專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)產(chǎn)品的擠出－壓力成型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)模壓制造光學(xué)產(chǎn)品例如眼鏡片，特別是使用連續(xù)擠出-壓力成型法制造塑料透鏡，由此將聚合物熔體由擠出機(jī)或熔融設(shè)備供給一系列按順序加工的壓模，通過(guò)擠壓模具而形成透鏡，使透鏡與模具脫開(kāi)并將模具再循環(huán)到加工過(guò)程的熔體供給步驟中。
背景技術(shù)：
多年來(lái)已經(jīng)使用熱塑性和熱固性聚合物的直接壓力成型來(lái)制造塑料光學(xué)產(chǎn)品如透鏡?；旧险f(shuō)，壓力成型法使用填充的粉末或預(yù)成型的材料，而且產(chǎn)品是通過(guò)將材料添加到模具、閉合模具并在升高溫度下壓緊模具而形成的。模具通常是由形成模具或模具組的下模與上模組成的。在熱塑性透鏡制造的成型過(guò)程中，材料與模具被加熱到預(yù)定的溫度以軟化材料，對(duì)模具施加壓力在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)使其達(dá)到預(yù)定的腔容積，同時(shí)過(guò)量的材料從模具中被擠出。然后冷卻模具，打開(kāi)，并從其中取出產(chǎn)品。然而，此方法在商業(yè)上缺乏吸引力。因?yàn)樗鼤r(shí)間周期長(zhǎng)、能量利用率低，它與注射成型法相比經(jīng)濟(jì)效益差。直接注射成型法通常是模壓熱塑性材料的更快和更有效的方法。
然而，在成型諸如負(fù)光焦度Rx透鏡的光學(xué)產(chǎn)品情況中，慣用的注射成型法存在許多嚴(yán)重的操作問(wèn)題。這些類(lèi)型的透鏡具有中央比邊緣薄的截面，而且此特征是使直接注射成型非常困難，特別是當(dāng)熔體的粘度高時(shí)。一般說(shuō)來(lái)，因?yàn)樵谀＞咔坏妮^厚截面處阻力較小，故被注射到模具中的熔體首先趨于充填模具的邊緣，在充填模具腔的大部份的邊緣區(qū)之后，熔體本身再改向模具腔的中央較薄區(qū)域。由于縮短時(shí)間周期的需要注射成型法中所用的模具必須是相對(duì)冷的，且當(dāng)熔體在中央?yún)^(qū)域匯合時(shí)常常會(huì)形成匯合線(xiàn)。在成型具有較薄中央厚度的透鏡時(shí)這種現(xiàn)象特別嚴(yán)重，因?yàn)檫@種透鏡由于其重量較輕而具有較大的體積。此外，注射成型通常導(dǎo)致定向引起的應(yīng)力與雙折射。缺乏在冷流道注射成型工藝中使用的充分的保壓力(packing force)經(jīng)常導(dǎo)致與透鏡的過(guò)早脫膜有關(guān)的不均勻的收縮并在透鏡表面上引起線(xiàn)痕。對(duì)于適于光學(xué)用途的產(chǎn)品而言必須避免這類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)。
為了克服某些上述問(wèn)題，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出注壓成型工藝，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利№4,008,031；4,091,057；4,254,065；4,364,878；4,409,169；4,442,061；4,519,763；4,540,534；4,627,809；4,707,321；4,828,769；以及歐洲專(zhuān)利公開(kāi)0130769，在此結(jié)合這些專(zhuān)利文獻(xiàn)作參考。通常，使用注射成型機(jī)將熔體料注入到分開(kāi)的模具中。然后閉合模具以對(duì)熔體施加加壓力并通過(guò)液力夾持器或由輔助機(jī)件如彈簧對(duì)模具腔進(jìn)行保壓。注射與加壓步驟的時(shí)間、熔體料的尺寸和模具的溫度控制均是決定性的操作因素。在許多情況下，必須使用熱流道工藝以獲得充分的保壓力。
雖然存在不同變型的注壓成型工藝，但是它們或多或少彼此是相似的，且此工藝具有某些缺陷。其中之一是該過(guò)程經(jīng)常產(chǎn)生出具有某些應(yīng)力與雙折射的產(chǎn)品，這可能是由于模具與熔體之間存在著大的溫度差之故。另外，時(shí)間周期通常非常長(zhǎng)因?yàn)槌涮钅＞呤且粋€(gè)緩慢的過(guò)程，在某些改進(jìn)的方法中每一周期模具必須被加熱與冷卻。熱流道工藝的使用增加材料被暴露于高溫中的時(shí)間，這對(duì)熱敏性材料可能產(chǎn)生負(fù)面影響。模具費(fèi)用也是非常高的，而且協(xié)調(diào)注模與加壓步驟的控制系統(tǒng)是關(guān)鍵且通常是非常復(fù)雜與昂貴的。
