Нейлоновые линзы для солнцезащитных очков

Очковые оправы из нейлона, или полиамида-6,6

Немного истории

Из-за нехватки кадров в период Первой мировой войны Уоллесу Хьюму Карозэрсу (1896–1937), студенту колледжа Таркио, было поручено руководить кафедрой химии. Позднее он добился должности профессора в Гарварде, а в дальнейшем был приглашен в исследовательский центр гиганта химической индустрии США – компании «Дюпон». Именно там им и был создан суперполимер нейлон (nylon), который не только произвел революцию в текстильной промышленности, но и стал первым из бесчисленного семейства полимерных материалов. Новинка была запатентована под названием nylon – «нейлон» (согласно некоторым источникам, в названии заложены первые буквы города New York). Карозэрсу не удалось увидеть успех нейлона, этого первого «синтетического шелка», который не только стал заменой шелку в производстве чулок, но и нашел широкое применение в промышленности: в апреле 1937-го в состоянии депрессии он совершил самоубийство.

Вначале из нейлона изготавливали рыболовные сети и парашюты, а затем одним из самых массовых его применений стало его использование в производстве чулочно-носочных изделий и других видов одежды. В 1939 году компания «Дюпон» построила свой первый завод по производству нитей из полиамида-6,6, а к концу того же года первая партия чулочных изделий поступила в продажу. В течение 1940–1941 годов производство нитей из полиамида-6,6 было расширено и затем появилось в Италии и Великобритании.
С тех пор эта продукция пользуется широким спросом. Нити из полиамида-6,6 и сегодня широко используются как в текстильной промышленности, так и в производстве технических изделий. Нейлон – прочное, эластичное, устойчивое к истиранию, изгибу и действию многих химических реагентов полиамидное синтетическое волокно – к настоящему времени вошел в каждый дом. О важности этого изобретения свидетельствует тот факт, что изобретение нейлона многими источниками называется одним из важнейших научных открытий XX века.

Химические свойства

Полиамид-6,6 относится к полимерам. Как известно, полимеры (от греч. polymeres – состоящий из многих частей, многообразный) – это химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся групп (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
К полиамидам (ПА) относятся как синтетические, так и природные полимеры, содержащие амидную группу –СОNH2 или –СО–NН–. Из синтетических полиамидов практическое значение имеют алифатические и ароматические ПА. Алифатические ПА являются гибкоцепными кристаллическими (Скр = 40–70%) термопластами; молекулярная масса 8–40 тыс., плотность 1010–1140 кг/м3, температура плавления (кристалличности) 210–260 °С; расплав обладает низкой вязкостью в узком температурном интервале. ПА – гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает нескольких процентов (в отдельных случаях до 8%) и существенно влияет на прочность и ударную вязкость. Комплекс свойств ПА зависит от химического строения, определяемого соотношением амидных и метиленовых групп, количественно отражаемым числовым индексом марок (ПА-6,6; ПА-6,10).

Полиамиды относятся к термопластичным материалам, то есть после формирования они могут быть расплавлены и снова сформованы. Это свойство является очень существенным для применения полиамидов в самых разных отраслях экономики, в том числе и в производстве оправ. Полиамиды (PA, Nylon) – наиболее широко применяемый класс конструкционных термопластичных материалов.

Обработка и использование

Перерабатываются полиамиды литьем под давлением, экструзией, прессованием. Такая «многовариантность» обработки достаточно давно сделала возможным использование этого материала в производстве оправ и солнцезащитных очков, где применяются вышеуказанные способы обработки термопластичных материалов.

Полиамиды являются одними из лучших конструкционных и антифрикционных полимерных материалов. Высокие физико-механические свойства, устойчивость к действию углеводородов, органических растворителей, масел, щелочей, солнечной радиации, низкий коэффициент трения, составляющий в условиях граничной смазки 0,04–0,08, а также способность перерабатываться в изделия всеми известными методами сделали эти термопласты незаменимыми в машино- и приборостроении, в бытовой технике и в качестве заменителей сплавов цветных металлов. К недостаткам алифатических полиамидов относится значительное снижение физико-механических характеристик во влажной среде. Полиамид-6,6 занял исключительное положение среди различных видов полиамидных полимеров благодаря удачному соотношению «цена–свойства». Для полиамида (нейлона) характерны высокие темпы роста потребления, особенно в ключевых секторах его использования, таких как автомобильная промышленность и электроника.

