一，光學塑料大致分類

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)加熱則隨著化學反應燮硬，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)氧光學塑料均屬于熱固性塑料

二，主要的光學塑料

1， 聚甲基丙烯酸甲脂Polymethyl methacrylate 簡稱PMMA，也稱Acrylic

摩爾量約為50 萬---100 萬，(摩爾量對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，透過率約92%，加速老化后240H 透過率仍能達到92%，在室外使用10 年后只降到88%，能透過波長270nm 以上的紫外光。

PMMA 能透過X 射線和Y 射線，其薄片能透過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 時的平均吸水率為2%，在所有光學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 從高溫冷卻時的光學記憶即組件恢復到它原來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,但是它是負值.熱導率為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 耐稀無機酸去污液,油脂和弱堿的性能優(yōu)良,耐濃無機酸中等,不耐醇,酮,溶于芳烴,氯化烴有機溶劑,為強堿及溫熱的NaOH,KOH 所侵蝕,與顯影液不起反應.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,攝錄一體機,投影機,光盤讀出頭以及軍用火控和制導系統(tǒng)中的非球面透鏡和反射鏡,還用來制造菲涅爾透鏡,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 簡稱PS,也稱Styrene)

這是一種火石類熱塑性光學塑料,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,所以當它和PMMA 組合時可以成為對F 和C 譜線進行校正的消色差透鏡,二級光譜的校正一般比玻璃的消色差透鏡還要更好一些.它的透過率為88%,它的雙折射率較大,在陽光作用下聚苯乙烯容易變黃.PS 能自由著色,無嗅無味無毒,不致產生霉菌,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,它的高連續(xù)使用溫度為60--80℃,成型收縮率為0.45%,其零件經退火處理可減少內應力還可提高機械強度,無前因熱變形溫度,采用退火清晰度一般比實際的熱變形溫度低5--6℃.PS 的導熱系數(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℃內將劇烈地熱降.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,有機酸,堿,鹽,低能醇及它們的水溶液,受許多酮類,高級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,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塑料大,因此易開裂,在切澆口時應注意防止破裂,它還能用一般的金屬或木材加工工具進行機械加工,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,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(-135℃---+120℃)保持高的機械強度,尺寸穩(wěn)定性好,溫度升高到105℃時材料的線性尺寸增加0.07%,有很高的沖擊強度,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%,但不易進行機械加工,注塑成型是常用的方法.密度為1.20kg/m3,本色呈淡黃色,加點淡藍色后得到無色透明制品.nd=1.586,vd=34.0,透過率為88%,PC 的機械特性是韌而剛,無缺口抗衝擊強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,在很多有機液體為蒸氣中溶脹,并導致應力開裂,溶于二氯甲烷,二氯霉素乙烷,甲酚,二惡烷中,長期致于水中會水解破裂導致脆化.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 的光學常數(shù)與PS 相似,所以可以和PMMA 組成消色差透鏡.光學塑膠的折射率是波長λ(μm)的函數(shù),可以用下列公式計算:

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.透過率可達90%,折射率nd 可達1.533—1.567 之間變化,vd=35,可以被用來作樣正色差的第二種材料,但它一般只用來作薄透鏡.

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

它是目前在光學領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 的時間固化成型.Nd=1.498,vd=53---57,白光透過率92%,耐磨性,抗衝擊,化學腐蝕的能力強,能經受持續(xù)100℃的高溫,短時間內能耐150℃,由於它的收縮率很大(在固化時收縮率達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,色差小,雙折射率比PC 的小,耐熱性好於PMMA 和PC,拉伸強度優(yōu)於PMMA,彎曲彈性模量優(yōu)於PC,因此它很適合作非球面透鏡.

③環(huán)烯烴共聚物,簡稱COC

　　④ 環(huán)烯烴聚合物(Cyclo—olefin polymer 簡稱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