通過(guò)將粒料形式的聚合物與添加劑加到擠出機(jī)中而在擠出機(jī)中混合許多聚合物料。在反應(yīng)型擠出機(jī)中通過(guò)將聚合物反應(yīng)劑添加到擠出機(jī)中來(lái)制造某些特殊的光學(xué)材料例如硫代氨基甲酸乙酯與聚氨酯聚合物和/或共聚物。當(dāng)成型產(chǎn)品時(shí)，粒料還可在成型機(jī)中被加熱和熔化成熔體或被軟化以促進(jìn)成型過(guò)程。然而，通常在高溫下和/或長(zhǎng)的加熱過(guò)程中塑料易于被分解。在聚合物透鏡的光學(xué)和機(jī)械性能與多少時(shí)間聚合物被熔化和熔化多長(zhǎng)時(shí)間之間還存在直接的關(guān)系，特別就熱敏性聚合物而言。通常，被成形為光學(xué)產(chǎn)品的材料必須具有盡可能短的熔化過(guò)程，否則將會(huì)增加聚合物的泛黃氧化，且還可能損及其機(jī)械性能。還有，從能量效率的角度看，重新加熱塑料粒料成為熔融形式是不經(jīng)濟(jì)的，也缺乏環(huán)境上的吸引力。利用來(lái)自擠出機(jī)的熔體作為成型機(jī)的進(jìn)料源的困難之一在于擠出通常為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，而常規(guī)的注射成型、注壓成型和壓力成型法均是分批或間歇過(guò)程。將連續(xù)的擠出機(jī)與間歇或分批的成型機(jī)相配合成為難以克服的負(fù)擔(dān)，這是現(xiàn)有技術(shù)迄今尚未解決的。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題與不足，本發(fā)明的目的是提供一種使用擠出機(jī)或其他設(shè)備形成聚合物熔體，并壓力成型該熔體而形成沒(méi)有商業(yè)上不合格缺陷諸如匯合線(xiàn)、應(yīng)力、雙折射與過(guò)早脫膜痕的光學(xué)產(chǎn)品的成型聚合物、特別是熱塑性材料成為光學(xué)產(chǎn)品諸如Rx透鏡的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在沒(méi)有額外的制造粒料然后將其熔化成型光學(xué)產(chǎn)品步驟的，通過(guò)直接使用從反應(yīng)擠出過(guò)程中擠出的熔體成型光學(xué)產(chǎn)品的能效高并具有減少的熱加工時(shí)間的方法。
按照本發(fā)明的再一個(gè)目的，提供一種用來(lái)使用造粒的熱塑性材料制造光學(xué)產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種借助于擠出機(jī)或反應(yīng)型擠出機(jī)和隨后利用包括至少二個(gè)拼合模塊的模具組的壓力成型制造光學(xué)產(chǎn)品例如透鏡的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種制造光學(xué)產(chǎn)品例如透鏡的設(shè)備。
按照本發(fā)明的另外目的，還提供使用本發(fā)明的方法與設(shè)備制成的光學(xué)產(chǎn)品。
在本說(shuō)明書(shū)的某些部份中將可見(jiàn)到本發(fā)明的其他的目的與優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明公開(kāi)本發(fā)明一方面涉及一種擠出-壓力成型法(E-C法)，該方法為按順序的一系列步驟，包括形成聚合物料熔體的擠出或熔融步驟，通過(guò)將所說(shuō)的熔體供入序列的加工模具中成型所說(shuō)的熔體為光學(xué)產(chǎn)品，加壓已充填的模具然后使光學(xué)產(chǎn)品從模具中脫出，并將模具再循環(huán)重新用于形成另外的光學(xué)產(chǎn)品。另一方面本發(fā)明包括成型熱敏的熱塑性光學(xué)材料和常用的熱塑性光學(xué)材料的成型方法。這些材料包括，但并不限于，光學(xué)熱塑性硫代氨基甲酸乙酯-聚氨酯共聚物(如美國(guó)專(zhuān)利№5,679,756中所述)、聚苯乙烯、丙烯酸聚合物、聚碳酸酯、和SAN。正如本技術(shù)領(lǐng)域中熟練人員所體會(huì)到的那樣，在擠出(熔體)中可以使用少量的交聯(lián)劑和使成型產(chǎn)品不是完全可再熔化的。此處所使用的術(shù)語(yǔ)熱塑性包括含有少量交聯(lián)劑的這樣的聚合物。
按照本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種成型光學(xué)產(chǎn)品的方法，它包括形成光學(xué)聚合物材料的熔體；由下模供應(yīng)裝置提供一下模，該下模是包括上下模的模具組的一部份；將一部份熔體添加到下模的上表面；由上模供應(yīng)裝置提供該上模并將其置于含熔體的下模頂上而形成含熔體的模具組；加壓含熔體的模具組而形成光學(xué)產(chǎn)品；從模具組中取出光學(xué)產(chǎn)品；和重復(fù)上述步驟直至制得想要數(shù)目的光學(xué)產(chǎn)品為止。
