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

деленной структуры, возникающей в процессе ее получения [251], можно объяснить образование сажевых цепочек или сетчатой струк­ туры. Чем больше активных участков на поверхности сажи, тем выше ее способность к структурообразованию, причем образование сажевых цепочек, или сетчатой структуры, обусловлено связями более прочными, чем обычное ван-дер-ваальсово взаимодействие.

Таким образом, способность сажи к структурообразованию — один из основных факторов, обусловливающих ее электропровод­ ность.

На электропроводность влияет также химический состав сажи, наличие веществ, сорбирующихся на поверхности сажевых частиц или химически взаимодействующих с ней и тем самым препятству­ ющих или способствующих образованию сажевых структур. С умень­ шением частиц сажи до определенного предела удельное электриче­ ское сопротивление рабочего слоя магнитной ленты падает. Дальней­ шее увеличение дисперсности сажи сопровождается возрастанием удельного сопротивления слоя. Это можно объяснить увеличением контактного сопротивления в саже при очень малых размерах ее частиц [252—255]. Экспериментально подтверждено, что независимо от типа сажи удельное поверхностное сопротивление ниже в суспен­ зии, наполненной сажей с частицами меньшего размера [256]. При использовании сажи, частицы которой резко различаются по разме­ рам, они упаковываются более плотно, что приводит к возрастанию электропроводности рабочего слоя. Однако не все типы саж влияют одинаково на электропроводность рабочего слоя магнитных лент. Сажи, применяемые для снижения электризуемости полимерных пленок, делят на две группы: 1) сажи, введение которых значительно влияет на удельное электрическое сопротивление смеси, уменьшаю­ щееся по мере увеличения количества вводимой сажи (например, ацетиленовая, ламповая и высокоструктурная печная); 2) сажи, незначительно изменяющие удельное электрическое сопротивление (например, термическая и газовая канальная сажа).

При оценке различных типов саж следует учитывать, что способ­ ность образовывать цепочечные структуры зависит от характера взаимодействия сажа — сажа — полимер. Поэтому в смеси с раз­ личными полимерами электропроводность различных типов саж будет различной.

По способности к структурообразованию сажи можно разделить на три группы [242]:

сажи субнормальной структуры, не образующие структурных комплексов в полимере (например, термическая);

сажи нормальной структуры, образующие неустойчивую струк­ туру, разрушающуюся при механическом воздействии (например/ низкотемпературная печная);

сажи супернормальной структуры, образующие устойчивую« сплошную сетчато-цепочечную структуру (ацетиленовая, ламповая и высокоструктурная печная).

Наиболее высокую электропроводность придает полимерам аце­ тиленовая сажа, которая имеет резко выраженную кристаллическую:

структуру и хорошую способность к структурообразованию. Для одного и того же типа сажи удельное объемное сопротивление умень­ шается с увеличением ее поверхности.

Однако не только размеры частиц и поверхность контакта сажи определяют ее активность в придании электропроводности полимер­ ным смесям. Важную роль играет также природа поверхности саже­ вых частиц, наличие на поверхности различных комплексов, обра­ зующих при контакте частиц изолирующую прослойку. Особенно возрастает сопротивление сажи при образовании на поверхности частиц комплексов, содержащих кислород. Эти комплексы могут быть удалены прокаливанием сажи в атмосфере инертного газа. Если к полимерному образцу, содержащему сажу, приложить растяги­ вающее усилие, то элементы сажевой структуры будут одновременно разрушаться и ориентироваться в направлении приложения нагрузки, что приведет к возрастанию числа контактов между частицами сажи. Когда процесс ориентации начинает преобладать над процессом разрушения структур, уменьшается удельное объемное сопротивле­ ние полимера. Сокращение образца вновь приводит к мгновенному разрушению образовавшихся сажевых структур и соответственно к увеличению удельного сопротивления. Образование сажевой структуры, как правило, сопровождается резким возрастанием вяз­ кости системы.

Исследование структурно-механических свойств неотвержденных фенолоформальдегидных и эпоксидных полимеров, содержащих раз­ личные количества сажи, показало, что с повышением концентрации сажи в системе наблюдается резкое увеличение напряжения сдвига, соответствующее установившемуся процессу деформации. Рост на­ пряжения сдвига во времени связан с ростом деформации, обусло­ вленным разрушением сажевой структуры, и продолжается до пол­ ного ее разрушения. При соответствующих степенях наполнения, когда образуются цепочечные сажевые структуры, напряжение сдвига при разрушении таких структур резко возрастает. Величины напряжения сдвига для фенолоформальдегидного и эпоксидного полимеров, содержащих одинаковое количество сажи, различно, что говорит о различии структур, образованных сажей. Предельное зна­ чение напряжения сдвига и эффективная вязкость системы с увели­ чением содержания сажи до 20—30 вес. ч. приводит к возрастанию предельного напряжения сдвига в 2 раза [257]. При повышении содержания сажи до 50 вес. ч. напряжение сдвига и эффективная вязкость изменяются незначительно и примерно соответствуют этим показателям для систем, содержащих 40 вес. ч. сажи. Увеличение напряжения сдвига связано с формированием сажевой структуры. Резкое возрастание предельного напряжения сдвига при содержа­ нии 40 вес. ч. сажи указывает на возникновение пространственной сажевой структуры, незначительное же повышение напряжения сдвига при дальнейшем увеличении содержания сажи свидетельствует

отом, что формирование сажевой структуры в основном закончено.

