| 前面和大家一起学习了光学玻璃和光学晶体的基本概念，本次呢，再和大家一起了解下光学塑料相关知识。塑料是高分子材料中最大的一类材料，是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可以具有流动性的材料。高聚物即高分子化合物，指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的、分子量在1万以上的化合物。树脂是高分子化合物中的一种，分为天然树脂和合成树脂两种，无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚物。塑料主要成分是各色树脂，而树脂是一种聚合物，但塑料和聚合物不同——单纯的聚合物性能往往不能满足加工成型和实际使用要求，很少单独使用，只有在加入添加剂后在工业中才有使用价值，因此，塑料是以合成树脂为主要成分，再加入其他的各种各样添加剂（也称助剂）制成的。合成树脂决定了塑料制品的基本性能。其作用是将各种助剂黏结成一个整体，添加剂是为改善塑料的成型工艺性能，改善制品的使用性能或降低成本而加入的一些物质，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等。树脂是一种高分子有机化合物，其特点是无明显的熔点，受热后逐渐软化，可溶解于有机溶剂，而不溶解于水等。树脂分为天然树脂和合成树脂两种，无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚物。天然树脂是指从树木中分泌出的脂物，如松香；从热带昆虫的分泌物中提取的树脂，如虫胶；还有部分树脂是从石油中得到，如沥青，这些都是属于天然树脂。由于天然树脂无论是在数量上还是质量上都远远不能满足于现实生产、生活的需要，因此，人们根据天然树脂的分子结构和特性，应用人工方法制造出了合成树脂。合成树脂是由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的一种高分子化合物，又称聚合物。例如酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚氯乙烯等都属于合成树脂，合成树脂既保留了天然树脂的优点，同时也改善了成型加工工艺性和使用性能等。因此，目前所使用的塑料一般都是用合成树脂制成的，很少采用天然树脂。石油是制取合成树脂的主要原料。合成树脂是塑料的主要成分，决定了塑料的类型和基本性能(如热性能、物理性能、化学性能、力学性能等)，它联系或胶黏着其他成分，并使塑料具有可塑性和流动性，从而具有成型性能。填充剂又称填料，是塑料中重要的但并非每种塑料必不可少的成分。填充剂与塑料中的其它成分混合，它们之间不起化学作用，但与树脂牢固地胶黏在一起。填充剂在塑料中的作用有: 一是减少树脂用量，降低塑料成本；二是改善塑料性能，扩大其应用范围。填充剂所起的作用很大，如聚乙烯、聚氯乙烯等树脂中加入木粉后，既克服它的脆性，又降低成本。用玻璃纤维作为塑料的填充剂，能使塑料的力学性能大幅提高，而用石棉作填充剂则可提高塑料耐热性。有的填充剂还可使塑料具有树脂所没有的性能，如导电性、导磁性、导热性等。有些树脂(如硝酸纤维、醋酸纤维、聚氯乙烯等)的可塑性很小，柔软性也很差，为了降低树脂的熔融黏度和熔融温度，改善其成型加工性能，改进塑件的柔韧性、弹性以及其它各必要性能，通常加入能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物，称为增塑剂。在树脂中加入增塑剂后， 增塑剂分子插入到树脂高分子链之间，增大了高分子链间的距离，因而削弱了高分子间的作用力，使树脂高分子容易产生相对滑移，从而使塑料在较低的温度下具有良好的可塑性和柔软性。例如，聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯，可变为像橡胶一样的软塑料。加入增塑剂在改善塑料成型加工性能的同时，有时也会降低树脂的某些性能，如硬度、抗拉强度等，因此添加增塑剂要适量。对增塑剂的要求，与树脂有良好的相溶性：挥发性小，不易从塑件中析出无毒、无色、无臭味；对光和热比较稳定；不吸湿。