Вопросы и ответы об упрочняющих покрытиях очковых линз

В этой статье мы рассмотрим основные виды материалов для очковых линз, некоторые способы нанесения упрочняющих покрытий, их характеристики и достоинства, а также приведем рекомендации по использованию этих покрытий на практике.

Упрочняющие покрытия являются важной составной частью современных очковых линз, так как именно они обеспечивают устойчивость линз к абразивному износу в процессе эксплуатации. В этой статье мы рассмотрим основные виды материалов для очковых линз, некоторые способы нанесения упрочняющих покрытий, их характеристики и достоинства, а также приведем рекомендации по использованию этих покрытий на практике.

Какие существуют материалы для производства очковых линз и какова их абразивостойкость?

В настоящее время оптические материалы для изготовления очковых линз подразделяются на три основные группы: минеральное стекло, термореактивные материалы и термопластичные материалы.

Минеральное стекло характеризуется самой высокой твердостью поверхности и наибольшей устойчивостью к абразивному износу. С точки зрения фазового строения вещества стекло не является твердым – оно характеризуется ближним порядком в расположении молекул (для твердых тел характерен дальний порядок) и представляет собой переохлажденную жидкость. Интересно, что, как и всякая жидкость, минеральные стекла подвержены течению, хотя происходит этот процесс чрезвычайно медленно. Доказательством их течения является отмеченное некоторыми учеными утолщение нижней части стекол древних витражей.

Минеральные стекла с высоким значением показателя преломления имеют невысокую химическую стойкость, поэтому их следует защищать оптическими покрытиями. Нанесение просветляющих покрытий на поверхность линз из высокопреломляющих материалов обеспечивает не только уменьшение коэффициента отражения, но и увеличение химической стойкости; в этом случае абразивостойкость линз при эксплуатации зависит от свойств этих покрытий.

Термореактивные пластмассы, или реактопласты, получают в результате химической реакции, в процессе которой мономеры под воздействием инициатора и высокой температуры взаимодействуют друг с другом, образуя достаточно жесткую сетчатую структуру с частыми поперечными межмолекулярными сшивками. Оптические материалы - реактопласты с низким значением показателя преломления, к которым относятся традиционные пластмассы, например широко известный CR-39, являются твердыми веществами с умеренной устойчивостью к абразивному износу. Реактопласты со средними и высокими значениями показателя преломления намного мягче, чем СR-39, и характеризуются низкой устойчивостью к образованию царапин. После выпуска реактопласта в готовом виде его нельзя подвергнуть вторичной переработке – при нагревании этот материал разлагается на низкомолекулярные продукты и углеподобный остаток. Улучшения абразивостойкости реактопластов достигают путем нанесения упрочняющих покрытий на основе силоксановых высокомолекулярных соединений.

Термопластичные материалы, или термопласты, также создаются в результате химической реакции полимеризации из низкомолекулярных мономеров в присутствии инициатора, однако в отличие от реактопластов они формируются в виде длинных макромолекул, без образования поперечных сшивок и сетчатой структуры. Эти материалы могут быть подвергнуты вторичной переработке путем нагрева под давлением и перевода в вязкотекучее состояние. По сравнению с реактопластами все термопласты менее устойчивы к абразивному износу, и для получения на их основе качественных очковых линз на поверхность последних следует наносить упрочняющее покрытие. Однако гибкость макромолекул, из которых сформированы термопласты, придает им значительно большую устойчивость к воздействию ударных нагрузок по сравнению с термореактивными материалами. Так, линзы из CR-39 являются намного более хрупкими, чем линзы из термопластичного поликарбоната.

Промежуточное положение между термопластичными и термореактивными материалами занимает трайвекс (Trivex), соединивший в себе некоторые достоинства обоих видов вышеназванных материалов. Его структура, за особенности которой трайвекс называют квазитермопластом или квазиреактопластом, состоит из длинных макромолекул с редкими пространственными сшивками. По своим оптическим характеристикам, химической стойкости к растворителям и твердости он напоминает реактопласт, а по устойчивости к ударным нагрузкам – термопласт. Однако по твердости и абразивостойкости трайвекс несколько хуже, чем CR-39, поэтому качественные линзы из трайвекса должны иметь упрочняющие или многофункциональные покрытия.

