眼镜发展及现状

眼镜发展及现状综述

摘要：眼镜是现代生活的一部分，本文介绍眼镜中两个中重要组成部分即眼镜片和眼镜架的材料及加工工艺的发展和现状做了简要综述。

关键词： 眼镜 眼镜片 眼镜架 材料 加工工艺

眼镜是人们生活中的日常用品。据统计[1]中国13亿人口当中，需要配镜人口超过4亿，但由于中国地域辽阔，各地区经济发展不平衡等诸多原因的制约[2]，实际配镜人口只有2亿左右，只占总人口的15%左右。从该组数据中可见中国眼镜市场可挖掘的潜力巨大。近年来，随着生活水平的提高，眼镜不仅仅作为矫正视力，保护视力健康，方便人们工作、学习与生活的工具，它更是一种时尚文化，成为装饰美化形象不可或缺的必备品[2]。

1 眼镜片的材料及发展情况

眼镜片是眼镜的核心构件[3]，主要功能是矫正视力，保护眼睛，当然也起到一定的美化作用。目前我国市场上的眼镜片种类繁多，镜片原材料为以下几类[3]：

1.1 晶石镜片：折射率n=1.54，是天然石英矿物，属中、低档宝石。晶石片质地较硬，加工不易，自然界中存在稀少，因此价格较昂贵，加之它既不能过滤紫外线，又不能吸收红外线而且存在双折射（重影），分重量等缺点，常戴对眼镜不利，现已被玻璃片所代替。

1.2 光学玻璃镜片[4]：此镜片的主要原料是光学玻璃。其折射率为1.523、透光率和机械化学性能都比较好，有恒定折射率，理化性能稳定。磨制的镜片度数准确，可装配各种矫正眼镜。

玻璃片分为无色和有色两类。[4, 5]其中无色镜片分为光学白托和高折射率片，有色镜片分为克罗克塞镜片，克罗克斯片和变色片。克罗克塞镜片、克罗克斯镜片能吸收紫外线，对强光略有吸收作用。

新型光学材料的开发，特别是镜片采用光学塑料以后[6]，传统无机光学玻璃折射率提高（已达到1.8左右）有关性能参数改变（阿贝数到42左右，比重3.4~3.6），较好的减轻的高度近视镜片的边缘厚度，改变了色差实现眼镜片超薄型轻量化。总之，所要求的高折射率、低比重、高阿贝数的眼镜片材料与普通光学玻璃明显不同，解决问题的方法在于对成分的研究。据有关资料介绍，眼镜玻璃材料中配用CaO、TiO2、ZrO2、Nb2O5等成分已收到明显效果。例如美国康灵公司的超波镜片（n=1.7，中心厚度为0.8mm）；德国卡尔蔡司公司的重镧火石高折射率镜片（LaSF35，n=1.8）；英国钱斯皮尔金盾公司的低密度高折射率超波镜片（n=1.7，v=31，d=2.99）等[7]。

1.3 塑胶片[8]：又称光学塑料，与玻璃镜片比，塑胶片质轻，不易破碎，但硬度低，易划伤。国外规定经常剧烈运动的人员和儿童必须使用塑胶片，从这个意义讲看塑胶片最终将会取代玻璃镜片。目前市场主要流行是CR39树脂片和PC片，此外还有太阳眼镜材料的亚克力[4-6, 8]。

1.3.1树脂镜片[5, 9, 10]：光学树脂片又名塑胶片、有机片或纤维片，有热固性及热塑性两种类型。其中应用最广泛的是CR39树脂材料，化学名称为丙基烯二甘醇碳酸酯、是一种热固性的聚酯类石油提取物。由这种材料制作的树脂镜片，具有材料透光性能好、经抗反射镀膜后可通过99%的可见光或者更高；重量轻， 仅为玻璃片的一半；抗冲击性强，不伤害眼睛；加入防紫外线材料后可阻断有害射线对人眼组织的损伤；它与玻璃相比的不足在于厚度和耐磨性，但是现代的表面处理技术（如依视路公司的TITUS加硬和钻晶复合膜）已经能使树脂片的耐磨性能接近玻璃镜片的水平，采用折射率，基弯，减少中心厚度

等方面的技术改良，使得树脂镜片的厚度对于大部分戴镜者已经不成问题。镜片制作采用注塑工艺、可设计加工成各种复杂的光学曲面, 使镜片的品种日益丰富, 用途更加广泛，以适应各种屈光不正及各类消费者的不同需求。此类镜片还可随意染色，为生活增加一条亮丽风景线。

