树脂眼镜片生产流程（上）

树脂眼镜片生产（上） 树脂眼镜片生产流程(上) ProfessionalTraining 树月旨日艮镜片生产流程(上) 摘要:本文以CR--39为例介绍了成镜(或现 片)和车房眼镜片从注塑到研磨成形,磨边,抛光,染 色,加硬和镀膜的生产流程.对各个工艺过程所涉及 的理论背景知识作了说明.在相关的工序中对一些重 要的检测方法进行了图文并茂的说明,也较全面地介 绍了镜片生产过程中需要注意的问题. 关键词:眼镜片;生产流程,加硬;减反射 1树脂镜片的介绍 尽管我们偶尔会看到有把天然水晶作为眼镜片的 材料的情况,但制造眼镜片的材料主要还是玻璃和树 脂两大类. 1.1玻璃镜片材料 玻璃属于无机材料,是非常特殊的不定型材料, 在常温下呈现固体,坚硬但易碎,在高温下具有粘性. 玻璃没有固定的化学结构,因而没有确切的熔点. 玻璃在高温时(1500"(2)可以被加工和铸型.玻璃材 料制成的镜片具有良好的透光性,表面抛光后更加透 明的优点. 玻璃材料按照折射率分为:标准冕牌玻璃片 (standardcrown),折射率为1.523,是传统光学镜 片的制造材料;高折射玻璃片,用于制造高屈光力镜 片.因为高折射率镜片比标准冕牌镜片更薄,外形更 美观,因此更受青睐. 玻璃镜片按照吸收属性分为:透明玻璃片,无变 色,无着色,具有良好透光性能,0-0_,吸收镜片,在 玻璃材料中混合入一些具有特殊吸收性质的金属盐后 会表现出着色的效果,例如:加镍和钴(紫色),钴和 铜(蓝色),铬(绿色),铁,镉(黄色),金,铜和硒 (红色)等等,光致变色玻璃镜片,光致变色现象是通 过改变材料的光线吸收属性,使材料对太阳光强度作 出反应.它的基本原则是使普通的玻璃(包括塑料光 致变色材料)在紫外线辐射的影响下颜色变深,以及 在周围高温的影响下颜色变淡,这两个过程是可逆的, 而且可能一直存在.这一现象是通过激活在材料中混 茹占军'谢家兴/文 合的光致变色物质的分子而完成的. 1.2树脂镜片材料 树脂属于有机材料.有机材料一般指光学树脂介 质材料,具有密度小,抗冲击,易加工,有良好的光 透射比,受热易变形,耐磨性较差等特点,依加热性 质分为两大类:热固性材料与热塑性材料. 1.2.1热固性材料 热固性材料具有加热后硬化的性质,受热不会变 形,眼镜片大部分以这种材料为主,最普遍的是CR,39. 1.2.1.1标准树脂材料:CR--39 CR-39的主要化学成分为丙烯基二甘醇碳酸酯 (AUylDiglycolCarbonate,简称ADC).它于20世 纪40'~lz代被美国化学家发现,是美国空军所研制的一 系列聚合物中的第39号材料,因此被称为CR-39.它 是一种热固性材料,单体呈液态,在加热和加入催化 剂的条件下聚合固化而成. 作为光学镜片,CR-39的折射率为1.498(接近普 通玻璃镜片),密度为1.32g/cm,色散系数为57.8, 抗冲击,光透射比为92%,可以进行染色和镀膜处理, 也非常适用于非球面镜片的生产. 七CH=--CH争七CH—CHl手 IJ CHtCHz ll 0o JJ O--.CC--O lI Il CH【lCHl——0—CHtCHl CR一39 图1CR-3O分子结构 1.2.1.2中高折射率树脂镜片材料 这些材料是通过对CR_-39进行改良后使得材料 的折射率发生改变的.这些改良方式主要是:改变原 分子中的电子结构,如引入苯环;在原分子中加入重 124中国眼镜科技杂志?9?2010 职业培训 原子,如卤素或硫. 该材料制造工艺与CR--39大体一致,镜片更轻, 更薄,密度与CR39相近(1.20,1.40g/cm),但 色散较;k(IN贝数为45),抗热性能较差. 