ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 152
Скачиваний: 0
обеспечивающий получение данных, которые отражают истинные магнитные свойства порошков.
Известно, что каждый магнитный материал характеризуется величиной индукции насыщения, которая является его константой и определяется магнитным моментом атома или молекулы, выражен ным числом магнетонов Бора. Зная число магнетонов Бора, атомный или молекулярный вес материала и его плотность, можно вычислить
индукцию насыщения B s |
по формуле: |
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
B s = 4 я Л гЭ(>о'іо - j j |
|
|
где |
N — число |
Авогадро |
6,025-IO23; |
ß — магнетон Бора 9,27 X |
|
X |
ІО-24 Дж/т; |
п 0 — число |
магнетонов |
Бора; |
р0 — плотность маг |
нитного материала; М — молекулярный вес |
материала. |
||||
|
Вычисленное по формуле значение индукции насыщения соответ |
||||
ствует сплошному материалу с плотностью р0. Если магнитный материал представляет собой не сплошное тело, а порошок, то плот ность образца, подготовленного к измерению его магнитных свойств, будет всегда меньше плотности кристаллитов и результаты измерений будут относиться не к материалу, а к пробе. Причем измеренная величина индукции насыщения будет во столько раз меньше истин ной, во сколько раз плотность образца меньше плотности сплош ного материала.
Образец для испытания подготавливают обычно следующим образом. В калиброванной пробирке навешивают предварительно растертый в ступке магнитный порошок, который утрамбовывают, сбрасывая пробирку в направляющем цилиндре 10—15 раз с высоты 5—10 см. Высота столбика утрамбованного порошка в пробирке в 15—20 раз больше ее диаметра. Для пробирки сечением 0,15— 0,25 см2 высота столбика обычно составляет 8 см.
Плотность порошка в пробе зависит от таких факторов, как степень сжатия частиц и способность порошка к уплотнению, опре деляющихся, в свою очередь, величиной частиц, их формой и насып ной плотностью. Из производственной практики известно, что индук ция насыщения сильно зависит от плотности порошка в пробе. Поэтому крупноигольчатые порошки, частицы которых менее плотно размещаются в пробирке, показывают в образце меньшее значение индукции насыщения, чем мелкоигольчатые, хотя все они одинаковы по своей химической сущности и представляют гамма-окись железа, индукция насыщения которой около 0,38 Т.
Наряду с этим практический опыт показывает, что коэрцитивная сила, определяемая у порошков с игольчатыми частицами с анизо тропией формы, сильно зависит от взаимодействия между частицами порошка, которое возрастает при их сближении, т. е. от относитель ной плотности порошка в пробе. Эта зависимость усиливается с воз растанием анизотропии формы частиц.
При значениях относительной плотности 0,1—0,16 г/см3 коэрци
тивная сила |
практически не изменяется. Для |
того |
чтобы свести |
к минимуму |
влияние сил взаимодействия |
между |
частицами, |
1 3 З а к а з 628 |
193 |
относительная плотность образцов для испытаний не должна пре вышать 0,15—0,16 г/см3. Этого достигают легким встряхиванием пробирки, содержащей навеску порошка.
Приведем пример расчета значений магнитных свойств порошка. Допустим, что определяются магнитные свойства порошка с иголь чатой формой частиц. Применяемая для подготовки образца про
бирка имеет площадь |
поперечного |
сечения |
S = 0,165 см2. |
Масса |
|||
порошка, |
определенная |
взвешиванием |
с точностью до 0,01 |
г, Р — |
|||
= 1,26 г. |
Высота |
столбика порошка |
I = 8,5 см. |
|
|||
Тогда |
объем порошка V (в см3) |
в |
пробирке: |
|
|||
|
|
|
Ѵ= 67 = 0,165 -8,5= 1,4 |
|
|
||
Плотность порошка |
(в г/см3) в |
пробирке: |
|
||||
|
|
|
p= P /F = 1,26/1,4 = 0,9 |
|
|
||
Относительная |
плотность: |
|
|
|
|
||
|
|
|
р/ро= 0,9/4,8= 0,187 |
|
|
||
где 4,8 г/см3 — плотность у-окиси |
железа. |
|
|
||||
Далее допустим, что результаты измерений магнитных свойств |
|||||||
на специальной |
установке оказались следующими: |
|
|||||
|
Коэрцитивная сила, А/м ................ |
|
|
19 440 |
|
||
|
Остаточная индукция, Т ................ |
. |
3,81 • ІО-2 |
|
|||
|
Максимальная индукция, Т |
. . . |
0,0698 |
|
|||
Тогда приведенные значения остаточной и максимальной индук ции порошка соответственно будут:
ВГ П |
В г |
