镜片中的科学 篇七：主流眼镜镜片材料性能及选择要点

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现在去配副眼镜，大部分时间可能都集中在验光和选镜架上：验光花时间可以理解，毕竟都要进行主观和客观验光。镜框花时间也好像可以接受 - 需要选择适合自己脸型的，美观的，戴起来好看自然很重要。来来去去镜片有时候倒像个副产品，选什么镜片材料凭销售推荐。这样的后果就是，一些眼镜店，可能不会从用户的角度，而是从自身利润的角度来进行推荐，由于信息不对称，用户通常也就接受了。

为了让非业内用户也能选到合适的镜片产品，本文从镜片材料特性的角度，介绍当前眼镜镜片主流使用的材料（树脂为主），以及如何根据自身的需求和应用来进行正确地进行选择。

镜片材料介绍

1. CR39(1.5折射率)

上世纪中叶左右，由美国PPG公司开发的CR39树脂（最初被用作为轰炸机油箱材料）首次被美国Armorlite公司用作为镜片。由于其适中的折射率，高阿贝系数（58），从而在镜片行业得到了广泛的应用，并且业内通过不断地工艺优化，CR39镜片产品良率得以逐年提高（见下图）。最早开始生产CR39镜片的公司除了Armorlite之外，还有法国依视路和澳洲的苏拿光学（现蔡司光学）。

苏拿光学上世纪CR39镜片的缺陷率（来源：SOLA History网站）

CR39的特点是高阿贝数，高透明度，较强的耐磨损性能（未镀膜情况下），较低的密度（比玻璃镜片约轻一半），良好的染色性能，耐溶剂耐化学性能和耐热性能。而且因为生产工艺成熟，成本低，直到目前仍然是镜片行业内的主流材料之一。

不过，CR39材料较脆，抗冲击性能和抗张强度不如其他材料，因此不适用于无框眼镜（钻孔时镜片容易破裂），同时，它的折射率也最低，度数较高时镜片比较厚。

CR39未镀膜的耐磨损值为1.0，被用作基准

2. 1.53 Trivex

1.53 Trivex也是PPG开发的树脂材料，同样是由军事用途转民用从而用作眼镜镜片材料的。Trivex材料的质轻、抗冲击性能好是其最大特点。所以它通常被用来和PC（聚碳酸酯）镜片来比较。Trivex在具有PC片同等抗冲击性能的同时，又有着耐化学溶剂和耐划伤的优点。而且阿贝数还比PC高出14左右。

阿贝数是什么概念呢？它可以代表材料的抗色散能力，阿贝数越高，意味着同样条件下色散越轻微，具体可以参考以下示意图，其基本原理是日光在发生偏折时，不同颜色的色光具有不同的折射率，偏折能力不一导致的颜色分散。色散一般出现在镜片边缘，因为这个位置的偏折比例最大。

Trivex材料折射率较低，在视力矫正上和CR39的应用范围接近，但由于其优良的抗冲击性能，以及低密度的优势，镜片比CR39更轻薄，安全性也更好。

左：低阿贝数材料；右：高阿贝数材料

3. 1.56中折射率材料

1.56材料有几种，主流是在CR39材料中混入少量带苯环结构的组分，从而提升折射率。有一个有趣的现象：1.56在国内使用特别普遍，占比远超过CR39，与之相对的，在全球市场上，1.56占比最低。这是为什么？

其原因大概是1.56折射率较1.5稍高，被分类在“中等折射率”范畴，制造成本差不多，却可以定较高的售价。

1.56材料与1.5相比，除了折射率外，其他性能与1.5类似，而阿贝数（36）却大幅低于1.5 CR39（58），甚至也明显低于1.6（41）。所以在国际市场上，1.56不敌1.6，备受冷遇。

