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一、学习目标
了解光学树脂镜片(CR-39)基片的生产加工工艺流程
二、工作程序(生产流程)
(一)光学树脂镜片生产工艺
光学树脂镜片按性能和加工方法可分为热塑性和热固性两大类(后面详述)，其生产工艺截然不同。热塑性光学树脂镜片可采用注射成型机加工，而热固性光学树脂镜片则采用浇铸法进行热固化或光固化过程实施加工。
(二)CR-39生产工艺
光学树脂镜片(CR-39)基片的生产，按其生产工艺大致可分为两大类，一是以CR-39太阳镜镜片的生产工艺为基础的欧美国家生产工艺，其特点是玻璃模具原则上不清洗而反复使用；二是以日本为代表的亚洲生产工艺，其特点是非常重视玻璃模具的清洗且要求严格。前者的优点是生产设备相对而言简单，工艺条件要求不严，不需要大量溶剂清洗模具，生产成本较低，其缺点是产品质量相对于亚洲工艺要差一些，后者的忧点是产品质量好，其缺点是工艺复杂，设备投资大，生产成本较高。近年来，在激烈的市场竞争中，我国多数采用欧美工艺的生产厂家，除少数以生产CR-39太阳镜镜片为主的厂家继续采用原工艺外，都已经或正在部分或全部改为亚洲工艺。因此，下面只重点介绍亚洲生产工艺。
(三)CR-39树脂镜片生产工艺流程
1.CR-39树脂镜片生产工艺流程框图如图2-5-1所示。
2.生产工艺流程简要说明
(1)模具清洗
需要清洗的玻璃模具包括库存中准备上生产线的模具(新模具和旧模具)、正在生产线上使用的模具和经装配工检查需要重洗的模具。清洗的重点和难点是清洗库存旧模具和在线模具中已固化和尚末完全固化的CR-39。一般需使用15槽以上的超声波清洗机。
（2)装配
装配是指按生产计划和模具配伍表，将清洗合格的模具以不同方式组合起来。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配伍模具，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烯) LDPE-EVA(混合料)。
(3)充填
充填是将按一定配方(CR-39单体、引发剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、添加剂)经过预聚合达到一定粘度，并经过真空脱气之后的预聚体，采用手工或机械的方法，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，注满预聚体后重新密封好胶带即可。
(4)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-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。
(5)离型
一次固化后的半制品形态像“三明治”，两侧是玻璃模具，中间为透明的 CR-39树脂镜片。将出炉后的“三明治”送到离型台。首先，把胶带或密封圈扒掉；其次，用离型器把一侧的玻璃模具和镜片分离开；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)。扒下的密封圈回收处理、循环使用，胶带则只能使用一次。
(6)磨边
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。但是也有的生产厂不进行磨边处理，一种情况是老花片由于边缘厚度只有1mm左右，对镜片外观影响不大，若固化程度较高时，进行磨边处理时易产生崩边现象，反而影响镜片的外观质量。因此，对老花片不进行磨边处理。另一种情况是有的生产厂非常重视密封圈注塑模具的精度，由于加工精度高，注塑出来的密封圈精度也比较高，从而加工出来的树脂镜片的边缘尺寸也较理想，没有必要再进行磨边处理。
(7)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。一般情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。
(8)二次固化
树脂镜片清洗干净后，还要进行热固化，通常称为二次固化，二次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，二次固化后表面凹痕可以“流平”)。
(9)检查
将二次固化后的镜片，按企业执行的技术标准进行质量检查分类。
(10)包装对质量检查和分类的镜片，按要求进行分类包装、入库。
三、注意事项
(一)模具清洗
1.检查清洗机是否处于正常工作状态。
2.检查各清洗槽的清洗剂温度、浓度是否达到要求?纯度是否符合要求?是否需要补充或更换?
3.检查超声波发生器是否正常?功率是否达到工作要求?
4.各过滤系统是否正常?过滤芯是否需要更换?
