光學塑料論文

1、 光 學 塑 料結(jié) 課 論 文 學 生 姓 名# 專 業(yè) #學 號 #指 導 教 師 #學 院 # 2013 年 11 月光學塑料的發(fā)展前景 #摘要：光學塑料作為一種新型材料，有著巨大的應用價值和領域，本文從光學塑料的來歷和類別先介紹了光學塑料的概念，對常見的光學塑料的物性進行了列舉和對比，在此基礎上有對光學塑料共同的性質(zhì)進行了概括，總結(jié)了光學塑料的優(yōu)點和缺點，對指導實際應用有巨大的意義。通過對當前的光學塑料發(fā)展狀況的了解和分析，對未來的發(fā)展做了展望，在文中也對光學塑料應用領域進行了總結(jié)和概括分析。在光學材料方面,我國仍急待需要進行技術研究和技術創(chuàng)新工作,即開發(fā)新型的光學材料,研究先進的制造工

2、藝以及測試技術,盡快形成我國的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。使光學塑料的發(fā)展得到推動，使之更全面的應用與生活。關鍵詞：光學塑料；光學材料；發(fā)展趨勢；塑料應用The development prospects of optical plasticWenhua FangAbstract:As a new type of optical plastic material, has great application value and fields, this article from the origin and type of optical plastic optical plastic first int

3、roduced the concept of a common optical plastic on the physical properties were listed and compared on the basis of a the nature of the optical plastics are summarized together, summarizes the advantages and disadvantages of plastic optics to guide the practical application has enormous significance

4、. On the current state of development of optical plastic understanding and analysis of the future development are put forward, but also in the text field of the optical plastic applications are summarized and generalized analysis. Optical materials, China is still urgent need for technical research

5、and technological innovation, namely the development of new optical materials, advanced manufacturing technology research and testing technology, as soon as possible the formation of China's industrial scale production. The development of the optical plastics be promoted to make it more comprehe

6、nsive application and life.Keywords: Optical plastic, Optical materials, Trends, Plastic applications.引言：說起光學，在中國沒人會不先想到中國光學事業(yè)的奠基人王大珩，王大珩老前輩為中國的光學事業(yè)付出了畢生精力，創(chuàng)辦了長春光機所，即是長春理工大學的前身，身為長春理工大學的一位學生，對光學有著獨特的情結(jié)。光學發(fā)展至今，已有很多的發(fā)展成果，其中光學塑料方向更是獨樹一幟，同時作為新型材料，光學塑料具有很大應用前景，并且由于光學塑料具有易加工、耐沖擊、重量輕、成本低、光學特性好等優(yōu)點，近年來發(fā)展很快，已

7、廣泛地應用于攝影、航空、軍事、醫(yī)療、文教及通訊等軍民用品領域的光學儀器和設備中，目前世界上許多研究單位和公司都在從事光學塑料及其元件的開發(fā)研究、生產(chǎn)和應用。美、英、日， 法等國家在發(fā)展和應用光學塑料方面一直處于領先地位。美國用注射法制造的光學塑料元件每年可達幾百萬個，單從經(jīng)濟方面來考慮，每年可節(jié)約幾百萬美元。目前已用光學塑料制成球面鏡、非球面鏡、棱鏡、反射鏡和分劃鏡等光學元件。一、光學塑料的簡介塑料是以天然樹脂或合成樹脂為基本成分，加入適量的填料或添加劑形成的可塑制成型、固化后能保持其形狀的材料。光學熟料是一種有良好光學性能的塑料。根據(jù)受熱后性能的變化，光學塑料和其它塑料一樣可分為兩大類：熱塑

8、性光學塑料和熱固性光學塑料。熱塑性塑料是指可以多次反復加熱仍有可塑性的塑料。也就是說，當用光學塑料單體模壓成一定形狀的制品后，如再加熱，又可變軟，塑制成另一形狀。目前，光學塑料大部分為熱塑性塑料，常用的有甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）和聚碳酸酯（PC）等。熱固性塑料是由加熱固化的合成樹脂制成的塑料，也就是說，所用的合成樹脂在加熱初期，樹脂軟化具有可塑性，可制成各種形狀的制品，繼續(xù)加熱，化學反應的發(fā)生而變硬，使形狀固定下來，不再變化，如再加熱也不再軟化，不再具有可塑性。如常見的烯丙基二甘醇碳酸酯（CR-39）樹脂眼鏡片，環(huán)氧光學塑料均屬熱固性光學塑料。光學塑料之所以有熱塑性和熱固性

