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发表于 2012-3-1 16:03:26
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化学性质反映了在镜片制造及日常生活中,镜片材料对于化学物质的反应特性,或是在某些& ?2 q! h# z5 a) m. L% M
极端条件下材料的反应特性。例如加速老化试验是为了测试材料的可信度。测试时通常使用
( e3 m. m; Z# m3 W冷水、热水、酸类以及各种有机溶剂,在国际标准中也有判断镜片材料的耐火性测试。
3 r. f6 \/ L/ z0 g, ~; {二.基本镜片材料) D0 k G4 x6 J2 j9 m; q
镜片材料采用透明的介质,主要分为无机和有机二大类。在我们的日常生活还会碰到一种天: W; t& s% ^# K$ j' W: L5 a) n
然介质水晶镜片,这是用石英矿磨制成的镜片。古代有水晶能养颜明目的说法,但事实上水7 H( `$ ]5 j9 i) x$ \
晶的主要成分是二氧化硅(sio2),最大优点是硬性度高且不易受潮,但紫外线及红外线的
) q g: t9 \4 [7 t透过率较高,而且水晶中密度不均匀,含杂质,有条纹及气泡等到产生,会形成双折射现象, " \; s. x* _* J! C4 {
从而影响视力。! {6 c6 {4 ]; T9 ?1 G4 g
一、无机材料--玻璃
' ?3 @ P" X7 t4 o玻璃是非常特殊的不定型材料,在常温下呈现固体,坚硬但易碎,在高温下具有粘性。' g Q9 K* V. n G
玻璃没有固定的化学结构,因而没有确切的熔点。随着温度的上升,玻璃材料会变软、粘性/ P$ z F$ I6 W. }
增加,并逐渐由固体变为液体,这种逐渐变化的特性我们称之为"玻璃状态"。这一特性意味, t D# q2 Z4 V* q: W) F# R
着玻璃在高温时可以被加工和铸型。玻璃材料制成的镜片具有良好的透光性、表面抛光后更
6 e- w2 S2 w, t: M7 a4 N- L加透明的优点。
, i) C) R8 c0 Z& A. o2 E(1)普通玻璃材料(1。5 和1。6):折射率为1.523 的冕牌玻璃是传统光学镜片的制造材+ x( d% S5 A% l' N- m
料,其中60%~70% 为二氧化硅,其余则由氧化钙、钠和硼等多种物质混合。有时也将折射! i% A& t7 T" q* v. [ L% ]
率为1.6 的镜片划归普通镜片。
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(2)高折射率玻璃材料:经过多年的研究,镜片制造商已经找到了在提高材料折射率的同5 Q* T2 A) H* s, Q2 p9 m
时又保持低色散的方法,即在玻璃中加入新的化学元素。, Z6 M4 Y1 \/ q
早在1975 年就生产出了含钛元素的镜片,折射率为1.7,阿贝数为41;15 年之后又生产
3 Q" l1 `" r: E5 P出了含镧元素的镜片,折射率为1.8,阿贝数为34;1995 年出现折射率为1.9 的材料,加& a( z7 ^# \5 f0 r2 W
入了元素铌,阿贝数为30,这是目前折射率最高的镜片材料。虽然采用这些材料所制造的9 \; K- L1 R9 e( }7 R! g- n3 \2 L
镜片越来越薄,然而却没有减少镜片的另一重要参数:重量。实际上,随着折射率的增加, ( T/ N) m8 N2 q7 v% }; x
材料的比重也随之增加,这样就抵消了因为镜片变薄而带来的重量上的减轻。
: r, @# P9 o ?' `6 o4 H(3)染色玻璃材料:在玻璃材料中混合入一些具有特殊吸收性质的金属盐后会表现出着色
" `9 ?) O1 i. w7 F# y的效果,例如:加镍和钴(紫色),钴和铜(蓝色),铬(绿色),铁,镉(黄色),金,铜和
- u) E0 O D0 X. k3 m0 W硒(红色)等等。这些染色镜片材料主要应用于大规模地生产平光太阳镜片或防护镜片。一) D* D$ a! P1 m
些具有特殊过滤性质的浅色材料(棕色、灰色、绿色或粉红色)也被用于生产屈光矫正镜片,
