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Magnetisches Aufzeichnungsband Die Erfindung bezieht sich auf hahnenförmiges
magnetisches Aufzeichnungsmaterial, insbesondere in Form eines schmalen Bandes,.
zum Aufspeichern von Zeichen, z. B. magnetischen Stromstößen.
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Bahnenförmiges magnetisches Aufzeichnungsmaterial besteht für gewöhnlich
aus einem fein unterteilten magnetischen Pulver, das in einem plastischen Bindemittel
verteilt und auf eine dünne, biegsame Trägerbahn aufgestrichen wird. Früher wurden
Eisenoxydteilchen verwendet, die in Nitrocelluloselackbindemittel dispersiert und
auf dünnes Papier aufgestrichen wurden. Neue Abwandlungen verwenden verschiedene
verbesserte Bindemittel auf Polymerbasis, vorzugsweise mit Celluloseacetatträgern
oder anderen nicht faserigen Filmträgern. Die gestrichene Bahn wird in schmale endlose
Streifen geschnitten und auf Haspeln aufgewickelt. Die Erfindung schafft ein magnetisches
Aufzeichnungsband, das aus einem dünnen, biegsamen Träger und einem magnetisch beeinflußbaren
Auftrag besteht und einen (hier später begrifflich bestimmten) Reibungszug von nicht
mehr als etwa 30 g besitzt, wobei der Auftrag in der Hauptsache aus einem
in einem Polymerbindemittel dispersierten magnetischen Pulver besteht, das einen
beständigen reibungsvermindernden Bestandteil einer kleinen Menge von polymerischem
Dimethylsilicium hohen Molekulargewichts enthält.
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Zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Zeichen, Lauten usw. wird das
Band an festen Magnetköpfen mittels einer mit gleichbleibender Geschwindigkeit umlaufenden
Zugvorrichtung od. dgl. vorbeigeführt. Es ist wesentlich, daß die magnetischen Teilchen
des Bandauftrages in dichter Nähe zu den magnetischen
Köpfen kommen,
da die verfügbaren magnetischen Kräfte sehr klein sind. Deshalb steht das Band unter
ziemlicher Spannung, wenn es durch den magnetischen Spalt hindurchläuft und sich
gegen den Magnetkopf preßt. Bei den bisher üblichen Bandausführungen ergaben diese
Bedingungen hohe Reibungskräfte zwischen dem Band und dem Kopf und gaben Anlaß zu
Störgeräuschen oder Modulationsgeräuschenindem wiedergegebenen Ton.
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Das Abdecken der Magnetköpfe mit einem die Reibung vermindernden Material
ist unpraktisch, und zwar wegen des an diesen Stellen auftretenden dauernden Verschleißes
und der geförderten geringen Toleranzen. Die Schmierung der Bandoberfläche mit Schmierölen,
Wachsen usw. gibt nur eine geringe und zeitweilige Erleichterung; diese Stoffe erweichen
außerdem die gebräuchlichen Bindemittelmassen, so daß diese Massen bald abgeschabt
sind. Es muß aber selbst der geringste Verschleiß vermieden werden, da das von dem
Band abgehobene Material eine Neigung hat, sich an dem Magnetkopf zu sammeln und
das einwandfreie Arbeiten des Kraftlinienflusses zu stören.
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Die zwischen dem Band und dem Magnetkopf entwickelte Reibungskraft
kann mittels einer einfachen Versuchsvorrichtung genau bestimmt werden, in der das
Band unter bestimmter Spannung au einem festen Kopf bestimmter Form und aus bestimmtem
Material vorbeigezogen und der Zug durch eine Federwaage gemessen wird.
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Eine derartige Vorrichtung ist in der nachstehend beschriebenen Weise
aufgebaut und arbeitet wie folgt: Ein gereinigter, polierter, flacher Metallstreifen
aus Mu-Metall von 6,35 mm Breite und 25,4 mm Länge wird in die Bodenfläche -einer
6,35-mm-Rinne eingekittet, die in einen 25,4 mm breiten Block aus Metall oder Kunststoff
eingeschnitten ist. Der Block dient lediglich als Träger für den Metallstreifen
und als Führung für das Tonband. Der Block wird auf der Tischoberfläche oder auf
einer anderen Fläche verankert. Das Probeband, dessen Länge 304 mm oder mehr und
dessen Breite 6,35 mm beträgt, wird mit einer Federwaage verbunden und in die Rinne
oder die Nut so eingelegt; -daß die mit magnetischem Stoff überzogene Fläche den
Metallstreifen berührt. Auf die Fläche des Metallstreifens wird nun ein Druck zur
Einwirkung gebracht, und zwar mittels einer Filzplatte, die mit einer in die Rinne
passenden und etwa 50 g wiegenden flachen Messingschiene hinterlegt ist.