在該過(guò)程中所用的擠出機(jī)可以是雙螺旋嚙合的、非嚙合的或雙螺旋與單螺旋相結(jié)合的擠出機(jī)或單螺旋擠出機(jī)或任何其他適用的擠出機(jī)。由擠出機(jī)或其他熔融設(shè)備所形成的熔體被供到成型模具組的下模，在該方法中成型模具組的下模是在模具的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中被輸送的。然后將模具組的上模置于已被充填的下模上而在往返轉(zhuǎn)運(yùn)器上形成含聚合物的模具組，然后將它置于壓機(jī)下。使用預(yù)定的壓力優(yōu)選為10-2000psi對(duì)含聚合物的模具組加壓。所形成的光學(xué)產(chǎn)品的厚度一般是通過(guò)上下模之間的預(yù)先設(shè)定的腔隙來(lái)確定的。模具組與擠出機(jī)是非機(jī)械相連的，且模具組最好是與轉(zhuǎn)運(yùn)器和壓機(jī)可拆開(kāi)的。模具的表面可用脫模劑進(jìn)行預(yù)處理。
模具組單獨(dú)的上下模和往返轉(zhuǎn)運(yùn)器最好被加熱，且更優(yōu)選使溫度達(dá)到高于聚合物的Tg和低于聚合物的分解溫度。模具組與往返轉(zhuǎn)運(yùn)器的溫度優(yōu)選為處于比聚合物的Tg高20℃與比聚合物的分解溫度低10℃之間。與注射成型和注壓成型法相比，在此方法中使用升高溫度的模具組和最好還使用往返轉(zhuǎn)運(yùn)器是本發(fā)明的重要特征，在注射成型和注壓成型法中當(dāng)熔體被迫送到模具中時(shí)模具基本上是冷的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，高的模具組溫度能使聚合物更有效地復(fù)制出模具的表面特征并提供完全合格的光學(xué)產(chǎn)品。
當(dāng)模具組被壓到預(yù)定位置和腔隙寬度后，在有效時(shí)間內(nèi)保持此受壓位置以固化聚合物，時(shí)間例如為2-30秒鐘。然后從壓機(jī)和往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中取出模具組。往返轉(zhuǎn)運(yùn)器被再循環(huán)到下模供入步驟和將下模送到轉(zhuǎn)運(yùn)器上。其中裝有成型件的模具組通常進(jìn)行后處理，例如被保持在比材料的Tg高約2℃-80℃與比光學(xué)產(chǎn)品的分解溫度低的溫度中。在后處理期間模具組最好是閉合的。根據(jù)材料的性質(zhì)可以進(jìn)行許多不同的后處理?？蓪⒛＞呓M閉合并通過(guò)加熱保持模具的溫度而使產(chǎn)品退火，以便在不使產(chǎn)品形狀發(fā)生變形的情況下消除任何的應(yīng)力和雙折射。在另一方案中，可以逐漸降低溫度到低于Tg，例如室溫，然后打開(kāi)模具組以取出成型產(chǎn)品。
按照本發(fā)明的另一方面，與反應(yīng)擠出系統(tǒng)一起使用該方法是特別有用的，尤其是就通過(guò)該系統(tǒng)制造熱敏性聚合物而言。例如，單體和/或預(yù)聚物在反應(yīng)型擠出機(jī)中被聚合和聚合物熔體被連續(xù)地?cái)D出。所擠出的熔體被直接成型而不是先被制成粒料，且粒料必須被供入成型機(jī)例如注射成型機(jī)中而被重新加熱以便成型為產(chǎn)品。本發(fā)明的E-C成型法(即，擠出-壓力成型法)是能效高的和生產(chǎn)出具有增強(qiáng)的光學(xué)性能的產(chǎn)品。
按照本發(fā)明的另一方面，該方法使用被造粒的聚合物材料例如聚苯乙烯、PMMA、聚碳酸酯、SAN、等等。將聚合物熔化并擠出熔體供如上所說(shuō)的本發(fā)明隨后的壓力成型過(guò)程用。根據(jù)本發(fā)明的成型方法使用粒料也能夠?qū)崿F(xiàn)上述的消除應(yīng)力與雙折射和在成型過(guò)程中防止變形的步驟。
按照本發(fā)明的一附加方面，提供一種用于制造光學(xué)制品的設(shè)備，包括用于形成光學(xué)聚合物材料熔體的熔融裝置；用于供應(yīng)接受部份熔體的下模的下模供應(yīng)裝置；用于將熔體供給下模上表面的熔體供應(yīng)裝置；用于供應(yīng)上模并將上模定位于含熔體的下模頂上以形成含熔體的模具組的上模供應(yīng)裝置；用于加壓含熔體的模具組以形成光學(xué)產(chǎn)品的加壓裝置；用于使已成型的光學(xué)產(chǎn)品與上下模脫開(kāi)的脫開(kāi)裝置；和用于將上模和下模輸送到各自的供應(yīng)裝置的再循環(huán)裝置。
透鏡用的E-C法之經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)被增加，因?yàn)橛纱朔椒ㄖ瞥傻漠a(chǎn)品之形狀相對(duì)地簡(jiǎn)單且具有幾何對(duì)稱(chēng)性?？梢允褂昧畠r(jià)的模具諸如玻璃模具且優(yōu)選包括下模與上模形成的模具組。這是重要的，因?yàn)樵谠摲椒ㄖ邪错樞蚴褂迷S多模具組而不是如一般的間歇法例如注射成型或注壓成型法中僅使用一個(gè)模具。玻璃模具適用于本發(fā)明的方法，因?yàn)楸景l(fā)明的方法使用較高的溫度和較低的成型壓力。使用玻璃模具的可能性是本發(fā)明的重要特征，因?yàn)椴Ａ＞弑砻婺鼙冉饘倌ｎ^表面更容易地被加工成光學(xué)級(jí)的光潔度。
