CN102741035B - 适用于生产涂敷薄膜的弯曲基片的工艺 - Google Patents

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Abstract

适用于生产涂敷薄膜(10)的弯曲基片(20)的工艺包括在预成型薄膜步骤和薄膜与基片组装步骤之间所预成型薄膜的热处理。预组装热处理的最高温度高于在组装步骤之后所进行组装后的热处理(F)的另一最高温度。然后，在组装后的热处理过程中，基片(20)和薄膜(10)所构成的组件就不再改变。尤其是，即使基片(20)具有低玻璃软化温度，组装后的热处理也不会使基片出现任何缺陷和分层以及弯曲形状的变化。

Description

适用于生产涂敷薄膜的弯曲基片的工艺
本发明涉及一种适用于生产涂敷薄膜的弯曲基片的工艺。
很多产品的制造需要在基片上涂敷薄膜，以便提供具有至少一项附加功能或呈现新的美学外观的基片。但是，当需要涂敷薄膜的基片表面(也称之为基片的接收表面)是弯曲的时就常常会出现一些困难。在本说明中，弯曲的表面通常是指连续的表面，其表面上没有台阶和凸起，从而在表面的任意一点都存在着两个曲率数值，这些曲率数值可以在表面上互相远离的点与点之间变化。它们在沿着交于该表面上同一点的两条垂直方向上也可以是相等的，这类表面也称之为拟球型曲面。
但是，通常该薄膜初始是平面形状的，当这些薄膜具有弹性时，能够改变成圆柱形状。的确，这种形状使得薄膜有可能被缠绕成卷筒状，这就非常便于储存、搬运以及甚至于加载到转化装置上。但是，除非薄膜具有非常好的弹性或者非常好的塑性，否则这些薄膜就不能涂敷至沿着两个方向是非零曲率的表面，而不产生波纹、收缩、延伸、裂纹甚至撕裂。对很多产品来说，这类缺陷是不能被接受的，尤其是需要满足光学质量要求时。对眼科应用来说更是如此，缺陷可能出现在镜片的表面，当镜片上出现的缺陷足够小时，这些缺陷会造成光的漫射和虹色效应，或者这些缺陷会影响眼镜镜片使用者的清晰通透性。
因为这个问题，人们常常是在将薄膜涂敷在接收表面之前对该薄膜进行预成型。因此，首先为该薄膜提供弯曲的形状，其曲率大小比初始平面形状的薄膜的曲率更接近于接收表面的曲率。众所周知的预成型方法是热挤压和热压印，在这类工艺中加热薄膜并迫使其与一个或多个弯曲的参考表面相吻合。
已知生产涂敷薄膜的弯曲基片的工艺通常包括下述连续步骤：
/1/提供具有弯曲接收表面的基片；
/2/预成型薄膜，以便于为薄膜提供弯曲形状；
/4/通过将薄膜涂敷于基片的接收表面上，使用设置在两者之间的永久粘结方式，将薄膜与基片组装在一起；以及
/5/将组装薄膜的基片加热至组装后的温度。
步骤/5/可以多种不同的目的来实施，包括但不限制，粘结方式的固化，在基片或薄膜上的至少一层涂层的再沉积，对组装薄膜的基片进行加工的再加工步骤，以及在产品使用寿命内可能遇到的各种温度暴露。
但是，步骤/2/所实施的预成型工艺在该薄膜内产生永久性的应力，会在一段时间之后形成产品的缺陷。例如，这种缺陷可能是薄膜和基片之间的分层，它会在产品使用寿命内的质保期过后出现。这类分层包括薄膜从基片局部分离或者剥离，出现在分离力变得大于将薄膜保持在基片上所使用的粘结方式的内聚力或粘附力的地方。尤其是，这种缺陷可能出现在步骤/5/的热处理中。
当温度达到步骤/5/中的最高温度时，若基片所具有的杨氏模量小于薄膜在同一温度下的杨氏模量，会出现其它问题。在这种情况下，薄膜内的应力，尤其是在步骤/2/中所产生的应力，会导致在组件中的基片的接收表面产生形变。然后，涂敷薄膜的接收表面的最终形状就无法得到控制，并使得成品超出指标，尤其是，当基片是基于低玻璃软化温度的塑性材料时以及当步骤/5/中热处理的最高温度高于基片的玻璃软化温度时，会出现这种状况。这对于光学应用和眼科应用尤为重要，会使得很多产品因为基片接收表面的最终形状影响产品的光学性能而不合格。
因此，本发明的目的是生产涂敷薄膜的弯曲基片且成品的基片接收表面没有缺陷和形变。
根据本发明，在包含上述步骤的工艺中，步骤/2/所提供给薄膜的曲率高于基片接收表面的曲率。另外，该工艺在步骤/2/和步骤/4/之间还包含步骤/3/，该步骤/3/包括下述子步骤：
/3-a/以递增温度将薄膜加热至预组装温度，其中，递增温度经过至少30分钟从50℃升至预组装温度，且预组装温度高于步骤/5/的组装后的温度；以及
