Поликарбонат очки что это
Поликарбонатные линзы: за и против
История возникновения и продвижение на рынок
С 1950-х годов поликарбонат начинает использоваться в промышленном производстве – для изготовления дисплеев и элементов электропроводки, остекления парников и окон зданий. Постепенно благодаря исключительной ударопрочности и малому удельному весу поликарбонат находит все более широкое применение: на его основе стали выпускать защитные щитки, ударопрочные окна, компакт-диски, линзы для защитных очков, детали автомобилей и т.д. Применение поликарбоната для защитных очков было обусловлено его необыкновенной устойчивостью к ударным нагрузкам, однако светопропускание линз из этого материала было далеко от совершенства.
Неудовлетворительная прозрачность первых поликарбонатных линз была связана с низким качеством очистки исходного материала и несовершенством технологического процесса изготовления линз. Изобретение компакт-дисков и их массовое внедрение в производство в 1980-х годах обусловили резкое улучшение качества исходных материалов; от этих разработок выиграла и оптическая индустрия: появилась возможность получать поликарбонатные линзы с высоким светопропусканием.
Активному внедрению поликарбонатных линз на самый крупный оптический рынок – США – способствовало принятие в 1971 году закона, согласно которому все линзы должны проходить испытание на ударопрочность. Такую проверку проводят при помощи стального шарика определенного веса, падающего с заданной высоты. В результате, чтобы выдерживать испытания, все линзы из минерального стекла должны были иметь толщину по центру не менее 2,2 мм, что значительно увеличивало их вес. Органические линзы стали доминировать на американском рынке, затем они постепенно потеснили минеральные линзы во всем мире. В США линзы из поликарбоната вследствие их более высокой по сравнению с CR-39 ударопрочностью в обязательном порядке стали назначать детям, взрослым, ведущим активный образ жизни, и спортсменам.
Убедившись в неуклонном росте спроса на поликарбонатные линзы, компания «Essilor» приобрела в 1995 году фирму «Gentex», занимающуюся их массовым изготовлением. В результате «Essilor» стала ведущим мировым производителем поликарбонатных линз и начала активно продвигать их на мировой оптический рынок. Однако за последние несколько лет увеличение спроса на линзы из поликарбоната в США существенно замедлилось, к тому же этот рост происходил вследствие уменьшения потребления минеральных линз, которое в настоящее время достигло своего минимума. К тому же сегодня другие материалы – трайвекс, органические материалы со средними и высокими значениями показателя преломления с улучшенной ударопрочностью – отнимают часть потенциального рынка поликарбоната.
Свойства поликарбонатных линз
Поначалу одним из существенных недостатков поликарбоната как материала для производства очковых линз являлась его низкая абразивостойкость. При разработке специальных упрочняющих покрытий оказалось, что этот материал имеет большие значения линейного термического расширения и более низкую твердость поверхности, чем CR-39. Традиционными материалами для защиты поверхности органических линз являлись кремнийорганические соединения – силиконы, причем чем больше в них содержалось кремния, тем более устойчивыми к царапинам были линзы. Однако практика показала, что коэффициенты термического расширения поликарбонатных линз и покрытий с высоким содержанием кремния существенно отличаются друг от друга: при воздействии высоких температур материал линзы расширяется сильнее, чем материал упрочняющего покрытия, и возникают напряжения, которые могут вызвать его разрушение и отслаивание. Решением проблемы стало нанесение высокоэластического промежуточного покрытия между поликарбонатной линзой и упрочняющим покрытием, которое нивелировало разность в их расширении. В настоящее время крупные производители поликарбонатных линз владеют технологией нанесения многофункциональных покрытий на их поверхность, которые защищают линзы от царапин, компенсируют потери на отражение, облегчают уход во время эксплуатации.
Число Аббе
Число Аббе (nd), или коэффициент дисперсии, является количественной характеристикой способности материалов разлагать свет на составляющие:
nd = (nd – 1)/(nf – nc),
где nd, nf и nc – показатели преломления материала для голубой (f), желтой (d) и красной (с) линий Фраунгофера соответственно.