任何適用的壓機(jī)均可在本發(fā)明的方法中使用，且壓機(jī)的生產(chǎn)率是高的，因?yàn)檫@是由于按序的多模具組操作之故。
附圖簡(jiǎn)介據(jù)認(rèn)為本發(fā)明的零部件是新的，且在所附權(quán)利要求書(shū)中特別提出了本發(fā)明元件的特征。附圖僅僅是供說(shuō)明用的且并不是按比例繪制的。然而，本發(fā)明本身就其構(gòu)成與操作方法而言，能通過(guò)參照詳細(xì)說(shuō)明和結(jié)合附圖而被更清楚地了解，這些附圖為

圖1是被用來(lái)制造光學(xué)透鏡的本發(fā)明方法的示意圖。
圖2是被用來(lái)制造光學(xué)透鏡的本發(fā)明方法的流程圖。
實(shí)施本發(fā)明的方式在介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案時(shí)，參照附圖1-2，在附圖中相同的數(shù)字代表相同的零部件。本發(fā)明的零部件不必按比例顯示在附圖中。
本發(fā)明中所使用的擠出機(jī)可以是任何類(lèi)型，諸如雙螺旋嚙合的、非嚙合的或雙螺旋與單螺旋相結(jié)合的擠出機(jī)或單螺旋擠出機(jī)。擠出機(jī)可被定義為是一種其中聚合物被加熱與塑化且部份熔體用于充填模具的設(shè)備，而所說(shuō)的熔體通常是通過(guò)其出口而被擠出的。擠出機(jī)的長(zhǎng)/徑比(L/D)可以高達(dá)140或更高，這取決于被加工的材料。在反應(yīng)擠出系統(tǒng)中，雙螺旋擠出機(jī)被優(yōu)選且優(yōu)選的長(zhǎng)徑比為32-140，更優(yōu)選為36-100，這取決于不同的反應(yīng)體系。就塑化聚合物材料而言，雙螺旋和單螺旋擠出機(jī)均可使用，而長(zhǎng)徑比L/D優(yōu)選為20-80和更優(yōu)選為20-56。還可以使用加熱器來(lái)形成熔體，并將熔體通過(guò)慣用裝置以如從擠出機(jī)相同的方式供給模具。
擠出機(jī)優(yōu)選具有一到五個(gè)進(jìn)料口和一到五個(gè)排出口。擠出機(jī)的溫度和螺旋速度被設(shè)定在材料擠出法用的參數(shù)的正常操作范圍內(nèi)，以產(chǎn)生通常為1,000-300,000cps或以上粘度的溶體，這取決于材料。換網(wǎng)器(screen changer)通常被安裝在擠出機(jī)上以過(guò)濾熔體，縮小被擠出熔體中的空氣泡、孔隙或可見(jiàn)的夾雜物。
本發(fā)明的E-C成型法，總體上以10表示在圖1中?？傮w上以28表示的模具往返轉(zhuǎn)運(yùn)器，優(yōu)選被加熱至比待加工聚合物的Tg高20℃以上到比待加工聚合物的分解溫度低10℃之間的溫度。按順序進(jìn)行處理的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28a,28b,28c,28d,28e,28f和28h被表示為使用在該成型法中。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)器28h正由下模供應(yīng)裝置11供應(yīng)下模12時(shí)，依順序在其之先的轉(zhuǎn)運(yùn)器28g被表示為正在接受熔體注料(melt shot)19。模具往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28h被表示為正在由下模夾持器11向其裝載一模具組的下模12，且此模具組包括下模12與上模21。此下模12優(yōu)選被加熱至比待加材料的Tg高20℃到比其分解溫度低10℃之間的溫度。為了使下模被正確地定位，一豎直的機(jī)械導(dǎo)軌14被用在往返運(yùn)轉(zhuǎn)器28的基座13上，并且下模12沿此導(dǎo)軌14滑動(dòng)到該基座的頂部位置。帶有下模12的模具往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28h由待送帶15運(yùn)載。在先的轉(zhuǎn)運(yùn)器28g被表示為定位在擠出機(jī)16開(kāi)口的下方，以從擠出物〔熔體流(melt strand)〕17中收集熔體注料19的位置。當(dāng)預(yù)定量的熔體流(擠出物)17被確定時(shí)，用自動(dòng)切斷裝置切斷熔體流(擠出物)而形成設(shè)定量的熔體(成型料19)。從擠出機(jī)到下模的卸料時(shí)間為1-20秒，優(yōu)選為1-10秒。為了增強(qiáng)聚合物的性質(zhì)較短的時(shí)間被優(yōu)選，例如可以減少聚合物氧化的可能性，等等。然后模具往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28g被傳送帶15移動(dòng)到下一個(gè)位置。在先的轉(zhuǎn)運(yùn)器28f，被表示為通過(guò)讓上模沿機(jī)械導(dǎo)軌14滑動(dòng)而將上模21從上模夾持器20置于熔體注料19的頂部。上模21其溫度最好在高于被加工材料Tg的20℃以上與低于被加工材料的分解溫度10℃之間。