Всвязи с расширением использования при изготовлении магнит­ ных лент отверждающихся рабочих слоев представляет интерес за­

226

и придает магнитной ленте антистатические свойства. В качестве антифрикционной добавки к суспензии может быть использована олеиновая кислота. Известны [255—265] способы снижения коэффи­ циента трения рабочего слоя магнитной ленты путем введения в его состав кремнийорганических соединений, восков с высокой тем­ пературой плавления, высококипящих гидроуглеродных масел и других веществ.

Некоторый интерес представляют способы снижения коэффици­ ента трения магнитных лент, принципиально отличающиеся от опи­ санных выше. Один из них [266] заключается в нанесении на поверх­ ность рабочего слоя ленты сухой смазки, основной частью которой является сернистый молибден. Второй способ предусматривает нане­ сение на рабочий слой магнитной ленты коллоидного графита. Гра­ нитовый слой придает ленте также и антистатические свойства [267].

5.2.ДИСПЕРГИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОРОШКА

ВРАСТВОРЕ ПОЛИМЕРА

Целью диспергирования порошка гамма-окиси железа в растворе связующего полимера является получение тонкодисперсной однородной и агрегативно устойчивой суспензии, обладающей опре­ деленной вязкостью. Процесс диспергирования включает дезагрега­ цию агломератов порошка, смачивание и стабилизацию образова­ вшейся суспензии. От степени дезагрегации в значительной степени зависят рабочие характеристики магнитных лент. Хорошее диспер­ гирование обеспечивает возможность более легкого ориентирования магнитных частиц при нанесении суспензии на основу и обусловли­ вает низкий уровень шума ленты в паузе. Следует еще раз отметить, что диспергирование должно проходить так, чтобы не разрушались отдельные кристаллы магнитного порошка во избежание нарушения анизотропии их формы, определяющей высокие свойства магнитных лент.

Различают предварительное и окончательное диспергирование. Для предварительного диспергирования используют шаровые мель­ ницы или скоростные смесители. Последующее более тонкое диспер­ гирование проводят в бисерных машинах и реже в атриторах.

При использовании шаровых мельниц предварительное дисперги­ рование магнитного порошка осуществляют в две стадии. Первая заключается в измельчении порошка только в присутствии раствори­ телей и поверхностно-активных веществ. На этой стадии измель­ чаются крупные комки порошка и смачивается его поверхность. Затем

•следует вторая стадия — в систему вводят раствор связующего полимера, в котором магнитный порошок равномерно распределяется. Обе стадии проводят в одном аппарате. Возможно одновременное введение в систему магнитного порошка и полимера.

В случае проведения предварительного диспергирования в ско­ ростных смесителях процесс заключается в непосредственном сме­ шении магнитного порошка со связующим полимером или его рас­ твором, частью растворителей и с поверхностно-активным веществом.

228

Окончательное диспергирование заключается в разрушении агломе­ ратов до отдельных кристаллов магнитного порошка и их равномер­ ном распределении в суспензии. Независимо от способа дисперги­ рования, при этом процессе поверхность магнитного порошка взаи­ модействует с жидкой фазой. Характер этого сложного взаимодей­ ствия оказывает решающее влияние как на процесс диспергирования, так и на свойства образующейся суспензии.

5.2.1.Основные закономерности процесса диспергирования

Основные закономерности физико-химических процессов, происходящих при диспергировании порошков нерастворимых в воде и растворах полимеров, были установлены на примере краскообра­ зующих пигментов советскими исследователями под руководством П. А. Ребиндера уже в 1937 г. [268]. Дальнейшие работы советских исследователей в этом направлении [269—274] позволили развить установившиеся взгляды на механизм взаимодействия пигментов со связующими полимерами и поверхностно-активными веществами. Сухие порошкообразные пигменты, так же как и магнитные порошки, представляют собой агрегаты из первичных кристаллических частиц или сростков этих частиц. Агрегирование в основном происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия; зарядов статического электричества, скапливающегося на поверхности частиц; магнит­ ного притяжения, а также за счет конденсации влаги в капилляр­ ных каналах, образуемых межчастичными пространствами. Прео­ доление сил взаимодействия между частицами — это лишь одно из двух условий разрушения агрегата. Второе условие заключается в том, что разъединенные действием напряжения сдвига частицы должны быть удалены друг от друга на расстояние, превышающее радиус сил взаимодействия. Иначе после того, как силы, разруши­ вшие агрегат, уменьшатся (в результате вращения агрегата в пиле напряжений), частицы вновь свяжутся друг с другом [90].

Для объяснения сущности диспергирования Мак-Келви [90] приводит исследование гетерогенной системы, в которой дисперги­ рованная фаза находится в виде агрегатов, состоящих из двух частиц каждый. Дисперсионной средой служит вязкая жидкость. Исходя из условий взаимодействия частиц с вязкой средой, автор опреде­ ляет величину сил, действующих на частицы, и выводит уравнение, описывающее траекторию движения сферических частиц при разру­ шении агрегата. Если радиус каждой частицы R, то наименьшее расстояние между ними будет 2R. На рис. 84 показана подвижная система координат, начало которой находится в центре О одной из частиц агрегата. Задача сводится к определению положения центра другой частицы (в координатах х — у) на различных стадиях дис­ пергирования.

Для указанных условий расстояние между центрами частиц г будет:

Г=(г2+г/2)Ѵ2

229