纯色太阳镜镜片耐日光辐照性能试验研究

文/吴品思

关键字：纯色太阳镜镜片；耐日光辐照性能；光透射率相对变化

中国是眼镜生产和出口大国，2017年中国眼镜工业总产值超过285亿人民币，出口额达53亿美元。随着中国眼镜对外贸易的进一步扩大，国际市场对中国眼镜产品的质量要求也越来越高，欧盟太阳镜标准EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013和美国太阳镜标准ANSI Z80.3-2015均规定耐日光辐照性能为太阳镜产品的必检项目，要求非常严格，中国眼镜行业每年因太阳镜产品该性能指标达不到标准要求而无法出口或出口后遭受拒收、退货，蒙受巨大的经济损失。因此，系统地研究纯色太阳镜镜片的耐日光辐照性能，深入了解不同材料、不同初始光透射率范围的纯色太阳镜镜片经辐照试验后光透射率值的变化规律，对帮助太阳镜生产企业找出镜片原材料和相应初始光透射率范围的最优搭配方案，提高太阳镜产品的耐日光辐照性能，减少对外贸易损失具有非常重要的现实意义。

目前，国内外对不同材料、不同初始光透射率范围的纯色太阳镜镜片，经辐照试验后的透射率变化研究较少，尚无相关的文献报道。本研究将依据国际标准试验方法，通过测试4种典型纯色太阳镜镜片的光透射率变化规律，综合评价各种原材料的耐日光辐照性能，并尝试探究不同初始光透射率范围对同一原材料耐日光辐照性能的影响，为太阳镜生产企业寻找镜片原材料和初始光透射率范围之间的平衡提供有效的理论依据。

1 试验

1．1 材料与仪器

目前太阳镜镜片材料大多采用亚克力、CR-39、PC和尼龙等材料，本研究以这4种典型的材料对试验对象，所有试验样本均为国内常见市场的镜片产品，包括不同厂家、不同材料、不同初始光透射率的纯色太阳镜镜片，测试时均为新出厂产品。主要仪器为：分光光度计（U-4100，日立制作所，日本），水冷式日晒气候老化仪（FY4000+，温州方圆仪器，中国）。

1．2 条件和方法

试验按照EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013进行，EN ISO 12311-2013、EN ISO 12312-1-2013是太阳镜及相关装置的国际标准。具体试验条件见表1。

表1

取初始光透射率在τV＞80%范围的亚克力、CR-39、PC和尼龙试样各8片为1组，用分光光度计测试其辐照前光透射率值并记录数据，然后同时放入水冷式日晒气候老化仪中进行辐照试验，取出所有试样测试其辐照后光透射率值并记录数据，共测试5组。

更换43%＜τV≤80%、18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%、3%＜τV≤8%等不同初始透过率范围的亚克力、CR-39、PC和尼龙试样组重复上述试验，直至试样测试完毕。

1．3 数据处理

上述试验完毕后，可分别得出大量亚克力、CR-39、PC和尼龙这4种材料，在5个不同初始光透射率范围的辐照前、后光透射率值。依据EN ISO 12311-2013、EN ISO 12311.1-2013中的计算公式，由辐照前光透射率值τV、辐照后光透射率值τV’可求得光透射率的相对变化值：△τV/τV=(τV’-τV)/τV，经异常数据剔除后取每种材料在同一初始光透射率范围的5组数据平均值，进行同一初始光透射率范围的不同材料以及同种材料在不同初始光透射率范围的耐日光辐照性能分析和比较。

2 结果与分析

2．1 不同材料的光透射率相对变化

亚克力、CR-39、PC和尼龙这4种材料的试验结果见图1～图5。

图1 材料(τV＞80%)的光透射率相对变化

如图1所示，初始光透射率大于80%的亚克力、CR-39、PC和尼龙试样，在经过50h的耐日光辐照试验后，不同材料的光透射率的相对变化值差异较小，其中，亚克力试样的光透射率相对变化平均值最低，为1.12%，CR-39试样其次，平均值为1.46%。以上测试结果表明当初始光透射率大于80%时，亚克力和CR39的耐日光辐照性能均较强，亚克力稍优于CR-39。由于PC和尼龙材料目前很少用于该光透射率范围镜片的生产，在国内市场上很难找到，因此该组试验缺少PC和尼龙试样测试结果。

图2 材料(43%＜τV≤80%)的光透射率相对变化

如图2所示，初始光透射率为43%～80%的试样，在经过50h的耐日光辐照试验后，亚克力的光透射率相对变化平均值为0.51%，与该组最大值1.48%（尼龙试样）相差65%；CR-39试样其次，平均值为1.10%，尼龙试样的光透射率相对变化平均值最大，为1.48%。以上结果表明，当初始光透射率在43%～80%范围时，不同材料的耐日光辐照性能由强到弱依次为亚克力＞CR-39＞尼龙，且亚克力优势较大。由于未在国内常见市场找到该光透射率范围的PC试样，故该组试验缺少PC测试结果。

图3 材料(18%＜τV≤43%)的光透射率相对变化

如图3所示，初始光透射率为18%～43%范围时，CR-39和尼龙试样的光透射率相对变化较小，其中，CR-39的光透射率相对变化平均值最小，为0.6%，与该组最大值2.15%（PC试样）相差72%，尼龙试样其次，平均值为0.99%；亚克力和PC试样的光透射率相对变化平均值分别为1.36%和2.15%，可见初始光透射率在18%～43%范围时，不同材料的耐日光辐照性能由强到弱依次为CR-39＞尼龙＞亚克力＞PC，且CR-39优势明显。

