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(lèi)從功能來(lái)說(shuō)：有近視鏡、遠(yuǎn)視鏡、老花鏡、散光鏡、防風(fēng)沙鏡、太陽(yáng)鏡、防紫外鏡、電焊鏡、防紅外鏡等從材質(zhì)分的種類(lèi)：有玻璃鏡片、樹(shù)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(xiàn)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(chǎng)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(zhǎng)不同而改變，故白光（復(fù)合光）在經(jīng)過(guò)透明介質(zhì)時(shí)，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(lái)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(jiān)硬但易碎，在高溫下具有粘性。光學(xué)玻璃概述它沒(méi)有固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而沒(méi)有確切的熔點(diǎn)。隨著溫度的上升，玻璃材料會(huì)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(chēng)之為“玻璃狀態(tài)“。這一特性意味著玻璃在高溫時(shí)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(wú)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(shí)感覺(jué)沉重。B.折射率相對(duì)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(wú)色光學(xué)玻璃對(duì)可見(jiàn)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(guò)程中對(duì)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(hù)外進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，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(shí)，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(shí)，熱穩(wěn)定性就好。光學(xué)玻璃分類(lèi)無(wú)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(wú)色玻璃鏡片托力克片（Toric）：也稱(chēng)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(jiàn)光的透光率為89%以上，可吸收280nm以下的紫外線(xiàn)。

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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。且機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性良好，是國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種吸收紫外線(xiàn)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(jiǎn)稱(chēng)克賽片，后者簡(jiǎn)稱(chēng)光賽片?？速惼窃谄胀ò灼煞种刑砑右欢康难趸?，使鏡片顏色呈淺粉紅色，能吸收300nm以下的紫外線(xiàn)，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(xiàn)

光學(xué)玻璃光致變色鏡片

簡(jiǎn)稱(chēng)變色片。是在無(wú)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(xiàn)照射時(shí)分解成銀和鹵素原子，鏡片顏色由淺變深。反之，當(dāng)光線(xiàn)變暗時(shí)，銀和鹵素重新又結(jié)合成無(wú)色的鹵化銀，使鏡片又回到原來(lái)無(wú)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(yáng)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(wú)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(duì)各種不同的單色光有選擇性地吸收或?yàn)V過(guò)。其目的主要是用來(lái)做遮光和各種防護(hù)目鏡，使眼睛不受有害射線(xiàn)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(jiàn)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(xiàn)和防眩光的作用，視物層次分明、清晰，可做太陽(yáng)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(xiàn)和紅外線(xiàn)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(xiàn)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(chēng)“超薄鏡片”。國(guó)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(shí)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(lái)越薄，然而卻沒(méi)有減少鏡片的另一重要參數(shù)：重量。實(shí)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?yàn)殓R片變薄而帶來(lái)的重量上的減輕。光學(xué)樹(shù)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(yáng)眼鏡市場(chǎng)上銷(xiāo)售的樹(shù)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(shù)脂鏡片。日本尼康公司將推出1.74折射率的樹(shù)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(duì)強(qiáng)度是玻璃片的23-28倍。決定了樹(shù)脂片又一大特性——抗沖擊性好。歐洲、美國(guó)、日本國(guó)家禁止十六歲以下兒童配戴玻璃鏡片。光學(xué)樹(shù)脂鏡片E.輔助功能：可進(jìn)行添加處理以獲得防有害射線(xiàn)、變色等功能。F.加工性：優(yōu)良,可行進(jìn)全框、半框、無(wú)框的多型化加工。并可進(jìn)行滲透性染色，把鏡片染成個(gè)人喜愛(ài)的顏色。G.化學(xué)性：由于是一種有機(jī)化合物，因此絕對(duì)禁止在酸、堿環(huán)境下配戴使用。H.熱性能：不得在超過(guò)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(shù)脂鏡片I.價(jià)格：隨質(zhì)量、功能、品牌、檔次不一而論.J.鏡片的尺寸設(shè)計(jì)：美國(guó)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(jì)至0.6毫米，但強(qiáng)度要求卻相應(yīng)降低，為此歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)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(jì)在1.0毫米以上，以保證鏡片的整體強(qiáng)度。光學(xué)樹(shù)脂鏡片常用的光學(xué)樹(shù)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(lèi)。光學(xué)樹(shù)脂鏡片CR-39樹(shù)脂鏡片：CR-39材料屬熱固性樹(shù)脂，采用模壓澆鑄成型法制造，目前，矯正視力用樹(shù)脂鏡片大都采用CR-39樹(shù)脂材料，該材料是1942年由美國(guó)PPG公司哥倫比亞研究所研制開(kāi)發(fā)，稱(chēng)“哥倫比亞樹(shù)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(shù)脂，其發(fā)展非常迅速。

光學(xué)樹(shù)脂鏡片折射率可以使用以下任意一種技術(shù)來(lái)增加：

（1）改變?cè)臃肿又须娮拥慕Y(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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(yáng)鏡鏡片、角膜接觸鏡）

光學(xué)樹(shù)脂鏡片PC太空片：聚碳酸酯是直線(xiàn)形無(wú)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(xiàn)（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(dòng)用鏡片等。）光學(xué)樹(shù)脂鏡片中高折射率樹(shù)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(shù)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(lái)增加：改變?cè)肿又须娮拥慕Y(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(shù)脂材料制造的鏡片更輕、更薄。

光學(xué)樹(shù)脂鏡片染色樹(shù)脂材料：用于制造太陽(yáng)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(yáng)鏡片，同時(shí)在材料中加入可吸收紫外線(xiàn)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(shù)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(shí)間）、（鏡片片基對(duì)色素的吸收速度）光學(xué)樹(shù)脂鏡片光致變色樹(shù)脂材料：第一代光致變色樹(shù)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(kāi)始普及。一種新型的光致樹(shù)脂鏡片于1993年投放市場(chǎng)，這種鏡片采用樹(shù)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(xiàng)工藝技術(shù)可以使鏡片的變色不會(huì)隨屈光度數(shù)的加深而出現(xiàn)鏡片中央與周?chē)顪\不一的情況，彌補(bǔ)了玻璃變色的不足。再加上片基是樹(shù)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(shù)脂鏡片光致變色樹(shù)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(xiàn)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(shí)。因其制成的鏡片經(jīng)久耐用，又因其價(jià)格十分昂貴，常常留傳給下一代。在民間有：“水晶養(yǎng)目”之說(shuō)。

水晶的主要成分是SiO2，是一種天然透明礦物質(zhì)。

（1）水晶對(duì)紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)的吸收率差。對(duì)紫外線(xiàn)的吸收率僅為14.5％，而玻璃對(duì)紫外線(xiàn)的吸收率是52％，目前加入U(xiǎn)V材料的樹(shù)脂鏡片對(duì)紫外線(xiàn)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(huì)出現(xiàn)氣泡和條紋而產(chǎn)生雙折