光学塑料是用来制造各种光学零件的塑料介质。Arthur Kingston最早将透明塑料应用于光学领域，并于1934年取得了注射成型塑料透镜的专利，在照相机中进行使用，从此揭开了光学塑料的应用开端。

在第二次世界大战中，光学塑料又被广泛用来制造望远镜、瞄准镜、放大镜等。

如今，已有数十种不同规格的光学塑料得到商业化应用。本文，我们将系统介绍不同光学塑料的性能特点与应用选型。

统治了光学行业上百年的玻璃，虽然各方面性能优异，但其采用打磨抛光式的冷加工，或者熔融模压式的热加工，在成本、一致性上，难以符合许多行业的要求。

于是，光学塑料开始走入市场，并被广泛应用于各个领域。

传统光学树脂与光学玻璃的性能对比

注：ｎ_D —折射率；ν_Ｄ—阿贝数；β—折射率的温度系数dn／dT（℃-1）；Ｔ—透过率；T(UV)— UV照射2000h后的透过率；IPS—冲击强度；LH—洛氏硬度；Ｔ_d—热变形温度；Ｒ—饱和吸水率；α（×10^-5cm·cm^-1·℃^-1）—线膨胀系数；SR—成型品收缩率；ｂ—双折射。

折射率：1.49；阿贝数：57~58

PMMA俗称有机玻璃，透光率92%，可与无机玻璃相媲美，常用于制作眼镜镜片。

此外，由于PMMA具有非晶性、低光弹性等特点，其注射成型时光学畸变很小，可用作精密光学器件，如菲涅尔透镜、微透镜数组、隐形眼镜等。

但是，PMMA的耐热性差、吸湿性大、耐磨性及耐有机溶剂性均较差，限制了它的应用范围。

折射率：1.59；阿贝数：31

PS的透光率为88%，具有吸水率低、尺寸稳定性好、易着色、易加工等优点，可用于注射成型，用其制造眼镜片的成本较低，也可用于制造照相机物镜等。

但PS的双折射率较大，在阳光作用下容易变黄，不耐热、表面硬度低、脆性大，容易产生银纹和裂纹，应用范围受到限制。通常对PS进行改性来改善其性能，如MS树脂。

折射率：1.58；阿贝数：30~31

PC的透光率为88%，少数可以达到90%。

PC常被用于对透明度和冲击强度要求较高的领域，如照明灯具、飞机座舱和风挡等。

PC的缺点包括表面硬度低，耐磨性差，经紫外光或辐射线照射后会变黄等。此外，PC注射成型时容易产生双折射。

折射率：1.50；阿贝数：58

ADC的商品名为CR-39，耐高温性好(长期100℃，短期150℃)。此外，由于是高度交联的树脂，CR-39的表面硬度比PMMA高40倍。

CR-39作为玻璃镜片的替换材料，长期垄断着市场。但其存在折射率低，镜片厚的问题。CR-39还常用于各种防毒面具的制造。

由于CR-39采用浇铸成型工艺，固化时间长，且需要大量玻璃模具，成本较高，且单体聚合过程收缩率大(14%)，不适用于精密透镜的制造。

折射率：1.46；阿贝数：61

TPX?是一种高等规度结晶型光学塑料，透光率大于90%，紫外线透过率仅次于无机玻璃。

TPX?的结晶度为40%~65%，在结晶部分和非晶部分的折射率相近，因此透明性好。

TPX?的硬度低，模塑后的收缩率较大，所以不适合用作高精度透镜材料，但可用于制造红外光学系统的元器件。

TPX?卓越的电气绝缘性能、低介电特性等，可用于5G通信基站射频端绝缘子。

折射率：1.564；阿贝数：40

MS树脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)，透光率92%，具有与PMMA相似的透明性和光学性能，但使用温度比PMMA高11~22℃。

MS以其吸水膨胀率低、比重轻、相比PMMA成本低等优点，广泛应用于LCD、LED液晶显示、大尺寸显示导光板等领域。

折射率：1.567；阿贝数：34~35

SAN树脂(苯乙烯-丙烯腈共聚物)，又称AS树脂，透光率与PS相当，但折射率稍低。

苯乙烯成份使SAN坚硬、透明并易于加工，丙烯腈成份使SAN具有化学稳定性和热稳定性，如它能很好的耐受某些使PS应力开裂的烃类。

SAN刚性高，抗划痕性好，制品尺寸稳定，能够满足一些对光学性能有要求的应用场景。

折射率：1.57；阿贝数：34~35

NAS树脂(苯乙烯和丙烯酸酯共聚物)，透光率91.4%。

NAS的光学特性与PMMA处于相似水平，且在透明度和易加工性之间达到了完美的平衡，同时兼具较好的韧性，满足产品不易破碎的要求。

NAS可作为SAN、PMMA的替代物，用在雕像工艺品、内窥镜、引流管、外科用吸管等产品。

为了满足对光学元件高性能、高精密度的需求，20世纪80年代以来，人们相继开发出了一系列新型光学塑料。

折射率：1.59；阿贝数：32

TS-26树脂是由苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯和三溴苯乙烯作为共聚单体，得到一种含卤素的光学树脂，可浇注或注射成型。