图4 材料(8%＜τV≤18%)的光透射率相对变化

如图4所示，初始光透射率为8%～18%的试样经50h辐照试验后，不同材料之间显示出一定的差异性，尼龙试样的光透射率相对变化平均值升高到5.63%，相当于CR-39试样的5倍；PC试样也有较大变化，光透射率相对变化平均值为3.76%，亚克力和CR39试样平均值分别为1.8%和1.09%，保持在2%以内。可见该组耐日光辐照性能由强到弱依次为CR-39＞亚克力＞PC＞尼龙，CR-39优势仍然明显。

图5 材料(3%＜τV≤8%)的光透射率相对变化

如图5所示，初始光透射率为3%～8%的试样经50h辐照试验后，不同材料之间的差异更加明显，亚克力试样的光透射率相对变化平均值高达11.75%，接近CR-39试样的11倍，其中17.5%的试样测试结果超过20%（绝对值），37.5%的试样超过10%（绝对值），已经无法满足EN ISO 12311.1-2013标准对4类镜片辐照前后光透射率相对变化应小于等于10%的要求；其次是尼龙试样，其光透射率相对变化数值也非常高，25%的试样测试结果超出标准线10%的要求，平均值为9.61%；CR-39试样的光透射率相对变化平均值仍稳定地保持在2%以内，其耐日光辐照性能明显优于该组其他材料。由于未在国内常见市场找到该光透射率范围的PC试样，故该组试验缺少PC测试结果。

2．2 同一材料在不同初始光透射率的试验结果

对选取的每种太阳镜镜片材料在5个初始光透射率范围的测试数据进行统计，结果如表2。由表2可知，在耐日光辐照性能稳定性方面，CR-39高于其他3种材料，在5个不同初始光透射率范围，其辐照前后的光透射率相对变化平均值呈现非常高的一致性，且均保持在2%以内，可见该材料耐日光辐照性能的稳定性非常高；其次是亚克力，其光透射率相对变化平均值在前4个初始光透射率范围保持较高的稳定性，但在3%＜τV≤8%时陡然上升9.95%（绝对值），超出了标准线要求，表明该材料在3%＜τV≤8%时耐日光性能稳定性非常差；尼龙在不同初始光透射率范围的光透射率相对变化平均值差异较大，表明该耐日光辐照性能稳定性较差；PC的测试数据无法反映该材料在不同初始光透射率范围耐日光辐照性能的稳定性。

表2 材料在各波段的光透射率相对变化

3 结论与讨论

研究结果表明，目前常用的纯色太阳镜镜片材料CR-39，光透射率相对变化在所有初始光透射率范围都非常稳定地保持在2%以内，其耐日光辐照性能与其他材料相比具有明显优势；其次，PC的测试数据表明其在18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%这两个初始光透射率范围的耐日光辐照性能较好；尼龙材料在43%＜τV≤80%、18%＜τV≤43%这两个初始光透射率范围耐日光辐照性能较好，但在8%＜τV≤18%、8%＜τV≤18%这两个初始光透射率范围光透射率相对变化值明显升高，表明耐日光辐照性能较差；亚克力材料在前4个初始光透射率范围表现出较好的耐日光辐照性能，但在3%＜τV≤8%范围光透射率相对变化平均值高达11.75%，无法满足标准规定的小于等于10%的要求。

本研究结果为太阳镜生产企业寻找镜片原材料和初始光透射率范围之间的平衡提供了有效的理论依据，太阳镜生产企业应当根据自身产品设计、用途和定位进行原材料选择。CR-39是制作中高档太阳镜常用的镜片材料，材料质量轻，光透射率高，抗冲击性强，容易进行染色和镀膜处理，同时在所有初始光透射率范围都有很高的耐日光辐照性能，无论浅色太阳镜、遮阳镜还是特殊用途太阳镜，都可以选择CR-39作为原材料进行产品设计、研发和生产；PC也是中高档太阳镜产品可以考虑选择的原材料，PC镜片质量非常轻，强韧、耐撞击，结合PC在18%＜τV≤43%、8%＜τV≤18%这两个初始光透射率范围较好的耐日光辐照性能，特别适合制作成耐冲击要求高的运动防护型太阳镜；尼龙也是中高档太阳镜产品合适的材料，但其在8%＜τV≤18%、3%＜τV≤8%这两个光透射率范围的光透射率相对变化较大，容易导致产品耐日光辐照性能不达标，所以不推荐制作成8%～18%光透射率范围的遮阳镜及3%～8%光透射率范围的特殊用途太阳镜产品；亚克力质轻、价廉、易于成型，是制作低档太阳镜的常用材料，需要注意亚克力在前4个初始光透射率范围表现出较好的耐日光辐照性能，但在3%＜τV≤8%范围该性能变得非常差，具有很高的风险，故生产企业在产品设计时需要避开该光透射率范围，不应当制作成特殊用途太阳镜。

本研究测试样本量有限，今后还有必要进一步拓展测试材料种类和数量，同时进一步开展增加辐照时间、改变镜片加工工艺、细分初始光透射率范围等对耐日光辐照性能影响的研究。❏