鏡片材料及表面處理課件

第十二章鏡片材料及表面處理鏡片種類從功能來說：有近視鏡、遠(yuǎn)視鏡、老花鏡、散光鏡、防風(fēng)沙鏡、太陽鏡、防紫外鏡、電焊鏡、防紅外鏡等從材質(zhì)分的種類：有玻璃鏡片、樹脂鏡片、天然水晶鏡片等

鏡片材料基本特性可以制作光學(xué)鏡片的前提條件：鏡片材料的折射率透明媒質(zhì)的折射率是光線在真空中的速度c與在媒質(zhì)中的速度v的比值，n=c/v。目前市場所采用的鏡片材料的折射率范圍是從1.5--1.9

色散系數(shù)（阿貝Abbe數(shù)）因媒質(zhì)的折射率隨光波長不同而改變，故白光（復(fù)合光）在經(jīng)過透明介質(zhì)時，被分解成連續(xù)色帶的現(xiàn)象叫色散。色散大小用色散系數(shù)來表示。色散系數(shù)：是指光學(xué)媒質(zhì)將光分解成光譜的程度，色散系數(shù)越大分成的寬度越大。一般眼鏡的色散系數(shù)范圍為30~60光學(xué)玻璃概述主要材料是由氧化物，如：二氧化硅、三氧化硼、五氧化磷、氧化鈉、氧化鉀、氧化鈣、氧化鋇、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁等組合而成。是非常特殊的不定型材料，在常溫下呈固體，堅硬但易碎，在高溫下具有粘性。光學(xué)玻璃概述它沒有固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而沒有確切的熔點(diǎn)。隨著溫度的上升，玻璃材料會變軟、粘性增加，并逐漸由固體變?yōu)橐后w，這種逐漸變化的特性我們稱之為“玻璃狀態(tài)“。這一特性意味著玻璃在高溫時可以被加工和鑄型。玻璃材料制成的鏡片具有良好的透光性、表面拋光后更加透明的優(yōu)點(diǎn)。

光學(xué)玻璃鏡片特點(diǎn)無機(jī)物：低分子單體以分子鍵相互間結(jié)合.A.比重高（密度大）：即單位體積所含分子數(shù)量多，因此在配戴時感覺沉重。B.折射率相對高：普通片為1.523，超薄片為：1.72以上，最高可達(dá)1.9。C.硬度高：要用鉆石切割，表面不容易被硬物劃傷。光學(xué)玻璃的性能主要包括光學(xué)性能、化學(xué)性能、熱性能和機(jī)械性能等。（1）光學(xué)性能即折射率、透光率和色散系數(shù)等A、折射率是決定鏡片屈光度的常數(shù)之一。B、色散系數(shù)是衡量鏡片成像清晰度的重要指標(biāo)。C、透光率是視物清晰度的重要指標(biāo)，無色光學(xué)玻璃對可見光的透光率應(yīng)在92%以上。透光率越高，視物就越清晰。光學(xué)玻璃的性能（2）化學(xué)性能即化學(xué)穩(wěn)定性，一般是指鏡片在加工或使用過程中對水、酸、堿溶液以及拋光劑等化學(xué)物質(zhì)的耐腐蝕能力。

光學(xué)玻璃的性能

（3）熱性能主要包括熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和熱穩(wěn)定性等。光學(xué)玻璃的熱膨脹系數(shù)與金屬材料相比非常之下，因此光學(xué)玻璃不易變形。冬季戴著眼鏡從戶外進(jìn)入室內(nèi)時，鏡片表面常常凝結(jié)一層水蒸汽，這是由于光學(xué)玻璃導(dǎo)熱系數(shù)非常小的緣故。熱穩(wěn)定性是指玻璃在劇烈的溫度變化時，不發(fā)生破裂的性能。它與熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，一般導(dǎo)熱系數(shù)大或熱膨脹系數(shù)小時，熱穩(wěn)定性就好。光學(xué)玻璃分類無色光學(xué)玻璃：冕牌玻璃：折射率較低，一般為1.49~1.53之間，阿貝數(shù)大于50。制成的眼鏡片有光學(xué)白片、克羅克斯鏡片、克魯賽脫鏡片及各種變色鏡片等火石玻璃：折射率較高，一般1.60~1.80左右，阿貝數(shù)在50以下。多用于雙光鏡片的子片和各種“超薄鏡片”等有色光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃無色玻璃鏡片托力克片（Toric）：也稱白托片，白片?？煞譃槠胀ê凸鈱W(xué)白片兩種。普通白片的主要組成為鈉鈣硅酸鹽，折射率為1.51，可見光的透光率為89%以上，可吸收280nm以下的紫外線。

