Influence of physicochemical, rheological and process parameters on the ultrasonic spray coating of polymer films

Abstract

Functionele coatings kunnen verschillende unieke eigenschappen toevoegen aan het oppervlak van een substraat. Het aanbrengen van een functionele coating op een additive manufactured product kan handmatige of mechanische nabewerking vervangen nodig om de oppervlakteruwheid te verminderen en tegelijkertijd een specifieke functionaliteit toevoegen. In deze studie wordt het ultrasoon spraycoaten (USSC) van polyvinylideenfluoride (PVDF) in aceton met SiO2-nanopartikels bestudeerd. Aangezien het reologisch gedrag van de coating belangrijk is voor het dispenseren en atomiseren in het USSC-proces, wordt een verband gezocht tussen de reologische en fysicochemische eigenschappen van de coatingformulering en de ultrasone spraycoatparameters. Om dit te bereiken, werden berekeningen gebaseerd op eerder uitgevoerde experimentele studies geanalyseerd met behulp van dimensieloze getallen op basis van materiaaleigenschappen om zo een dimensieloos toepassingsgebied voor ultrasoon spraycoaten te bekomen. De analyse van een formulering van 5 gew% PVDF toont aan dat het dunnen van de vloeibare film tijdens het dispenseren wordt gedomineerd door elastische effecten. De gespoten coating wordt echter verneveld tot een dichte mist als gevolg van de oscillerende nozzle wanneer de daaruit gevormde capillaire golven een drempelamplitude overschrijden. Verneveling bleek gemakkelijker op te treden dan het theoretisch model voorspelde. Tot slot werd de verdampingssnelheid van aceton bestudeerd en deze bleek te schalen volgens exp⁡(-κ√t).