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1、浸漬涂覆過程是將干凈的基材浸入到準(zhǔn)備好的流體中,然后以一定的速度提拉出來,流體在黏性力、重力、表面張力等的作用下沉積于基材表面,經(jīng)干燥、固化后形成均勻涂覆膜的過程,該涂覆膜在工業(yè)、醫(yī)藥、電子數(shù)碼等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著先進(jìn)膜材料的發(fā)展,涂覆膜也從傳統(tǒng)的保護(hù)、裝飾膜逐漸向功能化膜材料發(fā)展。本文以浸漬涂覆工藝為研究背景,對(duì)不同性質(zhì)的硅油流體和聚丙烯酸(PAA)凝膠的平板浸漬涂覆液膜流動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬,這對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化浸漬涂覆參數(shù)化控
2、制,提高涂覆成膜質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)際意義。
采用旋轉(zhuǎn)流變儀和表面張力儀對(duì)流體進(jìn)行必要的流變和表面張力測(cè)試,并選擇合適的模型擬合流變曲線,得到擬合參數(shù),為后期的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。流體的流變曲線說明:硅油流體A屬于牛頓流體,硅油流體B、C和D的流變行為符合Carreau-Yasuda(CY)模型,而不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PAA凝膠是屈服應(yīng)力流體,其流變曲線符合Herschel-Bulkley(HB)模型。流體的表面張力分析表明:
3、與PAA凝膠相比,硅油流體的表面張力較小,容易潤(rùn)濕基板和成膜。
在浸漬涂覆過程中,采用浸漬提拉鍍膜機(jī)對(duì)不同工藝條件下硅油流體和PAA凝膠進(jìn)行浸漬提拉實(shí)驗(yàn)研究,采用電容法測(cè)量沉積在基板上的液膜厚度,通過拍照記錄流體自由表面形態(tài)的變化,目的是詳細(xì)研究基板表面粗糙度、提拉速度、浸漬時(shí)間和流體黏度對(duì)液膜厚度和形成的自由面形態(tài)的影響,結(jié)果表明:當(dāng)浸漬時(shí)間大于3 min時(shí),對(duì)膜厚和自由面的影響可以忽略;在特定的條件下,由于涂覆在基板上的流
4、體無法得到補(bǔ)償,硅油流體自由面上出現(xiàn)凹陷,PAA凝膠自由面上形成隆起,且隨著基板粗糙度、提拉速度和流體黏度的增大,液膜厚度增加,凹陷深度和隆起曲率逐漸增大。
首先利用前處理軟件Gambit建立流體沿基板拖曳流動(dòng)的物理模型并劃分網(wǎng)格,然后利用有限元分析軟件Polyflow設(shè)置合適的物性參數(shù)、邊界條件和計(jì)算方法,精確模擬不同涂覆參數(shù)下兩種流體的自由面和流場(chǎng),最后采用后處理軟件Fieldview顯示計(jì)算得到的液膜厚度、自由面和流場(chǎng)。
5、本文中將兩種流體液膜厚度和自由面的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,兩者在一定誤差范圍內(nèi)一致,說明這種數(shù)值模擬方法可以用于優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。自由面和流動(dòng)速度場(chǎng)的模擬結(jié)果表明:在基板向上運(yùn)動(dòng)過程中,基板上一部分流體沿基板拖曳流動(dòng),形成液膜,另一部分流體返回液槽中,并在自由面上形成駐點(diǎn),在流體內(nèi)部形成漩渦。
在浸漬提拉過程中,表面張力、重力、黏性力等發(fā)揮著重要作用,為了更加詳細(xì)地研究液膜流動(dòng)特性,對(duì)旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì),測(cè)量整個(gè)浸漬提
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