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문제 정의
- x축은 slit 폭방향으로의 좌표를 나타내며, y축은 slit 중앙면에서 유체의 출구 속도를 나타낸다. Slit 출구에서의 속도 분포는 최종 코팅 두께와 직결되므로, 다이 내부 구조의 설계에 있어서 가장 중요한 정보를 제공해준다. 결과에서 보듯이 뉴튼성유체는 출구에서 폭방향으로 균일한 속도 분포를 유지하는 반면, 비뉴튼성 유체는 중앙 부분의 속도가 더 빠르고 양단으로 갈수록 감소하는 분포를 나타낸다.
- 본 연구에서는 slot 코팅 공정의 핵심요소로 다이 내부 유동을 체계적으로 관찰함으로써, 전담담화의 유변특성을 갖는 비뉴튼성 용액의 균일 코팅성을 보장하기 위한 최적 다이를 설계하였다. 다이 출구에서의 속도 분포를 주요 인자로 선정하여 chamber와 slit 구조에 따른 변화 영향을 분석하여 converging과 coat-hanger 형태가 결합된 hybrid 최적 다이를 제안하였다.
- 1에서와 같이 다이 출구에서 코팅액이 균일하게 나오도록 다이 내부 구조를 최적화하는 내부설계와 upstream/downstream 다이 lips와 web 사이에 형성되는 코팅 bead 영역을 제어하는 외부설계 기술을 정립해야 한다. 본 연구에서는 匸¥이 출구에서 유체가 폭방향으로 균일한 속도분포를 갖게 하기 위한 내부 최적설계를 중점적으로 고찰하고자 한다.
- 본 연구에서는 앞서 기술한 바와 같이 공정 변수에 따른 속도분포의 민감도 분석을 수행하여 비뉴튼성 유체의 균일 코팅을 위한 다이 내부 설계를 최적화하는 것이고, 유변물성과 다이 구조의 상관관계를 도출하는 것이다. 즉, 뉴튼성 용액과 비뉴튼성 용액에 대한 다이 내부 유동은 전산유체모사 프로그램인 Fluent[1기의 삼차원 모델로 해석하였고, 코팅 불균일성에 영향을 끼치는 주요 인자를 확인하였다.
- 또한, 최적 다이 설계를 위한 coat-hanger 형태와 converging 형태가 결합된 hybrid chamber를 제시하였다. 이를 바탕으로 주요 유 변 물성이 변화함에 따라 균일 코팅을 위한 다이 내부 구조 제어법을 확립하고자 하였다. 이와 같은 연구는 새로운 기능성을 부여하기 위해 동일한 제품군에서 유변물성이 바뀌는 경우, 해당 코팅을 효율적으로 하기 위한 기본적인 정보를 제공하는데 중요한 역할을 담당할 것으로 사료된다.
가설 설정
- 11. (a) Velocity profile at die exit and (b) wall shear-rate distribution in slit regime of non-Newtonian liquid using a hybrid optimal die.
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