镜片的材料-培训课件

镜片的材料

眼镜片是一个复合系统片基染料抗冲击膜耐磨损膜减反射膜顶膜镜片材料的发展史13世纪n=1.50的眼用玻璃镜片18世纪冕玻璃镜片19世纪下半叶火石玻璃折射率为1.7020世纪上半叶钡玻璃折射率为1.7020世纪60年代折射率为1.49的树脂镜片折射率为1.49的变色玻璃问世镜片材料的发展史20世纪80年代PC片应用钛玻璃，折射率为1.70，改善了色散折射率为1.56的树脂镜片问世折射率为1.60的玻璃镜片问世折射率为1.50的变色树脂镜片出现折射率为1.60的树脂镜片问世 镜片材料的发展史20世纪90年代折射率为1.6的变色玻璃材料出现折射率为1.8的玻璃材料出现树脂的变色材料出现高折射率的树脂材料出现折射率为1.9的玻璃材料出现改进后的PC片重新面世与镜片屈光度密切相关的因素

材料的几何特性：曲率半径、表面形状材料的物理化学特性：折射率、阿贝数镜片材料的基本特性光学性质：计算屈光作用和控制光学性能机械和热性质化学性质：通过外界所可能接触的化学物质了解材料的相应变化一、光学性质与镜片在日常生活中所见到的各种光学现象相符合镜片表面的折射和反射、材料本身的吸收，以及散射和衍射现象光线折射定义光线的偏离幅度由材料的折射率和入射光线在镜片表面的入射角度决定光线折射折射率光线在真空中的速度c与在媒质中的速度v的比值，

