镜片材料及表面处理课件

第十二章镜片材料及表面处理镜片种类从功能来说：有近视镜、远视镜、老花镜、散光镜、防风沙镜、太阳镜、防紫外镜、电焊镜、防红外镜等从材质分的种类：有玻璃镜片、树脂镜片、天然水晶镜片等

镜片材料基本特性可以制作光学镜片的前提条件：镜片材料的折射率透明媒质的折射率是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。目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5--1.9

色散系数（阿贝Abbe数）因媒质的折射率随光波长不同而改变，故白光（复合光）在经过透明介质时，被分解成连续色带的现象叫色散。色散大小用色散系数来表示。色散系数：是指光学媒质将光分解成光谱的程度，色散系数越大分成的宽度越大。一般眼镜的色散系数范围为30~60光学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、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锌、氧化铝等组合而成。是非常特殊的不定型材料，在常温下呈固体，坚硬但易碎，在高温下具有粘性。光学玻璃概述它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、表面抛光后更加透明的优点。

光学玻璃镜片特点无机物：低分子单体以分子键相互间结合.A.比重高（密度大）：即单位体积所含分子数量多，因此在配戴时感觉沉重。B.折射率相对高：普通片为1.523，超薄片为：1.72以上，最高可达1.9。C.硬度高：要用钻石切割，表面不容易被硬物划伤。光学玻璃的性能主要包括光学性能、化学性能、热性能和机械性能等。（1）光学性能即折射率、透光率和色散系数等A、折射率是决定镜片屈光度的常数之一。B、色散系数是衡量镜片成像清晰度的重要指标。C、透光率是视物清晰度的重要指标，无色光学玻璃对可见光的透光率应在92%以上。透光率越高，视物就越清晰。光学玻璃的性能（2）化学性能即化学稳定性，一般是指镜片在加工或使用过程中对水、酸、碱溶液以及抛光剂等化学物质的耐腐蚀能力。

光学玻璃的性能

（3）热性能主要包括热膨胀系数、导热系数和热稳定性等。光学玻璃的热膨胀系数与金属材料相比非常之下，因此光学玻璃不易变形。冬季戴着眼镜从户外进入室内时，镜片表面常常凝结一层水蒸汽，这是由于光学玻璃导热系数非常小的缘故。热稳定性是指玻璃在剧烈的温度变化时，不发生破裂的性能。它与热膨胀系数和导热系数有关，一般导热系数大或热膨胀系数小时，热稳定性就好。光学玻璃分类无色光学玻璃：冕牌玻璃：折射率较低，一般为1.49~1.53之间，阿贝数大于50。制成的眼镜片有光学白片、克罗克斯镜片、克鲁赛脱镜片及各种变色镜片等火石玻璃：折射率较高，一般1.60~1.80左右，阿贝数在50以下。多用于双光镜片的子片和各种“超薄镜片”等有色光学玻璃光学玻璃无色玻璃镜片托力克片（Toric）：也称白托片，白片。可分为普通和光学白片两种。普通白片的主要组成为钠钙硅酸盐，折射率为1.51，可见光的透光率为89%以上，可吸收280nm以下的紫外线。

光学白片的主要组成为钠钙硅酸，折射率为1.531，阿贝数60.5，透光率在91%以上，防紫外线性能最差。光学玻璃UV光学白片是在光学白片成分中添加少量的氧化钛和氧化铈等，使其具有吸收紫外线的性能，折射率为1.523，阿贝数58.7，透光率为91%以上，能吸收330nm以下的紫外线。且机械性能和化学稳定性良好，是国内外普遍采用的一种吸收紫外线的白色优质镜片。

光学玻璃克鲁赛脱镜片（Cruxite）

克鲁赛脱镜片也分为普通和光学镜片两种。前者简称克赛片，后者简称光赛片。克赛片是在普通白片成分中添加一定量的氧化硒，使镜片颜色呈浅粉红色，能吸收300nm以下的紫外线，折射率为1.510，透光率在85%以上。

