什么是透明树脂？各类型的物性与光学用途选型方法

透明树脂是对能以高比例透过可见光波段光线的塑料的总称。其应用范围广泛，从设备外壳到智能手机摄像头镜头都有涉及，但透明度高并不直接等同于具备光学部件的适用性。本文将基于一手资料数值梳理其物性，并进一步说明光学用途中的选型标准。

📌 三行速览摘要

不存在“透过率○%以上”这一官方阈值定义，判断标准应为各用途的要求值

透明与否几乎取决于分子排列是无序（非结晶性）还是规则（结晶性）

光学用途中仅凭透过率并不充分，还需综合评估折射率、阿贝数、双折射及耐热性

什么是透明树脂？

透光性良好的塑料总称

透明树脂是对能良好透过可见光的塑料的总称。丙烯酸树脂（PMMA）的全光线透过率为92%，超过同一资料中玻璃的90%（旭化成Delpet，ISO 13468-1）。

不存在“透过率○%以上”这一定义

“全光线透过率80%以上即为透明树脂”这一说法广为流传，但无论JIS、ISO还是行业团体均未对此设定阈值定义。JIS K 7361-1:1997是规定测定方法的标准，并非用于设定合格判定基准。

即便同为90%这一数值，在标牌用途中已经足够，但用于镜头用途则可能不足，由此可见，判断标准并非阈值，而是各用途的要求值。

全光线透过率与雾度是不同的指标

全光线透过率：入射光通量中透过光通量所占的比例。JIS K 7361-1:1997（依据ISO 13468-1）

雾度（浑浊度）：透过光中扩散成分所占的比例。JIS K 7136:2000（依据ISO 14782）

即使透过率相同，外观清晰度也不一定一致。COC（环烯烃共聚物）光学级产品透过率91%时雾度在0.5%以下，而普通级产品在同为91%透过率的情况下雾度可达2～3%。

树脂变透明的原理

非结晶性树脂因分子无序排列而能透光

非结晶性树脂是指高分子链不具备长程有序、以无规则状态固化的树脂。与玻璃相同，由于不存在结晶晶界，可见光得以在不发生散射的情况下透过。PMMA、聚碳酸酯（PC）、PS、COP均属此类。

结晶性树脂会在晶粒边界处发生散射

结晶性树脂呈现出结晶相（部分高分子链规则排列）与非结晶相共存的结构。由于两相间折射率不同，光会在其界面发生散射，从而产生浑浊现象（河合宏政，《光学用塑料材料》，《光学》24(2)，1995）。

作为例外，聚甲基戊烯（PMP/TPX）虽属结晶性，但由于其结晶相与非结晶相的折射率接近，因此呈现出透明性（河合1995）。

主要透明树脂的种类与物性比较

以表格形式展示的主要透明树脂

以下仅列出基于一手资料的数值。

出处：旭化成Delpet、河合1995、三井化学APEL、日本瑞翁光学级物性数据、Iupizeta® EP产品信息

表格注释

全光线透过率的测定标准在ISO 13468-1、JIS K 7361、ASTM D1003之间并不统一，厚度条件也不一致，因此无法进行严格的横向比较。

COP的阿贝数（※）为河合1995中的数值。

由于一手资料尚未确认，因此排除了PET、PETG及透明聚酰胺。表中的“—”表示未公开项目。

不同牌号之间数值也会有所差异（COP的折射率实测值为1.51～1.53，岛津制作所）。设计时需以所用牌号的TDS进行确认。

各树脂的特性

PMMA：在树脂中透明度居于首位，河合1995将其誉为“塑料女王”。其弱点在于饱和吸湿率高达2.0%。

PC：抗冲击性能远超其他树脂，IZOD冲击值方面PC为650 J/m，而PMMA与PS均为20 J/m，相差达32倍（三井化学，ASTM D256）。

PS、SAN、PVC：价格低廉，但在双折射及耐热性方面不适合精密光学应用。

COP、COC：吸水率低于0.01%，Tg分布范围也较广，为122～155℃。

关于吸水率，我们在相关文章中也有详细说明。

按用途选择透明树脂

展示与保护类用途

在以确保可视性和保护内容物为目的的用途中，透过率、抗冲击性、成本及耐候性是选型的决定因素。

PMMA用于利用全反射的照明与外观设计部件，PC则用于薄型导光板或需要高抗冲击性的部件。

精密光学用途

对镜头及传感器周边部件而言，除透明性外，还需具备成像性能。

相关领域包括智能手机摄像头、XR（AR/VR）眼镜、车载摄像头、HUD及光通信部件等。已公开的应用案例显示，智能手机及车载摄像头镜头、HMD、HUD等采用了COC光学级产品。