Линзы из каких материалов нуждаются в упрочняющем покрытии?

В настоящее время общепринятым считается наносить оптические покрытия на все качественные линзы для улучшения их свойств, причем в зависимости от материала это может быть либо только упрочняющее или просветляющее покрытие, либо многофункциональное. Однако следует иметь в виду, что некоторые виды материалов могут обеспечить приемлемый уровень абразивостойкости и без упрочняющих покрытий. Например, минеральное кроновое стекло с показателем преломления nd = 1,523 не нуждается в упрочнении, однако для минеральных высокопреломляющих сте­кол обязательно нанесение просветляющего покрытия как для увеличения светопропускания, так и для обеспечения химической стойкости. Линзы из СR-39 могут применяться и без упрочняющих покрытий, но в случае нанесения просветления наличие упрочняющего слоя необходимо для обеспечения долговечности линз при эксплуатации. Для линз из реактопластов со средними и высокими значениями показателя преломления нанесение упрочняющего покрытия является обязательным. Такое покрытие должны иметь и все линзы на основе термопластов и трайвекса.

Следует отметить, что в каждой из трех основных групп имеются оптические материалы, отличающиеся по своей устойчивости к абразивному износу. Устойчивость к образованию царапин очковых линз с упрочняющими покрытиями определяется свойствами покрытий.

Следует ли наносить упрочняющее покрытие на обе поверхности очковых линз?

Многие линзы делают из полузаготовок с определенной кривизной базовой поверхности, а при производстве рецептурных линз в лаборатории осуществляется обработка внутренней поверхности. Большинство полузаготовок уже имеют на своей передней поверхности упрочняющее покрытие. Из-за того что оптические лаборатории в нашей стране, как правило, не располагают установками для нанесения упрочняющих покрытий, они выпускают рецептурные линзы с упрочняющим покрытием только на передней стороне. Многие оптики полагают, что защитить одну переднюю сторону при помощи упрочняющего покрытия будет вполне достаточно для надежной эксплуатации линз, поскольку в основном царапинам подвержена именно их внешняя сторона. Но практика показывает, что это не так: при отсутствии упрочнения на внутренней стороне образуется множество мелких царапин, возникающих при протирании линз. Подобных царапин вполне можно избежать путем нанесения упрочняющего покрытия. Таким образом, линзу нельзя считать по- настоящему устойчивой к абразивному износу, если обе ее поверхности не защищены упрочняющим покрытием.

Что важнее для защиты от царапин: низкий коэффициент трения или высокая твердость?

Устойчивость линзы к образованию царапин определяется как ее твердостью, так и низким коэффициентом трения. Низкий коэффициент трения делает покрытие скользким, в результате чего твердые абразивные частицы проскальзывают по поверхности линзы, не царапая ее. Твердость поверхности не менее важна, так как она до определенной степени обуславливает способность противостоять воздействию абразивных частиц без разрушения. В некоторые упрочняющие покрытия специально вводят ингредиенты, способствующие уменьшению коэффициента трения, и это положительно влияет на их устойчивость к царапинам. Существует способ придания скользких свойств покрытиям путем выдерживания линз в специальных растворах в емкости красильной установки для окрашивания линз. В состав композиций для таких растворов входят поверхностно- активные вещества, которые избирательно адсорбируются поверхностью и удерживаются на ней. Однако эффективность абразивостойкого действия таких покрытий имеет временный характер: поверхностно-активные вещества постепенно покидают поверхность, которая теряет свои скользкие свойства. По устойчивости к образованию царапин такие «временные» покрытия значительно уступают покрытиям на основе лака, наносимым методом окунания.

Помогает ли гидрофобное покрытие защищать поверхность линз от царапин?