为使塑件获得各种颜色，常在塑料组分中加入着色剂。着色剂品种很多，大体分为有机颜料、无机颜料和染料三大类。有些着色剂兼有其它作用，如本色聚甲醛塑料用炭黑着色后在一定程度上有助于防止光老化。对着色剂一般要求是：着色力强，与树脂有很好相溶性；不与塑料中其它成分起化学反应；成型过程中不因温度、压力变化而分解变色，且在塑件的长期使用中能保持稳定。为防止或抑制塑料在成型、储存和使用过程中，因受外界因素(如热、光、氧、射线等)作用所引起的性能变化，需在聚合物中添一些能稳定其化学性质的物质，称之为稳定剂。对稳定剂的要求：能耐水、耐油、耐化学药品腐蚀，并与树脂有有很好的相溶性，在成型过程中不分解、挥发小、 无色。稳定剂可分为热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂等。常用的稳定剂有脂酸盐类、铅的化合物、环氧化合物等。固化剂又称硬化剂、交联剂。成型热固性塑料时，线型高分子结构的合成树脂需发生交联反应转变成体型高分子结构。添加固化剂目的是促进交联反应。如，在环氧树脂中加入乙二胺、 三乙醇胺等。 在塑料中还可加入其它的添加剂， 如发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。如，阻燃剂可降低塑料的燃烧性:发泡剂可制成泡塑料;防静电剂可使塑件具有适量的导电性能以消除静电。不是每种塑料都要加入这些添加剂，而是按需添加。 
传递特性：反射，折射（塑料光纤光缆），透过（透明塑料）；转换特性：吸收，光热，光化（感光树脂），光电（光电转换塑料，太阳电池），光致变色，光显示。塑料怎么分类？热塑性塑料：可反复加热仍可塑的塑料。光学塑料大部分为热塑性塑料，如：热固性塑料：所用的合成树脂在加热初期软化，具有可塑性，继续加热则随着化学反应燮硬使形状固定不再发生变化。常用材料有：光学塑料是用来制造各光学零件的塑料介质，光学塑料的折射率范围1.42~1.69，阿贝常数，V=65.3～18.8。因光学塑料具有良好的可塑成型工艺特性、重量轻、成本低等优点，采用光学塑料制造光学零件（简单照相透镜），特别是安监镜头、汽车光学、VR/AR、机器视觉、手机镜头日益增多；另外光学塑料制造光学基板、透镜、隐形眼镜、有机光导纤维等在各类中低档光学仪器、设备中有着广泛应用。最早将塑料直接应用于光学领域的是 ＡｒｔｈｕｒＫｉｎｇｓｔｏｎ ，他在１９３４年取得注射成型塑料透镜专利，并且将其应用于照相机中。
光学塑料同其它塑料类似，大多数情况下，为获得好的使用效果，会采用一次成型加工工艺，通过加热使光学塑料处于黏流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化，使光学塑料成为可使用的形状（如凸透镜）。对于一次成型来说，主要包括注塑、模压、压延及铸塑４种方法 。
6.工艺性好，成本低；能进行大批量生产，降低制造成本；7.可以设计非常复杂的形状；可以同时压出光学面和定位面，减少系统装配成本；4.面形精度不易控制——由于材料在注塑成型过程中的流动模式和冷却，固化收缩，光学零件的面形精度会受到影响；大多数光学塑料零件在成型时的收缩率一般是模具尺寸的0.1%~0.6%，随材料和生产过程的不同而有所区别；9.折射率温度系数大：比玻璃要大6~50倍，一般最高连续工作温度不高于80~120℃；11.容易产生应力双折射：由于聚合时分子的取向性和模压时产生的内应力，光学塑料零件存在不同程度的双折射。
Polymethylmethacrylate， 简称PMMA，也称Acrylic。摩尔量50万~100万，（摩尔量对聚合物的性能有很大影响）nd=1.491，色散系数Vd=57.2，是“王冕”材料，透过率约92%，加速老化后240H透过率仍能达到92%，在室外使用10年后只降到88%，能透过波长270nm以上紫外光。PMMA能透过X射线和Y射线，其薄片能透过α射线和β射线，但能吸收中子线。PMMA密度1.19kg/m3，在20℃@109Pa时的平均吸水率为2%，在所有光学塑料中它吸水率最高，弹性模量为3.16*109Pa，泊松比为0.32，抗张强度为(462---703) *109Pa。