ES2272047T3

ES2272047T3 - Modelo de extruxion-compresion de articulos opticos.

Info

Publication number: ES2272047T3
Application number: ES99901440T
Authority: ES
Inventors: Zhou Yang; Yin-Nian Lin
Original assignee: Optima Inc
Current assignee: Optima Inc
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2007-04-16
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: EP1054762A1; EP1054762A4; CN1095739C; ATE337163T1; US6015512A; JP4267820B2; RU2204483C2; CN1289287A; EP1054762B1; KR100527615B1; WO1999038673A1; JP2002501844A; DE69932924D1; DE69932924T2; KR20010034148A

Abstract

Un procedimiento para formar un artículo óptico, en el que las siguientes etapas se realizan secuencialmente y en posiciones separadas: formar una masa fundida de un material polímero óptico en un aparato de fusión y alimentar la masa fundida desde el aparato en forma de una hebra de masa fundida (17) continua sin comprimir hasta una pluralidad de conjuntos de matrices; alimentar un carro lanzadera (28) vacío con una matriz inferior (12) desde una portamatriz inferior (11) de suministro, que contiene una pluralidad de matrices inferiores, siendo parte la matriz inferior (12) de un conjunto de matrices que comprende una matriz inferior (12) y una matriz superior (21); formar y añadir una porción predeterminada de volumen de inyección de masa fundida de la hebra de masa fundida (17) sin comprimir a la superficie superior de la matriz inferior (12); proporcionar la matriz superior (21) a partir de una portamatriz superior (20), que contiene una pluralidad de matrices superiores, y situar la matriz superior (21) en la parte superior de la matriz inferior que contiene volúmenes de inyección de masa fundida sin comprimir, formando un conjunto de matrices que contienen masa fundida; comprimir el conjunto de matrices que contienen masa fundida, formando un artículo óptico; retirar el artículo óptico del conjunto de matrices; y repetir las etapas anteriores para una serie de matrices inferiores (12) y matrices superiores (21) secuenciales, hasta que se realice el número deseado de artículos ópticos.

Description

Moldeo por extrusión-compresión de artículos ópticos.

Campo técnico

La presente invención se refiere a la realización de artículos ópticos, tales como lentes oftálmicas, por moldeado y, en particular, al uso de un procedimiento de moldeo por extrusión-compresión continuas para realizar lentes de plástico, por lo que se alimenta una masa fundida polímera desde una extrusora o un aparato de fusión a una serie de moldes de compresión tratados secuencialmente, formando las lentes por compresión de los moldes, separando las lentes de los mismos y reciclando los moldes a la etapa de alimentación de masa fundida del procedimiento.

Antecedentes de la técnica

Se ha usado durante años el moldeo por compresión directa de polímeros termoplásticos y termoestables para realizar artículos ópticos de plástico, tales como lentes. Básicamente, el procedimiento de moldeo por compresión usa un material en polvo compactado o de preforma, y el artículo se forma añadiendo el material a un molde, cerrando el molde y prensando el mismo a una temperatura elevada. El molde consiste típicamente en un molde inferior y un molde superior, que forman un conjunto de moldes o de matrices. En un procedimiento de moldeo de fabricación de lentes termoplásticas, el material y el molde se calientan hasta una temperatura predeterminada para ablandar el material y hasta una fuerza compresiva aplicada al molde durante un tiempo predeterminado para alcanzar un tamaño de cavidad predeterminado, siendo expulsado el material en exceso del molde. El molde se enfría y abre entonces, y el artículo se retira del mismo. Este procedimiento, sin embargo, no es atractivo comercialmente, porque tiene un largo tiempo de ciclo, un pobre rendimiento energético y es económicamente menos beneficioso comparado con un procedimiento de moldeo por inyección. Un procedimiento de moldeo por inyección directa, en general, es un método más rápido y más eficiente para moldear materiales termoplásticos.

Las patentes de EE.UU. números 4.786.444 y 4.836.960 describen procedimientos de moldeo para la producción de lentes.

Al moldear tales artículos ópticos como una lente Rx de potencia negativa, sin embargo, los procedimientos de moldeo por inyección convencionales tienen varios problemas funcionales serios. Estas lentes tipo tienen una sección transversal en la que el centro es más delgado que el borde, y esta propiedad hace que el moldeo por inyección directa sea muy difícil, especialmente cuando la viscosidad de la masa fundida es alta. En general, la masa fundida inyectada en el molde tiende a llenar el borde del mismo, debido primero a una resistencia menor en la sección más gruesa de la cavidad de molde y después de llenar gran parte del área de borde, la propia masa fundida se redirige al área central más delgada de la cavidad de molde. El molde usado en un procedimiento de moldeo por inyección tiene que estar relativamente frío, debido a la necesidad de acortar el tiempo del ciclo, y cuando la masa fundida se encuentra en el área central, se forma, a menudo, una línea de reticulado. Este fenómeno es especialmente serio cuando se moldea una lente con un grosor central más delgado que tiene un volumen mayor, debido a su peso menor. Además, el moldeo por inyección introduce típicamente una tensión inducida por orientación y una birrefringencia. La falta de una fuerza de compactación suficiente usada en la tecnología de moldeo por inyección en canal frío da como resultado, a menudo, un desmoldeo previo de la lente relacionado con contracción no uniforme y causa marcas de líneas en la superficie de lente. Estos problemas tipo se tienen que evitar para que el artículo sea adecuado para usos ópticos.