3,81 • 10~2 |
В,. |
B s |
0,069 |
|
Р/Ро |
0,187 ~ |
P/Po |
0,187 |
|||
|
|
Ниже приведены примерные характеристики одной из разновид ностей магнитного порошка у-окиси железа:
Внешний в и д ............................................... |
|
|
|
|
Однородный |
|
|
|
|
|
|
|
порошок свет |
|
|
|
|
|
|
ло-коричнево |
Форма частиц |
|
|
|
|
|
го цвета |
|
|
|
|
|
Игольчатая |
|
Размер частиц, мкм |
............................... |
|
|
|
|
0,3—0,7 |
Маслоемкость, мл/г |
............................... |
|
%, |
не ме |
0,6—0,9 |
|
Содержание общего железа, |
96 |
|||||
нее ..................................................................... |
|
%, |
неболее . |
. |
||
Содержание сульфатов, |
1,5 |
|||||
Содержание закисного |
железа, |
%, |
не |
1 |
||
бол ее.................................................. |
%, |
не более . . . |
|
|||
Содержание влаги, |
|
0,5 |
||||
Остаточная индукция, |
Т ........... |
|
0,19—0,21 |
|||
Коэрцитивная сила, |
А / м ........................ |
|
|
|
24 000—25 600 |
|
5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СУСПЕНЗИИ МАГНИТНОГО ПОРОШКА В РАСТВОРЕ ПОЛИМЕРА
5.1. СОСТАВ СУСПЕНЗИИ МАГНИТНОГО ПОРОШКА
Суспензия магнитного порошка представляет собой мелко дисперсную систему, образованную частицами магнитного порошка, взвешенными в растворе связующего полимера. В соответствии с этим определением в ее состав входят: магнитный порошок; связу ющий полимер; растворители и пластификаторы связующего поли мера; поверхностно-активные вещества, способствующие процессам диспергирования порошка; вещества, повышающие электропровод ность рабочего слоя и снижающие коэффициент трения его о части записывающей и воспроизводящей аппаратуры.
Увеличение количества магнитного порошка в суспензии приво дит к улучшению рабочих характеристик и магнитных свойств, од нако одновременно ухудшает физико-механические свойства ленты. Применение соответствующего связующего полимера позволяет вво дить в состав суспензии до 30 вес. % магнитного порошка.
Количество и тип пластификатора определяются природой свя зующего полимера, так как эффективность пластифицирующего' действия в большой мере зависит от совместимости пластификатора с полимером. Для растворения связующего полимера обычно при меняют смеси органических растворителей и разбавителей. Пра вильное соотношение их в смеси необходимо не только для быстрого и полного растворения связующего полимера, но также для обеспе чения оптимального процесса формования и высушивания рабочего слоя ленты.
Для сокращения продолжительности и повышения эффективности процесса диспергирования магнитного порошка применяют диспер гаторы — поверхностно-активные вещества. Количество диспергато ров, а также их химическая сущность зависит от структурных характеристик магнитного порошка и свойств связующего полимера.
При передвижении магнитных лент в аппаратах магнитной записи и воспроизведения они подвергаются трению, что приводит к нако плению на их поверхности электрического заряда и затрудняет их использование. Поэтому в состав суспензии магнитного порошка вводят добавки, увеличивающие электропроводность рабочего слоя. Пх характер определяется природой применяемого связующего полимера. С целью снижения коэффициента трения рабочего слоя ленты при ее движении по трактам записывающей и воспроизводя щей аппаратуры в состав суспензии вводят различные антифрикцион
ные |
добавки. |
13* |
195 |
Таким образом, суспензия магнитного порошка является весьма сложной дисперсной системой, состоящей из многих разнообразных компонентов. Правильный выбор этих компонентов и целесообраз ное их соотношение определяют как рабочие характеристики, так и магнитные и физико-механические свойства рабочего слоя и маг нитной ленты в целом.
5.1.1. Связующие полимеры
Связующий полимер, после нанесения слоя суспензии на основу и удаления из него растворителей, образует тонкую пленку, в которой равномерно распределен магнитный порошок. Он должен хорошо растворяться в доступных органических растворителях. Суспензии магнитного порошка в растворах полимера должны быть агрегативно устойчивы, а частицы порошка равномерно в них рас пределены. Суспензии должны хорошо фильтроваться, обладать хорошей текучестью и адгезией к основе.
