14种光学塑料的材料特点.docx

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 （PMMA ） 聚苯乙烯（ PS） 聚碳酸脂 （PC）等。 热固性 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*10-5 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 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 PS Polystyrene，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 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%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