[发明专利]制造光学功能膜的方法和系统

说明书

参考

本申请要求根据35U.S.C.的优先权。119(e)截至2015年2月15日提交的美国临时专利申请No.62/116,545“溶液铸造法”的申请日，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及光学部件，更具体地说，涉及制造一种功能性塑料薄膜，功能聚合物薄膜或功能性PVA薄膜的方法和系统。

背景技术

如一般所知，从高强度光源发射出的紫外线(UV)光可以引起严重的角膜灼伤。因此，我们的眼睛需要保护来避免这些有害的紫外线光。其他特别情况下我们的眼睛绝对需要保护避免紫外线光是在进行焊接工作时，暴露在高度超过5000英尺(1524米)的阳光下，当太阳照耀着雪或水的反射光，或者在做日光浴等时。

不仅仅是紫外线，红外线也是有害的。无线通信，家用电器，计算机和照明灯都会发出不同程度的有害辐射。其实也有很多天然红外线，比如来自阳光的。阳光由稍大于半红外线的热光谱辐射组成。在正午，阳光在海平面上放射约1千瓦/平方米的辐照度，其中，527瓦是红外线辐射。一旦太阳光到达地球表面，几乎所有的热辐射都是红外线。

地面上阳光的能量可分为大约3％的紫外线射线(UV)，44％的可见光线和53％的红外线(IR)。因此，当长时间暴露于强烈的阳光下而没有保护时，人眼可能会经历一种燃烧或刺痛的感觉，往往伴有疲劳感。因为红外线可以被隐形眼镜吸收，使得它们“预热”，所以对于佩戴隐形眼镜的人来说，这种不舒适特别显著。眼科医生总是鼓励配戴太阳镜如会曝露在太阳光下一段时间的习惯。

传统上，保护镜片为了要阻挡来自光源的有害射线，镜片必须涂上一层或多层IR和/或可见染料。通常，会使用可溶性染料和/或金属氧化物颜料涂覆在镜片以吸收或反射某些频率的光，例如IR频率，UV频率等。因此，涂覆后的镜片可减少或减轻诸如白内障和青光眼的眼部疾病。

由于太阳镜和保护眼镜的重要性，现今已有许多涂层技术通过将IR溶剂或可见染料浸入或喷涂在镜片。然而，由于大多数镜片是弯曲的，所以镜片的曲率在施加IR溶剂或可见染料方面有显著的障碍，因为涂层可能是不均匀的。因此，不均匀的涂层在弯曲镜片表面上，大大的降低保护层的有效性。

使用传统方法如压塑或注射时，会在加工过程中加入IR溶剂或可见染料。压塑是用于创建固定横截面轮廓的物体的技术。材料被推或拉通过所需横截面的模具。在塑料挤出过程中，首先将塑料熔化成粘稠的半液体状态。软化后，塑料通过轮廓压塑而成。使用这种技术，可以通过将软化的光学膜推过轮廓的开口来产生弯曲的镜片。

注射成型是通过将材料注入模具来制造零件的制造方法。将部件的材料进料到加热的桶中，混合并强制进入模腔，在其中使其冷却并固化到空腔的构型。对于光学塑料膜，无论是压塑法还是注射法，都需要加热来软化塑料膜，使其可以弯曲成型。由于染料对热敏感，因此发生染料降解，保护眼睛的效果降低。

这些IR溶剂或可见染料涂层镜片的另一个问题是它们容易划伤并且不耐化学物质抵抗。随着时间的使用，保护层逐渐失去效力，如果没有检测和更换，就会变得有害。为了克服这些问题，镜片制造商通常通过喷涂，浸渍或注射另一个保护层在镜片上。然而，附加层使镜片更厚并使其具有最小厚度，造成眼镜设计和舒适上的障碍。

此外，通过注射或压塑的传统方法在美学上较不吸引人，因为红外线染料在这种涂层中显得绿色。为了抵消这种不美观的绿色，通常会另外将灰色颜色添加到PVA膜中。然而，这样的灰色的添加减少了光的穿透，并因此降低了的镜片可视性。最后，在镜片上的PVA膜中添加灰色颜色会导致镜片的成本增加，从而导致最终产品的成本更高。因此，廉价且快速的IR吸收镜片的材料和制造方法为现所期望的。

近来，为了克服压塑和注射方法的缺点，已经发明出及延用较优选的溶液铸造法。该溶液铸造法技术具有独特性，因为该方法不需要应用常规的压塑和注射成型技术，相对的而是容易地包含这些工艺生产的部件和特征。该方法使用芯棒或内径模具，该芯棒或内径模具浸入聚合物溶液槽或液体塑料罐中，该槽是专门为该方法设计的。由于热和摩擦性能的组合，聚合物溶液在模具周围形成薄膜。然后以精确控制的方式从槽或罐中取出薄膜，然后进行固化或干燥过程。