5.1.3 眼镜片材料的处理 - 眼镜验光员(基础知识)

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5.1.3 眼镜片材料的处理

2009-12-07 15:01:55 来源:网络作者:浪琴【大中小】浏览:11212次评论:0条

1.镜片表面加膜处理
光学眼镜片的加膜处理主要有加耐磨损膜、多层减反射膜、顶膜、复合膜。此外，为了某些特殊需要，眼镜片的加膜处理还有加反射膜(光线在膜上大部反射或有选择地反射)、分光膜(光线在膜层上按比例透射和反射)、滤光膜(允许某种单色光透过或反射)、偏振膜(允许某一方向的光线通过，而阻止另一方向的光线通过)。
对于有机镜片而言，常用的表面加膜处理应该是加包括耐磨损膜、多层减反射膜和顶膜抗污膜的复合膜。通常耐磨损膜镀层最厚，为3~5μm；多层减反射膜的厚度约为0.3μm；顶膜抗污膜镀层最薄，为0.005~0.01 μm。

(1)镜片表面耐磨损膜处理
镜片表面耐磨损膜处理，是为了提高镜片表面的耐磨损性能。现在常用的镜片耐磨损膜(硬膜)处理是采用浸泡法(又称提升法)，即镜片经过多道清洗后，镜片材料浸在涂膜液中，再以恒定的速度从涂膜液中提升出来，从而在镜片材料表面形成涂膜层。提起后在100°C左右的烘箱中聚合4~5 h，涂层厚为3~5μm。涂膜层的厚度与涂膜液的黏度、提升速度和密度有关。几种用于有机材料镜片的耐磨损膜材料为：
1)用石英材料形成一层非常硬的耐磨损膜。这种工艺由于其热胀系数与基片材料的不匹配，很容易导致脱膜和膜层脆裂，因此耐磨损效果不理想。
2)一种硬度较高、变形较小且不易脆裂的材料(“硬度/形变”的双重特性膜层材料)镀在有机镜片表面，改善有机镜片基片的硬度。
3)将硬度介于减反射膜和镜片基片之间、摩擦因数低且不易脆裂的抗磨损材料，镀在有机镜片表面，两者之间有了这层抗磨损膜层，使镜片在受到沙砾摩擦时能起缓冲作用，不容易产生划痕，改善了有机镜片基片硬度和减反射膜层硬度的差别引起的耐磨性问题。
4)将既含有有机基质又含有包括硅元素的无机超微粒物的抗磨损材料镀在有机镜片表面，使镜片表面既具备韧性，又提高了硬度。

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加硬液
加硬液是一种多组分的高分子溶液，以有机硅为主，固化后形成透明的薄膜，粘附在基片表面，起到增透和增硬的作用，增透的作用大约在1%，而增硬的效果比较明显，例如CR-39加硬处理后，表面硬度大大提高。
加硬液需注意的问题
1.加硬液的折射率应和基片相近，不能相差太大，否则会产生明显的“彩虹”现象。
2.不同的加硬液配方采用不同的溶剂，保持加硬液的黏度和含固量在规定范围内，超过规定时，应及时补加溶剂，溶剂必须经过提纯处理。
3.加硬液应在低温下保存、运输，使用温度一般在18~20°C。加硬液使用寿命为40天，不同品牌的加硬液有不同的保存期和使用期。
4.加入蓝色的调色剂，可以克服加硬液本身的微黄色和固化后呈现的泛黄问题。
5.当加硬液中出现胶冻状的不溶物，就是发生所谓的“凝胶化”现象时，不能使用。

(2)镜片表面多层减反射膜处理
镜片表面多层减反射膜处理，主要是为了使镜片反射光减弱，透射光增强。为了达到这个目的，必须控制光程条件和振幅条件。
光程条件：必须使所镀膜层的厚度为1/4光波长(d=λ/4)或是1/4光波长的任何奇数倍。
振幅条件：必须使镀膜材料的折射率

(n1，是镜片材料的折射率)。这样就能使两束反射光的光程差(即两束光相邻波对应点间的距离)为半波长(λ/2)。
利用光的干涉原理，反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。光的干涉如图5-4所示。
图5-4a是两束振幅相同的光，波峰与波峰重合而互相加强，在屏幕上有加强的光影。图5-4b是两束振幅相同的光，波峰与波谷重合而相互抵消，在屏幕上光影就消失。

