Последние 10–15 лет мы являемся свидетелями значительного увеличения разнообразия и улучшения качества упрочняющих покрытий. В настоящее время в США, где органические линзы занимают более 95% рынка, 70% этих линз продаются с упрочняющими покрытиями. В нашей стране, где линзы из пластмассы составляют примерно 30% от общего объема, количество продаваемых линз с покрытиями много меньше. В то же время для многих высокопреломляющих линз наличие упрочняющего слоя становится насущной необходимостью. В предлагаемой вашему вниманию статье мы рассмотрим основные свойства упрочняющих покрытий.
Упрочняющие покрытия вокруг нас
Покрытия наносятся на самые разные виды продукции для увеличения их абразивостойкости. Различные виды пластмасс с покрытиями являются изделиями широкого спектра назначения, и прежде всего – когда применение «чистого» исходного материала практически неприемлемо из-за его невысокой твердости.
Начало активного внедрения технологии нанесения разнообразных покрытий приходится на 1970-е годы. Первоначально их использовали для придания блеска поверхностям изделий из синтетических материалов. В 1980-е годы началось внедрение покрытий в целях повышения устойчивости к царапинам изделий из поликарбоната, применяемых в авиастроительной и космической промышленностях. Кстати сказать, многие технологии нанесения упрочняющих покрытий, которые успешно применяются сегодня для улучшения абразивостойкости органических очковых линз, берут свое начало именно в этих передовых отраслях. Упрочняющие покрытия используются также в строительной промышленности – для придания стойкости к царапинам изделиям из поликарбоната и акрилатов, в производстве транспортных средств – для упрочнения окон автомобилей, автобусов и вагонов, а также применительно к разнообразному промышленному оборудованию и т.д. Появление у современных покрытий дополнительных функций, таких как увеличение устойчивости к ударной нагрузке и запотеванию, обусловило их активное внедрение при производстве защитных и спортивных очков, а также солнцезащитных линз.
Основные функции и преимущества упрочняющих покрытий
Упрочняющее покрытие означает много больше, чем просто средство повышения устойчивости органических очковых линз к образованию царапин. Структура и состав упрочняющих покрытий определяются рядом дополнительных функций, которые разработчики хотят придать своим новым линзам. Однако оказалось, что одно-единственное покрытие не может гарантировать наличие всех необходимых свойств. Поэтому современные очковые линзы изготавливаются с многофункциональными, или интегральными, покрытиями, наличие которых обеспечивает поверхности линзы наилучший баланс характеристик.
Рассмотрим структуру слоев, составляющих интегральное покрытие, уделив особое внимание воздействию на их свойства упрочняющих покрытий:
Первичные покрытия.
Просветляющие и упрочняющие покрытия делают линзу более хрупкой и менее устойчивой к ударным воздействиям. Поэтому непосредственно на обе поверхности линзы во многих случаях наносят более мягкие промежуточные, или первичные, покрытия, которые увеличивают адгезию, исключают возможность отслаивания покрытия и способствуют повышению ударопрочности линз. Энергия удара преимущественно поглощается первичным покрытием, нанесенным на заднюю поверхность линзы, где наиболее часто образуются трещины, и это препятствует их возникновению и развитию.
Упрочняющие покрытия.
Поверх промежуточного наносят упрочняющее покрытие, которое увеличивает абразивостойкость линз и устойчивость к образованию царапин, значительно повышает ее срок эксплуатации. Нередко при обсуждении свойств упрочняющих покрытий подразумевают, что абразивостойкость и устойчивость к образованию царапин являются терминами, обозначающими одну и ту же характеристику поверхности линз. Однако с технической точки зрения под устойчивостью к образованию царапин подразумевается стойкость поверхности линзы к повреждениям при контакте с острыми предметами или твердыми частицами, в то время как абразивостойкость – это устойчивость линзы к воздействию трения достаточно «мягкими» предметами, например при протирании ее салфеткой, рукавом или бумагой. Химический состав и способ нанесения покрытия оказывают влияние на толщину линз, а также на степень отверждения и образования химических связей между молекулами покрытия и линзой, что в свою очередь сказывается на абразивостойкости линз и их устойчивости к образованию царапин.
Потребность во все более тонких и легких линзах привела к разработке материалов со средними (от 1,52 до 1,59), высокими (от 1,59 до 1,70) и супервысокими (свыше 1,70) показателями преломления. Большинство составов, ранее применявшихся для нанесения упрочняющих покрытий, имели такой же показатель преломления, как у традиционных пластмасс: 1,49–1,50. Если показатель преломления упрочняющего слоя соответствует показателю преломления материала линзы, то свет проходит через границу раздела «покрытие–линза» без отражения. Световой луч воспринимает в данном случае линзу и покрытие как единый субстрат, и потери на отражение на границе раздела минимальны. Если же показатели преломления упрочняющего покрытия и линзы не совпадают, то возникает двулучепреломление, которое проявляется как радужная картинка на поверхности. Повышение спроса на линзы из материалов с более высокими показателями преломления привело к тому, что практически все производители разработали разнообразные упрочняющие лаки, также имеющие высокие показатели преломления.
