Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giới hạn khả năng hoạt động cho chất lỏng không Newton trong quy trình phủ lớp đôi bằng mô hình viscocapillary
Tóm tắt
Các giới hạn khả năng hoạt động và động lực của hạt phủ trong quy trình phủ lớp đôi bằng khe với chất lỏng phủ không Newton đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng mô hình viscocapillary, mô phỏng CFD hai chiều (2D) và các thí nghiệm. Mô hình viscocapillary đơn giản hóa được dẫn xuất từ phương trình chuyển động 2D với chất lỏng Carreau có độ nhớt giảm theo tốc độ cắt gắn liền với chế độ phủ đồng nhất mà không có khiếm khuyết như rò rỉ, phân hạt hoặc xâm nhập giữa khe trong các hệ thống phủ lớp đôi. Dòng chảy của hạt phủ từ các thí nghiệm và các mô phỏng 2D dựa trên thể tích hữu hạn với sơ đồ thể tích chất lỏng cho thấy hiệu suất của mô hình viscocapillary trong việc theo dõi đáng tin cậy vị trí meniscus thượng nguồn của lớp dưới trong khu vực hạt phủ. Sự khởi phát của các khiếm khuyết rò rỉ, phân hạt và xâm nhập giữa khe chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các tính chất lưu biến của chất lỏng phủ loại Carreau và tỷ lệ dòng chảy giữa lớp trên và lớp dưới. Đặc biệt, độ dày tương đối của lớp dưới có độ nhớt giảm theo tốc độ cắt tại thời điểm khởi phát xâm nhập giữa khe nhỏ hơn giá trị 1/3 nổi tiếng trong trường hợp Newton, phụ thuộc vào mức độ giảm độ nhớt.
Từ khóa
#khả năng hoạt động #chất lỏng không Newton #phủ lớp đôi #mô hình viscocapillary #tính chất lưu biến #mô phỏng CFDTài liệu tham khảo
Schmitt, M, Raupp, S, Wagner, D, Scharfer, P, Schabel, W, “Analytical Determination of Process Windows for Bilayer Slot Die Coating.” J. Coat. Technol. Res., 12 877–887 (2015)
Diehm, R, Weinmann, H, Kumberg, J, Schmitt, M, Fleischer, J, Scharfer, P, Schabel, W, “Edge Formation in High-speed Intermittent Slot-Die Coating of Disruptively Stacked Thick Battery Electrodes.” Energy Technol., 8 1–8 (2020)
Parsekian, AW, Harris, TAL, “Scalable, Alternating Narrow Stripes of Polyvinyl Alcohol Support and Unmodified PEDOT:PSS with Maintained Conductivity Using a Single-Step Slot Die Coating Approach.” ACS Appl. Mater. Interfaces, 12 3736–3745 (2020)
Kim, D-J, Shin, H-I, Ko, E-H, Kim, K-H, Kim, T-W, Kim, H-K, “Roll-to-roll Slot-die Coating of 400 mm Wide, Flexible, Transparent Ag Nanowire Films for Flexible Touch Screen Panels.” Sci. Rep., 6 34322 (2016)
Sartor, L, “Slot Coating: Fluid Mechanics and Die Design.” Ph.D. Thesis, University of Minnesota, Minneapolis, United States, 1990
Gutoff, EB, Cohen, ED, Coating and Drying Defects: Troubleshooting Operating Problems, 2nd edn. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ (2006)
Kistler, SF, Schweizer, PM, Liquid Film Coating: Scientific Principles and Their Technological Implications. Springer, Berlin (1997)
Ding, X, Liu, J, Harris, TAL, “A Review of the Operating Limits in Slot Die Coating Processes.” AIChE J., 62 2508–2524 (2016)
Higgins, BG, Scriven, LE, “Capillary Pressure and Viscous Pressure Drop Set Bounds on Coating Bead Operability.” Chem. Eng. Sci., 35 673–682 (1979)
Lee, YW, Ahn, W-G, Nam, J, Jung, HW, Hyun, JC, “Operability Windows in Viscoelastic Slot Coating Flows Using a Simplified Viscoelastic-capillary Model.” Rheol. Acta, 56 707–717 (2017)
Ahn, W-G, Lee, SH, Nam, J, Kim, SJ, Lee, KY, Jung, HW, “Effect of Upstream Meniscus Shape on Dynamic Wetting and Operating Limits of Newtonian Coating Liquids in Slot Coating Bead Flows.” J. Coat. Technol. Res., 15 1067–1076 (2018)
Cohen, D, “Two-layer Slot Coating: Flow Visualization and Modeling.” MS Thesis, University of Minnesota, Minneapolis, United States (1993)
Taylor, SD, Hrymak, AN, “Visualization and Flow Simulation of a Two-layer Slot Coater.” Chem. Eng. Sci., 54 909–918 (1999)
Nam, J, Carvalho, MS, “Mid-gap Invasion in Two-layer Slot Coating.” J. Fluid Mech., 631 397–417 (2009)
Nam, J, Carvalho, MS, “Linear Stability Analysis of Two-layer Rectilinear Flow in Slot Coating.” AIChE J., 56 2503–2512 (2010)
Nam, J, Carvalho, MS, “Two-layer Tensioned-web-over-slot Die Coating: Effect of Operating Conditions on Coating Window.” Chem. Eng. Sci., 65 4065–4079 (2010)
Ji, HS, Ahn, W-G, Kwon, I, Nam, J, Jung, HW, “Operability Coating Window of Dual-layer Slot Coating Process Using Viscocapillary Model.” Chem. Eng. Sci., 143 122–129 (2016)
Musson, LC, “Two-layer Slot Coating.” Ph.D. Thesis, University of Minnesota, Minneapolis, United States (2001)
Tsuda, T, “Coating Flows of Power-law Non-Newtonian Fluids in Slot Coating.” Nihon Reoroji Gakkaishi, 38 223–230 (2010)
Kwak, H, Nam, J, “Simple Criterion for Vortex Formation in the Channel Flow of Power-law Fluids.” J. Non-Newton. Fluid Mech., 284 104372 (2020)
Weinstein, SJ, Ruschak, KJ, “Coating Flows.” Annu. Rev. Fluid Mech., 36 29–53 (2004)
Gates, ID, “Slot Coating Flows: Feasibility, Quality.” Ph.D. Thesis, University of Minnesota, Minneapolis, United States (1999)
Ruschak, KJ, “Boundary Conditions at a Liquid/Air Interface in Lubrication Flows.” J. Fluid Mech., 119 107–120 (1982)
Landau, L, Levich, B, “Dragging of a Liquid by a Moving Plate.” Acta Physiochim. URSS, 17 141–153 (1942)
Phillips, GO, Williams, PA, Handbook of Hydrocolloids, 2nd edn. CRC Press, Boca Raton, FL (2009)