Para superar algunos de los problemas anteriores, se ha desarrollado la tecnología de moldeo por inyección-compresión como se muestra en las patentes de EE.UU. números 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; y la publicación de patente europea 0130769, patentes que se incorporan en esta memoria como referencia. Generalmente, se inyecta un volumen de inyección de masa fundida en un molde separado usando una máquina de moldeo por inyección. El molde se cierra entonces para aplicar una fuerza compresiva a la masa fundida, y se compacta la cavidad de molde por apriete hidráulico o a partir de componentes auxiliares, tales como resortes. La temporización para las etapas de inyección y compresión, el tamaño del volumen de inyección de masa fundida y el control de temperatura del molde son, todos ellos, factores funcionales críticos. En muchos casos, la tecnología del canal caliente se tiene que usar para ganar la suficiente fuerza de compactación.

Incluso aunque hay diferentes versiones de la tecnología de moldeo por inyección-compresión, son más o menos similares entre sí, y esta tecnología tiene ciertos inconvenientes. Por una parte, el procedimiento produce, a menudo, un producto que tiene algo de tensión y birrefringencia, debido posiblemente a la gran diferencia de temperatura entre el molde y la masa fundida. Adicionalmente, el tiempo del ciclo es, a menudo, muy largo, porque el llenado del molde es un proceso lento y, en algunos procedimientos mejorados, el molde se tiene que calentar y enfriar en cada ciclo. El uso de la tecnología del canal de alimentación caliente aumenta el tiempo que el material está expuesto a altas temperaturas y se puede ver afectado perjudicialmente un material termosensible. El coste del molde es también extremadamente alto, y el sistema de control para coordinar las etapas de inyección y compresión es crítico y, a menudo, muy complicado y caro.

Muchos materiales polímeros se hacen compuestos en una extrusora añadiendo a la misma el polímero en forma de granulado y aditivo. Algunos materiales ópticos especializados, tales como polímeros y/o copolímeros de tiouretano y uretano, se realizan en extrusoras de reacción añadiendo las sustancias reaccionantes polímeras a la extrusora. Cuando se moldea un artículo, los granulados se pueden calentar también en una máquina de moldeo y fundir en una masa fundida o ablandada para facilitar el procedimiento de moldeo. Típicamente, sin embargo, los materiales plásticos son propensos a la descomposición a altas temperaturas y/o en un largo procedimiento de calentamiento. Generalmente, hay también una relación directa entre las propiedades ópticas y mecánicas de las lentes polímeras y cuántas veces y por cuánto tiempo se ha fundido el polímero, especialmente para materiales termosensibles. Normalmente, los materiales que toman la forma de artículos ópticos tienen que tener unos antecedentes térmicos tan cortos como sea posible, de otro modo, puede resultar un aumento del amarilleamiento, la oxidación del polímero y un deterioro de las propiedades mecánicas. También, desde un punto de vista del rendimiento energético, el recalentamiento de granulados de plástico hasta una forma fundida no es atractivo ni económica ni medioambientalmente. Una de las dificultades de utilizar la masa fundida directamente desde una extrusora como una fuente de alimentación para la máquina de moldeo es que la extrusión es típicamente un procedimiento continuo y los métodos convencionales de moldeo por inyección, moldeo por inyección-compresión y moldeo por compresión son todos procedimientos por lotes o intermitentes. Acoplar una extrusora continua con una máquina de moldeo intermitente o por lotes presenta una carga formidable, que no ha sido resuelta por la técnica.

Teniendo en cuenta los problemas y las carencias de la técnica anterior, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para moldear polímeros, particularmente materiales termoplásticos, en artículos ópticos, tales como lentes Rx, usando una extrusora u otro aparato para formar una masa fundida polímera y para moldear por compresión la masa fundida a fin de formar artículos ópticos sin defectos comercialmente inaceptables, tales como una línea de reticulado, tensiones, birrefringencia y marcas de desmoldeo previo.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento que sea eficiente energéticamente y tenga un tiempo reducido de tratamiento térmico, por lo que se usa una masa fundida extruida directamente desde un procedimiento de extrusión por reacción para moldear un artículo óptico, sin las etapas adicionales de realizar granulados y, luego, fusionarlos para moldear el artículo.

En otro objeto de la invención, se proporciona un procedimiento para el uso de materiales termoplásticos granulados, a fin de realizar artículos ópticos.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento, por el que una extrusora o una extrusora de reacción y un moldeo por compresión de un conjunto de matrices, que comprende al menos dos secciones de matriz, se usan, en orden, para realizar artículos ópticos, tales como lentes.

Otro objeto de la invención es proporcionar un aparato para realizar artículos ópticos, tales como lentes.

En otro objeto de la invención, se proporcionan también artículos ópticos realizados usando el procedimiento y el aparato de la invención.

Todavía otros objetos y ventajas de la invención serán evidentes, en parte, gracias a la memoria descriptiva.

Descripción de la invención

Esta invención está dirigida, en un aspecto, a un procedimiento de moldeo por extrusión-compresión (E-C), que es una serie secuencial de etapas, que comprende una etapa de extrusión o fusión para formar una masa fundida de un material polímero, masa fundida que toma la forma de un artículo óptico, alimentando la masa fundida a los moldes tratados secuencialmente, comprimiendo los moldes llenos, separando el artículo óptico del molde y reciclando el molde para su reutilización a fin de formar artículos ópticos adicionales. La invención, en otro aspecto, incluye un procedimiento de moldeo para moldear, tanto materiales ópticos termoplásticos y termosensibles, como materiales ópticos termoplásticos convencionales. Los materiales incluyen, pero no están limitados a, copolímeros de tiouretano-uretano termoplásticos ópticos (como se describe en la patente de EE.UU. número 5.679.756), poliestireno, polímeros acrílicos, policarbonato y SAN. Como aprecian los expertos en este campo técnico, se puede usar una pequeña cantidad de agente(s) reticulante(s) en la extrusión (masa fundida), y el artículo moldeado no será completamente refundible. El término termoplástico usado en esta memoria incluye polímeros tales que contienen pequeñas cantidades de agentes reticulantes.

