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Monatliches Archiv: November 2025

Zerbrochener Smartphone-Bildschirm, der die Bedeutung der Kratzfestigkeitsprüfung von Displayschutzfolien verdeutlicht.

Prüfung der Kratzfestigkeit von Handy-Displayschutzfolien

Prüfung der Kratzfestigkeit von Handy-Displayschutzfolien

Vorbereitet von

Stacey Pereira, Jocelyn Esparza und Pierre Leroux

Kratzfestigkeit von Handy-Displayschutzfolien verstehen

Schutzbeschichtungen auf Telefonbildschirmen spielen eine entscheidende Rolle bei der Kratzfestigkeit, der Haftfestigkeit und der langfristigen Haltbarkeit. Im Laufe der Zeit können Kratzer, Mikrorisse und Delaminationen der Beschichtung die optische Klarheit und Zuverlässigkeit beeinträchtigen - insbesondere in stark beanspruchten Umgebungen. Um die Widerstandsfähigkeit verschiedener Displayschutzfolien gegen mechanische Beschädigungen zu bewerten, bieten instrumentierte Kratztests einen quantifizierbaren Einblick in die Mechanismen des Versagens der Beschichtung, einschließlich Adhäsion, Kohäsion und Bruchverhalten.

In dieser Studie, NANOVEA PB1000 Mechanischer Tester wird zum Vergleich von TPU und gehärtetem Glas unter kontrollierter progressiver Belastung verwendet. Mithilfe der präzisen Erkennung akustischer Emissionen identifizieren wir kritische Bruchlasten und charakterisieren, wie jedes Material auf zunehmende mechanische Belastung reagiert.

Warum die Kratzfestigkeitsprüfung für Displayschutzfolien wichtig ist

Viele Anwender gehen davon aus, dass dickere oder härtere Schutzschichten automatisch besser sind. Die tatsächliche Haltbarkeit hängt jedoch davon ab, wie sich das Material bei fortschreitender Belastung, Oberflächenverformung und lokaler Beanspruchung verhält. Mit instrumentierten Kratztests können Ingenieure die Haftung der Beschichtung, die Kohäsionsfestigkeit, die Oberflächenverschleißfestigkeit und die genauen Belastungen messen, bei denen Ausfälle beginnen oder sich ausbreiten.

Durch die Analyse von Rissinitiierungspunkten, Delaminationsverhalten und Fehlermodi können Hersteller die Leistung von Bildschirmschutzvorrichtungen für F&E, Qualitätskontrolle oder vergleichende Benchmarking-Tests validieren. Nano- und Mikrokratztests bieten wiederholbare, datengestützte Einblicke in die reale Haltbarkeit, die weit über die traditionellen Härtewerte hinausgehen.

ℹ️ Erfahren Sie mehr über Kratz- und Adhäsionstests für Beschichtungen und Bildschirmschutzfolien.

Scratch Testing Zielsetzung:
Messung von Bruchlasten in Bildschirmschutzvorrichtungen

Ziel dieser Studie ist es, zu demonstrieren, wie der NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester wiederholbare, standardisierte Kratzfestigkeitstests sowohl an Polymer- als auch an Glas-Bildschirmschutzfolien durchführt. Durch schrittweise Erhöhung der aufgebrachten Last erkennt das System kritische Belastungen für kohäsives und adhäsives Versagen, erfasst akustische Emissionssignale und korreliert diese Ereignisse mit der Kratztiefe, der Reibungskraft und der Oberflächenverformung.

Diese Methode liefert ein vollständiges mechanisches Profil jeder Schutzbeschichtung und ermöglicht es Herstellern und Forschungs- und Entwicklungsteams, Materialformulierungen, Haftfestigkeit der Beschichtung, Oberflächenbeständigkeit und optimale Beschichtungsdicke für eine verbesserte Produktleistung zu bewerten. Diese Kratzertests sind Teil von NANOVEAs breiterem Angebot an Lösungen für mechanische Prüfungen zur Charakterisierung von Beschichtungen, Filmen und Substraten in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Qualitätskontrolle und Produktion eingesetzt.