然后帶有充填以熔體料19的上、下模的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28f被移動(dòng)到工位23。在先轉(zhuǎn)運(yùn)器28e被表示為處于液壓機(jī)22下，并通過(guò)壓機(jī)與上模21的接觸由壓機(jī)頭施加壓力。壓力范圍為10-2,000psi或更高。優(yōu)選的壓力為10-1,000psi。最優(yōu)選的壓力為10-500psi，模具兩半端之間的間隙寬度確定了被制造產(chǎn)品的厚度。該間隙是通過(guò)機(jī)械隔離器測(cè)定模具邊緣的間隙寬度或通過(guò)光學(xué)裝置如激光千分尺來(lái)控制的，使得一旦當(dāng)上模被壓到預(yù)定位置時(shí)對(duì)壓機(jī)斷電。使用傳感器28e′將間隙與其他數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)27?？梢允褂枚嘤谝慌_(tái)的壓機(jī)以與擠出機(jī)的生產(chǎn)率和所用的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器與模具的數(shù)目相配合。
在模具組被加壓到預(yù)定位置并保持此受壓位置約2-30秒鐘后，含有已成型產(chǎn)品的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28e被移動(dòng)到第二傳送帶25。在先轉(zhuǎn)運(yùn)器28d被表示為從中取出含有以復(fù)合體30表示的含聚合物的模具組。然后將往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28d沿第三傳送帶29與轉(zhuǎn)運(yùn)器28c、28b和28a一起移動(dòng)，供在該方法開(kāi)始處再使用。
在步驟26的后處理期間，含聚合物的模具組30被保持在比材料的Tg高2℃-80℃的溫度下。在后處理期間模具組最好保持閉合狀態(tài)。根據(jù)聚合物的性質(zhì)和/或產(chǎn)品的要求能夠使用許多不同的后處理。例如，含聚合物的模具組30可以保持閉合且通過(guò)加熱模具組來(lái)保持模具溫度，使之能對(duì)其中的成型產(chǎn)品進(jìn)行退火，以完成聚合或在產(chǎn)品不發(fā)生變形的前提下消除任何的應(yīng)力與雙折射。含聚合物的模具組還可先進(jìn)行逐級(jí)冷卻，然后打開(kāi)以再取出成型產(chǎn)品。從模具組取出光學(xué)產(chǎn)品(透鏡)24并將上模具21和下模具12輸送到其各自的夾持器20和11。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征是，控制擠出機(jī)16以將熔體注料19供給許多按本方法的順序前進(jìn)的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器，除了切斷熔融的擠出物料17時(shí)外不會(huì)中斷生產(chǎn)過(guò)程。熔體最好被收集在下模表面上，以使在供料開(kāi)始時(shí)熔體與模具的接觸面積盡可能地小，并且逐漸增大在模具區(qū)上熔體的面積且看不出有明顯的空隙或氣泡被夾留在接觸區(qū)內(nèi)。為了獲得這樣的流動(dòng)模式，擠出物噴咀的輪廓與擠出機(jī)模具開(kāi)口的形狀優(yōu)選形成垂直下落的熔體流17，所說(shuō)的熔體流具有通過(guò)重力對(duì)熔體流的作用而形成的圓形端底面的圓形截面。熔體流截面的溫度受到特別的控制以便形成這樣的熔體流形狀。熔體的端底面將首先與下模表面接觸。當(dāng)熔體流下降而覆蓋下模表面時(shí)，通過(guò)沿模具表面向外擴(kuò)展而使熔體流與模具表面之間的接觸面積增加且無(wú)空隙或空氣泡被夾留在接觸區(qū)之內(nèi)。在接觸模具表面之前擠出物(熔體流)的移動(dòng)距離通常為約2到約6英寸，優(yōu)選為3到5英寸。上模被加(放)在熔體注料19之上，并且當(dāng)在其上模施加壓力時(shí)，熔體與模具表面之間的接觸面積通過(guò)向外朝下模與上模邊緣的擴(kuò)展而逐漸增大。使用此工藝避免了氣泡與空隙。增加加壓的路徑有助于提高成型產(chǎn)品的質(zhì)量，且本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選特征是熔體流的截面是圓形的和成型產(chǎn)品的直徑是盡可能地大，只要被添加到模具中的熔體量稍大于制造產(chǎn)品所需要量即可。熔體的多余量為產(chǎn)品量的約1-10％重量，但也可以為更大，這取決于所使用的聚合物等等。熔體流的斷開(kāi)端可以比熔體的其余部份更冷。當(dāng)熔體被加入到模具中時(shí)，熔體流的結(jié)束端優(yōu)選被置于更接近模具的邊緣，成為部份的廢料而不會(huì)形成可能產(chǎn)生的缺陷。這些末端還可被用來(lái)成型為透鏡的把手，在隨后的涂敷過(guò)程中把手是有用的且在涂敷后可以除掉。