n=c/v没有单位并且总是大于1反映媒质的折射能力光线折射根据折射率的不同镜片材料分类普通折射率1.48≤n＜1.54中折射率1.54≤

n＜1.64高折射率1.64≤

n＜1.74超高折射率n≥1.74光线折射折射率参考波长欧洲和日本：λe＝546.07nm(偏大)英美：λd=587.56nm（偏小）光线折射不同镜片材料的折射率玻璃镜片折射率ndne1.51.5231.5251.61.6001.6041.71.7001.7051.81.8021.8071.91.8851.892光线折射折射率越高，从空气进入该媒介的光束偏离得越多sini=nsinr目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5--1.9讨论为什么有些戴镜者抱怨说:“我通过镜片中心看物体很清晰，但通过镜片边缘看物体模糊”色散系数：阿贝数色散现象：波长越短，折射率越高阿贝数与材料的色散力成反比范围通常从30-60数值越大即表示色散越少色散系数折射率越高，色散力越大，而阿贝数就越低在镜片中心，色散可以被忽略用高色散材料制造的镜片周边部，色散现象才易被察觉色散现象所表现的是离轴物体边缘带有彩色条纹色散系数常用镜片材料的阿贝数树脂镜片阿贝数1.5581.56371.59311.6361.67321.7433玻璃镜片阿贝数1.5591.6421.7421.8351.931阿贝数的意义光线反射反射现象影响镜片的清晰度产生干扰性反射光镜片材料的折射率越高，因反射而损失的光线就越多可以通过在镜片表面镀多层减反射膜而相应抵消光线反射菲涅耳反射公式：P＝（）²×100％第一媒质是空气，第二媒质是透镜：P＝（）²×100％光线反射不同材料镜片前表面的反射率镜片材料折射率表面反射率有机玻璃1.4903.87Cr391.5004.00光学玻璃1.5164.21冕玻璃1.5234.30高折射玻璃1.8068.25光线吸收减少镜片的光线透过率对于非染色眼镜片是可以忽略的染色或变色镜片，光的吸收量会很大可通过镜片前、后表面吸收光线的百分比表示30%的光线吸收相当于30%的光通量在镜片内部的减少光线吸收镜片的光线透过率光线通过镜片而没有被反射和吸收的光的总量ΦΥ+Φρ+Φα=ΦΦΥ：通过镜片抵达眼睛的光通量Φρ：镜片前、后表面的反射量ΦρΦα：被材料吸收的流量Φ：镜片前表面的入射量Φ光线透过率光线透过率讨论如何利用光线的反射和吸收？光线散射散射：散射是光线在各个方向上被散播的一种现象在固体的表面以及透明材料的内部产生镜片的磨片过程（抛光）消除了这一现象外界污染而模糊不清时会产生散射合格的眼镜片只有非常少量的散射光线产生衍射衍射是当光波遇到小障碍而改变行径方向的一种现象在使用不当或不小心在镜片表面造成的磨损的情况下使镜片表面产生异常干扰紫外线光辐射分区紫外线可见光（380——780纳米）红外线紫外线红外线的作用一般不会对眼睛造成危害800——1200纳米的红外线可导致白内障热作用化学作用紫外线对眼睛的作用白内障眼底损害紫外线紫外线分段UVC（10-280）：被臭氧层和大气中的氧和氦吸收UVB（280-315）：皮肤癌可入眼UVA（315-380）：入眼紫外线紫外线对眼睛的伤害结膜角膜：角膜吸收295纳米以下的紫外线，角膜炎,胬肉，畏光流泪晶状体：295-400纳米的紫外线到达晶体，吸收350纳米以下的紫外线，白内障玻璃体：吸收270纳米以下的紫外线，视网膜：350-400的射线到达视网膜，黄斑病，暗视觉改变紫外线的积累效应紫外线吸收情况二、机械性质机械性质通常反映块状固体材料的特性比重硬度弹性系数E抗冲击性抗断开点耐磨程度比较落球试验三、热性质关于材料的变化状态以及温度影响下的特性热传导系数比热：物体温度每升高一摄氏度所需的热量与相同质量的水温每升高一摄氏度所需的热量的比值热性质线性膨胀系数熔点沸点镜片的应力温度四、电性质材料电磁波和电效应的特性将镜片的光学性质与电性质联系五、化学性质材料对于化学物质的反应特性在某些极端条件下材料的反应特性加速老化试验使用冷水、热水、酸类以及各种有机溶剂耐火性测试二、基本镜片材料无机材料有机材料天然介质玻璃材料的特点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没有固定的化学结构，因而没有确切的熔点具有良好的透光性、表面抛光后更加透明的优点1、普通玻璃材料折射率为1.523的冕牌玻璃其中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率为1.6的镜片划归普通镜片讨论相同度数的高折射率的玻璃镜片与低度数的玻璃相比会轻吗？2、高折射率玻璃材料含钛元素的镜片，折射率为1.7，阿贝数为41（1975）15年之后又生产出了含镧元素的镜片，折射率为1.8，阿贝数为341995年出现折射率为1.9的材料，加入了元素铌，阿贝数为30高折射率玻璃材料是目前折射率最高的镜片材料制造的镜片越来越薄重量随着折射率的增加，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高折射率玻璃材料材料比重CR391.32冕玻璃2.54火石玻璃钛玻璃镧玻璃2.573.003.4-4.6不同材料制作-16.00镜片比较材料n曲率半径标准磨具边缘厚度mmcr391.49031.25-16.748.74冕玻璃1.52332.69-16.007.63火石玻璃1.65440.88-12.806.03钛玻璃1.70113.81-11.945.63相同直径和度数不同折射率镜片的比较克罗克斯镜片基础：钠钙硅酸盐或冕玻璃着色剂：氧化铈和氧化钕色泽：太阳光下呈现浅紫色紫外线吸收：345纳米克罗赛脱片基础：冕玻璃着色剂：氧化硒，氧化锰，氧化铈颜色：淡粉红色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如：加镍和钴（紫色），钴和铜（蓝色），铬（绿色），铁，镉（黄色），金，铜和硒（红色）主要应用于大规模地生产平光太阳镜片或防护镜片染色玻璃材料浅色材料（棕色、灰色、绿色或粉红色）也被用于生产屈光矫正镜片需求并不多中心厚度与边缘厚度使镜片的颜色深浅不一致屈光度越高，颜色差异就越明显4、光致变色玻璃材料原理通过改变材料的光线吸收属性使材料对太阳光强度作出反应的一种性质基本原则是使普通的玻璃（包括塑料光致变色材料）在紫外线辐射的影响下颜色变深在周围高温的影响下颜色变淡这两个过程是可逆的，而且可能一直存在光致变色玻璃材料1962年出现了第一代光致变色玻璃材料主要是在玻璃材料中加入了卤化银晶体晶体在紫外线击幅射下起化学反应，使镜片的颜色变深变色原理是银原子和氯原子之间的一种电子交换，通过氯化银和周围的环境来表现。没有光线的条件下，氯化银呈离子态，因银离子是透明的，所以镜片也是透明的光致变色玻璃材料在紫外线辐射下，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，镜片逐渐恢复了原先的清澈状态受到温度的控制光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料在紫外线辐射下，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，镜片逐渐恢复了原先的清澈状态受到温度的控制光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料在紫外线辐射下，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，镜片逐渐恢复了原先的清澈状态受到温度的控制光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料光致变色材料大多是灰色和棕色的俗称灰变和茶变颜色也可以通过专门的工艺达到。熔合双焦点镜片、渐进镜片都可以使用光致变色材料制造折射率已不再局限于1.50二、有机材料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，受热不会变形眼镜片大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适合热塑和注塑，聚碳酸酯PC就是这种材料热固性材料

