Experimento de electricidad estática y rugosidad superficial

La superficie de las películas empleadas en el envasado de alimentos, materiales industriales y aplicaciones médicas presenta varias propiedades, como transparencia, brillo, impermeabilidad, protección antivegetal y ausencia de adhesividad. El tratamiento y el procesamiento de superficies están dedicados a agregar varias funciones de superficie.

Para evaluar la calidad del tratamiento superficial y el procesamiento de película, es importante medir la rugosidad superficial. Esta inspección permite medir la rugosidad de las irregularidades finas en la superficie de películas y la cuantifica de forma numérica. Una forma de medir la rugosidad superficial es con un microscopio confocal láser 3D.

En un experimento, se quiso verificar si existe una relación entre la electricidad estática y la rugosidad superficial de películas de polietileno (envoltura para alimentos) y antiestáticas. Para efectuar estas mediciones de rugosidad, se usó el microscopio confocal láser 3D LEXT™ OLS5100. ¡Continue su lectura para conocer los resultados!

Envoltura de alimentos y película antiestática

Comparación visual del estado superficial de la película antiestática y la película de polietileno

Primero, se confirmó visualmente la condición superficial de las dos películas mediante el microscopio confocal láser 3D OLS5100.

El microscopio OLS5100 escanea la superficie de una muestra con un haz de láser púrpura de 405 nm para adquirir datos 3D. Complementado con una lente de objetivo LEXT específica, que se adapta a una longitud de onda de 405 nm y suprime las aberraciones, el sistema puede capturar de forma clara patrones finos y defectos que son difíciles de capturar con microscopios ópticos convencionales y microscopios láser de uso general. Este sistema óptico ofrece una protección anticontacto, que evita preocupaciones por daños que pueden suceder en la superficie, incluso en el caso de muestras lisas como una película.

Láser rojo (658 nm: línea y espacio de 0,26 μm)	Láser violeta (405 nm: línea y espacio de 0,12 μm)

Aquí, es posible ver que la superficie de la película de polietileno no presenta una forma peculiar y sus irregularidades son moderadas. En cambio, la película antiestática presenta irregularidades dentadas de submicras (sub-µm) a varias decenas de nanometros (nm) de forma regular.

Película de polietileno (envoltura de alimentos) con objetivo 50X	Película antiestática con objetivo 50X

Cuantificación de la condición superficial de la película antiestática y la película de polietileno

En la siguiente etapa, se cuantificó la diferencia de la irregularidad visual a partir de estas dos superficies de película, lo que consiste en medir la rugosidad de la superficie con el mismo microscopio confocal láser 3D. En esta etapa, es importante seleccionar una lente adecuada para la muestra bajo observación con el fin de obtener resultados de medición altamente fiables.

El microscopio OLS5100 puede determinar fácilmente* si la lente seleccionada es adecuada para la muestra gracias al asistente «Smart Lens Advisor». En el ejemplo a continuación, se muestra cómo el sistema determinó que la lente del objetivo LEXT 50X específica era adecuada para medir la rugosidad de la película.

*No se garantizan los valores medidos.

Con el uso de la lente del objetivo 50X, el microscopio obtuvo los siguientes resultados para las dos películas:

Los parámetros de rugosidad importantes en la medición son Sq, Sz, Sa, Sdr y Sal. A continuación, se proporciona una descripción general de estos parámetros:

Sq (altura media cuadrática); Sz (altura máxima), y Sa (altura media aritmética)

Estos parámetros revelan el tamaño de la irregularidad superficial promedio. En este ejemplo, la película antiestática con un valor superior indica que la irregularidad es superior.

Sdr (relación de área de interfaz extendida)

El valor Sdr muestra el índice de aumento en el área superficial. En este ejemplo, la película de polietileno con un valor Sdr pequeño cuenta con un área de superficie pequeña. En cambio, la película antiestática cuenta con un área de superficie superior debido a sus grandes irregularidades superficiales.

Sal (longitud de autocorrelación)

Si bien la mayoría de los parámetros permiten evaluar la rugosidad en la dirección de altura, Sal es uno de los pocos parámetros que se enfoca en la dirección lateral, como la densidad de rayas y partículas. Un valor Sal inferior indica una forma más inclinada y un grano más fino. Por el contrario, un valor Sal superior indica que la superficie presenta una forma irregular más gradual. Por consiguiente, puede concluirse que la película antiestática con un valor Sal inferior tiene formas de grano más fino en la superficie irregular.

Cálculo de la electricidad estática de la película con los datos de rugosidad superficial

Hay tres factores principales que determinan la cantidad de electricidad estática: el área de contacto, la fuerza de fricción y la humedad. En este caso, el enfoque se da en el área de contacto, que está estrechamente relacionada con la rugosidad de la superficie. En general, un área de contacto más amplia entre objetos genera más carga estática.

En este experimento, es posible ver cómo la película antiestática con un área de contacto pequeña entre objetos genera menos electricidad estática frente a una película de polietileno con un área de contacto grande. La gran irregularidad de la película antiestática reduce el área de contacto en comparación con la superficie más lisa de la película de polietileno. A continuación, puede verse la relación de la cantidad de carga en función de los datos de rugosidad superficial:

Película antiestática	Película de polietileno (envoltura de alimentos)

Para obtener más información sobre el uso de microscopios confocales láser 3D a fin de medir la rugosidad superficial de películas, póngase en contacto con nuestros expertos.

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