/3-b/将薄膜保持在等于或高于预组装温度之中持续至少一个小时。
这种预组装热处理减小了步骤/2/后薄膜所呈现的应力，以便于抑制否则在步骤/5/加热过程之中或之后有可能出现的缺陷。
这种预组装热处理也避免了基片接收表面由薄膜所引起的形变，尤其是当基片材料的玻璃软化温度低于步骤/5/中所实施的组装后的热处理的温度时。
重要的是，步骤/3/的预组装热处理的最高温度，即所谓的预组装温度，高于步骤/5/的组装后热处理的最高温度，即所谓的组装后的温度。尤其是，这种方法确保没有任何应力残留于薄膜中，该应力的残留有可能足以在步骤/5/中使基片的接收表面产生缺陷或形变。
因此，本发明允许使用基于塑性材料的基片，只要该材料的玻璃软化温度低于100℃，可能介于75℃至85℃之间。
在本发明的可能实施例中，所述薄膜可以包括多层结构，包括聚乙烯醇基的层和分置在该聚乙烯醇基的层两个相对面上的两层三乙酰纤维素基的层。那么，预组装温度高于或等于105℃。
在本发明的多个实施例中，下述改进措施可以单独使用或与另一些组合使用：
-在步骤/2/中薄膜所具有的曲率大于在步骤/1/中提供的基片接收表面的曲率，其曲率差大于0.5屈光度；
-薄膜可通过热压成型具有步骤/2/中的弯曲形状；
-在子步骤/3-a/中的递增温度可以是随着时间而线性增加的；
-在子步骤/3-b/中，将薄膜保持在等于或高于预组装温度之中持续至少两个小时；以及
-步骤/5/适用于把涂层提供至与薄膜相组装的基片上，或者处理在与薄膜相组装的基片上的涂层。
对于光学领域的实施例，基片可以是透镜或者是半成品透镜，为了清晰通透性，薄膜是透明的。于是，本发明是尤其有利的，因为没有实施步骤/3/所可能出现的缺陷都是可见的并且接收表面的形变有可能导致大批成品的报废。
对于眼科领域的实施例，基片可以是眼镜镜片或者是半成品的眼镜镜片，薄膜也是透明的。于是，本发明可减少或抑制眼科质量要求之外的光学和美学的缺陷。
尤其是，薄膜可以是应用于光学应用或眼科应用的光偏振膜。
参照以下附图，本发明的其它特征和优点将在以下本发明的非限制性的详细说明中进行阐述，附图包括：
-图1a和1b分别是实施本发明所使用的薄膜和基片的剖面图；以及
-图2a至2d说明了根据本发明的工艺的连续步骤。
为了解释说明，现描述的本发明的实施例属于眼科领域，适用于生产涂敷有光偏振膜的眼镜的镜片。如图1a所示，该薄膜10是多层透明结构。该薄膜10包括聚乙烯醇或聚乙烯醇基的层1，该层1处于两层三乙酰纤维素或者三乙酰纤维素基的层2和3之间。层2和层3为层1提供合适的化学保护和物理保护，它们的厚度各约为10μm(微米)。层1约为100μm厚。薄膜还包括分色类的物质，用以吸收已经预定偏振方向的光辐射。这种薄膜10是众所周知的且可以商业化供应。该薄膜的最初供应形状是平面板或被缠绕成卷带，在后一种情况中，该卷带可以展开，使得薄膜的初始形状也是制成平面的。
基片20是眼镜镜片的基片，它可以是成品眼镜的镜片也可以是半成品眼镜的镜片。基片20具有两个弯曲的光学表面，如图1b所示：第一个凸起的表面S1趋于背向眼镜佩戴者的眼睛的方向，以及凹起的表面S2趋于朝向眼睛佩戴者的眼睛的方向。表面S1和表面S2可以是球面的、复曲面的或者是复合的，即在该表面上沿着两个垂直方向的曲率是变化的。或者，表面S1和表面S2可以是递增的表面或者是递减的表面。在现有方式中，这些曲率产生适用于矫正佩戴者的屈光不正的眼科参数的数值。
为了解释说明，基片20的凸起表面S1预期组装有薄膜10，那么，该表面S1就称之为接收表面。
基片20可以是当前眼科所使用的任意透明材料。尤其是，该材料可能具有温度小于100℃较低的玻璃软化温度。例如，基片20的组成材料可以是1.67MR7商业化产品的材料。于是，该基片20的玻璃软化温度在75℃至85℃之间，导致该基片20在100℃时的杨氏模量约为20MPa(兆帕斯卡)。
薄膜10在大约100℃时的杨氏模量约为30GPa(千兆帕斯卡)。这样，如果薄膜10的初始形状与接收表面S1的初始形状不同——即曲率数值不同以及在粘结时直接迫使薄膜10与表面S1相一致，就会在该薄膜10内形成应力。然后，将组装薄膜10的1.67MR7基片20加热至100℃，这些应力会引起薄膜10和接收表面S1在形状上发生变化。这样，镜片的眼科参数，即，它的球光焦度和散光度就会以不可控的方式发生改变。
