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从水晶、玻璃到树脂:镜片材料的变迁史

2021-01-16编译Sam

中国眼镜科技杂志 2021年1期
关键词:亚克力折射率镜片

编译 Sam

一片透明、清晰且质地均匀的镜片,用今日的眼光来看,是理所应当、稀松平常的事。但在眼镜诞生、发展的漫长探索中,人类对于镜片材料的求索,甚至要比爱迪生寻找灯泡灯芯材料的尝试还要富有传奇性。

有关眼镜的起源,各国有着不同的记载和说法,但普遍都认同最早的眼镜诞生于13世纪中叶的欧洲。因为缺乏均质的材料,最早的眼镜大多使用石英、水晶,乃至宝石和较为洁净的琥珀,用手工打磨制成透镜,以发挥放大的视物效果。因为材料的特殊性,那时的眼镜也只能被社会阶层顶端的王公大臣,或富甲一方的商贾佩戴。

天然介质很快被光学玻璃所取代,随着玻璃生产、加工技术的发展,眼镜也开始能够提供更多的功效。17世纪初,伽利略发明了望远镜,对于光学玻璃的性能提出了新的要求。高质量的均质玻璃让镜片能够被更加细致地打磨成多种透镜,更加精确地矫正视力。时至今日,仍然有极少一部分人还在佩戴玻璃镜片。现代用作镜片材料的玻璃折射率在1.50~1.90之间,阿贝数在50以上,但沉重、易碎的特性让玻璃镜片很难满足现代人的需要。

20世纪是石油的时代,石油不仅为内燃机和工业生产提供了近乎无穷的动力,以石油为基础的化工产业也蓬勃发展。从石油中提取成分制成的树脂材料,因其更好的光学性能、安全加工性和轻薄的物理特性取代了玻璃,在20世纪60到80年代间快速超过玻璃成为眼镜镜片的主要材料。在树脂材料这个丰富的家庭中,眼镜镜片材料又有着这样的“代代相传”:

ADC

最早的树脂镜片材料主要是美国 PPG公司研制的ADC(碳酸烯丙基二甘醇酯)材料,也就是我们今天常说的CR-39。ADC树脂作为镜片材料的阿贝数较高,光学性能优异。但存在一个很大的缺点,因为其折射率较低,只有1.50,度数高的镜片无论如何都难以避免厚重。因此,众多化学公司一直以来都在以打造更薄的镜片为目标,致力于开发替代ADC树脂的高折射率镜片材料。

DAP

20世纪80年代,市场上开始出现了DAP材料的镜片。DAP与ADC几乎同样轻便、便宜,但同时提高了折射率,有着1.56折射率的DAP材料开启了中折射率材料的时代。

亚克力

PC

DAP材料的劣势在于光学性能不够出色,容易出现色差和偏色,在大量生产时难以进行有效的质量管理,良品率不足。同时,DAP材料的强度不足,镜片容易碎裂。但是由于其低廉的价格,时至今日,DAP材料仍在亚洲地区大量使用,中国生产并消费了世界上最多的中折射率镜片。

PC

PC又称聚碳酸酯,就是我们日常生活中最为常见的塑料,它在镜片行业的应用比较另类。塑料镜片的最大优势在于抗冲击性、安全性,护目镜、防护面具等功能型镜片都多用塑料制成。

美国有着世界上最为严格的FDA抗冲击测试,所以在美国本土销售的镜片大多使用强度最大的塑料。但同时,聚碳酸酯镜片并不能像其他材料一样通过固化工艺制成,而是通过注塑工艺制成。注塑的过程是将熔融的塑料利用压力注进塑料镜片模具中,冷却成型得到想要的镜片。塑料在注塑冷却过程中难免会出现不均匀的结构,所以注塑成型的镜片都具有内应力,会影响镜片的光学性能。PC镜片在偏光片下容易呈现出彩虹状的纹理,内应力的现象非常明显。同时,PC镜片的阿贝数只有28,成像清晰度劣势明显。

PC镜片虽然在安全性方面优势突出,但是由于高内应力和低阿贝数的原因,其在光学性能方面的劣势也同样明显。所以现在除了特定国家的市场之外,PC镜片的市场份额比较低。

亚克力

亚克力化学名叫做“PMMA”,属聚丙烯酸酯类,其优点在于成本低廉,方便加工,但是亚克力镜片的阿贝数只有32,光学性能较低。此外,由于亚克力材料本身强度较低,所以在抗冲击性和镜片抗变形方面存在着比较大的问题。

MR™材料

1987年,日本三井化学推出世界首款聚氨酯系高折射率镜片材料,取名为MR™系列(意为“三井树脂”)。MR-8™材料的折射率为1.60,阿贝数为41,在拥有高折射率、高阿贝数的同时,也有着极佳的抗冲击性、柔韧性和易加工能力。用MR-8™材料制成的镜片不仅更加轻薄,也更加强韧耐用,全面超越了前MR™时代的树脂材料。

MR-7™和MR-10™材料的折射率达到了1.67,制作高度数镜片更为轻薄,其中MR-7™的热变形温度为85度,MR-10™为100度。染色性好的MR-7还推荐用于太阳镜和时尚眼镜;耐热性较好的MR-10™在严峻的温度环境下也能放心使用。

MR-174™的折射率达到1.74,能够做出极薄的镜片,适合追求镜片轻薄以及想购买最高级产品的消费者。时至今日,MR-174™仍然在引领着尖端树脂镜片发展的前沿潮流。❏

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