Материалы линз

 

Все материалы подразделяются на два больших класса: минеральное стекло (неорганические материалы) и пластмассы (органические материалы).
Независимо от того, к какому из этих классов относится материал для линз, он должен быть:
   - прозрачным для излучений видимого диапазона света, 
   - гомогенным,
   - не иметь высокой дисперсии (т.е. не  вызывать хроматические аберрации)
Основными характеристиками материалов, из которых изготавливают линзы, являются: 
  • показатель преломления 
  • дисперсия (число Аббе) 
  • плотность материала 
  • устойчивость к механическим и химическим воздействиям 
  • технологичность 
Показатель преломления (n) характеризует оптические качества очковой линзы: чем выше коэффициент преломления, тем лучше оптические свойства линзы. Материалы для изготовления очковых линз в зависимости от коэффициента преломления  различают:
- материалы со стандартным показателем преломления: 1,54>n>1,48 
- среднепреломляющие материалы: 1,64 > n> 1,54 
- высокопреломляющие материалы: 1,74 > n> 1,64 
- сверхвысокопреломляющие материалы: n> 1,74. 
От коэффициента преломления зависит количество и качество аберраций, т.е.степень искажения очковой линзы. Качество аберраций определяется числом Аббе, чем выше коэффициент преломления, тем меньше аберраций и следовательно меньше число Аббе. Ниже приведена зависимость числа Аббе от коэффициента преломления очковой линзы. 
n 1,5  Abbe  60
n 1,6 Abbe  42 
n 1,7 Abbe  35
n 1,8 Abbe  35
n 1,9 Abbe  31
 
Все материалы для изготовления очковых линз можно разделить на 4 основных группы:
  • Минеральные линзы 
  • Полимерные линзы
  • Поликарбонатные линзы
  • Трайвекс
Что такое стекло?
 
Термин «стекло» применим ко всем материалам, химическая структура которых подобна структуре жидких тел, но вязкость которых при нормальной температуре столь велика, что делает их схожими с твердыми кристаллическими веществами. У стекла аморфная (некристаллическая) структура. Минеральное стекло возникает в результате переохлаждения расплава и поэтому нередко также описывается как переохлажденная жидкость. Стеклу даже в твердом состоянии присуща определенная вязкость.  
Производят минеральное стекло в результате провара шихты (смеси из различных природных сырьевых компонентов). Состав шихты:
- 70 % стеклообразующее вещество (кремнезем),
- 20 % поташ и кальцинированная сода,
- 9 % окислы,
- 1% вспомогательные компоненты  (соединения различных металлов, изменяющие оптические свойства и цвет стекла). 
Пример: - соединения свинца, титана и лантана повышают показатель преломления стекла;
- соединения бария уменьшают дисперсию;
-  железо, кобальт, ванадий или марганец  используется для получения солнцезащитных линз;
- соединения различных металлов с фтором, хлором и бромом (галогениды) придают стеклу фотохромные  свойства.
Для изготовления стекла шихту нужного химического состава нагревают и варят в печи при температуре 1400–1500 °C,  воздушные пузырьки, образующиеся в процессе стекловарения, устраняют, добавляя вспомогательные компоненты – осветлители,  затем температуру немного снижают, и чуть охлажденная стекломасса направляется через дозатор под пресс, где происходит ее прессование. Прессованные заготовки подвергают обжигу, охлаждая в специальных установках, и лишь затем из них изготавливают очковые линзы.
 
Органическое стекло – это синтетический полимерный материал, находящийся в стекловидном состоянии и включающий в себя аморфные макромолекулярные органические компоненты. Для изготовления линз из органического стекла используют процесс полимеризации. Будучи отвержденными под воздействием тепла, линзы не способны изменять свою форму при последующем тепловом воздействии. Типичной особенностью процесса полимеризации является то, что при нагревании в результате химической реакции молекулы исходного мономера объединяются в высокомолекулярный продукт – полимер. 
 

CR-39

 
Широко известная пластмасса CR-39 – один из органических материалов, применяемых для изготовления линз. В начале Второй мировой войны из-за нехватки натурального сырья производство пластмасс было развернуто с новой силой, что привело к появлению новых материалов, с успехом заменяющих минеральное стекло. В то время специалисты компании «Columbia Southern Chemical», филиала компании «PPG Industries», стали проводить испытания по получению реактопластов. Ученые назвали проект «Columbia Resins» (сокращенно «CR»). В мае 1940 года в ходе испытаний был получен мономер АДС. В последующие годы были исследованы и испытаны более180 различных образцов этого мономера. Самым удачным по свойствам оказался 39-й по счету образец, который и был позднее взят для изготовления органических линз. Ученые добавили номер образца, успешно прошедшего испытания, к названию проекта, и получилось «Columbia Resins № 39», или сокращенно «CR-39», которое компания «PPG Industries» зарегистрировала как торговую марку. 
Сначала очковые линзы изготавливали только из CR-39, материала с низким показателем преломления. А органические материалы с высоким показателем преломления начали создавать лишь в середине 1980-х годов.
 