En la invención, se proporciona un procedimiento para formar un artículo óptico según la reivindicación 1.

Una extrusora usada en el procedimiento puede ser una extrusora de engrane de doble husillo, sin engrane, o una combinación de una de doble husillo y una de husillo único, o una extrusora de husillo único, o cualquier otra extrusora adecuada. La masa fundida formada por la extrusora u otro aparato de fusión se alimenta a una matriz inferior de un conjunto de matrices de molde, matriz inferior que se transporta en un carro lanzadera de matrices en el procedimiento. La matriz superior del conjunto de matrices se sitúa entonces sobre la parte superior de la matriz inferior llena, formando un conjunto de matrices que contienen polímeros en el carro lanzadera, que se sitúa entonces bajo una prensa. El conjunto de matrices que contienen polímeros se prensa usando una presión predeterminada preferiblemente de 68,95-13.790 MPa. El grosor del artículo óptico formado está determinado típicamente por un espacio de la cavidad preestablecido entre la matriz superior y la matriz inferior. El conjunto de matrices no está conectado mecánicamente a la extrusora, y el conjunto de matrices es, preferiblemente, desmontable del carro lanzadera y la prensa. La superficie de matriz puede estar pretratada con agentes de desmoldeo.

Las matrices individuales inferior y superior del conjunto de matrices y el carro lanzadera están, preferiblemente, calentados y, más preferiblemente, hasta una temperatura mayor que la Tg del polímero y menor que la temperatura de descomposición del mismo. La temperatura del conjunto de matrices y el carro lanzadera está, preferiblemente, entre 20°C mayor que la Tg y 10°C menor que la temperatura de descomposición del polímero. La temperatura elevada del conjunto de matrices usada en este procedimiento y, preferiblemente también, el carro de matrices, es una propiedad importante de la invención que se ha de comparar y contrastar con los procedimientos de moldeo por inyección y de moldeo por inyección-compresión, en los que el molde está esencialmente frío cuando la masa fundida se hace entrar en el mismo. Se ha encontrado que la temperatura más alta del conjunto de matrices permite que el polímero copie más eficazmente las propiedades superficiales de la matriz y proporcione artículos ópticos comercialmente aceptables.

Después de que el conjunto de matrices se prense hasta la posición predeterminada y la anchura del espacio de la cavidad, la posición prensada se mantiene durante un tiempo eficaz para solidificar el polímero, por ejemplo, de 2-30 segundos. El conjunto de matrices se extrae entonces de la prensa y, luego, del carro lanzadera. El carro lanzadera se recicla a la etapa de alimentación de las matrices inferiores, y una matriz inferior se alimenta al carro. El conjunto de matrices, con la pieza moldeada en su interior, recibe típicamente un postratamiento, por ejemplo, manteniéndolo a una temperatura aproximadamente de 2°C a 80°C mayor que la Tg del material y por debajo de la temperatura de descomposición del artículo óptico. El conjunto de matrices se cierra, preferiblemente, durante el postratamiento. Se pueden realizar varios postratamientos diferentes según las propiedades del material. El conjunto de matrices se puede cerrar y la temperatura de la matriz se puede mantener por calentamiento para permitir el recocido del artículo a fin de eliminar cualquier tensión y birrefringencia, sin deformar la forma del mismo. En otra opción, la temperatura se puede bajar gradualmente hasta una temperatura por debajo de la Tg, por ejemplo, la temperatura ambiente, y el conjunto de matrices se puede abrir para desmoldear el artículo moldeado.

En otro aspecto de la invención, el procedimiento es particularmente útil para uso con un sistema de extrusión por reacción, especialmente para un polímero termosensible realizado por el sistema. Por ejemplo, los monómeros y/o prepolímeros se polimerizan en la extrusora de reacción y la masa fundida polímera se extruye continuamente. La masa fundida extruida se moldea directamente, en vez de ser realizada en granulados, granulados que se deben alimentar a una máquina de moldeo, tal como una máquina de moldeo por inyección, y se deben recalentar para moldear el artículo. El procedimiento de moldeo E-C de la invención es eficiente energéticamente y produce un artículo que tiene propiedades ópticas mejoradas.

En otro aspecto de la invención, el procedimiento usa un material polímero granulado, tal como poliestireno, PMMA, policarbonato, SAN, etc. El polímero se funde y la masa fundida se extruye para un procedimiento posterior de moldeo por compresión según la invención, como se ha descrito con anterioridad. Las mismas etapas anteriores de eliminar cualquier tensión y birrefringencia, e impedir la deformación en el procedimiento de moldeo, se pueden conseguir también con materiales granulados en el procedimiento de moldeo de la invención.

En un aspecto adicional de la invención, se proporciona un aparato para realizar artículos ópticos según la reivindicación 15.

Las ventajas económicas del procedimiento E-C para lentes se aumentan porque la forma del artículo realizado en este procedimiento es relativamente sencilla y tiene simetría geométrica. Se pueden utilizar matrices económicas, tales como matrices de vidrio, y son las preferidas para constituir la matriz inferior y la matriz superior que forman el conjunto de matrices. Esto es importante porque se usa una pluralidad de conjuntos de matrices, en orden, en el procedimiento, en vez de sólo un molde, como en un típico procedimiento intermitente, tal como en un procedimiento de moldeo por inyección o en uno de moldeo por inyección-compresión. Las matrices de vidrio son adecuadas para uso en el procedimiento en cuestión, ya que el mismo usa temperaturas relativamente altas y una presión de moldeo relativamente baja. La capacidad de usar matrices de vidrio es una propiedad importante de la invención, ya que la superficie de matriz de vidrio se puede tratar más fácilmente hasta una uniformidad de clase óptica que una superficie de matriz metálica.