В качестве связующих полимеров получили распространение нитраты целлюлозы, полимеры виниловых соединений, некоторые полиамиды, эпоксидные полимеры, полиуретаны и поливинилформали. До настоящего времени в качестве связующего полимера иногда применяют коллоксилин, т. е. нитрат целлюлозы, содержа щий И —12% связанного азота. Это объясняется прежде всего весьма удачным сочетанием свойств растворов и пленок, изготовлен ных из этого полимера. Однако существенным недостатком нитрата целлюлозы является его огнеопасность, делающая нежелательным применение и даже наличие на производстве этого продукта. К кол локсилину, применяемому для приготовления магнитных лаков, предъявляется ряд требований. Он должен образовывать гомогенные растворы в определенных растворителях с концентрацией до 20% при минимальной вязкости. Пленка, образуемая суспензией, пригото вленной из коллоксилина, должна мало набухать в воде и быть устойчивой к резким изменениям температуры. Особо важное зна чение имеет термостабильность коллоксилина. В качестве раствори теля коллоксилина применяют смесь этилового спирта с ацетоном, а также смеси, содержащие бутилацетат, толуол, бутиловый спирт, метилцеллозольв, и другие смеси подобного типа.
Коллоксилин является одним из старейших пленкообразующих веществ. Его свойства изучались много лет и описаны в большом числе литературных источников. Процессы получения пленок из других нитратов целлюлозы также подробно разработаны и осве щены в специальной литературе [1, 159—162].
Коллоксилин, применяемый для приготовления суспензий, дол жен обладать высокой вязкостью, что обеспечивает хорошую устой чивость суспензий и получение рабочих слоев магнитных лент с хорошими физико-механическими характеристиками. При оценке технологических свойств коллоксилина особое внимание следует обра тить на методы определения его вязкости и растворимости. Нужно
196
учитывать различную растворяющую способность растворителей по отношению к нитрату целлюлозы. Так, раствор нитрата, пригото вленный в одном растворителе, может отличаться по вязкости от рас твора того же нитрата той же концентрации, приготовленного в дру гом растворителе. Кроме того, при оценке вязкости следует учиты вать концентрационный градиент растворителя. Это обусловлено тем, что два раствора нитрата целлюлозы одинаковой вязкости при определенной концентрации могут обладать различными значениями вязкости при другой концентрации. Поэтому необходимо определять вязкость раствора нитрата целлюлозы при концентрации, близкой
киспользуемой на производстве.
Вторым типом пленкообразующих веществ, растворы которых
используют в качестве связующей среды для суспензий магнитных порошков, являются некоторые полимеры виниловых соединений. Наиболее широкое применение получили хлорированный поливи нилхлорид, а также сополимеры винилхлорида с винилацетатом [163—166]; винилиденхлорида с акрилонитрилом [167]; винилиденхлорида с винилхлоридом [168, 169]. Сополимеры винилхлорида с винилацетатом лучше растворяются, чем поливинилхлорид, а также лучше совмещаются с другими компонентами суспензии. Они образуют прочную пленку, обладающую высокой износостой костью и устойчивостью к действию химических веществ. Значитель ное содержание винилхлорида в сополимерах определяет их способ ность стареть под действием света и тепла. Сополимеры винилхло рида с винилацетатом термопластичны, растворимы во многих растворителях, а в некоторых органических жидкостях способны набу хать. Их можно добавлять к другим полимерам, в частности к нит рату целлюлозы, что придает рабочему слою магнитной ленты лучшие физико-механические свойства и химическую стойкость. Сополи меры могут содержать в своем составе от 3 до 38% винилацетата. С увеличением содержания винилацетата способность сополиме ров растворяться возрастает, что объясняется увеличением числа содержащихся в них полярных сложноэфирных групп. Повышается их термостабильность, однако одновременно увеличивается горю честь.
В технологии магнитных лент получил распространение сополи мер винилхлорида с винилацетатом с соотношением компонентов 9 : 1, что соответствует 87% винилхлорида и 13% винилацетата. Такой сополимер, известный в технологии под индексом А-15, хо рошо растворим в сложных эфирах, кетонах, некоторых хлориро ванных углеводородах. Если сополимер предназначен для исполь зования совместно с нитратом целлюлозы, то содержание в нем винилхлорида уменьшают до 60—62%. Это до некоторой степени снижает твердость и устойчивость к растворителям пленок, обра зуемых таким сополимером, однако улучшает их химическую стой кость и устойчивость к атмосферным воздействиям.
Сополимеры винилхлорида с винилацетатом обычно подвергают частичному гидролизу для улучшения их совместимости с другими полимерами. Такие сополимеры, макромолекулы которых содержат
197