目前，在中国市场中传统玻璃镜片仍占主导地位[9]，而在欧美、日本等发达国家树脂片使用占镜片市场80%，另外造成眼部损伤的多为玻璃镜片，，而在美国、日本、韩国大量使用的树脂镜片未见一例因镜片造成的眼部损伤，树脂材料的出现，提高了眼镜的安全性能。因此，树脂镜片在中国的发展有待进一步发展壮大。

1.3.2 PC材料[6, 8] PC（聚碳酸酯）属聚苯醚酯塑料。PC材料相比于树脂材料在材料的比重，抗冲击性，看紫外线性能进一步优化，加之好的光学设计和表面处理，将会成为最理想的镜片。它也能吸收镜片前等离子体火花中各种紫外辐射，它比常用的丙酸纤维素材料防护镜更耐热，更抗激光照射，是一种较适用的激光防护镜片材料。

1.3.3 其他材料[8] 眼镜片的光学塑料除树脂镜片，PC镜片外还有其他品种，其中包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，属丙烯酸塑料，能注射成形，具有良好的光学性能，其透明度似无机玻璃，与光学玻璃相媲美，有“有机玻璃”之称；KT-153(螺烷树脂)，商品名为“贝尔诺”，特点：与CR39相比薄而轻，刚而韧，比CR39镜片更抗拉伸，且抗弯曲。晶亮透明，透明度好。光学特性优良，物象清晰明亮视感舒适；HIP（高折射率聚合物）可浇铸成三元桥接透明强韧，表面耐磨。薄而轻的镜片。

2 眼镜架材料及发展

眼镜的制作离不开镜架的支持，镜架作为眼镜的不可或缺的一部分，在其中起到重要

的支撑作用。

制作眼镜架的材料分为两大类：金属材料和非金属材料[11]。

2.1 金属材料

2.1.1 黄金 黄金是一种黄色金属，其延展性良好，由于黄金很柔软，需加入银、钢或其它金属以增加强度和韧性，这种金合金又称为开金。现在开金一般用作金属架的表面处理材料。

2.1.2 白金 白金是一种白色金属，质重而价昂，纯度95%，适用场合同黄金。

2.1.3 铜合金：

2.1.3.1黄铜：其牌号为Hpb59-1，含铜63%-65%，其余为Zn的二元合金，切削加工容易，用于生产低档眼镜，也可用来做鼻托芯子，缺点易变色。

2.1.3.2 锌白铜：是一种含Cn64、Ni18、Zn18的三元合金，切削性能、电镀性能良好，含镍量在16%~25%，用于生产中高档眼镜，为绝大多数眼镜厂的原材料。

2.1.3.3 铜镍锌锡合金：可用于加工边丝和印丁形符号。

2.1.3.4 青铜：是一种Cn、Sn合金，根据Sn比例不同，而成为具有不同特性的合金，优点：弹性好，可用作边丝材料，缺点：耐腐蚀性差，加工困难，价格昂贵。

2.1.3.5 镍铜合金：是一种Ni67、Cn28、Fe2、Mn1、Si2的合金，耐蚀性强，弹性

差，适于做镜架的圈身。

2.1.4 铝合金：质地轻，抗腐蚀性好，有一定硬度，而且还能方便的染各种颜色，发展前景广阔。

2.1.5 不锈钢：是一种含Fe、Cr、Ni的合金，耐腐蚀性好，强度高，弹性高，用于边撑和螺钉。不锈钢眼镜架是近几年发展并逐渐普及的新材质镜架，可以将镜架制作得更加纤细、精巧。然而，不锈钢镜架的钎焊一直是困扰眼镜制造厂家的难题，但是经过调整钎焊工艺方法，可以提高不锈钢镜架成品率[12, 13]。

2.1.6蒙乃尔合金：蒙乃尔合金含镍量40%~70%，是一种以镍为主体添加了铜、铁、锰等其它金属进过熔炼及压力加工而合成的合金。弹性好，耐腐蚀性高，压力加工性能优异，机械性能良好以及很好的电镀性能和焊接性能。能够保证镜架焊接后有很好的弹性和很高的强度[14]。