PMMA 的线形膨胀系数为8.3*10-5 K-1，比K9玻璃大10倍，但PMMA从高温冷却时的光学记忆即组件恢复到它原来尺寸的性能要比玻璃好，它的折射率随温度的变化dn/dt为-8.5*10-5，比K9玻璃大出约30倍，但是它是负值。热导率为0.192W/(m*k)，比热容为1465J/(kg*k)，它的玻璃化温度为105℃，熔化温度为180℃。PMMA耐稀无机酸去污液，油脂和弱碱的性能优良，耐浓无机酸中等，不耐醇，酮，溶于芳烃，氯化烃有机溶剂，为强碱及温热的NaOH，KOH所侵蚀，与显影液不起反应。PMMA有优良的耐气候性，在热带气候下曝晒多年，它的透明度和色泽变化小。PMMA用于制造照相机，摄录一体机，投影机，光盘读出头及军用火控和制导系统中的非球面透镜和反射镜，也用于制造菲涅尔透镜，微透镜数组，隐形眼镜，光纤，光盘基板等零件。Polystyrene，简称PS，也称Styrene。是一种火石类热塑性光学塑料，尽管它的抗紫外辐射性能，抗划伤性能都不如PMMA，但它折射率高，nd=1.59—1.660，阿贝系数小Vd=30.8，所以当它和PMMA组合时可以成为对F和C谱线进行校正的消色差透镜，二级光谱的校正一般比玻璃的消色差透镜还要更好一些。它的透过率为88%，它的双折射率较大，在阳光作用下聚苯乙烯容易变黄。PS能自由着色，无嗅无味无毒，不致产生霉菌，吸湿性小吸只有0.02%。PS热变形温度为70~98℃，与配方及后处理有关，它的最高连续使用温度为60~80℃，成型收缩率为0.45%，其零件经退火处理可减少内应力还可提高机械强度，无前因热变形温度，采用退火清晰度一般比实际的热变形温度低5~6℃。PS的导热系数不随温度发生变化，因此能作良好的冷冻绝热材料。PS的比热容温度有明显变化，是塑料中比热较低的一种，在高真空中和在330~380℃内将剧烈地热降解放出43%挥发物（41%为苯乙烯，2%是甲苯），并残留下二聚三聚四聚及多聚物（57%）。PS能耐某些矿物油，有机酸，碱，盐，低能醇及它们的水溶液，受许多酮类，高级脂肪酯等侵蚀而软化，溶于芳烃，如苯，甲苯，乙苯及苯乙烯单体等。PS是最耐辐射的聚合物之一，要使性能发生变化须施加很大量的辐射能。PS是树脂中易成型加工品种之一，具有成型温度和分解温度相差大，熔融粘度低，尺寸稳定等特点，可用模压成型，也用于注塑成型，但它的脆性比其它光学塑料大，因此易开裂，在切浇口时应注意防止破裂，它还能用一般的金属或木材加工工具进行机械加工，如钻，锯，切等。PS除与PMMA组成消色差的透镜外还用于复制光栅组件。为改善PS性能，开发出一些改良品种，如由70%的聚苯乙烯和30%和丙烯酸甲脂共聚形成新的光学塑料NAS。另一种共聚物是丙烯腈—苯乙烯的共聚物称为SAN，主要用在工程塑料制品，光学上主要用作窗口，基本保持了PS的透明度，但仍有发黄的趋势，nd=1.567，最高使用温度75--90℃，热变形温度82~105℃，线形膨胀系数(6.5~6.7)* 10-5 K-1，密度为1.06kg/m3~1.08kg/m3。70%的苯乙烯和30%的丙烯酸脂的共聚物，它和各性能优于聚苯乙烯.透过率可达90%，折射率nd可达1.533~1.567之间变化，vd=35，可以被用来作样正色差的第二种材料，但它一般只用来作薄透镜。Polycarbonate， 称PC。综合性能优良的热塑性塑料，有良好的耐热性，耐寒性，并在较宽温度范围内(-135℃~+120℃)保持高的机械强度，尺寸稳定性好，温度升高到105℃时材料的线性尺寸增加0.07%，有很高的冲击强度，延展性好，具有均匀的成型收缩率，吸水率低，在水中浸泡24H仅增重0.13%，但不易进行机械加工，注塑成型是最常用的方法。密度为1.20kg/m3，本色呈淡黄色，加点淡蓝色后得到无色透明制品.nd=1.586，vd=34.0，透过率为88%，PC的机械特性是韧而刚，无缺口抗冲击强度在热塑性塑料中名列前茅，成型收缩率稳定在0.5%~0.7%。PC在室温下耐水，稀酸，氧化剂，还原剂，盐，油，脂肪烃的侵蚀，不耐碱，胺，酮，芳香烃的侵蚀，在很多有机液体为蒸气中溶胀，并导致应力开裂，溶于二氯甲烷，二氯霉素乙烷，甲酚，二恶烷中，长期致于水中会水解破裂导致脆化。PC在水中正常吸湿为0.15%，温水中为0.35%，沸水中为0.58%，能耐60℃水温。