книги из ГПНТБ / Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент

формой которого является растровый валик, погруженный в ванну, наполненную суспензией [320]. Полимерная основа прижимается к ра­ стровому валику расположенным рядом с ним валиком, поверхность которого покрыта резиной. Для удаления излишка суспензии с по­ верхности растрового валика и повторного ее использования уста­ новлен специальный нож. Растр валика выполнен в виде треугольных линейных канавок, расположенных под углом 45° к образующей. В зависимости от частоты и глубины линий растра діеняется толщина

Большее распространение получила следующая схема узла нане­ сения суспензии растровым валиком (рис. 108). Растровый валик 2 приводится во вращение индивидуальным привододг. Из фильеры У, работающей под давлением и расположенной ниже оси растрового валика, на его поверхность поступает суспензия. По ходу вращения валика установлен ракель 4, удаляющий суспензию с пробельных участков. Сверху к растровому валику валикоді 3, поверхность которого покрыта резиной, прижимается основа. Во время контакта за счет сил поверхностного натяжения суспензия из канавок растро­ вого валика переходит на поверхность основы 5.

Фильера снабжена пневматическим устройстводг, позволяющим при необходидюсти быстро отводить ее от растрового валика. По­ верхность растрового валика хродгирована для увеличения срока службы растра. Излишки суспензии с пробельных участков растра валика удаляются ножом. Нож, удаляющий излишки суспензии, связан с пневматической системой, сообщающей ему возвратно­ поступательное перемещение вдоль растрового валика, он выпол­ няется из специальных сортов стали или пластмассы. Возвратно­ поступательное движение ножа способствует удалению излишка суспензии и уменьшает его износ. Контакт основы с растровым вали­ коді осуществляется прижимным валиком, поверхность которого покрыта слоем резины толщиной около 20 мм. Для покрытия по­ верхности прижимного валика используют специальные сорта ре­ зины, устойчивые к действию растворителей, входящих в состав суспензии магнитного порошка. Контакт діежду прижидіным и ра­ стровым валиками обеспечивается двудія пневматическими цилин­ драми, поршни которых связаны осью и зубчатой рейкой, что по­ зволяет регулировать контакт раздельно для каждой опоры и под­ держивать строгую параллельность прижимного и растрового валиков. Управление прижимным валиком вынесено на общий пульт управления машины.

Очень важно создать оптимальную силу прижима, так как при недостаточном контакте прижимного и растрового валиков возможно проскальзывание основы и неравномерное нанесение суспензии на отдельные ее места. В случае же чрезмерного прижима растр деформирует основу, что затрудняет в далыіейшеді разравнивание слоя суспензии. Для регулирования натяжения основы служит специальный валик.

282

Толщина наносимого на основу слоя суспензии определенного состава зависит от параметров растрового валика. Растровые валики характеризуют числом линий на 1 см поверхности. Практически используют валики с числом линий от 10 до 46 на 1 см. Канавки имеют треугольный профиль и располагаются под углом 45° к оси валика. Глубина канавок определяется их числом на 1 см поверх­ ности и равна приблизительно х/з их ширины h. Ширина канавок находится в пределах от 350 мкм для растра с 10 лин/см до 60 мкм для растра с 60 лин/см. При условии полного перехода суспензии из канавок растра на основу толщина ее влажного слоя будет ll 2h.

Толщина высохшего рабочего слоя ленты определяется соотно­ шением:

А г . h

Л =Ау 2

где К ѵ — коэффициент объемной упаковки рабочего слоя. Практически в силу поверхностного взаимодействия полный

переход суспензии из канавок растрового валика невозможен и тол­ щина сухого рабочего слоя определяется следующей зависимостью:

б - ККу ~

где К — коэффициент, характеризующий степень перехода суспен­ зии из канавки.

Коэффициент К всегда меньше единицы, и его величина опре­ деляется скоростью движения основы и степенью ее прижима к растровому валику.