9、兩種不同的性質(zhì)，主要是由合成樹脂本身分子結(jié)構(gòu)所引起的。從樹脂的結(jié)構(gòu)來說，可分為三類：第一類是線型的：第二類是支鏈型的：第三類是網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。如果合成樹脂分子的結(jié)構(gòu)是線型或支鏈型的，就屬于熱塑性塑料：如果是網(wǎng)狀的，就屬于熱固性塑料。光學塑料是一種非晶體有機高聚物，縣有一定的光學、機械和化學特性，所以可以制成各種光學零件，著色后可以做成各種濾光片。迄今光學塑料已有十余種，可根據(jù)不同用途采用不同塑料。一般可作為塑料光學元件的材料有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC) 聚苯乙烯（PS)、聚甲基戊烯一1(TPX)，聚丙烯(PP)、烯丙基二甘醇碳酸酯(CR一39)、苯乙烯丙烯酸酯共聚物(NAS)、

10、苯 烯、丙烯腈共聚物(SAN或AS) ，環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚硫化物、乙烯基，聚酯、透明聚酰胺和氨基甲乙酯等。1. 常見的光學塑料及其特性：1 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗稱有機玻璃，是光學性能最好的塑料。PMMA力學和電學性能一般，熱膨脹系數(shù)是無機玻璃的8-10倍，長期使用溫度僅為80度，吸濕性偏高，水中浸泡24h后吸水率達到0.1%-0.4%。PMMA能注塑、擠出和熱成型透明制品也可以澆鑄成型，將液體的PMMA單體和催化劑一起注入模具中，在適當溫度下保溫并緩慢冷卻。2 聚苯乙烯（PS）9乙烯【學零件，著色后可以做成各種濾光片。迄今光學塑料已有卡33333333333333333333333

11、33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333與PMMA和PC一起稱為三大透明塑料。它的光學性能比PMMA差，但吸濕率低，飽和吸水率仞為0.03%-0.05%。模塑成型光學制品時需注意，PS制品的雙折射率大，易應力發(fā)白和開裂。制品抗沖性能差，低溫脆性明顯。而且PS制品的耐候性差，長期存放和受陽光照射會發(fā)黃變濁。3 聚碳酸脂（PC）是綜合性能優(yōu)良的透明工程塑料，PC光學性能僅低于PMMA。但耐熱耐寒，在-135-120度范圍內(nèi)能保持力學性能穩(wěn)定。PC制品的硬度低，耐磨性差，雙折射率高，PC溶體的黏度高，成型時對水

12、敏感，成型后殘余應力高。注射、擠出和吹塑高質(zhì)量的PC透明制品有較高的工藝要求。4 苯乙烯丙烯腈?？s寫成AS與SAN含有質(zhì)量分數(shù)20%-30%的丙烯腈單體，其余為苯乙烯單體與之共聚。AS的透光率與PS相當，但折射率稍低，AS材料最高連續(xù)使用溫度比PS高10度，力學性能、耐候性和耐應力開裂也得到改善；剛性較高，抗劃痕性較好，制品的尺寸穩(wěn)定；同時又有PS的較好模塑流動性，但仍未明顯改善老化發(fā)黃的傾向。5 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（MS）由70%苯乙烯與30%甲基丙烯酸甲酯共聚物而成，共聚物的透光率優(yōu)于PS，又保持PS的良好流動性。它改善了PMMA的耐候性、耐油性和耐磨性。6 聚4-甲基-1-戊烯

