Устройство и способы изготовления лент

Магнитная система записи информации широко применяется в различных областях науки, техники, культуры и особенно широко — в профессиональной и любительской звукозаписи.

Успехи магнитной записи в значительной мере объясняются не» прерывным совершенствованием носителей записи. В первых аппаратах магнитной записи в качестве носителей использовались стальные ленты и проволоки; в дальнейшем были предложены и другие вида носителей. Носители магнитной записи могут различаться по назначению, форме, устройству, материалу основы и рабочего слои, способу нанесения рабочего слоя н другим признакам.

Наибольшее распространение получили сплошные металлические ленты и проволоки из нержавеющей стали, биметаллические ленты диски и барабаны, имеющие ферромагнитное металлическое покрытие, ленты, диски и листы с пластмассовой основой и порошковым рабочим слоем.

Выдающееся значение в развитии магнитной записи имело изобретение порошковой магнитной ленты. Первое предложение об изготовлении магнитной ленты путем нанесения на целлулоидную основу рабочего слоя из магнитного порошка было сделано И. И. Крейчманом (СССР) в 1925 г. В 1928 г, Ф. Пфлоймер (Германия) также предложил изготовлять магнитные ленты путем нанесения рабочего слоя из намагничивающегося вещества на гибкую основу из бумаги, целлулоида н других материалов.

В 1935 г. на Германской радиотехнической выставке демонстрировался новый звукозаписывающий аппарат — магнитофон, в котором в качестве носителя записи использовалась порошковая магнитная лента, а с 1937 г. германское радиовещание ввело такие магнитофоны в эксплуатацию. После второй мировой войны производство порошковых магнитных лент началось и в других странах. В настоящее время в США, ФРГ, Франции, Англии, Японии, Бельгии и других государствах выпускаются различные типы высококачественных лент различного назначения, в том числе и для звукозаписи.

В Советском Союзе производство порошковых магнитных лент (тип 1) было начато в 1954 г. Шосткинским химическим заводом. В 1955 г. на этом же заводе было освоено производство ленты типа 2, а в 1958 г. сделаны опытные поливы ленты типа 3. В 1959 г. Шосткинским химическим заводом были разработаны ленты типа 4 и 4А, а с 1960 г. завод начал выпускать ленту типа 6. Ленты типа 2 и 6 выпускаются на диацетатной основе. В 1965 г. на международной химической выставке в Москве Шосткинский химический завод демонстрировал ленту типа 6 на лавсановой основе. В настоящее время Шосткинскнй химический завод выпускает, кроме того, ленту типа 6Р, отличающуюся большей однородностью чувствительности и частотной характеристики н подготавливает выпуск лент толщиной 37 мк на диацетатной (тип 9) и лавсановой (тип 10) основах.

Устройство лент. По своему устройству порошковые магнитные ленты могут быть сплошными или многослойными.

Сплошные ленты состоят из полихлорвинила, в котором равномерно распределен магнитный порошок. Известны пять типов сплошных лент: L(I. G. Farben, Германия, 1943 г.), L-extra (BASF, ФРГ, 1951 г.), EN и ER (Anorgana, ФРГ, 1955 г.) и лента чехословацкого производства.

Сейчас сплошные ленты не изготовляются, так как их электро-акустические свойства хуже, чем у многослойных лент. Основной причиной плохих свойств сплошных лент является малая объемная концентрация магнитного порошка (5—10%). Увеличение же концентрации его вызывает уменьшение прочности ленты.

многослойные ленты. Наибольшее распространение получили двухслойные ленты, состоящие из основы и нанесенного на нее рабочего слоя. Иногда для улучшения адгезии рабочего слоя к основе (прочности сцепления) между ними наносится специальный подслой. Для улучшения качества намотки обратная сторона некоторых лент делается матовой либо путем нанесения дополнительного слоя с шероховатой поверхностью, либо каким-нибудь другим способом. С целью уменьшения абразивности лент и повышения их износостойкости поверх рабочего слоя иногда наносится защитный слой толщиной 1—1,5 мк. Известны также предложения об улучшении электроакустических свойств лент путем нанесения нескольких разнородных по свойствам рабочих слоев, однако на практике они еще не используются.

Основы. Б качестве материала основы двухслойных лент ис-пользуется диацетилцеллюлоза (ДАЦ), триацетилцеллюлоза (ТАЦ), поливинилхлорид (ПВХ) и полиэтилентерефталат (ПЭ). В разных странах основа из полиэтйлентереф’талата имеет различные названия (в СССР — лавсан, в США — майлар, н ФРГ — хостафан, в Англии — милайнекс, во Франции — терфан).