1.2.2热塑性材料 热塑性材料具有加热后软化的性质,尤其适合热 塑和注塑,PMMA~-II聚碳酸酯(polycarbonate,PC) 就是这种材料. 1.2.2.1聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 俗称有机玻璃,是一种热塑性材料.折射率为1. 491,色散系数为57.6,光透射比在92%以上,密度 为1.19g/cm,耐老化性能较好,受热易变形,耐磨 性,对紫外线吸收作用比较差.由于这些缺点该材料 很陕就被CR--39所替代. 1.2.2.2聚碳酸酯 PC镜片为聚碳酸酯树脂镜片,是直线无定型结构 的热塑聚合体,具有很多光学性能方面的优点.该材料 抗冲击陆强,加厚后俗称防弹玻璃,抗冲击性是cR一 39的l0倍以上;耐磨;折射率高,为1.587;光透射 比也可达85%,900/0;非常轻(密度为1.20g/cm.);也 比较薄;能阻止385niT1以下的紫外线;耐高温(软化 点为140"(2);阿贝数较低(为31). 2树月旨镜片现片生产 树脂镜片的生产主要包括3部分:单体配制,模 组浇注和聚合固化. 图2所示为自动浇注机的树脂镜片浇注流程. R-一舟h—嘲^m—瞄舯 n目naf懈 l_嘲M 图2树脂镜片浇注流程 制造树脂镜片的主要原料是烯丙基二甘醇二碳酸 酯.由胶圈固定玻璃模具的相对位置,两片玻璃模具 的浇注面和胶圈内缘形成浇注形腔.镜片的前后表面 由玻璃模具成型.型腔内填充单体CR--39,经一定的 _ 1If蔽霜 ?_-_?_- -一..:_二 _ 图3CR一39镜片生产工艺图 温度和时间使液体单体发生化学反应而固化.在玻璃 模具和胶圈分离之后,便生产出所需镜片.图3)~CR- 39树脂镜片的生产工艺流程. 第一步,先将模具和和胶圈按照要求进行组合并 浇注.组合方法有两种,一是胶带法,二是密封圈法. 胶带法是采用胶带模具组合机实施,先将清洗合格的 配伍模具自动定位,然后在模具边缘用聚酯胶带自动 环绕一周即可.密封圈法则是手工将一对洗净合格的 模具,分别安装在与之对应尺寸和规格的,并且已经处 理好的密封圈两侧,密封圈则是采用可塑的,弹性较好 的耐温高分子材料进行注塑成型,一般选用EVA(聚乙 烯醋酸乙烯酯)PVC(高分子量聚氯乙烯)LDPE(低密度 聚乙烯即高压聚乙'N'~)LDPE--EVA(混合料). 图4浇注构造 0 从单体到聚合的过程中,材料会有约14%的收缩 变化,而且大概一半左右的收缩发生在材料处于液态 时.然而,更大的问题出现在另一半的收缩变化中.因 为这时的材料已经开始变得更加刚性了.对于一些边 缘和中心厚度差异大的镜片,前后模具和胶圈必须能 够弯曲以防止镜片和模具分离. 浇注时将其从密封圈注入孔注入到已装配好的玻 璃模具中,并以充满,不溢出和无气泡为准,然后在 注入孔塞上密封塞.如果是胶带密封模具,则在胶带 搭界处掀起胶带露出一定空隙. 2010?9?中国眼镜科技杂志125 ?_一一 一_|? l一 __L ProfessionalTraining 图5自动浇注机 第二步,进行第一次固化,将充填好的模具送到 固化炉(加热炉)中,同时要根据不同规格的产品,设定 不同的固化曲线(时间一温度曲线),并输入升温控制 程序,经过一定时间和加热,CR-39预聚体继续进行 聚合反应,最终由粘稠的液体聚合为透明的固体. 第三步是开模和磨边.一次固化后,将形态像"三 明治"的镜片模具组的胶带或胶圈扒掉,其次,用离 型器把一侧的玻璃模具和镜片分离开t再次,用吹枪 的压缩空气把镜片和另一玻璃模具分离;最后,分别 把镜片和玻璃模具送去磨边和清洗(或入库).扒下的胶 圈回收处理,循环使用,胶带则只能使用一次.