光学透明高分子材料的应用与发展

光学透明高分子材料的应用与发展

光学透明高官材料是近年来开发的重要光学材料。它具有成本低、轻量、建模、性能高、易复制等优点。此外，它还具有许多良好的光学特性，如成本低、轻量、小型、性能高、易复制等。因此，它被广泛应用于建筑材料、航空航天、光学成像、光学透镜、衍射光、非线性光学元件等。本文介绍了光学透明高官材料及其主要性能、现代工农业和日常生活的应用和发展。1用改性聚氨酯材料材料进入光电子时代,很多与我们息息相关的光电子元件都是采用光学透明材料制造的,如光纤、光盘、发光二极管、透明导电薄膜等,这些材料过去都是采用玻璃制造,但随着科技的发展,越来越多的采用了光学透明高分子材料.材料的通光性能是我们使用中主要考虑的性能之一,有很多生产、生活中使用的光学透明高分子材料,因为用于不同场合,对其通光特性的要求也各不相同.以多种聚合物、交联扩链剂及催化剂等物质合成的透明聚氨酯树脂材料(PU)的性能较好,通光特性也较好,在10~20mm厚度,从紫外到可见光范围内测量,通过率可达91%~93%,且加工性能稳定,可以作为普通光学玻璃的替代物.透明塑料的测定也说明了光学透明高分子材料的透光特性很优异.实验表明,对FRP(厚度0.85mm)等材料的测量表明,其太阳光透光率和普通的光学玻璃(厚度4.6mm)差不多,PMMA(厚度3.21mm)的太阳光透光率比普通玻璃(厚度4.6mm)还高.CR-39是由美国哥伦比亚研究室研制成功的,故又名哥伦比亚树脂,连续使用温度100℃,短暂工作温度为150℃.可见光的透光率(89~92)%(厚度3mm时),能全部吸收波长350mm以下的紫外光、红外吸收(8~10)%(波长780nm~1100nm),经用真空镀宽带增透膜后,其透光率可达99%或更高,适于制造眼镜镜片.美国杜邦公司的F-46薄膜,是一种集热器盖层材料,其太阳透光率达90%以上,且入射角修正系数也很小,很适合房屋的采光、保温.LoralDefenseSystems公司研制的一种交联热固性聚氨酯GAC-590,透光率达91.6%,并且具有耐高温的特性,可用作沉积透明导电涂层的基底材料.2热变形温度和导热系数.热变形比热性能是高分子透明塑料的很显著特点,它涉及到产品制造生产和加工使用等一系列问题.由于用途不一,这类材料的热形变温度分布也很广.如GAC-590的热形变温度为141℃,而一般有机玻璃的热形变温度只有114℃,聚碳酸酯的热形变温度是138℃.有些高分子光学透明材料的热形变温度可以很高,如道化学公司研制的AEC(芳香族聚酯碳酸脂共聚物),其热形变温度达160℃且仍可正常使用,没有退火.一般来说,在热塑成型后就可以再对这些材料进行加工,通过固化处理达到使用所要求的性能.导热系数也是高分子光学透明材料的重要性能指标之一.一般玻璃的导热系数是6W/mK到7W/mK之间,高分子光学材料的导热系数要低得多,因此隔热效果也好.PPG公司研制的一种耐高温弹性透明光学材料,其热变形温度达188℃,在F-111飞机上经受一年的飞行考验,没有变色、分层、撕裂、银纹、透光率下降和雾度增加现象.其使用环境温度可以从-20℃到170℃,是使用温度范围很大的一种高分子透明光学材料.3光学高分子材料光学透明高分子材料无论是用在室外还是室内,或用在室外建筑上,甚至用于航空航天材料,其硬度、抗震、抗冲击等性能都是需要认真考虑的.目前人们常用的眼镜很多就是光学树脂材料,属于光学透明高分子材料.如果这些材料硬度不够,眼镜容易磨损,很快就磨花而不能使用了.用在室外建筑、广告等方面的光学高分子透明材料,硬度不够则很容易损坏,还可能造成人员伤亡.航空航天使用的挡板材料,需要经受很强的冲击力考验.GAC-590是多种聚合物、交联扩链剂及催化剂等物质合成的透明聚氨酯树脂材料(PU),其拉伸强度可达82.4MPa,弯曲强度为109.8MPa,是较耐磨的材料,可以代替有机玻璃,但其冲击强度较低,不适宜做结构材料;有机玻璃材料的拉伸强度是64.8MPa,弯曲强度为109.8MPa;聚碳酸酯类材料的拉伸强度为57.7MPa,弯曲强度为92.7MPa,但其韧性不是很好,物理抗老化性能也不令人满意.实验表明,聚酯碳酸脂具有较强的抗冲击性,不会产生热脆现象,可用于制造常规的透明件.4树脂胶片的性能要求早期制作眼镜都使用玻璃镜片,随着科技的发展,眼镜片的制作越来越多的使用了光学透明高分子材料——树脂类光学透明材料.因为这些光学透明高分子材料具有重量轻、透明度高、镜片尺寸大、抗冲击、易加工成型、可染色、材料充足、成本低廉等优点.采用任何材料设计眼镜镜片时都必须考虑折射率和色散.用普通镜片设计眼镜镜片时,尽管采用非球面设计,因高度数近视镜片较厚,因而重量也大,使得佩戴者感到压力太大.故对眼镜镜片材料的选取就有一定的要求,而树脂类镜片由于重量轻,可以很容易的达到这个要求.目前树脂镜片的折射率分为4档:即1.50左右为低折射率,1.55左右为中折射率,1.60左右为高折射率,大于1.65的为超高折射率.据报道,已有折射率为1.70的超高折射率的合成树脂出现,但国内市场上还未见到.利用材料的高折射率可以设计较薄的镜片,使得镜片整体重量下降,但是提高折射率的同时会使阿贝数值下降,阿贝数值的下降又使镜片的色差增大,这两者性能是互相制约的.因此,要求树脂镜片具有高折射率,高阿贝数,低比重已成为树脂镜片材料研究开发的主要目标.常见几种树脂材料的特性见表.光学透明高分子材料不仅用在眼镜镜片制作上,在光学的其他方面也有广泛的应用,如光盘、望远镜、显微镜、衍射光栅等需要镜片的设备、仪器等,都可以用这些材料.目前,光学透明高分子材料在许多应用领域基本替代了无机光学材料.但光学透明高分子材料本身现在还存在耐热温度低、折射率随温度变化大、线膨胀系数大、易产生划痕、吸潮、化学稳定性差等缺点,不能完全满足在光电子和其他领域应用的要求,限