Чем меньше число Аббе, тем больше эффект хроматической аберрации, испытываемый пользователем очков. Как показывают данные, приведенные в таблице, по значению числа Аббе поликарбонат намного уступает стандартному минеральному стеклу и CR-39. На практике эффект хроматической аберрации зрительно воспринимается в виде радуги либо желтого, либо голубого света вокруг объекта, и чем больше зрачок отклоняется от оптического центра линзы, тем сильнее будет такой эффект.
С достаточно хорошим приближением величину поперечной хроматической аберрации (Transverse Chromatic Aberration – TCA) в конкретной точке можно вычислить по формуле
TCA = сF/nd,
где с – расстояние от оптического центра линзы до определяемой точки; F – оптическая сила линзы.
Хроматическая аберрация проявляется при отклонении зрачка от оптического центра линз, однако ее значимость для пользователя во многом определяется индивидуальными особенностями последнего. Анализ вышеприведенной формулы расчета TCA показывает, что больший вклад в величину хроматической аберрации вносят расстояние от центра линзы до рассматриваемой точки и оптическая сила линзы. Результаты исследования 1999 года показали, что при пользовании поликарбонатными линзами их минимальная оптическая сила, при которой хроматическая аберрация начинает оказывать влияние на остроту зрения, составляет ±7,0 дптр.
Показатель преломления и светопропускание
Поликарбонатные линзы имеют достаточно высокий показатель преломления – 1,59, но по цене они позиционируются ниже, чем линзы из высокопреломляющих материалов (от nd = 1,60 и выше). Однако у поликарбоната есть преимущество перед этими материалами: из него можно делать линзы (отрицательных рефракций) с минимальной толщиной по центру – на 0,5 мм меньшей по сравнению с линзами из многих высокопреломляющих материалов.
Как и все линзы из материалов с более высоким показателем преломления, поликарбонат пропускает меньше света, чем линзы из стандартного минерального стекла или CR-39. Светопропускание стандартных линз из CR-39 составляет примерно 92%, а потери на отражение с одной стороны – 4%. В случае линз из поликарбоната количество света, отраженного от обеих поверхностей, немного превышает 10%, таким образом, количество света, достигающего глаз, ниже 90%-го уровня. Однако современные многофункциональные покрытия, имеющие в своем составе широкополосные многослойные просветляющие покрытия, позволяют преодолеть этот недостаток, увеличивая светопропускание поликарбонатных линз до 99,5%.
Малый вес и комфорт
C увеличением показателя преломления удельный вес материалов для очковых линз возрастает. Переход от CR-39 и трайвекса к высокопреломляющим термореактивным материалам связан с существенным увеличением массы единицы объема материала. Конечно, для органических линз это увеличение меньше, чем в случае минеральных, но если обратимся к поликарбонатным линзам, то видим обратное: их удельный вес ниже, чем линз из CR-39. Таким образом, по сравнению с линзами из традиционных пластмасс поликарбонатные линзы характеризуются как уменьшением объема из-за более высокого показателя преломления, так и уменьшением плотности, что приводит к еще большему снижению веса.
Активная пропаганда знаний о вредном влиянии ультрафиолетовых лучей на орган зрения постепенно приводит к росту осведомленности пользователей очков о необходимости защиты глаз и об использовании линз, надежно отрезающих УФ-составляющую солнечного спектра. Cовременные поликарбонатные линзы обеспечивают 100%-е отрезание УФА- и УФБ-диапазонов ультрафиолетового излучения без необходимости нанесения дополнительных покрытий или добавочной обработки УФ-абсорберами.
Окрашивание поликарбонатных линз
Поликарбонатные линзы не могут окрашиваться в водных дисперсиях красителей, как линзы из CR-39 и других реактопластов. В целях решения этой проблемы производители разрабатывали специальные упрочняющие окрашиваемые покрытия, которые способны абсорбировать краситель из водных растворов и достигать высоких степеней прокрашивания.
