Přechod na menu, Přechod na obsah, Přechod na patičku
     

Tvrzené vrstvy

První generace tvrzené vrstvy na povrchu plastové čočky byla použita v roce 1970. Jednalo se o princip nanesení minerální vrstvy na povrch čočky metodou vakuového napaření. Molekuly látky byly z křemíku a procedura byla nazvána „quartzing“. Problém byl s teplotní roztažností obou materiálů. U CR39 je koeficient teplotní roztažnosti přibližně 20krát větší než u křemíku. To vedlo k porušení vrstvy vlivem teplotních změn. Od roku 1975 bylo ke tvrzení použito speciálního tekutého laku z polysiloxanů nebo akrylu na povrch brýlové čočky. Spojení organického materiálu s anorganickým bylo dosaženo díky nahrazení některých atomů uhlíku atomy křemíku. Díky tomu je povrchová vrstva čočky nejen tvrdá, ale také, díky existenci dlouhých hydrouhlíkatých molekul elastická, což zajišťuje její správnou adhezi k povrchu čočky. Lak se na povrch čočky aplikuje dvěma způsoby, které se nazývají „ponořování“ (dip coating) a „rotační roztírání“ (spin coating). Tato druhá generace tvrzení se stále používá. Dále bylo nutné vyvinout tvrzenou vrstvu, která by mohla fungovat spolu s antireflexními vrstvami, které se na povrch čoček také nachází. V 90. letech 20. století se objevil nanokompozitní materiál, který by těmto potřebám dobře vyhovoval. Nové materiály pro tvrzení jsou na bázi křemíku a jsou nanášeny na povrch čočky ve vakuu. Nanokompozitní materiál obsahuje téměř 50 % křemíku v elastickém pojivu. Tento materiál je v tekuté formě nanášen na povrch čočky podobným mechanismem jako u druhé generace. Po nanesení následuje polymerace za teploty kolem 100 °C. Výhodou tohoto tvrzení je vysoká odolnost proti poškrábání, relativně vysoká pružnost vrstvy, velice nízký koeficient tření.

Tvrzení ponořením do tvrdícího laku (Dip coating)

Brýlová čočka je očištěna v ultrazvukovém přístroji. Čočka musí být dokonale čistá, aby se zabezpečila dokonalá adheze mezi lakem a čočkou. Pro vysokoindexové materiály se používá tzv. primer (angl.), což je mezivrstva mezi čočkou a lakem, která zabezpečuje větší adhezi. Následuje ponoření do roztoku tvrdícího laku. Tloušťka vrstvy laku na čočce je pečlivě kontrolována a závisí na viskozitě roztoku a rychlosti vytahování čočky z roztoku. Čím rychleji se čočka vytahuje z laku, tím silnější bude tvrzená vrstva. Následuje proces polymerace při teplotě 100–120 °C po dobu 2–3 hodin. Tvrdá vrstva laku zajišťuje povrchovou odolnost čočky proti poškrábání. Její tloušťka je obvykle kolem 2 (±0.5) mikrometrů. Pokud je tloušťka laku větší, je nižší odolnost proti otěru. Pokud menší, sníží se povrchová tvrdost. Kvalita lakované vrstvy se kontroluje pomocí těchto testů: QUV (Artificial aging test), Bayer test nebo test koupele v ledové a vroucí vodě. V případě QUV testu se simuluje 2letý životní cyklus čočky během 3 týdnů. Při Bayer testu se provádí pohyb abraziva po povrchu čočky celkem v 600 cyklech. Následně se vyhodnocuje její poškození.

Ve výrobě se používají laky o různých indexech lomu, který by měl být blízký indexu lomu materiálu brýlových čoček. Lak většinou obsahuje silikonový monomer a titanový dioxid. Je možné ho ředit na požadovanou hustotu metanolem a T butyl alkoholem. Složkou primeru je destilovaná voda. Dále je možné používat laky barvitelné a nebarvitelné. Většinou se používají laky nebarvitelné, kvůli své větší tvrdosti. Pro index lomu brýlové čočky 1.5 se používá lak o indexu lomu 1.5, pro materiál 1.6 lak o indexu lomu 1.6 apod. Tento výrobní proces se nazývá „index matching“ a důvodem je eliminace nerovnosti povrchu čočky (kontrola se provádí pomocí Newtonových kroužků). V průběhu výroby je velice důležité kontrolovat koncentraci laků a primerů na denní bázi. Pokud se totiž koncentrace těchto látek změní, bude to mít negativní vliv na vlastnosti brýlových čoček.

dip coating
Obr. 75: Nanášení tvrzené vrstvy ponořením do roztoku laku (dip coating) [7]
Schéma DIP stroje
Obr. 76: Schéma DIP stroje, 2–7 = vany pro čistění, aktivaci a neutralizaci,
8 = pec, 10 = primer, 11 = pec, 13-14 = lak pro 1.5 a pro 1.6 apod., 15 = pec [7]

Při metodě DIP jsou čočky zavěšovány na držáky a robot je přenáší od první operace k poslední podle zvoleného programu. Celá operace trvá cca 45 minut. Po tomto procesu se kontroluje kvalita povrchu (nečistoty, nerovnosti). Pokud je čočka v pořádku, putuje do externí pece na 2–3 hodiny.

