CN110225817A - 用于正焦度镜片元件的注射成型的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于注射成型正焦度镜片元件的方法，所述方法包括将处于高于热塑性材料的玻璃化转变温度(Tg)的温度的热塑性材料的熔体注射到由两个面对的模具插入件界定的初始成型腔中，所述热塑性材料的熔体包含至少一种UV吸收剂。在注射过程中，所述两个相对的模具插入件朝向彼此移动，以限定最终成型腔，所述最终成型腔的容积小于所述初始成型腔的容积。在冷却并打开成型腔后，获得所述正焦度镜片元件。所述两个面对的模具插入件中的一个模具插入件包括面对所述初始成型腔的平坦表面，从而在所述正焦度镜片元件的一侧形成平坦表面，并且所述两个面对的模具插入件中的另一个模具插入件包括面对所述初始成型腔的凹形表面，从而在所述正焦度镜片元件的相反侧形成凸形表面。

Description

用于正焦度镜片元件的注射成型的方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于正焦度镜片元件的注射成型的方法。
背景技术
处方增强现实眼镜可以包括镜片组件，其中例如在美国专利号7,457,040中描述的导光光学元件(LOE)夹在前平凹(正)镜片和后平凸(负)镜片之间，其中前镜片和后镜片矫正配戴者的视力。
然而，这种组件的前镜片和后镜片比传统一体镜片薄片薄得多，这在它们的制造方面提出了重大挑战。非常期望的是生产这样的薄片，通过注射成型工艺从这些薄片上切割出这种正镜片和负镜片，如对用于传统眼镜镜片的镜片薄片所做的那样；然而，在增强现实眼镜的三部分式镜片组件中使用的正镜片和负镜片具有这样的尺寸，使得它们不太适合使用传统注射成型技术(诸如在共同拥有的美国专利号7,854,865中描述的技术)制造。
发明内容
因此，在一个方面，本发明涉及一种用于注射成型正焦度镜片元件的方法，所述方法包括将处于高于热塑性材料的玻璃化转变温度(Tg)的温度的所述热塑性材料的熔体注射到由两个面对的模具插入件界定的初始成型腔中，所述热塑性材料的熔体包含至少一种UV吸收剂。在注射过程中，两个相对的模具插入件朝向彼此移动，以限定最终成型腔，该最终成型腔的容积小于所述初始成型腔的容积。在冷却并打开成型腔后，获得所述正焦度镜片元件。所述两个面对的模具插入件中的一个模具插入件包括面对所述初始成型腔的平坦表面，从而在所述正焦度镜片元件的一侧形成平坦表面，并且所述两个面对的模具插入件中的另一个模具插入件包括面对所述初始成型腔的凹形表面，从而在所述正焦度镜片元件的相反侧形成凸形表面。本发明的特征在于两个面对的模具插入件朝向彼此的移动的步骤以小于100mm/s的速度实现。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，注射以超过大约50mm/s的速度进行。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，注射以大约60-120mm/s的速度进行。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，在界定初始成型腔时两个面对的模具插入件之间的边缘距离不超过所述正焦度镜片元件的边缘厚度的2.5倍。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，在界定所述初始成型腔时所述两个面对的模具插入件之间的边缘距离为所述正焦度镜片元件的边缘厚度的1到2倍。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述两个面对的模具插入件朝向彼此的所述移动以150-250mm/s的速度实现。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述热塑性材料包括聚碳酸酯、聚丙烯酸物、多元醇、聚胺、聚酰胺、聚酸酐、多羧基酸、聚环氧化物、多异氰酸酯、聚降冰片烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚硫胺甲酸酯、聚烯丙基、聚硫化物、聚乙烯酯、聚乙烯醚、聚亚芳基、多氧化物、聚砜、聚环烯烃、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚戊烯和三乙酸纤维素中的一种或多种。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，热塑性材料是聚碳酸酯树脂。