光赛片是在钡冕玻璃成分中添加氧化锰和氧化铈等物质，使镜片颜色呈浅粉红色，折射率为1.523，透光率为87%以上，能吸收350nm以下的紫外线

光学玻璃光致变色镜片

简称变色片。是在无色或有色光学玻璃成分中添加卤化银等化合物，使镜片能在紫外线照射时分解成银和卤素原子，镜片颜色由浅变深。反之，当光线变暗时，银和卤素重新又结合成无色的卤化银，使镜片又回到原来无色或有基色的状态。变色镜片有茶变和灰变两种，其特点是既可矫正视力，又可作为太阳眼镜，适合野外配戴光学玻璃有色玻璃镜片

有色玻璃镜片是在无色光学玻璃中加入一些具有特殊吸收性质的金属盐后使玻璃呈现不同颜色，并对各种不同的单色光有选择性地吸收或滤过。其目的主要是用来做遮光和各种防护目镜，使眼睛不受有害射线以及风沙、化学药品、有毒气体等的侵害，起到保护眼睛的作用。常见的有色玻璃镜片有灰色、茶色、绿色、兰色、红色和黄色等光学玻璃茶色玻璃镜片

添加氧化锰、氧化铁或氧化镍等着色。具有吸收紫外线和防眩光的作用，视物层次分明、清晰，可做太阳镜。

光学玻璃绿色玻璃镜片

添加氧化钴、氧化铜、氧化铬、氧化铁及氧化铈等着色。具有吸收紫外线和红外线的作用，可用作气焊、电焊和氩弧焊等人员的护目镜光学玻璃兰色玻璃镜片

添加氧化钴、氧化铁、氧化铜和氧化锰等着色。具有防眩光的作用，适合高温炉前人员的护目镜光学玻璃黄色玻璃镜片

添加硫化镉、氧化铈及氧化钛着色。具有吸收紫外线的作用，且视物清晰、明亮，可适合司机在阴雨、雾天配戴

高折射率玻璃镜片

又称“超薄镜片”。国产超薄镜片大都采用折射率1.7035，比重3.028，阿贝数41.6的钡火石光学玻璃材料。它与冕牌玻璃的镜片相比，在同等屈光度下，镜片的厚度要薄约五分之一，特别适合高度屈光不正者配戴。但由于其中含氧化铅较高，则比重较大，同时阿贝数也较小，在镜片边缘易产生色散现象等缺点。目前已在高折射率玻璃中添加氧化钛等取代氧化铅，使其比重和阿贝数等光学系数都得到了改善，弥补了上述缺点。

高折射率玻璃镜片1975年生产出含钛元素的镜片，折射率为1.7，阿贝数为41；1990年又生产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，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。光学树脂镜片B.折射率适中：普通CR-39丙烯基二甘醇碳酸酯，折射率为1.497-1.504，目前沈阳眼镜市场上销售的树脂镜片折射率最高的为日本尼康非球面超薄加硬加膜折射率为1.67树脂镜片。日本尼康公司将推出1.74折射率的树脂镜片。C.表面硬度比玻璃较低，容易被硬物划伤，所以需经加硬处理，其加硬材料即为二氧化硅，但硬度绝达不到玻璃的硬度。因此需配戴者注意镜片的保养。D.弹性好,由于有机物分子链间有可产生位移的空间的原因，相对强度是玻璃片的23-28倍。决定了树脂片又一大特性——抗冲击性好。欧洲、美国、日本国家禁止十六岁以下儿童配戴玻璃镜片。光学树脂镜片E.辅助功能：可进行添加处理以获得防有害射线、变色等功能。F.加工性：优良,可行进全框、半框、无框的多型化加工。并可进行渗透性染色，把镜片染成个人喜爱的颜色。G.化学性：由于是一种有机化合物，因此绝对禁止在酸、碱环境下配戴使用。H.热性能：不得在超过60度以上环境下使用，否则表面减反射膜将破裂，甚至导致发生减反射膜脱落现象。光学树脂镜片I.价格：随质量、功能、品牌、档次不一而论.J.镜片的尺寸设计：美国药品与食品管理局“F.D.A”标准中规定，中心厚度最低可设计至0.6毫米，但强度要求却相应降低，为此欧洲、美国、日本等国生产商一般把近视、远视100度以上的镜片中央厚度设计在1.0毫米以上，以保证镜片的整体强度。光学树脂镜片常用的光学树脂材料有：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）三大类。光学树脂镜片CR-39树脂镜片：CR-39材料属热固性树脂，采用模压浇铸成型法制造，目前，矫正视力用树脂镜片大都采用CR-39树脂材料，该材料是1942年由美国PPG公司哥伦比亚研究所研制开发，称“哥伦比亚树脂”。普通的CR-39镜片的折射率为1.5。而今天大部分的中折射率（n=1.56）和高折射率（n＞1.56）材料都是热固性树脂，其发展非常迅速。

