不同材质触摸屏保护膜抗污染性研究_姚永新.pdf

26全国性建材科技期刊玻璃2023年第4期总第379期目前市场上的触摸屏保护膜产品种类繁多，PET膜是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。由于材质不同，在使用过程中3种膜光学性能和使用体验均有不同，钢化玻璃膜耐划伤、易清洁；TPU膜较软，使用手感差；PET膜易划伤，使用寿命短。为了改善这些缺点，通过化学气相沉积、磁控溅射、湿法涂布等工艺对保护膜表面进行处理，但总体呈现效果不明显、耐久性差、难清1-3洁。0引言随着移动电子设备的普及，越来越多的消费者会在智能手机、平板电脑以及显示器等设备上加贴一层防止屏幕划伤或刮花的保护膜。目前市面上常用的触摸屏保护膜按材质分为钢化玻璃膜、TPU膜、PET膜。钢化玻璃膜是用超薄的玻璃经化学钢化形成的高强度玻璃膜；TPU膜是具有热修复功能的热塑性聚氨酯膜，又称水凝膜；（上海市质量监督检验技术研究院上海201114）摘要通过对不同材质触摸屏保护膜接触角、雾度、规则透射比和镜面反射比的测试，分析了不同保护膜污染前后的光学性能变化。结果表明：钢化玻璃膜、TPU膜和PET膜均能被汗液和护肤品污染，钢化玻璃膜污染后光学性能变化最小，抗污染性最好，PET膜光学变化最大，抗污染性能最差；3种材质的保护膜抗汗液污染性均优于抗护肤品污染性。关键词触摸屏保护膜；接触角；光学性能；抗污染性中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10031987（2023）04002607Study on Anti-pollution of ProtectiveFilm of Touch Screen Made of Different Materials不同材质触摸屏保护膜抗污染性研究YAO Yongxin,WANG Longmei,ZHOU Lei姚永新王龙梅周磊（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Shanghai 201114,China）Abstract:The contact angle,haze,regular transmittance and specular reflectance of the protective film of touch screen made of different materials are tested.The optical performance changes of different protective film are an analyzed.The results show that the toughened glass film,TPU film and PET film can be contaminated by sweat and skin care products.The toughened glass film has the smallest change in optical properties and the best anti-pollution performance,while the PET film has the largest change in optical properties and the worst anti-pollution performance.The anti-perspiration pollution of protective film made of three materials is better than that of skin care products.Key Words:protective film of touch screen,contact angle,optical performance,anti-pollution基金项目：上海市质量监督检验技术研究院项目触摸屏用保护膜性能评价方法研究（项目编号：KY-2020-4-QH）,上海市科学技术委员会研发公共服务平台建设项目上海市日用消费品质量安全检测专业技术服务平台（项目编号：14DZ2293000）作者简介：姚永新（1990-），男，工程师，研究方向：玻璃及玻璃相关材料检测技术及标准研究。27研究与综述（1）市售的声称具有防指纹、防污染功能的屏幕保护膜，其中钢化玻璃膜4款，TPU膜4款，PET膜2款；1.3试验和表征（1）在无尘环境中，揭去触摸屏保护膜的背膜（离型纸不去除），将其贴附在0.8 mm的触屏盖板玻璃上，置于恒温恒湿实验室静置24 h；1.2试验材料本文通过模拟实际使用环境，采用人造汗液和市售护肤品来污染触摸屏保护膜，测试其污染前后的水接触角、雾度、规则透射比、镜面反射比等性能，研究不同材质触摸屏保护膜污染前后的光学性能变化。（2）依次用肥皂、无水乙醇和水清洗手指，用吹风机吹干，在恒温恒湿实验室静待10 min。在拇指上涂抹上汗液或护手霜，每次涂抹前均按以上步骤清洗手指，将手指自然放在触摸屏保护膜表面，然后将200 g配重置于手指上，保持10 s。重复上述操作过程，直至2 mL汗液或护手霜声称的功能也越来越多，防指纹、抗污染是其中一个主要的功能，但消费者买到的保护膜是否能真正防指纹、抗污染有待考证。触摸屏保护膜在使用过程中的主要污染物为汗液以及皮肤表面使用的护肤品。目前，大多数研究仅通过测量水或二碘甲烷的接触角来评价防指纹、抗污染效果，4未考虑触摸屏污染后的性能变化。1试验（3）人造汗液：pH4.5;1.1试验仪器（2）0.8 mm的触屏盖板玻璃；（4）护肤品：市售蝶印护手霜（Japanese）。Lambda950紫外可见近红外分光光度计，PE公司；CA-100C水接触角测试仪，上海盈诺精密仪器有限公司；SGH-2高精度雾度测定仪，北京奥博泰科技有限公司。