Technologie výroby brýlových čoček, 1. část: Minerální polotovary pro výrobu brýlových čoček

Dříve pouze mechanické přístroje pracující v jednom nebo maximálně několika režimech získávají díky svému „softwarovému potenciálu“ nové možnosti a širší pole působnosti. Díky přístrojům typu CNC (Computer Numeric Control) je možné provádět operace, které jsou řízené doprovodnými programy vytvořenými v imaginárním softwarovém prostředí a otestovanými v reálném prostředí. Zároveň dochází ke zjednodušení, zrychlení a tudíž zlevnění jednotlivých operací při výrobě brýlových čoček.

Ovšem ne všechny původní metody byly zapovězeny. Některé z nich se stále používají, třeba i v kombinaci s novými, neboť jsou stále podobně efektivní jako nové metody, anebo by přechod na novou technologii stál příliš mnoho finančních prostředků.

Úkolem tohoto seriálu odborných článků je vytvořit ucelený přehled výroby brýlových čoček, a to jak minerálních, tak i různých typů organických čoček, které v současné době tvoří téměř 97 % světové produkce. Čtenář zde postupně nalezne informace o metodách výroby polotovarů z různých materiálů, o metodách opracování polotovarů - klasické konvenční i moderní free-form metodě v různých modifikacích - a v neposlední řadě informace o povrchových úpravách brýlových čoček včetně nejaktuálnějších údajů, které máme k dispozici.

Rozdělení minerálních polotovarů podle typu skla a indexu lomu

Sklo je amorfní materiál, který se při běžné teplotě (23 °C) vyskytuje v pevném skupenství a je možné ho rozbít; zároveň je možné jej při zvýšení teploty přivést do viskózního stavu. Sklo je získáváno z takzvaného sklářského kmene, který je při teplotě okolo 1 500 °C uveden do stavu taveniny.

Standardní sklářský kmen obsahuje přibližně 70 % takzvaných sklotvorných oxidů, 20 % tavidel, stabilizátory, odbarvovače, barviva a další přísady. Ke sklotvorným oxidům řadíme oxid křemičitý (SiO2) ve formě křemenného písku, oxid boritý (B2O3) a oxid fosforečný (P2O5).

K hlavním tavidlům patří uhličitan sodný (Na2CO3 neboli soda) a uhličitan draselný (K2CO3 neboli potaš). Tavidla se používají k zajištění vysoké teploty (1 700 °C). Stabilizátory (oxid vápenatý, CaO) zajišťují chemickou stálost, mechanickou pevnost a tvrdost skla. Zpevnění skla zajišťuje oxid hlinitý (Al2O3), oxid zinečnatý (ZnO) a oxid manganatý (MgO). Požadovanou změnu indexu lomu umožňuje oxid olovnatý (PbO) a oxid barnatý (BaO).

Tavení skla probíhá v tavicích pecích. Při tavení skla rozlišujeme tři technologické stupně: růst bublinek (do 1 200 °C), čeření (do 1 750 °C), ochlazení s odstraněním plynů a chlazení (pod 900 °C). V první fázi se sklářský kmen zahřívá několik hodin na teplotu 1 200 °C. Díky velkému počtu fyzikálně-chemických reakcí vzniká velké množství plynů, zejména oxid uhličitý. Ve druhé fázi se do sklářského kmene přidávají čeřiva, která mají za úkol odstranit bubliny a plyn z taveniny. Čeřiva, mezi která patří například dusičnan sodný neboli ledek, jsou látky, které se za vysokých teplot rozkládají. Plyn, který se z nich uvolňuje, difunduje do bublin v tavenině.

Tyto bubliny následně stoupají vzhůru a opouští taveninu. Vlastním čeřicím prvkem je tedy kyslík. V poslední fázi se sklo stáčí do připravených předehřátých van. Chlazení trvá několik týdnů nebo až měsíců. Způsob chlazení umožňuje drobnou korekci indexu lomu a disperze skla (Weissová, 2002). Sklo o standardním indexu lomu 1,5 je složeno převážně ze 60-70 % oxidů křemíku. Zbytek tvoří oxidy vápníku, sodíku a boru. Sklo o indexu lomu 1,6 obsahuje příměs dioxidu titanu.

Materiály pro výrobu minerálních brýlových čoček můžeme dělit do dvou skupin:

• křemíko-vápenaté sklo má obvykle index lomu 1,523 a Abbeovo číslo okolo 60;

• borosilikátové sklo má obvykle hodnotu indexu lomu 1,6.

Dále se používá následující dělení (Jančík, 2006):

• korunové sklo - draselno-vápenaté - nízkoindexové (Abbeovo číslo vyšší než 55);

• flintové sklo - draselno-olovnaté - vysokoindexové (Abbeovo číslo nižší než 55).

Vysokoindexové materiály byly vyvíjeny již od roku 1975 s cílem dosáhnout vysokého indexu a zároveň nízké disperze (vysoké Abbeovo číslo). Nejprve se na trhu objevil materiál s indexem lomu 1,7 (Abbeovo číslo 41), který obsahoval oxidy titanu. Přibližně v roce 1990 byl na trhu představen materiál s indexem lomu 1,8 s příměsí oxidů lanthanu a Abbeovým číslem 34. V roce 1995 byl poprvé použit jako příměs oxid niobia a byl vytvořen materiál s indexem lomu 1,9 a Abbeovým číslem 30. Tyto materiály umožňují vyrábět tenčí brýlové čočky, u kterých můžeme očekávat snížení váhy a celkového objemu čočky.

Literatura:

1. Essilor. Ophthalmic optics files. Materials and the basic ophthalmic lens [online]. 2011 [cit. 11.1.2012]

Dostupné na http://www.bimas.lt/akys/literatura/lesiai_medziaga.pdf.

2. Jančík, P.: Materiály pro výrobu brýlových čoček. Diplomová práce. LF MU: Brno, 2006.

3. Randulová, J.: Sklo a plasty jako materiály brýlových čoček, povrchové úpravy brýlových čoček. Diplomová

práce. LF MU: Brno, 2009.

4. Weissová, Y.: Vybrané kapitoly do technologie pro oční optiky. SZŠ a VZŠ Alšovo nábřeží: Praha, 2002.

Podrobnosti najdete v časopise Česká oční optika, č. 1, 2013.