光學(xué)高分子材料及其性能介紹

無定型聚合物的韌性主要與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。主鏈上酯鍵、醚鍵、碳-碳鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，因而材料具有較好的韌性，如PC是光學(xué)塑料中抗沖擊性能最好的材料;帶有較大側(cè)基的聚合物(如PVC, PMMA, PS等)，因主鏈上可以自由旋轉(zhuǎn)的基團較少或旋轉(zhuǎn)時不對稱，因而韌性相對較差[44] 。

硬度是衡量材料表面抵抗機械壓力的能力，可定義為：材料對形變（特別是永久形變）、壓痕或刻痕的抵抗能力。對于透明塑料材料，特別是光學(xué)樹脂的硬度通常可以采用鉛筆硬度。

耐磨性與結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。交聯(lián)樹脂比未交聯(lián)樹脂耐磨性顯著提高，如用于制造眼鏡片的CR-39樹脂、KT-153樹脂都是交聯(lián)樹脂。光學(xué)樹脂硬度較低、表面易被擦傷這一缺點現(xiàn)在已經(jīng)很容易克服，采用表面增強技術(shù)(如涂覆耐磨材料、真空鍍膜等)，可以使樹脂的表面硬度和光學(xué)玻璃一樣優(yōu)良。

高聚物的耐熱性主要是指聚合物受熱下的變形，高聚物的耐熱性主要指玻璃化溫度、軟化溫度等。有機玻璃在玻璃態(tài)下使用，而超過這個溫度將變?yōu)楦邚棏B(tài)或黏流態(tài)，此時即使受到較小的力也會產(chǎn)生較大的形變而不能保持其外形尺寸。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是在恒定的較小負荷下測得的溫度形變曲線上發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變較窄溫度范圍的中間值。在實際使用中，高聚物總是處于受力的情況下，因此不是以靜態(tài)的玻璃化溫度作為耐熱溫度，而是測量高聚物在一定外力下達到一定形變值時的溫度作為耐熱溫度，常用的有馬丁耐熱溫度、維卡軟化溫度及熱變形溫度。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是聚合物材料的一種普遍現(xiàn)象，它是一種聚合物材料使用的上限溫度，因此玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是聚合物的一個非常重要的性能指標(biāo)。玻璃化轉(zhuǎn)變的實質(zhì)是鏈段運動隨溫度的降低被凍結(jié)或隨溫度的升高被激發(fā)的結(jié)果。在玻璃化轉(zhuǎn)變前后分子的運動模式有很大的差異。因此，當(dāng)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時，其物理和力學(xué)性能必然有急劇的變化。除形變和模量外，聚合物的比熱容、比容積、熱膨脹系數(shù)、折射率和介電常數(shù)等都表現(xiàn)出突變或不連續(xù)的變化。因此，根據(jù)這些性質(zhì)上的變化，可以對聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變進行實驗測量。常用的測定聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的方法有靜態(tài)熱機械法 TMA（如膨脹計法、溫度形變曲線法等）、動態(tài)力學(xué)測量法DMA（如扭辮法和扭擺法等）、熱力學(xué)方法（如示差掃描量熱法DSC或差熱分析法DTA）等。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）可直接反映出聚合物耐熱性的高低，Tg的高低與聚合物的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。在聚合物材料中，鏈的剛性越大，Tg越高；使體系交聯(lián)也可提高耐熱性。#p#副標(biāo)題#e#聚合物的熱穩(wěn)定性是其實際應(yīng)用中的一個重要性質(zhì)。通常隨著溫度的升高，聚合物都會發(fā)生從玻璃態(tài)、高彈態(tài)到黏流態(tài)的力學(xué)變化，最后聚合物會在溫度達到一定程度分解，從而破壞聚合物。聚合物的分解溫度就是其熱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。熱失重法（TG）是目前最常用的一種表征聚合物分解溫度的方法，即在程序升溫的環(huán)境中（空氣或氮氣氛圍），測試試樣的質(zhì)量對溫度的依賴關(guān)系。熱失重法的基本原理：聚合物在溫度的作用下，隨溫度的升高，會發(fā)生相應(yīng)的變化，如水分蒸發(fā)，失去結(jié)晶水，低分子易揮發(fā)物的逸出，物質(zhì)的分解和氧化等。若將物質(zhì)的質(zhì)量變化和溫度變化的信息記錄下來，就可得到物質(zhì)的質(zhì)量溫度的關(guān)系曲線，即熱失重曲線。用熱失重法可求得質(zhì)量和質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系，求質(zhì)量變化速率與溫度的關(guān)系，則需將質(zhì)量對溫度求導(dǎo)，即微商熱重法（DTG），描述質(zhì)量變化速率的曲線即為微商熱重曲線。

不同的應(yīng)用要求光學(xué)高分子材料的其他特性要求，如耐化學(xué)品性能、電性能等等，這里就不一一敘述�？傊�，高分子材料正在光學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。同時由于與國際水平的較大差距，值得各位同仁共同努力，提高基礎(chǔ)開發(fā)及應(yīng)用的水平。