一，光學(xué)塑料大致分類

塑料材料一般分為熱塑性和熱固性塑料,光學(xué)塑料大部分為熱塑性塑料，常用的有，聚甲基丙烯酸甲脂PMMA，聚苯乙烯PS，聚碳酸脂PC 等,熱塑性塑料指的是可反復(fù)加熱仍可塑的塑料,熱固性塑料指的是在所用的合成樹脂在加熱初期軟化，具有可塑性，繼續(xù)加熱則隨著化學(xué)反應(yīng)燮硬，使形狀固定不再發(fā)生變化.

常用的材料有烯丙基二甘醇碳酸脂CR-39 樹脂眼鏡片,環(huán)氧光學(xué)塑料均屬于熱固性塑料

二，主要的光學(xué)塑料

1， 聚甲基丙烯酸甲脂Polymethyl methacrylate 簡(jiǎn)稱PMMA，也稱Acrylic

摩爾量約為50 萬(wàn)---100 萬(wàn)，(摩爾量對(duì)聚合物的性能有很大的影響)

nd=1.491，色散系數(shù)Vd=57.2,是“王冕”材料，透過(guò)率約92%，加速老化后240H 透過(guò)率仍能達(dá)到92%，在室外使用10 年后只降到88%，能透過(guò)波長(zhǎng)270nm 以上的紫外光。

PMMA 能透過(guò)X 射線和Y 射線，其薄片能透過(guò)α射線和β射線，但是能吸收中子線

PMMA 密度為1.19kg/m3，在20℃*109Pa 時(shí)的平均吸水率為2%，在所有光學(xué)塑料中它的吸水率高，彈性模量為3.16*109Pa,泊松比為0.32,抗張強(qiáng)度為(462---703) *109Pa.PMMA 的線形膨脹系數(shù)為8.3*10-5 K-1,比K9 玻璃大10 倍,但PMMA 從高溫冷卻時(shí)的光學(xué)記憶即組件恢復(fù)到它原來(lái)尺寸的性能要比玻璃好,它的折射率隨溫度的變化dn/dt 為-8.5*10-5,比K9 玻璃大出約30 倍,但是它是負(fù)值.熱導(dǎo)率為0.192W/(m*k),比熱容為1465J/(kg*k),它的玻璃化溫度為105℃,熔化溫度為180℃.PMMA 耐稀無(wú)機(jī)酸去污液,油脂和弱堿的性能優(yōu)良,耐濃無(wú)機(jī)酸中等,不耐醇,酮,溶于芳烴,氯化烴有機(jī)溶劑,為強(qiáng)堿及溫?zé)岬腘aOH,KOH 所侵蝕,與顯影液不起反應(yīng).PMMA 有優(yōu)良的耐氣候性,在熱帶氣候下曝曬多年,它的透明度和色澤變化小.PMMA 目前于廣泛被用于制造照相機(jī),攝錄一體機(jī),投影機(jī),光盤讀出頭以及軍用火控和制導(dǎo)系統(tǒng)中的非球面透鏡和反射鏡,還用來(lái)制造菲涅爾透鏡,微透鏡數(shù)組,隱形眼鏡,光纖,光盤基板等零件.

2,聚苯乙烯(Polystyrene 簡(jiǎn)稱PS,也稱Styrene)

這是一種火石類熱塑性光學(xué)塑料,盡管它的抗紫外輻射性能,抗劃傷性能都不如PMMA,但它折射率高,nd=1.59—1.660,阿貝系數(shù)小Vd=30.8,所以當(dāng)它和PMMA 組合時(shí)可以成為對(duì)F 和C 譜線進(jìn)行校正的消色差透鏡,二級(jí)光譜的校正一般比玻璃的消色差透鏡還要更好一些.它的透過(guò)率為88%,它的雙折射率較大,在陽(yáng)光作用下聚苯乙烯容易變黃.PS 能自由著色,無(wú)嗅無(wú)味無(wú)毒,不致產(chǎn)生霉菌,吸濕性小吸只有0.02%.PS 熱變形溫度為70--98℃,與配方及后處理有關(guān),它的高連續(xù)使用溫度為60--80℃,成型收縮率為0.45%,其零件經(jīng)退火處理可減少內(nèi)應(yīng)力還可提高機(jī)械強(qiáng)度,無(wú)前因熱變形溫度,采用退火清晰度一般比實(shí)際的熱變形溫度低5--6℃.PS 的導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度發(fā)生變化,因此能作良好的冷凍絕熱材料.PS 的比熱容溫度有明顯變化,是塑料中比熱較低的一種,在高真空中和在330--380℃內(nèi)將劇烈地?zé)峤?解放出43%的揮發(fā)物,41%為苯乙烯,2%是甲苯,并殘留下二聚三聚四聚及多聚物為57%.PS 能耐某些礦物油,有機(jī)酸,堿,鹽,低能醇及它們的水溶液,受許多酮類,高級(jí)脂肪酯等侵蝕而軟化,溶于芳烴,如苯,甲苯,乙苯及苯乙烯單體等.PS 是耐輻射的聚合物之一,要合性能發(fā)生變化須施加很大量的輻射能. PS 是樹脂中易成型加工的品種之一,具有成型溫度和分解溫度相差大,熔融粘度低,尺寸穩(wěn)定的特點(diǎn),可用模壓成型,也大量用于注塑成型,但它的脆性比其它光學(xué)塑料大,因此易開裂,在切澆口時(shí)應(yīng)注意防止破裂,它還能用一般的金屬或木材加工工具進(jìn)行機(jī)械加工,如鉆,鋸,切等.