. }# Y- r r9 ^# ]; T; p4 o但象这种镜片的材料现在的需求并不多,主要原因是由于近视或远视镜片的中心厚度与边缘
, n3 r% m/ \0 _% i! b/ X8 e厚度不同,从而使镜片的颜色深浅不一致,屈光度越高,颜色差异就越明显。
7 W# q2 }4 ~- i) \" n(4)光致变色玻璃材料:光致变色现象是通过改变材料的光线吸收属性,使材料对太阳光3 j* y; m/ z; c
强度作出反应的一种性质。它的基本原则是使普通的玻璃(包括塑料光致变色材料)在紫外1 D3 t. `/ h1 f9 m! w% u5 |- I, I
线辐射的影响下颜色变深,以及在周围高温的影响下颜色变淡,这2 n( e E3 C- s0 b
两个过程是可逆的,而且可能一直存在。这一现象是通过激活在材料中混合的光致变色物质
6 Q$ p$ I- z# y4 h9 w' y+ p1 t的分子而完成的。1962 年出现了第一代光致变色玻璃材料,此后性能不断得到改良。其主要) d+ n) r7 [8 z" C: D) |- h6 ^* `
是在玻璃材料中加入了卤化银晶体。这些晶体在紫外线击幅射下起化学反应,使镜片的颜色! K' B/ r# X1 s& t' J
变深。第一代光致变色玻璃材料的变色原理是银原子和氯原子之间的一种电子交换,通过氯0 t$ k* W! v; ?2 T" N! ~8 T* A% N
化银和周围的环境来表现。在没有光线的条件下,氯化银呈离子态,因银离子是透明的,所& h$ @8 C/ T( A$ v8 |) t$ x
以镜片也是透明的;而在紫外线辐射下,不稳定电子离开了氯离子,与银离子结合为金属银
' f% ]# H# s6 w. n' N- b2 y并吸收光,镜片则变深。当紫外线辐射减弱,移动电子离开银原子返回氯原子,镜片逐渐恢, X1 x4 u% ^+ A. `
复了原先的清澈状态。对一般的光致变色玻璃,变色同时也受到温度的控制,在光照度不变
) c, e- B y$ L0 ]$ u时,温度越低则颜色越深。) _% b/ z3 v, |* ^1 Q
光致变色材料大多是灰色和棕色的,俗称灰变和茶变,其它的颜色也可以通过专门的工艺达
8 k& Z$ _1 Y" n% r: @ ^到。所有的眼镜片,包括熔化双焦点镜片、渐进镜片都可以使用光致变色材料制造。近年来,
8 I4 M1 I+ z) t4 H1 {% ^. D光致变色树脂镜片的发展较快,材料在不断改良,其折射率已不再局限于1.50 。1 q( v o, \+ p1 w' m
二、有机材料4 o/ j5 k, M" C E! }
有机材料可以分为两大类:热固性材料,具有加热后硬化的性质,爱热不会变形,眼镜片大
7 s6 E# C7 {3 y) z0 [( L. t部分以这种材料为主,如CR-39 。热塑性材料,具有加热后软化的性质,尤其是适合热塑
, t9 a. s- w! `. C$ T' F1 B和注塑,聚碳酸酯PC 就是这种材料。4 W5 H3 }9 s6 N9 l7 L% Q
(1)热固性材料
* a1 M/ {" I; _, O1)普通树脂材料:(CR-39) 4 h1 r" H" \2 _; m/ k4 G$ R7 Y
学名碳本酸丙烯乙酸,或称烯丙基二甘醇酸脂(Dially * A$ H" ^- s' g9 A& J: E. I/ y
Glycol Carbonates),是应用最广泛的生产普通树脂镜片的材料。它于四十年代被美国$ t( d2 m+ Z2 j3 I- }. S+ b# {
哥伦比亚公司的化学家发现,是美国空军所研制的一系列聚合物中的第39 号材料,因此,4 t* a4 E! q% c9 l1 R
被称为CR-39(哥伦比亚树脂第39 号)。CR-39 被用于生产眼用矫正镜片是在1955~1960
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8 }4 \6 L4 o7 W3 P7 z: M3 h年,是第一代的超轻、抗冲击的树脂镜片。CR-39 作为一种热固性材料,单体呈液态,在% f/ X: Y! c- R8 c% z
加热和加入催化剂的条件下聚合固化。聚合是一个化学反应,即由几个相同分子结构的单体
3 [- @2 }; t/ j% r7 |) d组成的一个新的聚合体分子,具有不同的长度4 e7 N# C$ x2 l( q
