磁性记录纸及磁卡
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《涂布加工纸技术手册》第363页（5885字）
1．磁性记录的发展概况
磁性记录纸和磁卡是一种新型的资讯记录机能材料，它也是一种高附加值的特种纸。这种机能材料是以纸或薄膜为基材，在上面涂布磁性材料而成。国外早在20世纪30年代就已经使用磁性材料作记录了。例如，1934年德国的巴斯夫(BASF)公司，首先采用塑料带基涂敷四氧化三铁(Fe3O4)用来作录音使用。后来因为抗磁力(Hc)低，改用了伽玛-三氧化二铁(Fe2O3)作磁性材料的磁性体。这种磁性体一直沿用至今，仍在不断的改进中。约20年后，美国的杜邦公司研制成功了新型的三氧化铬(CrO3)为磁性体的磁带，使录音品质进一步得到了提高。
磁性记录机能材料的发展说明，50年代的前半期，磁性记录是以录音为中心而发展的；60年代末扩大到录影，以及作为电子计算机输入的磁性光学阅读卡(OMR)、磁盘、记忆元件之类的介质。其应用范围已越来越广泛，并扩大到资讯情报处理的用途上了。
60年代，日本的地铁、新干线高速列车车票，已普遍地使用配有自动剪票机的磁性车票，从此以后，日本更极力发展记录技术，应用范围扩大到银行存折、分类帐册、商品价目标志、工程管理、停车卡等等，见表6-49所示。
表6-49 各种磁性记录纸的特性
同时近几年，NHK等公司在不可擦光盘记录上，采用钆(Gd)、钴(Co)等非晶磁性光学材料制成可擦重复使用的磁光盘记录装置。用1μm以下的激光来调整讯号后，在磁光盘上扫描进行垂直磁化记录，用磁光效应读出，位密度可达104BPCm(或2．5×104BPI)，面密度可达108BPCm2(或6×108BPI)。在此技术领域内处于领先地位。
日本的磁性记录介质的生产厂家，主要有巴川制纸所，本州、三菱、大和制纸株式会社，山阳国策制浆，大日本印刷株式会社等。其中的造纸厂家，主要生产纸基磁性车票、停车证用的纸基磁性记录卡。1980年，日本纸基或塑料基磁性记录材料产量为1500～1700t，估计以年增长率10%的速度增长。日本把用卡印刷作为第四类主要产品，尽管它在总的印刷销售额内占有额极少，但它的年增长率却很高，达到15%。
与开发磁带用于录音的同时，一种配合自动收银机，使用带有磁带的信用卡，也出现在美国的消费市场。经过几十年的发展，目前美国、加拿大有90%以上的家庭日常生活购物活动都使用了信用卡。70年代，信用卡发展到了欧洲。50年代香港市面也开始出现了信用卡，同时在亚洲地区发展得很快。目前香港市面流行有30多种各式各样的信用卡，发行量达数百万张，几乎人手一卡。
2．磁记录原理及材料
磁记录原理是利用了磁滞原理(hystersis)的电磁转换特性。当磁记录头输入讯号电流Ⅰ时，则在磁头上产生相对应的磁场H，使记录层上的磁性层磁化，用与磁场强度在某一范围内成比例的残留磁化来进行记录。再生时刚好相反，是以残留磁化作为输出讯号，在再生磁头上所产生的讯号，与输入讯号属于同一波型，如图6-70所示。
图6-70 磁记录头的模型示意
磁性记录纸、磁卡是使用了颗粒状磁性材料、粘合剂、分散剂、润滑剂、抗静电剂等添加剂组成的涂料，涂布于纸基或薄膜上而成。
1)磁性体
作为磁记录用的颗粒状磁性材料，使用得最早和最为广泛的是针状的γ-Fe2O3，它是1950年由美国最先使用。三氧化二铁具有较好的物理和化学稳定性，应用于声频磁带、电子计算机(电脑磁带、软和硬盘中)；γ-三氧化二铁的生产成本最低，生产效率高，用量最大。现仍占世界磁记录材料的90%左右。低、中级的记录产品都采用它。
目前日本生产粉体磁性材料的厂家计有20多家，最大的厂家TDK公司年产量达33000t。1986年铁氧体总产量为76000t，预计今后几年的平均增长率在8．3%左右。美国也是磁性材料开发和生产先进国之一，它拥有先进设备，制造技术先进，而且市场大。美国1986年总生产能力为30000t，其中MMPA公司年产量达15000t，预计今后几年内将以10．8%的平均速度增长。
γ-Fe2O3一般用酸法合成，它的工艺流程如下：
所获得的γ-三氧化二铁轴比为(5～10)∶1、长度小于1μm的单畴针状，其矫顽力为15915．4～29443．5A／m。
其它的磁性颗粒材料有二氧化铬磁粉，钴改性的氧化铁磁粉，金属磁粉，钡铁氧体等。这些磁性材料各有其优点，钴磁粉、金属磁粉、钡铁氧体，在音像技术、数字磁盘等高记录密度领域中占据重要地位。
2)粘合剂
制备磁性材料所使用的粘合剂，是构成此材料的一种主要成分，最常用的有热塑性树脂的氯乙烯-醋乙烯共聚物，氯乙烯-丙烯腈共聚物，丙烯酸酯-氯乙烯叉共聚物等。最近为了改善耐磨耗性而采用氯乙烯共聚体的聚氨基甲酸酯的弹性体，加入聚异腈酸酯和硝基纤维素分散物特别有效。这类树脂具有软化点低于150℃，平均相对分子质量10000～200000，聚合度200～2000，用量为磁性材料质量份数的20%～25%。
