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

Этот способ имеет существенные недостатки, основным из которых является малая производительность ленточного агрегата; скорость движения ленты обычно не превышает 7—8 м/мин. Кроме того, различие в характере полимеров, образующих пленку основы и рабо­ чего слоя, а также в толщине слоев требует создания в сушильных каналах машины различных условий для формования и высушивания этих пленок, что, учитывая конструкцию машины, осуществить весьма трудно. Поэтому способ получения магнитных лент на двухфильерных агрегатах в последнее время находит все меньшее при­ менение, уступая место более прогрессивному способу нанесения суспензии на готовую основу. Однако отдельные предприятия все еще производят магнитные ленты но первому способу, поэтому с его применением нельзя не считаться.

При использовании второго способа можно значительно повысить производительность за счет резкого увеличения скорости нанесения слоя суспензии на движущуюся основу, что обеспечивает большую однородность образующегося слоя. В этом случае возможно создание оптимальных условий для формования и высушивания рабочего слоя. Кроме того, можно расширить ассортимент полимерных пленок, используемых в качестве основы магнитных лент.

В настоящее время преобладающее количество магнитных лент производят способом нанесения суспензии магнитного порошка на готовую основу, и можно полагать, что двухфильерный способ будет целиком заменен этим, более прогрессивным.

6.1.ОСОБЕННОСТИ ФОРМОВАНИЯ ПЛЕНКИ ИЗ НАПОЛНЕННОГО ПОЛИМЕРА

Независимо от способа, применяемого для нанесения суспензии магнитного порошка на основу, процесс формования рабочего слоя ленты, так же как и процесс формования любой поли­ мерной пленки из раствора, заключается в нанесении слоя суспензии на основу и испарении из него основной массы растворителей. Испа­ рение растворителей и связанное с ним повышение вязкости суспен­

и фиксируется определенная структура пленки, представляющей собой в данном случае рабочий слой магнитной ленты [64].

Процесс пленкообразования при получении рабочего слоя маг­ нитной ленты имеет свои специфические особенности. Несомненно, что частицы магнитного порошка, взвешенные в растворе связующего полимера, оказывают влияние не только на характер процесса испа­ рения растворителей из слоя суспензии, но также и на структуру образующейся пленки. Микроструктура в данном случае в большой степени определяется качеством твердой поверхности, на которую наносят суспензию, т. е. поверхности основы. Естественно пред­ положить, что макромолекулы связующего полимера и их надмоле­ кулярные образования будут по-разному располагаться на влажной,

263

не полностью сформовавшейся основе из вторичного ацетата целлю­ лозы, на гидрофильной, в какой-то мере, основе из триацетата цел­ люлозы и на основе из гидрофобного полиэтилентерефталата. Более того, несмотря на незначительную толщину рабочего слоя, его стро­ ение по мономолекулярным слоям также будет различным, что обусловлено разной объемной концентрацией магнитного порошка в мономолекулярных слоях. Малая толщина слоя суспензии на основе не препятствует рассмотрению процесса пленкообразования с обычно принятой точки зрения, сущность которой изложена ранее

(см. раздел 3.1.4).

Таким образом, формование рабочего слоя ленты характеризуется двумя взаимосвязанными явлениями — испарением растворителей и образованием определенной структуры слоя. При этом возможны два типа взаимодействия на границе раздела основа — рабочий слой. Так, при использовании триацетатцеллюлозной основы раствори­ тели, входящие в состав суспензии, вызывают набухание ее поверх­ ности, улучшая адгезию слоя к основе. Поверхность же полиэтилентерефталатной основы не набухает.

В первом случае за счет диффузии растворителей из суспензии в поверхностный слой основы создаются благоприятные условия для прохождения релаксационных процессов как в верхних слоях основы, так и в нижних слоях формующегося рабочего слоя. При этом двухслойная система оказывается более устойчивой, чем си­ стема, в качестве основы которой используют ненабухающую или малонабухающую полиэтилентерефталатную основу.

При движении в поливной машине основы, а затем основы с на­ несенным на нее слоем суспензии она испытывает растягивающие усилия, которые сообщаются также формующемуся рабочему слою, придавая его структуре элементы неустойчивой анизотропии. В про­ цессе испарения растворителей с поверхностного слоя происходит диффузия молекул растворителя из глубины слоя на поверхность с образованием на ней пленки, представляющей собой слой паро­ образной фазы с определенным давлением насыщенного пара рас­ творителей.