TS-26树脂镜片无双折射，具有耐磨、薄而轻等特点。

TS-26与同样深度近视患者用的CR-39树脂镜片相比，厚度可减少15％，重量减轻10％，适合高度近视患者佩戴。

R：大的刚性环状取代基

折射率：1.50；阿贝数：57

OZ-1000树脂(甲基丙烯酸三环癸酯与其它丙烯酸单体的共聚物)，饱和吸水率仅为PMMA的1/10，且耐热性优于PMMA。

OZ-1000具有色散低、透过率高、双折射小等特点，适用于高精度透镜的精密成型。

折射率：1.6；阿贝数：27

聚醚砜(PES)是综合性能优良的工程塑料，可见光透光率88%。但由于加工温度高，体系中的灰尘与杂质不易分离，影响其光学性质，无法在光学元件中得到应用。

将聚醚砜型大分子单体溶于苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等小分子单体中，共聚得到一类新型聚苯醚砜型光学塑料，性能上保留了聚苯醚砜的部分优点。

改变双烯大分子单体的结构和小分子单体的配比，可以制备出不同耐热等级、较高折射率和表面硬度的系列产品，这类新型光学塑料为JD系列光学塑料。

聚醚砜双烯大分子单体/St/MMA共聚物的性能

折射率：1.53；阿贝数：56

环烯烃聚合物是一种无定形、纯度极高的透明树脂，透光率91%。根据制备工艺的不同，分为环烯烃共聚物(COC)和环烯烃聚合物(COP)。

环烯烃聚合物耐热性好，Tg=85~178℃，热变形温度=75~170℃，具体由单体中环状烯烃的占比率决定。

COP/COC具有高透明、低双折射率以及低吸水性、高刚性等优良的性能，用于制造各种光学镜头、光学薄膜、隐形眼镜和平面显示器材等。

MR-7树脂的单体结构

折射率：1.60~1.74；阿贝数：31~41

1987年，三井化学开发出首款MR?产品，MR-6?这一具有革新性的光学材料，开创了高折射率镜片的新时代。

MR?系列树脂是由带有芳环的异氰酸酯与多硫醇化合物，通过加聚成反应得到的一类聚硫代氨基甲酸酯树脂，现已有MR-6、MR-7、MR-8、MR-9、MR-10等上市。

MR?树脂具有高折射率、高阿贝数、低比重、高抗冲击性等特性。

MR材料与其它光学材料生产的镜片性能比较

一般来说，塑料镜片很难同时实现高折射率和高阿贝数，而MR?材料利用棱镜效应使光线分散减小，更大限度地抑制了视野色散现象。

MR?的加工性好，适合于要求精确设计的渐进镜片和非球面镜片等设计。

此外，由于与涂层材料和薄膜的兼容性好，MR?易于制造高功能偏光镜片；且其染色性出色，适合于制造各种色彩的时尚太阳镜。

MR?树脂是近年来新型光学塑料的重点发展方向。目前，新品种的开发主要集中在硫醇，而新型异氰酸酯的研究较少，此外也有一些硫酚的新品种出现。

不同硫醇和异氰酸酯制备的聚氨酯光学树脂的性能

光学塑料的发展趋势主要包括5个方面。

高折射率、高阿贝数的光学塑料

折射率越高，越有利于降低光学系统的重量和尺寸。阿贝数越高，越易进行像差校正，提高透镜的性能。

提高光学塑料的热性能

若光学塑料的热变形温度能够进一步提高，则可在很多新领域得到应用。降低光学塑料的折射率温度系数也是其发展趋势之一。

提高光学塑料的环境稳定性

耐光照黄变、耐老化、吸湿率低的光学塑料，有利于其在室外、高功率光照、窗口等领域的应用。

降低光学塑料的双折射

光学材料对双折射要求较高。光学塑料受形态结构、成型时分子取向，以及内应力等影响，其双折射一般较大。

发展功能性光学复合材料

光学塑料在激光防护、射线防护、滤光片、吸波材料、特殊窗口等应用领域，需要选择性地吸收或透过一定波段范围的光、电磁波以及射线。光学塑料作为复合材料的基体材料，需要和功能体具有良好的相容性。