Polycarbonate (PC), được phân loại là polyme nhiệt dẻo hiệu suất cao-có công thức phân tử (C₁₆H₁₄O₃)n, là một trong những bước phát triển mang tính hệ quả nhất trong công nghệ thấu kính nhãn khoa kể từ khi nó được áp dụng cho các ứng dụng kính mắt vào đầu những năm 1980. Bắt nguồn từ quá trình trùng hợp bisphenol A với phosgene (COCl₂) hoặc diphenyl cacbonat, vật liệu này thể hiện chiết suất 1,586, trọng lượng riêng 1,20 g/cm³ và giá trị Abbe gồm 30 đặc tính giúp định vị nó rõ ràng trong hệ thống phân cấp vật liệu quang học đồng thời thể hiện cả những ưu điểm vượt trội và những hạn chế đáng chú ý đối với các ứng dụng điều chỉnh thị lực.
Kết nối hàng không vũ trụ Không ai nói đủ
Vì vậy, đây là vấn đề về polycarbonate được đề cập đến trong hầu hết các cuộc thảo luận về quang học. Vật liệu này không bắt đầu tồn tại trong phòng thí nghiệm kính mắt. Thậm chí không gần gũi.
Hợp chất này được các nhà nghiên cứu tại Bayer ở Đức và General Electric ở Hoa Kỳ phát hiện độc lập vào năm 1953. Việc sản xuất thương mại bắt đầu 5 năm sau đó. Nhưng kính mắt? Điều đó đến muộn hơn rất nhiều.
Những gì xảy ra ở giữa thực sự khá hoang dã. NASA cần thứ gì đó minh bạch có thể xử lý các điều kiện khắc nghiệt của không gian-những biến động nhiệt độ khắc nghiệt, các tác động của thiên thạch vi mô, các công trình. Polycarbonate đã trở thành vật liệu-phù hợp cho tấm che mũ bảo hiểm của phi hành gia trong các sứ mệnh Apollo. Kính chắn gió của tàu con thoi. Mái che máy bay chiến đấu. Công cụ này theo đúng nghĩa đen là bảo vệ tầm nhìn của mọi người ở tốc độ 17.500 dặm một giờ trong quỹ đạo Trái đất thấp trước khi nó chữa được chứng cận thị của bất kỳ ai.
Đến năm 1978, thấu kính nhãn khoa một tầm nhìn đầu tiên được tung ra thị trường. Ngành công nghiệp quang học cuối cùng đã bắt kịp.
Tại sao khả năng chống va đập lại quan trọng hơn bạn nghĩ
Những con số ở đây thực sự ấn tượng. Polycarbonate mang lại khả năng chống va đập gấp khoảng mười lần so với nhựa CR-39 tiêu chuẩn. Một số thử nghiệm đã cho thấy những thấu kính này có thể chịu được một quả bóng di chuyển với tốc độ 135 dặm một giờ mà không bị vỡ.
Nhưng đây là nơi nó trở nên thú vị. Đặc tính tương tự khiến polycarbonate gần như không thể phá vỡ-tính linh hoạt của phân tử-tạo ra điểm yếu lớn nhất của nó. Chất liệu mềm mại. Thực ra là mềm đến mức nực cười. Thả một ống kính polycarbonate và nó sẽ nảy lên. Kéo chìa khóa xe của bạn qua nó và bạn sẽ có một vết xước vĩnh viễn.
Đó là lý do tại sao hầu như mọi ống kính PC đều được phủ một lớp phủ cứng. Ngành công nghiệp đã nhanh chóng học được bài học này.
Đối với kính mắt trẻ em, thực sự không có gì phải bàn cãi. Hiệp hội Đo thị lực Hoa Kỳ và hầu hết các bác sĩ chăm sóc mắt thậm chí sẽ không cân nhắc việc giới thiệu bất kỳ sản phẩm nào khác cho trẻ em dưới 16 tuổi. Điều tương tự cũng xảy ra với những bệnh nhân một mắt-bất kỳ ai bị mất thị lực đáng kể ở một mắt. Việc tính toán rủi ro không hỗ trợ việc sử dụng các vật liệu dễ vỡ hơn.
Bài toán giá trị Abbe
Được rồi, đây là lúc polycarbonate nhận được một số lời chỉ trích chính đáng.
