La resistencia al rayado de componentes automotores moldeados por inyección juega un papel importante en la apariencia de un vehículo. La microscopía confocal es una forma rápida y altamente precisa para cuantificar el efecto de los aditivos que mejoran la resistencia al rayado.
Los científicos de investigación de la empresa Croda International emplearon el microscopio confocal LEXT™ OLS5000 de Olympus para demostrar el efecto positivo de sus aditivos en los ensayos estandarizados de rasguños. Esta iniciativa mostró mejoras significativas en la precisión, la variabilidad del operador y la velocidad. Los plásticos se utilizan en la producción de numerosos componentes de automóviles, debido a su versatilidad, longevidad y bajo costo. Los avances hechos en las propiedades de los materiales poliméricos, combinados con el incentivo por producir materiales más livianos destinados a los automóviles, han llevado a una mayor diversificación de los plásticos utilizados en la industria automotriz. Muchos de estos componentes son claramente visibles, lo que significa que su apariencia juega un papel importante en la estética y el valor de un automóvil. Los materiales resistentes a rasguños permiten que los automóviles conserven su valor después de un uso prolongado, ya que se minimiza el factor de desgaste en la apariencia del automóvil. La composición precisa de un material determinará su resistencia al rayado; asimismo, los ensayos detallados pueden demostrar el nivel de resistencia al rayado de un material específico (vea Figura 2). | CrodaCroda International PLC es un proveedor líder de aditivos de migración para mejorar la resistencia al rayado en plásticos. Estos aditivos son materiales derivados de plantas y de base biológica que se mezclan con polímeros en pequeñas cantidades, por lo general hasta un 1 %. Después del moldeo por inyección, estos aditivos se acumulan en la superficie, formando una película delgada que modera el efecto del rayado.  |
Figura 1
Visualización de los datos del ensayo de resistencia al rayado con el software LEXT
 Figura 2 Placa de polímero para ensayos de resistencia al rayado. | Martin comenta: «El ensayo de resistencia al rayado deja un rasguño y dos montículos a cada lado, similar a un surco de arado que atraviesa un campo». Cuando la etapa de rayado culmina se mide la profundidad, el ancho y el perfil en función de las placas de un material específico para determinar las diferencias entre sus composiciones. Croda, en un principio, empleó una configuración con un microscopio de campo amplio a fin de medir el ancho del rasguño, y un interferómetro de luz blanca para determinar la profundidad durante la observación del perfil del rasguño. Sin embargo, esta técnica tomaba mucho tiempo, en especial por la complejidad que aportaba la configuración del interferómetro y el análisis de sus resultados. Asimismo, el uso de la interferometría también era fuente de alta variabilidad en los perfiles de las superficies, debido a los distintos usuarios y artefactos. |
Inspecciones de rasguños en CrodaComo proveedor de aditivos resistentes a los rasguños, Croda realiza regularmente ensayos de resistencia al rayado para mostrar el efecto de sus productos en las propiedades de los plásticos. Martin Read es uno de los supervisores de Croda para las aplicaciones con aditivos en polímeros y el científico principal para los asuntos relacionados con la protección anti-rayadura. Acerca de los materiales cubiertos, Martin explica: «Examinamos todo, desde materiales transparentes, como los que se usan en los controles de gestos y en las superficies que ocultan sensores, hasta las llamadas superficies de tipo «piano», que requieren un alto nivel de detalle en brillo. Estas superficies están sujetas a un alto riesgo de micro rayaduras como consecuencia de la limpieza y lustrado». Para demostrar los efectos de los aditivos con respecto a la resistencia de los rasguños, los investigadores fabrican placas de diferentes composiciones y las rayan con una herramienta estandarizada aplicando fuerzas definidas de 1 a 20 N. Figura 2 Placas de polímero para ensayos de resistencia al rayado. (Figura 2). Martin comenta: «El ensayo de resistencia al rayado deja un rasguño y dos montículos a cada lado, similar a un surco de arado que atraviesa un campo». Cuando la etapa de rayado culmina se mide la profundidad, el ancho y el perfil de las placas del material para determinar las diferencias entre sus composiciones. Croda, en un principio, empleó una configuración con un microscopio de campo amplio a fin de medir el ancho del rasguño, y un interferómetro de luz blanca para determinar la profundidad durante la observación del perfil del rasguño. Sin embargo, esta técnica tomaba mucho tiempo, en especial por la complejidad que aportaba la configuración del interferómetro y el análisis de sus resultados. Asimismo, el uso de la interferometría también era fuente de alta variabilidad en los perfiles de las superficies, debido a los distintos usuarios y artefactos.  