Гидрофобные покрытия значительно уменьшают свободную поверхностную энергию линз, отталкивая воду, грязь, жир и предупреждая их распределение по поверхности. Попадая на линзу с гидрофобным покрытием, капельки воды не растекаются, а стремятся приобрести шарообразную форму, то есть угол смачивания поверхности является очень большим – примерно 110°. Такие капельки и загрязнения значительно легче удаляются с поверхности, линза остается более чистой, в итоге пользователь очков протирает ее значительно реже и с меньшим усилием. Все это снижает вероятность возникновения царапин в процессе очистки линз, а значит, способствует увеличению срока их полезной эксплуатации.

Может ли упрочняющее покрытие оказать влияние на количество отражаемого поверхностью света?

Количество света, отражаемого поверхностью, зависит от показателя преломления материала линзы. Вполне можно добиться уменьшения количества отраженного света путем нанесения на поверхность линз упрочняющего покрытия с меньшим, чем у линзы, показателем преломления. Однако достигаемая величина снижения отражения невелика: если на линзу из поликарбоната с nd = 1,59 нанести упрочняющее покрытие с nd = 1,50, то снижение суммарного отражения может составить от 8 до 10% исходного. Если отражение от одной поверхности линзы из поликарбоната составляет 5,2%*, легко сосчитать, что светопропускание увеличится на 0,8–1,0%. Эффект повышения светопропускания будет еще больше с увеличением показателя преломления линз. Однако при существенном различии между показателями преломления линзы и упрочняющего покрытия из-за интерференции может возникать нежелательный эффект – становится видна интерференционная картинка, напоминающая вид капли масла, растекшейся по поверхности воды. Именно для избежания такого эффекта показатель преломления упрочняющих покрытий стараются подбирать по величине как можно ближе к показателю преломления материала линз.

Может ли нанесение упрочняющего покрытия вызвать необычный оптический эффект?

По сравнению с очковой линзой упрочняющее покрытие очень тонкое (хотя и много толще просветляющего слоя), но оно также способно создавать интерференционный эффект, как и просветляющее. К сожалению, существующие методы нанесения упрочняющих покрытий – центрифугирование и окунание – не позволяют добиться абсолютно одинаковой толщины упрочняющего слоя по всему диаметру линзы с точностью до ¼ длины волны. Из-за интерференционного эффекта на разных участках линзы могут возникать различные оттенки отражения. В тех случаях, когда отличие в показателях преломления материалов линзы и упрочняющего покрытия является существенным, разница в оттенках остаточного отражения по поверхности линзы может быть весьма заметной, что неприемлемо. Как уже указывалось ранее, может возникать интерференционная картинка, напоминающая растекшуюся по воде каплю масла. Данный эффект более заметен при освещении монохроматическим светом и выявляется при проверке качества линз с использованием флуоресцентных ламп.

Интенсивность проявления интерференционной картинки при наличии на поверхности линзы одного вида оптического покрытия не так велика и требует очень внимательного рассмотрения, но становится более заметной при нанесении просветляющего слоя поверх упрочняющего. Избежать появления данного интерференционного эффекта удается путем нанесения на поверхность линз упрочняющего покрытия, полностью совпадающего по показателю преломления с материалом линзы.

Надеемся, уважаемые читатели, что ответы на вопросы, собранные в данной публикации, оказались для вас интересными и полезными.

*Jalie M. Ophtalmic Lenses and Dispensing. Butterworth-Heinemann, 2000. P. 34.

Ольга Щербакова, Веко 03, 2009
Другие статьи по теме
Все
Бывший дизайнер Gentle Monster выпустил «бесполые» очки
При работе над своей коллекцией Ли вдохновлялся модернистской...
Подробнее
Очки для супергероинь
Вдохновленные стилем 1990-х годов, узкие очки а-ля Тринити и...
Подробнее
Trussardi: элегантные очки и одежда на каждый день
«У кого нет прошлого, у того нет и будущего», - гласит народ...
Подробнее
Сервисы