SLOT COATING OF PARTICLE SUSPENSION

• Main Author: LUIS DIEGO VALDEZ SILVA
• Other Authors: MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO
• Language: English
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2013
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=23831@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=23831@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === FUNDAÇÃO DE APOIO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO === PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA === O processo de revestimento por extrusão é muito usado na fabricação de produtos de alta tecnologia tais como circuitos flexíveis, telas LCD e OLED, dentre outros. A espessura do filme revestido depende da vazão de alimentação e da velocidade do substrato. O estudo do escoamento na região de aplicação é de muita importância, devido à influência que tem sobre a qualidade do filme revestido. A grande maioria dos trabalhos disponíveis na literatura consideram o líquido como um fluido Newtoniano. Porém, nos processos de revestimentos nas indústrias, os líquidos comumente usados são soluções poliméricas e suspensões de partículas. O efeito da presença de moléculas poliméricas dissolvidas no fluido de trabalho nos padrões de escoamento e consequentemente na janela de operação do processo foi estudado recentemente, contudo, o efeito de partículas suspensas no escoamento é ainda desconhecido. O objetivo deste trabalho é compreender melhor a influência da suspensão de partículas no padrão de escoamento que ocorre na região de aplicação de um filme fino de líquido sobre um substrato em movimento. A variação local da concentração de partículas no líquido pode levar a grande variações na viscosidade e consequentemente mudanças no escoamento e nos limites do processo. Neste estudo, considera-se a suspensão como um sistema formado por um fluido Newtoniano como a fase contínua e partículas esféricas rígidas como a fase dispersa. A equação de transporte de partículas engloba os efeitos de difusão de partículas devido a gradientes de concentração, viscosidade e taxa de deformação. As equações de transporte de partículas em conjunto com as equações de conservação de massa e quantidade de movimento são usadas para descrever o escoamento bidimensional com fronteiras livres. Estas equações são resolvidas aproximadamente pelo método de Galerkin/Elementos Finitos. A validação do código numérico foi feita comparando com resultados analíticos disponíveis para escoamento em tubos de seção circular. Os resultados obtidos para o escoamento no precesso de revestimento por extrusão mostram as regiões de maior e menor concentração de partículas e como esta variação altera o escoamento, e a variação da concentração ao longo da espessura do filme depositado. === Slot coating process is commonly used in the manufacture of high technology products such as flexible circuits, LCD and OLED displays, among others. The thickness of the coated liquid film depends on the flow rate and substrate velocity. It is very important to study the flow in the coating bead region, because the flow pattern has a strong effect on the quality of the coated film. Most of the available studies on slot coating consider the fluid as a Newtonian liquid. However, coating liquids are usually polymer solutions or particle suspensions. The effect of dissolved polymer molecules in the flow has been analyzed recently. However, the effect of suspended particle remains unknown. The goal of this work is to develop a fundamental understanding of the effect of suspended particles in the flow pattern in a slot coating process. The local changes in particle concentration can lead to great changes in the local liquid viscosity and consequently in the flow and process limits. In this research, the particle suspension is a system composed by a Newtonian liquid as a continuous phase and rigid spherical particles as the dispersed phase. The particle transport equations takes into account the diffusion due to gradients of concentration, viscosity and deformation rates. The particle transport equation together with the mass and momentum conservation equations are used to describe the two-dimensional free surface flow. These equations are solved using the Galerkin/Finite element method. The numerical code was validated by comparing numerical prediction obtained in circular tube flow with the available exact solution. The results obtained in slot coating flow show regions of high and low concentration of particles and its effect of the flow, and the variation of particle concentration in the deposited thin film.