和性质。作为光学镜片,CR-39 材料性质的参数十分适宜:折射率为1.5 (接近普通玻璃镜
7 Z$ c3 a* }3 i0 |2 i% S9 G: w片)、密度1.32(几乎是玻璃的一半)、阿贝数为58~59 (只有很少的色射)、抗冲击、高透1 H z$ E2 ]+ y# s* u& p
光率,可以进行染色和镀膜处理。" | Q3 @2 X, _0 b* t/ ?' E
它主要的缺点是耐磨性不及玻璃,需要镀抗磨损膜处理。树脂镜片可采用模式压法加工镜片4 f0 p/ p6 J* Z* y& X
表面的曲率,因此很适用于非球面镜片的生产。$ i7 F* B5 o. @, s
2)中高折射率树脂材料:今天大部分的中折射率和高折射率材料都是热固性树脂,其发展! _! \" V& ]$ v- l9 G2 p! i
非常迅速。它们的折射率可以使用以下任意一种技术来增加:改变原分子中电子的结构,例
0 V" e5 O& N8 b9 m' D* _如:引入苯环结构;在原分子中加入重原子,诸如卤素(氯、溴等)或硫。与传统CR-39 6 Z1 V7 `0 o/ F- @7 S
相比,用中高折射率树脂材料制造的镜片更轻、更薄。它们的比重与CR-39 大体一致(在- C" Q% K$ Z/ {/ M2 U, J; h2 E
1.20 到1.40 之间),但色散较大(阿贝数45),抗热性能较差,然而抗紫外线较佳,同时也) {% k: K5 K8 N6 \9 h
可以染色和进行各种系统的表面镀膜处理。使用这些材料的镜片制造工艺与CR-39 的制造; h6 Z" ]. Q$ }! q" B1 Q9 {4 U
原理大体一致。现在1.67 的树脂材料已广泛流行,而且象1.7 的树脂材料也已在市场上有1 S3 I* _9 x3 C1 u/ o, N7 d
销售。视光业的专业人员正不断研制开发新材料,改良原有材料,以期树脂材料在将来获得% D* h# C! |/ O. J8 h, }
更好的性能。0 A/ C# h" ]8 i, m
3)染色树脂材料:用于制造太阳眼镜镜片的基本上都是聚合前加入染料而制成的,特别适
+ q' `& n J7 X! t2 T# g; w合大批量制造各色平光太阳镜片,同时在材料中加入可吸收紫外线的物质。
3 k. `' k4 s0 f1 ~$ B' c现在的一项技术即是使用浸泡在溶有有机色素的热水中,常用的染料有红色、绿色、黄色、7 X+ f( L# u' E$ Q* b6 P3 F1 T, K
蓝色、灰色、和棕色,根据需求可任意调染,颜色的深浅也可以控制,可以将整片镜片染色' M) L6 g9 x, m3 J5 Q
成一种颜色,也可以染成逐渐变化的颜色,例如镜片上部深色,往下逐渐减浅,即俗称的双
# n$ R0 G% q. ^" R' \: H色或渐进色。有机材料的出现,解决了屈光不正者配戴太阳眼镜的问题。
4 _3 r5 K' y6 p# `) a! C4)光致变色树脂材料:第一代光致变色树脂镜片大约出现在1986 年,但是直到1990 年第
$ U$ M( W' Y* U7 }9 r一代Transi-tion 镜片面市后,它才真正开始普及。光致变色效果是在材料中加入了感光的
' f* r4 c% `0 P0 w: F混合物而获得的,在特殊波段的紫外线辐射作用下,这些感光物质的结构发生变化,改变了2 K4 J# r. ~! U" d7 r( B5 i
材料的吸收能力。这些混合物与的结合主要有两种方法:在聚合前与液态单体混合,或在聚
7 C; F& A: g- l8 u- I% z2 p合后渗入材料中(Transition 镜片就采用后一种方法)。光致变色树脂镜片采用几种光致变
. L# x, Z2 Q3 g3 Y5 |色物质,在最后的制造中使这些不同的, s \% `9 d: I O2 P2 d% h
变色效果结合起来,这使得镜片变色不但迅速,而且不完全受温度的控制。$ [& h2 B/ @& M% D
一种新型的光致变色树脂镜片已于1993 年投放市场,这种镜片采用树脂材料作片基,用渗
! ~$ I+ |0 `; J) T' Y/ [透法在镜片的凸面渗透了一层光致变色材料,然后再镀上一层抗磨损膜,起保护和而磨作用。 _4 D$ k. ^4 D: t, v/ X
