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Tela de smartphone rachada ilustrando a importância do teste de resistência a arranhões para protetores de tela.

Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Preparado por

Stacey Pereira, Jocelyn Esparza e Pierre Leroux

Entendendo a resistência a arranhões nos protetores de tela de telefones

Os revestimentos de proteção nas telas dos telefones desempenham um papel fundamental na resistência a arranhões, na força de adesão e na durabilidade a longo prazo. Com o tempo, arranhões, microfissuras e delaminação do revestimento podem reduzir a clareza óptica e a confiabilidade, especialmente em ambientes de uso intenso. Para avaliar como os diferentes protetores de tela resistem a danos mecânicos, os testes de arranhões instrumentados fornecem uma visão quantificável dos mecanismos de falha do revestimento, incluindo adesão, coesão e comportamento de fratura.

Neste estudo, Testador Mecânico NANOVEA PB1000 é usado para comparar os protetores de tela de TPU com os de vidro temperado sob carga progressiva controlada. Usando a detecção precisa de emissões acústicas, identificamos cargas críticas de falha e caracterizamos como cada material responde ao aumento do estresse mecânico.

Por que o teste de resistência a arranhões é importante para os protetores de tela

Muitos usuários presumem que protetores mais espessos ou mais duros têm automaticamente um desempenho melhor, mas a durabilidade real depende de como o material se comporta sob carga progressiva, deformação da superfície e estresse localizado. Os testes de arranhões instrumentados permitem que os engenheiros meçam a adesão do revestimento, a força coesiva, a resistência ao desgaste da superfície e as cargas exatas nas quais as falhas se iniciam ou se propagam.

Ao analisar os pontos de início de rachaduras, o comportamento de delaminação e os modos de falha, os fabricantes podem validar o desempenho do protetor de tela para P&D, controle de qualidade ou benchmarking comparativo. Os testes de nano e micro arranhões oferecem uma visão repetível e orientada por dados sobre a durabilidade no mundo real, muito além das classificações tradicionais de dureza.

Objetivo do teste de raspagem:
Medição de cargas de falha em protetores de tela

O objetivo deste estudo é demonstrar como o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester realiza testes padronizados e repetíveis de resistência a arranhões em protetores de tela poliméricos e de vidro. Ao aumentar progressivamente a carga aplicada, o sistema detecta cargas críticas para falhas coesivas e adesivas, captura sinais de emissão acústica e correlaciona esses eventos com a profundidade do arranhão, a força de fricção e a deformação da superfície.

Essa metodologia fornece um perfil mecânico completo de cada revestimento protetor, permitindo que os fabricantes e as equipes de P&D avaliem as formulações de materiais, a força de adesão do revestimento, a durabilidade da superfície e a espessura ideal do revestimento para melhorar o desempenho do produto. Essas avaliações de riscos fazem parte do conjunto mais amplo da NANOVEA de soluções para testes mecânicos usado para caracterizar revestimentos, filmes e substratos em ambientes de P&D, controle de qualidade e produção.

NANOVEA PB1000 Plataforma de grande porte
Testador Mecânico

Parâmetros do teste de raspagem e configuração do instrumento

A avaliação da resistência a arranhões dos protetores de tela de TPU e vidro temperado foi realizada em condições controladas para garantir a repetibilidade e a detecção precisa da carga de falha. Os parâmetros a seguir definem a configuração do teste de arranhões de carga progressiva usado no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester.

TIPO CARREGADO PROGRESSIVO
CARGA INICIAL 0.1 N
CARGA FINAL 12 N
VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO 3,025 mm/min
DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO 3 mm
GEOMETRIA INDENTER ROCKWELL (CONE DE 120°)
MATERIAL DO INDENTADOR (PONTA) DIAMANTE
RAIO DA PONTA INDENTADA 50 µm
ATMOSPHERE AR
TEMPERATURA 24 °C (TEMPERATURA AMBIENTE)

TABELA 1: Parâmetros de teste usados para testes de arranhões

Amostra de protetor de tela submetida a teste de arranhões no testador mecânico NANOVEA PB1000

Amostra de protetor de tela montada no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester durante a medição de arranhões com carga progressiva.

Amostras de protetores de tela usadas para testes de resistência a arranhões

Dois materiais protetores de tela disponíveis no mercado foram selecionados para comparar as diferenças de resistência a arranhões, comportamento de falha e durabilidade mecânica. Ambas as amostras foram montadas com segurança no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester e avaliadas sob condições idênticas de carga progressiva para garantir uma comparação consistente e imparcial.