选型流程

将用途的要求值加以数值化（透过率、使用温度、尺寸公差等）

通过全光线透过率与雾度进行初步筛选

根据耐热性、吸水率、抗冲击性、成本缩小候选范围

如为光学用途，则进一步通过折射率、阿贝数、双折射做出决定

光学用途需关注的4项物性

折射率——光线弯曲程度的度量

折射率是表示光线入射介质后传播方向变化多少的物性值。

空气约为1.0，水为1.3，常见PC约为1.58。折射率越高，越能以更薄的镜头获得相同的光学效果。

关于折射率，我们在相关文章中也有详细说明。

阿贝数——决定色差的因素

阿贝数是表示因波长不同而产生的折射率差异，即色散程度的数值。数值越小，不同波长间的折射率差异就越大。

折射率与阿贝数之间存在此消彼长的关系，难以同时提高两者。折射率较高的PS（1.592）与PC（1.584）阿贝数均为31，而折射率较低的PMMA（1.492）与PMP（1.466）则分别为58和61（河合1995）。

设计中会反向利用这一权衡关系，通过组合高色散材料与低色散材料来抵消色差。

关于阿贝数，我们在相关文章中也有详细说明。

双折射与光弹性系数——看不见的形变会降低画质

双折射是指光线穿过各向异性物质（即性质因方向而异的物质）时，依偏振方向分为两条折射光线的现象。成型过程中高分子链发生取向即会产生这种状态，导致图像模糊，并使依赖偏振的设备画质下降。由于该现象不会体现在透过率数值上，因此是容易被忽视的物性。

以PMMA为1时，各树脂成型品双折射的相对值为：PMMA 1、PC 8、SAN 15、PS 20（河合1995）。

另一项指标是光弹性系数，表示在应力作用下双折射产生的难易程度。PMMA为−6，PC为90（×10⁻¹³ cm²/dyne，河合1995）。由于正负号仅表示方向，比较强度时应取绝对值，PC对应力的敏感程度约为PMMA的15倍。

因此，PC即便在耐热性与抗冲击性方面表现优异，也难以用于精密镜头。低双折射设计也在推进中，已公开的案例显示，COC光学级产品可将双折射抑制在20nm以下（实测条件为65×35×3mm厚方板中心Φ25处）。

关于双折射，我们在相关文章中也有详细说明。

耐热性与吸水性——环境变化会改变光学性能

耐热性的指标是玻璃化转变温度（Tg），超过该温度树脂会软化，无法维持镜头形状。热变形温度方面，PMMA为100℃，PC为130℃（河合1995）。

吸水会引起尺寸变化，并影响折射率。饱和吸湿率方面，PMMA为2.0%，PC为0.4%，COP系列低于0.1%（河合1995）。同一文献还给出了实测数据，显示焦距会随湿度变化而波动。

关于相关指标，以下各篇文章均有详细说明。

什么是玻璃化转变温度 Tg？ / 什么是线膨胀系数CTE？

兼顾高折射率与低双折射的Iupizeta® EP

Iupizeta® EP的定位

三菱瓦斯化学的Iupizeta® EP是一款用于光学用途的特殊聚碳酸酯树脂。

其折射率区间为1.616～1.671，高于普通PC的1.58。在折射率上升则阿贝数下降的权衡关系下，其阿贝数为19.2～25.8，玻璃化转变温度 Tg 为140～145℃。官方网站将高折射率、低双折射、高耐热性列为其特点。

关于Iupizeta® EP的详细信息，请参见下方链接。

预期用途

官方公布的主要用途共有3个领域。

智能手机：实现摄像头镜头薄型化与画质提升

XR（AR/VR）：兼顾广视角与佩戴舒适性

车载摄像头：凭借耐热性抑制镜头形状与光学物性的变化

总结

选型思路

透明树脂并不存在“透过率○%以上”这一官方定义，实务中的原则是根据用途的要求值进行判断。展示与保护类用途中，凭借透过率、耐热性、抗冲击性及成本即可完成选型；而光学用途在此基础上，还需进一步考虑折射率、阿贝数、双折射、耐热性与吸水性等选型标准。

关于Iupizeta® EP

Iupizeta® EP是三菱瓦斯化学面向光学用途的特殊聚碳酸酯树脂，提供折射率1.616～1.671、阿贝数19.2～25.8、Tg 140～145℃的牌号。

如需咨询牌号选型或申请样品，欢迎通过官方网站的咨询表单随时与我们联系。

Iupizeta EP官方网站

本文中部分图片与文字使用了生成式AI辅助制作。