Cualquier prensa adecuada se puede usar en el procedimiento y el régimen de producción del mismo es alto, debido al funcionamiento secuencial de múltiples conjuntos de matrices.

Breve descripción de los dibujos

Las propiedades de la invención consideradas como nuevas y los elementos característicos de la misma se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. Las figuras son sólo con fines ilustrativos y no están dibujadas a escala, sin embargo, la propia invención, tanto como organización como procedimiento de funcionamiento, se puede comprender mejor con referencia a la descripción detallada que sigue, tomada en unión con los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 es un diagrama esquemático de un procedimiento de la invención, usado para realizar lentes ópticas.

La figura 2 es una hoja de flujo de un procedimiento de la invención, usado para realizar lentes ópticas.

Modo(s) para llevar a cabo la invención

Al describir la realización preferida de la presente invención, se hará referencia en esta memoria a las figuras 1-2 de los dibujos, en los que los números semejantes se refieren a propiedades semejantes de la misma. Las propiedades de la invención no se muestran necesariamente a escala en los dibujos.

Las extrusoras usadas en esta invención pueden ser de cualquier tipo, tal como una extrusora de engrane de doble husillo, una sin engrane, o una combinación de una de doble husillo y una de husillo único, o una extrusora de husillo único. Una extrusora se puede definir como un aparato en el que se calienta y plastifica un polímero y una porción de la masa fundida usada para llenar un molde, forzando típicamente la masa fundida a través de una abertura del aparato. La relación longitud/diámetro (UD) de la extrusora puede ser de hasta 140, o más, dependiendo del material a tratar. En un sistema de extrusión por reacción, se prefiere una extrusora de husillo único y se prefiere una relación UD de 32 a 140, siendo más preferida una relación de 36 a 100, dependiendo de los diferentes sistemas de reacción. Para plastificar materiales polímeros, se pueden usar tanto una extrusora de doble husillo como una de husillo único, y se prefiere una relación UD de 20 a 80, y es más preferida de 20 a 56. Se puede usar también un calentador para formar una masa fundida, y ésta se alimenta al molde por medios convencionales, de la misma manera que desde una extrusora.

Se prefiere que la extrusora tenga de uno a cinco orificios de alimentación y de uno a cinco orificios de purga. La temperatura y velocidad del husillo de la extrusora se establecen en el intervalo normal de funcionamiento de los parámetros para el procedimiento de extrusión del material, a fin de producir una masa fundida con una viscosidad generalmente en el intervalo de 1.000 a 300.000 cps, o más, dependiendo del material. Típicamente, se instala un cambiador de filtros en la extrusora para filtrar la masa fundida. La masa fundida se extruye para minimizar las burbujas de aire, los huecos o las inclusiones visibles en la masa fundida extruida.

Un procedimiento de moldeo E-C de la invención se muestra en la figura 1, generalmente como 10. Un carro lanzadera de matrices, mostrado generalmente como 28, se calienta, preferiblemente, hasta una temperatura de entre 20°C mayor que la Tg y 10°C menor que la temperatura de descomposición del polímero a tratar. Se muestran unos carros lanzadera 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f y 28h secuencialmente tratados, que se están empleando en el procedimiento. Así, mientras que el carro 28h se está alimentando con una matriz inferior 12, desde unos medios 11 de suministro de matrices inferiores, se muestra un carro 28g secuencial precedente que recibe un volumen de inyección 19 de masa fundida. Se muestra el carro lanzadera 28h de matrices, que se carga desde la portamatriz inferior 11 con una matriz inferior 12 de un conjunto de matrices, que comprende una matriz inferior 12 y una matriz superior 21. La matriz inferior 12 se calienta, preferiblemente, hasta una temperatura de entre 20°C mayor que la Tg y 10°C menor que la temperatura de descomposición del material a tratar. A fin de que la matriz inferior 12 esté apropiadamente situada, se usa una guía mecánica 14 vertical sobre la base 13 del carro lanzadera 28, y la matriz inferior 12 se hace deslizar a lo largo de la guía 14 hasta su posición en la parte superior de la base. El carro lanzadera 28h de matrices con la matriz inferior 12 es portado por el transportador 15. Se muestra el carro 28g precedente situado bajo la abertura de una extrusora 16, para recoger un volumen de inyección 19 de masa fundida del extruido (hebra de masa fundida) 17. Cuando se determina la cantidad predeterminada de la hebra de masa fundida (extruido) 17, la hebra de masa fundida (extruido) se corta gracias a un aparato de corte 18 automático, que forma una cantidad establecida de masa fundida (un volumen de inyección 19 de molde). El tiempo para descargar la masa fundida desde la extrusora hasta la matriz inferior está en el intervalo de 1-20 segundos y, preferiblemente, de 1-10 segundos. Se prefiere un tiempo menor para propiedades polímeras mejoradas, por ejemplo, reducir la posibilidad de oxidación de los polímeros, etc. El carro lanzadera 28g de matrices se movería entonces hasta la siguiente posición gracias al transportador 15. Se muestra el carro 28f precedente, que se está alimentando con una matriz superior 21 desde una portamatriz superior 20 y sobre la parte superior del volumen de inyección 19 de masa fundida, haciendo deslizar la matriz superior a lo largo de la guía mecánica 14. La matriz superior 21 está también, preferiblemente, a una temperatura de entre 20°C mayor que la Tg y 10°C menor que la temperatura de descomposición del material a tratar.