O protetor de tela TPU representa um filme polimérico flexível com alta elasticidade, mas menor resistência à abrasão, enquanto o protetor de tela de vidro temperado representa um material rígido e quebradiço projetado para alta dureza e maior proteção contra impactos. O teste de ambos os materiais sob o mesmo perfil de carga permite uma avaliação clara de como a composição do material, a elasticidade e a dureza influenciam os modos de falha de arranhões.

Protetor de tela TPU

Vidro temperado

FIGURA 1: Protetores de tela de TPU e vidro temperado preparados para testes de resistência a arranhões.

Resultados do teste de arranhões: Modos de falha em protetores de tela de TPU vs. vidro temperado

TIPO DE PROTETOR DE TELACARGA CRÍTICA #1 (N)CARGA CRÍTICA #2 (N)
TPUn/a2.004 ± 0.063
VIDRO TEMPERADO3.608 ± 0.2817.44 ± 0.995

TABELA 2: Resumo das cargas críticas para cada amostra de protetor de tela.

Como os protetores de tela de TPU e de vidro temperado têm propriedades mecânicas fundamentalmente diferentes, cada amostra apresentou modos de falha distintos e limites de carga crítica durante o teste de arranhões com carga progressiva. A Tabela 2 resume as cargas críticas medidas para cada material.

A carga crítica #1 representa o primeiro ponto observável de falha coesiva sob microscopia óptica, como início de rachadura ou fratura radial.

A Carga Crítica #2 corresponde ao primeiro grande evento detectado por meio do monitoramento de emissão acústica (AE), normalmente representando uma falha estrutural maior ou um evento de penetração.

Protetor de tela TPU - Comportamento de polímero flexível

O protetor de tela TPU apresentou apenas um evento crítico significativo (Carga crítica #2). Essa carga corresponde ao ponto ao longo da trilha de arranhões em que o filme começou a se levantar, descascar ou delaminar da superfície da tela do telefone.

Quando a carga crítica #2 (≈2,00 N) foi excedida, o indentador penetrou o suficiente para causar um arranhão visível diretamente na tela do telefone durante o restante do teste. Nenhum evento separado de Carga Crítica #1 foi detectável, o que é consistente com a alta elasticidade do material e a baixa resistência de coesão.

Protetor de tela de vidro temperado - Comportamento de falha frágil

O protetor de tela de vidro temperado apresentou duas cargas críticas distintas, características de materiais frágeis:

  • Carga crítica #1 (≈3,61 N): Fraturas radiais e início de rachaduras foram observados no microscópio, indicando falha coesiva precoce da camada de vidro.

  • Carga crítica #2 (≈7,44 N): Um grande pico de EA e um aumento acentuado na profundidade do arranhão indicaram a penetração do protetor em cargas mais altas.

Embora a magnitude do EA tenha sido maior do que a do TPU, nenhum dano foi transferido para a tela do telefone, demonstrando a capacidade do protetor de vidro temperado de absorver e distribuir a carga antes de uma falha catastrófica.

Em ambos os materiais, a Carga Crítica #2 correspondeu ao momento em que o indentador rompeu o protetor de tela, confirmando o limite de proteção de cada amostra.

Protetor de tela TPU: Dados do teste de arranhões e análise de falhas

SCRATCHCARGA CRÍTICA #2 (N)
12.033
22.047
31.931
MÉDIA2.003
DESVIO PADRÃO0.052

TABELA 3: Cargas críticas medidas durante o teste de arranhões do protetor de tela TPU.

Gráfico mostrando atrito, força normal, emissões acústicas e profundidade versus comprimento do arranhão para o protetor de tela TPU testado no testador mecânico NANOVEA.

FIGURA 2: Força de atrito, carga normal, emissão acústica (AE) e profundidade do arranhão vs. comprimento do arranhão para o protetor de tela TPU. (B) Carga crítica #2

FIGURA 3: Imagem de microscopia óptica do protetor de tela TPU na Carga Crítica #2 (ampliação de 5×; largura da imagem 0,8934 mm).

FIGURA 4: Imagem completa pós-arranhão do protetor de tela TPU mostrando o rastro completo do arranhão após o teste de carga progressiva.

