眼镜片_眼镜片介绍

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第二章 眼镜片

第1节 眼镜片材料

用来制作眼镜片的材料主要有光学玻璃、光学树脂和天然材料等三大类。

一、光学玻璃材料

（一）光学玻璃概述

眼镜镜片材料主要是由氧化物，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、氧化铝等组成而成。这些原料经过高温熔融后，冷却凝结成一种均匀透明、性脆、非结晶态的物质。

眼镜玻璃主要采用光学玻璃材料，可分为无色和有色光学玻璃两大类。光学玻璃品种繁多，通常可根据无色光学玻璃的折射率或阿贝数量的大小划分为冕牌玻璃和火石玻璃两种。

两者最明显的区别是冕牌玻璃的折射率较低，一般为1.49~1.53之间，而火石玻璃的折射率较高，一般1.60~1.80左右。以阿贝数50为基准来分，阿贝数大于50以上的为各类冕牌玻璃，阿贝数在50以下的为各类火石玻璃。

用冕牌玻璃材料制成的眼镜片有光学白片、克鲁赛脱镜片、变色镜片以及各种有色玻璃镜片等，而火石玻璃材料多用于双光镜片的子片和各种“超薄镜片”等。

（二）光学玻璃的性能

光学玻璃材料的性能主要包括光学性能、化学性能、热性能和机械性能等。

光学性能即折射率、透光率和色散系数等，是光学玻璃最重要的光学常数。折射率是用波长587.6nm的黄色光为基准测得的，是决定镜片屈光度的常数之一。色散系数是衡量镜片成像清晰度的重要指标，通常用色散系数的倒数，亦称阿贝数来表示。阿贝数越大，色散就越小，反之，阿贝数越小，则色散就越大，其成像的清晰度就越差。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。

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。因为这些化学物质均能与玻璃发生作用，使镜片表面光洁度发生变化，影响使用寿命。

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原故。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。

机械性能主要包括比重（密度）、硬度、表面张力和弹性系数等。比重和硬度在眼镜玻璃中是极其重要的参数。一般光学玻璃的比重均比较大，比重和折射率有一定的关系。折射率越大，也就越大，镜片的重量就增加。光学眼镜片的表面要求有一定的硬度，硬度不仅影响使用寿命，而且也直接影响镜片的研磨加工质量和速度。

（三）光学玻璃镜片的特点

1、无色光学玻璃镜片

无色玻璃镜片俗称白托片，又称白片。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系统，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系统，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。

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。

2、克罗克斯镜片（Crookes）

由英国人威廉·克罗克斯于1914年发明，故命名为克罗克斯镜片，简称克斯片。克斯片分为普通和光学克斯片两种。

普通克斯片简称光克片，是在钡冕玻璃成分中添加微量的氧化铈、氧化钕和氧化镨等物质，使镜片有明显的双色效应，即在白炽灯光下呈浅紫红色，在日光灯下呈浅青兰色，能吸收340nm以下的紫外线，折射率为1.523，透光率为87%以上。

3、克鲁赛脱镜片（Cruxite）

克鲁赛脱镜片也分为普通和光学克赛镜片两种。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，使僮片颜色呈浅粉红色，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。

4、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。大约在1986年出现了光致变色树脂材料，它是用渗透法在树脂材料的凸面渗透了一层光致变色感光材料，这种镜片变色迅速，不完全受温度控制，也不会受屈光度的影响而出现中央区和周边区的颜色深浅不同。

5、有色玻璃镜片

有色玻璃镜片是在无色光学玻璃中加入各种着色剂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。其目的主要是用来作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。

（1）灰色玻璃镜片

添加氧化钴、氧化铜、氧化铁和氧化镍等着色。能均匀吸收光线，且有吸收紫外线和红外线的作用，可做太阳镜，适合司机配戴。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）红色玻璃镜片

添加硒化镉、硫化镉等着色。具有防止荧光刺眼的作用，适合做X光医务人员的护目镜。

（6）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。

6、高折射率镜片

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。

二、光学树脂材料

（一）光学树脂概述

用于制造眼镜片的树脂材料是由高分子有机化合物，经模压浇铸成型或注塑成型制成的光学树脂。也可分为热固性和热塑性树脂两种。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）和聚碳酸酯（PC）三大类。

(二)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，故称“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。它们的折射率可以使用以下任意一种技术来增加：