В настоящее время при создании новых органических материалов ученые стремятся добиться не только высокого показателя преломления, но и хороших эксплуатационных качеств, высокой ударопрочности, низких хроматических аберраций и хорошей окрашиваемости. Все это делается для того, чтобы даже те, кому прописаны очки с линзами высоких рефракций, могли пользоваться легкими, тонкими и плоскими пластмассовыми линзами.
Пластиковые линзы из материала CR 39 (n=1.49) нашли в России очень широкое применение. Эти линзы по своим оптическим характеристикам близки к стеклу. 
 
Основными преимуществами CR 39 являются:
- малый вес линз, приблизительно в 2 раза меньше стеклянной линзы,
-  высокая ударопрочность, снижается опасность травматизма глаза,  
- возможность окрашивания в желаемый цвет. 
 

Поликарбонатные линзы

 
Поликарбонат известен относительно давно - с 1955 г., однако его широкое использование в оптике началось лишь в последнее время после значительного улучшения его характеристик. Этот материал был разработан для использования в космосе: из него изготавливали колпаки гидрошлемов, скафандров и иллюминаторы для космических кораблей "Шаттл" и "Буран". 
 
Поликарбонат обладает рядом свойств, играющих важную роль в оптике:
  • высокая ударопрочность, сопротивляемость удару в 12 раз выше, чем у CR-39, он противостоит ударам, начиная от ударов камней до ударов молотка, и эти свойства сохраняются при низких зимних и высоких летних температурах;. 
  • низкий удельный вес  позволяет снизить вес очков на 25-40%, именно это свойство позволило завоевать популярность у многих американцев; 
  • изготовление линз из поликарбоната с высоким индексом рефракции  (N = 1.6) позволяет производить линзы тонкие по центру для положительных диоптрий и тонкие по краю - для отрицательных. Вследствие чего значительно улучшается внешний вид очков; 
  • 100%защита от ультрафиолета типа UVA и UVB до 385 нм позволяет защитить глазные среды от вредного воздействия. Поликарбонатные линзы, в отличие от других полимерных линз, не надо подвергать специальной обработке для усиления УФ-защитных свойств; 
  • наличие многофункциональных покрытий на линзах из поликарбоната. 

Трайвекс

 

Материал трайвекс (Trivex) был разработан компанией PPG Industries в 2000 году и в 2001-м был специально модифицирован и адаптирован для оптического производства. С химической точки зрения трайвекс является промежуточным материалом между термопластами (поликарбонат, полиметилметакрилат) и реактопластами (CR-39 и высокопреломляющие материалы на его основе), что позволяет ему сочетать положительные свойства обоих типов оптических материалов. В связи с этим его нередко называют квазиреактопластом или квазитермопластом. По величине показателя преломления трайвекс относится к материалам со средними значениями этого параметра (nd = 1,53). Интерес к данному материалу обусловлен триадой его положительных свойств: высокой устойчивостью к ударным нагрузкам (такая же, как у поликарбоната)); высоким числом Аббе – от 43 до 46 (в то время как у поликарбоната 29–31), а значит, снижением хроматической аберрации; низким удельным весом – всего 1,11 г/см3, что делает трайвекс одним из самых легких на сегодняшний день материалов. Следует также отметить, что трайвекс надежно блокирует ультрафиолетовое излучение до 394 нм.

 

Основные свойства и преимущества:

·         Четкость изображения. Трайвекс обеспечивает четкость изображения по всему диаметру линзы, и пациент абсолютно не чувствует каких-либо проявлений хроматической аберрации, даже при ношении линз высокой оптической силы. Число Аббе линз из трайвекса составляет от 43 до 46 (в зависимости от компании-производителя). Известно, что чем выше значение числа Аббе оптического материала, тем более равномерно проходят сквозь него все волны, составляющие спектр видимого солнечного излучения. Напомним, что число Аббе у наиболее популярного органического материала CR-39 равно 58, у поликарбоната – 32.

·         Малый вес. Имея удельный вес 1,11 г/см3, трайвекс является одним из самых легких оптических материалов. Это означает, что при оптимальном подборе формы и размеров оправы при небольших величинах аметропии, выбрав линзы из трайвекса, удается изготовить легкие и комфортные очки.

·         Меньшая толщина. Показатель преломления трайвекса составляет 1,53, поэтому линзы на его основе могут быть рекомендованы большинству клиентов, имеющих аметропию в диапазоне ±3,00 дптр. Использование асферического или аторического дизайна позволяет выпускать эти линзы достаточно тонкими и при более высоких значениях оптической силы, уменьшая толщину по центру линз положительных рефракций, и по краю – отрицательных

·         Ударопрочность. Линзы из трайвекса выдерживают самые жесткие условия испытаний на устойчивость к ударным нагрузкам по американскому стандарту ANSI Z87.1.2003, что делает их пригодными – наряду с поликарбонатными линзами – для для использования в ситуациях, потенциально опасных для глаз, в частности во время занятий спортом или на производстве.