1.56材料和CR39在阿贝数上相差22，当度数较高时，带来的边缘色散已经不可忽略。

4. 1.59 PC材料

PC材料即聚碳酸酯材料(Polycarbonate)，是一种热塑性的塑料，折射率为1.59，具备很强的抗冲击能力，军事上可以用作防弹眼镜，防弹头盔等等。用在眼镜上，可以不用担心镜片破裂的问题，适合用做无框眼镜。而且折射率比CR39高，镜片可以做得更轻薄。但是它作为热塑性的材料，其加工性能和耐化学性能不佳，未镀膜时表面也很容易划伤，不耐磨损。此外它的阿贝数为30，和CR39相比，足足相差28！

由于1.56镜片统领市场的原因，PC镜片在国内不多见，但在国外特别是美国市场则占主流地位。除开价廉（比Trivex便宜）的优势之外，PC镜片因为抗冲击性优良，从而得以在推行强制FDA落球实验的美国市场发展壮大。

落球测试示意图

4. MR材料（1.6MR8, 1.67MR7/MR10, MR174)

MR™是日本三井化学公司开发的一系列中高折射率树脂材料，因为全系采用聚氨酯材料（MR174为环硫材料），抗冲击性能虽不如PC和Trivex，但比CR39具有明显优势，用作无框眼镜没有问题。此外，该系列材料的阿贝数适中，耐热，耐候和耐化学性能良好，所以具备很好的综合性能。除了三井之外，PPG也有高折射率的材料，但未成为主流。

MR材料家族和主要镜片厂家

5. 玻璃材料

冕玻璃是常见的玻璃镜片材料，其折射率为1.52，阿贝数为59，比CR39都要高一些。当然，从重量上来说，比CR39高出一倍的密度是它的主要劣势。事实上，除密度和抗冲击性能之外，因为玻璃微结构是规整的原子排布结构，而树脂镜片是有机分子链的无序交联结构，所以玻璃镜片的稳定性，硬度，耐磨性能均全面超越树脂，所以市场上还能见到玻璃镜片的存在。除了冕玻璃之外，玻璃材料折射率常见的还有1.7和1.8，最高可达1.9（蔡司开发的材料）。由于重量（密度）和易碎的原因，玻璃镜片目前市场占有率很低。

左：无机玻璃规整结构；右：有机树脂无序结构

镜片材料选择要点

1. 折射率和阿贝数

折射率和阿贝数经常被放到一起来对比，这可能是因为两者存在一定的反相关关系：即折射率越高，阿贝数通常来说越低。如下图所示：

镜片折射率和阿贝数的反比关系

折射率高了具体有什么好处？一般来说同等度数的镜片可以做得更薄。而阿贝数低有什么坏处？在度数较高的时候，当注视高光区域例如点光源时，在视觉边缘区容易出现色散现象（彩虹条纹）。具体可以看以下两张对比图，Trivex在镜片边缘的色散现象比PC更轻微。所以，在选择镜片材料的时候，并不是折射率越高越好，而是要看具体的需求和平衡。

Trivex(阿贝数43)的色散程度低于PC(阿贝数30)，图中镜片度数约800度

折射率越高，镜片整体越薄，也越平

2. 密度

密度是材料方面影响镜片重量的第二个关键指标（第一个指标是折射率），这是因为密度越低，镜片也就越轻。例如折射率1.67和折射率1.74的镜片，从折射率的角度来说1.74占优，但因为1.74的密度要高于1.67(1.47 vs 1.35 g/cm3), 最终镜片1.74会更薄，但在重量上区别可能并不明显。

3. 抗冲击性能

抗冲击性能和佩戴安全是直接相关的，抗冲决定了镜片对外来作用力的耐受能力，即在镜片受到撞击，或者跌落时，镜片可以保持完整的形状而不破裂，从而杜绝镜片碎片对人眼可能造成的严重伤害。在树脂镜片材料中，抗冲击性能最好的材料有PC和Trivex，可以达到防弹级别的性能。其次是高折射率材料，最差的是1.5和1.56。