Die Schiene wird in der Rinne durch ein; Scharnier oder ein Band gehalten. Das Aufzeichnungsband
wird dann zwischen dem aus poliertem Metall bestehenden Reibungsstreifen und dem
mit Filz bedeckten Gewicht durch die Rinne unter Zug an der Federwaage hindurchgezogen
und der erforderliche Zug aufgezeichnet. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird so gewählt,
daß eine glatte, stoßlose Bewegung des Aufzeichnungsbanden über den Metallstreifen
weg aufrechterhalten wird. Von zehn oder mehr Versuchen, die alle bei normaler Raumtemperatur
durchgeführt werden, wird der Durchschnitt genommen.
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Mu-Metall ist eine Legierung von etwa 75 °/o Nickel, 20 °/a Eisen
und kleinen Mengen von Kupfer, Chrom, Molybdän usw. Die Legierung besitzt eine hohe
magnetische Permeabilität. Diese Art von Metall wird in großem Umfange für Schichtbleche
von Magnetköpfen in magnetischen Aufzeichnungsvorrichtungen verwendet, so da.ß die
bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse direkt vergleichbar sind mit den Ergebnissen,
die erhalten werden, wenn das Band beim magnetischen Aufzeichnen verwendet wird.
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Es wurde die Beobachtung gemacht, daß magnetische Aufzeichnungsbänder,
die einen größeren Reibungszug als etwa 30 g bei dem obigen Versuch zeigen,
und besonders diejenigen Bänder, die einen höheren Reibungszug, wie etwa 5o bis
7o g, haben, Störgeräusche und Modulationsgeräusche erzeugen, während die Bänder
der Erfindung, die einen Reibungszug von weniger .als etwa 30 g und in vielen
Fällen weniger als 25 g besitzen, vollständig frei von diesen Geräuschen sind, sobald.
sie bei irgendeinem der jetzt erhältlichen magnetischen Aufzeichnungsgeräte verwendet
werden.
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Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein magnetisches Aufzeichnungsband.
mit niedrigem Reibungszug zu schaffen. Ein anderes Ziel ist die Schaffung eines
magnetischen Aufzeichnungsbandes mit niederer Reibung und hohem Verschleißwiderstand,
das diese Eigenschaften über lange Aufbewahrungszeiten und während vieler Verwendungszyklen
beibehält. Ein bestimmteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines magnetischen
Aufzeichnungsbandes, in dem der in der dargelegten Art und Weise gemessene Reibungszug
weniger als etwa 30 g und vorzugsweise weniger als 25 g, aber nicht weniger
als etwa io bis 15 g beträgt.
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Es wurde nun gefunden, daß der Zusatz bestimmter Siliciumarten hohen
Molekulargewichts in kleinen Mengen zu dem Gemisch aus Bindemitteln und magnetischen
Teilchen wirksam ist und für dauernd den Reibungszug des entsprechend überzogenen
magnetischen Aufzeichnungsbandes vermindert und die aufgezählten verschiedenen Ziele
zu erreichen ermöglicht: Die Wirkung wurde unabhängig von der jeweiligen Bindemittelmasse
oder der Trägerbahn erzielt, wie dies aus den folgenden bestimmten Beispielen hervorgeht.
Beispiel i -Ein dünner Acetatcellulosefilm einer Dicke von 0,03556 bis 0,0q.05¢
mm und einer in Längsrichtung vorhandenen Zugfestigkeit von 6,81 bis 9,o8 kg je
25,q. mm Breite mit einer Streckung von weniger als 12 0/, bis zum Zerreißen
wurde als Träger gewählt. Der Film wurde mit einer gleichförmigen Dispersion von
nadelförmigem magnetischem Roteisenoxydpulver in einem Teil einer Bindemasse überzogen,
die im wesentlichen bestand aus dem Copolymer von 45 Teilen Äthylacrylat und 55
Teilen Methylmetacrylat, aufgelöst in einem Gemisch aus Toluol und Aceton, wobei
die Dispersion auf ioo Teile des magnetischen Oxyds auch 1,3 Teile eines halbfesten
hochmolekularen, durchscheinenden, plastischen Dimethylsiliciümpolymers enthielt.
Das Silicium war nur teilweise in dem Lösungsmittelgemisch löslich, wurde jedoch
durch längeres Mischen gleichmäßig dispersiert.