Испарение из глубинных слоев суспензии характеризуется двумя стадиями. Первая стадия определяется главным образом сопроти­ влением внутренней диффузии через рабочий слой, которое значи­ тельно выше, чем сопротивление испарению с поверхности. Вторая стадия определяется тем, что испарение начинается раньше, чем растворители продиффундировали до наружной поверхности, т. е. жидкость диффундирует до определенного микрослоя внутри по­ крытия, после чего диффузия растворителей протекает уже в паро­ образном состоянии. В этом случае скорость испарения обусловли­ вается сопротивлением диффузии внутри образующегося рабочего слоя, которое значительно больше, чем при переходе пара в среду высушивающего агента. Таким образом, скорость сушки рабочего слоя по мере испарения растворителей и его стеклования умень­ шается и в дальнейшем определяется сопротивлением внутренней диффузии.

264

Формование структуры рабочего слоя магнитной ленты проис­ ходит на основе, с которой он прочно связан адгезионными силами. Поэтому слой не представляет собой отдельную пленку, а является покрытием, образующим с основой двухслойную пленочную систему.

Рассмотрим реологическую характеристику суспензии магнитного порошка в связи с физико-механическими свойствами образуемого ею рабочего слоя ленты. Как уже говорилось, для обеспечения хоро­ ших физико-механических свойств слоя концентрация связующего полимера должна быть высокой, однако с повышением концентрации возрастает вязкость суспензии, что затрудняет ее переработку. Поэтому следует выбирать связующий полимер с оптимальной сте­ пенью полимеризации и молекулярно-весовым распределением для обеспечения равномерного нанесения слоя суспензии на основу.

вес которых ниже оптимального, уменьшается, и пленка, находя­ щаяся под воздействием механического поля, может оказаться недостаточно прочной. Это усугубляется различной степенью рас­ ширения рабочего слоя и основы при повышении температуры. На рис. 101 схематически показана область оптимальных молекуляр­ ных весов полимера [95]. Одна из кривых показывает зависимость прочности от молекулярного веса. При минимальной прочности аШІН нижний предел молекулярного веса определяется величиной М ыин. На этом же графике показаны кривые зависимости вязкости от моле­ кулярного веса полимера в растворе (смин и смакс). При заданном интервале вязкости ц мин—г|макс, за пределы которого не должна выходить система, чтобы были обеспечены условия получения ров­ ного слоя, соответствующие пределы концентрации будут лежать между сМИ1, и смакс. Таким образом, молекулярный вес связующего полимера не должен превышать величину М макс.

Учитывая значительные скорости движения основы в современ­ ных поливных машинах, малую толщину наносимого слоя суспен­ зии, а также способы ее нанесения, можно полагать, что при нане­ сении суспензии развиваются высокие скорости сдвига и, следова­ тельно, соответственно понижается кажущаяся вязкость, которая затем (после прохождения основой поливного устройства) снова

265

возрастает. Высокие скорости сдвига способствуют образованию слоя равномерного по толщине, а восстановление структуры после снятия приложенных скоростей сдвига уменьшает возможность образования наплывов. Иногда для характеристики раствора связующего поли­ мера используют два значения кажущейся вязкости: начальную вязкость т] 0, определяемую экстраполяцией кривой зависимости кажущейся вязкости от напряжения сдвига на нулевое значение последнего, и предельную вязкость^ ^ , к которой кажущаяся вяз­ кость приближается при возрастании напряжения сдвига. Однако эти две величины не способны полностью характеризовать весь процесс течения раствора полимера, что вызывает необходимость строить полные реологические кривые.

Рассматривая процессы образования пленки рабочего слоя маг­ нитной ленты, следует учитывать, что эти процессы осложняются наличием в системе наполнителя. Ранее (см. раздел 3.1.4) была показана возможность образования различных типов структур тех­ нических пленок, полученных из растворов полимеров. Развивая эти взгляды, Липатов [200] охарактеризовал процессы получения пленок из растворов полимеров, содержащих порошковый наполни­ тель, к которым, в частности, можно отнести суспензию магнитного порошка.