（3）完成后测试水接触角、雾度、规则透5射比和镜面反射比，按照GB/T 243682009和6GB/T 306932014方法测量水接触角，按GB/T 724102008方法测量雾度，参照GB/T 2680 82021可见光透射比和反射比方法计算380780 nm波长范围内的规则透射比和镜面反射比。涂完；2结果与分析2.1接触角接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角，如图1所示。接触角可以衡量液相对固相润湿程度和固体表面的疏水性能，一般液相对固相润湿和非润湿的接触角临界点为90。若90，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体粘附在其表面上，接触角越大，固体材料的疏水性越好。固体表面如果有一层疏水涂层，遇到油或水时，表面的液体由于表面张力会成球状，难以润湿固体表面，不易污染固体。市面上大多数触摸屏保护膜防指纹、抗污染功能就是利用此原理的。图2是不同材质触摸屏保护膜表面接触角测试时水滴的典型形状。图1气-液-固界面接触角示意图28全国性建材科技期刊玻璃2023年第4期总第379期有研究表明，日常使用时手指与屏幕接触的过程中，来自汗液中98%以上的水分、盐以及部由图2可知，钢化玻璃膜表面水接触角超过90，液滴在表面呈现圆球状，表明无外力作用下，钢化玻璃膜表面不易残留液体污染物，不易被污染；TPU膜和PET膜表面水接触角都小于90，PET膜表面液滴呈现平铺态势，表面易被润湿和污染。分油脂等会残留在屏幕保护膜上，此外皮肤表面所使用的护肤品也会在保护膜表面产生残9-10留。本研究模拟触摸屏保护膜使用环境，在200 g外力作用下，用人造汗液和市售护肤品对10款声称具有防指纹、抗污染功能的保护膜进行了污染试验，并测试了污染前后的表面水接触角，表1为不同材质触摸屏保护膜污染前后表面水接触角数据。图2不同材质触摸屏保护膜表面接触角测试时水滴的典型形状 钢化玻璃膜 TPU膜 PET膜表1不同材质触摸屏保护膜污染前后表面水接触角B1编号D1A1A2B2C1C2D2EF材质磨砂钢化玻璃磨砂钢化玻璃光面钢化玻璃光面钢化玻璃平均值平均值光面TPU光面TPU磨砂PET磨砂PET光面TPU光面TPU平均值83 80 污染前接触角/（）121114113113 115 84 83 82 75 82 79 67 72 8481 82 70 86 87 78 95 汗液污染后接触角/（）83 80 80 81 6886 81 60 79 81 82 83 74 77 70 66 护肤品污染后接触角/（）29研究与综述由表1可知，钢化玻璃保护膜污染前表面水接触角均值为115，大于90，说明钢化玻璃膜具有一定的疏水性；TPU保护膜和PET保护膜污染前表面水接触角小于且接近90，说明TPU和PET膜疏水性较差。因此污染前钢化玻璃膜的防指纹、抗污染能力要优于TPU和PET膜。汗液和护肤品污染后，3种材质的保护膜表面水接触角均降低了，说明3种材质的保护膜均能被汗液和护肤品污染，但钢化玻璃膜污染后的表面水接触角为8195，大于TPU和PET膜污染前的接触角7584，说明钢化玻璃膜即使污染后，其抗污染性能仍优于TPU和PET膜。比较TPU膜和PET膜污染前后的水接触角变化，可以发现TPU膜污染前后水接触角降低28，PET膜降低911，说明PET膜比TPU膜更易被污染。综合比较污染前后3种材质保护膜的水接触角，可以看出钢化玻璃膜抗污染性最好，PET膜最差。2.2雾度雾度是透过试样而偏离入射光方向的散射光与透射光通量之比，通常将偏离入射光方向72.5以上的散射光用于计算雾度。雾度是可以表征透明或半透明材料其内部或表面发生光散射而引起的云雾状外观，雾度越大，材料表面产生的散射光越多，材料表观透明度越低，透过材料看清物体的清晰度会下降。触摸屏保护膜被污染后，由于表面散射光增多，雾度会增加，表2为6款不同材质触摸屏保护膜污染前后雾度变化数据。表2不同材质触摸屏保护膜污染前后雾度变化编号EFA1B1C1D1光面钢化玻璃膜光面TPU膜磨砂PET膜材质光面TPU膜磨砂PET膜磨砂钢化玻璃膜10.19 0.11 34.71 0.48 11.52 污染前雾度/%0.43 5.9 汗液污染后雾度的增加/%1.4 5.1 7.6 7.2 2.8 护肤品污染后雾度的增加/%13.3 15.1 12.2 9.9 9.1 9.8由表2可知，污染前磨砂保护膜雾度都比较大，透过磨砂膜看屏幕的清晰度会比光面膜要低。3种材质的保护膜污染后雾度变化都很大，其中汗液污染后钢化玻璃膜雾度变化最小、PET膜雾度变化最大；护肤品污染后所有膜雾度变化都比汗液污染后的变化大，并且磨砂膜雾度变化比光面膜低。这可能是因为汗液中固体颗粒含量比护肤品低，固体颗粒粘附在保护膜表面更易引起光散射导致的，且对于磨砂膜，护肤品的固体颗粒填平了磨砂的凹坑后，反而导致膜表面的散射光减少，从而导致磨砂膜雾度变化比光面膜低。污染后保护膜雾度变化，表明钢化玻璃膜2.3规则透射比测试6款不同材质的触摸屏保护膜污染前后抗汗液污染优于TPU和PET膜，3种材质保护膜抗护肤品污染性能都很差。透射比是透过试样的光通量与入射到试样上的光通量之比，当平行光在表面平滑、内部质地均匀的材料中以一个角度发生传播方向的偏折，称为材料的规则透射比，简单来说，就是透过这个材料，可以直接看到材料后面的影像。保护膜的规则透射比越高，光线透过保护膜时因散射和吸收的损失就越小。保护膜表面的污染物会导致透过膜的光散射和吸收增加，从而导致保护膜规则透射比降低。30全国性建材科技期刊玻璃2023年第4期总第379期的规则透射比，其曲线变化比较相似，图3是不同材质触摸屏保护膜污染前后规则透射比的典型曲线。由图3可知，3种材质保护膜污染后规则透射比均有不同程度的降低。图3不同材质触摸屏保护膜污染前后规则透射比的典型曲线钢化玻璃膜TPU膜PET膜按照CIE的标准视函数和标准照明体D65的相对光谱功率分布加权平均计算出380780 nm波长范围内的规则透射比，表3为不同材质触摸屏保护膜污染前后规则透射比变化数据。表3不同材质触摸屏保护膜污染前后规则透射比变化ED1F编号A1C1B1磨砂钢化玻