将离 型后的树脂镜片在自动磨边机上进行磨边处理,使镜 片的边缘变得光滑,美观.为了取得更好的效果,也 有人进行抛光处理.这对于进行加硬和镀膜深加工十 分必要. 第四步,进行镜片清洗.磨边后的镜片表面由于存 在未反应的CR--39和磨削下来的固体粉末,必须进行 清洗.—般隋况都是采用清洗剂和溶剂在超声波作用下 进行多次清洗,通常使用7槽以上的超声波清洗机. 第五步,后固化.树脂镜片清洗干净后,还要进 行热固化,也称为二次固化,后固化的目的主要有两 个:一是消除内应力,二是进行表面修整(早期脱模较 轻的树脂镜片,后固化后表面凹痕可以"流平"). 第六步,检测.检测项目包括透光率,硬度,黄 色指数,浊度,抗冲击力,中心厚度等.对加硬和镀膜 片,还有钢丝绒,膜附着力,盐水煮沸等.其实还有很 多在线检测,如浇注阶段的气泡检查,开模时的模组检 查,固化时的水分检查以及磨边时的外观检查等. 检查过后的镜片如果需要加硬或减反射镀膜,则 流入下一个车间进行.对加硬和减反射镀膜,将在后 文介绍. 窖玎筚 图6表面加工流程 3车房镜片的生产流程 3.1表面加工——粕磨成型 车房镜片生产主要包括4部分:表面加工(机械 加工和抛光,主要确定镜片的度数,形状,厚度等光 学性能和外观),镜片染色(可选的产品功能)t加硬 镀膜(可选的产品功能,主要是为了增强镜片抗磨花 性能);减反射镀膜(增加镜片透光性,减小镜面效应 和虚像以及眩光影响). 首先,我们从表面加工部分介绍.图6是典型的 以CR-39为半成品的加工流程图.主要包摇订单处 理(将客户订单转化为可供车房生产的工单,可通过 手工计算,也可应用计算软件);上保护块(为了保证 镜片加工时前表面不受损害),粗,精切(镜片成型, 度数实现阶段)l抛光(实现镜片透明和高光洁度);清 洗(保证镜片清洁,无抛光液污渍),和镜片外观和度 数检查(保证镜片和处方要求一致). 126中国眼镜科技杂志?9-2010 职业培训 图7上保护块机(BJock8r) H 图8上了保护块的镜片(A:低温合金;B:保护块 H:定位孔或栓(取决于对应的磨边机);L:镜片) 下面对几个重要流程进行介绍. 3.1.1订单加工计算 对一般的镜片加工,处方中与度数相关的就有数 十个左右的参数.一些先进的眼镜生产商在计算加工 参数时还考虑了镜架的参数,这样就会有超过20个参 数.这样的计算比较复杂,所以各大镜片设备供应商 在提供磨边机器的同时也可提供这类计算软件,如德 国的萨特隆(Satisloh). 3.1.2上保护块 这个过程具有3个作用:第一,保护块有夹具的 作用,可以在磨边时与磨边机配合完成粗,精切过程; 第二,可以实现棱镜,偏心等功能,但该能力的有无 以及强弱与生产商采用的设备有很大关系;第三,可以 保护到镜片非加工的一面. 3.1.3粗,精切 该工序是实现镜片形状,度数,厚度的关键一步. 机器的精度直接决定了产品的精度.随着车床技术的 发展,抛光前镜片表面弯度(一6.00D)矢高误差小于 0.005mm,从而大大增加了镜片度数方面的准确性, 可减少报废. 这个过程有多种组A.大体有两大类.第一种,粗 切,然后粗抛(或称为粗磨更合适),最后抛光;第二 类,粗切,然后精切,最后抛光. 第一类,磨边机设备中只有一个刀座或一种粗切 (磨)刀.粗切(磨)后会经过两步抛光,预抛光和抛光. 在第二类中,镜片切割的2个过程分别有不同类 型的刀具完成.刀片一般:~JPCD(聚晶金刚石),或天 然钻石.金刚石刀具具有硬度高,抗压强度高,导热 性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加 工精度和加工效率.金刚石刀具的上述特性是由金刚 石晶体状态决定的.