PROCESSO DE REVESTIMENTO POR EXTRUSÃO: EFEITO DA OSCILAÇÃO DA FRESTA NA UNIFORMIDADE DA ESPESSURA DO FILME

O processo de revestimento por extrusão (slot coating) é muito utilizado em produtos que requerem alta uniformidade de espessura. Sua janela de operação em regime permanente já foi plenamente estudada, mas o entendimento completo do processo requer a análise da sua sensibilidade a pequenas variações nos parâmetros operacionais. Neste trabalho é feita uma análise transiente (por simulação numérica) do efeito de uma variação periódica conhecida da fresta de revestimento na uniformidade da espessura do líquido revestido. Várias geometrias de barras de revestimento e parâmetros de processo são testados e os respectivos fatores de amplificação determinados em função da frequência de oscilação da fresta de revestimento. O ajuste inicial da fresta e o nível de vácuo aplicado a montante da barra de revestimento são duas variáveis básicas de processo, pois podem ser rapidamente ajustadas. Gráficos de contorno do fator de amplificação no espaço da fresta de revestimento contra o nível de vácuo são mostrados e surgem conclusões interessantes sobre a condição ótima de ajuste para minimização do fator de amplificação. Um algoritmo de otimização é utilizado com o objetivo de determinar pontos de mínimo no campo do fator de amplificação no espaço da fresta de revestimento contra o nível de vácuo. O líquido é considerado Newtoniano a as simulações são feitas a baixos números de capilaridade e Reynolds.Slot coating is one of the preferred methods when high precision is required and several studies focusing on its steady state analysis were made to determine the operating window of the process. However, full understanding of coating flows requires not only the two-dimensional, steady state solution of the governing equations, but also the sensitivity of those flows to small upsets. An effort to understand the impact of the coating gap periodic oscillation on down web thickness variation is made using computer aided simulation. Different slot die lip geometries and process conditions are tested and the respective amplification factors as a function of gap oscillation frequencies are reported. Coating gap and the vacuum level are particulary important process variables because are easily changed by the process engineer. Two dimensional contour plots of the amplification factor in the space of coating gap against vacuum level are reported for some geometries, and interesting results show up about their optimal adjusts. In the last chapter an optimization algorithm is used to find minimum values of the amplification factor of gap oscillation in the space of coating gap against vacuum level. The liquid is assumed Newtonian and computations are made at low capillary (up to 1.6) and Reynolds numbers. The transient free surface flow with appropriate boundary conditions is solved by the Galerkin/finite element methods, with time integration by a predictor-corrector algorithm. The set of non-linear algebraic equations for the finite element basis functions coefficients is solved by Newton’s method