Eletricidade estática e rugosidade da superfície em películas: um experimento

A superfície das películas usadas em embalagens de alimentos, materiais industriais e aplicações médicas apresentam diversas características, p. ex., transparência, brilho, impermeabilidade, capacidades antissujeira e antiadesão. Os fabricantes executam o tratamento e o processamento da superfície a fim de adicionar diversas funções.

É importante medir a rugosidade da superfície para avaliar a qualidade do tratamento e do processamento de superfícies em películas. Essa inspeção mede a rugosidade de irregularidades sutis na superfície de películas e as quantifica numericamente. A microscopia confocal 3D a laser é uma das maneiras de medir a rugosidade da superfície.

Durante um experimento, buscou-se verificar se há relação entre a eletricidade estática e a rugosidade da superfície em películas usando película de polietileno (embalagem para alimentos) e filme antiestático. Para a medição da rugosidade, utilizou-se o microscópio confocal 3D a laser LEXT™ OLS5100. Continue lendo e descubra os resultados!

Embalagem para alimentos e filme antiestático

Comparação visual da condição superficial de filme antiestático e película de polietileno

Primeiramente, confirmou-se visualmente a condição superficial das duas películas usando o microscópio confocal 3D a laser OLS5100.

O microscópio OLS5100 faz a aquisição de dados 3D mediante a varredura da superfície da amostra usando um feixe de laser roxo de 405 nm. Em conjunto com uma lente objetiva LEXT exclusiva que se adapta ao comprimento de onda de 405 nm e suprime aberrações, o sistema é capaz de capturar com nitidez os padrões e defeitos sutis que são difíceis de detectar usando microscópios. ópticos convencionais e microscópios a laser de uso geral. Além disso, o sistema óptico não exige contato, o que elimina preocupações sobre danificar a superfície, mesmo em amostras delicadas como uma película.

Laser vermelho (658 nm: espaço e linha de 0,26 μm)	Laser violeta (405 nm: espaço e linha de 0,12 μm)

Aqui, é possível ver claramente que a superfície da película de polietileno não tem um formato peculiar e tem irregularidades sutis. Por outro lado, o filme antiestático tem irregularidades entalhadas que vão de valores inferiores a µm até várias dezenas de nm.

Película de polietileno (embalagem para alimentos), objetiva de 50X	Filme antiestático, objetiva de 50X

Quantificação da condição da superfície da película de polietileno e do filme antiestático

Em seguida, quantificou-se a diferença na irregularidade visual das superfícies dessas duas películas mediante a medição da rugosidade da superfície com o mesmo microscópio confocal 3D a laser. Nesta etapa, é importante selecionar uma lente adequada para a amostra observada a fim de obter resultados altamente confiáveis de medição.

Graças ao Smart Lens Advisor, o microscópio OLS5100 é capaz de determinar* facilmente se a lente selecionada é adequada para a amostra. Neste exemplo, o sistema determinou que a lente objetiva LEXT 50X exclusiva era adequada para a medição da rugosidade da película.

*Não há garantia para os valores medidos.

Com a lente objetiva de 50X, o microscópio obteve os seguintes resultados para as duas películas:

Os parâmetros de rugosidade em destaque na medição são Sq, Sz, Sa, Sdr e Sal. Aqui está uma visão geral desses parâmetros:

Sq (raiz quadrada média da altura), Sz (altura máxima) e Sa (média aritmética da altura)

Esses parâmetros indicam o tamanho da irregularidade em relação à média da superfície. Neste exemplo, o filme antiestático tem um valor superior, indicando que a irregularidade é maior.

Sdr (proporção da área de interface expandida)

O Sdr mostra a taxa de aumento na área da superfície. Neste exemplo, a película de polietileno tem um valor pequeno para Sdr, indicando uma pequena área de superfície. Por outro lado, o filme antiestático tem uma área de superfície maior em decorrência do alto nível de irregularidade na superfície.

Sal (comprimento da autocorrelação)

Enquanto a maioria dos parâmetros avalia a irregularidade no quesito altura, o Sal é um dos poucos parâmetros com foco na direção lateral, como a densidade de listras e partículas. Um valor menor de Sal indica um formato mais escarpado e partículas mais finas. Por outro lado, um valor maior de Sal indica que a superfície tem um formato irregular mais gradual. Como resultado, é possível concluir que o filme antiestático com um valor menor de Sal tem formas com partículas mais finas na superfície irregular.

Determinação da eletricidade estática do filme com dados de irregularidade da superfície

Os três principais fatores que determinam a quantidade de eletricidade estática são área de contato, força de fricção e umidade. Aqui, focamos na área de contato, que está intimamente relacionada à rugosidade da superfície. Em geral, uma área de contato maior entre objetos gera mais carga estática.

Neste experimento, é possível observar que o filme antiestático tem uma pequena área de contato entre objetos, gerando menos eletricidade estática em comparação com a película de polietileno, que tem uma grande área de contato. A grande irregularidade do filme antiestático diminui a área de contato em comparação à superfície mais lisa da película de polietileno. Abaixo, você pode ver a relação entre o montante da carga e os dados de rugosidade da superfície:

Filme antiestático	Película de polietileno (embalagem para alimentos)

Para saber mais sobre o uso de microscópios confocais 3D a laser para a medição da rugosidade da superfície de películas, fale com nossos especialistas.

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