在金刚石晶体中,碳原子的4个 价电子按四面体结构成键,每个碳原子与4个相邻原 子形成共价键,进而组成金刚石结构,该结构的结合 力和方向性很强,从而使金刚石具有极高硬度.由于 聚晶金刚石(PCD)的结构是取向不一的细晶粒金刚 石烧结体,虽然加入了结合剂,其硬度及耐磨性仍低 于单晶金刚石.但由于PCD烧结体表现为各向同性, 因此不易沿单一解理面裂开.经过粗,精切过程,镜 片可以直接进行抛光处理而无需用粒度较大的抛光纸 进行预抛了. 图9一种粗/精切设备 图10离精度机床切镜片近景图(两种刀具类型) 2010-9?中国眼镜科技杂志127 ProfessionalTraining 图11高精度机床切镜片近景图(左,右图分别为粗切和精切过程) (未完待续) 参考文献 [1]翟佳,姚进.眼镜学.北柬人民卫生出版社,2004 [2]KelvinG.Wakefield.Bennett'sOphthalmicPrescription Work(fourthedition).Woburn(美马塞诸塞州): UnacreHouse,ReedEducationaland ProfessionalPublishingLid2000 ,C~--39树脂镜片染色工艺的研究.塑料, [5]于丽霞 2003.第63期(32卷) [4]眼镜镜片第1部分单光和多焦点镜片,GB10810. 1—2OO5 [5]Ophthalmicoptics--Uncutfinishedspectaclelenses—Part2 Specificationsforprogressivepowerlenses.ISO898O一1 2OO4 作者单位:1.卡尔蔡司光学科技(广州)有限公司 2.华南农业大学工程学院 什么情况下不能散瞳验光 散瞳验光又叫客观验光,是在验光前用散瞳药物 把瞳孔散大,使睫状肌完全麻痹,瞳孔对光反应消失, 然后进行视网膜检影或电脑验光.一般常用的散瞳眼 药水有.I2岁以下的小孩涂1%阿托品眼膏,每晚睡前 1次,连续3日;12,40岁用2%后马托品眼药水点眼, l0分钟1次,共点6次,瞳孔散大后即可验光.40岁 以后由于眼球的调节功能逐渐减弱,一般不用散瞳就 可以验光了. 散瞳验光主要用于以下情况: 1.12岁以下的小孩,由于调节作用很强,如果 不散瞳,验光度数的误差会很大; 2.某些诊断性验光,眼底及屈光间质检查均正 常,而视力较差,需要用验光的手段来排除有无屈光 不正的问题时,需散瞳验光; 3.12,40岁的屈光不正病人,原则上第一次都 要散瞳验光,第二次换镜时,如屈光度数改变不大,散 光也不明显,可根据原镜的度数进行小瞳孔验光后加 减; 4.对比较复杂的屈光不正,如度数比较大的远 (近)视散光,混合散光,高度近视,高度散光等,需 进行散瞳验光; 颜青/文 5.X-t/J',瞳孔验光后视力矫正不好或有屈光间质混 浊的病人(如玻璃体轻度昆浊),应进行散瞳验光; 6.高度远视眼,调节力也比较强,最好也散瞳验 光; 7.青少年视力减退或视力不稳定(测视力时一会 儿清楚,一会儿不清楚),怀疑为假性近视时,应当散 瞳验光,加以排除.一旦散瞳,调节作用消失,假性 近视也就恢复了. 以下情况不适合散瞳验光: I.怀疑为青光眼病人,检查发现前房浅,眼压偏 高或在正常值的高限,应当详细询问病史,明确后再 行验光; 2.青光眼病人禁忌应用散瞳验光,否则会导致眼 压升高; 3.40岁以上的人由于睫状肌调节力减弱,一般 不再散瞳验光; 4.严重的晶状体,玻璃体混浊,角膜白斑,由于 检影困难,散瞳验光也就没有意义了, 5.严重的瞳孔后粘连或前粘连,应用散瞳药后瞳 孔也不能正常散大,也没有必要散瞳验光. 128中国眼镜科技杂志?9?2010