Số Abbe đo mức độ phân tán ánh sáng của vật liệu thành các bước sóng thành phần của nó. Con số cao hơn có nghĩa là quang sai màu ít hơn-ít viền cầu vồng xung quanh nguồn sáng hơn, tầm nhìn ngoại vi sắc nét hơn, ít viền màu hơn khi bạn nhìn qua rìa ống kính.
Kính Crown nằm ở mức 58,5. Nhựa CR-39 đạt điểm 59,3. Trivex quản lý 43-45.
Polycarbonate? 30. Chết cuối cùng trong số các vật liệu ống kính phổ biến.
Điều này có quan trọng trong thực tế không? Thành thật mà nói, nó phụ thuộc. Hầu hết người đeo có chỉ số dưới ±4,0 diop không bao giờ để ý. Quang sai màu chỉ trở nên đáng kể khi nhìn xa-trục và các nghiên cứu cho thấy 80% chuyển động của mắt vẫn nằm trong phạm vi 20 độ tính từ điểm cố định. Bạn sẽ quay đầu lại trước khi chạm vào vùng có vấn đề.
Nhưng đối với những bệnh nhân có đơn thuốc mạnh hơn-đặc biệt là những bệnh nhân trên ±6,0-sự biến dạng quang học có thể thực sự gây khó chịu. Một số người thích nghi. Rất nhiều không. Tôi đã đọc những lời kể từ các bác sĩ nhãn khoa mô tả những bệnh nhân đơn giản là không thể dung nạp polycarbonate ở bất kỳ mức độ kê đơn nào, mặc dù điều đó tương đối hiếm gặp.
Sản xuất: Ép phun và đúc khuôn
Quá trình sản xuất quan trọng hơn hầu hết mọi người nhận ra.
Ống kính Polycarbonate được thực hiện thông qua ép phun. Nguyên liệu thô đến dưới dạng viên rắn nhỏ. Chúng được nung nóng cho đến khi nóng chảy, sau đó được bắn dưới áp suất lớn vào các khuôn chính xác. Quá trình làm mát diễn ra nhanh chóng. Một ống kính hoàn thiện có thể xuất hiện trong vài phút.
Tốc độ này giải thích tại sao ống kính PC vẫn có giá cả tương đối phải chăng bất chấp thông số kỹ thuật của chúng. Sản xuất số lượng lớn-giúp giảm chi phí.
Ngược lại điều này với Trivex, sử dụng phương pháp đúc khuôn-một quy trình chậm hơn trong đó monome gốc urethane{1}}lỏng được đổ vào khuôn và về cơ bản là nung cho đến khi đông đặc. Thời gian lưu hóa kéo dài tạo ra sự phân bố ứng suất đồng đều hơn trên toàn bộ thấu kính, điều này một phần tạo nên độ rõ nét quang học vượt trội của Trivex.
Tình hình bảo vệ tia cực tím
Một lợi thế thực sự không được đánh dấu hoa thị: polycarbonate vốn có khả năng ngăn chặn bức xạ tia cực tím. Không cần lớp phủ. Không có điều trị bổ sung. Chỉ cần... được tích hợp sẵn.
Vật liệu này hấp thụ hầu như mọi thứ dưới 380 nanomet. UVA, UVB-không thành vấn đề. Đây không phải là tiện ích tiếp thị-; đó là một tính chất cơ bản của cấu trúc polymer.
CR-39 và kính vương miện đều yêu cầu xử lý đặc biệt để đạt được khả năng chống tia cực tím tương đương. Đó là một bước sản xuất bổ sung, một chi phí bổ sung và một điểm có thể dẫn đến thất bại.
Khi nào KHÔNG nên sử dụng Polycarbonate
Đơn thuốc mạnh trên ±4,0 diop sẽ tạo ra vấn đề. Độ dày của thấu kính tăng đủ để lợi thế về trọng lượng bắt đầu biến mất và quang sai màu trở nên rõ ràng hơn.
Ở đây, tài liệu có chỉ số-cao (1,67, 1,74) sẽ hợp lý hơn. Có, chúng có giá cao hơn đáng kể. Có, khả năng chống va đập của chúng không bằng PC. Nhưng đối với người đang sử dụng đơn thuốc -8,00, những cải tiến về mặt thẩm mỹ và quang học thường biện minh cho sự cân bằng.
