксационные процессы успевают пройти более полно (см. рис. 44, схема д). При создании условий, способствующих осуществлению релаксации (набухание, тепловая обработка), можно получить из структуры з структуру д.

Пленки с плоскостно-ориентированной структурой обладают значительной прочностью при растяжении, одинаковой во взаимно перпендикулярных направлениях. Величина прочности зависит от

95