Просветляющие покрытия.
Для увеличения светопропускания линз из разнообразных материалов активно применяются многослойные просветляющие покрытия. Эти покрытия увеличивают светопропускание линз, уменьшают образование бликов и паразитных изображений на их поверхности. Современные просветляющие покрытия имеют более плотную структуру по сравнению со своими предшественниками, а кроме того, отличаются более высокой термостойкостью. Еще одним их преимуществом является способность придавать поверхности линз антистатические свойства, что приводит к уменьшению накапливания статического электричества, притягивающего загрязнения и пыль к диэлектрической поверхности линзы. И наконец, для большей долговечности просветляющих многослойных покрытий чрезвычайно важно, чтобы в качестве основы под них применяли качественное упрочняющее покрытие. Выбор наиболее оптимального упрочняющего покрытия способствует улучшению адгезии и абразивостойкости просветляющих слоев.
Большинство просветляющих покрытий представляют собой определенный набор чередующихся слоев из неорганических материалов (оксидов, солей металлов и диэлектриков) с низким и высоким показателем преломления. Но сегодня появились иные покрытия. Так, компания «HOYA» при разработке нового интегрального покрытия «Super Hi-Vision» изменила технологию нанесения упрочняющего слоя, структуру и состав многослойного просветляющего покрытия, которое теперь является комбинацией неорганических и нанокомпозитных органических слоев, а также состав поверхностного гидрофобного покрытия. Все эти инновации позволили в 3 раза увеличить устойчивость линз с покрытием «Super Hi-Vision» к образованию царапин в процессе эксплуатации. Компания «SEIKO», в свою очередь, решила проблему отслаивания оптических покрытий, разработав принципиально новую технологию нанесения просветляющих слоев, выполнив их целиком на основе органических материалов. Новое многофункциональное покрытие «SEIKO Orgatech» придает линзе более высокую устойчивость к образованию царапин, делая ее сравнимой с линзами из минерального стекла. Очковые линзы с покрытием «SEIKO Orgatech» являются полностью органическими и обладают существенными преимуществами по сравнению с линзами, имеющими органо-неорганические покрытия.
Гидроолеофобные завершающие покрытия.
Такие покрытия наносятся поверх просветляющих, они помогают защищать поверхности линз от грязи и жира во время эксплуатации и облегчают уход за ними. Завершающие покрытия способствуют уменьшению свободной поверхностной энергии линз, снижают коэффициент трения и защищают просветляющие покрытия.
Окрашивание.
В настоящее время окрашивание линз из органических материалов (например, из CR-39) в «декоративные», специальные солнцезащитные или увеличивающие контрастность цвета является очень популярной услугой при изготовлении очков. Однако при использовании линз с многослойными покрытиями приходится окрашивать линзу до нанесения на нее всех слоев. Следует учитывать, что нанесение просветляющего покрытия увеличивает светопропускание линзы, поэтому стандартно окрашенная линза кажется светлее. Кроме того, при нанесении просветляющих слоев окрашивание частично обесцвечивается, поэтому рекомендуется окрашивать линзу перед нанесением интегрального покрытия на 15–20% интенсивнее, чем требуется. В случае если материал линз не может окрашиваться по стандартной технологии в растворах органических красителей (например, поликарбонат), для окрашивания линз применяются окрашиваемые упрочняющие покрытия. Однако из-за того, что существует определенный предел, до которого может прокрашиваться упрочняющее покрытие (ведь чем больше оно поглощает красителя, тем хуже защищает линзу от абразивного износа), производят окрашивание первичных покрытий. В результате часть красителя удерживается первичным покрытием, часть – упрочняющим, что позволяет получать солнцезащитные линзы с высокой плотностью окраски.
Противозапотевающие покрытия.
Как ясно из названия, их используют для придания поверхности линз устойчивости к запотеванию. Подобные покрытия наиболее часто применяются при изготовлении промышленных защитных и спортивных очков. Устойчивость поверхности линз к запотеванию может быть достигнута путем придания ей гидрофильных свойств, и в таком случае конденсирующаяся влага поглощается покрытием или посредством нанесения супергидрофобных покрытий, что способствует быстрому удалению влаги с поверхности, препятствуя ее агрегации.