El carro lanzadera 28f, con las matrices inferior y superior llenas del volumen de inyección 19 de masa fundida, se movería entonces hasta la estación 23. Se muestra el carro 28e precedente bajo una prensa hidráulica 22, y se aplica presión desde el cabezal de prensa, haciendo contactar la prensa con la matriz superior 21. La presión puede variar desde 68,95 hasta 13.790 MPa, o más. La presión preferida es de 68,95-6.895 MPa. La presión más preferida es de 68,95-3.447,50 MPa, y la anchura del espacio entre las mitades de matriz determina el grosor del artículo a realizar. El espacio está controlado por un separador mecánico, que mide la anchura del espacio en el borde de la matriz o por un dispositivo óptico, tal como un micrómetro láser, que detendrá eléctricamente la prensa, una vez que la matriz superior 21 se haya prensado hasta la posición predeterminada. Se usan medios sensores 28e' para introducir el espacio y otros datos en un sistema de control 27. Se puede usar más de una prensa para ajustarse al régimen de producción de la extrusora y el número de carros lanzadera y conjuntos de matrices usados.

Después de que el conjunto de matrices se haya prensado hasta la posición predeterminada y mantenido en una posición comprimida durante aproximadamente 2-30 segundos, el carro lanzadera 28e, que contiene el conjunto de matrices de artículos formados, se movería entonces hasta el segundo transportador 25. Se muestra el carro 28d precedente, en el que el conjunto de matrices que contienen polímeros, mostrado en forma compuesta como 30, se retira del carro lanzadera 28d. El carro lanzadera 28d se movería entonces a lo largo del tercer transportador 29 con los carros 28c, 28b y 28a, para su reutilización al comienzo del procedimiento.

El conjunto 30 de matrices que contienen polímeros se mantiene a una temperatura de 2ºC a 80ºC mayor que la Tg del material durante el postratamiento en la etapa 26. El conjunto de matrices se mantiene cerrado, preferiblemente, durante el postratamiento. Se pueden emplear varios postratamientos diferentes según las propiedades del polímero y/o los requisitos del artículo. Por ejemplo, el conjunto 30 de matrices que contienen polímeros se puede mantener cerrado, y la temperatura de la matriz se puede mantener calentando el conjunto de matrices para permitir el recocido del artículo formado en su interior, a fin de completar la polimerización o a fin de eliminar cualquier tensión y birrefringencia, sin deformar la forma del artículo. Al conjunto de matrices que contienen polímeros se le puede permitir también enfriar gradualmente y, luego, permitir abrir para desmoldear el artículo formado. El artículo óptico (lentes) 24 se retira del conjunto de matrices, y la matriz inferior 12 y la matriz superior 21 se transfieren a sus portamatrices 11 y 20 respectivas.

En una propiedad importante de la invención, la extrusora 16 está controlada para alimentar un volumen de inyección 19 de masa fundida a una pluralidad de carros lanzadera, que avanzan a través del procedimiento, en orden, sin interrupción, excepto para cortar la hebra de masa fundida del extruido 17. La masa fundida se recoge, preferiblemente, sobre la superficie de matriz inferior, de manera que el área de contacto de la masa fundida y la matriz sea tan pequeña como sea posible, al principio de la alimentación y se aumente gradualmente el área de la masa fundida sobre el área de matriz, sin huecos apreciables o burbujas que estén atrapadas en el área de contacto. Para conseguir tal patrón de flujo, el contorno de la boquilla de extruido y la forma de la abertura de la matriz extrusora forman, preferiblemente, una hebra de masa fundida 17 que cae verticalmente, que tiene una sección transversal circular con un lado inferior en punta redonda formado por gravedad, que actúa sobre la hebra de masa fundida. La temperatura y sección transversal de la hebra de masa fundida están controladas especialmente para formar tal forma de hebra de masa fundida. La parte inferior en punta de la masa fundida contacta primero con la superficie de la matriz inferior. Cuando la hebra de masa fundida se está estableciendo para cubrir la superficie de matriz inferior, el área de contacto entre la hebra de masa fundida y la superficie de la matriz aumenta al dispersarse hacia fuera a lo largo de la superficie de la matriz, y no hay huecos o burbujas de aire que estén atrapadas en el interior del área de contacto. La distancia que se mueve el extruido (hebra de masa fundida) antes de contactar con la superficie de matriz es generalmente alrededor de 508 a alrededor de 1.524 milímetros, preferiblemente de 762-1.270 milímetros. La matriz superior se añade (coloca) en la parte superior del volumen de inyección 19 de masa fundida y, cuando la fuerza de prensado empuja sobre la matriz superior, el área de contacto entre la masa fundida y la superficie de matriz aumenta continuamente al dispersarse hacia fuera hacia los bordes de matriz inferior y de matriz superior. Se evitan las burbujas y los huecos usando esta técnica. El aumento de la trayectoria de compresión es útil para mejorar la calidad del artículo moldeado, y es una propiedad preferida de la invención que la sección transversal de la hebra de masa fundida sea circular y el diámetro del círculo sea tan grande como sea posible, a condición de que la cantidad de la masa fundida añadida a la matriz sea sólo ligeramente mayor que la cantidad necesitada para realizar el artículo. La cantidad en exceso de la masa fundida es aproximadamente del 1 al 10% en peso del artículo, pero puede ser mayor dependiendo del polímero usado, etc. Los extremos rotos de la hebra de masa fundida pueden estar más fríos que el resto de la masa fundida. Cuando la masa fundida se alimenta a la matriz, los extremos de la hebra se colocan, preferiblemente, más próximos al borde de la matriz como parte del retal, de otro modo, se pueden presentar defectos. Los extremos se pueden usar también para moldear un elemento de manipulación de una lente, que sea útil en un procedimiento posterior de revestimiento y, luego, retirar después del mismo.

Se puede usar una capa de atmósfera de nitrógeno u otro gas inerte en el procedimiento, si fuera necesario, para proteger el polímero del oxígeno y la humedad.