这项工艺技术可以使镜片的变色不会随屈光度数的加深而出现镜片中央与周围深浅不一的' Z8 D! i+ R& F, \) F( j$ Y! i
情况,弥补了玻璃变色的不足。再加上片基是树脂材料,轻且抗冲击,所以这种镜片特别适 O, s5 w3 u- o% `2 S
合用于各种屈光不正者使用。
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(2)热塑性材料(聚碳酸酯,POLYCARBONATE,简称PC)
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; G# T: v& p% U1 C- ~- R热塑性材料如PMMA 早在五十年代就被首次用于制造镜片,但是由于受热易变形及耐磨性; f! G/ g$ ]% _* `, T, U1 A# |
较差的缺点,很快就被CR-39 所替代。然而今天,聚碳酸酯的发展将热塑性材料带回了镜
3 r% U+ g5 i9 Z' h- i' m& }9 b7 m片领域,并被视光业专业人士认可为21 世纪的主导镜片材料。实际上,聚碳酸酯也不是一
}& [; g/ D7 ]4 [" }( Z6 p" r种新材料,它大约在1995 年就被发现了,但真正在视光领域的使用仅仅是近几年,它在历
& D! @5 ^8 T4 e: y6 o7 {经了数年的研制和多次的改进之后尤其是应用于CD 产业,其光学质量已其它镜片材料相
8 ~% u. B# p; v. p1 c媲美。& x \0 G& X. ~ p8 n
聚碳酸酯是直线形无定型结构的热塑聚合体,具有许多光学方面的优点:出色的抗冲击性(是
+ }, J ^0 t, c2 A6 ~8 [ `- d* h9 t$ XCR-39 的10 倍以上),高折射率(ne=1.591,nd=1.586),非常轻(比重=1.20g/ 立方厘
( N% F/ }/ l) G6 C: Q# C4 f3 u米),100%抗紫外线(385nm),耐高温(软化点为140 ' g- `9 D5 c1 g" Z6 P" T
°C/280 . o K6 o6 }7 L# N2 u
°F)。聚碳酸酯材料也可进行系统的镀膜处理。它的阿贝数较低(Ve=31,Vd=30),但在实
/ V1 m( ]: a5 Y# L, C7 [+ m& i际中对配戴者并没有显着的影响。在染色方面,由于聚碳酸酯材料本身不易着色,所以大多( f0 y$ M$ A% d4 y8 |
通过可染色的抗磨损膜吸收颜色。: Q( L, C) ^' [- n( e9 u
三.镜片镀膜% W {$ y& c& d- K
一、耐磨损膜(硬膜) $ X$ K9 }, ?+ {" `
无论是无机材料还是有机材料制成的眼镜片,在日常的使用中,由于与灰尘或砂砾(氧化硅)5 y1 }! s: x# H* [& B: M
的摩擦都会造成镜片磨损,在镜片表面产生划痕。与玻璃片相比,! e/ I% V8 P7 q' Z' A4 O
有机材料制成的硬性度比较低,更易产生划痕。通过显微镜,我们可以观察到镜片表面的划& G9 ^$ p' y5 ^2 J: A
痕主要分为二种,一是由于砂砾产生的划痕,浅而细小,戴镜者不容易察觉;另一种是由较" m0 m. B& }0 N
大砂砾产生的划痕,深且周边粗糙,处于中心区域则会影响视力。( f+ o1 E6 k( \, G+ J
(1)技术特征: H+ I- }! y' M
1)第一代抗磨损膜技术
- J) ^2 [0 I2 g9 p1 |抗磨损膜始于20 世纪70 年代初,当时认为玻璃镜片不易磨制是因为其硬度高,而有机镜, _0 E! } r2 _
片则太软所以容易磨损。因此将石英材料于真空条件下镀在有机镜片表面,形成一层非常硬
7 _# u/ r, z4 X& `4 u的抗磨损膜,但由于其热胀系数与片基材料的不匹配,很容易脱膜和膜层脆裂,因此抗磨损
( s! p6 O) w3 X8 l9 R" S效果不理想。
7 S n6 R7 C* A2 s4 w2)第二代抗磨损膜技术
* m, ]0 G6 i8 ~+ ~2 X20 世纪80 年代以后,研究人员从理论上发现磨损产生的机理不仅仅与硬度相关,膜层材料 |
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