14種光學(xué)塑料的材料特點(diǎn)

1、.14種光學(xué)塑料的材料特點(diǎn) 一、光學(xué)塑料分類 塑料材料一般分為熱塑性和熱固性塑料。熱塑性塑料指的是可反復(fù)加熱仍可塑的塑料。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） 環(huán)氧光學(xué)塑料 二、主要的光學(xué)塑料 1.聚甲基丙烯酸甲脂PMMA Polymethylmethacrylate， 簡(jiǎn)稱PMMA，也稱Acrylic。摩爾量約為50萬-100萬，（摩爾量對(duì)聚合物的性能有很大的

2、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(dá)到92%，在室外使用10年后只降到88%，能透過波長(zhǎng)270nm以上的紫外光。PMMA能透過X射線和Y射線，其薄片能透過射線和射線，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)塑料中它的吸水率最高，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)到它原來尺寸的性能要比玻璃

3、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耐稀無機(jī)酸去污液，油脂和弱堿的性能優(yōu)良，耐濃無機(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，還用來制造菲涅爾透鏡，微透鏡數(shù)組，隱形眼鏡，光

4、纖，光盤基板等零件。 2.聚苯乙烯 PS 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=1.591.660，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(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)，它的最高連續(xù)使用溫度為60-80，成型收縮率為0.

5、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)峤到夥懦?3%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是最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

6、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，最高使用溫度75-90，熱變形溫度82-105，線形膨脹系數(shù)(

7、6.56.7)* 10-5 K-1，密度為1.06kg/m3-1.08kg/m3。 3.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.透過率可達(dá)90%，折射率nd可達(dá)1.5331.567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。 4.SAN 5.聚碳酸脂 PC 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

8、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，注塑成型是最常用的方法。 密度為1.20kg/m3，本色呈淡黃色，加點(diǎn)淡藍(lán)色后得到無色透明制品.nd=1.586，vd=34.0，透過率為88%，PC的機(jī)械特性是韌而剛，無缺口抗沖擊強(qiáng)度在熱塑性塑料中名列前茅，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%

9、，沸水中吸水為0.58%，能耐60攝氏度的水溫。 由于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)塑料的折射率是波長(zhǎng)(m)的函數(shù)，可以用下列公式計(jì)算: n2()=A0+A12+A2-2+A3-4+A4-6+A5-8 6.TPX TPX是日本三井化學(xué)株式會(huì)社所生產(chǎn)的4-甲基戊烯（4-methylpentene-1）的聚合物，TPX是其商品名，化學(xué)名稱為Methylpentene copolymer，簡(jiǎn)稱PMP，三井化學(xué)株式會(huì)社是全球唯一的TPX生產(chǎn)制造商。 聚4-甲基戊烯-1是一種高結(jié)晶透明塑料，密度：0.82-0.83；吸水率：0.01%；熔點(diǎn)：240；維卡軟化點(diǎn)1601

10、70；收縮率：1.5%3.0%；透光率：90%92%（目前已商業(yè)化的高透明度樹脂中唯一的結(jié)晶性聚合體）。 7.烯丙基二甘醇碳酸脂 ADC Allgl diglycol carbonate，簡(jiǎn)稱ADC或CR-39。ADC光學(xué)性能好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐高溫（長(zhǎng)期使用可耐100，短期可耐150）、表面硬度比PMMA高40倍，是現(xiàn)有光學(xué)塑料中硬度最大的。 它是目前在光學(xué)領(lǐng)域中最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，白光透過率92%，耐磨性，抗沖擊，化學(xué)腐蝕的能力強(qiáng)，能經(jīng)受持續(xù)100的高溫

11、，短時(shí)間內(nèi)能耐150，由于它的收縮率很大(在固化時(shí)收縮率達(dá)14%)因此它主要用于眼鏡片。 8.PET PET最常用途是透明飲料瓶。 由于PET大分子鏈具有良好的規(guī)制性，為它提供了較高的結(jié)晶性能，結(jié)晶度越大密度越大，通常密度為1.21.38g/cm3。其分子鏈比較剛硬，分子間的強(qiáng)作用力賦予它具有良好的剛性和強(qiáng)度，對(duì)非極性氣體等物質(zhì)具有良好的阻隔性能和耐蛻變性能，膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性高。 PET是一種典型的高結(jié)晶性聚合物，其熔點(diǎn)在225260之間，玻璃化溫度在7080之間，在180左右達(dá)到最大結(jié)晶速度。PET 是乳白色或淺黃色、高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)

12、械性能，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，抗蠕變性，耐疲勞性，耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。PET塑料分子結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，具有一定的結(jié)晶取向能力，故而具有較高的成膜性和成性。PET塑料具有很好的光學(xué)性能和耐候性，非晶態(tài)的PET塑料具有良好的光學(xué)透明性。 另外PET塑料具有優(yōu)良的耐磨耗摩擦性和尺寸穩(wěn)定性及電絕緣性。PET做成的瓶具有強(qiáng)度大、透明性好、無毒、防滲透、質(zhì)量輕、生產(chǎn)效率高等因而受到了廣泛的應(yīng)用到了廣泛應(yīng)用。 9.PSU PSU為高性能工程塑料，硬度和沖擊強(qiáng)度高，耐蒸氣、耐水解、無毒、耐高溫蒸氣消毒、高透明、尺寸穩(wěn)定性好，可在-100至1

13、75度下長(zhǎng)期使用。比如用于制備透明寵物箱。 10.MS 11.OZ1000 聚三環(huán)癸甲基丙烯酸脂OZ1000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。 OZ1000光學(xué)塑料色散低、透過率高、雙折射小、飽和吸水率僅為PMMA的1/10，其光學(xué)性能可與PMMA相媲美，且耐熱性優(yōu)于PMMA，適用于高精度透鏡的精密成型。 12.ARTON 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最輕，吸水率很小，優(yōu)于PMMA，有良好的透過，色差小，雙折射率比PC的小，耐熱性好于PMMA和PC，拉伸強(qiáng)度優(yōu)于PMMA，彎曲彈性模量?jī)?yōu)于PC，因此它很適合作非球面透鏡。

14、 13.環(huán)烯烴共聚物，簡(jiǎn)稱COC 14.環(huán)烯烴聚合物 COP Cycloolefinpolymer，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： 三、八種主要光學(xué)塑料特性 PMMA/PS/NAS/SAN/PC/TPX/Zeonex/Artonp性能比較 四、光學(xué)玻璃和光學(xué)塑料的光學(xué)性能 1.光學(xué)玻璃 Vs 光學(xué)塑料 2.光學(xué)塑料的優(yōu)缺點(diǎn) 光學(xué)塑料的優(yōu)點(diǎn): 能進(jìn)行大批量生產(chǎn)，降低制造成本； 可以設(shè)計(jì)非常復(fù)雜的形狀； 重量輕，耐沖擊； 可以同時(shí)壓出光學(xué)面和定位面. 減少系統(tǒng)裝配成本； 零件的質(zhì)量一致。 光學(xué)塑料的缺點(diǎn): 對(duì)溫度和濕度等環(huán)境的變化更為靈敏經(jīng)濟(jì)危機(jī)學(xué)塑料的熱膨脹系數(shù)比玻璃大出一個(gè)