Итак, как мы убедились, у линз из поликарбоната есть и определенные преимущества, и недостатки. Так, показатель преломления этого материала значительно выше, чем у CR-39, но зато его коэффициент Аббе намного ниже. По оптическим свойствам поликарбонат уступает не только минеральному стеклу, но и CR-39. Однако современные многофункциональные покрытия позволяют значительно улучшить оптические свойства поликарбонатных линз — увеличить их светопропускание, снизить проявление хроматической аберрации. Обработка по контуру линз из поликарбоната более сложная и требует применения современных станков, однако уровень развития машиностроения на сегодняшний день позволил создать такие станки, которые шлифуют поликарбонатные линзы так же успешно, как и линзы из традиционных пластмасс. Высокая ударопрочность поликарбонатных линз и их малый вес по-прежнему определяют их широкое применение для изготовления детских и спортивных очков, а также для сборки в очки с креплением линз на винтах.
В то же время появились такие материалы, как трайвекс, органические материалы со средним и высоким значениями показателя преломления, имеющие большую эластичность и хорошую ударопрочность, и они отнимают часть потенциального рынка у поликарбоната. По информации главного редактора немецкого оптического журнала «Фокус» (Focus) Йорга Шпангемахера, озвученной на VIII Международном семинаре для оптиков, офтальмологов и оптометристов в феврале этого года, сегодня доля рынка поликарбонатных линз сокращается и составляет, например, в США 25,8%, во Франции — 12%, в Великобритании — 5%, в Германии — 4%. В то же время высокая технологичность и быстрота производства линз из поликарбоната, а также широкий ассортимент дизайнов очковых линз делают их достаточно привлекательными как для оптиков, так и для клиентов.
По материалам статьи Ольги Щербаковой «Поликарбонатные линзы: за и против»
Поликарбонатные линзы — отличная защита для глаз
Поликарбонат принадлежит к числу тех материалов, которые, едва появившись, в силу своих уникальных качеств, сразу же завоевали и огромную популярность и нашли применение если не во всех, то почти во всех сферах деятельности человека. Это и авиационная промышленность, и космическая, и фармацевтическая, не говоря уже о строительной сфере и автомобильной. Более того, сегодня уже выпускают даже поликарбонатные линзы для очков различного предназначения.
История возникновения и продвижение на рынке
В середине 1953 года поликарбонат был открыт доктором Фоксом из США, который трудился на «General Electric» — известную и популярную в стране компанию и немецким ученым Шнеллем, работающим в компании «Bayer AG». Что интересно между собой они не общались, и каждый самостоятельно изобрел новый материал.
К примеру, Фокс пришел к открытию случайно, он ушел домой после завершения рабочего дня, оставив расплавленный новый полимер для незавершенной работы по изготовлению покрытия для волоконных покрытий. Придя на следующий день на рабочее место, Фокс обнаружил, что расплав застыл и из него образовался прозрачный твердый пластик, который и стал называться поликарбонатом.
Сначала новый материал начали использовать в промышленности — из него изготавливали остекление окон и парниковых сооружений, элементы к электропроводкам, дисплеи. Со временем, благодаря небольшому весу и необыкновенной ударопрочности, поликарбонат стал применяться намного шире, используя его как основу, начали изготавливать детали для машин, компакт-диски, ударопрочные оконные системы, защитные щитки. Именно исключительная устойчивость к высоким ударным нагрузкам и стала тем фактором, что привела к выпуску поликарбонатных линз.
Первые изделия были далеки от идеала. Виной этому было несовершенное состояние технологических процессов и плохое качество очищения исходных материалов. Благодаря изобретению 80-х годах компактных дисков, их массовому изготовлению, были проведены новые испытания и внедрены новейшие разработки. Все это способствовало тому, что резко улучшились качественные показатели исходного материала.
Интересно знать: Итог: у поликарбоната значительно возросла степень светопропускания, и оптическая индустрия начала выпускать линзы, получив улучшенный материал с более качественными свойствами.
Вначале восьмидесятых годов в США вышел закон, требующий, чтобы все линзовые изделия проходили проверку на прочность, которая выполнялась таким образом: шарик, имеющий определенный вес, падал с определенной высоты на линзу. Чтобы выдержать подобные испытания, изготовленные из минерального стекла изделия должны были быть толщиной от 2,2 мм. Но большая толщина приводила к увеличению веса, и именно этот фактор способствовал продвижению на крупнейшем оптическом рынке поликарбонатного материала.