如果需要的話(huà)可以在本方法中使用氮?dú)飧采w層或其他惰性氣體，以保護(hù)聚合物免受氧或水氣的影響。
控制系統(tǒng)27獲得輸入/輸出數(shù)據(jù)11a、15a、16a、18a、20a、22a、25a、26a、28a′-28h′和29a并使用這些數(shù)據(jù)來(lái)控制加工過(guò)程。例如，數(shù)據(jù)28h′通常用來(lái)將下模12正確定位于往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28h中，以及往返轉(zhuǎn)運(yùn)器28h和下模12的溫度。輸入數(shù)據(jù)11a通常表示下模12是否存在于下模夾持器11中。
現(xiàn)參見(jiàn)附圖2，它表示本發(fā)明的一種加工按順序的模具組的方法。在步驟100中收集許多下模和在步驟102中收集許多往返轉(zhuǎn)運(yùn)器。在步驟104中將一個(gè)下模輸送到往返轉(zhuǎn)運(yùn)器。在步驟106中將來(lái)自擠出機(jī)的熔體料供到處于往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中的下模表面上。然后在步驟108將上模輸送到在往返轉(zhuǎn)運(yùn)器上的熔體/下模以形成在其間含有熔體的模具組。在步驟112加壓含熔體的模具組。然后在步驟114中冷卻含熔體的模具組，并在步驟116將含熔體(現(xiàn)在為固化產(chǎn)品)的模具組與往返轉(zhuǎn)運(yùn)器分離。從步驟116中分離的往返轉(zhuǎn)運(yùn)器被再循環(huán)到步驟102中，在步驟102中往返轉(zhuǎn)運(yùn)器被收集以供以后的使用。然后在步驟118對(duì)被分離的含產(chǎn)品的模具組進(jìn)行后處理。在后處理之后，在步驟120使上、下模與所成形的透鏡分離。然后在步驟122中儲(chǔ)存透鏡產(chǎn)品。將被分離的下模再循環(huán)到步驟100，和將被分離的上模再循環(huán)到步驟110。在本發(fā)明的方法中對(duì)每一被加工的按順序的模具組而言，重復(fù)此程序直到如步驟124所確定那樣制得所有的透鏡產(chǎn)品為止。如果制得所有的透鏡，那么該過(guò)程在步驟126時(shí)仃止。如果需要制造更多透鏡的話(huà)，該過(guò)程在步驟128中繼續(xù)。
現(xiàn)通過(guò)參考下列的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。然而，應(yīng)該明白，提供這樣的實(shí)例之目的僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍作出限制。
實(shí)例1
使用本發(fā)明的E-C成型法成型具有負(fù)規(guī)定光焦度的聚苯乙烯透鏡。使用Chevron聚苯乙烯MC 3700粒料形成擠出的熔體。擠出機(jī)為L(zhǎng)eistritz ZSE-27雙螺旋嚙合反轉(zhuǎn)擠出機(jī)，其L/D為40∶1。機(jī)筒8(Barrel)為排氣段。該擠出機(jī)的機(jī)筒溫度被設(shè)定如下機(jī)筒段12345678910溫度(℃) NH*202 202 202 230 230 240 245 245 245*NH為未加熱，使用固體進(jìn)料器將機(jī)筒1用來(lái)供給塑料粒。
出料模具為1/2″圓形線(xiàn)材模具。熔體流擠出物的溫度被控制在245℃。在扭矩為20％時(shí)螺旋轉(zhuǎn)速為150rpm。熔體溫度為245-250℃。往返轉(zhuǎn)運(yùn)器與模具溫度為160℃。熔體從擠出機(jī)排出的流率為14lb/h。收集進(jìn)入往返轉(zhuǎn)運(yùn)器和下模表面上的熔體流的時(shí)間約為8秒鐘。垂直下落的熔融擠出物的端點(diǎn)與下模頂之間的距離約為3英寸。使用80mm直徑的上、下玻璃模具。模具用蒸餾水清洗并在100℃的爐中干燥3小時(shí)以上。壓機(jī)壓力為約25psi。由機(jī)械隔離器來(lái)控制透鏡的厚度，當(dāng)達(dá)到預(yù)定位置時(shí)機(jī)械隔離器能仃止壓機(jī)頭的向下運(yùn)動(dòng)。模具在最終受壓位置的保持時(shí)間為6秒鐘。從往返轉(zhuǎn)運(yùn)器取出含成型透鏡的模具組并置于室溫下進(jìn)行冷卻。在約10分鐘后從玻璃模具組中取出透鏡。玻璃模具的表面特征被非常好地復(fù)制到成型透鏡的表面上。在偏振片之下沒(méi)有應(yīng)力引起的雙折射。透鏡表面具有非常好的光學(xué)質(zhì)量而無(wú)匯合線(xiàn)和流線(xiàn)。透鏡的光學(xué)質(zhì)量在商業(yè)上是合格的。
實(shí)例2使用本發(fā)明的E-C成型法成型具有負(fù)規(guī)定光焦度的丙烯酸透鏡。使用AtoHass North America Plexiglas DR-101(PMMA)粒料形成擠出的熔體。擠出機(jī)為L(zhǎng)eistritz ZSE-27雙螺旋嚙合反轉(zhuǎn)擠出機(jī)，其L/D為40∶1。機(jī)筒8為排氣段。該擠出機(jī)的機(jī)筒溫度被設(shè)定如下
