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

ющих высокую дисперсность магнитного порошка, способствует достижению высокого коэффициента ориентации. На рис. 109 при­ ведена зависимость коэффициента ориентации от содержания поверх­ ностно-активного вещества для отверждаемой суспензии с размерами магнитных частиц 0,5—0,6 мкм, связующими веществами в которой

фика, максимальный коэффициент ориентации возрастает до опре­ деленного предела, после которого его величина не зависит от содер­ жания поверхностно-активного вещества, вводимого в суспензию. Эффективный же коэффициент ориентации достигает максимума при определенном содержании поверхностно-активного вещества и умень­ шается с его увеличением. Это, по-видимому, объясняется снижением

возрастает.

По конструкции ориентирующие устройства могут быть различ­ ными. Используют как постоянные магниты, так и электромагниты различных типов. Недостаток первых — невозможность регулирова­ ния напряженности магнитного поля. Электромагниты обеспечивают плавное регулирование напряженности, однако потребляют значи­ тельные мощности и в процессе длительной работы нагреваются.

6.2.5. Высушивание рабочего слоя магнитной ленты

Основные закономерности процесса. Сразу же после нане­ сения слоя суспензии магнитного порошка на основу из него начи­ нают испаряться растворители. Это приводит к переходу связующего полимера в стеклообразное состояние и формованию пленки рабочего слоя ленты, имеющего преимущественно плоскостно-ориентирован­ ную структуру.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса высушивание рабо­ чего слоя в технологии магнитных лент является одним из самых сложных процессов, в большой мере обусловливающим качество магнитной ленты. Это определяется специфическими особенностями высушиваемого материала, конструкцией поливной машины и устрой­ ства для нанесения суспензии. Рабочий слой готовой магнитной

285

ленты должен содержать-—1% остаточных растворителей. Большее содержание влаги отрицательно сказывается на поведении ленты при ее эксплуатации и хранении: возникает коробление ленты, и при неблагоприятных условиях хранения витки в рулоне могут скле­ иваться друг с другом.

От скорости испарения растворителей зависит время, необходимое для осуществления процесса пленкообразования и высушивания рабочего слоя, и, следовательно, производительность поливной машины. Несмотря на то, что рабочий слой обладает незначительной толщиной, процесс его высушивания можно разделить на две стадии: а) постоянной и б) падающей скорости сушки. В технологии магнит­ ных лент преобладает первая стадия, когда происходит испарение растворителей с поверхности образующейся пленки, так как вслед­ ствие малой ее толщины диффузия растворителей в глубинных слоях будет протекать относительно быстро. Сопротивление диффузии растворителей внутри материала во второй стадии сушки чрезвы­ чайно мало по сравнению с сопротивлением перехода влаги с поверх­ ности рабочего слоя в воздух и почти не оказывает влияния на ско­ рость сушки. Во второй стадии главным является сопротивление диффузии влаги внутри слоя. Содержание влаги на поверхности близко к равновесному содержанию, поэтому скорость сушки не зависит от влажности и скорости сушильного агента. Чрезмерное увеличение скорости испарения растворителей из слоя суспензии в сушильном канале поливной машины на первой стадии сушки нежелательно, так как, несмотря на незначительную толщину слоя, на его поверхности образуется корка, снижающая скорость испаре­ ния растворителей в последующих фазах высушивания. В результате этого возникает неоднородность рабочего слоя по толщине и неравно­ мерное распределение магнитного порошка по микрослоям вследствие его миграции. Это, в свою очередь, ухудшает рабочие характеристики магнитных лент и их физико-механические свойства.

Учитывая, что скорость движения ленты в сушильном канале определяется также скоростью ее движения в узле нанесения слоя суспензии, следует весьма внимательно отнестись к выбору опти­ мального режима этих процессов.

Скорость сушки и [в кг/(м2-ч)] слоя суспензии магнитного порошка, наносимого на основу, определяется выражением:

dW U ¥ dt

где W — количество испаряемых растворителей; F — площадь испа­ рения; t — продолжительность испарения.

В период постоянной скорости сушки количество испаряемых растворителей пропорционально количеству тепла, получаемого слоем от теплоносителя:

где Q — количество тепла; ß — коэффициент пропорциональности. Количество тепла (в ккал), получаемое слоем, составляет:

286

где а — коэффициент теплоотдачи, ккал/(м2-ч-°С); F — поверхность теплоотдачи (испарения), м2; TR— температура теплоносителя (воз­ духа), °С; Т с — температура поверхности рабочего слоя, °С.

