14种光学塑料的材料特点51199.docx

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14种光学塑料的材料特点51199

14种光学塑料的材料特点

一、光学塑料分类塑料材料一般分为热塑性和热固性

塑料。

热塑性塑料指的是可反复加热仍可塑的塑料。

光学塑

料大部分为热塑性塑料，常用的有：

聚甲基丙烯酸甲脂

（PC）等。

聚碳酸脂热固性PMMA（）聚苯乙烯（PS）

塑料：

指的是在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。

常用的材料有：

烯丙基二甘醇碳酸脂（CR-39）环氧

光学塑料

二、主要的光学塑料1.聚甲基丙烯酸甲脂PMMA

Polymethylmethacrylate，简称PMMA，也称Acrylic。

摩尔

量约为50万---100万，（摩尔量对聚合物的性能有很大的影

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以上的紫外光。

PMMA

能透过X射线和Y射线，其薄片能透过α射线和β

射线，但是能吸收中子线。

PMMA密度为1.19kg/m3，在

20℃*109Pa时的平均吸水率为2%，在所有光学塑料中它的

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*10-5K-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

0.192W/（m*k）倍，但是它是负值。

热导率为30，比热容为

1465J/（kg*k）105℃，熔化温度为180℃。

，它的玻璃化温度为

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目前于广泛被用于制造照相机，

摄录一体机，投影机，光盘读出头以及军用火控和制导系统

中的非球面透镜和反射镜，还用来制造菲涅尔透镜，微透镜

数组，隐形眼镜，光纤，光盘基板等零件。

2.聚苯乙烯PSPolystyrene，简称PS，也称Styrene。

这是

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

PS能的双折射率较大，在阳光作用下聚苯乙烯容易变黄。

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，

60--80℃，成型收缩率为0.45%，它的最高连续使用温度为

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%的挥发物，41%为苯乙烯，2%是甲苯，并残留下二聚三聚四聚及多聚物为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，要合性能发生变化

须施加很大量的辐射能。

PS是树脂中易成型加工的品种之

一，具有成型温度和分解温度相差大，熔融粘度低，尺寸稳

定的特点，可用模压成型，也大量用于注塑成型，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的性能，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）*10-5K-1，密度为1.06kg/m3---1.08kg/m3。

3.苯乙烯和丙烯酸脂的共聚物，简称:

NAS70%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。

4.SAN

5.聚碳酸脂PCPolycarbonate，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，

.nd=1.586，vd=34.0，透过率加点淡蓝色后得到无色透明制品

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在水中正常吸湿性为0.15%，温水中肖水为0.35%，

沸水中吸水为0.58%，能耐60摄氏度的水温。

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-8

6.TPXTPX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Methylpentenecopolymer，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）。

7.烯丙基二甘醇碳酸脂ADCAllgl

diglycolcarbonate，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（在固化时收缩率达14%）因此它主要用于眼镜片。

．

8.PETPET最常用途是透明饮料瓶。

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，

70~80℃之间，在其熔点在225~260℃之间，玻璃化温度在

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

另和耐候性，非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。

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。

9.PSU

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。

10.MS11.OZ—1000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。

12.ARTON由日本合成橡胶公司（JSR）开发的，在热塑性树

优于PMMA，有良好的透脂中它的比重最轻，吸水率很小，

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。

13.环烯烃共聚物，简称COC14.环烯烃聚合物COP

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：

三、八种主要光学塑料特性

性能比较PMMA/PS/NAS/SAN/PC/TPX/Zeonex/ArtonpVs光学玻璃1.光学四、光学玻璃和光学塑料的光学性能

:

光学塑料的优缺点2.①能进光学塑料的优点塑料

行大批量生产，降低制造成本；②可以设计非常复杂的形

状；③重量轻，耐冲击；④可以同时压出光学面和定位面.

减少系统装配成本；⑤零件的质量一致。

光学塑料的缺点:

①对温度和湿度等环境的变化更为灵敏经济危机学塑料的

热膨胀系数比玻璃大出一个数量级，光学塑料的折射率温度

系数比玻璃要大6倍到50倍，一般来讲塑料光学零件的最

高连续工作温度不得高于80---120摄氏度。

光学塑料的吸湿

性也比玻璃大得多；②注射成型过程影响表面面形精度由.

于材料在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

不同而不同；③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。