La resistenza ai graffi delle componenti di automobili stampate a iniezione rappresenta un elemento importante per l'aspetto dell'automobile. La microscopia confocale è un metodo veloce e altamente preciso per quantificare l'effetto degli additivi che migliorano la resistenza ai graffi.
I ricercatori della Croda International hanno usato il microscopio confocale Olympus LEXT™ OLS5000 per dimostrare l'effetto positivo degli additivi sulla resistenza ai graffi. Questo approccio ha mostrato dei miglioramenti significativi in termini di precisione, variabilità dell'operatore e velocità di esecuzione. Le plastiche sono usate per la produzione di numerose componenti di automobili per i vantaggi in termini di versatilità, durata e basso costo. I miglioramenti delle proprietà dei materiali polimerici, insieme alla tendenza nell'utilizzare materiali sempre più leggeri per le automobili, hanno portato a un aumento della diversificazione delle plastiche usate nella produzione automobilistica. Numerose di queste componenti sono decisamente visibili, pertanto il loro aspetto influisce in modo significativo sull'estetica e il valore dell'automobile. I materiali resistenti ai graffi contribuiscono a conservare il valore delle automobile anche dopo un uso prolungato, minimizzando l'influenza dell'usura sull'aspetto dell'automobile. La composizione precisa di un materiale determina la sua resistenza ai graffi, pertanto dei test dettagliati possono dimostrare il livello di resistenza ai graffi di un materiale specifico. | CrodaCroda International PLC è un fornitore leader di additivi migranti per il miglioramento della resistenza ai graffi nelle plastiche. Questi additivi sono materiali di origine biologica derivati dalle piante combinati con una quantità minima di polimeri (in genere fino all'1%). In seguito alla stampa a iniezione, questi additivi si accumulano sulla superficie formando una pellicola sottile che attenua gli effetti dei graffi.  |
Figura 1
Visualizzazione dei dati del test dei graffi con il software LEXT
 Figura 2 Placche di polimeri per il test dei graffi. | (Figura 2). Martin commenta: “Il test lascia un graffio e due prominenze ai lati, con un effetto simile a un aratro che crea un solco nel terreno”. Dopo la graffiatura del campione, la profondità, la larghezza e il profilo delle placche del materiale vengono misurati per determinare la differenza tra le composizioni. La configurazione originale di Croda prevede l'uso di un microscopio per materiali grandangolare per misurare la larghezza del graffio e di un interferometro a luce bianca per determinare la profondità visualizzando il profilo del graffio. Tuttavia questo approccio richiede un elevato tempo di esecuzione, in modo particolare a causa della complessità di configurazione dell'interferometro e dell'analisi dei relativi risultati. Inoltre, l'uso dell'interferometro è anche associato a un'elevata variabilità tra gli utenti e tra gli artefatti nei profili superficiali. |
Ispezioni dei graffi alla CrodaCome fornitore di additivi resistenti ai graffi, Croda svolge regolarmente dei test sui graffi per mostrare l'effetto dei propri prodotti relativamente alle proprietà delle plastiche. Martin Read è responsabile per le Applicazioni degli additivi di polimeri a Croda ed è primo ricercatore nell'ambito dei prodotti anti-graffio. Commentando i tipi di materiali, Martin spiega, “Testiamo tutti i materiali, da quelli trasparenti, per esempio usati per i comandi gestuali e per e superfici che proteggono i sensori, fino a quelli utilizzati per le superfici denominate "piano black", i quali hanno un elevato grado di lucentezza. Queste superfici sono soggette a un alto rischio di comparsa di micro-graffi in seguito alle operazioni di pulizia e lucidatura.” Per dimostrare l'effetto degli additivi sulla resistenza ai graffi, i ricercatori producono delle placche di diversa composizione e creato dei graffi con uno strumento standardizzato con una forza definita di 1–20 N Figura 2 Placche di polimeri per il test dei graffi. (Figura 2). Martin commenta: “Il test lascia un graffio e due prominenze ai lati, con un effetto simile a un aratro che crea un solco nel terreno”. Dopo la graffiatura del campione, la profondità, la larghezza e il profilo delle placche del materiale vengono misurati per determinare la differenza tra le composizioni. La configurazione originale di Croda prevede l'uso di un microscopio per materiali grandangolare per misurare la larghezza del graffio e di un interferometro a luce bianca per determinare la profondità visualizzando il profilo del graffio. Tuttavia questo approccio richiede un elevato tempo di esecuzione, in modo particolare a causa della complessità di configurazione dell'interferometro e dell'analisi dei relativi risultati. Inoltre, l'uso dell'interferometro è anche associato a un'elevata variabilità tra gli utenti e tra gli artefatti nei profili superficiali.  