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述聚碳酸酯树脂在300℃/1.2kg下具有至少为15cm3/10min的熔体流动速率。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述聚碳酸酯树脂在300℃/1.2kg下具有至少为20cm3/10min的熔体流动速率。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述聚碳酸酯树脂具有小于26,000g/mol的重均分子量。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述至少一种UV吸收剂是苯并三唑吸收剂。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述至少一种UV吸收剂是2,2'-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚)。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述至少一种UV吸收剂是2-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基苯酚。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述两个面对的模具插入件中的所述模具插入件的平坦表面具有使用单色光干涉条纹的平整度测量所指示的少于20个条纹。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述两个面对的模具插入件中的所述模具插入件的平坦表面具有使用单色光干涉条纹的平整度测量所指示的少于10个条纹。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述正焦度镜片元件具有至多1.0mm的边缘厚度和至少1.1mm的中心厚度。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，所述正焦度镜片元件的平坦侧结合到导光光学元件的一侧。
在根据本发明的方法的示例性实施例中，负焦度镜片元件结合到所述导光光学元件的相反侧。
在另一方面，本发明涉及一种正焦度镜片元件，所述镜片元件包括由热塑性材料构成的薄片，所述薄片包含至少一种UV吸收剂。所述薄片具有平坦的第一主表面和凸形的第二主表面。所述薄片具有在55-85mm米的范围内的直径、至多1.0mm的边缘厚度、以及至少1.1mm的中心厚度。
附图说明
在阅读以下参考附图给出的本发明示例性实施例的详细描述后，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1a是适用于处方增强现实眼镜镜片组件中的导光光学元件的示意性侧视图；
图1b是根据本发明的方法生产的适用于处方增强现实眼镜镜片组件中的平凹镜片的示意性侧视图；
图1c是根据本发明的方法生产的平凹镜片已经结合到其上的导光光学元件的示意性侧视图；
图1d是适用于处方增强现实眼镜镜片组件中的平凸镜片的示意性侧视图；
图1e是图1c的子组件的示意性侧视图，平凸镜片已经结合到所述子组件上；
图1f是图1e的子组件的示意性侧视图，微显示投影仪已经结合到所述子组件上；以及
图2是图1f的组件已经安装到眼镜架中的示意性侧视图。
具体实施方式
现在参考图1a，导光光学元件(LOE)11可以按照例如美国专利号7,457,040中描述的那样生产。为了提供处方增强现实眼镜，图1b所示的前平凹(正)镜片13结合到LOE 11，如图1c所示。图1d所示的后平凸(负)镜片15然后结合到LOE 11的后侧，如图1e所示。接下来，如图1f所示，将微显示投影仪17结合到LOE 11的边缘，然后将镜片组件安装到一副眼镜架19中，如图2所示。
制造正镜片13的薄片包括平坦侧和弯曲侧，并且优选地满足如下所示的非常严格的几何要求、光学要求和性能要求。特别地，这种镜片应该具有至多0.5mm的边缘厚度(ET)和至少1.3mm的中心厚度(CT)。这种镜片还应该允许获得具有焦度分布(球镜、柱镜、棱镜)的镜片组件，其中球镜和柱镜在±0.06屈光度(D)的范围内，并且棱镜在±(0.25+0.1*焦度)/2内。由镜片中心处的16×16mm2平方面积的双镜片测绘仪(Dual LensMapper)(DLM，由自动化与机器人技术公司(Automation&Robotics SA)制造)测量确定的焦度均匀性优选地具有小于0.15D的球柱镜峰谷(PtV)值。由Automation&Robotics SA公司通过自动化与机器人技术公司的Focovision SR-2确定的正镜片13的平坦表面的翘曲优选地使得球镜和柱镜在±0.06D内(而在典型的镜片产品中，允许最高达0.50D的翘曲)。另外，通过SR-2所测量的涂覆后平坦表面的翘曲演变优选地使得球镜和柱镜的变化在±0.03D以内。所述组件另外应通过FDA/CEN、热冲击、抗压测试和UV老化测试。