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Ohne den Siliciumzusatz hatte ein derartiges Band einen weit höheren
Reibungszug als 30 g, der im Durchschnitt gewöhnlich zwischen 70 und
8o g lag. Dagegen
hatte das nach dem Beispiel ausgeführte Band einen
Reibungszug von weniger als 25 g, wobei der Durchschnitt bei 22 g lag. Die Verdopplung
der Siliciummenge ergab eine noch weitere Verminderung dieses Wertes auf io bis
2o g. Die Wirkung war eine dauernde. Die Werte blieben selbst nach einer längeren
Lagerung und nach zahlreichen Auf- und Abwicklungen durch eine übliche magnetische
Tonaufzeichnungsvorrichtung hindurch die gleichen. Beispiel 2 Als Träger wurde ein
Film verwendet, wie er in Beispiel i benutzt wird. Das Bindemittel bestand aus einem
Copolymer von gleichen Teilen N-butylacrylat und Methylmetacrylat. Ein schwarzes,
nadelförmiges, magnetisches Eisenoxydpulver wurde in einer Lösung des Bindemittels
in einem eine kleine Menge Aceton enthaltenden Toluol gleichförmig dispersiert.
Gleichzeitig wurde das Siliciumpolymer des Beispiels i in die Masse eingemischt,
wobei die Siliciummenge 1,3 °,'o des Gewichts an magnetischem Oxyd betrug. Der glatte
getrocknete Auftrag dieser Dispersion auf den Acetatfilm hatte ein Gewicht von
0,39 bis 0,455 g je i54,8 cm2.
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Die Reibungskraft des nach diesem Beispiel hergestellten Bandes lag
zwischen 15 und 3o g. Mit der doppelten Siliciummenge war der Zug gleichförmiger
und blieb bei 15 g. Reibungskräfte von 5o bis 65 g traten auf, sobald das Silicium
weggelassen wurde. Bei diesen Werten traten in dem Band Erschütterungen während
der Aufzeichnung auf, die beim Abspielen als Stör- und Modulationsgeräusche sich
zeigten.
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Wurden die Überzüge oder Aufträge anstatt auf den Celluloseacetatfilm
auf behandelte Papierunterlagen aufgebracht, so wurde besser die höhere Siliciumpolymermenge,
d. h. etwa 2,6 Gewichtsprozent des Magnetoxyds, verwendet. Beispiel 3-Um das Bindemittel
für dieses Beispiel herzustellen, wurden 4 Teile eines stabilisierten Copolymers
aus Vinylchlorid (9o Teile) und Vinylacetat (io Teile) mit i Teil von frisch geknetetem
kautschukartigem Butadiencopolymer (65 Teile) und Acrylnitril (35 Teile) in Lösung
in Methylisobutylketon gemischt. Magneteisenoxydpulver, und zwar in diesem Falle
ein Material, das aus klumpigen, nicht nadelförmigen Teilchen bestand, wurde zusammen
mit einer kleinen Menge des Siliciumpolymerisats zugesetzt, und das Gemisch wurde
auf einen Celluloseacetatfilm wie im Beispiel i aufgetragen, um ein hochwertiges
magnetisches Aufzeichnungsband mit vermindertem Reibungszug zu ergeben. Ohne das
Siliciumpolymer betrug der Zug wenigstens etwa 45 g und war oft höher als 65 g.
Bei o,6o °/o Silicium (bezogen auf das Oxydgewicht) war der Zug nur 16 g groß. Bei
1,3 °/o und bei 2,6 °/o wurden Werte von ii bzw. von 6 bis io g erhalten.
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Da das Siliciumpolymer teuer ist, ist seine Verwendung in kleineren
Mengen erwünscht. Bei sehr kleinen Mengen ist jedoch die gleichförmige Verteilung
des Siliciums in dem Auftrag manchmal etwas schwierig durchzuführen, so daß fehlerhafte
Erzeugnisse erhalten werden. Etwa o,5 bis 1,5 °/o des Siliciumpolymerisats sind
allgemein gut wirkungsvoll, während von 2,o bis 2,5 o/, oder selbst etwas höher
gute Erfolge erzielt worden sind. Geringe Änderungen dieser Prozentsätze können
erwünscht sein, wenn z. B. andere gleichwertige Siliciumpolymere gesetzt werden;
im allgemeinen jedoch sollte die Siliciummenge annähernd o,5 bis 2,5 °/o des Gewichts
des Magneteisenoxyds betragen.