1）普通树脂材料CR-39

学名碳酸丙烯乙酸，或称烯丙基二甘醇酸脂（DiallyGlycol)应用最广泛的生产普通树脂镜片的材料于四十年代被美国哥伦比亚公司的化学家发现美国空军所研制的一系列聚合物中的第39号材料CR-39被用于生产眼用矫正镜片是在1955~1960年CR-39

优点超轻、抗冲击折射率为1.49（接近普通玻璃镜片）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）高透光率容易进行染色和镀膜处理CR-39缺点耐磨性不及玻璃需要镀抗磨损膜处理中高折射率树脂材料大部分的中折射率和高折射率材料都是热固性树脂折射率的改变引入苯环结构在原分子中加入重原子诸如卤素（氯、溴等）或硫中高折射率树脂材料特点与传统CR-39相比镜片更轻、更薄。比重与CR-39大体一致（在1.20到1.40之间）色散较大（阿贝数45），抗热性能较差然而抗紫外线较佳也可以染色和进行各种系统的表面镀膜处理染色树脂材料聚合前加入染料而制成的适合大批量制造各色平光太阳镜片在材料中加入可吸收紫外线的物质常用的染料有红色、绿色、黄色、蓝色、灰色、和棕色根据需求可任意调染染色树脂材料可以将整片镜片染色成一种颜色也可以染成逐渐变化的颜色双色或渐进色解决了屈光不正者配戴太阳眼镜的问题光致变色树脂材料大约出现在1986年到1990年第一代Transition镜片面市后，它才真正开始普及变色原理是在材料中加入了感光的混合物在特殊波段的紫外线辐射作用下感光物质的结构发生变化，改变了材料的吸收能力光致变色树脂材料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在聚合后渗入材料中采用几种光致变色物质使这些不同的变色物质使变色效果结合起来镜片变色不但迅速，而且不完全受温度的控制光致变色树脂材料新型的光致变色树脂镜片1993年投放市场采用树脂材料作片基用渗透法在镜片的凸面渗透了一层光致变色材料再镀上一层抗磨损膜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情况弥补了玻璃变色的不足轻且抗冲击适合用于各种屈光不正者使用热塑性材料PMMA透光率：92％以上折射率：1.49使用温度：-60——60度机械强度：随着温度上升强度下降PMMA热性能：不良导体，加工在135度以下进行耐腐蚀：对稀酸，碱，无机盐稳定，对氢氰酸，王水不稳定老化：较好加工性能：刀锋锋利，转速快，采取冷却液降温热塑性材料太空镜片的材质来源五十年代开始展开太空的探险特别是在航天飞机、太空探测器和太空服的保护面罩方面探险装备能适应太空的特殊环境开发出适应太空需要的超轻、高度抗撞、防紫外线和具有高透光率的材料Polycarbonate（简称PC）。中文化学名称为聚碳酸脂PC材质的应用范围

宇航方面制造防弹玻璃、防暴盾飞机玻璃和照相机镜头激光仪器镜头、光学眼镜片制造CD、LD及电脑光碟等高科技产品PC镜片的发明

美国人斯蒂文·迈克尔·莫斯和乔治·约瑟夫·加利克一种射出成型的方法射出成型自动化设备将PC高透光材料制成光学镜片太空镜片的主要特性超轻PC材质的比重较低1.2高抗撞性镜片中心做得较薄且安全成为目前光学镜片中最轻的一类镜片超薄

PC材质是高折射率光学材料太空片在－5.00时，比传统树脂片薄26％，与1.6高折树脂片一样薄超抗撞和高韧性

比传统树脂片抗撞击强10倍比玻璃片强60倍是世界上最抗撞的镜片加厚后俗称防弹玻璃PC材质为粘性材料，韧性强，不易碎裂非常适合于打孔和拉丝镜架的使用防紫外线

本身就具备防紫外线的功能无论是白片还是加膜片都隔离波长290nm－380nm的紫外线