光學(xué)白片的主要組成為鈉鈣硅酸，折射率為1.531，阿貝數(shù)60.5，透光率在91%以上，防紫外線性能最差。光學(xué)玻璃UV光學(xué)白片是在光學(xué)白片成分中添加少量的氧化鈦和氧化鈰等，使其具有吸收紫外線的性能，折射率為1.523，阿貝數(shù)58.7，透光率為91%以上，能吸收330nm以下的紫外線。且機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性良好，是國內(nèi)外普遍采用的一種吸收紫外線的白色優(yōu)質(zhì)鏡片。

光學(xué)玻璃克魯賽脫鏡片（Cruxite）

克魯賽脫鏡片也分為普通和光學(xué)鏡片兩種。前者簡稱克賽片，后者簡稱光賽片。克賽片是在普通白片成分中添加一定量的氧化硒，使鏡片顏色呈淺粉紅色，能吸收300nm以下的紫外線，折射率為1.510，透光率在85%以上。

光賽片是在鋇冕玻璃成分中添加氧化錳和氧化鈰等物質(zhì)，使鏡片顏色呈淺粉紅色，折射率為1.523，透光率為87%以上，能吸收350nm以下的紫外線

光學(xué)玻璃光致變色鏡片

簡稱變色片。是在無色或有色光學(xué)玻璃成分中添加鹵化銀等化合物，使鏡片能在紫外線照射時分解成銀和鹵素原子，鏡片顏色由淺變深。反之，當(dāng)光線變暗時，銀和鹵素重新又結(jié)合成無色的鹵化銀，使鏡片又回到原來無色或有基色的狀態(tài)。變色鏡片有茶變和灰變兩種，其特點(diǎn)是既可矯正視力，又可作為太陽眼鏡，適合野外配戴光學(xué)玻璃有色玻璃鏡片

有色玻璃鏡片是在無色光學(xué)玻璃中加入一些具有特殊吸收性質(zhì)的金屬鹽后使玻璃呈現(xiàn)不同顏色，并對各種不同的單色光有選擇性地吸收或濾過。其目的主要是用來做遮光和各種防護(hù)目鏡，使眼睛不受有害射線以及風(fēng)沙、化學(xué)藥品、有毒氣體等的侵害，起到保護(hù)眼睛的作用。常見的有色玻璃鏡片有灰色、茶色、綠色、蘭色、紅色和黃色等光學(xué)玻璃茶色玻璃鏡片

添加氧化錳、氧化鐵或氧化鎳等著色。具有吸收紫外線和防眩光的作用，視物層次分明、清晰，可做太陽鏡。

光學(xué)玻璃綠色玻璃鏡片

添加氧化鈷、氧化銅、氧化鉻、氧化鐵及氧化鈰等著色。具有吸收紫外線和紅外線的作用，可用作氣焊、電焊和氬弧焊等人員的護(hù)目鏡光學(xué)玻璃蘭色玻璃鏡片

添加氧化鈷、氧化鐵、氧化銅和氧化錳等著色。具有防眩光的作用，適合高溫爐前人員的護(hù)目鏡光學(xué)玻璃黃色玻璃鏡片

添加硫化鎘、氧化鈰及氧化鈦著色。具有吸收紫外線的作用，且視物清晰、明亮，可適合司機(jī)在陰雨、霧天配戴

高折射率玻璃鏡片

又稱“超薄鏡片”。國產(chǎn)超薄鏡片大都采用折射率1.7035，比重3.028，阿貝數(shù)41.6的鋇火石光學(xué)玻璃材料。它與冕牌玻璃的鏡片相比，在同等屈光度下，鏡片的厚度要薄約五分之一，特別適合高度屈光不正者配戴。但由于其中含氧化鉛較高，則比重較大，同時阿貝數(shù)也較小，在鏡片邊緣易產(chǎn)生色散現(xiàn)象等缺點(diǎn)。目前已在高折射率玻璃中添加氧化鈦等取代氧化鉛，使其比重和阿貝數(shù)等光學(xué)系數(shù)都得到了改善，彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn)。