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Dünnes Papier, wie z. B. dünnes Handfaserseidenpapier, das vorzugsweise
mit einem plastizierten Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer vorher getränkt worden
ist, hat sich als gut geeignete Trägerbahn für das magnetische Aufzeichnungsband
der Erfindung an Stelle des Celluloseacetatfilms erwiesen. Die Imprägniermasse und
die behandelte Bahn können gefärbt werden oder können auf andere Weise ein Identifizierungskennzeichen
erhalten. Dieses imprägnierte Papierband hat einen etwas höheren Reibungszug für
einen bestimmten Prozentsatz an Silicium als das Filmband, so daß zur Erzielung
der gleichen Ergebnisse etwas mehr Silicium erforderlich ist.
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Die faserige oder nichtfaserige Trägerbahn kann mit einer ersten Klebstoffgrundierschicht
überzogen werden, so daß eine bessere Klebverankerung zwischen dem Träger und der
magnetischen Schicht entsteht.
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Die Magnetschicht enthält für gewöhnlich etwa 2 Teile magnetisches
Eisenoxyd oder eine gleichwertige Menge eines anderen magnetischen Pulvermaterials
auf etwa i Teil Bindemittel. Größere Oxydmengen vermindern die Wirkungskraft des
Bindemittels. Kleinere Oxydmengen geben eine ungenügende magnetische Kraft zum Speichern
und zur Wiedergabe der zur Einwirkung gebrachten Zeichen. Kleine Änderungen dieser
Mengenverhältnisse haben keine bemerkenswerte Wirkung auf den Reibungszug des verbesserten
Aufzeichnungsbandes.
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Der Auftrag des magnetischen Gemisches kann mittels Schaberklingen,
Auftragwalzen oder Auftragmesser, Tiefdruckverfahren oder in irgendeiner zweckentsprechenden
Weise erfolgen. Der fertige Auftrag muß dick genug sein, damit eine angemessene
magnetische Kraft erzeugt wird, und muß außerdem glatt und gleichförmig sein. Glättvorgänge,
wie z. B. das Kalandern der gestrichenen und getrockneten Bahn, helfen manchmal
beim Erzielen eines Aufzeichnungsbandes besserer Güte.
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Bei einigen Arten von Aufstrichen ist das Aufbringen von mehreren
Schichten vorteilhaft. In diesen Fällen braucht nur die Außenschicht das Siliciumpolymer
zu enthalten. Es wurde jedoch gefunden, daß bessere Ergebnisse durch Einlagerung
des Siliciums in die Überzugsmasse hinein als durch Auftragen des Siliciums auf
die Außenfläche der gestrichenen und getrockneten magnetischen Schicht erhalten
werden. Dies trifft besonders hinsichtlich der Beständigkeit der erzeugten Wirkung
zu. Werden Aufträge in mehreren Schichten vorgenommen, so kann die Gesamtmenge an
Silicium etwas verkleinert werden, jedoch sollte die Menge in der Außenschicht etwas
größer sein als erforderlich wäre, wenn die Gemische in einem einzigen Auftrag aufgestrichen
würden.
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Die überraschende Wirkung des Siliciumpolymers hinsichtlich der dauernden
Verminderung des Reibungszuges von magnetischen Aufzeichnungsbändern
ist
aus den in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Daten erkenntlich. Band A ist
ähnlich dem Band des Beispiels z und besteht aus einem Polyacrylatbindemittel und
Eisenoxydpulver als Auftrag auf einen Acetätfilm, wobei ein Zusatz von 1,3 °/o Silicium
erfolgte. Band B gleicht dem Band A, enthält jedoch kein Silicium. Band C ist aus
Band B hergestellt, indem auf den magnetischen Überzug aus einer wäßrigen Lösung
in Heptan heraus eine dünne Oberflächenschicht aus Paraffinöl aufgebracht wurde.
Band D ist ähnlich, jedoch wurde an Stelle des Paraffinöls Karnaubawachs verwendet.
Die Bänder wurden erprobt im frischen Zustand, nach einer Aufbewahrung bei 65,5°
C (Alterungsversuch) und nach 5oo Zyklen über einen warmen Kern, was einer Abspielprobe
entsprechen sollte. Die Temperatur von 65,5° C entspricht nahezu der Temperatur,
die im Löschkopf während des Arbeitens der üblichen magnetischen Tonaufzeichnungsmaschinen
entsteht. Die Bänder A und B wurden während 24 Stunden gealtert, die Bänder C und
D dagegen nur während 7 Stunden.
