Nghiên cứu điển hình: Không chỉ là làm trầy xước bề mặt – cải thiện tốc độ và độ chính xác tại Croda bằng kính hiển vi laser Evident

Nhựa được sử dụng trong sản xuất nhiều linh kiện xe hơi, do tính linh hoạt, tuổi thọ và chi phí thấp. Những cải tiến về tính chất của vật liệu polymer – kết hợp với nỗ lực hướng tới các vật liệu nhẹ hơn trong ô tô – đã dẫn đến sự đa dạng hóa ngày càng tăng trong nhựa được sử dụng trong sản xuất ô tô. Nhiều thành phần trong số này có thể nhìn thấy rõ ràng, có nghĩa là sự xuất hiện của chúng đóng một vai trò quan trọng trong tính thẩm mỹ và giá trị của một chiếc xe hơi.

Vật liệu chống trầy xước giúp xe giữ được giá trị sau thời gian dài sử dụng bằng cách giảm thiểu ảnh hưởng của hao mòn đến ngoại hình xe. Thành phần chính xác của vật liệu sẽ xác định khả năng chống trầy xước của nó và các thử nghiệm chi tiết có thể chứng minh mức độ chống trầy xước của một vật liệu cụ thể.

Croda

Croda International PLC là nhà cung cấp hàng đầu các chất phụ gia chuyển di để cải thiện khả năng chống trầy xước trong nhựa. Những chất phụ gia này là các vật liệu sinh học, có nguồn gốc thực vật được trộn với các polyme với số lượng nhỏ, thường lên đến 1%. Sau khi ép phun, các chất phụ gia này tích tụ ở bề mặt, tạo thành một lớp màng mỏng giúp giảm thiểu tác dụng trầy xước.

Kiểm tra vết xước tại Croda

Là nhà cung cấp các chất phụ gia chống trầy xước, Croda thường xuyên thực hiện các thử nghiệm trầy xước để cho thấy tác dụng của sản phẩm đối với tính chất của nhựa.

Martin Read là trưởng nhóm ứng dụng phụ gia polymer Croda và là nhà khoa học chính về chủ đề chống trầy xước. Nhận xét về phạm vi vật liệu, Martin giải thích, “Chúng tôi kiểm tra mọi thứ từ vật liệu trong suốt, chẳng hạn như vật liệu được sử dụng trong điều khiển cử chỉ và trong các bề mặt ẩn cảm biến, đến cái gọi là bề mặt ‘piano đen’, có độ bóng cao. Những bề mặt này có nguy cơ cao bị trầy xước vi mô từ việc làm sạch và đánh bóng.”

Để chứng minh tác dụng của các chất phụ gia đối với khả năng chống trầy xước, các nhà nghiên cứu tạo ra các mảng có thành phần khác nhau và áp dụng các vết trầy xước bằng một công cụ tiêu chuẩn hóa ở lực xác định từ 1–20 N

Để có được dữ liệu chính xác hơn và tăng tốc quy trình làm việc của họ, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm kính hiển vi đồng tiêu Olympus LEXT™ OLS5000 (Hình 3) để đo tất cả các thông số liên quan bằng một dụng cụ duy nhất. Kính hiển vi OLS5000 LEXT kết hợp tốc độ quét nhanh với khả năng cung cấp dữ liệu chi tiết, có thể định lượng cho một loạt các mẫu 3D.

Cải thiện kiểm tra vết xước bằng kính hiển vi đồng tiêu

Bằng cách sử dụng kính hiển vi OLS5000 LEXT, các nhà nghiên cứu tại Croda đã có thể cải thiện độ chính xác của kết quả của họ theo nhiều hơn một bậc độ lớn. Độ chính xác được cải thiện này thể hiện rõ nhất trong việc đánh giá độ sâu và cấu hình của vết xước, có thể được đo đến 10 nm gần nhất.

Martin nhận xét: “Bởi vì hệ thống LEXT™ có thể đo chính xác trong 3D, chúng ta có thể chỉ cần xem một lát cắt thông qua vết xước và đo độ sâu – dễ dàng hơn nhiều” (Hình 4).

Một thách thức chính trong việc đo độ sâu và cấu hình vết xước bằng giao thoa kế là sự hiện diện của gai trong hồ sơ của vật liệu như polypropylen. Những hiện vật này có thể can thiệp vào các phép đo và là kết quả của giao thoa kế không phát hiện bề mặt. Martin giải thích: “Bởi vì polypropylene có cấu trúc xốp, giao thoa kế không phát hiện bề mặt – nó nhìn thẳng.”

Khi các mẫu tương tự được đo bằng kính hiển vi LEXT, các nhà nghiên cứu đã có thể thu được hình ảnh mượt mà hơn về bề mặt bị trầy xước, cung cấp hình ảnh chính xác của vết xước và tạo điều kiện đo lường (hình 4).

Đo nhanh, chính xác

Khi nói đến tốc độ chụp ảnh, đo lường và phân tích, những cải tiến thậm chí còn quan trọng hơn. Các nhà nghiên cứu tại Croda phát hiện ra rằng bằng cách sử dụng kính hiển vi OLS5000 LEXT cho cả phép đo chiều rộng và chiều sâu vết xước, họ có thể thực hiện kiểm tra nhanh hơn từ 10 đến 100 lần so với giao thoa kế. Martin nói: “Để đo một vết xước, chúng tôi phải thiết lập giao thoa kế thô nhất có thể, và việc thiết lập nó là vô cùng khó khăn. Mất khoảng một giờ để có được một phép đo. Với kính hiển vi đồng tiêu, chúng tôi có thể đo và xử lý 10 vết trầy xước trên bề mặt nhựa trong 2 phút”.

Dimitris Vgenopoulos, Nhà khoa học ứng dụng

Sự thay đổi giữa các toán tử cũng là một thách thức chính đối với giao thoa kế. Như Martin chỉ ra, “Với kỹ thuật cũ, cả bốn người trong bộ phận của chúng tôi có thể nhận được kết quả khác nhau từ cùng một mẫu.” Các phương pháp tự động của kính hiển vi LEXT OLS5000 để đo và phân tích mẫu làm giảm nguy cơ lỗi của con người bằng cách làm cho quy trình làm việc dễ dàng và chuẩn hóa hơn.

Tóm tắt

Phụ gia chống trầy xước cải thiện tính thẩm mỹ của xe và đảm bảo rằng nó giữ được giá trị lâu hơn. Các phép đo chính xác trong các thử nghiệm trầy xước cung cấp một phương tiện xác nhận đáng tin cậy tác động tích cực của các chất phụ gia này. Cách tiếp cận ban đầu của Croda để đo vết xước, dựa trên kính hiển vi quang học và giao thoa kế, rất tốn thời gian và liên quan đến các hiện vật trong hồ sơ bề mặt.

Bằng cách sử dụng kính hiển vi đồng tiêu Olympus LEXT OLS5000, các nhà nghiên cứu tại Croda đã có thể làm cho các phép đo của họ chính xác hơn và giảm sự biến thiên của người vận hành so với kính hiển vi quang học và giao thoa kế. Họ cũng quản lý để thực hiện các phép đo nhanh hơn từ 10 đến 100 lần, điều đó có nghĩa là kính hiển vi LEXT đã cải thiện cả hiệu quả kiểm tra và chất lượng dữ liệu.