另外一种可能性是基片20的材料在100℃时具有较大的杨氏模量，约为薄膜10的杨氏模量或者大于薄膜的杨氏模量。例如，聚酰胺和聚碳酸酯就是这类具有玻璃软化温度超过100℃的适用于基片20的塑性材料。在与基片20相组装时，薄膜10再次与接收表面的形状相一致。并且即使将组件加热至大约100℃时，接收表面S1的形状也不会发生形变。但是，在薄膜10内的应力可能会引起在薄膜与基片的粘结方式出现局部断裂，导致粘结方式的分层或失效。也有可能在薄膜10中出现局部缺陷，如裂缝、收缩等。这些分层或者缺陷可能出现在对基片20和薄膜10组装之后所进行的热处理的过程中，或者出现在成品镜片的使用寿命内。
参照图2a至2d，首先，预成型薄膜10。该预成型可以采用已知的任一种方法实现，尤其是热压成型工艺。图2a示出了薄膜10因此所具有的曲率大于基片接收表面S1的曲率，以虚线来表示基片的接收表面S1。在现有方法中，薄膜10的曲率越大意味着薄膜10的曲率半径往往小于表面S1的曲率半径。标记10/2/表示薄膜10的弯曲形状是由预成型步骤所产生的，这里，所讨论的曲率和曲率半径是取绝对值，以便于比较。这时，薄膜10和接收表面S1之间的曲率差值较佳为至少0.5屈光度。例如，接收表面S1的曲率约为5.33屈光度，在30℃的室温下的薄膜10的屈光度(对应于标记10/2/)约为6.26屈光度。
然后，采用本发明所介绍的热处理工艺对薄膜10进行热处理加工。例如，该热处理的温度可以在从50℃至105℃的一个线性递增范围内保持至少一个小时。随后，将薄膜10在恒温105℃下保持至少三个小时。然后，将薄膜10冷却至室温。该热处理可能会释放在预成型步骤后的薄膜10内所存在的一些应力，并且薄膜10呈现出形状记忆的行为。因此，在热处理结束后的薄膜10的曲率，如图2b中的10/3/所标记，可能介于如图1a所示的初始平面形状与对应标记10/2/所示在刚完成预成型步骤后的曲率之间。实际上，薄膜10的曲率因此变得更接近于基片20的接收表面S1的曲率。例如，在预组装热处理之后，薄膜10的曲率约为5.61屈光度。
然后，在基片20的接收表面S1上或在薄膜10与基片20最终组件中直接面对表面S1的薄膜10的表面上涂敷粘结材料层4。粘结材料可以是压敏型粘合剂或PSA胶。或者，固化剂可以用于该粘结材料层4。然后，将薄膜10涂敷于接收表面S1上，如图2c所示。这时，由于基片20的弹性不如薄膜10的弹性好，所以薄膜10的形状与表面S1的形状相一致。但是，由于对应上述标记10/3/的薄膜的曲率接近于表面S1的曲率，所以在涂敷步骤中不会在薄膜10内产生应力。
如图2d所示，对包括薄膜10和基片20的组件进行进一步的热处理。该附加的热处理称之为组装后的热处理。F表示所使用的热流量。例如，将包括薄膜10和基片20的组件加热至大约100℃持续三个小时。该组装后的热处理有多种目的。当使用胶水作为层4时，胶水的固化处理是必需的，以便形成在薄膜10和基片20之间的永久粘结。或者，组装后的热处理可有效用于在基片表面S2和/或在朝向远离基片20方向的薄膜10的表面S10上沉积至少一层具有功能性的涂层。根据本发明，组装后的热处理的最高温度低于在薄膜预成型和将其涂敷于基片20之间所实施的预组装热处理的最高温度。那么，薄膜10不会在组装后的热处理过程中产生其它形状记忆的行为。所以，该组装后的热处理本身不会在薄膜10内产生显著的应力，使得粘合层4不会断裂以及在薄膜10中也不会出现缺陷。就1.67MR7基片20而言，在完成组装后的热处理且冷却至室温后，涂敷薄膜10的接收表面S1的曲率约为5.35屈光度。
本发明的一个特别的益处是只要组装后的热处理的最高温度低于预组装热处理的最高温度，就再也不需要精确的控制组装后的热处理的最高温度。因此，在各种位置都能进行组装后的热处理而没有严格的控制要求，因为最终镜片的球光焦度和散光度不会受到影响。
得益于本发明，由薄膜10和基片20组成的组件是稳定的，所以即使在组装后的热处理完成后很长一段时间，该组件都不会改变。尤其是，组件的内聚力保持强劲，没有缺陷出现，且接收表面S1的曲率不会改变。
显而易见，关于所述本发明的实施例在很多方面有可能得到应用和改进。尤其是有可能实施下述变化实施例：
-曲率数值可能改变；
-基片20的组成材料可能改变；