機(jī)筒段12345678910溫度(℃) NH*210 230 235 235 240 240 255 255 255*NH為未加熱，使用固體進(jìn)料器將機(jī)筒1用來(lái)供給塑料粒。
擠出機(jī)的出料模具為圓形1/2″直徑線(xiàn)料流。熔體擠出物的溫度被控制在260℃。在扭矩為47％時(shí)螺旋轉(zhuǎn)速為150rpm。熔體溫度為258℃。往返轉(zhuǎn)運(yùn)器與模具溫度為230℃。熔體從擠出機(jī)排出的流率為14lb/h。收集進(jìn)入往返轉(zhuǎn)運(yùn)器和下模表面上的熔體料的時(shí)間約為8秒鐘。垂直下落的熔融擠出物的端點(diǎn)與下模頂之間的距離約為4英寸。使用80mm直徑的上、下玻璃模具組。壓機(jī)壓力為約30psi。模具在最終受壓位置的保持時(shí)間為6秒鐘。從往返轉(zhuǎn)運(yùn)器取出含成型透鏡的模具組并置于室溫下進(jìn)行冷卻。在約10分鐘后從玻璃模具中取出透鏡。玻璃模具的表面特征被非常好地復(fù)制到成型透鏡的表面上。在偏振片之下沒(méi)有應(yīng)力引起的雙折射。透鏡表面具有非常好的光學(xué)質(zhì)量而無(wú)匯合線(xiàn)和流線(xiàn)。透鏡的光學(xué)質(zhì)量在商業(yè)上是合格的。
實(shí)例3使用本發(fā)明的E-C成型法成型具有負(fù)規(guī)定光焦度的硫代氨基甲酸乙酯-聚氨酯共聚物透鏡。反應(yīng)器擠出過(guò)程如上述美國(guó)專(zhuān)利№5,679,756中用于形成該共聚物所示。擠出機(jī)為L(zhǎng)eistritz ZSE-27螺旋嚙合反轉(zhuǎn)擠出機(jī)，其L/D為40∶1。機(jī)筒8為排氣段。該擠出機(jī)的機(jī)筒溫度被設(shè)定如下機(jī)筒段12345678910溫度(℃) NH*155 168 170 167 167 167 167 160 160*NH為未加熱，使用固體進(jìn)料器將機(jī)筒1用來(lái)供給塑料粒。
主要供料口為靜態(tài)混合器預(yù)反應(yīng)器。該預(yù)反應(yīng)器產(chǎn)生5.7lb/h的硫代氨基甲酸乙酯預(yù)聚物被連續(xù)地供入在機(jī)筒1上的主要供料口。在機(jī)筒3處使用由Eldex制造的計(jì)量泵通過(guò)注射機(jī)將單體液態(tài)MDI以1.84lb/h的速率供入擠出機(jī)。在機(jī)筒4處使用Cole Parmer計(jì)量齒輪泵通過(guò)注射機(jī)將二醇單體(環(huán)己烷二甲醇)以0.94lb/h的速率供入擠出機(jī)。單體與預(yù)聚物在擠出機(jī)中反應(yīng)。擠出機(jī)出料模具為1/2″圓形線(xiàn)材模具。溫度被控制在160℃。在扭矩為33％時(shí)螺旋轉(zhuǎn)速為190rpm。熔體溫度為180℃。往返轉(zhuǎn)運(yùn)器與模具溫度為160℃。擠出機(jī)的總流率為8.5lb/h。收集進(jìn)到往返轉(zhuǎn)運(yùn)器和下模表面上的熔體流的時(shí)間約為10秒鐘。垂直下落的熔融擠出物的端點(diǎn)與下模頂之間的距離約為3英寸。使用80mm直徑的上、下玻璃模具，玻璃模具表面用二氯二甲基硅烷表面活性劑預(yù)處理。模具首先被清洗和干燥。壓機(jī)壓力為約20psi。模具在最終受壓位置的保持時(shí)間為6秒鐘。
從往返轉(zhuǎn)運(yùn)器取出含成型透鏡的模具組，并被置于溫度為125℃的氮?dú)夥盏臓t中進(jìn)行24小時(shí)的退火。然后在室溫下冷卻含透鏡的模具組為時(shí)約10分鐘，并從玻璃模具組中取出透鏡。玻璃模具的表面特征被非常好地復(fù)制到成型透鏡的表面上。在偏振片下沒(méi)有應(yīng)力引起的雙折射。透鏡表面具有非常好的光學(xué)質(zhì)量而無(wú)匯合線(xiàn)和流線(xiàn)。在退火后透鏡的沖擊強(qiáng)度被大大地提高。使用本發(fā)明方法制成的具有10mm厚度的透鏡通過(guò)ANS187.1-1989,15.5.2的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)和街道耐磨(streetwear)沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)FDA 21 CFR 801.410。透鏡質(zhì)量在商業(yè)上是合格的盡管已結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了具體的描述，但是對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)上述的說(shuō)明顯然會(huì)作出種種變化與改進(jìn)的。