El sistema de control 27 obtiene los datos de entrada/salida 11a, 15a, 16a, 18a, 20a, 22a, 25a, 26a, 28a'-28h' y 29a, y los usa para controlar el procedimiento. Por ejemplo, los datos 28h' es típicamente que la matriz inferior 12 está situada apropiadamente en el carro lanzadera 28h, y la temperatura del carro lanzadera 28h y de la matriz inferior 12. La entrada 11a de la fecha indica típicamente si las matrices inferiores 12 están presentes en la portamatriz inferior
11.

Haciendo referencia a la figura 2, se puede mostrar un procedimiento de la invención que muestra el tratamiento de conjuntos de matrices secuenciales. Una pluralidad de matrices inferiores se montan en la etapa 100 y una pluralidad de carros lanzadera se montan en la etapa 102. Una matriz inferior se transfiere a un carro lanzadera en la etapa 104. Un volumen de inyección de masa fundida desde una extrusora se alimenta sobre la superficie de matriz inferior, situada en el carro lanzadera en la etapa 106. Una matriz superior, en la etapa 108, se transfiere entonces a la masa fundida/matriz inferior sobre el carro lanzadera, que forma un conjunto de matrices que contienen la masa fundida entre ellas en la etapa 108. El conjunto de matrices que contienen masa fundida se prensa en la etapa 112. El conjunto de matrices que contienen masa fundida se enfría entonces en la etapa 114, y el conjunto de matrices que contienen masa fundida (ahora un artículo solidificado) separado del carro lanzadera en la etapa 116. Los carros lanzadera separados desde la etapa 116 se reciclan a la etapa 102, en la que los carros lanzadera se montan para uso futuro. El conjunto de matrices que contienen artículos separados se somete entonces a postratamiento en la etapa 118. Después del postratamiento, la matriz inferior y la matriz superior son separadas de la lente formada en la etapa 120. El producto de lente se almacena entonces en la etapa 122. La matriz inferior separada se recicla a la etapa 100 y la matriz superior separada se recicla a la etapa 110. La secuencia se repite para cada conjunto de matrices secuencial tratado en el procedimiento de la invención, hasta que se realizan todos los productos de lente, como se determina por la etapa 124. Si se realizan todas las lentes, el procedimiento se detiene en la etapa 126. Si se han de realizar más lentes, el procedimiento continúa en la etapa 128.

Se van a ilustrar ahora diversas realizaciones de la presente invención con referencia a los siguientes ejemplos específicos. Se ha de entender, sin embargo, que tales ejemplos se presentan sólo con fines de ilustración, y la presente invención no se ha de considerar, de modo alguno, limitada por ellos.

Ejemplo 1

Se moldearon lentes de poliestireno con prescripción de potencia negativa usando el procedimiento de moldeo E-C de la invención. Se usaron granulados Chevron Polystyrene MC 3700 para formar una masa fundida extruida. La extrusora era una extrusora Leistritz ZSE-27 de engrane de doble husillo con giro en sentido contrario con una UD de 40:1. La zona 8 de cilindro era una zona de desvolatilización. Las temperaturas del cilindro de extrusora se establecieron en:

Zona de cilindro	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temperatura (ºC)	NH*	202	202	202	230	230	240	245	245	245
NH*: sin calentamiento, se usó el cilindro 1 para alimentar los granulados de plástico usando un alimentador
\hskip0.8cm macizo.

La matriz de descarga era una matriz de hebra redonda de 1,27 cm. La temperatura del extruido en hebras estaba controlada a 245°C. La velocidad del husillo era 150 rpm a un par del 25%. La temperatura de la masa fundida era de 245-250°C. La temperatura del carro lanzadera y la matriz era 1.600ºC. El caudal de la masa fundida desde la extrusora era 6,35 kg/h. El tiempo para recoger un volumen de inyección de masa fundida en el carro lanzadera sobre la superficie de la matriz inferior fue aproximadamente 8 segundos. La distancia entre el extremo del extruido de masa fundida que cae verticalmente y la parte superior de la matriz inferior era aproximadamente 762 milímetros. Se usaron matrices superiores e inferiores de vidrio con diámetro de 80 mm. Las matrices se limpiaron en agua destilada y se secaron en un horno a 100°C durante 3 horas. La presión de la prensa era aproximadamente 172,37. El grosor de la lente estaba controlado por un separador mecánico, que detenía el movimiento hacia abajo del cabezal de prensa cuando se alcanzaba una posición preestablecida. El periodo de tiempo para mantener la matriz en la posición prensada final fue 6 segundos. El conjunto de matrices que contenía la lente formada se sacó del carro lanzadera y se dejó a temperatura ambiente para que enfriara. Después de aproximadamente 10 minutos, la lente se desmoldeó del conjunto de matrices de vidrio. Las propiedades superficiales de la matriz de vidrio se copiaron muy bien sobre las superficies de la lente moldeada. Bajo un polarizador, no hubo birrefringencia inducida por tensión. La superficie de la lente tenía una calidad óptica muy buena sin líneas de reticulado ni líneas de flujo. La calidad óptica de la lente era comercialmente aceptable.

Ejemplo 2

Se moldearon lentes acrílicas con prescripción de potencia negativa usando el procedimiento de moldeo E-C de la invención. Se usaron granulados AtoHass North America Plexiglas DR-101 (PMMA) para formar una masa fundida extruida. La extrusora era una extrusora Leistritz ZSE-27 de engrane de doble husillo con giro en sentido contrario con una UD de 40:1. La zona 8 de cilindro era una zona de desvolatilización. Las temperaturas del cilindro de extrusora se establecieron en:

Zona de cilindro	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temperatura (ºC)	NH*	210	230	235	235	240	240	255	255	255
NH*: sin calentamiento, se usó el cilindro 1 para alimentar los granulados de plástico usando un alimentador
\hskip0.8cm macizo.