PS 除與PMMA 組成消色差的透鏡外還用于復(fù)制光柵組件.

為改善PS 的性能,開發(fā)出一些改良品種,如由70%的聚苯乙烯和30%和丙烯酸甲脂共聚形成新的光學(xué)塑料NAS.另一種共聚物是丙烯腈—苯乙烯的共聚物稱為SAN,主要用在工程塑料制品,光學(xué)上主要用作窗口,基本保持了PS 的透明度,但仍有發(fā)黃的趨勢(shì),nd=1.567,高使用溫度75--90℃,熱變形溫度82--105℃,線形膨脹系數(shù)(6.5—6.7)* 10-5 K-1,密度為1.06kg/m3---1.08kg/m3.

3,聚碳酸脂(Polycarbonate 稱PC)

綜合性能優(yōu)良的熱塑性塑料,有良好的耐熱性,耐寒性,并在較寬溫度范圍內(nèi)(-135℃---+120℃)保持高的機(jī)械強(qiáng)度,尺寸穩(wěn)定性好,溫度升高到105℃時(shí)材料的線性尺寸增加0.07%,有很高的沖擊強(qiáng)度,延展性好,具有均勻的成型收縮率,吸水率低,在水中浸泡24H 僅增重0.13%,但不易進(jìn)行機(jī)械加工,注塑成型是常用的方法.密度為1.20kg/m3,本色呈淡黃色,加點(diǎn)淡藍(lán)色后得到無(wú)色透明制品.nd=1.586,vd=34.0,透過(guò)率為88%,PC 的機(jī)械特性是韌而剛,無(wú)缺口抗衝擊強(qiáng)度在熱塑性塑膠中名列前茅,成型收縮率穩(wěn)定在0.5%--0.7%. PC 在室溫下耐水,稀酸,氧化劑,還原劑,鹽,油,脂肪烴的侵蝕,不耐堿,胺,酮,芳香烴的侵蝕,在很多有機(jī)液體為蒸氣中溶脹,并導(dǎo)致應(yīng)力開裂,溶于二氯甲烷,二氯霉素乙烷,甲酚,二惡烷中,長(zhǎng)期致于水中會(huì)水解破裂導(dǎo)致脆化.PC 在水中正常吸濕性為0.15%,溫水中肖水為0.35%,沸水中吸水為0.58%,能耐60 攝氏度的水溫.由於PC 的光學(xué)常數(shù)與PS 相似,所以可以和PMMA 組成消色差透鏡.光學(xué)塑膠的折射率是波長(zhǎng)λ(μm)的函數(shù),可以用下列公式計(jì)算:

n2(λ)=A0+A1λ2+A2λ-2+A3λ-4+A4λ-6+A5λ-8

三種塑膠係數(shù)如下:

4,苯乙烯和丙烯酸脂的共聚物,簡(jiǎn)稱:NAS

70%的苯乙烯和30%的丙烯酸脂的共聚物,它和各性能優(yōu)于聚苯乙烯.透過(guò)率可達(dá)90%,折射率nd 可達(dá)1.533—1.567 之間變化,vd=35,可以被用來(lái)作樣正色差的第二種材料,但它一般只用來(lái)作薄透鏡.

5,烯丙基二甘醇碳酸脂(Allgl diglycol carbonate,簡(jiǎn)稱ADC或CR-39)

它是目前在光學(xué)領(lǐng)域中主要的一種熱固性材料,因此這種材料通常用澆鑄的方法成形,澆注在玻璃模具中,一般在140℃的溫度下用17H 的時(shí)間固化成型.Nd=1.498,vd=53---57,白光透過(guò)率92%,耐磨性,抗衝擊,化學(xué)腐蝕的能力強(qiáng),能經(jīng)受持續(xù)100℃的高溫,短時(shí)間內(nèi)能耐150℃,由於它的收縮率很大(在固化時(shí)收縮率達(dá)14%)因此它主要用於眼鏡片.

6.新品種

①聚三環(huán)癸甲基丙烯酸脂OZ—1000 及1011,1012,1013 等系列.是日本日立化工公司開發(fā)出一種新型脂環(huán)樹脂.

②ARTON

由日本合成橡膠公司(JSR)開發(fā)的,在熱塑性樹脂中它的比重輕,吸水率很小,優(yōu)於PMMA,有良好的透過(guò),色差小,雙折射率比PC 的小,耐熱性好於PMMA 和PC,拉伸強(qiáng)度優(yōu)於PMMA,彎曲彈性模量?jī)?yōu)於PC,因此它很適合作非球面透鏡.

③環(huán)烯烴共聚物,簡(jiǎn)稱COC

　　④ 環(huán)烯烴聚合物(Cyclo—olefin polymer 簡(jiǎn)稱COP)

　　是日本瑞翁公司開發(fā)的另一種非晶型聚烯烴(Zeonex480 等)

　　Zeonex480與PC,PMMA的性能比較