La rugosidad y las propiedades antihuella de las piezas plásticas del interior de los vehículos

Existen varias normas que describen los parámetros que permiten cuantificar la rugosidad. Algunas son internacionales, como la ISO 4287 y la ISO 16610-21. Otras son nacionales, como las normas alemanas DIN 4762 y DIN 4777, las japonesas JIS B0601, JIS B0610, JIS B0651 o la americana ANSI/ASME B46.1.

Hay varios parámetros que describen las propiedades de rugosidad. Los más importantes son el R_a, R_z y R_q. R_z es la suma de la máxima altura del pico del perfil y la máxima profundidad del valle:

R_a es la media aritmética de los valores absolutos de las ordenadas Z(x) comprendidas en una longitud de muestreo:

R_q es la media cuadrática de los valores de las ordenadas Z(x) comprendidas en una longitud de muestreo.

En el sector automoción el acabado estético de las piezas es de gran importancia. Una superficie con mayor rugosidad provoca reflexión difusa y, por lo tanto, menor brillo. Este acabado se puede controlar con el texturizado en los moldes de inyección o con el uso de recubrimientos. Las superficies cuando se envejecen o cuando sufren abrasión presentan mayor rugosidad, lo que se traduce en reflexión difusa y menor brillo.

El sector de la automoción está constantemente investigando para mejorar las propiedades de los plásticos y recubrimientos para ofrecer experiencias mejoradas a los usuarios. Una de estas propiedades estudia las propiedades antihuellas de los acabados de los plásticos y los recubrimientos. Las huellas humanas están formadas principalmente por agua y por aceite de la piel (sebo). Existen estudios sobre la relación de la rugosidad y el ángulo de contacto, como la desarrollada por Wenzel [1]:

cosΘ’ = R cos Θ

Donde Θ’ es el ángulo de contacto en equilibrio en la superficie rugosa, Θ es el ángulo de contacto en la superficie lisa, y R es el factor de rugosidad, definido como el cociente entre la superficie actual y la superficie geométrica. De esta ecuación se desprende que la rugosidad aumenta la humectabilidad cuando Θ < 90º, mientras que lo reduce cuando Θ > 90º. Por lo tanto, las texturas (altas rugosidades) acentúan la humectabilidad o hidrofobicidad obtenidas de superficies planas del mismo material.

M. P. Luda et al [2] estudiaron la relación de variables del perfil de rugosidad (Ra), variación de brillo (% GU a 20º y 60º), turbiedad, luminancia (L) y reflectancia difusa (R) con la visibilidad de huellas artificiales formadas sobre superficies. Observaron que las huellas eran más visibles en las superficies de mayor brillo que en las superficies mates y en las más lisas que en las rugosas. En las muestras con mayor rugosidad (R_a) y bajo brillo, las huellas se observaron con menor grado.

Wu et al [3]. estudiaron la relación del ángulo de contacto de fluido que simula las huellas frente a parámetros de rugosidad. Encontraron que las superficies con valles relativamente profundos pueden atrapar aire debajo de las gotas del líquido, mejorando así las propiedades anti mojado. Propusieron la ratio R_a/R_v como guía para predecir la facilidad de limpieza de las superficies, donde R_v es la profundidad del valle del perfil de rugosidad por debajo de la línea media. Una ratio R_a/R_v< 0,25 fue propuesta como referencia para una superficie antihuellas. Superficies lisas (bajo R_a) pueden conseguir propiedades antihuellas si presentan valles profundos (alto Rv), pudiendo conseguir superficies con buenos acabados superficiales y transmitancia óptica.

Una gran variedad de recubrimientos (omnífobos como trimetoximetilsilano, tetrametildisiloxano o nanopartículas de plata) o acabados superficiales como los que simulan morfologías naturales (hojas de loto, hojas de arroz o alas de mariposa) han sido ampliamente estudiados [4] y pueden ser utilizados como soluciones antihuellas.

Las propiedades de estos acabados y recubrimientos deben mantenerse con el tiempo, por lo que factores como la fricción o el envejecimiento por agentes externos deben de estudiarse. Ensayos como la abrasión por crockmeter (PV 3906, sección 5.8.2. de la MBN 10494-5, D24 5011), resistencia al rayado para superficies de alto brillo (PV 3987) o envejecimiento acelerado con xenotest (PV 1303, PV 3929, PV 3930, D27 1389).

Referencias

[1] R. N. Wenzel: ‘Resistance of solid surfaces to wetting by water’, J. Ind. Eng. Chem., 1936, 28, 988–994.

[2] M. P. Luda, N. Li Pira, D. Trevisan, and V. Pau, “Evaluation of Antifingerprint Properties of Plastic Surfaces

Used in Automotive Components, ” Hindawi International Journal of Polymer Science, vol. 2018, article ID 1895683, 11 pages.

[3] L. Y. L.Wu, S. K. Ngian, Z. Chen and D. T. T. Xuan: ‘Quantitative test method for evaluation of anti-fingerprint property of coated surfaces’, Appl. Surf. Sci., 2011, 257, (7), 2965–2969.

[4] M. Belhadjamor, M. el Mansori, S. Belghith, and S. Mezlini, “Antifingerprint properties of engineering surfaces: a review, ” Surface Engineering, vol. 34, no. 2, pp. 85–120, 2018.