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

мала. Тогда критический радиус разделения г* является основной характеристикой всех процессов диспергирования и определяется природой сил, вызывающих агломерацию частиц.

Из рис. 85 видно, что на вязкую жидкость, окружающую частицу, действует деформация сдвига, вызывающая течение жидкости слева направо. При условии ламинарного движения шарообразных частиц относительно жидкости сила, действующая на частицу, определяется законом Стокса как &nRr\v, где ѵ — скорость относительного движе­ ния частицы.

Равнодействующую всех сил взаимодействия между поверх­ ностью частицы и вязкой средой можно разложить на составляющие Fd и Fr, определяемые следующими выражениями:

где dy/dt — первая производная деформации по времени; dx/dt

иdy/dt — скорость движения частицы в направлении осей х и у. Исходя из баланса сил, действующих на движущуюся частицу,

ипренебрегая силами инерции (малые частицы, распределенные в вы­ соковязкой жидкости), можно вывести два уравнения:

где а — угол, образованный прямой, проходящей через начало ко­ ординат и центр частицы; Fa — сила взаимодействия между части­ цами. Подставив значения Fdи Fr в выражения (67) и (68) и выразив тригонометрические функции через х и у, получим систему дифферен­ циальных уравнений, в которой t является независимой, &х и у — зависимыми переменными:

230

После исключения неизвестного dt получим одно уравнение с пере­ менными х и у:

где т — напряжение сдвига.

Если в нелинейном уравнении (69) заменить величину г ее при­ ближенным значением х + у, можно получить линейное диф­ ференциальное уравнение первого порядка с зависимой переменной х\

увеличивается до единицы, когда а = 0. Такое упрощение допустимо вследствие приближенного характера исследования. Вычислим по­ стоянную интегрирования, задаваясь условием, что в начальном

Хо + Уо У

Из формулы (73) следует, что траектория частицы, определяющая течение процесса диспергирования, зависит от параметра К, крити­ ческого радиуса г* и начальной ориентации агрегата.

Допустим, что агрегат, состоящий из двух частиц (рис. 86), расположенных одна над другой, находится в массе вязкой жид­ кости, в которой действует деформация сдвига, вызывающая движение среды слева направо.

231

Когда сила притяжения частиц мала или когда в жидкости воз­ никают значительные напряжения сдвига, величина К будет очень

и диспергирования происходить не будет. Это условие выполняется

приятным. Это приводит к изменению направления движения частицы,

агрегата произойдет только при К 4. При этом верхняя частица будет двигаться по искривленной траектории, пока не выйдет за предел сферической области, ограниченной критическим радиусом г*, после чего будет продолжать движение вдоль течения.

Приведенный анализ диспергирования позволяет сделать сле­ дующие важные для технологии заключения. Увеличение напряже­ ния сдвига способствует интенсификации диспергирования. Для определенной системы существует критическое напряжение сдвига, ниже которого диспергирование вообще не происходит.

Если напряжение сдвига ненамного превышает критическое зна­ чение, то разрушаться будут только агрегаты, большая ось которых расположена вначале перпендикулярно направлению течения. При выборе аппарата для диспергирования всегда следует учитывать, что его конструкция должна обеспечить периодическое изменение

232

ориентации агрегатов. В противном случае в системе будет проис­ ходить только одномерное течение материала и разрушаться будут только агрегаты, первоначальная ориентация которых была благо­ приятной, остальные же будут ориентироваться в направлении дей­ ствия напряжения сдвига и разрушаться не будут. Если же аппарат заставляет агрегаты периодически изменять свою ориенеацию, то возрастает вероятность того, что большая ось каждого агрегата зай­ мет положение перпендикулярное направлению течения и он будет разрушен. Если, наконец, предположить, что сила взаимодействия между частицами агрегата F независима от размера частиц, то со­ гласно уравнению (70) параметр К прямо пропорционален радиусу частицы R и агрегаты, образованные большими частицами, разру­ шаются легче, чем агрегаты, образованные меньшими частицами.

Указанные закономерности действительны также и для агреги­ рования частиц магнитного порошка. Размеры частиц магнитных порошков определяют электронно-микроскопическим и седиментационным методами, причем под частицами понимают как первичные кубические или игольчатые кристаллики, так и их сростки. Их раз­ мер колеблется в зависимости от типа магнитного порошка от 0,1 до 0,7 мкм.

Наличие агрегатов частиц приводит к тому, что при смешении порошка с раствором связующего полимера образуется грубая сус­ пензия. Проникновению раствора в межчастичные пространства агрегатов препятствует воздух, окклюдированный в них. Удаление основной части этого воздуха практически не ускоряет диспергиро­ вания, что связано с поступлением в капилляры газов, десорбируе­ мых с поверхности частиц при их смачивании раствором полимера. Это и приводит к необходимости внешнего воздействия на агрегаты с целью их разрушения и облегчения доступа раствора связующего

(касательные напряжения). Касательные напряжения в потоке сус­ пензии возрастают с увеличением ее вязкости, повышением концент­ рации твердой фазы, увеличением скорости течения жидкости и уменьшением диаметра канала. При соответствующих значениях этих факторов касательные напряжения достигают величины, доста­ точной для разрушения агрегатов частиц твердой фазы. В аппаратах, применяемых для диспергирования магнитного порошка, разруше­ ние агрегатов наступает вследствие действия касательных напряже­ ний, называемых также напряжением сдвига, которые возникают при течении суспензии по каналам или при движении в ней посторонних тел (шаров, бисера, лопастей мешалок и т. п.).

При диспергировании магнитного порошка в растворах связу­ ющих веществ происходит избирательная адсорбция связующего полимера на поверхности частиц порошка, приводящая к образова­ нию агрегативно устойчивой суспензии.

Так как при диспергировании магнитных порошков измельчения отдельных кристаллов не происходит, а процесс сводится только

233