由于PC的光学常数与PS相似，所以可以和PMMA组成消色差透镜。光学塑料的折射率是波长λ(μm)的函数，可以用下列公式计算:n2(λ)=A0+A1λ2+A2λ-2+A3λ-4+A4λ-6+A5λ-8TPX是日本三井化学株式会社所生产的4-甲基戊烯（4-methylpentene-1）的聚合物，TPX是其商品名，化学名称为Methylpentene copolymer，简称PMP，三井化学株式会社是全球唯一的TPX生产制造商。聚4-甲基戊烯-1是一种高结晶透明塑料，密度：0.82~0.83；吸水率：0.01%；熔点：240℃，维卡软化点160℃～170℃；收缩率：1.5%～3.0%；透光率：90%～92%（目前已商业化的高透明度树脂中唯一的结晶性聚合体）。Allgl diglycol carbonate，简称ADC或CR-39。ADC光学性能好、化学稳定性强、耐高温（长期使用可耐100℃，短期可耐150℃）、表面硬度比PMMA高40倍，是现有光学塑料中硬度最大的。它是目前在光学领域中最主要的一种热固性材料，因此这种材料通常用浇铸的方法成形，浇注在玻璃模具中，一般在140℃的温度下用17H的时间固化成型。Nd=1.498，vd=53~57，白光透过率92%，耐磨性，抗冲击，化学腐蚀的能力强，能经受持续100℃的高温，短时间内能耐150℃，由于它的收缩率很大(固化时收缩率达14%)，因此它主要用于眼镜片。由于PET大分子链具有良好的规制性，为它提供了较高的结晶性能，结晶度越大密度越大，通常密度为1.2~1.38g/cm3。其分子链比较刚硬，分子间的强作用力赋予它具有良好的刚性和强度，对非极性气体等物质具有良好的阻隔性能和耐蜕变性能，膨胀系数小、尺寸稳定性高。PET是一种典型的高结晶性聚合物，其熔点在225~260℃之间，玻璃化温度在70~80℃之间，在180℃左右达到最大结晶速度。PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。PET塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性和成性。PET塑料具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。另外PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用到了广泛应用。PSU为高性能工程塑料，硬度和冲击强度高，耐蒸气、耐水解、无毒、耐高温蒸气消毒、高透明、尺寸稳定性好，可在-100至175度下长期使用。比如用于制备透明宠物箱。聚三环癸甲基丙烯酸脂OZ—1000及1011，1012，1013等系列，是日本日立化工公司开发出一种新型脂环树脂。OZ1000光学塑料色散低、透过率高、双折射小、饱和吸水率仅为PMMA的1/10，其光学性能可与PMMA相媲美，且耐热性优于PMMA，适用于高精度透镜的精密成型。由日本合成橡胶公司(JSR)开发的，在热塑性树脂中它的比重最轻，吸水率很小，优于PMMA，有良好的透过，色差小，双折射率比PC的小，耐热性好于PMMA和PC，拉伸强度优于PMMA，弯曲弹性模量优于PC，因此它很适合作非球面透镜。Cyclo—olefinpolymer，简称COP。是日本瑞翁公司开发的另一种非晶型聚烯烃(Zeonex480等)。Zeonex480与PC,PMMA的性能比较：PMMA/PS/NAS/SAN/PC/TPX/Zeonex/Artonp性能比较1.提高耐热温度：75~120℃——>100~150℃或更高，扩展应用范围；3.降低双折射：高分子材科都有双折射问题，它与摩尔量、形态结构、密度、成型时分子取向以及内应力的影响有关，一般光学材料要求无双折射，需研制双折射小的塑料；4.研制高折射率塑胶原料：一般光学塑料折射率都在1.6以下，而透镜的折射率越大，越易进行像差校正。5.加强塑胶原料成型工艺研究：不同的光学塑胶原料，成型透镜、非球面透镜的方法不尽相同，尤其棱镜的成型，研究很少。
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