Cũng cần đề cập thêm: gọng polycarbonate và khung axetat không kết hợp tốt với nhau. Đôi điều về sự tương tác hóa học giữa các vật liệu. Thay vào đó, hầu hết các nhà sản xuất đều khuyên dùng khung nhựa hoặc kim loại.
Và pha màu? Đau đầu với PC quá. Vật liệu này không chấp nhận thuốc nhuộm dễ dàng như CR-39. Nếu bệnh nhân đặc biệt muốn có màu chuyển sắc hoặc màu thời trang trên tròng kính của họ thì polycarbonate có lẽ không phải là lựa chọn phù hợp.
Thiết kế khoan và không vành
Điều này làm tôi ngạc nhiên khi lần đầu tiên biết đến nó, nhưng polycarbonate thực sự hoạt động rất hiệu quả đối với khung hình không có vành và{0}}bán không có vành. Độ bền kéo của vật liệu chống nứt xung quanh các lỗ khoan tốt hơn nhiều so với thủy tinh hoặc nhựa tiêu chuẩn.
Điều quan trọng là kỹ thuật. Lưỡi dao sắc nét, tốc độ thấp, áp suất tối thiểu. Các chuyên gia nhãn khoa vội vàng thực hiện quá trình khoan sẽ khiến thấu kính bị nứt. Những người dành thời gian sẽ có được những con thú cưỡi sạch sẽ có thể tồn tại trong nhiều năm.
Trivex cũng có thể xử lý việc khoan, nhưng độ bền kéo cao hơn của polycarbonate mang lại lợi thế cho nó ở đây.
Mô hình lưỡng chiết và ứng suất
Ứng suất bên trong tạo ra khúc xạ kép. Đôi khi bạn sẽ thấy đây là hình ảnh cầu vồng hoặc hình ảnh bị biến dạng khi nhìn qua một số khu vực nhất định của ống kính PC.
Nguyên nhân rất đa dạng. Sự không nhất quán trong sản xuất Buộc ống kính quá khổ vào khung. Siết quá-các vít trên giá đỡ máy khoan. Ngay cả việc chặn ống kính để viền trước khi chất kết dính đóng rắn hoàn toàn cũng có thể gây ra căng thẳng.
Trong thực tế, sự chênh lệch công suất so với hiện tượng lưỡng chiết ngay cả trong một thấu kính polycarbonate chịu ứng suất cao thường đo được khoảng 0,002 diop cho đơn thuốc ±5,00. Đáng chú ý? Hiếm khi. Có thể đo lường được bằng thiết bị thích hợp? Tuyệt đối.
Lớp phủ bề mặt có phần phức tạp hơn. Các phương pháp xử lý-chống phản chiếu và lớp phủ cứng nhất thiết phải giòn hơn lớp nền, điều này có thể làm tăng thêm các vấn đề liên quan đến ứng suất-.
Cuộc thi
Trivexphù hợp với hầu hết các điểm mạnh của polycarbonate đồng thời mang lại khả năng quang học tốt hơn đáng kể (Abbe 43 so với. 30). Nó cũng nhẹ hơn khoảng 8%. Nhược điểm: chi phí cao hơn, tính sẵn có hạn chế ở một số thiết kế tiến bộ và thực sựít hơnkhả năng chống va đập khi lớp phủ được áp dụng. Trivex không tráng phủ và polycarbonate không tráng phủ hoạt động tương tự trong thử nghiệm tác động, nhưng các thấu kính-trên thế giới thực đều có lớp phủ.
CR-39vẫn là tiêu chuẩn cho chất lượng quang học thuần túy ở mức giá dễ tiếp cận. Giá trị Abbe của nó là 59,3 tạo ra tầm nhìn rõ ràng nhất trong số các vật liệu nhựa. Nhưng nó vỡ tan. Không phải luôn luôn, nhưng thường xuyên đến mức không người hành nghề có trách nhiệm nào khuyến nghị nó cho trẻ em năng động hoặc các ứng dụng an toàn công nghiệp.
Nhựa có chỉ số cao-(1.60+) tạo ra các biên dạng mỏng hơn cho các đơn thuốc mạnh. Chúng chặn tia cực tím. Họ trông đẹp hơn về mặt thẩm mỹ. Chúng cũng có giá cao hơn đáng kể và không thể sánh được với khả năng chống va đập của polycarbonate.
