基于高折树脂镜片涂覆工艺的优化策略

　　摘要：在各种因素影响下人们的眼睛会出现视物不清、模糊等情况，佩戴眼镜成为解决人们视力问题最直接有效的办法。而高折树脂镜片凭借质量更轻、更易加工、安全性更高等特点成为整个行业的主流，但是其也存在如表面硬度较低、易划伤等缺点，因此在原有基础上提升高折树脂镜片表面硬度，降低被划伤等负面效果便显得尤为重要。文章就以镜片的发展过程为开篇，结合镜片的清洗，详细阐述高折树脂镜片的涂覆工艺，并对一些实际问题提出解决之策。

　　在电子产品日益丰富、用眼环境日益复杂的当下，人们的视力问题面临着各种严峻的挑战。多种因素都会导致人们眼睛视力下降或者散光等问题，影响人们正常视物，而佩戴眼镜成为解决该问题的主要办法。就目前眼镜市场来说，种类繁多，功能不一。例如隐形眼镜，其凭借佩戴简便、美观等优势赢得诸多年轻人的青睐。但是从长期佩戴和安全性来说，传统型框架眼镜依然为目前主流无论是最初以CR-39 材料为代表的低折树脂镜片，还是现如今以MR 系列材料为代表的高折镜片，树脂镜片凭借其质量更轻、工艺简单、佩戴舒适等优势成为最受欢迎的镜片。不过在与其他镜片的对比中，存在表面硬度较低、不耐磨的缺点。只要对其进行膜层加工，涂覆耐磨涂层便可以使得该问题迎刃而解。而如何就高折树脂镜片优化涂覆工艺，提升高折树脂镜片质量和使用寿命，成为摆在人们面前重要的问题。

　　1　镜片发展过程

　　早在13 世纪的欧洲人们就以天然水晶为原材料制作眼镜，因其主要成分为二氧化硅，具有硬度较高、透光性较强、不易受潮等特点，备受人们追捧。但是其也具备一定缺点，如比重较大、折射率低，短时间佩戴效果尚可，并且在人们长时期佩戴后容易对脸部和鼻梁带来一定影响，价格也较贵，普通人无法承受，造成该镜片逐渐被淘汰。而后，人们尝试用各种其他物质进行，在15 世纪中叶玻璃材料被开始使用，当时的意大利是最主要的镜片生产地。但是，由于其本身质地较厚，无法长期使用。在后来的改进中，玻璃镜片被融合进新的化学元素，含钛、含铌的镜片应时而生，在质地上也越来越轻薄，盛行一时。渐渐地人们发现，无论含有哪种化学元素的玻璃镜片都无法隐藏其易碎的特性，并且在其出现破裂时容易对眼睛造成严重伤害，安全系数较低。随着时代的不断发展和科技的进步，1955 年，树脂材料镜片在美国开始流行，虽然存在容易划伤、耐热性较低等问题，但是该类镜片化学稳定性较高、质量轻，成为目前玻璃镜片最好的替代品，且其缺点可以从后续加工工艺上入手解决。树脂镜片在我国也经历了40 年的发展，在2000 年前后成为我国眼镜行业中最主流的镜片产品。

　　2　镜片清洗的方式

　　对镜片进行清洗是涂覆前重要的步骤之一，目的在于有效去除树脂镜片表面油污，以强化膜层对基材的附着力。清洗工艺需要几个重要的步骤，首先采用碱性溶液处理镜片，继而可以采用冲淋、超声波震荡、切水等，才能彻底达到去除树脂镜片表面油污的目的，且使得镜面间膜层结合力得到加固。

　　2.1　碱溶液刻蚀

　　先在纯水中置入氢氧化钠或氢氧化钾，再放入不锈钢材质的清洗槽中，搅拌均匀。浸泡操作时，需要注意温度应保持适中，不可过高或者过低，都会影响工艺效果，造成树脂镜片出现不良。正常温度50~60℃为宜，处理时间在 5~10min 区间即可。以此不仅可以保障树脂镜片的光学性能还能使得树脂镜片表面膜层的附着力较好。而后将镜片从化学溶液中取出，置入清水中，待镜片表面无明显杂质后，再放入清洗机中。另外值得一提的是，碱溶液具有极强腐蚀性，过度接触会对于人体产生伤害，故操作时必须注意防护，保持通风。

　　2.2　清洗

　　镜片经过碱溶液的浸泡后，还需要过水冲洗、超声震荡、烘干等。一般使用设备多为六槽清洗机，而对于高折树脂镜片会用到多达12 槽的清洗机，以保障清洗效果。需要将所有水槽依次注满水，在头三槽中加入碱溶液，水槽温度要保障在50~60℃，后两槽中加入中性清洗剂，温度保持在40~50℃，其余剩下水槽都为纯水，温度在30~40℃，每槽水都带有超声波震荡和循环过滤。根据需要还可以增设冲淋槽和切水槽，另外。依此进行清洗。清洗时间 120~180s，并保持镜片适当的晃动频率，烘干温度保障在70~85℃即可。