Подставив в выражение (87) значение dQ из уравнения (88), определим скорость сушки [в кг/(м2-ч)1 первого периода:

d W ------ A’ßa (Тв— Гр. с) dt

d W

и ~ /<’ гіі Ра Н’в ^р. с)

Выразив движущую силу процесса в виде разности давления насыщенного пара рнас, соответствующего температуре испарения, и парциального давления паров растворителей, содержащихся в те­

что и коэффициент теплоотдачи а , и включает в себя коэффициент ß , который учитывает переход от разности температур к разности давлений паров. Если pHâC и р п выражены в мм рт. ст., то Кр изме­ ряется в кг/(м2-ч-мм рт. ст.).

Площадь испарения в сушильном канале машины F — Ы, где b — ширина слоя суспензии; I — длина активной части зоны сушки.

Тогда

Интегрируя выражение (90) в пределах времени от 0 до t

оо

получаем:

И' К рЬІ ( Р н а с Po) t

Откуда максимальная скорость движения магнитной ленты в су­ шильном канале, а следовательно, и во всем тракте машины будет:

г>_ F pb (Риас —Po) I2

С целью определения оптимальной скорости работы поливной машины рассмотрим тепло- и массообмен в процессе высушивания рабочего слоя ленты.

Из основных положений молекулярной физики следует, что боль­ шая часть молекул растворителя при температуре ниже температуры

287

кипения не обладает кинетической энергией достаточно для того, чтобы оторваться от поверхности жидкости. В пар перейдут только те молекулы, у которых составляющая скорости Ѵх, перпендикуляр­ ная к поверхности, больше критической величины Vg.

По закону Максвелла — Больцмана для фракций молекул, обла­ дающих скоростью от Ѵх до Vх -f dVx, действительно уравнение:

Верхний предел скорости может иметь любое большое значение, поэтому

всегда оказывается ниже этой расчетной величины.

Ранее мы установили, что в период постоянной скорости скорость сушки можно выразить уравнением (89). Наряду с этим известна зависимость Кр от скорости движения и плотности теплоносителя,

где о — скорость движения теплоносителя; у — плотность тепло­ носителя.

Таким образом, скорость сушки в первый период (интенсивного испарения) высушивания рабочего слоя выражается следующим уравнением:

288

Скорость сушки в данном случае определяется толщиной рабочего слоя ленты, его температурой, десорбционной способностью при­ меняемых растворителей и временем.

Определение скорости сушки в данном случае ведут, вычисляя коэффициент диффузии [1]:

Qt^-Â=(cn- c K) ѴЪ . Vi

V л

где Qi — количество растворителей, испарившихся за время t через единицу поверхности рабочего слоя; сн и ск — начальное и конечное влагосодержание в рабочем слое; D — коэффициент диффузии рас­ творителей в слое.

Это уравнение действительно для пленок конечной толщины при условии постоянства концентрации растворителей в средних ее

слоях. Если построить график зависимости Q = f(]/"t), то первые точки лягут на прямую, по углу наклона которой можно определить коэффициент диффузии. Такое определение можно считать справед­ ливым только тогда, когда коэффициент диффузии не зависит от концентрации растворителей в рабочем слое. В обратном случае необходимо провести дифференциальные измерения при разных концентрациях, так как при небольшой разности сн — ск коэффи­ циент диффузии остается практически постоянным. Провести такие измерения с достаточной точностью невозможно [1].

Причиной резкого уменьшения коэффициента диффузии при пони­ жении влагосодержания в рабочем слое является увеличение плот­ ности упаковки макромолекул и надмолекулярных образований связующего полимера. Этому способствует в случае использования отверждающегося полимера образование пространственной струк­ туры. Возникающие расчетные затруднения устраняют упрощением вида зависимости D — / (с) [324]. Можно предположить, что при известной критической концентрации скр величина коэффициента диф­ фузии меняется скачкообразно, причем D > D 0. Преимуществом такого упрощения является возможность более простого описания вида этой функции уравнением:

е, = - 7 = г ( с - е кр) ѴЪѵт

Уя

Урабочих слоев с толщиной —10 мкм скорость диффузии опре­ деляется только температурой рабочего слоя:

•необходимая для достижения такой же концентрации сухого остатка

290