高折射率玻璃鏡片1975年生產(chǎn)出含鈦元素的鏡片，折射率為1.7，阿貝數(shù)為41；1990年又生產(chǎn)出了含鑭元素的鏡片，折射率為1.8，阿貝數(shù)為34；1995年出現(xiàn)折射率為1.9的材料，加入了元素鈮，阿貝數(shù)為30，這是目前折射率最高的鏡片材料.雖然采用這些材料所制造的鏡片越來越薄，然而卻沒有減少鏡片的另一重要參數(shù)：重量。實際上，隨著折射率的增加，材料的比重也隨之增加，這樣就抵消了因為鏡片變薄而帶來的重量上的減輕。光學(xué)樹脂鏡片B.折射率適中：普通CR-39丙烯基二甘醇碳酸酯，折射率為1.497-1.504，目前沈陽眼鏡市場上銷售的樹脂鏡片折射率最高的為日本尼康非球面超薄加硬加膜折射率為1.67樹脂鏡片。日本尼康公司將推出1.74折射率的樹脂鏡片。C.表面硬度比玻璃較低，容易被硬物劃傷，所以需經(jīng)加硬處理，其加硬材料即為二氧化硅，但硬度絕達(dá)不到玻璃的硬度。因此需配戴者注意鏡片的保養(yǎng)。D.彈性好,由于有機(jī)物分子鏈間有可產(chǎn)生位移的空間的原因，相對強(qiáng)度是玻璃片的23-28倍。決定了樹脂片又一大特性——抗沖擊性好。歐洲、美國、日本國家禁止十六歲以下兒童配戴玻璃鏡片。光學(xué)樹脂鏡片E.輔助功能：可進(jìn)行添加處理以獲得防有害射線、變色等功能。F.加工性：優(yōu)良,可行進(jìn)全框、半框、無框的多型化加工。并可進(jìn)行滲透性染色，把鏡片染成個人喜愛的顏色。G.化學(xué)性：由于是一種有機(jī)化合物，因此絕對禁止在酸、堿環(huán)境下配戴使用。H.熱性能：不得在超過60度以上環(huán)境下使用，否則表面減反射膜將破裂，甚至導(dǎo)致發(fā)生減反射膜脫落現(xiàn)象。光學(xué)樹脂鏡片I.價格：隨質(zhì)量、功能、品牌、檔次不一而論.J.鏡片的尺寸設(shè)計：美國藥品與食品管理局“F.D.A”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，中心厚度最低可設(shè)計至0.6毫米，但強(qiáng)度要求卻相應(yīng)降低，為此歐洲、美國、日本等國生產(chǎn)商一般把近視、遠(yuǎn)視100度以上的鏡片中央厚度設(shè)計在1.0毫米以上，以保證鏡片的整體強(qiáng)度。光學(xué)樹脂鏡片常用的光學(xué)樹脂材料有：丙烯基二甘醇碳酸酯（CR-39）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚碳酸酯（PC）三大類。光學(xué)樹脂鏡片CR-39樹脂鏡片：CR-39材料屬熱固性樹脂，采用模壓澆鑄成型法制造，目前，矯正視力用樹脂鏡片大都采用CR-39樹脂材料，該材料是1942年由美國PPG公司哥倫比亞研究所研制開發(fā)，稱“哥倫比亞樹脂”。普通的CR-39鏡片的折射率為1.5。而今天大部分的中折射率（n=1.56）和高折射率（n＞1.56）材料都是熱固性樹脂，其發(fā)展非常迅速。

光學(xué)樹脂鏡片折射率可以使用以下任意一種技術(shù)來增加：

（1）改變原子分子中電子的結(jié)構(gòu)，例如：引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)；

（2）在原分子中加入重原子，諸如鹵素（氯、溴等）或硫。

與傳統(tǒng)CR-39相比，用中高折射率樹脂材料制造鏡片使得更輕、更薄?！翮R片直徑50mm，邊緣厚度5mm:普通樹脂片光學(xué)玻璃片普通超薄片超超薄鏡片-4.50D-6.00D-8.50D-10.00D◆鏡片直徑50mm，-10.00D鏡片的邊緣厚度比較：◆鏡片直徑60mm，-10.00D鏡片的邊緣厚度比較：