　　3　高折树脂镜片涂覆策略

　　待镜片一切准备就绪后，准备涂覆程序。对于高折树脂镜片尤其是MR174 的材料，其与耐磨涂层间的结合力是一个技术关键点。为了进一步提升附着力，对涂覆工艺采用如下底涂层加面涂层、双涂层的优化策略。第1 步准备好涂层液，面涂层为耐磨涂层起到提升表面硬度的作用，底涂层为过渡层用于提升基材与面涂间的结合力。根据加工程度的要求对涂层液进行调配，通过加入适当溶剂，调节涂层液的黏稠度，底涂层黏度在5~10cp，面涂层黏度在10~20cp。第2 步进行涂覆操作，先将调配完成的涂层液加入到各自的硬化槽中，进行循环过滤和排气泡的处理，以此来保障涂层液内在的均匀性和一致性，同时控制涂层液的温度约16~18℃，再将之前准备就绪的树脂镜片依次悬挂于浸液机内。涂覆时，需要注意通过提速的控制，来调节涂层的厚度。提速过快或过慢，会造成涂层厚度显著的增加或减少，会造成涂层出现不平、流挂等不良现象。实际上，涂层厚度是受多种因素的共同影响，其关系如下：

　　式中：h 为膜层厚度；k 为系数； V 为提速；η 为涂层液黏度；γ 为涂层表面张力；ρ 为涂层液密度；g 为重力加速度。从式中可以看出，当其他条件确定的情况下，厚度与提速的2/3 次方呈正比。实践中，高折树脂镜片的底涂层厚度保障在0.3~0.6μm，而面涂层厚度在1.5~2.5μm 最为适合。根据上述工艺参数，先涂覆底涂层，经过预烘干后，再涂覆面涂层，预烘干的工艺参数为75~85 ℃， 烘10~30min。另外机器内部温度、湿度等因素同样重要，温度必须控制在20~23℃，湿度在50% 下。同时，内部的过滤泵必须定时更换和保养等。这些细节问题都是可以提升树脂眼镜涂覆工艺完成度的关键。第3 步，也是最后的步骤，对树脂镜片进行烘干，以达到镜面表面涂层固化，而固化好坏对于树脂镜片最大的影响节点在于耐磨性。待树脂镜片烘干完成，表面基本已经呈现不黏手的状态，最后得到成品。

　　4　涂覆时的异常问题及解决措施

　　4.1　涂覆后表面有颗粒点等杂质

　　首先判断镜片是否清洗干净，其次判断设备环境是否干净，最后检查涂层液滤芯过滤效果。如果是清洗不干净，先增加清洗时间及强度。如果仍然不能解决，及时更换纯水、清洗水槽更换滤芯，平时要时常测试水质情况。如果是设备环境脏了，及时停产清洗设备，定期更换设备高效滤芯，平时注意设备负压情况。如果是因为涂层液的原因，检查液体循环大小，如果循环量减少说明滤芯有堵塞情况，需及时更换滤芯，并循环一定时长。如果循环量正常，可以尝试使用更小型号的滤芯，提升过滤效果。

　　4.2　涂覆后镜片表面有类似水纹状不均匀现象

　　观察并统计现象的程度及比例，如果程度严重但比例不高，同时出现在相对固定区域，考虑是涂层液存在局部循环死角，调整液面水平情况尝试解决。如果程度轻微但比例高，说明涂层液整体流动性变差，测试液体黏度及固体含量情况，通过添加溶剂进行调整。如果程度轻微且比例不高，可以先不处理，进一步观察情况变化。

　　4.3　固化成型后表面有裂纹

　　一般检查3 个方面，先检查涂层厚度是否在工艺范围内，再检查炉温是否正常，最后关注降温过程是否过快。如果还是不能解决问题，考虑涂层液使用时长，或者基材玻璃化转变温度是否有变化。

　　4.4　固化后附着力测试不合格

　　检查固化成型工艺是否到位并适当强化、涂层液使用时长及添加情况并及时更换，加强清洗工艺，重点关注碱溶液的浸泡是否到位。如果还是不能解决问题，则应考虑涂层液与基材的匹配问题，尝试改性涂层液或基材。

　　4.5　明暗相间的干涉条纹异常

　　经过涂覆工艺的高折树脂镜片会存在一定程度明暗相间的干涉条纹，这是由于涂层的折射率和树脂材料的折射率存在一定的差异，在特定光波照射下，将产生不同的光程差，会反射出明暗相间的干涉条纹，当光程差是入射光波波长的整数倍的位置处，产生干涉亮纹，每两条亮纹间是干涉暗纹。正常情况下，该干涉条纹形状规则，明暗相差程度小，条纹数较少。如果干涉条纹不规则，明暗差异大且条纹数过多，则存在异常情况。综合检查涂层液黏度、循环量，重点观察涂覆时的提速、厚度均匀性和设备震动情况，更深入地，可以检查液体温度和镜片表面干净程度等情况，综合判断研究调整。

　　5　结语

　　伴随人们对眼镜的使用率越来越高，使用要求同样也会越来越高，未来树脂镜片会在光学设计、树脂原材料和膜层加工这三大方向进行技术开发。而不断在原有基础上优化高折树脂镜片的涂覆工艺，也是膜层加工研发中的趋势之一。在对高折树脂镜片进行涂覆时，必须强调各种细节问题，才能全面优化眼镜片的硬度和耐磨损度等各类性能的品质，帮助人们正常视物。在科学技术的日新月异的发展下，涂覆工艺定会越来越全面，使得眼镜的功效越来越完善和多样化，让科技更好地再现人们的清晰视界。

　　（作者单位：上海康耐特光学有限公司）