·         Механическая прочность. Благодаря высокой прочности на разрыв и эластичности линзы из трайвекса идеальны для сборки в очки с креплением линз на винтах. Их применение в безободковых конструкциях позволяет избежать брака при сверлении и последующей сборке. Эти линзы хорошо зарекомендовали себя при длительном использовании в таких очках – из-за отсутствия напряжений в материале в них не образуются трещины вокруг винтовых отверстий.

·         Долговечность. Линзы из трайвекса хорошо совместимы с многофункциональными или упрочняющими покрытиями, а высокие прочностные характеристики материала делают их устойчивыми к механическим деформациям при ношении.

·         Химическая стойкость. Трайвекс более устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, чем многие другие органические оптические материалы. Это облегчает условия обработки линз из трайвекса и ухода за ними, позволяя протирать их очищающими реагентами с этиловым спиртом без образования микротрещин. В очках с такими линзами можно без опасения за их целостность заниматься делами (как на работе, так и дома), требующими использования разнообразных химических реагентов.

 

Кому подходят линзы из трайвекса?

 

Дети

Великолепные оптические свойства материала чрезвычайно полезны для развивающихся глаз ребенка: они являются залогом успешных занятий в школе и более веселого, а также безопасного провождения свободного времени. Линзы из трайвекса обеспечивают 100%-ю защиту от ультрафиолетового излучения и характеризуются высокой ударной стойкостью, что делает их наиболее подходящими для активных игр на открытом воздухе. По данным организации «Предупредить слепоту в США» (Prevent Blindness America) одна треть из ежегодно случающихся в стране травм глаз во время занятий спортом диагностируется у детей в возрасте от 5 до 14 лет, причем 90% этих травм могло бы предупредить использование соответствующих защитных очков и спортивного снаряжения.* Высокая ударопрочность линз из трайвекса помогает защитить глаза ребенка от возможных травм.

Низкий удельный вес трайвекса обеспечивает меньший вес и большую комфортность очков, поэтому дети будут более склонны пользоваться очками в школе и дома, а также при занятиях самыми разными видами деятельности. А сочетание с современными фотохромными технологиями Transitions и просветляющими покрытиями делает линзы из трайвекса универсальным средством коррекции зрения и защиты глаз от избыточного света и блеска.

Работающие взрослые

Трайвекс гарантирует взрослым пользователям очков четкость зрения при работе в офисе, при управлении автомобилем и при занятии любыми видами деятельности в свободное время. Сегодня производители очковых линз (с их полным перечнем можно ознакомиться на сайте компании PPG Industries**) выпускают на основе трайвекса прогрессивные, бифокальные, однофокальные линзы, в том числе производимые по технологии Free Form. Эти линзы могут удовлетворить зрительные потребности подавляющего количества нуждающихся в очковой коррекции клиентов. Высокая ударная прочность обеспечивает безопасность глаз при любых видах деятельности, а 100%-я блокада УФ-излучения защищает глаза от его негативного воздействия, приводящего к развитию целого ряда заболеваний глаз. Легкость линз из трайвекса гарантирует пользователям очков комфортное ношение в течение всего дня. Специалисты уверенно рекомендуют линзы при аметропиях от +3,0 до –3,0 дптр, однако некоторые назначают их и при более высоких значениях рефракции тем пациентам, которые чрезмерно чувствительны к хроматической аберрации. При рефракции линз более ±3,0 дптр следует комбинировать их с оправами малых размеров, чтобы избежать избыточной толщины по краю.

Пенсионеры

Великолепные оптические свойства трайвекса сослужат добрую службу и пожилым пользователям очков, которые с годами отмечают снижение четкости изображения. В сочетании с просветляющими покрытиями эти линзы гарантируют вашим клиентам старшего возраста наиболее высокое светопропускание по всему диаметру линзы. Малый вес линз из трайвекса также будет способствовать большему комфорту очков для пожилых людей, поскольку у них с возрастом существенно утончается кожа на переносице.

В силу того что у представителей этой возрастной категории существует более высокий риск развития глазных заболеваний, то надежная защита от ультрафиолета, которая является неотъемлемой чертой этих линз, становится принципиальной важной. Сегодня из трайвекса выпускают разнообразные прогрессивные линзы – как стандартного дизайна, так и индивидуальные, что позволит наиболее полно удовлетворить зрительные потребности этого контингента клиентов.

Спортсмены

Соединение высокой ударопрочности с великолепной оптикой и малым весом делают эти линзы незаменимыми для сборки в спортивные очки. Различные дизайны линз в соответствии с данными рецепта клиента любого возраста могут быть удачно объединены с любым способом модификации материала, включая придание ему фотохромных и/или поляризационных свойств. Сочетание же этих видов модификации с качественными просветляющими покрытиями позволит спортсменам всех возрастов почувствовать реальную разницу между восприятием окружающего мира в стандартных очках и существенно улучшенным распознаванием объектов в очках с линзами из трайвекса при занятиях разными видами спорта даже в сложных погодных условиях. В ассортименте производителей очковых линз из трайвекса имеются линзы и заготовки с более высокой кривизной базовой поверхности, что позволяет устанавливать их в популярные спортивные прилегающие оправы.