因此如權(quán)利要求書(shū)將包括落入本發(fā)明的這些變化與改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種形成光學(xué)產(chǎn)品的方法，包括形成光學(xué)聚合物材料的熔體；由下模供應(yīng)裝置提供一下模，該下模是包括下模與上模的模具組的一部份；將一部份熔體添加到下模的上表面；由上模供應(yīng)裝置提供上模并將其置于含熔體的下模頂部而形成含熔體的模具組；加壓含熔體的模具組而形成光學(xué)產(chǎn)品；從模具組中取出光學(xué)產(chǎn)品；和重復(fù)上述步驟直至制得到想要數(shù)目的光學(xué)產(chǎn)品為止。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中熔體是在擠出機(jī)中形成的，該擠出機(jī)提供連續(xù)的熔體饋給被用來(lái)制造光學(xué)產(chǎn)品的一系列按順序的下模。
3．如權(quán)利要求2的方法，其中下模是在往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中通過(guò)本方法的各步驟被輸送的。
4．如權(quán)利要求3的方法，其中含熔體的下模是予先在往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中的，并且供應(yīng)上模且使其置于含熔體的下模之上。
5．如權(quán)利要求4的方法，其中加壓含熔體的模具組而形成光學(xué)產(chǎn)品。
6．如權(quán)利要求1的方法，其中下模被加熱。
7．如權(quán)利要求6的方法，其中上模被加熱。
8．如權(quán)利要求3的方法，其中往返轉(zhuǎn)運(yùn)器被加熱。
9．如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)聚合物材料是粒料形式。
10．如權(quán)利要求1的方法，其中熔體是在擠出機(jī)中形成的。
11．如權(quán)利要求1的方法，其中熔體是在反應(yīng)型擠出機(jī)中形成的。
12．如權(quán)利要求1的方法，其中下模和上模是玻璃。
13．如權(quán)利要求1的方法，其中模具組是在約為10-500psi壓力下加壓的。
14．如權(quán)利要求1的方法，其中被添加到下模的熔體部份是圓柱形的。
15．一種制造光學(xué)產(chǎn)品的設(shè)備，包括用于形成光學(xué)聚合物材料熔體的熔融裝置；用于供應(yīng)接受部份熔體的下模的下模供應(yīng)裝置；用于將熔體供給下模上表面的熔體供應(yīng)裝置；用于供應(yīng)上模并將上模定位于含熔體的下模頂以形成含熔體的模具組的上模供應(yīng)裝置；用于加壓含熔體的模具組以形成光學(xué)產(chǎn)品的加壓裝置；用于使已成型的光學(xué)產(chǎn)品與上下模脫開(kāi)的脫開(kāi)裝置；和用于將上模和下模輸送到各自的供應(yīng)裝置的再循環(huán)裝置。
16．如權(quán)利要求15的設(shè)備，其中熔融裝置是擠出機(jī)。
17．如權(quán)利要求15的設(shè)備，其中熔融裝置是反應(yīng)型擠出機(jī)。
18．如權(quán)利要求15的設(shè)備，其中下模和上模是玻璃。
19．如權(quán)利要求15的設(shè)備，其中下模和上模是在往返轉(zhuǎn)運(yùn)器中被輸送而通過(guò)該設(shè)備的。
20．如權(quán)利要求15的設(shè)備，其中下模和上模均被加熱。
21．如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中往返轉(zhuǎn)運(yùn)器被加熱。
22．一種光學(xué)產(chǎn)品，由權(quán)利要求1的方法制造。
全文摘要
提供一種用于制造光學(xué)產(chǎn)品的擠出－壓力成型法,其中光學(xué)聚合物擠出物的熔融料被供給按順序移動(dòng)的包括下模和上模的模具組的下模,然后將上模置于含熔體料的下模頂上并加壓模具組而形成光學(xué)產(chǎn)品。在形成光學(xué)產(chǎn)品后,下模和上模被分離并再循環(huán)以形成另外的光學(xué)產(chǎn)品。光學(xué)聚合物料可以是粒料形式并在擠出機(jī)中熔融。還可以使用反應(yīng)型擠出機(jī),此處光學(xué)聚合物料是由光學(xué)聚合物單體在反應(yīng)型擠出機(jī)中生產(chǎn)的。優(yōu)選使用往返轉(zhuǎn)運(yùn)器輸送下模、含熔融料的下模和含熔融料的模具組通過(guò)該成型法的諸步驟。使用控制系統(tǒng)以獲得輸入數(shù)據(jù)并對(duì)監(jiān)視器發(fā)出輸出信號(hào)和控制該方法的諸步驟。
文檔編號(hào)B29C43/04GK1289287SQ99802466
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期1999年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月28日
發(fā)明者舟·楊, 印念·林 申請(qǐng)人:奧普梯瑪公司