13、，簡稱TPX，商品名為TPX它是結(jié)晶型的透明塑料，透光率為90%，PMP的密度僅為0.83g/cm3，最低的折射率1.465，紫外線透過率僅次于無機玻璃，其熔體黏度低，能注射、擠出和吹塑各種制品，PMP的耐藥性好，又有較好的耐熱性。因此，PMP大多應用于醫(yī)療器械，也用于家用電器、照明用具、食品容器和薄膜。7 透明聚酰胺是一種無定型的聚合物。透光率可達90%，吸水率較高為0.41%，但低于大多數(shù)聚酰胺品種。它兼有普通聚酰胺的良好力學性能，且抗刻痕和耐應力開裂優(yōu)于PMMA和PC。2. 光學塑料的優(yōu)缺點光學塑料的優(yōu)點是：1 能進行大批量生產(chǎn)和降低制造成本由于光學塑料有很好的成型性能，因此用模壓法可以

14、很容易地成型，并且可以一模多腔（最大時可以一模32腔），達到非常大的批量生產(chǎn)能力。加上塑料原材料的價格比較便宜，因此大大降低了單個零件的制造成本。2 可以設計非常復雜的形狀光學玻璃零件很難研磨和拋光成球面和平面以外的形狀，然而用注射成型的方法，光學塑料可以很容易且經(jīng)濟地制造成非球面、微透鏡陣列、菲涅耳透鏡和開諾型(Kinoform)衍射光學表面等面形復雜的零件。3 重量輕、耐沖擊光學塑料的密度僅為玻璃的1/21/3，因此可以減輕系統(tǒng)的重量。光學塑料的耐沖擊強度要比玻璃高得多。4 可以同時壓出光學面和定位面光學塑料用注射成型的方法可以同時加工出光學表面和安裝定位面，這不僅降低了系統(tǒng)的制造成本，而

15、且減少了裝配的工作量，改進了裝配的重復精度。5 零件的質(zhì)量一致由于所有的透鏡都是用相同的模芯壓制，只要采用合理而穩(wěn)定的工藝參數(shù)，光學塑料零件的面形就能具有非常好的一致性。但是，光學塑料也有一些缺點：1） 對溫度和濕度等環(huán)境的變化更為靈敏。光學塑料的熱膨脹系數(shù)比玻璃大出一個數(shù)量級。光學塑料的折射率溫度系數(shù)比玻璃要大650 倍。建議塑料光學零件的最高連續(xù)工作溫度不得高于80120 。光學塑料的吸濕性也比玻璃大得多。2） 注射成型過程影響表面面形精度。由于材料在成型過程中的流動模式和冷卻、固化收縮，光學零件的面形精度會受到影響。大多數(shù)光學塑料零件在成型時的收縮率一般是模具尺寸的0.1%0.6%，隨材

16、料和生產(chǎn)過程的不同而不同。3） 模壓成型光學塑料零件存在不同程度的雙折射。在聚苯乙烯中折射率差高達8×10-3，而在丙烯塑料中大約只有6×10-5。二、光學塑料的現(xiàn)狀在過去的10 多年里,光電信息技術取得了很大的成就。為了適應這一迅速發(fā)展的要求,必須在較寬的前沿領域?qū)で笮碌耐黄?如傳輸、開關、數(shù)據(jù)存儲和顯示技術等。由于現(xiàn)代光學工業(yè)同電子工業(yè)、信息技術、通信技術的緊密結(jié)合,光電子技術、光子技術、電子工業(yè)技術光學制造上的應用,突破了在光學元件和光學加工行業(yè)中的傳統(tǒng)觀念,例如從成像元件到功能元件,從被動元件到主動元件。目前,非球面、衍射光學元件、用超高精密薄膜技術加工的WDM 波

17、分復用器件、用新一代光刻設備制造的超高精度光學元件等主導著新一代光學元件的主流。進入21 世紀以來，我國光學加工行業(yè)企業(yè)紛紛添置全電動注塑機，來模壓成型手機照相模組中的光學塑料非球面鏡片。除此之外，DVD 讀寫頭、電腦攝像頭、微型投影機、高功率LED 光源和短投距投影機等產(chǎn)品都要用到大量的非球面零件。為了降低成本、增強競爭力,全球的光電相關產(chǎn)業(yè)紛紛向中國大陸進行轉(zhuǎn)移。其中日本的佳能、奧林巴斯、理光、尼康、美能達、索尼等公司紛紛將數(shù)碼相機、LCD 投影機等產(chǎn)品轉(zhuǎn)入中國大陸沿海地區(qū)。光電整機的遷移帶動了光學加工企業(yè)的遷移,從20世紀90 年代開始,日本、臺灣等十幾個光學加工廠紛紛到中國大陸辦廠。中