Поликарбонатные линзы начали доминировать и постепенно вытеснять минеральные изделия. И вскоре, новые оптические изделия с высокой ударопрочностью стали незаменимы для спортсменов и предпочитающих вести активный образ жизни представителей всех возрастов. Сначала массовым выпуском линз нового поколения занималась фирма «Gentex», но в 1996 году ее выкупила компания «Essilor» и стала мировым лидером производства очков из поликарбоната.
Свойства материала
Ударопрочность
Когда на поверхность линзы воздействует с высокой скоростью какой-то объект, то изготовленная из жестких материалов линза разрушается, так, как по всей ее поверхности распространяется энергия от удара. Но поликарбонат по структуре отличается от других полимеров — он напоминает клубок спагетти. Это сравнение вызвано тем, что длинные макромолекулы в нем перепутаны и взаимно пересекаются, обеспечивая пластичность линз: во время удара цепочки макромолекулярных соединений просто скользят относительно одна к другой и поглощают значительное количество энергии удара, что и обеспечивает сохранение целостности полотна.
Долговечность
В первое время, при использовании поликарбоната в производстве очковых линз, ему был присущ такой недостаток, как низкая абразивная стойкость, поэтому были разработаны специально для этого предназначенные упрочняющие покрытия. Наиболее подходящим материалом для изготовления защитного покрытия поликарбонатных линз стали кремний органические силиконовые соединения. Что примечательно, чем больший процент кремния входил в их состав, тем более изделия были устойчивы к появлению царапин.
Но, как оказалось на практике, чем выше процент содержания кремния в защитном покрытии, тем больше отличается его процент термического расширения от основы, при высоких температурах поликарбонат расширяется больше, чем его защитное покрытие, что со временем будет приводить к тому, что оно будет отслаиваться, разрушаться и выводить из строя поликарбонатные линзы.
Решить проблему оказалось достаточно просто, в промежутке между упрочняющим покрытием и основой предложено было наносить высокоэластическое покрытие. Подобное решение разницу в расширении материалов благополучно нивелировало.
На заметку: Сегодня все крупные производители, выпускающие поликарбонатные линзовые изделия, пользуются технологией нанесения многофункционального покрытия.
Благодаря этому уход при эксплуатации значительно облегчается, компенсируются потери на отражающий эффект, и сами поликарбонатные линзы полностью защищены от царапин.
Показатель светопропускания и преломления
Поскольку обычные линзовые изделия из материалов, обладающих высокопреломляющим эффектом, стоят достаточно дорого, поликарбонат и тут вышел на лидирующие позиции, так, как при цифре преломления 1,6 его стоимость намного ниже. Есть перед другими материалами у поликарбоната и еще одно важное качество, он подходит для изготовления линз для очков из поликарбоната, причем — для отрицательных рефракций, которые могут иметь минимальную толщину в центральном сегменте. Подобные изделия из других высокопреломляющих материалов обычно на 0,5 мм толще.
Важно знать: Поликарбонат, как и другие материалы, имеющие большой показатель уровня преломления, пропускает меньший процент светового луча, чем минеральное стекло.
К примеру, процент пропускания света в изделиях из CR-39 — около 92%, а процент света, отраженного с обеих поверхностей — 8. В поликарбонатных изделиях последний показатель — 10%, поэтому уровень проникающего к глазам света через очки из поликарбоната немного ниже 90%. Преодолеть этот недостаток и увеличить показатель светопропускания поликарбонатных изделий до 99,5 % позволяют новейшие многофункциональные покрытия. Чтобы добиться этого эффекта в их состав были введены широкополосные просветляющие элементы, состоящие из нескольких слоев.
Комфорт и малый вес
Чтобы увеличить показатель преломления, нужно увеличить массу самих линзовых изделий, поскольку вес единицы объема существенно увеличивается при использовании высокопреломляющих термореактивных материалов. Если сравнивать с минеральными линзами, то в аналогичных органических изделиях подобное увеличение немного меньше, но если обратить внимание на линзы из поликарбоната, можно увидеть обратное, их масса значительно ниже.
Таким образом, если сравнивать поликарбонатные изделия, то в них, благодаря уменьшению плотности и повышению показателя преломления, уменьшается объем и, в отличие от изделий из традиционных видов пластмасс, еще больше снижается вес.
