Verfahren zum Herstellen von optischen Körpern aus Kunststoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optischen Körpern, z. B. Linsen, Fresnellinsen und Prismen aus Kunststoffen.
Es ist bekannt, Linsen aus Kunststoff dadurch herzustellen, dass der Kunststoff zusammen mit einem Katalysator unter Anwendung von Druck und Wärme in einer dem Linsenkörper entsprechenden Form polymerisiert wird. Man hat auch bereibs Linsen durch Giessen dadurch hergestellt, dass man flüssige Ausgangsprodukte in vorbereiteten Formen auspolymerisierte. Die Formen bestanden beispielsweise aus zwei Formhälften, welche unter Anwendung eines elastischen Dichtungsringes lose aneinandergesetzt waren.
Diese bekannten Verfahren haben sich als sehr ungünstig erwiesen, und zwar aus drei Gründen.
Zunächst einmal bereitet der Schrumpf des Monomeren beim Übergang zum Polymeren stets erhebliche Schwierigkeiten, denen man durch bewegliche, während der Polymerisation dem Schrumpf folgende Wände oder in einigen Fällen durch Vorpolymerisation ausserhalb der Form und damit Vorwegnahme eines Teils der Polymerisation und anschliessender Auspolymerisation mit geringerem Schrumpf in der Form begegnen muss. Zum anderen bedeutet ein solches Vorgehen, dass bei Polymerisation die optisch perfekte Form während des gesamten Polymerisationsvorganges, der insbesondere bei grossen und dicken Körpern der freiwerdenden und abzuführenden Wärme wegen recht langsam geführt werden muss, blockiert wird. Hinzu kommt die grosse Vielfalt der technisch möglichen und der technisch erforderlichen optischen Körper, die eine grosse Lagerhaltung optisch perfekter Formen erforderlich macht.
Es ist auch bereits bekannt, Linsen dadurch herzustellen, dass zunächst ein Rohling gegossen wird, dessen Flächen geschliffen und poliert und schliesslich mit ergänzenden Monomerschichten versehen werden. Bei diesem bekannten Verfahren erweist es sich als nachteilig, dass der komplizierte Schleifund Poliervorgang nicht vermieden wird. Dieses Verfahren ist daher recht zeitraubend und kostspielig.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, welches die Mängel der bekannten Herstellungsverfahren vermeidet. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Körper die endgültige Gestalt durch mechanische, spanabhebende Bearbeitung gegeben, mindestens die optisch wirksamen Flächen fein gefräst und mit einem einoder mehrkomponentigen, flüssigen Kunststoff überzogen und in unmittelbarer Nachbarschaft einer optisch einwandfreien Fläche ausgehärtet werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren erläutert und Ausführungsbeispiele desselben anhand der Zeichnung beschrieben.
Die Behandlung der Oberfläche durch Feinfräsen und Üb erziehen mit einem Kunststoff ist erforderlich, da es bei einer mechanischen Bearbeitung von Kunststoffen, wie z. B. bleibend vernetzten Hochpolymeren, nicht möglich ist, eine optisch glatte Oberfläche zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass zweckmässig das Fräsen mit einer Rauhtiefe von 20-40 cz oder weniger erfolgt. Diese Rauhigkeit wird völlig ausgeglichen durch den nachträglich in flüssiger Form aufgebrachten Kunststoff.
Die Zähigkeit des aufzubringenden Kunststoffes und die Grenzflächenspannung zwischen dem Kunststoff und der Unterlage sind hierbei so zu wählen, dass nach dem Aufbringen die Rauhigkeit des Untergrundes völlig verdeckt ist. Das Material des Überzuges kann aus dem gleichen Material wie der optische Körper selbst bestehen. Dies ist jedoch keineswegs erforderlich. Vorzugsweise werden Kunststoffe verwendet, die einen möglichst geringen Aushärteschwund aufweisen.
Die Härtung des aufgebrachten Kunststoffes erfolgt im Falle der radikalischen Polymerisation in an sich bekannter Weise unter Sauerstoffabschluss, z. B. mittels einer aufgelegten oder leicht angedrückten optisch perfekten Gegenform. Diese wird nur kurz benötigt, da ein schneller Polymerisationsverlauf in der dünnen Schicht möglich ist. Man erhält eine optisch glatte Fläche.
Zweckmässig wird die Oberfläche der optisch perfekten Gegenform in an sich bekannter Weise mit einem Formtrennmittel versehen, beispielsweise silikonisiert, um ein leichteres Ablösen nach der Polymerisation zu erreichen.
Beispiele
1. Eine kreisrunde, planparallele Scheibe von 4,5 cm Durchmesser und 6 cm Dicke, bestehend aus ausgehärtetem Allymer CR 39 wird beidseitig mit einer Rauhtiefe von 20 It gefräst und mit einer Rauhtiefe von 2 Xt geschmirgelt. Auf die nach oben gewandte Fläche werden 3-4 Tropfen monomeres Allymer CR 39 mit 4 % Di-isopropylperoxydcarbonat aufgebracht und eine planparallele Glasplatte mit einer optisch einwandfreien Fläche überstehend lose so aufgelegt, dass die Luft dabei entweicht. Die Vorrichtung wird gewendet und mit der sich jetzt oben befindlichen Fläche genau so verfahren. Je nach der Viskosität des Monomeren kann die Vorrichtung so belastet werden, dass eine zur Oberflächenglättung ausreichende Menge Monomeres auf der Oberfläche verbleibt.
Es wird im Trockenschrank polymerisiert.
Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur löst man durch leichten Druck die Glasplatte vom Kunststoff. Ist bei Gegenwart von Luft gearbeitet worden, so verbleibt etwas klebriges, von den Randzonen herstammendes Produkt auf der Oberfläche. Es kann mit einem sauberen Lappen abgewischt oder mit Aceton abgespült werden. Das erhaltene Stück ist transparent und mit zwei glatten Oberflächen versehen.