Figura 3 El microscopio LEXT OLS5000 de Olympus crea mapas 3D precisos de una muestra después de un ensayo de resistencia al rayado. | Para obtener datos más precisos y acelerar el proceso de trabajo, los investigadores probaron el microscopio confocal Olympus LEXT ™ OLS5000 (vea la Figura 3) para medir todos los parámetros relevantes con un solo instrumento. El microscopio LEXT OLS5000 combina una velocidad de escaneo rápida con la capacidad de proporcionar datos detallados y cuantificables para una amplia gama de muestras en 3D.  Acerca de la microscopía confocal Los microscopios confocales de escaneo láser, como el LEXT OLS5000 de Olympus, ofrecen una resolución mejorada en comparación con la microscopía de campo amplio y permiten llevar a cabo mediciones precisas en 3D. En efecto, los microscopios de campo amplio iluminan un espécimen completo a la vez, mientras que los microscopios confocales utilizan orificios para detectar la luz de un punto bien definido en 3D y descartan toda la luz fuera de foco. Los algoritmos de escaneo crean mapas 3D precisos que son adecuados para una variedad de observaciones y medidas. Mejoramiento en las inspecciones de rasguños con el microscopio confocalCon el uso del microscopio LEXT OLS5000, los investigadores de Croda pudieron mejorar diez veces más la precisión de sus resultados. Esta precisión mejorada se hace más evidente al evaluar la profundidad y el perfil del rasguño, que podría medirse cerca al 10 nm. |
 Figura 4 Observación de corte: Es una forma intuitiva para demostrar el resultado de un ensayo de resistencia al rayado, y llevar a cabo mediciones. |  Figura 5 Mapa 3D detallado sin artefactos que facilita la determinación de todos los parámetros necesarios. |
Martin comenta: «Ya que el sistema LEXT ™ permite efectuar mediciones 3D con precisión, tan solo se requiere observar un corte a través del rasguño y medir la profundidad: ¡Algo mucho más fácil!» (vea la Figura 4). Un desafío clave en la medición de la profundidad y el perfil del rasguño mediante la interferometría es la presencia de puntas en el perfil de materiales, como el polipropileno. Estos factores perturbadores pueden interferir con las mediciones e impiden que el interferómetro detecte la superficie. Martin explica: «Ya que el polipropileno se dota de una estructura porosa, el interferómetro no detecta su superficie: ejecuta simplemente una observación transversal». Cuando las mismas muestras fueron medidas con el microscopio LEXT, los investigadores pudieron obtener una imagen más uniforme de la superficie rayada cuya representación precisa del rasguño facilitaba la medición (vea la Figura 4). Mediciones rápidas y precisasEn lo relativo a la velocidad de adquisición de la imagen, su medición y análisis, las mejoras fueron aún más significativas. Los investigadores de Croda descubrieron que al usar el microscopio LEXT OLS5000 para medir el ancho y la profundidad del rasguño, podrían acelerar sus inspecciones de 10 y 100 veces más en comparación con la interferometría. «Para medir un rasguño, teníamos que configurar el interferómetro como supuestamente era mejor», explica Martin. «Eso es extremadamente difícil de lograr. Para obtener una medida se requiere casi una hora. En cambio, con la microscopía confocal, podemos medir y procesar 10 rasguños en una superficie de plástico en 2 minutos». | «Apreciar la rapidez del microscopio Olympus, es casi una sensación frustrante debido a cuánto tiempo he perdido usando un sistema antiguo». Dimitris Vgenopoulos, científico de aplicaciones La variabilidad entre operadores también representa un desafío clave en la interferometría. Tal como señala Martin: «Con la técnica antigua, cuatro personas de nuestro departamento obtenían un resultado diferente a partir de la misma muestra». Los métodos automatizados del microscopio LEXT OLS5000, dedicados a la medición y análisis de muestras, reducen el riesgo de errores humanos al hacer que el proceso de trabajo sea más fácil y más estandarizado. |
ResumenEn los marcos de las observaciones anteriores, los aditivos resistentes a los rasguños mejoran la estética de un automóvil y garantizan que mantenga su valor durante más tiempo. Mediciones precisas durante los ensayos de resistencia al rayado proporcionan un medio para validar de manera fiable el efecto positivo de estos aditivos. La iniciativa original de Croda para medir los rasguños, basándose en la microscopía óptica e interferometría, fue un gran consumo de tiempo y era afectada por factores perturbadores presentes en los perfiles de las superficies. Pero, al usar el microscopio confocal LEXT OLS5000 de Olympus, los investigadores de Croda pudieron obtener medidas más precisas y reducir la variabilidad del operador en comparación con la microscopía óptica y la interferometría. También, el tiempo de medición logró acelerarse de 10 a 100 veces más, lo que significó una gran mejora en la eficiencia de la inspección y la calidad de los datos con el microscopio LEXT. | AutorMarkus Fabich |