УФ-защита
Сегодня практически все хорошо осведомлены о вредном влиянии, которое ультрафиолетовые лучи оказывают на глаза человека. Соответственно каждый пользователь очков стремится приобрести такие изделия, которые могут надежно отрезать ультрафиолетовую составляющую спектра солнечного света. А решить эту проблему могут только поликарбонатные изделия, которые могут обеспечить 100% ограждение от УФБ- и УФА-диапазонов УФ-излучения. Более того, для этого нет надобности проводить добавочную обработку или наносить на поликарбонатные очки дополнительные покрытия.
Окрашивание
В отличие от линзовых изделий из других материалов, поликарбонатные изделия получать цвет в водных красковых растворах не могут. Желая решить эту проблему, производители разработали именно для того предназначенные средства, способные упрочнить окрашиваемые поверхности, абсорбирующие из водных растворов красители и способствующие качественному уровню прокрашивания.
Стоимость
Цена поликарбонатных линз зависит от того, кем они были выпущены, для какой цели предназначены и сложности их изготовления. К примеру, очки для страйкбола будут стоить около 390 — 400 рублей, защитная маска для дайвинга — 1350 — 1500 рублей, спортивные затемненные защитные очки — 450-480 рублей.
Видео про линзы
Линзы солнцезащитных очков. Материал линз. Часть 1.
В последние годы для очковых линз стали использовать различные современные материалы. Некоторые из них не только помогают корректировать зрение, но и значительно снизить опасность травм глаз. Обычное стекло является довольно хрупким материалом, поэтому может легко разбиться и причинить вред здоровью. В качестве альтернативы был создан другой материал — поликарбонат. Его все чаще теперь используют в производстве очковых линз. Что представляют собой очки из поликарбоната, их плюсы и минусы?
Поликарбонатные линзы для очков
Еще в 50-е годы прошлого века был открыт поликарбонат и с тех пор его активно применяли в промышленности. Учитывая его уникальные свойства, поликарбонат нашел применение и в оптике. В то время его единственным недостатком был низкий уровень пропускания света. В 80-е годы ученые стали работать над этим недостатком и с помощью инновационных технологий теперь можно получить отличный материал с высокой степенью пропускания света.
С тех пор качественные показатели поликарбоната значительно улучшились и его стали применять в производстве оптики. Очковые линзы подразделяются на два основных вида:
Последний материал стал пользоваться все большей популярностью у производителей оптической продукции. Он является термопластичным синтетическим материалом и был разработан для применения в космосе, поскольку имеет высокую степень надежности. Это свойство позволило его использовать для изготовления лицевой части скафандра космонавтов и для производства иллюминаторов космических кораблей.
Материал сочетает в себе много исключительных качеств:
Единственным недостатком поликарбонатных очков является то, что материал боится растворителей. Например, ацетон может снизить прочность покрытия, поэтому имея такие очки нужно осторожно обращаться с растворителями.
Современные технологии для глаз — полимерные линзы
При изготовлении органических линз, помимо пластмассы используются специальные добавки. В зависимости от способа изготовления и структуры они разделяются на два вида: термопласты, реактопласты. Термопласты изготавливаются с помощью литья под давлением. Самый распространённый материал — это поликарбонат. Его популярность объясняется тем, что поликарбонат отличается высокими показателями устойчивости к механическим повреждениям.
Наиболее популярный CR-39 относится к реактопластам. По своим характеристикам материал практически не отличается от стекла. При добавлении других мономерных веществ CR-39 можно придать дополнительные свойства, например. увеличить величину преломления.
Самыми современными полимерными материалами являются трибрид и трайвекс. Они сочетают в себе все достоинства CR-39 и поликарбоната — обладают отличной величиной преломления и устойчивы к ударам.
Плюсы полимерных линз
Некоторые считают, что по характеристикам полимерная оптика уступает минеральной, например, не обладает такой же прозрачностью. Но современные полимеры не уступают стеклянным своими оптическими показателями.
Кроме того, пластиковые изделия обладают рядом достоинств:
Важно! Во многих странах практически вся оптика изготавливается с органическими линзами. Это объясняется безопасностью этого материала. Стеклянные очки используются лишь теми людьми, которым они рекомендованы по медицинским показаниям.
