屏幕保护膜耐磨性测试存在问题
屏幕保护膜上即使沾有灰尘，也能经受多次滑动操作，且可与其他许多可能损坏或磨损屏幕的物品一同存放。它们通常作为保护智能手机的“牺牲层”，但人们仍期望它们能经久耐用。 鉴于市面上众多产品都宣称具有相似的耐磨性，本研究旨在测试来自不同品牌的几款产品，以评估其耐磨性，并验证其性能是否如宣传所言。
为了展示这些屏幕保护膜所受的损伤，本研究重点关注了两种最常见的致损物：沙粒和钥匙。 沙粒可视为半径在10至100微米之间的表面粗糙点。对于钥匙，本研究使用共聚焦显微镜测量了钥匙上3个不同齿的半径。
耐磨性测试方法
表面粗糙度表征：
第一步是对钥匙的粗糙点进行表征，以确定合适的等效半径。为此，使用 Rtec-Instruments Lambda 头部轮廓仪对钥匙上的 3 个不同齿部进行成像，并测量了不同边缘处的半径（图 2）。
磨损测量：
为了模拟与屏幕保护膜接触的各种微凸起，按照ASTM G133标准，将不同半径的金刚石探针反复沿样品表面拖动，以形成磨损轨迹。向探针施加恒定的法向力，以模拟微凸起在屏幕保护膜表面滑动时产生的力。 对完整的磨损轨迹以固定间隔进行成像，以观察其演变过程，并量化随时间变化的磨损程度。当观察到磨损轨迹沿线出现完全剥落失效时，测试即告终止。在划痕试验过程中可记录多个信号，使用户能够将行为与具体测量值相关联。
图2：键齿轮廓测量法
| 加载应用程序配置文件 | 恒定负载 |
| 轨道长度 | 1 毫米 |
| 正常负载 | 2 和 7 N |
| 线性往复频率 | 5 Hz |
| 探针 | 半径为 20 µm 和 100 µm 的金刚石球 |
耐磨性测试条件
使用Lambda头部轮廓仪对钥匙齿进行了成像。采用50倍物镜获取了共聚焦图像，并对其进行了进一步分析，以确定用于磨损试验的平均粗糙度半径。
使用压痕划痕试验机（SMT-5000）在三种不同的钢化玻璃屏幕保护膜上制作了磨损痕迹（图3）。对不同的样品进行了简单的往复线性磨损试验。 使用了两种不同的金刚石来模拟沙粒（半径20微米）和钥匙（半径100微米）。金刚石所受的法向力也经过选择，以模拟实际使用情况。
每经过 300 个循环，就会拍摄一张整个轨道的共聚焦图像。最后，在经过 1500 个循环后测量了磨损体积，以便比较不同样品的情况。
测试参数汇总如表1所示
屏幕保护膜耐磨性测试结果
表面粗糙度半径表征
对钥匙上的三枚齿进行了成像，以代表不同的角度和半径。如图4所示，每枚齿均沿两个正交方向进行了横截面测量。 经计算，该钥匙上所有半径的平均值为102.7微米，因此选用半径为100微米的金刚石测针进行磨损试验。
耐磨试样的磨损研究
线性往复试验导致试样出现三个磨损阶段。第一阶段是在材料表面形成沟槽，这发生在前几百个循环内。下一阶段是赫兹裂纹的出现，这些裂纹可能出现在磨损轨迹中，也可能出现在轨迹的一端。 最后，裂纹继续扩展，最终导致玻璃因碎裂而完全失效。
针对每个样品，记录了导致屏幕保护膜完全失效所需的循环次数，并进行比较以量化各产品的耐受性。
结果如表3所示。
| 20 µm 针尖 | 100微米测针 | |
|---|---|---|
| A | 2789 | 5116 |
| B | 5674 | 8992 |
| C | 4851 | 6497 |
经过1000个循环后，在磨损沟槽中持续施加载荷开始在钢化玻璃中产生赫兹裂纹，如共聚焦图像和明场图像所示。暗场图像证实了图7中所示裂纹的存在。
随着首批裂纹的出现，一些玻璃颗粒进入滑动接触面，从而加速了沟槽的劣化。尽管首批裂纹的出现通常会促使用户更换屏幕保护膜，但本研究将线性往复试验推进到钢化玻璃发生缺口的地步，以比较各样品的极限承载能力。 图8展示了磨损轨迹中部出现的此类失效现象。
随着第一道裂纹的出现，一些玻璃颗粒进入滑动接触面，从而加速了沟槽的磨损。
尽管出现第一道裂纹通常会促使用户更换屏幕保护膜，但本研究将线性往复试验推进到钢化玻璃出现缺口的程度，以比较各试样的极限承载能力。图8显示了磨损痕迹中部出现的此类破坏现象。
针对每个样品，记录了导致屏幕保护膜完全失效所需的循环次数，并进行比较以量化各产品的耐用性。
结果如表3所示。
图9总结了本研究的结果，展示了每个试样的磨损体积以及达到完全失效所需的循环次数。
| 20 µm 针尖 | 100 µm 测针 | |
|---|---|---|
| A | 3900 | 4500 |
| B | 1800 | 2100 |
| C | 3300 | 3900 |
结论
之前的应用说明主要关注智能手机应用中屏幕和玻璃（屏幕盖板）的抗刮擦性能（参见 Rtec Instruments 关于玻璃抗刮擦性能的应用说明）。正如上文所示，通过提供全面的摩擦学研究，同一套仪器还能帮助用户更深入地了解玻璃材料。 可在 Rtec-Instruments 上执行 ASTM G133 或其他相关标准测试，以进一步了解此类玻璃及其对所保护智能手机的防护能力。
通过不同时间间隔的自动图像采集，可以对磨损轨迹和各种失效现象进行独特的可视化展示。共聚焦图像可用于体积和面积的计算，从而简化此类研究的摩擦学分析。
尽管这三种不同的屏幕保护膜宣称具有相似的性能，但本研究表明，这些样品在耐磨性和抗断裂性方面存在明显差异。