Figura 3 Il microscopio LEXT OLS5000 Olympus può creare velocemente delle precise mappature 3D di un campione seguendo un test dei graffi. | Per ottenere dei dati più precisi e per velocizzare i flussi di lavoro, i ricercatori hanno testato il microscopio confocale LEXT™ OLS5000 Olympus (Figura 3) per misurare tutti i parametri rilevanti con un singolo strumento. I microscopio LEXT OLS5000 combina un'alta velocità di scansione con la capacità di fornire dei dati quantificabili di dettaglio per numerosi campioni 3D.  Informazioni sui microscopi confocali I microscopi a scansione laser confocale come quello LEXT OLS5000 Olympus, offrono una risoluzione migliore in confronto alla microscopia grandangolare e permettono di effettuare delle misure precise con risultati in 3D. Mentre i microscopi grandangolari illuminano un intero campione alla volta, i microscopi confocali utilizzano delle aperture per rilevare la luce da un punto ben definito in 3D, escludendo la parte al di fuori del punto di focalizzazione. In seguito gli algoritmi di scansione creano delle mappature 3D ottimali per diverse visualizzazioni e misure. Miglioramento delle ispezioni dei graffi con i microscopi confocaliUsando il microscopio LEXT OLS5000 i ricercatori alla Croda sono stati in grado di migliorare la precisione dei propri risultati per più di un ordine di grandezza. Questa migliore precisione è più evidente per la valutazione della profondità e del profilo del graffio, il quale può essere misurato al valore di 10 nm più prossimo. |
 Figura 4 La visualizzazione di una sezione rappresenta un modo intuitivo per dimostrare il risultato di un test del graffio e per eseguire delle misure. |  Figura 5 Una dettagliata mappatura 3D senza artefatti facilita la determinazione di tutti i parametri necessari. |
Martin commenta: “Visto che il sistema LEXT™ può accuratamente misurare in 3D, è possibile semplicemente visualizzare una sezione del graffio e misurarne la profondità con maggiore semplicità” (Figura 4). Uno dei maggiori aspetti di complessità nella misura della profondità e del profilo del graffio utilizzando l'interferometria è dato dalla presenza di picchi nel profilo dei materiali come il polipropilene. Questi artefatti possono interferire con le misure e sono il risultato del mancato rilevamento della superficie da parte dell'interferometro. Martin spiega: “Visto che i polipropilene ha una struttura porosa, l'interferometro non rileva la superficie, apparendo quindi dritta ”. Quando gli stessi campioni sono stati misurati mediante il microscopio LEXT, i ricercatori sono stati in grado di ottenere un'immagine più regolare della superficie graffiata fornendo una rappresentazione precisa del graffio e facilitando le misure (figura 4). Misure veloci e preciseIn riferimento alla velocità di esecuzione delle immagini, delle misure e dell'analisi, i miglioramenti erano anche più significativi. I ricercatori alla Croda hanno trovato che, usando il microscopio LEXT OLS5000 per e misure di larghezza e profondità dei graffi, potevano eseguire le ispezioni con una velocità maggiore, compresa tra 10 e 100 volte superiore rispetto al metodo con interferometro. “Per misurare un graffio dovevamo configurare l'interferometro con la maggiore approssimazione possibile,” dice Martin, “e configurarlo è estremamente complicato. È necessaria circa un'ora per effettuare una misura. Con i microscopi confocali potevamo misurare e elaborare 10 graffi su una superficie in plastica in 2 minuti. | “Constatando la velocità dei microscopi Olympus è quasi frustante pensare a quanto tempo si è perso utilizzando i sistemi più datati” Dimitris Vgenopoulos, Ricercatore per le applicazioni La presenza di variabilità tra operatori rappresenta un altro un altro dei maggiori aspetti di complessità nell'uso degli interferometri. Come Martin evidenzia, “Con la tecnica più datata i quattro operatori del nostro dipartimento possono ottenere dei risultati diversi da uno stesso campione” I metodi automatizzati del microscopio LEXT OLS5000 per la misura e l'analisi di un campione riducono il rischio di errori umani semplificando il flusso di lavoro e rendendolo standardizzato. |
SintesiGli additivi resistenti ai graffi migliorano l'estetica di un'automobile e assicurano che conservi il proprio valore nel tempo. Le misure precise nei test dei graffi forniscono un modo affidabile per convalidare l'effetto positivo di questi additivi. L'approccio originale alla Croda per le misure di graffi, basato sull'uso di microscopi ottici e di interferometri, richiedeva tempi di realizzazione molto lunghi e si associava a artefatti nei profili superficiali. Usando il microscopio confocale LEXT OLS5000 Olympus, i ricercatori alla Croda sono stati in grado di rendere le misure più precise e di ridurre la variabilità degli operatori in confronto all'uso dei microscopi ottici e degli interferometri. Inoltre hanno eseguito delle misure con una velocità maggiore, compresa tra 10 e 100 volte superiore. Questo si traduce in una migliore efficienza di ispezione e qualità di dati attraverso l'uso del microscopio LEXT. | AutoreMarkus Fabich |