Thủy tinhmang lại khả năng chống trầy xước và độ rõ quang học tốt nhất so với bất kỳ vật liệu thấu kính nào. Nó cũng nặng, dễ vỡ và ngày càng khó tìm nguồn cung ở nhiều thị trường.
Ai thực sự được hưởng lợi nhiều nhất
Những đứa trẻ. Dừng hoàn toàn. Sự kết hợp giữa khả năng chống va đập, chống tia cực tím và giá cả tương đối phải chăng khiến polycarbonate trở thành lựa chọn mặc định cho kính mắt trẻ em.
Các vận động viên và người lao động ngoài trời đại diện cho một nhóm nhân khẩu học rõ ràng khác. Bất kỳ ai có hoạt động hàng ngày liên quan đến các nguy cơ tiềm ẩn về mắt nên cân nhắc nghiêm túc về ống kính PC.
Bệnh nhân một mắt phải đối mặt với những rủi ro đặc biệt khiến cho vật liệu-chống vỡ về cơ bản là không thể-thương lượng được. Khi bạn chỉ có một mắt còn hoạt động, việc bảo vệ nó trở nên tối quan trọng.
Và thành thật mà nói? Rất nhiều người lớn hàng ngày với đơn thuốc vừa phải có thể sử dụng polycarbonate một cách hoàn hảo. Có tồn tại những hạn chế về mặt quang học nhưng chúng đủ tinh tế để hầu hết người đeo không bao giờ nhận ra chúng.
Lớp phủ và cải tiến
Về cơ bản, lớp phủ cứng chống trầy xước là bắt buộc. Hầu hết các nhà sản xuất hiện nay đều tự động áp dụng nó.
Lớp phủ chống phản chiếu-giúp cải thiện đáng kể phản xạ bề mặt mà chỉ số khúc xạ tương đối cao của polycarbonate có thể tạo ra. Chúng cũng làm giảm hiện tượng giả tạo thị giác do quang sai màu ở một mức độ nào đó.
Lọc ánh sáng xanh đã trở nên phổ biến gần đây, mặc dù bằng chứng về lợi ích của nó vẫn còn gây tranh cãi. Lớp phủ hoạt động; liệu họ có đạt được điều gì có ý nghĩa về mặt lâm sàng hay không lại là một câu hỏi khác.
Phương pháp điều trị quang điện có sẵn cho thấu kính PC, cho phép chúng tối màu dưới ánh sáng mặt trời. Hiệu suất thay đổi tùy theo thương hiệu và công thức.
Một vài con số đáng ghi nhớ
| Tài sản | Polycarbonate | CR-39 | Trivex | Thủy tinh |
|---|---|---|---|---|
| chỉ số khúc xạ | 1.586 | 1.498 | 1.530 | 1.523 |
| Giá trị Abbe | 30 | 59 | 43-45 | 58-59 |
| Trọng lượng riêng | 1.20 | 1.32 | 1.11 | 2.54 |
Trivex thắng về cân nặng. CR-39 chiến thắng về quang học. Kính thắng về khả năng chống trầy xước. Polycarbonate thắng về khả năng chống va đập và giá trị.
Điểm mấu chốt
Polycarbonate không hoàn hảo. Quang sai màu của nó gây khó chịu cho một số người đeo. Bề mặt mềm đòi hỏi lớp phủ bảo vệ. Đơn thuốc mạnh mẽ đẩy những hạn chế của nó.
Nhưng đối với sự an toàn-các ứng dụng quan trọng-kính mắt trẻ em, kính thể thao, kính an toàn công nghiệp, giá đỡ không vành-thì chất liệu này đã giành được vị trí thống trị. Những thứ tương tự đã bảo vệ mắt của các phi hành gia trong các sứ mệnh Apollo vẫn là một trong những lựa chọn thiết thực nhất để điều chỉnh thị lực hàng ngày.
Ngành công nghiệp tiếp tục phát triển các lựa chọn thay thế. Trivex cung cấp các cải tiến quang học. Vật liệu có chỉ số-cao mang lại bề mặt mỏng hơn. Các polyme mới xuất hiện từ các phòng thí nghiệm nghiên cứu theo định kỳ.
Không ai trong số họ đã thay thế polycarbonate khỏi vai trò trung tâm của nó. Sau hơn 50 năm kể từ khi được giới thiệu thương mại, nó vẫn là sản phẩm chủ chốt của quang học chống va đập-.