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

—1 м от верхней точки ведущего барабана. Под ленту устанавливают отполированный валик диаметром ~ 20 см. Размеры валика позво­ ляют в случае необходимости легко и быстро его заменять, а также точно устанавливать на стенках машины. На оси валика имеется эксцентрик, с помощью которого его можно смещать и тем самым регулировать величину натяжения проходящей над ним бесконечной ленты. Таким размещением фильеры достигают значительного уве­ личения равномерности распределения плеикообразующего раствора на поверхности ленты и толщины образующейся пленки. Иногда на некотором расстоянии от первого устанавливают такой же второй валик. Это позволяет еще больше увеличить равномерность зеркаль­ ной поверхности ленты в месте нанесения на нее раствора.

Из ленточной машины пленка, содержащая значительное коли­ чество растворителей, поступает на досушивание. Для того чтобы обеспечить герметичность машины, в месте выхода из нее пленки устанавливают щелевые затворы или плоский канал, образующий лабиринт и соединяющий место выхода пленки из машины с местом входа ее в досушку. Для большей надежности лабиринтных затворов в пространство, образуемое их стенками, подают азот.

С увеличением производительности ленточной машины обяза­ тельно должна соответственно увеличиваться производительность до­ сушки. Основным принципом здесь является размещение в сушиль­ ных шкафах большего количества пленки, так как повышение тем­ пературы выше 140 °С недопустимо вследствие миграции пластифи­ каторов и деформирования пленки.

Наряду с конструктивными элементами ленточной машины на процессы пленкообразования и высушивания пленок большое влия­ ние оказывают такие факторы, как параметры теплоносителя, по­ ступающего в сушильные каналы машины, а также количество точек подачи и отвода теплоносителя и их расположение в каналах. В ка­ честве теплоносителя используют нагретую до соответствующей температуры смесь азота с парами растворителей, циркулирующую по замкнутому циклу: каналы машины — конденсатор — подогре­ ватель — каналы машины.

Рассмотренные выше конструктивные принципы устройства обо­ рудования для изготовления пленок из растворов полимеров непре­ рывно получают свое дальнейшее развитие. Несомненный интерес представляет машина, в которой система циркуляции теплоносителя в сушильных каналах принципиально отличается от описанной. Пароазотная смесь поступает в верхний сушильный канал через диффузоры верхнего короба машины, снабженные часто располо­ женными щелевыми соплами. Подача пароазотной смеси осуще­ ствляется перпендикулярно поверхности образующейся пленки. Это позволяет преодолеть сопротивление испарению растворителей, создаваемое неподвижным слоем пароазотной смеси над поверхно­ стью пленки, через которую растворители должны диффундировать.

102

Щелевые сопла располагают над всей активной частью ленты машины причем первое сопло помещают на расстоянии 0,8—1,5 м от фильеры. Место установки фильеры отделяют от верхнего сушильного канала щелевым лабиринтом. Температура пароазотной смеси, поступающей в верхний сушильный канал, находится в пределах 85—90 °С.

Кроме верхней подачи предусмотрена подача пароазотной смеси с более низкой температурой (40 °С) вдоль краев образующейся пленки, что создает условия для равномерного высушивания всей ее поверхности. Поскольку энергия, необходимая для испарения растворителей, отнимается от пленкообразующего раствора и ленты, то они значительно охлаждаются. Поэтому в сушильных каналах над лентой и под ней устанавливают электрические или паровые подогреватели, компенсирующие расход тепла на испарение и позво­ ляющие вести процесс пленкообразования при 35—40 °С, что об­ легчает релаксационные процессы в макромолекулах пленкообра­ зующего вещества и позволяет получать пленку с устойчивой струк­ турой.

Пароазотная смесь отсасывается через патрубки, расположенные между подающими соплами и укрепленные на боковых стенках диф­ фузоров, где имеются овальные отверстия, соединяющие внутренние полости с линией отсоса. Конструкция системы подача — отсос предусматривает близкое расположение подающих и отсасывающих точек, что обеспечивает быстрое и полное удаление паров раствори­ телей, устраняя возможность образования взрывоопасных смесей. Кроме того, в машине предусмотрена обычная система циркуляции теплоносителя с подачей в нижний сушильный канал у ведущего барабана и отсосом у ведомого. Скорость движения бесконечной ленты такой машины может достигать 10—12 м/мин.

Таким образом, интенсификация процессов пленкообразования и высушивания пленки достигается за счет принципиально новой системы подачи и отсоса теплоносителя и дополнительного подогрева образующейся пленки.

3.2. ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНАЯ ОСНОВА

Переработку полиэтилентерефталата в пленки производят только путем экструдирования (продавливания) его расплава через формующую щель, расположенную в экструзионной головке — фильере. Полиэтилентерефталат имеет относительно высокую темпе­ ратуру стеклования (80 °С), поэтому получение из него прозрачных

103

аморфных пленок не вызывает технологических затруднений. Такие пленки не могут быть использованы в качестве основы магнитных лент, так как обладают малой прочностью при растяжении, низким модулем упругости и, следовательно, малой жесткостью. Однако аморфные пленки из полиэтилентерефталата характеризуются высо­ кими эластическими свойствами. Ориентация аморфных пленок значительно повышает их прочность в направлении растяжения и резко увеличивает модуль эластичности, в поперечном же направле­ нии прочность при растяжении остается низкой, а удлинение высо­ ким.

Если аморфную пленку закристаллизовать, то она полностью теряет свою прозрачность и делается весьма хрупкой, что связано с быстро протекающими процессами образования сферолитных структур [64, 72]. Однако прозрачность пленки сохраняется, а ме­ ханические свойства заметно улучшаются по сравнению с нерастя­ нутыми пленками в том случае, если кристаллизация происходит на первой стадии, т. е. в первичных надмолекулярных структурах — пачках макромолекул. Этого достигают проведением кристаллизации пленки под натяжением, т. е. в условиях приложенного к ней си­ лового поля.

