攤煎餅?zāi)懿荒馨鸭屣炞龅锰貏e薄，什么情況下容易產(chǎn)生攤煎餅的漏涂等缺陷？答案是有一個(gè)操作窗口。涂布操作窗口就是，在涂膜品質(zhì)可接受的前提下，包括進(jìn)料速度、真空壓力、基材間隙、漿料黏度和表面張力等工藝參數(shù)能夠調(diào)整的范圍，在涂布操作窗口中的流體處于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)工藝參數(shù)超出操作窗口的范圍時(shí)，就可能會(huì)導(dǎo)致涂層出現(xiàn)氣泡、橫條道、豎條道紋、收縮和條紋等缺陷。

原寧德時(shí)代涂布技術(shù)專家劉玉青在其化學(xué)工業(yè)出版社即將出版的《鋰電工藝密碼：揭秘粉體與流體的微觀世界》一書中，對(duì)涂布液珠(簡稱涂珠)所受的六種作用力所受的靜壓力、拖曳力、阻尼力、毛細(xì)管力、抽真空力、重力六種作用力進(jìn)行了總結(jié)，并且對(duì)影響各種力的工藝參數(shù)繪制成一張表格如表1所示。由于本理論屬于劉玉青個(gè)人對(duì)國內(nèi)外涂布所有文獻(xiàn)的歸納總結(jié)，并且創(chuàng)新性的把阻尼力從泊肅葉方程中單獨(dú)提煉出來作為受力分析的依據(jù)(忽略阻尼力會(huì)導(dǎo)致涂珠經(jīng)常無法受力平衡的情況) ，于今年11月6日在2024涂布產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展論壇上首次發(fā)表，在征求了國內(nèi)涂布行業(yè)相關(guān)專家意見后，其特別申請(qǐng)命名為“劉玉青涂珠六力模型”或者“涂珠六力模型”，具體命名方式歡迎讀者在評(píng)論區(qū)留言。該模型可以輕松地對(duì)各種坐標(biāo)下的涂布操作窗口和涂布問題進(jìn)行分析，迅速找出調(diào)整涂布操作窗口的相應(yīng)方法。

注：由于涂布過程中的各種力學(xué)現(xiàn)象交叉且格外復(fù)雜，表1中空白地方并不意味著就不存在相關(guān)關(guān)系，而是不存在直接相關(guān)關(guān)系或相關(guān)關(guān)系需要條件判斷并不明顯。

首先，表1中的六種作用力在從涂布模頭腔體擠出的左右兩側(cè)都存在受力平衡，左右兩側(cè)的阻尼力作用方向相反，而表面張力的作用方向則依賴兩側(cè)彎月面的凹向形狀。當(dāng)涂布發(fā)生漿料滴落、空氣卷入等問題時(shí)，我們可以首先分析涂珠兩側(cè)的受力平衡情況，分析作用力方向和合力情況可以參考圖1繪制的各種作用力方向。

根據(jù)“劉玉青涂珠六力模型”，當(dāng)出現(xiàn)涂布問題時(shí)，根據(jù)靜壓力和拖曳力不平衡時(shí)的不同表現(xiàn)，可以得出“推力”和“拉力”哪個(gè)其主導(dǎo)作用。然后根據(jù)涂布現(xiàn)場條件(例如涂布速度降低是否會(huì)影響后續(xù)工序產(chǎn)能)，分析是采用對(duì)“推力”和“拉力”直接進(jìn)行平衡，還是加強(qiáng)表面張力和阻尼力的緩沖作用，抑或是通過重力和抽真空力的調(diào)節(jié)來施加平衡作用。確認(rèn)好相關(guān)策略后，可以從表1中依據(jù)相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)各種作用力的影響，尋找對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以便使涂珠受力穩(wěn)定性增強(qiáng)。例如靜壓力“推力”小于拖曳力“拉力”導(dǎo)致涂珠不穩(wěn)定時(shí)，我們可以減小上下唇間隙以增強(qiáng)靜壓力使涂珠更容易平衡穩(wěn)定。

圖1“劉玉青涂珠六力模型”各種作用力的受力方向

為了表征毛細(xì)管力的大小，我們可以用其與拖曳力的比值(即毛細(xì)管數(shù)Ca)進(jìn)行無量綱化表征。

(1)式1中毛細(xì)管數(shù)的流體運(yùn)動(dòng)速率，在涂布時(shí)可以用基材拖曳漿料的速度(涂布速度)來代表。除了毛細(xì)管數(shù)，其他常用來表征操作窗口的無量綱數(shù)還包括基材間隙與濕膜厚度的比值等。

很多論文和網(wǎng)絡(luò)帖子用毛細(xì)管數(shù)和間隙比兩個(gè)無量綱數(shù)分別做出橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，做圖繪制出一個(gè)適合涂布的操作窗口形狀，如圖2所示。其本質(zhì)阻尼力和表面張力這兩個(gè)受力平衡的緩沖作用都不能太小，如果因間隙比增大導(dǎo)致阻尼力減小，那么毛細(xì)管數(shù)必須很小表面張力才能變得很大，如果毛細(xì)管數(shù)也很大而表面張力很小，那么涂珠的推力與拉力平衡就必須非常精準(zhǔn)，這個(gè)在實(shí)際涂布工作中很難實(shí)現(xiàn)的。

圖2間隙比與毛細(xì)管數(shù)坐標(biāo)軸構(gòu)成的涂布操作窗口

其他常用來表征操作窗口的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)還可以是影響“劉玉青涂珠六力模型”的其他因素，包括表面張力、腔壓、上下唇間隙、涂布速度、模唇厚度、漿料流量、濕膜厚度、基材間隙等，每個(gè)因素都會(huì)對(duì)“劉玉青涂珠六力模型”產(chǎn)生一定的平衡性影響，如果一些因素明顯過大或過小會(huì)導(dǎo)致涂珠受力平衡很難適應(yīng)極限挑戰(zhàn)，所以可以繪制出一些可以穩(wěn)定涂布的區(qū)域并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這些區(qū)域可以稱為不同坐標(biāo)軸表征的涂布操作窗口，分別如圖3和圖4所示。

圖3所示的涂布操作窗口用“劉玉青涂珠六力模型”可以解釋為：濕膜厚度越大，所產(chǎn)生的泊肅葉“推力”越大，其超過庫埃特“拉力”作用時(shí)即會(huì)把涂珠“擠爆”，產(chǎn)生漿料滴落問題；而濕膜厚度越小，所產(chǎn)生的泊肅葉“推力”越小，庫埃特“拉力”作用相對(duì)于“推力”越大時(shí)即會(huì)把涂珠“拉斷”，產(chǎn)生氣泡夾帶問題。而較小的毛細(xì)管數(shù)(即較大的表面張力)可以拓寬“推力”與“拉力”不一致時(shí)的涂布操作窗口。

圖4 漿料流量與涂布速度坐標(biāo)軸構(gòu)成的涂布操作窗口