Диацетнл- и триацетилцеллюлозная основы изготовляются методом полива, который заключается в следующем: материал основы, разведенный в растворителе, тщательно фильтруется и через фильеру выливается на движущуюся металлическую ленту или барабан. После высыхания готовая пленка получается в 5—7 раз тоньше жидкого слоя. Далее полученная пленка досушивается в сушильном шкафу и сматывается в рулоны. Одна из сторон пленки может быть получена матовой, если поверхность металлической ленты или барабана сделать шероховатой.

Поливинилхлоридная основа изготовляется из порошка поливинилхлорида вальцеванием и последующим каландрированием. Прочность поливинилхлоридной пленки может быть повышена путем предварительного растяжения. Недостатком поливинилхлоридной: основы является низкая температура размягчения и наличие в ней мелких отверстий, которые при растяжении увеличиваются, принимая овальную форму.

Полиэтилентерефталатная основа изготовляется из эфира поли- терефталевой кислоты путем вытягивания из расплава через фильеру. Если фильера имеет плоскую форму, то пленка получается в виде широкой ленты. Предварительное растяжение такой пленки може1 производиться с Помощью Механических захватов. При круглой фильере пленка получается в виде трубы, растяжение которой может быть достигнуто с помощью сжатого воздуха. Готовая основа досушивается в сушильном шкафу и сматывается в рулоны.

По совокупности свойств лучшей основой в настоящее время является полиэтилентерефталатная. Затем, в порядке ухудшения свойств, следуют поливинилхлоридная, три- и диацетнлцеллюлозная основы.

Полиэтилентерефталатная основа используется в основном для изготовления тонких лент (толщиной 37, 26, 18 и 12 мк), а также для лент большей толщины (55 JK/C), предназначенных для больших механических нагрузок и длительного хранения.

Поливинилхлоридная н триацетилцеллюлозная основы применяются для лент толщиной 55, 37 н 26 м/с, а диацетилцеллюлозная — для лент толщиной 55 и 37 мк. Следует отметить, что основы, изготовленные нз одного н того же материала разными изготовителями, могут отличаться по своим свойствам.

Помимо определенной прочности, термо- и влагостабильности к основе предъявляется весьма жесткое требование в отношении ее равнотолщинности. Непостоянство толщины основы неизбежно приводит к непостоянству толщины рабочего слоя, а следовательно, и к неоднородности электроакустических свойств ленты.

Магнитные порошки. В настоящее время для изготовления рабочего слоя магнитных лент применяются порошки гамма-окисла железа и железо-кобальтовый феррит. В качестве исходного сырья для получения порошков используется магнетит, представляющий собой железный феррит состава. Магнетит — это порошок черного цвета, кристаллизующийся в кубической системе обращенной шпинели. При нагревании в атмосфере воздуха он при температуре около 150° С приобретает красно-коричневый цвет.

Форма частиц магнетита зависит от способа его приготовления. При осаждении аммиаком из раствора солей закиси железа в присутствии окислителя частицы магнетита имеют кубическую форму. При восстановлении водородом железноокисных пигментов, к которым. относятся немагнитный гидрат окиси железа и окись железа, размер и форма частиц магнетита зависят от размера и формы частиц исходного пигмента, которые в процессе восстановления почти не изменяются. Используя этот способ получения магнетита, можно получить частицы нужных размеров и формы (например, игольчатой).

Магнетит может быть получен и другими способами, например, путем разложения щавелевокислого железа при ограниченном доступе воздуха или в среде инертного газа.

Процесс получения порошка yFe203 состоит в окислении магнетита.

Феррит кобальта образуется при замещении в магнетите двухвалентного железа кобальтом. Так же, как и магнетит, феррит кобальта кристаллизуется в кубической системе обращенной шпинели. Магнитные свойства порошка феррита кобальта зависят от содержания кобальта и могут изменяться в широких пределах. Порошок феррита кобальта коричневого цвета. Чем выше содержание кобальта. тем темнее цвет порошка.

Известны и другие методы получения магнитных порошков, например, путем длительного электроосаждения и осаждения на ртутном катоде.

В отечественных лентах типа 2 и 6 используются соответственно следующие порошки; феррит кобальта кубической формы с размером около 0,4 мк и гамма-окисел железа игольчатой формы с длиной частиц около 0,4 мк и отношением длины к диаметру приблизительно равным трем. Микрофотографии этих порошков приведены на рис. 1.

