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从液滴到薄膜-超声波喷涂的工艺优化

发布时间:2025-05-07    点击次数:26

  在超声波雾化喷涂工艺中,涂层厚度与均匀性是决定产品性能(如光学特性、耐腐蚀性、导电性)的核心指标。超声波的振幅、频率和液体的性质、液体单位时间的供给量作为喷涂工艺控制的关键参数,直接影响液滴的动力学行为,共同作用于液体雾化→涂层成膜的过程。


  一、振幅的调控作用


  1.振幅对涂层厚度的影响


  振幅表征振动系统(喷头端)的能量输出强度,即振动的幅度,直接影响液滴的雾化尺寸与沉积速率:


  高振幅:高能量输出使液体破碎为微米级液滴,单位面积沉积量减少,形成超薄涂层(如纳米级功能涂层)。但振幅过高时,液滴飞溅可能导致涂层局部堆积,厚薄不匀。


  低振幅:液滴尺寸较大,重力主导沉积过程,易形成厚膜。但低振幅下液滴撞击基材后易发生铺展-收缩震荡,导致边缘增厚(咖啡环效应)。

        PEM电解槽涂料-喷涂前后对比.jpg

  喷涂前后对比


  2.振幅对均匀性的影响


  优化区间:实验表明,振幅在10~30μm时,液滴直径分布最窄(D15≈45μm),沉积均匀性最佳。


  极端风险:振幅超过临界值时,液滴动能过高,撞击基材后反弹概率增加,形成微孔缺陷。


  二、频率:液滴尺寸与分布的关键变量


  1.作用机制


  频率决定了超声波振动的周期,影响液滴形成的稳定性。高频(>100kHz)产生更小液滴,但对液体材料的要求高(如均匀、黏度、固含量),不然可能引发雾化不稳定性;低频(<50kHz)液滴较大,雾化更均匀,但单位时间在基材表面的沉积量变大。


  2.对均匀性的影响


  高频:液滴尺寸细小,容易受外载气流干扰,导致边缘涂层变薄。


  低频:液滴尺寸较大,需配合高振幅避免团聚,适用于高粘度液体。


  三、液体性质:材料特性的内在约束


  1.粘度


  高粘度:需高振幅+低频以克服内聚力,否则易堵塞喷嘴或形成厚膜。


  低粘度:易过度雾化,需降低振幅防止液滴过度细化导致涂层多孔。


  表面张力


  表面张力低:液滴易铺展,提升均匀性,但需控制雾化压力避免飞溅。


  表面张力高:需高频振动辅助破碎,否则液滴尺寸偏大。


  密度与挥发性


  高密度液体:需更高振幅确保液滴穿透气流到达基材。


  挥发性液体:需控制雾化能量,避免溶剂提前蒸发导致涂层缺陷。


  四、结论


  振幅、频率与液体性质构成涂层工艺的“黄金三角”,


  振幅决定液滴动能,影响沉积效率与缺陷控制,


  频率调控雾化尺度,平衡厚度精度与生产效率,


  用户使用的液体性质和需要喷涂加工基材、涂层要求一旦确定,实验过程中需设定工艺边界,通过选择不同规格型号的超声波喷涂系统,反复调节相应的参数,包括流量,达到最佳的作业效果和涂层要求,最终确定合适的超声波喷涂设备的机型。


  


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