5.随时检查清洗效果，及时调整清洗条件，经常和上、下工位保持联系。
(二)装配
1.装配室的卫生条件对产品质量影响很大，室内的空气洁净度应达至万级，超净装配台的空气洁净度应达到百级。
2.净化的压缩空气应符合无水、无油和无尘的质量要求。
3.严格检查密封圈和清洗后的玻璃模具是否符合质量要求，合格者按配伍表规定和技术要求，进行装配。
4.装配好的模具及时送到充填工位备用。
(三)充填
1.根据不同规格的镜片选用相应的充填针，要避免针头和模具的工作面相碰，以免划伤模具。
2.充填后要认真检查是否有气泡存在，若有则应采取技术措施予以消除。
3.充填室的湿度不宜过大，否则影响产品质量。压缩空气应达到无油，无水、无尘要求。
4.流溢到料盘的CR-39必须经过重新处理之后方可使用。
(四)一次固化
1.进固化炉前，应检查固化炉控温程序、送风系统是否正常。
2.根据生产计划确定固化盘进炉顺序。进炉结束后检查炉门和风门是否关闭，然后启动运行。
3.由于CR-39在聚合过程中要放热，因此应根据产品的不同规格确定相应的装盘容量和进炉数量。
4.半制片不能和普通片放在同一固化炉内。
5.根据离型工位的进度掌握好开炉时间。
(五)离型
1.检查生产标记和生产指示书是否相符，出炉的数量和间隔要根据气候和工作条件以及产品规格来确定。
2.若室温和离型台温度较低，则应采取保温措施。
3.出炉时不同规格的产品不能混出，以避免模具混淆。
4.离型员根据不同规格产品选用相应模托，使用巧劲且轻轻用力，离型要快，并做好新的生产标记。
5.分离后的两侧模具摆放，均要求非工作面朝下、单只摆放，绝不允许叠放。分类装模具卡架时，应轻拿轻放且模具间不能碰撞，不同型号的模具不能混放。
6.早期脱模的镜片要单独摆放。
7.完成一种规格产品的离型，按规定要求内容及时填写生产报表，并检查与生产标记是否符合。
8.离型工位的工序多、人员也多，与模具接触的机会多，操作人员稍有不慎，就容易使模具造成划痕甚至破损，直接影响产品的质量和成本。
(六)磨边
1.认真检查磨边机工作状态是否正常，重点检查定位系统，随机用游标卡尺检查已磨好镜片的直径尺寸是否在允差范围之内。
2.根据加工量定期更换金刚石砂轮。
3.经常清洗吸盘和橡胶密封环。
4.湿法磨边后的镜片最好及时送去清洗，否则增加清洗的难度和时间。
(七)镜片清洗
1.检查镜片清洗机是否处于正常工作状态。
2.检查各清洗槽中的清洗剂的温度、浓度是否符合要求，纯度是否符合要求，是否需要补充和更换?
3.检查超声波发生器是否正常?输出功率是否达到工作要求?
4.各过滤系统是否正常?过滤芯是否符合规定，且是否需要更换?
5.严格控制对镜片表面有腐蚀作用的清洗剂的清洗时间。
6.随时检查清洗效果，及时调整清洗条件，保证清洗质量。
(八)二次固化
1.二次固化场地的环境条件对产品质量影响较大，应保持较高的空气清洁度。
2.二次固化炉应经常保持清洁，要定期将送风循环系统拆卸后彻底清擦，固化盘每次均应擦净后再摆放镜片。
3.操作人员必须使用细纱手套取放镜片，清洗不良的镜片必须返洗，合格镜片凹面向下平放于固化盘中，同时放好生产标记。
(九)检查
1.质量检验员应准确掌握质量标准，按质量等级分类将镜片摆放在镜片盒中，并做好生产标记。
2.废品经登记后随时扔入废品袋中，以免混入正品中。
3.按时填写检查表，并按要求做好统计，供有关部门和人员做质量分析。
(十)包装
1.认真检查生产标记和包装标记是否相符，检查包装物是否符合技术要求。
2.包装过程也容易产生轻划痕，尤其是包装盒中的装片量和方向必须严格按规定执行。装片量过多或者凸面相碰均会造成轻划痕。
3.若发现异常现象，必须立即送回返检，确认后重新包装。
四、相关知识
光学树脂镜片
1.定义
由具有优异光学性能和理化特性的高分子合成树脂加工而成的眼镜片，统称为光学树脂镜片。
市场上至今仍然有人把光学树脂镜片误称为“塑胶片”或“纤维片”，这是不科学和不正确的。
2.优点
(l)重量轻
光学树脂镜片的密度一般约为1.3g/cm3，而光学玻璃镜片的密度则在 2.5~4.0g/Cm3之间，大约是光学树脂镜片密度的2~3倍。因此，配戴光学树脂镜片几乎无压迫感。
(2)耐冲击不易破碎
光学树脂镜片耐冲击性好，抗强和抗弯强度高，具有非常优异的力学性能，即使动态冲击中也不易破碎，是安全防护镜的最佳选用材料，是青少年的最佳护目镜片。
(3)吸收紫外光
