无溶剂涂布两辊微间隙施涂机理的理论建模与仿真研究

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有机溶剂挥发物一直以来都是印刷涂布行业最大的污染排放物,无溶剂涂布技术是从根本上解决这一问题的创新思路。五辊式无溶剂涂布系统是最常用无溶剂涂布设备之一,由于国内对辊式涂布的机理性研究匮乏,特别是在设计无溶剂涂布设备时所要求深刻理解的施涂过程与模型等研究基础还非常欠缺,国内无溶剂涂布技术发展缓慢。  针对这一现状,本课题以五辊式无溶剂涂布系统为研究对象,采用机理建模与CFD数值仿真的方法,重点研究其施凃过程的机理及其模型,主要做了以下工作:  (1)建立了无溶剂涂布两辊微间隙施涂机理的数学模型。从理论上分析了牛顿和幂律非牛顿涂布液在施涂过程中形成的流场,建立了涂膜厚度与相关影响因素的数学模型,研究了存胶辊与计量辊之间涂布液分布的规律,分析了涂膜厚度的影响因素。研究结果表明,影响涂膜厚度的因素包括:辊隙、计量辊转速、辊径、涂布液表面张力、牛顿流体的粘度或幂律非牛顿涂布液的稠度系数和幂律指数。  (2)仿真了无溶剂涂布两辊微间隙的施涂过程。借助先进的CFD数值模拟技术,对施涂过程进行了数值仿真,对比分析了仿真流场和理论流场。研究结果表明,辊隙是影响涂膜厚度的最主要因素,任何情况下,涂膜厚度都随其增大而增大。仿真流场与理论流场无论从流相分布、速度分布还是压力分布来看都互相吻合,两种方法得到的涂膜厚度误差也很小,验证了机理模型的正确性。  (3)分析了无溶剂涂布两辊微间隙施涂过程中涂层质量缺陷的形成机理。最后利用仿真结果分析了辊涂参数对涂膜厚度的影响,以及涂布缺陷的形成机理。研究结果表明,计量辊转速过小、涂布液粘度过大或过小以及涂布液的非牛顿特性过强即幂律指数远大于1或远小于1,都将导致涂布均匀性缺陷即涂布条纹的产生;转速过大或涂布液粘度过大将导致气泡缺陷的产生。  这些结论有助于五辊式无溶剂涂布机的实际应用和设计。
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