При одноосной вытяжке закристаллизованной пленки ее разру­ шающее напряжение в направлении растяжения достигает высоких значений, а удлинение очень мало. При растяжении в поперечном направлении такая пленка расщепляется на волокна, что характе­ ризует ее весьма малую прочность в этом направлении.

Из анализа экспериментальных данных [64, 73] следует, что наилучшей для применения в качестве основы магнитных лент по механическим свойствам, по-видимому, будет пленка, в которой осуществляются процессы плоскостной ориентации структурных элементов (см. стр. 96). Осуществляя кристаллизацию пленки при тепловой обработке в оптимальных температурных режимах под воздействием растягивающих усилий, можно избежать возникновения сферолитных структур, т. е. помутнения пленки, а также значительно улучшить ее физико-механические свойства. Кроме того, такая структурная модификация приводит в результате кристаллизации к высокой устойчивости возникающих структур, а отсюда — к малым изменениям размеров пленки в процессе ее эксплуатации. Следо­ вательно, для получения пленки с устойчивой структурой, высокой прочностью при растяжении и умеренными эластическими свой­ ствами необходимо ее растяжение с последующей термической обработкой. В этом заключается принцип технологического процесса изготовления полиэтилентерефталатной основы магнитных лент.

В соответствии с изложенным технологический процесс изготовле­ ния полиэтилентерефталатной основы состоит из следующих опе­ раций: высушивание полиэтилентерефталата до минимальной влаж­ ности; расплавление полимера; фильтрование расплава; продавли­ вайте расплава через щель формующего устройства; охлаждение плоской аморфной заготовки; продольная и поперечная ориентация пленки; термофиксация; охлаждение и смотка пленки в рулон.

104

Современные агрегаты для получения двухосноориентированной полиэтилентерефталатной основы магнитных лент оснащены авто­ матической системой управления и регулирования, обеспечивающей работу основных технологических узлов в единой поточной линии по заданной программе.

Процесс получения двухосноориентированной основы заклю­ чается в следующем. Гранулированный полиэтилентерефталат после высушивания и частичной кристаллизации подают в экструзионную

головку на поверхность приемного охлаждающего барабана в виде широкой ленты или в охлаждаемую калибровочную трубу — в виде рукава. В технологии магнитных лент получил распространение первый способ, т. е. продавливание расплава через плоскую щель, поэтому описанием его мы и ограничимся. После экструдирования охлажденную плоскую аморфную пленку направляют в установку для продольной ориентации, где она растягивается за счет разности скорости вращения двух групп валков. Первая группа валков нагревает пленку до температуры ориентации, а вторая охлаждает одноосноориентированную пленку. После этого пленка поступает на установку для поперечной ориентации, где захватывается с двух сторон специальными зажимами — клуппами, образующими две движущиеся бесконечные цепи. Бесконечные цепи протягивают пленку через зоны предварительного подогрева, ориентации, термо­ фиксации и охлаждения. Поперечная вытяжка осуществляется в результате увеличения расстояния между цепями в направлении движения пленки.

В последние годы до окончательной термофиксации стали уста­ навливать узел вторичной ориентации пленки в продольном на­ правлении. Причем до вторичной ориентации в длину осуществляют предварительную термофиксацию, что уменьшает поперечную усадку полотна пленки во время вторичной продольной ориентации. Узел вторичной продольной ориентации аналогичен по конструкции установке для первой продольной ориентации. После обрезки краев плоскостно-ориентированная пленка поступает на смотку.

3.2.1.Полиэтилентерефталат как пленкообразующее вещество

В Советском Союзе крупное промышленное производство полиэтилентерефталата было начато в 1960 г. [21]. В настоящее время производство этого полимера, называемого лавсаном, непре­ рывно расширяется: улучшаются свойства как самого продукта, так и производимых из него пленок и других изделий.

Полиэтилентерефталат является представителем большой группы полимерных сложных эфиров с линейным строением макромоле­ кул, в состав которых непосредственно включены ароматические ядра. Возможность получения таких полиэфиров была показана

105

Карозерсом и Арвином еще в 1929 г. [74], однако синтезированные ими в то время продукты легко гидролизовались, а температура их плавления не превышала 100 °С. Только в 1941 г. Уинфилду и Дик­ сону удалось получить достаточно высокоплавкий полиэтилентерефталат, названный ими териленом [75].

Исходными веществами для синтеза полиэтилентерефталата явля­ ются терефталевая кислота или ее диметиловый эфир и этиленгли­ коль. Химическое звено полиэтилентерефталата можно представить формулой:

ОО

В настоящее время преимущественное применение в промышлен­ ности, несмотря на более высокую стоимость, находит диметиловый эфир терефталевой кислоты. Это объясняется трудностями получения терефталевой кислоты в чистом виде, очень малой растворимостью ее в этиленгликоле и, наконец, тем, что процесс конденсации при использовании терефталевой кислоты протекает медленно.

Диметилтерефталат представляет собой белый кристаллический порошок плотностью 1,283 г/см3 при 25 °С, с температурой плавления 140,6—140,7 °С и температурой кипения 288 °С.

Этиленгликоль — подвижная бесцветная жидкость плотностью 1,115 г/см3 при 20 °С, с температурой кипения 197,4 °С, плавления

Технологический процесс производства полиэтилентерефталата периодическим способом включает следующие операции: растворение диметилового эфира терефталевой кислоты в этиленгликоле; переэтерификация с получением дигликолевого эфира терефталевой

106