改变原子分子中电子的结构，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片更轻、更薄。它们的比重与CR-39大体一致（在1.20到1.40之间），但色散较大（阿贝数 45），抗热性能较差，然而抗紫外线较佳，同时也可以染色和进行各种系统的表面镀膜处理。使用这些材料的镜片制造工艺与CR-39的制造原理大体一致。现在1.67的树脂材料已广泛流行，而且象1.7的树脂材料也已在市场上有销售。视光业务的专业人员正不断研制开发新材料，改良原有材料，以期树脂材料在将来获得更好的性能。

（三）热塑性材料（聚碳酸酯，Polycarbonate，简称PC）

热塑性材料如PMMA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。然而今天，聚碳酸酯的发展将热塑性材料带回了镜片领域，并被视光专业人士认可为21世纪的主导镜片材料。实际上，聚碳酸酯也不是一种新材料，它大约在1995就被发现了，但真正在视光领域的使用仅仅是近几年，它在历经了数年的研制和多次的改进之后，尤其是应用于CD产业，其光学质量已与其它镜片材料媲美。

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（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℃/280°F）。聚碳酸酯材料也可进行系统的镀膜处理。它的阿贝数较低（Ve=31，Vd=30），但在实际中对配戴者并没有显著的影响。在染色方面，由于聚碳酸酯材料本身不易着色，所以大多通过可染色的抗磨损膜吸收颜色。

（四）光学树脂的性能

光学树脂材料的性能主要包括光学性能和物理机械性能等，见下表所示。

表1-2光学性能

种类 折射率（Nd）阿贝数（Vd）透光率（%）备注

CR-39 1.498 59.2 89~92% 热固性

PMMA 1.491 57.6 92% 热塑性

PC 1.586 29.9 85~91% 热塑性

冕玻璃 1.523 58.5 92% / 重火石玻璃 1.701 31 87% /

表1-3物理机械性能

性能 CR-39 PMMA PC K玻璃 备注

比重 1.32 1.19 1.20 2.4 K玻璃>CR-39>PC>PMMA 透光率（%）90.1 92.1 84.5 91 PC略差

折射率（Nd）1.50 1.49 1.59 1.51 PC最高

耐磨性（H）4H 2H B 9H K玻璃>CR-39>PMMA>PC 耐冲击性（Kg-cm/cm2）2.4 5.6 9.2 PC>PMMA>CR-39 耐热性（摄氏度）>210 118 153 CR-39>PC>PMMA

（五）光学树脂的特点

光学树脂材料被广泛用于制造矫正视力用镜片、角膜接触镜、放大镜和太阳镜等。一般按材料可分为CR-39树脂镜片（主要有各种矫正视力镜片、太阳镜镜片和白内障术后用镜片等）、PMMA镜片（主要有太阳镜镜片、角膜接触镜）和PC太空片（主要有工业用护目镜片、偏光镜片、体育运动用镜片等。）

光学树脂材料用来制造眼镜片的最大特点是重量轻，约为玻璃镜片的一半，其次是抗冲击性强，比玻璃高10倍，安全性好，化学稳定性好、透光度好、有极佳的着色性，可染成各种颜色以及具有吸收紫外线和成形加工性好等。其最大的缺点是硬度低、易划痕以及耐热性能差、易变形和镜片的厚薄比玻璃镜片厚。

三、天然材料

主要是水晶石，是一种天然透明的石英结晶体，主要成分为二氧化硅，其折射率和比重略高于光学玻璃。水晶的特点是硬度高、耐高温、耐磨擦、不易潮湿以及重量较大和研磨加工困难等。

用水晶材料磨制的眼镜片称“水晶镜片”，常用的有天然水晶石和人工水晶石两种。每种按颜色又可分为白水晶和茶水晶两种。由于水晶石中多含有各种杂质，棉状或冰冻状花纹等，所以，其光学性能远不如光学玻璃优良。目前，已逐渐被光学玻璃或光学树脂材料所代替。

驾驶舱风挡窗户：弹性乙烯基玻璃、聚乙烯丁醛玻璃等。

客舱窗户：外层：弹性丙烯酸树脂。中层：聚丙烯玻璃。内层：有机玻璃等。

陶瓷容器或玻璃容器

HDPE（高密度聚乙烯），PP（聚丙烯），氯丁橡胶

聚甲醛pom PP塑料轴承