NANOVEA PB1000 Großplattform
Mechanischer Tester

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NANOVEA SCRATCH TESTER: PTFE BESCHICHTUNG VERSCHLEISSTEST

Scratch-Test-Parameter und Geräteeinstellung

Die Bewertung der Kratzfestigkeit von TPU- und Hartglas-Bildschirmschutzfolien wurde unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, um die Wiederholbarkeit und die genaue Erkennung von Fehlern und Belastungen zu gewährleisten. Die folgenden Parameter definieren den Aufbau des Kratztests mit progressiver Belastung, der mit dem NANOVEA PB1000-Mechaniktester durchgeführt wurde.

LADUNGSTYP PROGRESSIVE
ANFANGSLADUNG 0.1 N
ENDLADUNG 12 N
GLEITGESCHWINDIGKEIT 3,025 mm/min
GLEITSTRECKE 3 mm
EINDRINGKÖRPERGEOMETRIE ROCKWELL (120°-KEGEL)
MATERIAL DES EINDRINGKÖRPERS (SPITZE) DIAMANT
RADIUS DER EINDRINGKÖRPERSPITZE 50 µm
ATMOSPHÄRE AIR
TEMPERATUR 24 °C (RAUMTEMPERATUR)

TABELLE 1: Testparameter für Kratztests

Muster eines Bildschirmschutzes im Kratzertest auf dem mechanischen Prüfgerät NANOVEA PB1000

Bildschirmschutz-Probe auf dem NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester während der Kratzermessung mit progressiver Belastung.

Bildschirmschutzmuster für die Prüfung der Kratzfestigkeit

Es wurden zwei handelsübliche Bildschirmschutzmaterialien ausgewählt, um die Unterschiede in der Kratzfestigkeit, dem Bruchverhalten und der mechanischen Haltbarkeit zu vergleichen. Beide Proben wurden sicher auf dem NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester befestigt und unter identischen Bedingungen mit progressiver Belastung bewertet, um einen konsistenten und unvoreingenommenen Vergleich zu gewährleisten.

Die TPU-Schutzfolie ist eine flexible Polymerfolie mit hoher Elastizität, aber geringerer Abriebfestigkeit, während die Schutzfolie aus gehärtetem Glas ein starres, sprödes Material ist, das auf hohe Härte und verbesserten Aufprallschutz ausgelegt ist. Das Testen beider Materialien unter demselben Belastungsprofil ermöglicht eine klare Beurteilung, wie Materialzusammensetzung, Elastizität und Härte die Art der Kratzer beeinflussen.

TPU-Bildschirmschutzfolie

Gehärtetes Glas

ABBILDUNG 1: Displayschutzfolien aus TPU und gehärtetem Glas, die für die Prüfung der Kratzfestigkeit vorbereitet sind.

Kratztest-Ergebnisse: Versagensmodi bei TPU- und gehärteten Glas-Bildschirmschutzfolien

ART DES BILDSCHIRMSCHUTZESKRITISCHE BELASTUNG #1 (N)KRITISCHE BELASTUNG #2 (N)
TPUk.A.2.004 ± 0.063
TEMPERIERTES GLAS3.608 ± 0.2817.44 ± 0.995

TABELLE 2: Zusammenfassung der kritischen Belastungen für jedes Muster einer Bildschirmschutzfolie.

Da TPU- und Hartglas-Bildschirmschutzfolien grundlegend unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben, wies jede Probe unterschiedliche Versagensmodi und kritische Belastungsschwellen während der Kratztests mit progressiver Belastung auf. In Tabelle 2 sind die gemessenen kritischen Lasten für jedes Material zusammengefasst.

Die kritische Last #1 stellt den ersten unter dem Lichtmikroskop beobachtbaren Punkt des kohäsiven Versagens dar, wie z. B. Rissbildung oder Radialbruch.

Die kritische Last #2 entspricht dem ersten größeren Ereignis, das durch die Überwachung der Schallemissionen (AE) festgestellt wurde und typischerweise ein größeres strukturelles Versagen oder ein Eindringungsereignis darstellt.

TPU-Bildschirmschutzfolie - Flexibles Polymer-Verhalten

Die TPU-Bildschirmschutzfolie wies nur ein signifikantes kritisches Ereignis auf (Critical Load #2). Diese Belastung entspricht dem Punkt entlang der Kratzspur, an dem die Folie begann, sich von der Oberfläche des Telefondisplays abzuheben, abzulösen oder zu delaminieren.