Полиамид-6,6 в очковой оптике

Полиамид-6,6, или нейлон, используется как базовый материал для производства оправ. Особенно часто к нему обращаются при изготовлении спортивных очков, поскольку он сочетает в себе гибкость и прочность. Благодаря этим свойствам он нашел применение и при производстве очков, относящихся к категории «фэшн», в которой в последние годы используются многие технологии спортивной индустрии.

Преимущества материала:

• Отличные противоударные свойства.
• Хорошие механические свойства. Эластичность полиамида-6,6 выше, чем у ацетата целлюлозы, он меньше снашивается и на 15% легче его.
• Его прозрачность позволяет добиться особого блеска и оригинальных цветовых эффектов.
• Тенденция к высыханию, вследствие чего материал становится хрупким.
• Ограниченные возможности окрашивания в массе.
• Чувствительность к воздействию ультрафиолетового излучения (желтеет).

Недостатки материала:

Полиамид-6,6 используется во многих коллекциях ведущих мировых производителей. Особенно его употребление выросло в последние годы — в связи с ростом популярности оправ и солнцезащитных очков из пластмассы.

Источник

Солнцезащитные линзы: материалы и их свойства

Современные солнцезащитные очки привлекательны, популярны и многофункциональны: они могут защитить глаза от вредного воздействия ультрафиолетового излучения, уменьшить влияние блеска на глаза от различных окружающих нас поверхностей и величину достигающего глаз светового потока, а кроме того, они придадут внешности пользователя очков модный, изысканный вид. Но они продолжают изменяться — ведь разрабатываются все новые технологии и материалы, которые улучшают не только защитные, но и оптические свойства солнцезащитных очков.

Немного из истории солнцезащитных очков

Приспособления для защиты глаз от избыточного солнечного света были известны давно. Иннуиты и тунгусы использовали маски с узкими прорезями на протяжении столетий. В Китае применение очков из затемненного кварца отмечено еще в XII веке; правда, эти очки не могли корригировать зрение или защищать глаза – они предназначались для маскировки выражения глаз судей во время судебного процесса. В XVIII веке изобретатель Джеймс Эйскоу (James Ayscough) впервые провел эксперименты с установкой окрашенных линз в очки, предположив, что линзы зеленого или синего цвета могут помочь решить некоторые проблемы зрения. Интересно, что у композитора Н. А. Римского-Корсакова (1844–1908) имелись очки с линзами синего цвета со светопропусканием 48–49% в видимой области солнечного спектра.*

Однако как средство защиты от избыточного солнечного излучения солнцезащитные очки стали изобретением XX века. Первые солнцезащитные очки появились на рынке США в 1929 году, когда предприниматель Сэм Форстер (Sam Forster) наладил их массовое производство. Он продавал такие очки в универмаге «Вулворт» в Атланте, и они стали очень востребованы у отдыхающих на пляже. Так родился первый бренд солнцезащитных очков Foster Grant. Звезды Голливуда активно пользовались этими очками, чтобы остаться неузнанными на публике, а также для маскировки тех или иных недостатков своей внешности.

Появление фотографий знаменитых актеров и актрис в солнцезащитных очках привело к дальнейшему росту их популярности у широких слоев населения. Сэм Форстер первым привлек известных актеров кино к рекламе новых моделей очков. В 1930-е годы появились первые солнцезащитные очки, предназначенные для различных видов деятельности на открытом воздухе. Компания Bausch + Lomb разработала специальные солнцезащитные очки для защиты пилотов от ослепления. Это были очки с линзами серо-зеленого цвета (фильтр G-15), отрезающие ультрафиолетовое и инфракрасное излучения при сохранении цветопередачи видимого спектра. Очки были установлены в крупную оправу специального дизайна, обеспечивающую широкое поле зрения, а также дающую возможность опускать взгляд сквозь линзу на приборную панель. Они появились на рынке в 1937 году и получили название «Ray-Ban Aviator».

Однако рынок солнцезащитных очков находился в состоянии застоя вплоть до 1970-х годов, пока владелец марки Foster Grant не начал широкую рекламную кампанию с привлечением звезд Голливуда, которая стимулировала потребность широких слоев населения в ношении солнцезащитных очков.**

Материалы для очковых линз

Свойства материала, из которого изготовлены очковые линзы, оказывают огромное влияние на их функциональность, определяя многие характеристики и преимущества. Следует отметить, что на протяжении многих лет к линзам солнцезащитных очков предъявляли менее строгие требования, чем к корригирующим линзам. Так, в СССР солнцезащитные очки считались галантерейным товаром, а нормативно-техническая документация регламентировала только показатель их светопропускания, не предъявляя требований к другим оптическим и физико-механическим свойствам.

В настоящее время существует ряд материалов, пригодных для производства солнцезащитных линз: это традиционные пластмассы (CR- 39), минеральное стекло, поликарбонат, высокопреломляющие пластмассы, полиметилметакрилат (ПММА), а также некоторые материалы более сложного строения типа полиуретанов (трайвекс, NXT). Сравнительные свойства этих материалов приведены в табл. 1***.

Анализируя свойства линз для солнцезащитных очков, можно отметить, что современные органические очковые линзы не уступают минеральным по оптическим свойствам и при этом значительно превосходят их по легкости и устойчивости к ударным нагрузкам. Технология нанесения оптических покрытий позволила органическим линзам приблизиться к минеральным по устойчивости к образованию царапин. Модные в настоящее время прилегающие солнцезащитные очки производятся только на основе органических линз, хотя минеральные очковые линзы по-прежнему используются некоторыми производителями. Понимание свойств различных материалов для изготовления очковых линз значительно облегчит потребителю поиск солнцезащитных очков, в которых будет найден оптимальный баланс оптических свойств, комфорта и защиты от солнечного излучения. Рассмотрим более подробно основные свойства линз.

Легкость и комфорт очковых линз

В исследовании «Vision Watch», проведенном совместно компанией Jobson Medical Information и Советом по зрению США (Vision Council), были определены свойства, которые покупатели очков считают наиболее значимыми для очковых линз (рис. 1****).

Как свидетельствуют результаты исследования, наиболее значимыми для пользователей очков являются такие параметры, как легкость и устойчивость к царапинам. Малый вес линз считают наиболее важным свойством качественных очков 36,1% участников исследования. Этот показатель зависит от таких параметров, как данные рецепта, размер и форма светового проема оправы, минимальная толщина линз по центру и по краю, а также удельный вес материала линз. Чем меньше удельный вес, тем легче и комфортнее будут линзы для пользователя. Конечный вес линз определяется объемом обработанных по контуру линз и удельным весом материала.

Использование материалов, устойчивых к ударным нагрузкам, позволяет уменьшить толщину линзы по центру и по краю, что приводит к уменьшению ее толщины в целом. Применение материалов с более высоким показателем преломления также способствует утончению линзы, однако удельный вес этих материалов больше, чем у традиционных пластмасс, поэтому реальное уменьшение толщины может не обязательно привести к снижению веса линз (см. табл. 1). Солнцезащитные линзы из NXT или трайвекса могут быть изготовлены с толщиной по центру всего 1,0 мм (для отрицательных рефракций), что делает их оптимальным выбором в случае невысоких степеней аметропии в диапазоне от +3,00 до –3,00 дптр. Для более высоких рефракций можно применять линзы из поликарбоната или высокопреломляющих материалов с хорошими физико-механическими свойствами или те, в составе покрытий которых имеется специальный, предварительно нанесенный слой, увеличивающий устойчивость к ударным нагрузкам.

Оптические свойства линз

Долгое время считалось, что оптические свойства солнцезащитных линз, а в особенности афокальных, менее значимы, чем корригирующих. Однако, как показывает практика, это не так. Каждый вид деятельности на открытом воздухе – будь то занятия спортом или хобби, выполнение профессиональных обязанностей – требует четкого и комфортного зрения в любой ситуации. Солнцезащитные линзы высокого оптического качества способствуют формированию четкого изображения при взгляде через всю поверхность линзы. Качество зрения определяется дизайном поверхностей линз, числом Аббе, а также оптической однородностью материала.

Число Аббе является параметром, во многом определяющим качество оптического действия линз. Для корригирующих линз, вне зависимости от того, являются они солнцезащитными (светопоглощающими) или бесцветными, справедливо утверждение, что чем больше значение числа Аббе, тем более четким является изображение при взгляде через периферийные зоны. Для материалов с низким значением числа Аббе характерно появление внеосевой хроматической аберрации, которая увеличивается с возрастанием оптической силы линз и расстояния от оптического центра. Хотя большинство пользователей очков не замечают этого явления или же быстро привыкают к нему, следует понимать, что увеличение четкости и контрастности поможет улучшить зрительное восприятие у всех. Если сравнивать линзы одинакового дизайна, то нужно иметь в виду, что линзы из материала с числом Аббе выше 40 обеспечат более четкое зрение в периферийных зонах.

На качество изображения оказывают влияние такие параметры, как оптическая гомогенность линз и мутность материала. Гомогенность линз существенно зависит от способа их производства, а мутность определяется свойствами материала линз. На конференции MAFO- 2010 сотрудник компании Acomon AG (Нидерланды) Виллем Бос (Willem Bos) в докладе «Материалы для солнцезащитных очковых линз» привел данные об оптической однородности и мутности материалов, применяемых для изготовления солнцезащитных линз (табл. 2). И то и другое, по данным Боса, более заметны при интенсивном солнечном излучении, а четкое зрение способствует меньшему напряжению глаз даже при избыточной яркости света.

Защита от ультрафиолета. Какие линзы предпочесть?

Очки с солнцезащитными линзами предназначены для ношения на открытом воздухе при ярком солнечном свете. Большинство пользователей очков убеждены, что солнцезащитные линзы помогают им при этом не жмуриться, хорошо видеть и хорошо выглядеть. Оценить степень защиты и комфорта солнцезащитных очков по уменьшению ими достигающего глаз светового потока человек в принципе может сам, но он не может самостоятельно проверить, насколько эти очки защищают его глаза от ультрафиолетового излучения солнечного спектра. Стопроцентное отрезание ультрафиолетового диапазона, согласно результатам, полученным учеными, имеет принципиальное значение для поддержания долговременного здоровья органа зрения.

Светопропускание линз в ультрафиолетовом диапазоне солнечного излучения зависит от собственного светопоглощения материала (так, присутствие ароматических составляющих в его структуре обеспечивает сильное поглощение им УФ-излучения), наличия специального вещества – УФ-абсорбера – и его концентрации. Следует иметь в виду, что линзы из традиционных пластмасс (в частности, из CR- 39) блокируют большую часть УФ-диапазона, но для стопроцентного его отрезания необходима дополнительная обработка с применением УФ-абсорберов. Линзы из таких материалов, как поликарбонат, трайвекс, высокопреломляющие пластмассы, обеспечивают стопроцентное отрезание ультрафиолета, поэтому дополнительная обработка с применением абсорберов не нужна.

Ударная вязкость, прочность и долговечность очковых линз

В США согласно требованиям FDA (U.S. Food and Drug Administration – Управление США по контролю за качеством пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств) все линзы, как бесцветные, так и солнцезащитные, в том числе корригирующие и афокальные, должны выдерживать тест на испытание стальным шариком весом 16 г, падающим с высоты 127 см (ANSI Z87.1–2003). При прохождении этого теста линзы не должны растрескиваться, разбиваться, мутнеть и претерпевать иные изменения. Считают, что линзы, успешно прошедшие этот тест, обладают устойчивостью к ударным воздействиям и обеспечивают необходимую защиту пользователям очков. В странах Европы параметр ударопрочности не регламентируется, однако производители очковых линз обязательно указывают характеристики ударопрочности новых материалов и линз. Так, в уже упоминавшемся докладе Виллема Боса были приведены данные, согласно которым линзы из поликарбоната, NXT, полиамида и MR- 8 выдерживают испытания на ударопрочность без изменений внешнего вида, а линзы из CR- 39 повреждаются, хотя и не так сильно, как минеральные линзы.

Многие производители очковых линз считают также обязательным испытания своего продукта на изгиб и устойчивость к образованию трещин, которые предопределяют возможность использования линз в современных прилегающих очках, а также имитируют воздействия на них в процессе сборки и последующей эксплуатации. Испытания линз на прочность под давлением проводят по-разному. Так, на заводе Matsushima компании Seiko физико-механические свойства линз, которые очень важны для сборки линз в оправы с креплением их на винтах, проверяют испытанием на деформацию под воздействием груза 30 кг в течение определенного времени.

На рис. 2***** показаны микротрещины, которые возникают в поликарбонатных линзах, установленных в оправу с их креплением на винтах, в случае нарушения правил сверления и сборки.

Прочность и долговечность очковых линз оказывают существенное влияние на функциональность солнцезащитных очков. Современные технологии, предусматривающие более высокую фронтальную кривизну оправ и линз, сложные методы их установки в очки, подразумевающие сверление, нарезание паза, снятие острого края фацета, предъявляют к современным солнцезащитным линзам более высокие требования. Использование для изготовления очков как рецептурных, так и афокальных солнцезащитных линз с улучшенными физико-механическими свойствами позволит обеспечить их трамобезопасность.

Таблица 1
Свойства очковых линз в зависимости от материалов

NXT, трайвекс

CR- 39 (традиционные пластмассы)

Поли-
карбонат

Высоко-преломляю- щие пластмассы

Ударопрочность по тесту согласно стандарту США (ANSI Z87.1-2003)

Проходят только при зака- ливании или увеличении толщины

Проходят только при увеличении толщины

Устойчивость к растрескиванию под напряжением

От хорошей до средней (в зависимости от марки и произ-водителя)

Источник