La problematica?
Il produttore di maschere da sci desidera sviluppare una nuova generazione di maschere (#R&D) di fascia alta, integrando funzionalità innovative per migliorare l'esperienza utente. Queste maschere devono in particolare essere dotate di un rivestimento conduttivo trasparente che consenta :
- la gestione della formazione di condensa
- una maggiore resistenza ai graffi e all'usura per rispondere alle esigenze delle attività sportive all'aperto
- un design leggero e flessibile adatto ai vincoli ergonomici, mantenendo al contempo un'eccellente qualità ottica.
Tuttavia, la scelta dei materiali di base, in particolare tra substrati rigidi (come il vetro minerale) e flessibili (come il PET), influenza fortemente la qualità del deposito di ossido metallico utilizzato per queste funzionalità.
Obiettivi : confrontare la qualità di un deposito di ossido metallico su due tipi di substrati: un vetro minerale e un vetro in PET (polietilene tereftalato). Questo confronto viene effettuato mediante analisi topografiche ed elettriche al fine di caratterizzare l'omogeneità e le proprietà conduttive del rivestimento.
Approccio metodologico
- Preparazione dei campioni
I depositi di ossido metallico sono applicati su due substrati:
Un vetro minerale: questo tipo di vetro è scelto per la sua superficie rigida e stabile, offrendo una base ideale per l'applicazione uniforme di un rivestimento sottile.
Un vetro in PET: il PET, materiale polimerico flessibile, è ampiamente utilizzato nelle applicazioni in cui sono richiesti leggerezza e resistenza, ma presenta limiti per l'uniformità dei depositi sottili.
Tre zone distinte vengono studiate per ciascun substrato al fine di garantire la rappresentatività dei risultati. Queste zone sono scelte in modo casuale evitando i bordi, per minimizzare i bias legati a condizioni non omogenee.
- Analisi al microscopio a forza atomica (AFM)
Modalità non-contact : questa modalità consente di ottenere una mappatura 3D precisa della superficie dei campioni. Queste immagini vengono utilizzate per valutare l'omogeneità del deposito di ossido metallico su ciascun substrato. I parametri topografici, come la rugosità media e le variazioni locali, vengono analizzati.
Modalità elettrica : questa modalità consente di misurare le proprietà di conducibilità elettrica dei rivestimenti di ossido metallico. Poiché l'ossido metallico è un materiale conduttore, differenze nella risposta elettrica tra i campioni possono riflettere variazioni nella qualità del deposito.
Risultati
1. Analisi topografica
Le mappe 3D ottenute in modalità non-contact hanno rivelato le seguenti differenze:
Vetro minerale: il deposito di ossido metallico è molto omogeneo, con la presenza continua di grani di circa un centinaio di nanometri di diametro. Le misure di rugosità media danno risultati simili. Ciò indica che il rivestimento è di buona qualità su questo substrato.
Vetro in PET: sulla superficie del rivestimento si osservano difetti, che indicano una minore omogeneità. Le zone difettose includono irregolarità nello spessore del deposito, che possono essere attribuite a vincoli legati alla flessibilità del substrato.
2. Analisi elettrica
Le misure elettriche mostrano una conducibilità significativamente più elevata per il deposito sul vetro minerale rispetto al vetro in PET. Questa differenza è attribuita a:
- La continuità strutturale del deposito sul vetro minerale
- Le irregolarità presenti sul vetro in PET, che possono provocare rotture locali nella rete conduttiva dell'ossido metallico.
3. Sintesi delle osservazioni
Le analisi topografiche ed elettriche concordano e indicano che:
- Il deposito di ossido metallico è più omogeneo e presenta migliori proprietà conduttive sul vetro minerale.
- Il rivestimento sul vetro in PET presenta difetti strutturali e assomiglia a fori, che ne compromettono negativamente la qualità complessiva. Questi fori potrebbero essere ridotti mediante aggiustamenti dei parametri di deposito o del trattamento preliminare del substrato in PET.
Conclusione
Questo studio mette in evidenza le differenze significative di qualità tra i depositi di ossido metallico realizzati su due tipi di substrati, il vetro minerale e il vetro in PET, nel contesto dello sviluppo di maschere da sci di alta gamma.
Le analisi topografiche ed elettriche effettuate con il microscopio a forza atomica (AFM) mostrano che:
- Il vetro minerale offre una superficie rigida e stabile che favorisce un deposito omogeneo e liscio. Questa omogeneità strutturale si traduce in un'elevata conducibilità elettrica, essenziale per garantire le prestazioni del rivestimento, in particolare nelle applicazioni riscaldanti antiappannamento.
- Il vetro in PET, pur essendo leggero e flessibile, presenta irregolarità nel deposito di ossido metallico. Questi difetti simili a fori compromettono sia l'omogeneità sia la conducibilità elettrica, rendendo questo substrato meno performante nel suo stato attuale.
Implicazioni per lo sviluppo delle maschere da sci
I risultati mostrano che il vetro minerale è la scelta ottimale per garantire un rivestimento di alta qualità, ma il suo peso e la sua rigidità possono limitarne l'utilizzo nelle maschere da sci. Al contrario, soluzioni di miglioramento per il vetro in PET, come trattamenti superficiali o ottimizzazioni dei parametri di deposito, potrebbero renderlo un candidato valido.
In conclusione, questo studio guida il produttore nelle sue scelte strategiche e sottolinea la necessità di un compromesso tra le prestazioni tecniche e i vincoli ergonomici propri delle attrezzature sportive ad alte prestazioni.
Per qualsiasi domanda relativa a questo caso di studio, vi invitiamo a contattarci direttamente all'indirizzo contact@filab.fr.