La matriz de descarga de la extrusora era una de hebra redonda de 1,27 cm de diámetro. La temperatura del extruido de masa fundida estaba controlada a 260°C. La velocidad del husillo era 150 rpm a un par del 47%. La temperatura de la masa fundida era 258°C. La temperatura del carro lanzadera y del conjunto de matrices era 230ºC. El caudal de la extrusora era 6,35 kg/h. El tiempo para recoger un volumen de inyección de masa fundida en el carro lanzadera sobre la superficie de la matriz inferior fue 8 segundos. La distancia entre el extremo del extruido de masa fundida que cae verticalmente y la parte superior de la matriz inferior era aproximadamente 1.016 milímetros. Se usaron conjuntos de matrices superiores e inferiores de vidrio con diámetro de 80 mm. La presión de la prensa era aproximadamente 206,85 MPa. El periodo de tiempo para mantener la matriz en la posición prensada fue 6 segundos. El conjunto de matrices que contenía la lente formada se sacó del carro lanzadera y se dejó a temperatura ambiente para que enfriara. Después de aproximadamente 10 minutos, la lente se desmoldeó de la matriz de vidrio. Las propiedades superficiales de la matriz de vidrio se copiaron muy bien sobre las superficies de la lente moldeada. Bajo un polarizador, no hubo birrefringencia inducida por tensión. La superficie de la lente tenía una calidad óptica muy buena sin líneas de reticulado ni líneas de flujo. La lente era comercialmente aceptable.

Ejemplo 3

Se moldearon lentes copolímeras de tiouretano-uretano con prescripción de potencia negativa usando el procedimiento de moldeo E-C. Se usó un procedimiento de extrusión en reactor, como se muestra en la patente de EE.UU. número 5.679.756, citada en lo anterior, para formar el copolímero. La extrusora era una extrusora Leistritz ZSE-27 de engrane de doble husillo con giro en sentido contrario con una UD de 40:1. La zona 8 de cilindro era una zona de desvolatilización. La temperaturas del cilindro de extrusora se establecieron en:

Zona de cilindro	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temperatura (ºC)	NH*	155	168	170	167	167	167	167	160	160
NH*: sin calentamiento, se usó el cilindro 1 para alimentar los granulados de plástico usando un alimentador
\hskip0.8cm macizo.

El orificio principal de alimentación era un prerreactor mezclador estático. El prerreactor producía 2,58 kg/h de prepolímero de tiouretano, que se alimentaba continuamente al orificio principal de alimentación en el cilindro 1. Se alimentó monómero líquido MDI con un régimen de 0,83 kg/h a la extrusora en el cilindro 3 a través de un inyector, usando una bomba dosificadora fabricada por la firma Eldex. Se alimentó monómero de diol (ciclohexano-dimetanol) con un régimen de 0,43 kg/h a la extrusora en el cilindro 4 a través de un inyector, usando una bomba dosificadora de engranajes Cole Parmer. Los monómeros y el prepolímero reaccionaron en la extrusora. La matriz de descarga de la extrusora era una matriz de hebra redonda de 1,27 cm. La temperatura estaba controlada a 160°C. La velocidad del husillo era 190 rpm a un par del 33%. La temperatura de la masa fundida era 180ºC. La temperatura del carro lanzadera y la matriz era 160°C. El caudal total de la extrusora era 3,85 kg/h. El tiempo para recoger un volumen de inyección de masa fundida sobre la superficie de la matriz inferior en el carro lanzadera fue 10 segundos. La distancia entre el extremo del extruido de masa fundida que cae verticalmente y la parte superior de la matriz inferior era aproximadamente 762 milímetros. Se usaron matrices superior e inferior de vidrio con diámetro de 80 mm, y la superficie de matriz de vidrio se pretrató con agente tensioactivo de diclorodimetilsilano. Las matrices de vidrio se limpiaron y se secaron primero. La presión de la prensa era aproximadamente 137,90 MPa. El periodo de tiempo para mantener la matriz en la posición prensada final fue 6 segundos.

El conjunto de matrices que contienen lentes se sacó del carro lanzadera y se colocó en un horno a 125°C con atmósfera de nitrógeno para recocido durante 24 horas. El conjunto de matrices que contienen lentes fue enfriado entonces a temperatura ambiente durante aproximadamente 10 minutos y la lente se desmoldeó del conjunto de matrices de vidrio. Las propiedades superficiales de la matriz de vidrio se copiaron muy bien sobre la lente moldeada. Bajo un polarizador, no había birrefringencia inducida por tensión. La superficie de la lente tenía una calidad óptica muy buena, sin líneas de reticulado ni líneas de flujo. La resistencia al impacto de la lente se mejoró mucho después del recocido. Una lente realizada usando el procedimiento de la invención, con un grosor central de 1,0 mm, pasó el ensayo de impacto estándar industrial de ANSI87.1-1989, 15.5.2. y el ensayo de impacto para llevar por la calle estándar FDA 21 CFR 801.410. Las lentes eran comercialmente aceptables.

Aunque se ha descrito particularmente la presente invención, en unión con una realización preferida específica, es clara que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la técnica a la luz de la descripción anterior. Se contempla, por lo tanto, que las reivindicaciones adjuntas abarquen cualquiera de tales alternativas, modificaciones y variaciones, que caigan dentro del verdadero alcance de la presente invención.