光学树脂镜片本身(不外加紫外光吸收剂)就可以吸收78%~86%的紫外线，几乎是光学玻璃镜片的二倍。现代医学已证实，紫外光可导致眼睛色素沉积、网膜病变导致中心视力障碍等多种眼疾。同时，长期紫外光照射会促使眼睛晶状体蛋白质变性，致使晶状体混浊，引起白内障。因此，经常配戴光学树脂镜片，可以防治多种眼病。
(4)易染色
光学树脂镜片容易染色，既可以成批生产，也可以单片染色，加工起来极为方便，可以最大限度地满足不同消费者的特殊需求。这是光学玻璃镜片所难以实现的。
(5)耐腐蚀
光学树脂镜片是由高分子材料加工而成，具有非常优异的耐化学腐蚀性。
(6)加工性好
光学树脂镜片可以进行大批量生产，而玻璃镜片则只能单片加工。由于生产批量大，产品质量的稳定性、可靠性较好。
3.缺点
(1)表面硬度低
由于光学树脂镜片是由高分子材料加工而成，因而先天性地决定了它的表面硬度较低，如果不进行表面处理，则容易出现划痕，尤其是对于中、高折射率的光学树脂镜片，若不进行表面加硬处理，则几乎无法直接使用。
(2)耐老化性能差
光学树脂镜片即使添加紫外光吸收剂、调色剂、抗氧剂和防老剂，其耐老化性能可以有明显改善，但是也无法和玻璃镜片相比。光学树脂镜片老化的显著标志是出现泛黄现象。
(3)折射率偏低
光学树脂镜片的折射率目前只有1.74的产品问世，而折射率为1.90以上的光学玻璃镜片早已投入市场。由于折射率的差异，光学树脂镜片的厚度相对偏厚。
4.发展趋势
(1)市场占有率继续上升
国际上发达国家光学树脂镜片的市场占有率，一般都在70%~80%，有些国家已高达90%。我国光学树脂镜片的市场占有率，有人估计平均达 30%，而某些地区已达到70%，预计今后将以5%的年增长率递增。
(2)继续向轻、薄方向发展
广大消费者希望配戴又轻又薄的镜片，因此，光学树脂镜片要想满足消费者的心理需求，必须从两个方面着手:一方面努力开发高折射率、低色散的视光新材料，另一方面努力改进加工方法，例如，采用非球面加工技术。
(3)多功能、多用途
光学树脂镜片将多种功能和多种用途融为一体，以满足消费者的理想需求，将是必然的发展趋势。
(4)高技术含量多的产品倍受青睬
所谓高技术含量多的产品，目前主要是指特种或多种功能的真空镀膜镜片、可变色镜片、非球面镜片和渐进多焦点镜片，将有可能迅速成为光学树脂镜片市场的主导产品。
5.分类
(1)按折射率分类
光学树脂镜片按折射率可分为低折射率、中折射率、高折射率三类。
低折射率一般指折射率在1.50左右，包括聚甲基丙烯酸甲酯镜片(PMMA俗称有机玻璃)、亚克力镜片(改性PMMA)、聚烯丙基二甘醇碳酸酯镜片 (PADC即PPG公司称之CR-39镜片)。
中折射率一般指折射率在1.54~1.59之间，包括聚苯乙烯镜片(PS)、聚碳酸酯镜片(PC，太空片)、普通中折镜片(使用TS-46、NK-55C、HIRI、 RAV754、RAV755、SP-100、CW-55等单体加工的镜片)。
高折射率一般指折射率在1.60以上，主要是以MR系列单体和引进硫、磷原子的丙烯酸系列单体加工而成。
(2)按性能分类
光学树脂镜片按性能和加工方法可分为热塑性和热固性两类。
热塑性顾名思义是材料经过加热后具有可塑性，可以采用注塑成型的方法进行二次加工，包括PMMA、PS、PC等。
热固性则是材料经过加热固化后成为固态，再加热也不具有可塑性，只能进行一次加工，包括PADC镜片、普通中折镜片和高折镜片。
6.CR-39树脂镜片
美国PPG公司的研究人员于1940年研制成功一种学名为烯丙基二甘醇碳酸酯的单体(ALLYLDIGLYCOLCARBONATE英文缩写为ADC)，商品名称为CR-39。据PPG公司介绍，当时的研究人员中两位领导人的名字字头分别为C和R，研究工作历经39次获得成功，故取名为CR-39。但是直到 1947年Armorlite公司才使用CR-39单体生产出第一片CR-39眼镜片。
美国PPG公司于2000年向中国政府申请了CR-39的商标注册并获批准。因此，今后使用非PPG公司生产的ADC单体加工而成的树脂镜片，虽然性能和CR-39树脂片可能完全相同，但是再称为CR-39树脂镜片就可能出现侵权嫌疑。
五、练习题
1.什么是光学树脂镜片?
2.试举出热塑性和热固性光学树脂镜片各两种。
3.CR-39光学树脂镜片是什么?
4.光学树脂镜片有何优点?
5.简述光学树脂镜片的生产工艺过程。 |