Pokud se na čočce objeví nečistoty je možné lak z čočky odstranit za pomoci chloridu sodného a čočka jde znovu na lakování. Celá operace DIP je extrémně náročná na čistotu. Místnost tedy musí být klimatizovaná (konstantní teplota a vlhkost vzduchu). Proces lakování je jednoznačně nejnáročnějším procesem ve výrobě brýlových čoček.

Tvrzení rotačním nanášením tvrdícího laku (Spin coating)

Druhou nejpoužívanější metodou lakování je metoda Spin coating. Brýlová čočka je očištěna pomocí methanolu a isopropylalkoholu. Brýlová čočka je upnuta na rotující zařízení, které umožňuje kontrolovat rotaci. Do středu čočky se aplikuje proud laku, který se díky rotaci rozprostře po celé ploše čočky. Ve výrobě při technologii Spin coating se používá většinou lak o indexu lomu 1.5. Tato technologie se hodí pro výrobu brýlových čoček v malých sériích. Polymerace se dosahuje během několikaminutového působení UV-záření. Celkové zalakování jedné strany čočky trvá přibližně 5 minut. Tloušťka vrstvy je řádově 3–5 mikronů. Metoda je velice jednoduchá a rychlá, ale ve výsledku méně odolná proti poškrábání. Lak je měkčí v porovnání s DIP metodou. Výhodou je, že se chová jako houba a je ho možné barvit, čehož se využívá hlavně u čoček s vyšším indexem lomu. Tato technologie není tak náročná na čistotu jako DIP, protože přístroje mají vlastní mikroklima.

spin coating
Obr. 77: Princip nanášení vrstvy laku centrifugací (spin coating) [7]

Spin-coat se většinou používá na lakování zadní strany čočky. Např. polotovary z polykarobnátu se dodávají se zalakovanou přední stranou a zadní se vytváří právě metodou spin-coat. Většina čoček, kde se obrábí pouze zadní strana, se posléze upravuje právě metodou spin-coat. Nevýhodou metody spin-coat je, že lak není tak odolný jako při metodě dip-coat. Výhodou je, že porézní lak dobře funguje jako „houba“ při povrchovém barvení čoček.

Tvrzení ve formě (In-mold coating)

Tvrzení se provádí přímo ve formě při formování čočky. Nejdříve zahřejeme formu a otevřeme. Do formy je vložen silikonový vak, který obsahuje zahřátý roztok (0.2–0.5 ml) aktivovaného termosetu s iniciátorem a metalickou solí (tvrdící lak na bázi akrylátu). Pak se pomocí zvýšeného tlaku uvnitř silikonového vaku (5–20 psi na 1.5–5 minut) vytvoří tenká vrstva laku, která naléhá na vnitřní stranu formy. Následuje vstříknutí termoplastické hmoty, která zformuje výslednou brýlovou čočku. Výhodou je, že tvrzená vrstva k základnímu materiálu velice dobře přilne. Nevýhodou je, že tyto čočky již nelze dodatečně barvit [20].

Tvrzení ve formě
Obr. 78: Tvrzení ve formě [23]

Vakuové tvrzení (PVD, LP-CVD, PECVD)

Jedná se o vakuové nanášení tenké vrstvy (většinou atomů křemíku) na povrch brýlové čočky. K základním metodám patří PVD (physical vapor deposition), LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition) nebo PECVD (plasma-enhanced CVD). U metody PVD se nanášené atomy odpařují z pevného povrchu zdrojového materiálu. U metody CVD se jedná o chemickou evaporaci základního materiálu, který je rozkládán chemicky nebo teplem. K nanášení napomáhá reakce nanášených atomů s atomy plynů, jako je kyslík, dusík nebo oxid křemíku. Přívodem plynu je možné regulovat tvrdost vrstvy. Při využití plasmy je možné používat nižší teplotu k nanášení a obvykle se nanáší hexamethyldisiloxan (HMDS) nebo tetraethylorthosilikát (TEOS). Technologii PECVD je možné použít na jedné výrobní lince s procesem nanášení antireflexu. [17, 21, 24]

Systém pro tvrzení brýlových čoček
Obr. 79: Systém pro tvrzení brýlových čoček [25]
Mgr. Petr Veselý, DiS., Ing. Peter Šimovič, Mgr. Sylvie Petrová |
OftKI FN USA, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita |
Návrat na úvodní stránku webu, přístupnost |
Stránky Lékařské fakulty MU
| Technická spolupráce:
| Servisní středisko pro e-learning na MU
| Fakulta informatiky Masarykovy univerzity, 2012

Technické řešení této výukové pomůcky je spolufinancováno Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.