这类要求给注射成型提出了巨大挑战。正薄片(或镜片)的注射成型是通过从一侧到另一侧填充成型腔来完成的。然而，对于正薄片，中心厚度相对较厚，而边缘厚度薄得多。非常薄的边缘表现出非常高的流动阻力，使得边缘区域可能在成型腔填满之前冻结。
进一步的困难在于正薄片的周边处的高流动阻力要求非常高的注射压力来填充腔体，这可能在成型零件中产生高残余应力，这些高残余应力最终导致涂覆前后的高翘曲。
前述困难已经成为现有聚碳酸酯镜片注射工艺配置(包括机器和高粘度眼科级PC树脂)在生产满足LOE组装要求的薄片中的使用的阻碍。
根据本发明的方法提供了用于制作正焦度薄片(优选地由聚碳酸酯制成)的注射成型技术，所述薄片满足上述性能标准，特别地满足关于厚度和翘曲的标准。
特别地，已经发现将注射模压工艺与高流动性热塑性树脂(优选地聚碳酸酯)，而不是与常规眼科级树脂相结合，将降低流动阻力，并且因此降低残余应力。高速注射模压工艺对于防止薄片周边区域的过早冻结以及促进成型腔的填满特别有效。本文描述了用于使用具有特定工艺参数的高速注射模压工艺和具有特定粘度范围的高流动性优选聚碳酸酯树脂来注射成型正薄片(优选地由聚碳酸酯制成)的工艺。
实例
一般而言，用于正薄片的注射成型的成型腔由两个相对面对的插入件形成，一个是平坦的而另一个凹形的。注射模压工艺典型地特征在于在注射循环开始时形成具有大于目标零件厚度的开口的腔体。这种增大的腔体厚度将显著降低流动阻力，并且因此降低填充腔体的压力要求。随后，在注射结束之前，腔体开口将通过插入件和/或模板的移动至最终零件厚度而快速闭合。然而，需要仔细确定根据本发明的注射速度、腔体的初始开度、以及闭合速度，以便填满腔体并且腔体压力均匀分布，从而最小化薄片翘曲。已经发现，注射速度优选地大于约50mm/s，并且两个面对的模具插入件朝向彼此的移动步骤有利地以大于100mm/s的速度进行。初始腔体开口的边缘距离应不超过正薄片的目标薄片边缘厚度的2.5倍，优选地在1至2倍之间。
然而，还发现，当使用高粘度眼科级聚碳酸酯(PC)树脂(诸如Sabic Lexan RL7220时)，单独使用高速注射模压工艺通常不足以生产满足光学要求的正薄片。具有小于26,000的重均分子量、以及根据ISO 1133的在300℃/1.2kg下为至少15cm3/10min、优选地为至少20cm3/10min的熔体流动速率、或在300℃时对于低于1000s-1的剪切速率具有小于400Pa的粘度的高流动性PC树脂有助于克服高流动阻力、降低残余应力并最小化翘曲。
另外，应该使用如使用单色干涉条纹的平整度测量所指示的具有少于20个条纹，并且优选地少于10个条纹的非常平坦的插入件，以便保证薄片的平坦侧满足LOE组装工艺的平整度要求。
最后，由于大多数商用高流动性光学级PC树脂用于室内应用(诸如生产CD/DVD或蓝光光盘)，它们通常不含UV吸收剂(UVA)，所述吸收剂是防止LOE组件UV老化和为配戴者眼睛提供UV防护所需要。开发了由与高流动性PC树脂混合的0.1wt％的BASF Tinuvin 360苯并三唑UV吸收剂制成的内部配方。配方显示实现380nm的UV截止，有效地防止所得到的薄片发生UV老化，如80小时QSun测试后黄度指数的零增加所指示的。
如此生产的薄片将包括作为注射成型工艺的后生现象的浇口痕。
利用前述标准，具有精心选择的工艺参数的高速注射模压工艺与具有特定平整度的平坦插入件和含有UVA且在特定粘度范围内的高流动性PC树脂的组合已经用于注射成型满足非常严格的几何要求、光学要求和性能要求的正LOE PC薄片。
在下表中，将右列所示的根据本发明生产的正LOE PC薄片的注射成型结果与左列所示的传统生产的薄片进行比较：
如以上数据所示，使用本方法成功地使满足光学和几何形状要求的+1.00个薄片成型。而且，双折射显示，与传统制作的薄片相比，根据本发明制作的薄片的残余应力非常低。另一方面，使用常规眼科级PC和直接注射工艺产生了光学较差的薄片。可达到的最低中心厚度为2.0mm、以及边缘厚度为0.95mm，这明显高于所期望的0.5mm最大边缘厚度。
应当理解的是，本方法允许使用现有的注射成型机和凹形插入件，使得不需要获得新的机器，同时可以生产满足所有性能要求的正薄片。