镜片表面多层减反射膜处理包括以下步骤和方法：
1)镀膜材料折射率的选择。单层镀膜时膜层材料n2的计算：如普通玻璃镜片的折射率为1.523，膜层材料的折射率

即

，应该采用折射率为1.234的材料作为膜层材料，但是，由于折射率为1.234的材料没有找到，因此采用折射率为1.38的氟化镁。由此可知减反射膜材料应是一种比基材折射率低的材料。
2)减反射膜物理镀膜处理方法。用于玻璃镜片的镀膜材料通常采用氟化镁，在高于200°C的真空环境下，利用离子束轰击的真空镀膜技术，使得膜层与镜片结合；用于有机镜片的镀膜材料通常采用氧化钛、氧化锆等高纯度金属氧化物材料，通过真空蒸发工艺镀于树脂镜片的表面，达到良好的减反射效果。
常用的物理镀膜处理方法有阴极溅射法，其他还有真空蒸发沉积法、磁控阴极溅射法、离子镀法。

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阴极溅射法
阴极溅射法镀膜处理，是在充有惰性气体的真空气氛中，通过高压电场，使惰性气体电离，产生正离子流轰击作为阴极的膜层材料，被溅射出的膜层材料的原子或分子沉积在眼镜片表面上形成薄膜。实质上阴极溅射法是属于真空沉积法类型，只是膜层材料不是受热蒸发，而是被正离子轰击后溅射，然后沉积的。阴极溅射法结构示意图如图5—5所示。
溅射效率一般随撞击阴极的离子的原子质量增加而提高，也随离子的能量而增加，并与膜层材料本身的性质有关。
阴极溅射法，从发现辉光放电管中的溅射效应，发展到二极管、三极管、四极管溅射镀膜，以及磁控阴极溅射法镀膜，生产效率显著提高，应用更为广泛。

(3)镜片表面顶膜处理
镜片表面顶膜处理，是为了提高镜片表面抗污染性能。抗污膜的材料以氟化物为主，有两种加工方法，一种是浸泡法，一种是真空镀膜，而最常见的方法是真空镀膜。当减反射膜层完成后，可使用真空镀膜法将氟化物镀于减反射膜上。
抗污膜可将多孔的减反射膜层覆盖起来，并且能够使水和油与镜片的接触面积减少，使油和水不易粘附于镜片表面，因此也称为防水膜。这层膜必须非常薄，以使其不会改变减反射膜的光学性能。

(4)复合膜
镜片表面复合膜处理，是为了综合前三项镜片表面处理，提高镜片的性能。
在镜片的基片上首先镀上具有有机硅的耐磨损膜；然后采用IPC的技术，用离子轰击进行镀减反射膜前的预清洗；清洗后采用高硬度的二氧化锆(ZrO2)等材料进行多层减反射膜层的真空镀制；最后再镀上有110°接触角的顶膜，完成复合膜过程。如图5—6所示为多层复合膜的结构示意图。

2.镜片表面染色处理
镜片表面染色处理是把镜片浸泡在含有机色素的热水中对其表面进行染色。
(1)镜片染色工艺
在镜片染色之前必须用酒精等溶剂或超声波清洗掉镜片表面的污物、油脂等，然后把镜片放入含有色粉和染色助剂的染色液中。
由于CR39树脂镜片具有较好的耐热性，并且对疏水性的颜料有很好的亲和力，可获得很高的染色牢度。染色时间则根据镜片所需的色彩浓度而定。
镜片染色的优点：可以使中心和边缘厚度不同的镜片颜色达到一致，解决了屈光不正者配戴染色眼镜的问题。
此外，还可以把镜片染成各种颜色，使眼镜起到很好的装饰作用。
(2)调色染色和梯度染色
1)调色染色。色粉的基本颜色有黑、绿、蓝、红、黄、灰等。调配颜色以基本三原色(红、蓝、黄)为主，分别组合可以调出各种颜色。色粉的基本颜色由于生产厂家不同，其属性、色相、彩度、亮度会有所不同，因而，不要混在一起使用，否则会影响染色的效果。
2)梯度染色。在同一镜片内上深下浅梯度染色。其方法是调整控制镜片在染色液里的上下运动时间，可以达到镜片梯度染色的目的。
(3)常见的五种染色镜片
1)红色镜片。这是非常普遍的颜色，它能吸收95%的紫外线和一些波长较短的可见光。
2)灰色镜片。灰色镜片可吸收红外线和98%的紫外线，最大的好处是不会使景物原来的颜色因镜片而改变，而最令人满意的是它可以非常有效地降低光线强度。
3)绿色镜片。绿色镜片和灰色镜片一样，可以有效地吸收红外线和紫外线，但是绿色镜片会使得某些景物的颜色扭曲，而且，其阻隔光线的效果略逊于灰色镜片。
4)棕色镜片。这种镜片吸收光线的种类和绿色镜片差不多，但比绿色镜片能吸收更多的蓝光。棕色镜片造成颜色扭曲的程度要比灰色、绿色镜片大，且能略减蓝光的光晕，使影像更清晰。
5)黄色镜片。黄色镜片可吸收紫外线，并且可让红外线和83%的可见光穿透镜片。其最大的特点在于吸收了大部分的蓝光。太阳光经过大气层时，主要是以蓝光表现(这就可以说明为什么天空是蓝色的)，黄色镜片吸收了蓝光以后，可以使自然界的景物更清楚，因此，黄色镜片常用来当作滤光镜。