光学树脂镜片折射率可以使用以下任意一种技术来增加：

（1）改变原子分子中电子的结构，例如：引入苯环结构；

（2）在原分子中加入重原子，诸如卤素（氯、溴等）或硫。

与传统CR-39相比，用中高折射率树脂材料制造镜片使得更轻、更薄。◆镜片直径50mm，边缘厚度5mm:普通树脂片光学玻璃片普通超薄片超超薄镜片-4.50D-6.00D-8.50D-10.00D◆镜片直径50mm，-10.00D镜片的边缘厚度比较：◆镜片直径60mm，-10.00D镜片的边缘厚度比较：

普通树脂片光学玻璃片普通超薄片超超薄镜片9mm7.5mm5.8mm4.9mm光学玻璃片普通超薄片超超薄镜片10.8mm8.2mm6.9mm光学树脂镜片PMMA镜片：PMMA属热塑性材料，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较差的缺点，很快就被CR-39所替代。用PMMA生产的镜片（主要有太阳镜镜片、角膜接触镜）

光学树脂镜片PC太空片：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：出色的抗冲击性能（是CR39的10倍以上），高折射率（ne=1.591，nd=1.586），非常轻（比重=1.20g/cm3），100%抗紫外线（385nm），耐高温（软化点为140℃）。（主要有工业用护目镜片、偏光镜片、体育运动用镜片等。）光学树脂镜片中高折射率树脂材料：今天大部分的中折射率(n=1.56)和高折射率(n>1.56)材料都是热固性树脂，其发展非常迅速。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相比，用中高折射率树脂材料制造的镜片更轻、更薄。

光学树脂镜片染色树脂材料：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。镜片的颜色取决于红黄蓝三原色的搭配，可以染成各种不同的颜色。

光学树脂镜片染色方法：热浸泡法镜片颜色的浓度取决于（染料的浓度）、（浸泡的时间）、（镜片片基对色素的吸收速度）光学树脂镜片光致变色树脂材料：第一代光致变色树脂镜片出现在1986年，但是直到1990年第一代Transition镜片面市后，它才真正开始普及。一种新型的光致树脂镜片于1993年投放市场，这种镜片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，然后再镀上一层抗磨损膜，起保护和耐磨作用。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情况，弥补了玻璃变色的不足。再加上片基是树脂材料，质轻且抗冲击性强，所以这种镜片特别适合用于各种屈光不正者使用。光学树脂镜片光致变色树脂镜片的组合物:１．在所述单体混合物中加入抗氧剂、受阻胺、紫外线吸收剂、光稳定剂及聚合调节剂等，以提高光致变色染料的寿命。２．在所述单体混合物中加入内增塑剂大幅度提高镜片的抗冲击性。３．加入环氧及胺基单体大大改进镜片的膜层牢度。天然水晶镜片作为光学材料，水晶的最大优点是硬度大，制成的镜片不易磨损。在本世纪20－30年代曾流行一时。因其制成的镜片经久耐用，又因其价格十分昂贵，常常留传给下一代。在民间有：“水晶养目”之说。

水晶的主要成分是SiO2，是一种天然透明矿物质。

（1）水晶对红外线、紫外线的吸收率差。对紫外线的吸收率仅为14.5％，而玻璃对紫外线的吸收率是52％，目前加入UV材料的树脂镜片对紫外线的吸收率已高达到90％以上.

天然水晶镜片

（2）天然水晶常含有杂质，密度不均匀，会出现气泡和条纹而产生双折