虽然已经结合本发明的各种示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，提供这些实施例仅仅是为了说明本发明，而不应该被用作限制由所附权利要求的真实范围和精神所赋予的保护范围的借口。

Claims (15)

1.一种用于正焦度镜片元件(13)的注射成型的方法，所述方法包括：
将处于高于热塑性材料的玻璃化转变温度(Tg)的温度的所述热塑性材料的熔体注射到由两个面对的模具插入件界定的初始成型腔中，所述热塑性材料的熔体包含至少一种UV吸收剂；
在所述注射过程中，将所述两个面对的模具插入件朝向彼此移动，以限定最终成型腔，所述最终成型腔的容积小于所述初始成型腔的容积；以及
在冷却并打开所述成型腔后，获得所述正焦度镜片元件(13)；
所述两个面对的模具插入件中的一个模具插入件包括面对所述初始成型腔的平坦表面，从而在所述正焦度镜片元件(13)的一侧形成平坦表面；
所述两个面对的模具插入件中的另一模具插入件包括面对所述初始成型腔的凹形表面，从而在所述正焦度镜片元件(13)的相反侧形成凸形表面；以及
其中，所述两个面对的模具插入件朝向彼此的所述移动以大于100mm/s的速度实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注射以大于大约50mm/s的速度进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注射以60-120mm/s的速度进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在界定所述初始成型腔时所述两个面对的模具插入件之间的边缘距离不超过所述正焦度镜片元件(13)的边缘厚度的2.5倍，并且其中，所述正焦度元件的边缘厚度为至多1.0mm、优选地为至多0.5mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在界定所述初始成型腔时所述两个面对的模具插入件之间的边缘距离为所述正焦度镜片元件(13)的边缘厚度的1到2倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个面对的模具插入件朝向彼此的所述移动以150-250mm/s的速度实现。
7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述热塑性材料是聚碳酸酯树脂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述聚碳酸酯树脂具有小于26,000g/mol的重均分子量。
9.根据前述权利要求7至8中任一项所述的方法，其中，所述聚碳酸酯树脂以大于大约50mm/s的速度注射，并具有根据ISO 1133的在300℃/1.2kg下为至少15cm3/10min、优选地为至少20cm3/10min的熔体流动速率、或在300℃时对于低于1000s-1的剪切速率具有小于400Pa的粘度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种UV吸收剂是苯并三唑吸收剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种UV吸收剂是2,2’-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚)。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种UV吸收剂是2-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基苯酚。
13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述两个面对的模具插入件中的所述模具插入件的平坦表面具有使用单色光干涉条纹的平整度测量所指示的少于20个条纹。
14.根据前述权利要求1至13中任一项所述的方法，进一步包括将所述正焦度镜片元件(13)的平坦侧结合到导光光学元件的一侧。
15.一种正焦度镜片元件(13)，包括：
热塑性材料的薄片，所述热塑性材料包含至少一种UV吸收剂；
所述薄片具有平坦的第一主表面和凸形的第二主表面；
所述薄片具有在55-85mm米的范围内的直径、至多0.5mm的边缘厚度、以及至少1.1mm的中心厚度。
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