Sobald die kritische Last #2 (≈2,00 N) überschritten wurde, drang der Eindringkörper so weit ein, dass für den Rest des Tests ein sichtbarer Kratzer direkt auf dem Handy-Display entstand. Es wurde kein separates Ereignis der kritischen Last #1 festgestellt, was mit der hohen Elastizität und der geringen Kohäsionsfestigkeit des Materials zusammenhängt.

Bildschirmschutz aus gehärtetem Glas - Sprödes Versagensverhalten

Der Bildschirmschutz aus gehärtetem Glas wies zwei unterschiedliche kritische Belastungen auf, die für spröde Materialien charakteristisch sind:

  • Kritische Last #1 (≈3,61 N): Unter dem Mikroskop wurden Radialbrüche und Rissbildung beobachtet, was auf ein frühes kohäsives Versagen der Glasschicht hinweist.

  • Kritische Last #2 (≈7,44 N): Eine große AE-Spitze und eine starke Zunahme der Kratztiefe deuten auf das Eindringen des Protektors bei höheren Belastungen hin.

Obwohl der AE-Wert höher war als der von TPU, wurden keine Schäden auf den Handy-Bildschirm übertragen, was die Fähigkeit des Hartglasschutzes beweist, Belastungen zu absorbieren und zu verteilen, bevor es zu einem katastrophalen Versagen kommt.

Bei beiden Materialien entsprach die kritische Last #2 dem Moment, in dem der Eindringkörper den Bildschirmschutz durchbrach, was die Schutzgrenze der jeweiligen Probe bestätigte.

TPU-Bildschirmschutzfolie: Kratztestdaten und Fehleranalyse

SCRATCHKRITISCHE BELASTUNG #2 (N)
12.033
22.047
31.931
DURCHSCHNITT2.003
STANDARDABWEICHUNG0.052

TABELLE 3: Kritische Belastungen, gemessen bei Kratztests von TPU-Bildschirmschutzfolien.

Diagramm, das Reibung, Normalkraft, Schallemissionen und Tiefe im Vergleich zur Kratzerlänge für TPU-Bildschirmschutzfolien zeigt, die mit dem NANOVEA-Mechanik-Testgerät getestet wurden.

ABBILDUNG 2: Reibungskraft, normale Belastung, Schallemission (AE) und Kratztiefe im Vergleich zur Kratzerlänge für die TPU-Bildschirmschutzfolie. (B) Kritische Last #2

ABBILDUNG 3: Lichtmikroskopische Aufnahme des TPU-Bildschirmschutzes bei Critical Load #2 (5fache Vergrößerung; Bildbreite 0,8934 mm).

ABBILDUNG 4: Bild der TPU-Bildschirmschutzfolie in voller Länge nach dem Kratzer, das die gesamte Kratzspur nach dem Test mit progressiver Belastung zeigt.

Bildschirmschutz aus gehärtetem Glas: Kritische Belastungsdaten und Bruchverhalten

SCRATCH KRITISCHE BELASTUNG #1 (N) KRITISCHE BELASTUNG #2 (N)
1 3.923 7.366
2 3.382 6.483
3 3.519 8.468
DURCHSCHNITT 3.653 6.925
STANDARDABWEICHUNG 0.383 0.624

TABELLE 4: Kritische Belastungen, gemessen bei Kratztests mit gehärtetem Glas für Bildschirmschutz.

ℹ️ Zum Vergleich mit nicht-silikatischen Polymerbeschichtungen siehe unsere Studie über PTFE-Beschichtung Verschleißprüfung, die das Versagensverhalten von Polymerfolien mit geringer Reibung unter ähnlichen progressiven Belastungsbedingungen aufzeigt.

ABBILDUNG 5: Reibungskraft, normale Belastung, akustische Emission (AE) und Kratztiefe im Vergleich zur Kratzerlänge für den Bildschirmschutz aus gehärtetem Glas. (A) Kritische Last #1 (B) Kritische Last #2

Optische Mikroskopiebilder, die die Fehlerstellen der kritischen Belastung #1 und der kritischen Belastung #2 auf dem gehärteten Glasbildschirmschutz während des Kratztests bei 5-facher Vergrößerung mit dem NANOVEA-Mechanik-Testgerät zeigen.

