眼鏡片用材料常識

眼鏡片用材料常識  
   
    鏡片材料采用透明的介質，主要分為無機和有機二大類。在我們的日常生活還會碰到一種天然介質水晶鏡片，這是用石英研磨制成的鏡片。古代有水晶能養顏明目的說法，但事實上水晶的主要成分是二氧化硅（SiO2），最大優點是硬性度高且不易受潮，但紫外線及紅外線的透過率較高，而且水晶中密度不均勻，含雜質，有條紋及氣泡等產生，會形成雙折射現象，從而影響視力。
    一、 無機材料--玻璃：玻璃是非常特殊的不定型材料，在常溫下呈固體，堅硬但易碎，在高溫下具有粘性。它通常在約1500C/2700F的高溫下熔化形成氧化混合物，冷卻后成為非晶體，并保持非結晶狀態。
    玻璃沒有固定的化學結構，因而沒有確切的熔點。隨著溫度的上升，玻璃材料會變軟、粘性增加，并逐漸由固體變為液體，這種逐漸變化的特性我們稱之為"玻璃狀態"。這一特性意味著玻璃在高溫時可以被加工和鑄型。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點。
    （1）普通玻璃材料（1.5和1.6）：折射率為1.523的冕牌玻璃是傳統光學鏡片的制造材料，其中60%~70%為二氧化硅，其余則由氧化鈣、鈉和硼等多種物質混合。有時也將折射率為1.6的鏡片劃歸普通鏡片。
    （2）高折射率玻璃材料：經過多年的研究，鏡片制造商已經找到了在提高材料折射率的同時及保持低色散的方法，即在玻璃中加入新的化學元素。早在1975年就生產出了含鈦元素的鏡片，折射率為1.7，阿貝數為41；15年之后又生產出了含鑭元素的鏡片，折射率為1.8，阿貝數為34；1995年出現折射率為1.9的材料，加入了元素鈮，阿貝數為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越薄，然而卻沒有減少鏡片的另一重要參數：重量。實際上，隨著折射率的增加，材料的比重也隨之增加，這樣就抵消了因為鏡片變薄而帶來的重量上的減輕。
    （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質的金屬鹽后會表現出著色的效果，例如：加鎳和鈷（紫色），鈷和銅（藍色），鉻（綠色），鐵，鎘（黃色），金，銅和硒（紅色）等等。這些染色材料主要應用于大規模地生產平光太陽鏡片或防護鏡片。一些具有特殊過濾性質的淺色材料（棕色、灰色、綠色或粉紅色）也被用于生產屈光矯正鏡片，但象這種鏡片的材料現在的需求并不多，主要原因是由于近視或遠視鏡片的中心厚度與邊緣厚度不同，從而使鏡片的顏色深淺不一致，屈光度越高，顏色差異就越明顯。
    （4）光致變色玻璃材料：光致變色現象是通過改變材料的光線吸收屬性，使材料對太陽光強度作出反應的一種性質。它的基本原則是使普通的玻璃（包括塑料光致變色材料）在紫外線輻射的影響下顏色變深，以及在周圍高溫的影響下顏色變淡，這兩個過程是可逆的，而且可能一直存在。這一現象是通過激活在材料中混合的光致變色物質的分子而完成的。光致變色材料大多是灰色和棕色的，俗稱灰變和茶變，其它的顏色也可以通過專門的工藝達到。所有的眼鏡片，包括熔化雙焦點鏡片、漸進鏡片都可以使用光致變色材料制造。近年來，光致變色樹脂鏡片的發展較快，材料在不斷改良，其折射率已不再局限于1.50。
    二、 有機材料：
    有機材料可以分為兩大類：
    熱固性材料，具有加熱后硬化的性質，受熱不會變形，眼鏡片大部分以這種材料為主，如CR-39。
    熱塑性材料，具有加熱后軟化的性質，尤其是適合熱塑和注塑，聚碳酸酯PC就是這種材料。
    （1）熱固性材料
    1）普通樹脂材料（CR-39）：CR-39被用于生產眼用矯正鏡片是在1955~1960年，是第一代的超輕、抗沖擊的樹脂鏡片。作為光學鏡片，CR-39材料性質的參數十分適宜：折射率為1.5(接近普通玻璃鏡片)、密度1.32（幾乎是玻璃的一半）、阿貝數為58~59（只有很少的色散）、抗沖擊、高透光率，可以進行染色和鍍膜處理。它主要的缺點是耐磨性不及玻璃，需要鍍抗磨損膜處理。樹脂鏡片可采用模式壓法加工鏡片表面的曲率，因此很適用于非球面鏡片的生產。
    2）中高折射率樹脂材料：今天大部分的中折射率(n=1.56)和高折射率(n>1.56)材料都是熱固性樹脂，其發展非常迅速。它們的折射率可以使用以下任意一種技術來增加：改變原分子中電子的結構，例如：引入苯環結構；在原分子中加入重原子，諸如鹵素（氯、溴等）或硫。與傳統CR-39相比，用中高折射率樹脂材料制造的鏡片更輕、更薄。
    3）染色樹脂材料：用于制造太陽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鏡片，同時在材料中加入可吸收紫外線的物質。
    4）光致變色樹脂材料：第一代光致變色樹脂鏡片大約出現在1986年，但是直到1990年第一代Transition鏡片面市后，它才真正開始普及。一種新型的光致樹脂鏡片于1993年投放市場，這種鏡片采用樹脂材料作片基，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，起保護和耐磨作用。這項工藝技術可以使鏡片的變色不會隨屈光度數的加深而出現鏡片中央與周圍深淺不一的情況，彌補了玻璃變色的不足。再加上片基是樹脂材料，輕且抗沖擊，所以這種鏡片特別適合用于各種屈光不正者使用。
    （2）熱塑性材料（聚碳酸酯，Polycarbonate，簡稱PC) ：熱塑性材料如PMMA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，很快就被CR-39所替代。然而今天，聚碳酸酯的發展將熱塑性材料帶回了鏡片領域，并被視光專業人士認可為21世紀的主導鏡片材料。實際上，聚碳酸酯也不是一種新材料，它大約在1955年就被發現了，但真正在視光領域的應用僅僅是近幾年，它在歷經了數年的研制和多次的改進之后，其光學質量已與其他鏡片材料相媲美。聚碳酸酯具有許多光學方面的優點：出色的抗沖擊性（是CR-39的10倍以上），高折射率（ne=1.591,nd=1.586），非常輕（比重=1.20g/cm2）,100%抗紫外線（385nm)，耐高溫（軟化點為140C/280F）。