Claims

1. Un procedimiento para formar un artículo óptico, en el que las siguientes etapas se realizan secuencialmente y en posiciones separadas:

formar una masa fundida de un material polímero óptico en un aparato de fusión y alimentar la masa fundida desde el aparato en forma de una hebra de masa fundida (17) continua sin comprimir hasta una pluralidad de conjuntos de matrices;

alimentar un carro lanzadera (28) vacío con una matriz inferior (12) desde una portamatriz inferior (11) de suministro, que contiene una pluralidad de matrices inferiores, siendo parte la matriz inferior (12) de un conjunto de matrices que comprende una matriz inferior (12) y una matriz superior (21);

formar y añadir una porción predeterminada de volumen de inyección de masa fundida de la hebra de masa fundida (17) sin comprimir a la superficie superior de la matriz inferior (12);

proporcionar la matriz superior (21) a partir de una portamatriz superior (20), que contiene una pluralidad de matrices superiores, y situar la matriz superior (21) en la parte superior de la matriz inferior que contiene volúmenes de inyección de masa fundida sin comprimir, formando un conjunto de matrices que contienen masa fundida;

comprimir el conjunto de matrices que contienen masa fundida, formando un artículo óptico;

retirar el artículo óptico del conjunto de matrices; y

repetir las etapas anteriores para una serie de matrices inferiores (12) y matrices superiores (21) secuenciales, hasta que se realice el número deseado de artículos ópticos.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la masa fundida se forma en una extrusora (16), que proporciona una alimentación continua de masa fundida a una pluralidad de conjuntos de matrices, que avanzan a través del procedimiento, en orden, para realizar los artículos ópticos.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la matriz inferior (12) se transporta en un carro lanzadera (28) a través de las etapas del procedimiento.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la matriz inferior (12) que contiene masa fundida se hace avanzar en el carro (28) y la matriz superior (21) se suministra y se sitúa sobre la matriz inferior (12) que contiene masa fundida.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que se comprime el conjunto de matrices que contienen masa fundida, formando el artículo óptico.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se calienta la matriz inferior (12).

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que se calienta la matriz superior (21).

8. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que se calienta el carro lanzadera (28).

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material polímero óptico está en forma de granulado.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la masa fundida se forma en una extrusora (16).

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la masa fundida se forma en una extrusora de reacción.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la matriz inferior (12) y la matriz superior (21) son de vidrio.

13. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el conjunto de matrices se comprime a una presión de aproximadamente 68,95 a 3.447,50 MPa.

14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la porción de volumen de inyección de masa fundida, añadida a la matriz inferior (12), tiene forma cilíndrica.

15. Un aparato para realizar artículos ópticos, que comprende una pluralidad de conjuntos de matrices formados por una matriz inferior (12) y una matriz superior (21), estando caracterizado dicho aparato por:

un carro lanzadera (28) que recibe, cuando está vacío, en orden y en posiciones separadas, la matriz inferior (12), un volumen de inyección (19) de masa fundida y la matriz superior (21), y que transporta el conjunto de matrices que contienen masa fundida a través del aparato;

medios de fusión, para formar una masa fundida de un material polímero óptico y para alimentar la masa fundida desde los medios de fusión en forma de una hebra de masa fundida (17) continua sin comprimir;

una portamatriz inferior (11), que contiene una pluralidad de matrices inferiores (12) para suministrar una pluralidad de matrices inferiores (12) y formar una serie de matrices inferiores secuenciales a fin de recibir una porción de la hebra de masa fundida (17) sobre cada matriz inferior (12);

medios de suministro de masa fundida, para alimentar la hebra de masa fundida (17) sin comprimir a la superficie superior de cada matriz inferior (12), en orden, y para formar la hebra de masa fundida (17) sin comprimir en una porción predeterminada de volumen de inyección de masa fundida sin comprimir;

una portamatriz superior (20), que contiene una pluralidad de matrices superiores (21), para suministrar una pluralidad de matrices superiores (21) y situar la matriz superior (21) en la parte superior de la matriz inferior, que contiene volúmenes de inyección de masa fundida sin comprimir, formando un conjunto de matrices que contienen masa fundida;

medios de compresión, para comprimir el conjunto de matrices que contienen masa fundida, a fin de formar el artículo óptico;

medios de separación, para separar el artículo óptico formado de la matriz superior (21) y la matriz inferior (12); y

medios de reciclaje, para una serie de matrices inferiores (12) y matrices superiores (21) secuenciales, a fin de transportar la matriz inferior (12) y la matriz superior (21) hasta sus portamatrices respectivas.

16. El aparato de la reivindicación 15, en el que los medios de fusión son una extrusora (16).

17. El aparato de la reivindicación 15, en el que los medios de fusión son una extrusora de reacción.

18. El aparato de la reivindicación 15, en el que la matriz inferior (12) y la matriz superior (21) son de vidrio.

19. El aparato de la reivindicación 15, en el que la matriz inferior (12) y la matriz superior (21) se transportan a través del aparato en un carro lanzadera (28).

20. El aparato de la reivindicación 15, en el que la matriz inferior (12) y la matriz superior (21) están, ambas, calentadas.

21. El aparato de la reivindicación 19, en el que el carro lanzadera (28) está calentado.

22. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que la hebra de masa fundida (17) sin comprimir se hace caer verticalmente desde el aparato de fusión y se usa para formar el volumen de inyección (19) de masa fundida sin comprimir.

23. El procedimiento de la reivindicación 22, en el que el aparato de fusión es una extrusora (16).

24. El aparato de la reivindicación 15, en el que la hebra de masa fundida (17) sin comprimir es cilíndrica.

25. El aparato de la reivindicación 24, en el que la hebra de masa fundida (17) sin comprimir se alimenta desde los medios de fusión, cayendo verticalmente desde los mismos.

26. El aparato de la reivindicación 25, en el que los medios de fusión son una extrusora (16).