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Reibungszug der magnetischen Bänder in Gramm
| Band A |
| B C D |
| Behandlung Siliciumbehandelt öl Wachs |
| Ausgangszustand 25 65 38 45 |
| 65,5° C Alterung 25 65 70 65 |
| 500 Zyklen Abspiel 30 üb erioo - über ioo |
Sobald kleine Mengen von Öl und Wachs mit der Überzugsmasse vor dem Auftrag gemischt
wurden, wurde keine meßbare Verminderung des Reibungszuges erzielt. Größere Mengen
dieser Stoffe erweichten den Überzug und verminderten in sehr nachteiligem Maße
die Wirkung des Bindemittels.
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Die Bänder wurden auch zum Aufzeichnen und zum Wiedergeben von Musik
und Stimmen verwendet. Das Band A wickelte sich glatt von der Haspel ab, erzeugte
keinen sichtbaren Verschleiß der Magnetköpfe selbst bei langdauerndem Betrieb und
ergab eine ausgezeichnete Vorführung als magnetisches Aufzeichnungsmittel. Band
B zeigte die Neigung, an der Haspel zu kleben, besonders nach Aufbewahrung bei leicht
erhöhten Temperaturen. Es verursachte nach längerem 73etrieb einen sichtbaren Verschleiß
und gab kleine Mengen des Bindemittels und des magnetischen Pulvers an die Magnetköpfe
ab. Der hohe Reibungszug über die Köpfe äußerte sich in Stör- und Modulationsgeräuschen.
Die Bänder C und D hatten bei der ersten Probe einen etwas geringeren Reibungszug
als das unbehandelte Band, bei weiter fortgeführtem Versuch erhöhte sich jedoch
der Reibungszug, bis schließlich merkbare Störgeräusche auftraten. Der Auftrag von
Band C wurde nach dem Altern weicher als der von Band B befunden. Bei Verwendung
des Bandes D ergaben sich Wachsansammlungen an den Magnetköpfen.
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Die Siliciumarten sind definiert worden als polymere Organosiloxane,
in denen die Polymerketten aus wechselnden Siliciumatomen- und Sauerstoffatomen
bestehen und die an das Silicium anschließenden Seitenketten Kohlenwasserstoffradikale
sind. Langkettige oder hochmolekulare flüssige oder plastische Siliciumpolymere,
wie z. B. Dimethylsiliciumpolymer der vorstehenden bestimmten Beispiele, die aus
wenigstens etwa io Monomereinheiten bestehen und in denen die Seitenketten vorherrschend
Methylgruppen sind; fallen in diese Klasse und sind allgemein als geeignet für den
Zweck der Erfindung befunden worden. Gute Ergebnisse sind mit einer ganzen Anzahl
dieser Siliciumpolymere erzielt worden. Diese Siliciumarten können von verschiedenartigen
Molekulargewichten sein. Sie können zahlreiche Querbindungen enthalten, und eine
kleinere Menge der Methylgruppen kann durch längere Kohlenwasserstoffradikale, z.
B. Äthyl, Butyl, Oktyl usw., ersetzt werden.
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Das hier verwendete bestimmte Dimethylsiliciumpolymer und ebenso die
anderen gleichwertigen hochpolymeren Siliciumarten sind unlöslich oder wenigstens
nur teilweise in den Lösungsmitteln löslich, die üblicherweise für das Auftragen
der magnetischen Aufstriche von magnetischen Aufzeichnungsbändern verwendet werden,
und scheinen außerdem mit den Polymerbindemitteln unverträglich zu sein. Diese Unverträglichkeit
kann die Ursache sein für das Nichterweichen des Bindemittels bei Zusatz von wesentlichen
Mengen des Siliciums und auch für die Eigenschaft des Bandes, daß im aufgerollten
Zustand die Windungen des Bandwickels nicht oder nur schwach aneinanderhaften. Es
sollte erwartet werden, daß ein derartiges weiches und unverträgliches Material
während der Verwendung des Bandes schnell von der magnetischen Schicht abgestoßen
und abgerissen würde. Es könnte auch erwartet werden, daß derartige unverträgliche
Zusätze enthaltende Aufstriche keine wirksame Verbindung mit der Oberfläche der
Trägerbahn haben würden, auf die sie aufgestrichen sind. Überraschenderweise haftet
jedoch der Aufstrich sehr gut, und das Band behält seinen anfänglichen geringen
Reibungszugwert sowie seine anderen erwünschten Eigenschaften selbst nach langer
Aufbewahrung in Rollenform und nach praktisch zahllosen Verwendungszyklen.