Protetor de tela de vidro temperado: Dados de carga crítica e comportamento de fratura

SCRATCH CARGA CRÍTICA #1 (N) CARGA CRÍTICA #2 (N)
1 3.923 7.366
2 3.382 6.483
3 3.519 8.468
MÉDIA 3.653 6.925
DESVIO PADRÃO 0.383 0.624

TABELA 4: Cargas críticas medidas durante o teste de arranhões do protetor de tela de vidro temperado.

ℹ️ Para comparação com revestimentos de polímeros sem silicato, consulte nosso estudo sobre Teste de desgaste do revestimento de PTFE, que destaca o comportamento de falha em filmes de polímero de baixo atrito sob condições semelhantes de carga progressiva.

FIGURA 5: Força de atrito, carga normal, emissão acústica (AE) e profundidade do arranhão vs. comprimento do arranhão para o protetor de tela de vidro temperado. (A) Carga crítica #1 (B) Carga crítica #2

Imagens de microscopia óptica mostrando os locais de falha de Carga Crítica #1 e Carga Crítica #2 no protetor de tela de vidro temperado durante o teste de arranhões com ampliação de 5x usando o testador mecânico NANOVEA.

FIGURA 6: Imagens de microscopia óptica mostrando os locais de falha da Carga Crítica #1 (esquerda) e da Carga Crítica #2 (direita) com ampliação de 5× (largura da imagem: 0,8934 mm).

FIGURA 7: Imagem de microscopia óptica pós-teste da trilha de arranhões de vidro temperado, destacando o início da fratura (CL#1) e a zona de penetração final (CL#2) após o teste de carga progressiva.

Conclusão: Comparação do desempenho contra arranhões de protetores de tela de TPU vs. vidro temperado

Este estudo demonstra como o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester fornece medições de resistência a arranhões controladas, repetíveis e altamente sensíveis usando carga progressiva e detecção de emissão acústica (AE). Ao capturar com precisão os eventos de falha coesiva e adesiva, o sistema permite uma comparação clara de como os protetores de tela de TPU e de vidro temperado se comportam sob crescente estresse mecânico.

Os resultados experimentais confirmam que o vidro temperado apresenta cargas críticas significativamente mais altas do que o TPU, proporcionando resistência superior a arranhões, início retardado da fratura e proteção confiável contra a penetração do indentador. A menor resistência coesiva do TPU e a delaminação precoce destacam suas limitações em ambientes de alta tensão.

Depois de identificar as cargas de falha, os rastros resultantes também podem ser analisados usando um Perfilômetro óptico 3D sem contato para medir a profundidade da ranhura, a deformação residual e a topografia pós-risco. Isso ajuda a completar o perfil mecânico de cada material.

O NANOVEA Mechanical Tester foi projetado para testes precisos e repetíveis de indentação, arranhões e desgaste, e suporta nano e micro módulos em conformidade com as normas ISO e ASTM. Sua versatilidade o torna uma solução ideal para avaliar o perfil mecânico completo de filmes finos, revestimentos, polímeros, vidros e substratos em P&D, produção e controle de qualidade.

Perguntas frequentes
Sobre o teste de resistência a arranhões

O que é o teste de resistência a arranhões?

O teste de resistência a arranhões avalia como um material ou revestimento responde quando uma ponta de diamante aplica uma carga progressivamente crescente. O teste identifica as cargas críticas em que ocorrem falhas coesivas ou adesivas, fornecendo uma medida quantificável de durabilidade, força de adesão e resistência a danos na superfície.

Qual é a diferença entre falha coesiva e adesiva?

Ocorre uma falha coesiva dentro de o revestimento ou o material, como rachaduras, rasgos ou fraturas internas.
A falha do adesivo ocorre quando o revestimento se desprende do substrato, indicando uma força de adesão insuficiente.

O NANOVEA PB1000 detecta ambos usando monitoramento de emissão acústica sincronizada, rastreamento de profundidade de arranhões e análise de fricção.

Por que usar um testador mecânico em vez de métodos manuais?

Um testador mecânico como o NANOVEA PB1000 fornece medições precisas, repetíveis e padronizadas, garantindo dados confiáveis para P&D, validação de produção e controle de qualidade. Ele também oferece recursos avançados, como detecção de emissão acústica e monitoramento de profundidade em tempo real, que os métodos manuais não podem oferecer.

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