普通樹脂片光學(xué)玻璃片普通超薄片超超薄鏡片9mm7.5mm5.8mm4.9mm光學(xué)玻璃片普通超薄片超超薄鏡片10.8mm8.2mm6.9mm光學(xué)樹脂鏡片PMMA鏡片：PMMA屬熱塑性材料，早在五十年代就被首次用于制造鏡片，但是由于受熱易變形及耐磨性較差的缺點(diǎn)，很快就被CR-39所替代。用PMMA生產(chǎn)的鏡片（主要有太陽鏡鏡片、角膜接觸鏡）

光學(xué)樹脂鏡片PC太空片：聚碳酸酯是直線形無定型結(jié)構(gòu)的熱塑聚合體，具有許多光學(xué)方面的優(yōu)點(diǎn)：出色的抗沖擊性能（是CR39的10倍以上），高折射率（ne=1.591，nd=1.586），非常輕（比重=1.20g/cm3），100%抗紫外線（385nm），耐高溫（軟化點(diǎn)為140℃）。（主要有工業(yè)用護(hù)目鏡片、偏光鏡片、體育運(yùn)動用鏡片等。）光學(xué)樹脂鏡片中高折射率樹脂材料：今天大部分的中折射率(n=1.56)和高折射率(n>1.56)材料都是熱固性樹脂，其發(fā)展非常迅速。它們的折射率可以使用以下任意一種技術(shù)來增加：改變原分子中電子的結(jié)構(gòu)，例如：引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)；在原分子中加入重原子，諸如鹵素（氯、溴等）或硫。與傳統(tǒng)CR-39相比，用中高折射率樹脂材料制造的鏡片更輕、更薄。

光學(xué)樹脂鏡片染色樹脂材料：用于制造太陽眼鏡鏡片的基本上都是聚合前加入染料而制成的，特別適合大批量制造各色平光太陽鏡片，同時在材料中加入可吸收紫外線的物質(zhì)。鏡片的顏色取決于紅黃藍(lán)三原色的搭配，可以染成各種不同的顏色。

光學(xué)樹脂鏡片染色方法：熱浸泡法鏡片顏色的濃度取決于（染料的濃度）、（浸泡的時間）、（鏡片片基對色素的吸收速度）光學(xué)樹脂鏡片光致變色樹脂材料：第一代光致變色樹脂鏡片出現(xiàn)在1986年，但是直到1990年第一代Transition鏡片面市后，它才真正開始普及。一種新型的光致樹脂鏡片于1993年投放市場，這種鏡片采用樹脂材料作片基，用滲透法在鏡片的凸面滲透了一層光致變色材料，然后再鍍上一層抗磨損膜，起保護(hù)和耐磨作用。這項工藝技術(shù)可以使鏡片的變色不會隨屈光度數(shù)的加深而出現(xiàn)鏡片中央與周圍深淺不一的情況，彌補(bǔ)了玻璃變色的不足。再加上片基是樹脂材料，質(zhì)輕且抗沖擊性強(qiáng)，所以這種鏡片特別適合用于各種屈光不正者使用。光學(xué)樹脂鏡片光致變色樹脂鏡片的組合物:１．在所述單體混合物中加入抗氧劑、受阻胺、紫外線吸收劑、光穩(wěn)定劑及聚合調(diào)節(jié)劑等，以提高光致變色染料的壽命。２．在所述單體混合物中加入內(nèi)增塑劑大幅度提高鏡片的抗沖擊性。３．加入環(huán)氧及胺基單體大大改進(jìn)鏡片的膜層牢度。天然水晶鏡片作為光學(xué)材料，水晶的最大優(yōu)點(diǎn)是硬度大，制成的鏡片不易磨損。在本世紀(jì)20－30年代曾流行一時。因其制成的鏡片經(jīng)久耐用，又因其價格十分昂貴，常常留傳給下一代。在民間有：“水晶養(yǎng)目”之說。

水晶的主要成分是SiO2，是一種天然透明礦物質(zhì)。

（1）水晶對紅外線、紫外線的吸收率差。對紫外線的吸收率僅為14.5％，而玻璃對紫外線的吸收率是52％，目前加入UV材料的樹脂鏡片對紫外線的吸收率已高達(dá)到90％以上.

天然水晶鏡片

（2）天然水晶常含有雜質(zhì)，密度不均勻，會出現(xiàn)氣泡和條紋而產(chǎn)生雙折