18、國東南沿海地區(qū)已逐漸形成了實力雄厚的世界光電產(chǎn)品生產(chǎn)基地,也由此促進了國內(nèi)光學玻璃行業(yè)的發(fā)展。目前我國光學材料的開發(fā)水平與發(fā)達國家相比還存在著一定的差距,特別是與日本和德國等國際知名光學材料生產(chǎn)廠家相比,無論是從光學玻璃品種還是生產(chǎn)工藝及設備等方面都存在著明顯的差距。目前我國光學材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學玻璃為主,一些新型材料需從國外進口,不能完全滿足我國高科技發(fā)展的需要,急需要進行技術研究和技術創(chuàng)新工作。開發(fā)新型的光學材料,研究先進的制造工藝和測試技術,只要這樣才能盡快形成我國產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。三、光學塑料的發(fā)展目前我國光學材料的開發(fā)水平與發(fā)達國家相比還存在著一定的差距,特別是與日本和德國等國

19、際知名光學材料生產(chǎn)廠家相比,無論是從光學玻璃品種還是生產(chǎn)工藝及設備等方面都存在著明顯的差距。目前我國光學材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學玻璃為主,一些新型材料需從國外進口,不能完全滿足我國高科技發(fā)展的需要,急需要進行技術研究和技術創(chuàng)新工作。開發(fā)新型的光學材料,研究先進的制造工藝和測試技術,只要這樣才能盡快形成我國產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。(一) 光學塑料的應用由于光學塑料具有易加工、耐沖擊、重量輕、成本低、光學特性好等優(yōu)點，所以近年來發(fā)展很快，已廣泛地應用于攝影、航空、軍事、醫(yī)療、文教及通訊等軍民品領域用的光學儀器和設備中。1) 軍品應用丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、甲基戊烯聚臺物、聚苯乙烯、CR一39等光學塑料已應

20、用于美國第三代夜視眼鏡的物鏡、軍用夜視儀， 導彈頭部整流罩及內(nèi)部的光學系統(tǒng) 休斯飛機公司采用光學塑料元件作為有線制導導彈的反射鏡，還在掃描式輻射中使用光學塑料元件作為平面反射鏡。美國海軍發(fā)展中心將光學塑料制成大直徑，重量輕的橢圓形反射鏡 法國正在研究用光學塑料制造手持式雙目望遠鏡和全塑料潛望鏡，這種塑料望遠鏡的光學特性和普通軍用望遠鏡差不多，放大率為7倍，視場i50密位，重量065公斤，防水性能相當好，能在三米深的水下試驗而不會進水，比普通用望遠鏡好得多。法國還用光學塑料制造了三防潛望鏡，具有防原子、防化學、防生物的特性。研制的防激光閃光潛望鏡，可以對付激光致盲武器。研制的防霜潛望鏡，具有良好

21、的防霜性能。美國陸軍也研究了抗破彈片及低能固定頻率激光曲眼鏡， 這種耐彈用PC塑料眼鏡不降低視覺，頗受戰(zhàn)斗員青睞。所有這些，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中都具有重要意義。2) 民品應用在民品應用領域光學塑料不僅用于照像 顯微鏡望遠鏡、各種眼鏡、光學鍘定等光學儀器，而且廣泛用于復印機、傳真機 激光束打印機等辦公設備和錄像機，視頻光盤等新的家用電器。近年來， 光學塑料元件用作照像機的攝影鏡頭已很普遍。柯達公司的兒O型照像機用1片非球面塑料透鏡加上一片玻璃透鏡組成的鏡頭，其性能很好?？履峥ㄕ障駲C、佳能照像機及美能達照像機都使用了新方法制造的非球面塑料透鏡，從而使照像機輕量化，小型化。美國USPL公司和B本松下公司在電視投影機中使用了望料透鏡作為投影鏡頭， 該鏡頭如用球面玻璃透鏡需6片， 而改用非球面塑料透鏡只需3片就能達到相同的性能。 在B