Минусы
Недостатков у современного материала практически нет, полимерная оптика обладает низкой абразивной устойчивостью. Если очки носить неаккуратно, то они достаточно быстро покроются царапинами.
Особенности поликарбонатных линз
Поликарбонат имеет высокую степень устойчивости к ударным нагрузкам. Кроме, защиты от травм материал обеспечивает отличную защиту от ультрафиолетовых лучей. Такие очки отличаются ценными эксплуатационными характеристиками. Они по ряду показателей превышают некоторые характеристики минеральных линз. Эти преимущества заключаются в важных качествах:
При сильной нагрузке поликарбонатные линзы не разбиваются, а деформируются. Материал, из которого они делаются является экологически чистым. Он не вредит здоровью людей и подлежит вторичной переработке. Стекла в таких очках всегда остаются чистыми, прозрачными благодаря особому покрытию, на них не появляются царапины в процессе эксплуатации.
Практически все линзовые изделия из материалов с хорошим светопреломляющим эффектом стоят дорого. Показатель преломления света поликарбоната составляет 1,6, что не хуже, чем у других высококачественных материалов для очковых линз. Стоимость поликарбоната составляет намного меньше. В отличие от минеральных стекол поликарбонат пропускает намного меньше ультрафиолетовых лучей. Он на все 100% может отражать вредные солнечные излучения, поскольку обладает замечательными солнцезащитными свойствами.
Определение полимерных линз
Полимерные очковые линзы — это линзы, для изготовления которых используются прозрачные органические пластмассы.
Чаще всего используется полимер CR-39. Однако, большинство фирм-изготовителей присваивают полимерам собственные наименования.
С каждым годом популярность таких изделий растёт и полимерные очки постепенно вытесняют с рынка оптику с минеральными линзами.
Очковые линзы из стекла — в чем их особенности?
Линзы для очков изготавливаются из минерального стекла, которое имеет высокую преломляющую силу. Она больше, чем у пластика, поэтому стеклянным моделям легче придать плоскую форму. Какими еще преимуществами обладает стекло:
К недостаткам стекла относится повышенная травмоопасность. Поскольку материал является очень хрупким и легко бьется при падениях и механическом воздействии, он может поранить пользователя.
Еще один минус стеклянных очковых линз в том, что они имеют довольно большой вес по сравнению с пластиковыми, могут выглядеть массивно, сочетаются не со всеми видами оправ.
Специфика изготовления обусловливает и тот факт, что стеклянные модели зачастую дороже полимерных.
Оптические покрытия
Применение для изготовления линз современных высокопреломляющих материалов предполагает наличие у этих линз многофункциональных покрытий, в том числе супергидрофобного. Такое покрытие обеспечивает минимальный угол смачивания линзы и ее минимальную адгезию, что, в свою очередь, может привести к провороту линзы в процессе обработки из-за плохой фиксации липкого сегмента на ее поверхности.
Учитывая это, необходимо, во-первых, выбрать соответствующий режим обработки линзы (рис. 3), а во-вторых, применить один из способов фиксации блока на линзе. Существует несколько вариантов фиксации блока, такие как специальные стикеры для повышения адгезии липкого сегмента на поверхности линзы (рис. 4) и применение специальных покрытий, наносимых на линзу производителем. При этом необходимо помнить, что это покрытие, как правило, защищается транспортировочным технологическим стикером, который перед блокировкой нужно удалить (рис. 5).
Рис. 3. Выбор режимов обработки очковых линз из высокопреломляющих материалов
Рис. 4. Правильная блокировка очковой линзы из высокопреломляющего материала с использованием специального стикера
Рис. 5. Удаление транспортировочного стикера перед блокировкой
Стеклянные линзы
Изготавливают из стекла неорганического происхождения. Получают его из кварцевого песка. Материал позволяет добавлять в него различные вещества для улучшения величины преломления. С помощью уплотняющих веществ можно получить изделие с величиной преломления 1,9. Однако, такая оптика будет иметь довольно большой вес.
Достоинства
К плюсам можно отнести:
Виды органических материалов для очковых линз
В связи с тем, что темп жизни человека становится всё быстрее, очки должны соответствовать всем предъявляемым требованиям. Это привело к тому, что для их изготовления начали использовать большое количество различных материалов.
Для изготовления органических линз применяются: