純色太陽鏡鏡片耐日光輻照性能試驗研究

文/吳品思

關鍵字：純色太陽鏡鏡片；耐日光輻照性能；光透射率相對變化

中國是眼鏡生產和出口大國，2017年中國眼鏡工業總產值超過285億人民幣，出口額達53億美元。隨著中國眼鏡對外貿易的進一步擴大，國際市場對中國眼鏡產品的質量要求也越來越高，歐盟太陽鏡標準EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013和美國太陽鏡標準ANSI Z80.3-2015均規定耐日光輻照性能為太陽鏡產品的必檢項目，要求非常嚴格，中國眼鏡行業每年因太陽鏡產品該性能指標達不到標準要求而無法出口或出口后遭受拒收、退貨，蒙受巨大的經濟損失。因此，系統地研究純色太陽鏡鏡片的耐日光輻照性能，深入了解不同材料、不同初始光透射率范圍的純色太陽鏡鏡片經輻照試驗后光透射率值的變化規律，對幫助太陽鏡生產企業找出鏡片原材料和相應初始光透射率范圍的最優搭配方案，提高太陽鏡產品的耐日光輻照性能，減少對外貿易損失具有非常重要的現實意義。

目前，國內外對不同材料、不同初始光透射率范圍的純色太陽鏡鏡片，經輻照試驗后的透射率變化研究較少，尚無相關的文獻報道。本研究將依據國際標準試驗方法，通過測試4種典型純色太陽鏡鏡片的光透射率變化規律，綜合評價各種原材料的耐日光輻照性能，并嘗試探究不同初始光透射率范圍對同一原材料耐日光輻照性能的影響，為太陽鏡生產企業尋找鏡片原材料和初始光透射率范圍之間的平衡提供有效的理論依據。

1 試驗

1．1 材料與儀器

目前太陽鏡鏡片材料大多采用亞克力、CR-39、PC和尼龍等材料，本研究以這4種典型的材料對試驗對象，所有試驗樣本均為國內常見市場的鏡片產品，包括不同廠家、不同材料、不同初始光透射率的純色太陽鏡鏡片，測試時均為新出廠產品。主要儀器為：分光光度計（U-4100，日立制作所，日本），水冷式日曬氣候老化儀（FY4000+，溫州方圓儀器，中國）。

1．2 條件和方法

試驗按照EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013進行，EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013是太陽鏡及相關裝置的國際標準。具體試驗條件見表1。

表1

取初始光透射率在τV＞80%范圍的亞克力、CR-39、PC和尼龍試樣各8片為1組，用分光光度計測試其輻照前光透射率值并記錄數據，然后同時放入水冷式日曬氣候老化儀中進行輻照試驗，取出所有試樣測試其輻照后光透射率值并記錄數據，共測試5組。

更換43%＜τV≤80%、18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%、3%＜τV≤8%等不同初始透過率范圍的亞克力、CR-39、PC和尼龍試樣組重復上述試驗，直至試樣測試完畢。

1．3 數據處理

上述試驗完畢后，可分別得出大量亞克力、CR-39、PC和尼龍這4種材料，在5個不同初始光透射率范圍的輻照前、后光透射率值。依據EN ISO 12311-2013、EN ISO 12311.1-2013中的計算公式，由輻照前光透射率值τV、輻照后光透射率值τV’可求得光透射率的相對變化值：△τV/τV=(τV’-τV)/τV，經異常數據剔除后取每種材料在同一初始光透射率范圍的5組數據平均值，進行同一初始光透射率范圍的不同材料以及同種材料在不同初始光透射率范圍的耐日光輻照性能分析和比較。

2 結果與分析

2．1 不同材料的光透射率相對變化

亞克力、CR-39、PC和尼龍這4種材料的試驗結果見圖1～圖5。

圖1 材料(τV＞80%)的光透射率相對變化

如圖1所示，初始光透射率大于80%的亞克力、CR-39、PC和尼龍試樣，在經過50h的耐日光輻照試驗后，不同材料的光透射率的相對變化值差異較小，其中，亞克力試樣的光透射率相對變化平均值最低，為1.12%，CR-39試樣其次，平均值為1.46%。以上測試結果表明當初始光透射率大于80%時，亞克力和CR39的耐日光輻照性能均較強，亞克力稍優于CR-39。由于PC和尼龍材料目前很少用于該光透射率范圍鏡片的生產，在國內市場上很難找到，因此該組試驗缺少PC和尼龍試樣測試結果。

圖2 材料(43%＜τV≤80%)的光透射率相對變化

如圖2所示，初始光透射率為43%～80%的試樣，在經過50h的耐日光輻照試驗后，亞克力的光透射率相對變化平均值為0.51%，與該組最大值1.48%（尼龍試樣）相差65%；CR-39試樣其次，平均值為1.10%，尼龍試樣的光透射率相對變化平均值最大，為1.48%。以上結果表明，當初始光透射率在43%～80%范圍時，不同材料的耐日光輻照性能由強到弱依次為亞克力＞CR-39＞尼龍，且亞克力優勢較大。由于未在國內常見市場找到該光透射率范圍的PC試樣，故該組試驗缺少PC測試結果。

圖3 材料(18%＜τV≤43%)的光透射率相對變化

如圖3所示，初始光透射率為18%～43%范圍時，CR-39和尼龍試樣的光透射率相對變化較小，其中，CR-39的光透射率相對變化平均值最小，為0.6%，與該組最大值2.15%（PC試樣）相差72%，尼龍試樣其次，平均值為0.99%；亞克力和PC試樣的光透射率相對變化平均值分別為1.36%和2.15%，可見初始光透射率在18%～43%范圍時，不同材料的耐日光輻照性能由強到弱依次為CR-39＞尼龍＞亞克力＞PC，且CR-39優勢明顯。

圖4 材料(8%＜τV≤18%)的光透射率相對變化

如圖4所示，初始光透射率為8%～18%的試樣經50h輻照試驗后，不同材料之間顯示出一定的差異性，尼龍試樣的光透射率相對變化平均值升高到5.63%，相當于CR-39試樣的5倍；PC試樣也有較大變化，光透射率相對變化平均值為3.76%，亞克力和CR39試樣平均值分別為1.8%和1.09%，保持在2%以內。可見該組耐日光輻照性能由強到弱依次為CR-39＞亞克力＞PC＞尼龍，CR-39優勢仍然明顯。

圖5 材料(3%＜τV≤8%)的光透射率相對變化

如圖5所示，初始光透射率為3%～8%的試樣經50h輻照試驗后，不同材料之間的差異更加明顯，亞克力試樣的光透射率相對變化平均值高達11.75%，接近CR-39試樣的11倍，其中17.5%的試樣測試結果超過20%（絕對值），37.5%的試樣超過10%（絕對值），已經無法滿足EN ISO 12311.1-2013標準對4類鏡片輻照前后光透射率相對變化應小于等于10%的要求；其次是尼龍試樣，其光透射率相對變化數值也非常高，25%的試樣測試結果超出標準線10%的要求，平均值為9.61%；CR-39試樣的光透射率相對變化平均值仍穩定地保持在2%以內，其耐日光輻照性能明顯優于該組其他材料。由于未在國內常見市場找到該光透射率范圍的PC試樣，故該組試驗缺少PC測試結果。

2．2 同一材料在不同初始光透射率的試驗結果

對選取的每種太陽鏡鏡片材料在5個初始光透射率范圍的測試數據進行統計，結果如表2。由表2可知，在耐日光輻照性能穩定性方面，CR-39高于其他3種材料，在5個不同初始光透射率范圍，其輻照前后的光透射率相對變化平均值呈現非常高的一致性，且均保持在2%以內，可見該材料耐日光輻照性能的穩定性非常高；其次是亞克力，其光透射率相對變化平均值在前4個初始光透射率范圍保持較高的穩定性，但在3%＜τV≤8%時陡然上升9.95%（絕對值），超出了標準線要求，表明該材料在3%＜τV≤8%時耐日光性能穩定性非常差；尼龍在不同初始光透射率范圍的光透射率相對變化平均值差異較大，表明該耐日光輻照性能穩定性較差；PC的測試數據無法反映該材料在不同初始光透射率范圍耐日光輻照性能的穩定性。

表2 材料在各波段的光透射率相對變化

3 結論與討論

研究結果表明，目前常用的純色太陽鏡鏡片材料CR-39，光透射率相對變化在所有初始光透射率范圍都非常穩定地保持在2%以內，其耐日光輻照性能與其他材料相比具有明顯優勢；其次，PC的測試數據表明其在18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%這兩個初始光透射率范圍的耐日光輻照性能較好；尼龍材料在43%＜τV≤80%、18%＜τV≤43%這兩個初始光透射率范圍耐日光輻照性能較好，但在8%＜τV≤18%、8%＜τV≤18%這兩個初始光透射率范圍光透射率相對變化值明顯升高，表明耐日光輻照性能較差；亞克力材料在前4個初始光透射率范圍表現出較好的耐日光輻照性能，但在3%＜τV≤8%范圍光透射率相對變化平均值高達11.75%，無法滿足標準規定的小于等于10%的要求。

本研究結果為太陽鏡生產企業尋找鏡片原材料和初始光透射率范圍之間的平衡提供了有效的理論依據，太陽鏡生產企業應當根據自身產品設計、用途和定位進行原材料選擇。CR-39是制作中高檔太陽鏡常用的鏡片材料，材料質量輕，光透射率高，抗沖擊性強，容易進行染色和鍍膜處理，同時在所有初始光透射率范圍都有很高的耐日光輻照性能，無論淺色太陽鏡、遮陽鏡還是特殊用途太陽鏡，都可以選擇CR-39作為原材料進行產品設計、研發和生產；PC也是中高檔太陽鏡產品可以考慮選擇的原材料，PC鏡片質量非常輕，強韌、耐撞擊，結合PC在18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%這兩個初始光透射率范圍較好的耐日光輻照性能，特別適合制作成耐沖擊要求高的運動防護型太陽鏡；尼龍也是中高檔太陽鏡產品合適的材料，但其在8%＜τV≤18%、3%＜τV≤8%這兩個光透射率范圍的光透射率相對變化較大，容易導致產品耐日光輻照性能不達標，所以不推薦制作成8%～18%光透射率范圍的遮陽鏡及3%～8%光透射率范圍的特殊用途太陽鏡產品；亞克力質輕、價廉、易于成型，是制作低檔太陽鏡的常用材料，需要注意亞克力在前4個初始光透射率范圍表現出較好的耐日光輻照性能，但在3%＜τV≤8%范圍該性能變得非常差，具有很高的風險，故生產企業在產品設計時需要避開該光透射率范圍，不應當制作成特殊用途太陽鏡。

本研究測試樣本量有限，今后還有必要進一步拓展測試材料種類和數量，同時進一步開展增加輻照時間、改變鏡片加工工藝、細分初始光透射率范圍等對耐日光輻照性能影響的研究。?