ABBILDUNG 6: Lichtmikroskopische Aufnahmen der Bruchstellen von Critical Load #1 (links) und Critical Load #2 (rechts) bei 5facher Vergrößerung (Bildbreite: 0,8934 mm).

ABBILDUNG 7: Lichtmikroskopische Aufnahme der Kratzspur aus gehärtetem Glas nach dem Test, die den Beginn des Bruchs (CL#1) und die endgültige Eindringzone (CL#2) nach dem progressiven Belastungstest zeigt.

Schlussfolgerung: Vergleich der Kratzfestigkeit von TPU- und gehärteten Glas-Bildschirmschutzfolien

Diese Studie zeigt, wie der NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester kontrollierte, wiederholbare und hochempfindliche Messungen der Kratzfestigkeit unter progressiver Belastung und akustischer Emission (AE) ermöglicht. Durch die präzise Erfassung sowohl kohäsiver als auch adhäsiver Versagensereignisse ermöglicht das System einen klaren Vergleich des Verhaltens von TPU- und Hartglas-Bildschirmschutzfolien bei zunehmender mechanischer Belastung.

Die Versuchsergebnisse bestätigen, dass gehärtetes Glas eine deutlich höhere kritische Belastung als TPU aufweist und eine bessere Kratzfestigkeit, eine verzögerte Bruchauslösung und einen zuverlässigen Schutz gegen das Eindringen von Eindringlingen bietet. Die geringere Kohäsionsfestigkeit von TPU und die frühere Delaminierung verdeutlichen seine Grenzen in hochbelasteten Umgebungen.

Nach der Ermittlung der Bruchlasten können die resultierenden Kratzspuren auch mit einem berührungsloses optisches 3D-Profilometer zur Messung der Rillentiefe, der Restverformung und der Topografie nach dem Kratzer. Dies trägt zur Vervollständigung des mechanischen Profils eines jeden Materials bei.

Das NANOVEA-Mechanikprüfgerät wurde für genaue und wiederholbare Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungen entwickelt und unterstützt ISO- und ASTM-konforme Nano- und Mikromodule. Seine Vielseitigkeit macht ihn zur idealen Lösung für die Bewertung des gesamten mechanischen Profils von dünnen Filmen, Beschichtungen, Polymeren, Gläsern und Substraten in F&E, Produktion und Qualitätskontrolle.

Häufig gestellte Fragen
Über Kratzfestigkeitstests

Was ist eine Kratzfestigkeitsprüfung?

Bei der Kratzfestigkeitsprüfung wird bewertet, wie ein Material oder eine Beschichtung reagiert, wenn ein Diamantstift eine progressiv ansteigende Last aufbringt. Der Test identifiziert die kritischen Belastungen, bei denen kohäsive oder adhäsive Fehler auftreten, und liefert ein quantifizierbares Maß für die Haltbarkeit, die Haftfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenschäden.

Was ist der Unterschied zwischen kohäsivem und adhäsivem Versagen?

Kohäsives Versagen tritt auf innerhalb der Beschichtung oder des Materials, wie z. B. Risse, Risse oder innere Brüche.
Der Klebstoff versagt, wenn sich die Beschichtung vom Untergrund löst, was auf eine unzureichende Haftfestigkeit hinweist.

Der NANOVEA PB1000 erkennt beides durch synchronisierte Schallemissionsüberwachung, Kratzertiefenverfolgung und Reibungsanalyse.

Warum ein mechanisches Prüfgerät anstelle von manuellen Methoden?

Ein mechanisches Prüfgerät wie das NANOVEA PB1000 liefert präzise, wiederholbare und standardisierte Messungen und gewährleistet so zuverlässige Daten für Forschung und Entwicklung, Produktionsvalidierung und Qualitätskontrolle. Außerdem bietet es fortschrittliche Funktionen wie die Erkennung akustischer Emissionen und die Tiefenüberwachung in Echtzeit, die manuelle Methoden nicht bieten können.

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