2.1.7钛合金：其最大特点是重量轻，钛合金镜架比一般金属镜架轻1/3，且硬度高、弹性好，属镜架中极品。蒙乃尔合金与钛合金是属于高档眼镜材料[15-17]。

2.2 非金属材料 非金属材料分为天然材料和人造材料两大类[11]：

2.2.1 天然材料 天然材料中有角质和玳瑁甲。角质系动物的角，现已不用，在市场上的“角框眼镜”实际上采用的是塑料制成；玳瑁甲是玳瑁的甲，用它制作的镜架属高档品。此材料有独特的光泽，质轻，容易加工处理，一经受热可塑，但冷时极脆，易变形。由于材料较少，加工时要求技术性高，所以玳瑁甲制作的镜架价格昂贵。

2.2.2 人造材料：

2.2.2.1 赛璐璐： 是一种热塑性材料。可塑性好，易加工成形，着色性好外观漂亮，硬度较大，不易扭弯。不足：耐酸性较差，易燃，易老化变脆，目前使用较少。

2.2.2.2 醋酸酯：透明性好，易着色、抛光耐光性好，不会老化，难燃烧。不足：易为酮、高浓度酸、碱浸蚀，机械强度较赛璐璐稍差。

2.2.2.3 丙烯酸酯：又称压克力，该材料色泽丰富，便于染色，材料坚而脆，不易老化。它是一种惰性材料，不会受认得皮肤或身体分泌物的影响而变化，因此可以作假眼或接触镜。不足：软化点较高。

2.2.2.4 环氧树脂：该材料具有热形成性质又是热硬性塑料，易于染色，不易弯曲变形。不足：伸缩性较弱。

2.2.2.5 耐纶：此材料具有高度的可塑还原性，强度大，不破裂，一般采用注射模造法，在眼镜架使用中较少。

3 眼镜工艺及发展

眼镜工艺包括镜片、镜架、镜盒的制作，结构形状、用途、精度、色彩等。加工工艺的发展历程由手工制作到机械加工，以及电脑制作的历史过程。

3.1 镜片的加工工艺及发展现状

镜片工艺由最初的不够精确到精确，由手工磨制到“牵陀车”磨制、机械化磨制及电

脑制作的过程[18]。

镜片加工工艺基本上可以分为粗磨工艺，精磨工艺和抛光工艺。

3.1.1 镜片粗磨工艺[19] 粗磨工艺，通过磨料颗粒在镜片玻璃表面上的滚动和撞击，致玻璃表面层形成裂纹，加上裂纹形成毛细管，使水渗入而起水介作用，最后在玻璃表面出现凹凸（俗称砂眼），使镜片坯料达到一定的几何形状。

粗磨一般选用金刚石磨轮[20]，它磨削性能好，使用周期长，生产效率高，磨具消耗少，能够经常保持削面的锋利，在磨削过程中很少进行修整。

磨具的修整通常如下方法有化学腐蚀法，散粒研磨修整法，砂轮或油石修整法。化学腐蚀法是用化学的方法对结合剂进行腐蚀修整；散粒研磨修整法是用金刚砂磨料对磨具表面进行研磨，磨料粒度一般比磨具的粒度粗一号。；砂轮或油石修整法使用普通砂轮或油石整金刚磨轮。

3.1.2 镜片精磨工艺[19] 精磨工艺是使镜片表面凹凸层深度减少，进一步改善工件表面曲率半径的精度，使得表面可以进入抛光阶段。眼镜片加工行业从国外（德国、美国等）引进较先进的眼镜片生产线，并随机进口辅料其中包括精磨片，这些精磨片都采用一些铁或钢作结合剂用他们加工镜片加工效率高，磨具稳定性好，镜片表面质量好等特点。目前国内一般采用的是青铜结合剂精磨片。这类精磨片磨除效率，易钝化，磨具稳定性较差，并容易产生划道等。目前我国研制出的新型铁基结合剂精磨片完全满足生产线工艺要求，其磨削效率，工件表面质量、磨具稳定性等指标已达到了国外同类产品水平，并且适应性广，完全可以替代进口产品在生产中使用。

3.1.3 抛光工艺

聚氨酯微孔抛光片（简称抛光片）是光学零件抛光的新材料[21]。由于聚氨酯微孔塑料具有强度高，弹性好、耐磨，且是微孔状结构等优点，在光学玻璃的抛光中能够加快机械磨削和化学腐蚀作用，因而可提高抛光效率，适应于中精度光学零件的高速抛光，可使抛光效率提高4~5倍。

多年来，我国眼镜片的加工一直采用20年代的呢布、红粉（氧化铁）抛光的落后工艺，效率低，环境污染严重，远远满足不了国外市场的需要，近年来，我国研制成功适合眼镜片抛光用的“771”型稀土抛光粉[22]，从根本上改变了眼镜片生产工艺落后面貌并取得了显著的经济效益。稀土抛光实现卡具化，摆脱旧工艺使用大量沥青、松香、酒精等辅料，简化生产工序，环境污染大有改善。由于抛光效率高，镜片的透明度明显提高。

