Électricité statique et rugosité de surface des films : une expérience

La surface des films utilisés dans les emballages de produits alimentaires, les matériaux industriels et les utilisations en milieu médical présente diverses propriétés, comme la transparence, la brillance, l’imperméabilité, l’antisalissure et la non-adhérence. Un traitement de surface est appliqué pour ajouter diverses fonctions de surface.

Pour évaluer la qualité du traitement de surface sur le film, il est important de mesurer la rugosité de surface. Ce contrôle permet de mesurer la rugosité des fines irrégularités sur la surface du film et de la quantifier numériquement. Une façon de mesurer la rugosité de surface consiste à utiliser un microscope confocal à balayage laser 3D.

Dans le cadre d’une expérience, j’ai cherché à vérifier s’il existait un lien entre l’électricité statique et la rugosité de surface des films, en utilisant un film de polyéthylène (emballage de produits alimentaires) et un film antistatique. Pour effectuer les mesures de la rugosité, j’ai utilisé le microscope confocal à balayage laser 3D LEXT™ OLS5100. Poursuivez votre lecture pour connaître les résultats !

Film alimentaire et film antistatique

Comparaison visuelle l’état de la surface d’un film antistatique et d’un film en polyéthylène

Tout d’abord, j’ai confirmé visuellement l’état de la surface des deux films à l’aide du microscope confocal laser 3D OLS5100.

Le microscope OLS5100 balaye la surface de l’échantillon avec un faisceau laser violet de 405 nm pour acquérir des données 3D. Combiné à un objectif LEXT dédié qui s’adapte à une longueur d’onde de 405 m et supprime les aberrations, le système peut clairement détecter des motifs très petits et des défauts difficiles à visualiser avec les microscopes optiques et les microscopes laser conventionnels. Le système optique est également sans contact, il n’y a donc aucun risque d’endommager la surface même avec un échantillon mou tel qu’un film.

Laser rouge (658 nm : ligne et espace 0,26 μm)	Laser rouge (405 nm : ligne et espace 0,12 μm)

Ici, vous pouvez clairement voir que la surface du film de polyéthylène n’a pas de forme particulière et présente de légères irrégularités. En revanche, le film antistatique présente des irrégularités dentelées passant périodiquement de moins de 1 µm à plusieurs dizaines de nm.

Film de polyéthylène (emballage de produits alimentaires), objectif 50X	Film antistatique, objectif 50X

Quantification de l’état de la surface d’un film antistatique et d’un film en polyéthylène

Ensuite, j’ai quantifié la différence entre les irrégularités visuelles de ces deux surfaces de film en mesurant la rugosité de surface à l’aide du même microscope confocal laser 3D. À cette étape, il est important de sélectionner un objectif adapté à l’échantillon observé pour obtenir des résultats de mesure très fiables.

Le microscope OLS5100 peut facilement déterminer* si l’objectif sélectionné convient à l’échantillon grâce à la fonction « Smart Lens Advisor ». Dans cet exemple, le système a déterminé que l’objectif LEXT 50X dédié était adapté à la mesure de la rugosité du film.

* Les valeurs mesurées ne sont pas garanties.

En utilisant l’objectif 50X, le microscope a obtenu les résultats suivants pour les deux films :

Les paramètres de rugosité notables dans la mesure sont Sq, Sz, Sa, Sdr et Sal. Voici un aperçu de ces paramètres :

Sq (hauteur de la moyenne quadratique), Sz (hauteur maximale) et Sa (hauteur de la moyenne arithmétique)

Ces paramètres indiquent la taille de l’inégalité par rapport à la surface moyenne. Dans cet exemple, le film antistatique avec une valeur plus grande indique que l’inégalité est plus grande.

Sdr (rapport de surface d’interface étendue)

Le Sdr représente le taux d’augmentation sur la surface. Dans cet exemple, le film de polyéthylène ayant une petite valeur Sdr a une petite surface. En revanche, le film antistatique a une plus grande surface en raison de la grande irrégularité sur la surface.

Sal (longueur d’autocorrélation)

Alors que la plupart des paramètres évaluent la rugosité dans la direction de la hauteur, le paramètre Sal est l’un des rares paramètres qui se concentre sur la direction latérale, comme la densité des stries et des particules. Une valeur Sal plus petite indique une forme plus prononcée et un grain plus fin. En revanche, une valeur Sal plus élevée indique que la surface a une forme inégale plus graduelle. En conséquence, nous pouvons conclure que le film antistatique ayant une valeur Sal plus petite a des formes plus fines sur la surface inégale.

Définition de la quantité d’électricité statique d’un film grâce à des données sur la rugosité de surface

Les trois principaux facteurs qui déterminent la quantité d’électricité statique sont la zone de contact, la force de friction et l’humidité. Ici, nous nous sommes concentrés sur la zone de contact, qui est étroitement liée à la rugosité de surface. En général, une plus grande zone de contact entre les objets génère plus de charge statique.

Dans le cadre de cette expérience, nous pouvons voir que le film antistatique ayant une zone de contact restreinte entre les objets génère moins d’électricité statique par rapport au film de polyéthylène ayant une grande zone de contact. La grande irrégularité du film antistatique réduit la zone de contact par rapport à la surface plus lisse du film en polyéthylène. Ci-dessous, vous pouvez voir la relation entre la quantité de charge et les données de rugosité de surface :

Film antistatique	Film en polyéthylène (emballage de produits alimentaires)

Pour en savoir plus sur l’utilisation de microscopes confocaux à balayage laser 3D pour mesurer la rugosité de surface d’un film, contactez nos experts.

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