Взаимодействие связующего полимера и частиц магнитного по­ рошка на границе раздела фаз приводит к изменению подвижности макромолекул вблизи границы раздела и отражается на температуре стеклования и на скорости релаксационных процессов в температур­ ной области выше температуры стеклования. Структурирование полимеров в растворах [297] приводит к снижению подвижности цепей в тем большей степени, чем больше узлов возникает в сетчатой структуре. Так как рабочий слой, представляющий собой пленку наполненного полимера, получают из концентрированной суспензии, то его свойства будут зависеть от взаимодействия полимера и маг­ нитного порошка еще в растворе. Началом образования рабочего слоя является адсорбция молекул полимера поверхностью основы. Поэтому можно допустить, что взаимодействие определенных групп макромолекул с поверхностью наполнителя и уменьшение их по­ движности приведет к различию в свойствах образующихся мономолекулярных слоев [297—300].

В работе [301] показано, что полимер изменяет свои свойства не только в слоях, расположенных вблизи поверхности наполнителя, но и в слоях, расположенных далеко от него. Это объясняется резуль­ татами работы [302], которые свидетельствуют, что изменение кон­ формации макромолекул, расположенных на поверхности пачек, влечет за собой конформационные изменения всех макромолекул, образующих пачку. Следовательно, при формовании пленки из наполненного полимера с поверхностью связываются не отдельные макромолекулы, а надмолекулярные образования. Поэтому подвиж­ ность макромолекул, образующих пачку, ограничивается уже в про­ цессе формования рабочего слоя на поверхности основы. Таким образом, свойства сформованной пленки определяются также харак­

266

тером структурообразования п строением пачек, образовавшихся уже в растворе.

Характер процесса пленкообразования рабочего слоя оказывает больтное влияние на физико-механические, а иногда и на рабочие характеристики магнитных лент. Естественно, что процессы пленко­ образования из суспензии протекают иначе, чем пленкообразование из истинного раствора [200]. Адгезия суспензии к поверхности основы ограничивает сегментальную подвижность макромолекул вблизи этой поверхности. Связывание макромолекул или надмоле­ кулярных структур, а также их ориентация в поверхностном слое затрудняет установление равновесного состояния полимера вблизи поверхности и не дает возможности для образования плотной упа­ ковки. В работе [303] показано влияние условий осуществления релаксационных процессов на плотность упаковки полимеров. По мнению авторов одновременно с испарением из слоя растворителей формируются надмолекулярные структуры. Поэтому сами пачки макромолекул или другие надмолекулярные образования вследствие изложенных выше причин будут менее плотно упакованы.

Таким образом, чем больше поверхность наполнителя, т. е. чем выше содержание магнитного порошка в суспензии, тем сильнее ограничивается сегментальная подвижность макромолекул уже в пе­ риод формования пленки на поверхности основы и тем более рыхлая упаковка в сформовавшейся пленке, что подтверждается большей усадкой рабочего слоя при каландровании магнитной ленты.

Затруднение релаксационных процессов при формовании пленки из суспензии магнитного порошка приводит к образованию более рыхлой упаковки макромолекул на поверхности, что, естественно, оказывает влияние на физико-механические свойства рабочего слоя

ивсей магнитной ленты.

6.2.НАНЕСЕНИЕ СУСПЕНЗИИ МАГНИТНОГО ПОРОШКА НА ГОТОВУЮ ОСНОВУ

Преобладающую часть выпускаемых в настоящее время магнитных лент изготовляют нанесением суспензии на готовую триацетатцеллюлозную или полиэтилентерефталатную основу. Высо­ кая производительность поливных машин позволяет сократить объ­ емы цехов, изготавливающих магнитные ленты, при сохранении валового выпуска. Наряду с этим улучшается качество продукции, так как появляется возможность создания конструкций поливных приспособлений, обеспечивающих равномерность нанесения суспен­ зии на основу и, следовательно, высокую однородность рабочего слоя ленты по толщине. При таком способе возможна узкая специализация производства. Известно, что ряд зарубежных фирм, производящих магнитные ленты, использует основу, получаемую от сторонних поставщиков, специализирующихся на ее производстве и обеспечи­ вающих ее высокое качество.

207