Elettricità statica e rugosità superficiale nelle pellicole: Un esperimento

La superficie delle pellicole usate nel confezionamento alimentare, nei materiali industriali e nelle applicazioni mediche possiedono diverse proprietà come trasparenza, lucentezza, impermeabilità, capacità antivegetativa e antiadesività. Il trattamento e la lavorazione superficiale vengono applicate per aggiungere diverse capacità funzionali alla superficie.

Per valutare la qualità del trattamento e della lavorazione della superficie della pellicola è importante misurare la rugosità superficiale. Questa ispezione permette di misurare la rugosità di irregolarità di ridotte dimensioni sulla superficie della pellicola e di quantificarle numericamente. Un modo per misurare la rugosità della superficie è possibile attraverso un microscopio confocale laser 3D.

In un esperimento si è cercata una relazione tra elettricità statica e rugosità superficiale in pellicole di polietilene (uso alimentare) e pellicole antistatiche. Per eseguire le misure della rugosità è stato usato un microscopio confocale laser 3D LEXT™ OLS5100. Continua a leggere per conoscere i risultati!

Pellicola a uso alimentare e antistatica

Confronto visivo delle condizioni superficiali di pellicola in polietilene e di pellicola antistatica

Innanzitutto ho confermato visivamente le condizioni superficiali delle due pellicole mediante il microscopio confocale laser 3D OLS5100.

Il microscopio OLS5100 scansiona la superficie del campione attraverso un laser viola da 405 nm per acquisire i dati 3D. Combinato con un obiettivo dedicato LEXT che si adatta a una lunghezza d'onda di 405 nm e elimina le aberrazione, il sistema è in grado di acquisire chiaramente strutture e difetti di ridotte dimensioni che risultano di difficile acquisizione con i microscopi ottici e microscopi laser standard. Il sistema ottico è inoltre del tipo senza contatto, pertanto non si rischia di danneggiare la superficie anche nel caso di un campione delicato come una pellicola.

Laser rosso (658 nm: linea e spessore di 0,26 μm)	Laser viola (405 nm: linea e spessore di 0,12 μm)

In questo caso è possibile vedere che la superficie della pellicola in polietilene non ha una forma specifica e possiede delle leggere irregolarità. Invece la pellicola antistatica ha irregolarità sporgenti variabili dai decimi di µm ad alcune decine di nm.

Pellicola in polietilene (uso alimentare), obiettivo 50X	Pellicola antistatica, obiettivo 50X

Quantificazione delle condizioni superficiali della pellicola antistatica e della pellicola in polietilene

In seguito è stata quantificata visivamente la differenza dell'irregolarità di queste due superfici misurando la rugosità superficiale mediante lo stesso microscopio confocale laser 3D. In questa fase è importante scegliere un obiettivo adatto per il campione da osservare, in modo da ottenere dei risultati di misura altamente affidabili.

Il microscopio OLS5100 è in grado di determinare* facilmente se l'obiettivo è adatto per il campione, grazie al Smart Lens Advisor. In questo esempio, il sistema ha determinato che il dedicato obiettivo LEXT 50X era adatto per la misura della rugosità della pellicola.

*I valori misurati non sono garantiti.

Utilizzando l'obiettivo 50X, il microscopio ha ottenuto i seguenti risultati per le due pellicole:

I rilevanti parametri di misura della rugosità sono Sq, Sz, Sa, Sdr e Sal. Di seguito viene presentata una panoramica su questi parametri:

Sq (altezza quadratica media), Sz (altezza massima) e Sa (altezza mediata aritmeticamente)

Questi parametri indicano l'entità dell'irregolarità in rapporto alla superficie media. In questo esempio, la pellicola antistatica con un maggior valore indica che l'irregolarità è superiore.

Sdr (indice dell'area d'interfaccia estesa)

L'Sdr mostra l'indice d'incremento nell'area della superficie. In questo esempio, la pellicola in polietilene con un ridotto valore Sdr possiede una ridotta area della superficie. Invece la pellicola antistatica ha una maggiore area della superficie a causa di maggiori irregolarità nella superficie.

Sal (lunghezza dell'autocorrelazione)

Mentre la maggior parte dei parametri valuta la rugosità nel senso dell'altezza, la Sal è uno dei pochi parametri che si concentra sulla direzione laterale, come la densità di tracce e particelle. Un valore della Sal inferiore indica una forma più inclinata e una granulosità più ridotta. Invece un valore della Sal maggiore indica che la superficie ha una forma con irregolarità più graduali. Di conseguenza è possibile concludere che una pellicola antistatica con un valore della Sal più ridotto possiede una granulosità più ridotta nella superficie irregolare.

Determinazione dell'elettricità statica della pellicola mediante i dati della rugosità della superficie

I tre fattori principali che determinano l'entità dell'elettricità statica sono: area di contatto, forza di attrito e umidità. In questo caso ci si è concentrati sull'area di contatto, la quale è strettamente correlata alla rugosità superficiale. In termini generali, una maggiore area di contatto tra oggetti generano una maggiore carica statica.

in questo esperimento, possiamo vedere la pellicola antistatica con una ridotta area di contatto tra gli oggetti che genera una minore elettricità statica, in confronto alla pellicola in polietilene con una maggiore area di contatto. La maggiore irregolarità della pellicola antistatica diminuisce l'area di contatto in confronto alla superficie più uniforme della pellicola polietilene. Di seguito è possibile vedere la correlazione tra l'intensità della carica e i dati della rugosità superficiale:

Pellicola antistatica	Pellicola in polietilene (alimentare)

Per maggior informazioni sull'uso dei microscopi confocali laser 3D per misurare la rugosità superficiale delle pellicole contatta i nostri esperti.

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