После нанесения слоя суспензии основа поступает на разравнива­ ющее устройство, представляющее собой набор плоских постоянных магнитов, разделенных диамагнитными прокладками, или разрав­ нивающий нож. Под действием магнитного поля частицы магнитного порошка, распределенные в суспензии, при движении основы, несу­ щей ее слой, несколько затормаживаются, в результате чего суспен­ зия более равномерно распределяется на поверхности основы. Далее основа, несущая слой суспензии, находящийся еще в вязкотекучем состоянии, проходит ориентирующее устройство, где игольчатые частицы магнитного порошка ориентируются вдоль линий силового поля, после чего она поступает на высушивание.

К преимуществам способа нанесения суспензии на основу растро­ вым валиком следует отнести высокую равномерность образующегося рабочего слоя магнитной ленты, высокие скорости нанесения. Вместе с тем такой способ имеет и недостатки, к которым, в частности, отно­ сится возможность возникновения в магнитных лентах паразитной амплитудной модуляции, обусловленной характером поверхности растрового валика. Кроме того, трудно регулировать толщину наносимого на основу слоя суспензии, а переход от одной толщины к другой требует смены растрового валика. Нужно также отметить сложность и трудоемкость изготовления растровых валиков, что повышает их стоимость.

В некоторых работах [320, 321] рекомендуют способ изготовления магнитных лент методом распыления суспензии на движущуюся

283

основу при помощи специальных форсунок или сопел, в которых суспензию подают под большим давлением. Однако до настоящего времени этот способ широкого распространения не получил.

игольчатой формы, обусловливающей магнитную анизотропию, поз­ воляет увеличить отдачу ленты и уменьшить уровень шума. Путь улучшения указанных свойств заключается в приложении внешнего магнитного поля к рабочему слою,нанесенному на основу и находя­ щемуся еще в вязкотекучем состоянии [322, 323]. В результате игольчатые частицы располагаются в направлении приложенного магнитного поля, обеспечивая увеличение остаточной намагничен­ ности и крутизны кривой безгистерезисного намагничивания.

Магнитные свойства и рабочие характеристики ленты улучшаются только в том случае, когда направление поля записи совпадает с на­ правлением ориентации частиц. Таким образом, рабочий слой ленты приобретает большую анизотропию магнитных свойств, определя­ емую коэффициентом ориентации, под которым понимают отношение остаточной магнитной индукции ленты в продольном и поперечном направлении прилагаемого поля намагничивания. Различают макси­ мальный и эффективный коэффициенты ориентации. Максимального коэффициента ориентации можно достичь только при полном высу­ шивании слоя суспензии магнитного порошка во внешнем магнитном поле. Практически трудно достичь полного высыхания слоя, движу­ щегося вместе с основой в магнитном поле со значительной ско­ ростью. Поэтому пользуются понятием об эффективном коэффициенте ориентации. Это величина коэффициента ориентации, которая дости­ гается при прохождении основы с нанесенным на нее слоем суспензии через ориентирующее устройство при оптимальной скорости движе­ ния системы основа — суспензия для данной поливной машины. По выходе из ориентирующего устройства суспензия все еще пред­ ставляет собой вязкотекучую систему, макромолекулы связующего полимера которой способны к релаксации. Это является причиной

на коэффициент ориентации магнитных частиц оказывает технологи­ ческий процесс приготовления суспензии магнитного порошка, в частности количество содержащегося в ней поверхностно-активного

284

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

при температуре Т 0; Т — абсолютная температура; К — коэф­ фициент, определяющий десорбцию растворителей.

Практика показывает, что в данном случае процесс сушки не зависит от скорости диффузии.

Расчетная характеристика процесса высушивания. В качестве примера приведем материальный расчет процесса высушивания слоя суспензии магнитного порошка, нанесенного на основу с помощью поливной машины, сушилка которой включает предварительную (активную) зону, струйную и петлевую. С целью упрощения, что вполне допустимо для технологического расчета, второй период сушки учитывать не будем. Независимо от типа устройства, при­ меняемого для нанесения суспензии, испарение растворителей начи­ нается уже непосредственно вблизи него. Однако, как известно из практики, основная часть растворителей испаряется в активной (40%) и струйной (50%) зонах сушилки. В петлевой зоне (досушке)