-三乙酰纤维素层2和层3可能被醋酸丁酯纤维或醋酸丁酯纤维基的层替代，或者被聚酯纤维或聚酯纤维基的层替代；
-基于聚醋酸乙烯脂的薄膜1可能被基于聚亚乙烯基的薄膜替代；
-薄膜10可能提供着色功能或对光反应变色功能以替代偏振光功能；
-薄膜10可能具有抗反射涂层和/或耐划伤涂层；
-粘结方式可能改变；以及
-组装后的热处理可适用于着色或对光反应变色薄膜10的工艺或者耐划伤涂层的工艺，使得薄膜和/或涂层的功能更加有效。

Claims (13)

1.适用于生产涂敷薄膜(10)的弯曲基片(20)的工艺，其包括下列连续步骤：
步骤[1]提供具有弯曲的接收表面(S1)的所述基片(20)；
步骤[2]预成型所述薄膜(10)，以便于为所述薄膜(10)提供弯曲形状；
步骤[4]通过将所述薄膜(10)涂敷于所述基片(20)的所述接收表面(S1)上，采用设置在所述薄膜(10)和所述基片(20)之间的永久粘结方式，将所述薄膜(10)与所述基片(20)组装在一起；以及
步骤[5]将组装所述薄膜(10)的所述基片(20)加热至组装后的温度，
所述工艺的特征在于，在所述步骤[2]中，所述薄膜(10)所具有的曲率大于所述基片(20)的接收表面(S1)的曲率，
以及进一步包括在步骤[2]和步骤[4]之间的步骤[3]，所述步骤[3]包含下述子步骤：
子步骤[3-a]以递增温度的方式将所述薄膜(10)加热至预组装温度，其中，所述递增温度经过至少30分钟从50℃升温至所述预组装温度，且所述预组装温度高于所述步骤[5]中的组装后的温度；以及
子步骤[3-b]将所述薄膜(10)在等于或大于所述预组装温度之中保持至少一个小时。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述基片(20)是基于玻璃软化温度低于100℃的塑性材料。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述塑性材料的玻璃软化温度介于75℃至85℃之间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)包括多层结构，所述多层结构包括聚乙烯醇基的层(1)和两层三乙酰纤维素基的层，所述两层三乙酰纤维素基的层分置于所述聚乙烯醇基的层(1)两个相对面上，所述聚乙烯醇基的层处于所述两层三乙酰纤维素基的层(2、3)之间，且所述预组装温度大于或等于105℃。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)在步骤[2]中所具有的曲率大于在所述步骤[1]中所提供的基片接收表面(S1)的曲率，其中曲率差大于0.5屈光度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)在步骤[2]中所具有的弯曲形状是通过热压成型获得的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，在所述子步骤[3-a]中的递增温度是随着时间线性增加的。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)在所述子步骤[3-b]中保持在等于或高于所述预组装温度之中持续至少两个小时。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述步骤[5]适用于把涂层提供在与薄膜(10)相组装的基片(20)上，或者处理在与薄膜(10)相组装的基片(20)上的涂层。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述基片(20)是透镜或者是半成品的透镜，并且为了清晰通透性，所述薄膜(10)是透明的。
11.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述基片(20)是眼镜镜片或者半成品的眼镜镜片。
12.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)是光偏振膜。
13.根据权利要求11所述的工艺，其特征在于，所述薄膜(10)是光偏振膜。
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