[发明专利]一种流延成型膜带厚度的预测方法

摘要

本发明涉及流延成型工艺技术，具体为一种流延成型膜带厚度的预测方法。本发明提出的预测方法，通过建立流延成型工艺的多物理场模型，运用流体力学、传热学、传质学原理使用计算机程序，计算在成型工艺过程中浆料的运动行为，从运动行为信息预测流延成型工艺制备流延薄膜的厚度。本发明在确定生产工艺参数过程提高了效率、降低了物料消耗和机器占用。

主权项

1.一种流延成型膜带厚度的预测方法，包括以下步骤：步骤1.获取数据；浆料的性质数据：一是浆料流变特性，测试使用仪器为具有剪切速率功能的粘度计，得到的数据为浆料的粘度‑剪切速率曲线；二是浆料的密度，浆料中溶剂的密度，浆料中溶质的密度；流延机的数据：一是流延机刮涂组件的储料槽长度、深度和刮刀尺寸；二是流延干燥组件的长度、高度和分区位置；流延成型工艺参数值：包括刮刀间隙、流延速度、浆料液面高度、干燥温区温度和干燥气氛温度；步骤2.数据预处理：由粘度‑剪切速率曲线拟合下述公式描述的浆料本构关系：μ＝k·γⁿ求解式中k和n；k为粘度系数，n为流动指数，是无因次参数，μ表示粘度，γ表示剪切速率；根据步骤1采集的流延机尺寸使用计算机绘制刮涂组件和干燥组件的图形，保存成通用格式；步骤3.对步骤2的图形建立物理场模型，然后将步骤1采集的数据和步骤2得到数据输入物理场模型，使用数值计算方法求解偏微分方程组，求解流延成型膜带厚度；所述物理场模型，分为两个阶段：第一阶段是计算浆料经刮涂作用形成的湿膜厚度，第二阶段是计算湿膜经过流延干燥的干膜厚度；第一阶段：由绘制的刮涂组件图形，根据流体力学质量守恒和动量守恒方程，建立流体物理场模型，依靠计算机程序，输入浆料本构关系、刮刀间隙、流延速度、浆料液面高度，求解第一阶段的流体力学数值计算结果，即浆料流体的速度矢量图；从速度矢量图中提取刮刀间隙速度分布，使用下面的积分关系式求解体积流量Q：其中，x和y分别表示方向，v_x(y)是刮刀间隙y位置速度的x方向分量，h为刮刀间隙，dy表示微分算子；由体积流量Q，使用下述公式计算湿膜厚度：δ_thickness＝Q/v₀其中，δ_thickness为湿膜厚度，v₀为流延速度；第二阶段：由绘制的干燥组件的图形，根据流体力学、传热学、组分输运各学科控制方程，建立多物理场模型；然后依靠计算机程序，输入第一阶段计算出的湿膜厚度、浆料本构关系、湿膜密度、溶剂密度、溶质密度、干燥温区温度和干燥气氛温度，并依次求解流延干燥工艺的多个物理场，求解顺序为流体流动场‑温度场‑组分输运场，计算出干燥流体流动场数值计算结果、干燥温度场数值计算结果、干燥组分输运数值计算结果；从干燥组分输运数值计算结果可以得到F_solvent(x)的值，由组分质量守恒得出下述计算公式，用于预测这个阶段的薄膜厚度；其中，δ_calculate为计算出的干膜厚度，F_solvent(t)和F_solvent(x)分别为溶剂质量传递通量关于时刻t和位置x的函数，τ为流延的总时长，L为流延总长度，ρ_solvent为溶剂密度；通过更改上述基本公式积分符号的上限L，预测流延成型工艺干燥阶段任何一个位置的厚度；当L为干燥的总长度时，计算出的数值结果为流延成型工艺干燥阶段最终厚度δ_calculate。