3.光致变色镜片
光致变色镜片分为玻璃材料光致变色和树脂材料光致变色，原理各不相同。
玻璃光致变色镜片是在玻璃材料中加入了氯化银晶体。在紫外线辐射下，银原子和氯原子之间进行电子交换，使镜片的颜色变深；在没有光线的条件下，镜片变透明，这个过程是可逆的。
树脂光致变色镜片是在材料中加入了感光的混合物或在基材的表面镀上了一层感光的混合物，这些感光的混合物在紫外线辐射下，使感光物质的结构发生变化，改变了材料的吸收能力，获得光致变色效果。
几种不同类型的光致变色镜片如下：
(1)灰色变色镜片
这种镜片是在一般玻璃成分中再加入氯化银、氧化亚铜等成分熔制而成。其中氧化亚铜是增感剂，可以使玻璃的变色速度增加数百倍以上。
该镜片可见光透射比达75%以上，可吸收300~330 nm的紫外线。
该镜片特别适合于患有青光眼、电光炎、角膜炎和老年人见光流泪者配戴。
(2)橙黄色、浅黄色变色镜片
这种镜片由氧化硅、氧化硼、氧化锂、氧化钾、氧化锆、氯化银、氧化铝等熔制而成，经过热处理后就形成了由浅黄到橙黄的变色镜片。银离子能吸收450nm以下的紫外线，铝粒子在可见光谱区也能参加光线的吸收。所以，加入铝后，可降低可见光的透过率，适合于长时间在室外工作者配戴。
(3)防视网膜退化变色镜片
这是一种适用于白内障摘除者和视网膜炎患者配戴的变色镜片，镜片可完全阻挡440 nm以下的有害射线，另一种是适合患视网膜炎色素沉积症者使用的变色镜片，它能阻挡550 nm以下的射线。
未用紫外线照射时，可见光透过率约为25%，受紫外线照射变色后，可见光透过率减小到10%。
(4)茶色变色镜片
茶色变色镜片的化学组成为氧化硅、氧化铝、氧化硼、卤化银等，并加入了钴、镍和锰等着色剂。该镜片的原始透射比为85%左右，变色后透射比为30%左右。
茶色变色镜片有无底色透明变茶色、有底色浅茶色变深茶色、茶色变灰色等系列变色镜片。
另外，有一种茶色变色镜片是在基础玻璃中添加了少量钯合金制成。还有一种变茶色镜片是加入二氧化锡制成，其性能很好，变色速度和褪色速度都很快。
(5)蓝色变色镜片
蓝色变色镜片主要由二氧化硅、氢氧化铝、硼酸、氧化锆、硝酸银和添加剂(氧化钴、氧化铈和氧化镍等)熔制而成。
这种镜片的底色为纯正蓝色，在紫外线照射后变为深蓝色。镜片褪色速度快，能吸收380~400 nm的紫外线。配戴这种蓝色变色镜片容易消除眼睛的疲劳。
(6)梯度变色镜片
当接受紫外线或短波可见光照射后，镜片从上到下呈现出由深到浅的变色，光线透过率呈梯度形分布，其原理是将其放在梯度温度炉内进行热处理，使镜片内的卤化银晶粒形成梯度形分布，所以变色后就是梯度色。这种镜片是由蓝色变成灰色，对380~420 nm的紫外线有强烈的吸收作用。
(7)液晶变色镜片
液晶是一种有机化合物，又称为液态晶体，在电场和温度变化的作用下，能产生某些特殊的电光和热效应。其变色速度很快，一般变色镜片达到饱和变色状态需要几分钟，而液晶变色镜片仅需要千分之几秒，其颜色能迅速地适应外界强光的变化，特别适合气焊、电焊、汽车驾驶员以及怕强光的人员配戴。
(8)树脂光致变色镜片
树脂光致变色镜片是在材料中加入了感光的混合物而获得光致变色效果，在特殊波段的紫外线辐射作用下，这些感光物质的结构发生变化，改变了材料的吸收能力。这些混合物与单体的结合主要有两种方法：在聚合前与液态单体混合，或在聚合后渗入材料中。
还可以采用几种光致变色物质，在最后的制造中使这些不同的变色效果结合起来，这使得镜片变色不但迅速，而且不完全受温度的控制。
(9)渗透法树脂光致变色镜片
它是采用树脂材料作为基片，用渗透法在镜片的凸面渗透了一层光致变色材料，然后再镀上一层抗磨损膜，起到保护和耐磨作用。
这项工艺技术可以使镜片不会随屈光度数的加深而出现中央变色与周围变色深浅不一的情况，所以这种镜片特别适合用于各种屈光不正者使用。

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