2. Aus dem ursprünglich quaderförmigen Block (Fig. 1) aus Kunststoff werden die sphärischen Flä- chen 1 und 2 lediglich ausgefräst.
Man erhält dann einen Körper entsprechend Fig. 2. Die aufgerauhten Flächen 1 und 2 werden mit flüssigem aushärtbarem Kunststoff überzogen.
Der Körper gemäss Fig. 2 wird dann zwischen konvex geformten optisch einwandfreien Flächen 3 und 4 der Formteile 5 und 6 (Fig. 3) gebracht. Zwischen diesen Formteilen erfolgt nunmehr die Aushärtung.
Fig. 4 zeigt als Endprodukt eine bikonkave Linse mit den optisch einwandfreien Flächen 1 und 2.
Aus der Fig. 3 ist weiter zu erkennen, dass mit derselben Vorrichtung Linsen unterschiedlicher Durchmesser behandelt werden können. Die Vorrichtung selbst ist stets nur kurzzeitig im Gebrauch, so dass ein wirtschaftliches Arbeiten gewährleistet ist.
Process for the production of optical bodies from plastics
The present invention relates to a method for manufacturing optical bodies, e.g. B. Lenses, Fresnel lenses and prisms made of plastics.
It is known to manufacture lenses made of plastic by polymerizing the plastic together with a catalyst using pressure and heat in a mold corresponding to the lens body. Lenses have also already been produced by casting by polymerizing liquid starting materials in prepared molds. The molds consisted, for example, of two mold halves, which were loosely attached to one another using an elastic sealing ring.
These known methods have proven to be very inconvenient for three reasons.
First of all, the shrinkage of the monomer during the transition to the polymer always causes considerable difficulties, which can be overcome by moving walls following the shrinkage during the polymerization or in some cases by prepolymerization outside the mold and thus anticipating part of the polymerization and subsequent complete polymerization with less shrinkage in must meet the form. On the other hand, such a procedure means that during polymerisation the optically perfect shape is blocked during the entire polymerisation process, which, in particular with large and thick bodies, has to be carried out very slowly because of the heat released and dissipated. In addition, there is the large variety of technically possible and technically necessary optical bodies, which makes it necessary to keep a large amount of optically perfect shapes.
It is also already known to manufacture lenses by first casting a blank, the surfaces of which are ground and polished and finally provided with additional monomer layers. In this known method, it turns out to be disadvantageous that the complicated grinding and polishing process is not avoided. This process is therefore quite time consuming and costly.
The aim of the invention is to create a method which avoids the shortcomings of the known manufacturing methods. The method according to the invention is characterized in that the final shape is given to the body by mechanical machining, at least the optically effective surfaces are finely milled and coated with a single- or multi-component, liquid plastic and cured in the immediate vicinity of an optically perfect surface.
The method according to the invention is explained below and exemplary embodiments of the same are described with reference to the drawing.
The treatment of the surface by fine milling and over training with a plastic is necessary because it is in a mechanical processing of plastics, such as. B. permanently crosslinked high polymers, is not possible to achieve an optically smooth surface. It has been shown that milling is expediently carried out with a surface roughness of 20-40 cz or less. This roughness is completely compensated for by the plastic that is subsequently applied in liquid form.
The toughness of the plastic to be applied and the interfacial tension between the plastic and the substrate are to be selected so that the roughness of the substrate is completely covered after application. The material of the coating can consist of the same material as the optical body itself. However, this is by no means necessary. Plastics are preferably used which have the lowest possible curing shrinkage.
The hardening of the applied plastic takes place in the case of free-radical polymerization in a manner known per se with the exclusion of oxygen, e.g. B. by means of an applied or slightly pressed optically perfect counter-shape. This is only required for a short time, as the polymerisation process can proceed more quickly in the thin layer. An optically smooth surface is obtained.
The surface of the optically perfect counter-mold is expediently provided with a mold release agent in a manner known per se, for example siliconized, in order to achieve easier detachment after the polymerization.
Examples
1. A circular, plane-parallel disk 4.5 cm in diameter and 6 cm thick, consisting of cured Allymer CR 39, is milled on both sides with a surface roughness of 20 It and sanded with a surface roughness of 2 Xt. 3-4 drops of monomeric Allymer CR 39 with 4% di-isopropyl peroxydcarbonate are applied to the surface facing upwards, and a plane-parallel glass plate with an optically flawless surface protrudes loosely so that the air escapes. The device is turned over and the same procedure is carried out with the surface that is now on top. Depending on the viscosity of the monomer, the device can be loaded so that a sufficient amount of monomer remains on the surface to smooth the surface.
It is polymerized in the drying cabinet.
After cooling to room temperature, the glass plate is removed from the plastic by applying slight pressure. If work has been carried out in the presence of air, some sticky product from the edge zones will remain on the surface. It can be wiped with a clean rag or rinsed with acetone. The piece obtained is transparent and provided with two smooth surfaces.
2. The spherical surfaces 1 and 2 are merely milled out of the originally cuboid block (FIG. 1) made of plastic.
A body according to FIG. 2 is then obtained. The roughened surfaces 1 and 2 are coated with liquid, hardenable plastic.
The body according to FIG. 2 is then brought between convexly shaped, optically perfect surfaces 3 and 4 of the molded parts 5 and 6 (FIG. 3). The curing now takes place between these molded parts.
4 shows a biconcave lens with the optically perfect surfaces 1 and 2 as the end product.
It can also be seen from FIG. 3 that lenses of different diameters can be treated with the same device. The device itself is always only in use for a short time, so that economical operation is guaranteed.