除安全方面外，抗冲击性能还是影响镜片重量的第三个指标：抗冲击性能好的镜片，一般来说镜片可以做得更薄，例如Trivex的镜片，厚度最低可以到0.9 mm，低于MR8常见的厚度的1.1mm，在密度方面它也显著低于MR8 (1.11 vs 1.3 g/cm3)，所以尽管两者存在折射率上的差距 (1.53 vs 1.60)，在最终镜片重量上，也可能差不多。

4. 染色性能

染色性能表征的是染料通过浸染方式进入镜片基材的难易程度。对于太阳镜片，时尚染色镜片来说比较关键。对于非染色用作视力矫正用途的镜片来说，并没有什么意义。此外，染色性能只能在非镀膜情况下评估 - 镜片一旦镀膜后，由于表面硬度的提高，染色就变得很不容易了。在选择镜片材料的时候，染色性能可以不考虑。

5. 热稳定性

热稳定性决定了镜片材料的耐热程度，直观地来说，镜片在高温下是否能够保持其形状和尺寸稳定。镜片热稳定性不好，容易出现镜片变形或镀膜镜片膜层裂开等问题。针对膜层问开裂的问题，在常见的镜片材料中，热稳定性排序依次为：PC>MR系列>CR39/1.56/Trivex。不过，除了镜片放到车内曝晒等极限情况，一般不用过于担心热稳定性。对于将镜片放到车内的用户，知乎有一篇测试文章做了车内的对比：可以看到由于CR39材料的热膨胀系数较大，膜层开裂比MR8要严重得多。除了镜片材料外，膜层本身的设计和工艺技术水平的也有一定影响，从膜层耐久性出发，镜片材料相同的情况下，强烈建议选择主流厂家的产品。

夏天车内温度可高至90度 - 图片来源：知乎

6. 耐磨性能

在镀膜技术出现前，大家佩戴的基本都是未镀膜镜片，这个时候镜片材料表面的耐磨性能十分关键。在加硬和镀膜技术广泛应用之后，镜片表面的耐磨性能由膜层来决定，镜片材料本身的耐磨性能已经不重要了。关于镀膜的一些技术细节可以参考：蔡司钻立方铂金膜 | 豪雅唯钻镀膜。拜耳硬度是常用的评估手段。

蔡司主页钻立方的技术说明

镜片材料总结

几句话总结一下：

• 折射率越高（镜片越薄，越平），但相应地阿贝数越低（边缘色散越严重），所以轻薄也是有代价的。

• 较低的密度和优秀的抗冲击性能也能有利于镜片轻薄（典型代表Trivex）

• 材料(膜层)热稳定性：PC>MR系列>CR39/1.56/Trivex，膜层本身技术水平也会有较大影响

• 耐磨性能更多由表面膜层决定，和材料本身基本无关
  

• 非特别应用场合，玻璃镜片个人不作推荐

下面针对典型的用镜需求做一些推荐：

• 度数较低（近视400度以内，老花200度以内）
  

  这个区间内可以随便选，在这个度数区间范围内，色散不成为问题。预算较低的选择CR39（1.5折射率），需要做无框或抗冲击性能好的可以选用PC（1.59折射率）或Trivex（1.53折射率），预算高的的可以选择MR8（1.6折射率），1.56有点高不成低不就，不太推荐；MR7|MR10（1.67折射率）以及MR174（1.74折射率）价格过高，不需要也没必要。
  
  

• 度数较高（近视400到800度，老花高于200度）
  

  这个区间内建议镜片折射率在1.6到1.67之间，度数不过高的情况下首推MR8（折射率和阿贝数较好的均衡），然后是MR7 | MR10（边缘视觉可能会感受到色散）。对于近视高度数，注重轻薄的可以选择更高的折射率如MR174。
  
  

• 近视度数高于800度
  

  这个范围必须选择折射率较高的镜片，起步为MR7|MR10，然后是MR174或同等折射率的其他材料。

最后展开说一下，除开材料因素外，镜片厂家的光学设计（球面/非球/定制片等），加工方法（美薄vs非美薄），镜架镜框尺寸设计等因素都可能影响镜片的“轻薄”。不过，合适的镜片材料依然是最重要的基础条件。

材料性能汇总表