Магнитный лак состоит из магнитного порошка, связующего вещества, растворителя, пластификатора и различных добавок. Последние вводятся с целью ускорения процессов смачивания и диспергирования (т. е. разделения друг от друга) частиц порошка, увеличения электропроводности рабочего слоя и уменьшения его абразивности. Связующее вещество подбирается в зависимости от материала основы.

Магнитный лак приготовляется путем смешения компонентов в шаровых мельницах или аттритерах. Состав и режим приготовления лака выбираются так, чтобы обеспечить его однородность, высокую объемную концентрацию порошка, стабильность свойств во времени и хорошую фильтруемость При использовании порошка с игольчатой формой частиц последние в процессе приготовления магнитного лака не должны по возможности ломаться.

Способы изготовления лент. Сплошные ленты изготовляются путем вальцевания и последующего календрирования смеси магнитного порошка и порошка поливинилхлорида.

Изготовление двухслойных лент производится двумя способами: одновременным отливом основы и рабочего слоя и нанесением рабочего слоя на готовую основу.

При первом способе полив производится на бесконечную металлическую ленту, натянутую на два барабана. Один из барабанов приводится во вращательное движение с помощью электродвигателя и редуктора, а второй свободно вращается в подшипниках. Полив основы и рабочего слоя производится из двух фильер, расстояние между которыми подобрано так, чтобы основа подходила к фильере с магнитным лаком еще не полностью высохшей. Это улучшает адгезию рабочего слоя к основе. Указанным способом можно изготовлять ленты лишь на диацетил- и триацетилцеллюлозной основах. Режим сушки является компромиссным и не может быть оптимальным ни для основы, ни для рабочего слоя.

Способ нанесения рабочего слоя на готовую основу более совершенен, так как позволяет выбрать оптимальный режим сушки как основы, так и рабочего слоя. Достоинством этого способа является более высокая производительность, возможность применения основ более широкого ассортимента и упрочнения основы путем предварительного растяжения.

Нанесение рабочего слоя на готовую основу в свою очередь может производиться различными способами и в том числе поливом лака из фильеры и намазыванием вращающимся роликом, нижняя часть которого опущена в магнитный лак.

Ориентация частиц порошка. Если для приготовления магнитного лака используется порошок с анизотропными (например, игольчатыми) частицами, то электроакустические свойства ленты могут быть улучшены путем ориентации частиц порошка вдоль направления, в котором она будет намагничиваться при записи. Ориентация осуществляется путем воздействия магнитным полем на еще жидкий рабочий слой.

Ориентирующее устройство должно быть расположено в непосредственной близости от места нанесения рабочего слоя, с тем чтобы вязкость лака не успела заметно увеличиться.

Степень ориентации зависит от напряженности и продолжительности воздействия магнитного поля, вязкости и скорости высыхания магнитного лака, формы и размеров частиц порошка.

Обычно напряженность магнитного поля должна быть приблизительно равна 65 ка/м. Ориентация частиц порошка позволяет также несколько повысить его объемную концентрацию в рабочем слое благодаря упорядочению расположения частиц.

Каландрирование и полировка. Для улучшения качества поверхности рабочего слоя применяют каландрирование и полировку. Каландрирование, кроме того, может несколько увеличить объемную концентрацию порошка в рабочем слое. Каландрирование производится многовалковыми каландрами, изготовленными из разных материалов. Давление валков и их температура выбираются экспериментально.

Полировка рабочего слоя ленты может осуществляться различными способами, например, вращающимися металлическими щетками и щетками из искусственного волокна. В лабораторных и домашних условиях ленту можно отполировать с помощью несложных приспособлений, устанавливаемых на плате лентопротяжного механизма. Простейшее приспособление состоит из направляющих металлических роликов и прижимного обрезиненного ролика, осуществляющего давление в месте контакта двух участков ленты. Полировка производится благодаря трению рабочего слоя одного участка ленты о рабочий слой другого ее участка. Недостатком этого способа является необходимость довольно значительного натяжения ленты.

Лучшие результаты н при меньшем натяжении (0,15—0,2 н)  могут быть получены с помощью приспособления, в котором полировка производится резцом из синтетического корунда. Если качество поверхности рабочего слоя ленты плохое, то полировка значительно улучшает его, увеличивает амплитуду сигналов с малой длиной волны записи и уменьшает неоднородность чувствительности. При любом способе полировки необходимо удалять отделившиеся частицы рабочего слоя, например, с помощью пылесоса.

В последние годы в ряде стран ведутся интенсивные исследования по созданию магнитных лент с рабочим слоем из металлических сплавов, наносимых на пластмассовую основу методом распыления в вакууме, а также химическим и электрохимическим способами.