3.1.4 CR39树脂镜片加工工艺

当今世界上流行的一种眼镜片CR39具有无机玻璃和有机玻璃的共同优点，消除了有机玻璃和无机玻璃的各自缺点。用CR39做眼镜片，具有高质量、高精度、安全性能好等优点，已成为世界上最流行的眼镜片，其加工工艺逐步发展成熟。

3.1.4.1 CR39 树脂镜片染色工艺[23] 镜片的染色有两种作用，第一：减少可见光的透光率；第二：美容装饰。由于该镜片极易染色，且染色后的镜片能滤掉99%以上的紫外光和蓝光，起到保护眼镜的作用，提高能见度。CR39据美国贝格公司产品介绍按照各种用途染成各种颜色。不同颜色的镜片有相应不同的光谱透过率，从而具有不同的用途。目前CR39塑料镜片染色技术是成熟的，经过染色的CR39塑料镜片保护眼目作用强，是当今国内外十分流行的镜片。

3.1.4.2 CR39塑胶镜片的表面镀膜工艺[24-26]

表面镀膜会提高塑胶镜片表面的耐磨性。若不经镀膜的镜片使用中容易起毛，表面粗糙度变坏 ，影响外观的透过率。因此CR39塑胶镜片的镀膜技术已越来越重要。

镀膜工艺分为化学法和物理法两大类。化学法按照按其工艺方法分为浸泡法，旋转法和浇涂法。物理法即为真空镀膜法。物理法只用于高度数、特殊的镜片，化学镀膜使用较普遍。

水解法镀膜是目前广泛采用的一种化学镀膜方法，实质上将镀膜物质溶于某种有机溶剂中，制成镀膜溶液，利用这些溶液在旋转的镜片表面上的水解作用形成胶体膜，然后进行脱水，便可获得该元素的氧化物薄膜。该方法也叫离心法镀膜。国外有几种化学镀膜工艺：

日本德山曹达公司化学镀膜工艺，该公司采用两种镀膜溶液，代号为TS-56-T和TS-56-H。两种化学镀膜工艺基本相同；美国3M公司生产的“RLX”的镀膜工艺；美国贝格公司生产的浓缩镀膜液的镀膜工艺。国内采用的化学镀膜工艺主要采用乙基含氢二氯硅烷（3204）和SF102两种。

3.2 镜架的加工工艺及发展现状

镜架工艺，开始是由直线条、圆弧线发展到各种曲线条；由素面到有雕刻花纹，由浅雕到镂空雕刻，由无装饰到有装饰，由简单装饰到精微华丽，由无品牌到有品牌等发展过程。镜架的种类也有双拼架、混合架、金属架、半框架、无框架等种类[18]。

金属镜架一般都是以某种金属为底材料，然后对其进行对其表面处理，现如今，表面处理方法大概有[11]：一、包金：即在底材上包上金合金的薄片叫做包金。目前有两种包金方法，其一是所包开金占镜架重量的比例，其二是用纯金重量占镜架重量的比例表示。二、电镀：它是通过电化学的原理将某种金属镀在底材上的表面处理方法，比如镀金、镀钛、镀黑铬等。这种方法比包金方便，损耗少，易于多样化设计。三、着色：即喷涂着色，它是通过喷涂镜架的底材表面进行处理的方法。如环氧树脂粉沫喷涂、塑料喷涂着色等，此方法可得到丰富的色泽，还可以多层着色处理。

3.2.1 电泳涂装工艺[27] 电泳涂装工艺是一种比较新的涂装工艺。金属镜架常规表面处理流程为：电镀-电泳涂膜-喷烤漆。电镀工艺：预镀铜-光亮酸铜-光亮镀镍-镀装饰层（铬、仿金、抢灰色、真金等）。专业眼镜架电镀厂使用的电泳漆是丙烯酸树脂（透明）、丙烯酸树脂加色浆（彩色）或改性环氧树脂（黑色为主）的水溶性漆。

中国眼镜市场广阔，发展潜力大，眼镜的发展不论从材料上还是加工工艺上都有很大的进步。尽管如此，国内眼镜质量相对于国外的眼镜质量还有一段距离，我们要看清差距，找出不足，引进国外先进技术和设备，努力创新，将我国发展成为高质量眼镜生产基地。

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