3)分散剂
用于磁性记录体的分散剂，主要有长烷基链的硅烷合物，这些化合物具有11～17个碳链，如辛酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸等的脂肪酸，或这些酸的碱金属、碱土金属盐，分散剂对粘合剂的量约为0．5∶100～20∶100(质量比)。
4)润滑剂
润滑剂能减少磁记录介质同磁头、导轮之间的摩擦，从而减小磁头和记录层的磨损，使记录运行稳定。常用的润滑剂有硅油、石墨、二硫化钼、二硫化钙，有12～16个碳原子的羟基脂肪酸，以及具有3～12个原子的一元醇。用量是每100份粘合剂，一般用0．2～200份质量的润滑剂。
5)抗静电剂
抗静电剂的作用是减小磁层的电阻，防止磁层带电以免发生故障。试验显示可以采用阳离子或阴离子的各种表面活性剂，例如皂角甙或类似的天然表面活性剂，氧化乙烯、甘油、缩水甘油或类似的非离子型表面活性剂，磷、硫或类似的阳离子表面活性剂。含有羟酸、磺酸、磷酸、酯基团的酸性基团的阴离子表面活性剂，也可以使用无机盐类作抗静电剂，如在磁层内掺入碳黑或石墨之类的导电粉末，无机类的抗静电剂用量大约是对磁性材料质量的5%，有机材料的用量为磁性材料的0．1%～1%。
6)磁记录体的基材——纸、薄膜
从表6-49中可以看出，通常使用优质纸、卡纸、涂布纸、裱层纸作基材。工程管理用的卡纸，是耐热，耐药品性高的特殊用纸。银行存折采用了厚的纸板作基材，纸板应具有足够的强度和耐水性，使基材在涂布时不致于涂布层间分离，部分产生凹凸、干燥后卷曲等现象。
以聚酯薄膜作基材多用于磁带录音、录像和光盘技术，现在也用它来作各种磁卡的基材。聚酯薄膜的表面光洁度必须良好，表面微观不平整度R值应低于0．1μm。
3．磁性记录纸的制备
磁性记录纸的磁性层形成方法，有直接涂布方式、贴附方式、磁层转印方式和印刷方式等四种。
1)直接涂布方法
以逆向辊或凹版涂布几微米至20μm左右，在磁性层上再涂布1～3μm的保护层。此方式适用于基层较薄、以连续卷取方式的涂布场合，磁性月票、电话卡等预先付费卡片的磁层就是采用这种方式制备的。如基质上只需局部磁层时，可以采用丝网印刷或胶印进行带状印刷，形成带状磁层，这种方法成本较低，但磁层厚度的均匀性和表面平滑性较差。(见图6-71)。
图6-71 直接涂布方法
2)贴附方式
这是将磁带贴附在基材上，也属于直接涂布方法。在涤纶(PET)软片上涂布磁性材料涂层，然后在磁性层的软片背面涂上热敏或压敏粘合剂，将此软片按指定的形状分切或冲切成磁条，然后把磁条贴附在卡片基材上，此方法常用于涂布纸基的磁性存折和磁层录有音响模拟讯号的有声卡片等。(见图6-72)。
图6-72 贴附方式
3)磁层转印方式
现金卡、信用卡、飞机票磁卡等都采用磁层转印方式，即是在PET软片上，涂布硅酮类的剥离剂，再在上面依次涂布保持层、磁层、热敏粘合层，然后按指定尺寸分切，做成转印用的磁带，再用加压或加热的方法，将磁带粘合在基材上，冷却后剥离PET软片，磁层就转移固定在卡片基材上。(见图6-73)。
图6-73 磁层转印方式
4)印刷方法
印刷方式是用胶印或丝网漏印来形成磁性层，紫外线胶印是非常普通的。采用这种方法的磁性记录层，只是在必要记录的部分才形成磁性层。(见图6-74)。
图6-74 印刷方式
4．磁卡
磁性卡片是一种以纸、塑料或聚酯薄膜为卡片基材，表面具有磁性窄条，能够进行讯号存储的磁性记录材料，它具有安全、可靠、方便和卫生等特点。按用途，磁卡主要分为银行信用卡、交通卡、电话卡和通行证及身份证卡等。见表6-50所示，它们的结构如图6-75所示。
表6-50 磁卡的种类及构成
图6-75 各类磁卡结构
此外，在西方发达国家还广泛流行电子琴音乐磁卡，打字机磁卡，保险柜磁卡等。据悉国外正在开发一种所谓磁卡“报纸”，把现行报纸上的图表文字记录到一张磁卡上，磁卡记录的信息通过显示系统即可向读者显示全部内容。
根据磁卡所用的卡基材料，磁卡片又可分为PVC／PET磁卡和纸基磁卡两大类。PVC／PET磁卡的基材两面为印刷层，印刷层面是透明聚乙烯保护层(0．1mm厚)，其中一层保护层内涂有磁性条。磁性窄条可按常规方法加工，而且这种磁性窄条是可转移的，即可从支持体上剥离下来，再粘贴到PVC或PET上。
图6-76为磁卡的制作过程。
图6-76a PVC／PET磁卡制作过程示意图
图6-76b 纸基磁卡制作过程示意图
5．磁卡的未来
磁卡的特点是记录稳定，硬件便宜，携带方便，印刷精美。今后，特别是在预付领域，将会被大量采用。未来的方向是要求开发有余额指示功能(印字记录层)和更难涂改的磁卡。关于印字记录层，目前已开发了一些耐久性、耐化学品性、保存良好的热敏记录层。至于防止涂改功能，目前已采用了几种方法，如选用高顽磁力的材料，但期望能开发出更简便、效果好的方法。
【参考文献】：
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