高精度非球面光学塑料透镜成型法的探索

　　目前,非球面塑料透镜的成型方法仍然采用传统的一次注射成型法.首先,将塑料加热至熔融状态,然后以一定的压力将熔融塑料注射到模具的型腔中, 经冷却定型后,出模,即可得到与型腔相一致的元件.由此可见,树脂在型腔内的成型过程,是树脂从熔融态逐渐变为固态的过程.在此物相转化过程中,树脂的体积收缩很大,由于型腔的容积不变,使得型腔与透镜脱离.在树脂进一步降温时,表面形状不受型腔的约束,透镜表面必然产生形变,为减小此类面形误差,以保证型腔和透镜在成型时始终接触、有效减少透镜表面的形状误差,它的模具结构和工艺路线与传统的注射成型方法不同.

　　1　非球面光学塑料透镜的两种成型方法

　　从光学性能角度讲,在球面上只加一点点非球面就能有很大的象差校正作用.相反,若非球面的形状稍有偏差则会产生很大的象差.因此,它给非球面光学塑料透镜注射成型精度提出了比较高的要求.在注射成型过程中,影响成型精度的因素有很多,但对树脂本身性能的影响将远远大于其它因素的影响.通过对树脂的压力、体积和比容积特性的分析知,严格控制树脂成型时的压力和温度分布使之越均匀越好是减小非球面塑料透镜的体积收缩,提高其成型精度的主要措施.采用以下两种方法可以达到上述要求.

　　1.1　两步注射成型法

　　两步注射成型法就是在完成第一次注射、加压、冷却之后,再接着进行第二次加热、加压、冷却的新工艺,其目的是保证型腔与透镜始终接触,使树脂的温度和压力分布均匀,消除内应力,减小树脂的收缩,各个参数可通过计算机编程来实现.

　　具体工艺过程为:合模—注射—加压—冷却—再加热—再加压—再冷却—出模两步注射成型方法的结构图见图1所示:

　　两步注射成型方法的技术关键是:

　　1)模具结构设计和温度、压力的控制.模具的结构原理图如图2所示.型腔容积是可变的,初次注射压力由合模力控制,二次加压由汽缸控制.二次加热、冷却的温度控制通过模具上的调温管来完成.在成型过程中,交互通入155℃左右的水蒸气和70℃~90℃的温水.透镜成型温度曲线如图3所示,当树脂冷却到Tg(玻璃态转化点,为110℃)附近时,即到T1时,把调温管内的温水换成热蒸汽,进行再加热.当达到树脂表面全部开始流动的温度 T2(145℃)时,停止蒸汽的供给;进入保温状态到T3时,导入温水并逐渐降温,一直延续到T4,保温在90℃左右.

　　2)如何精确控制熔融状态的注射量[1].传统注射机的注射筒兼有两个功能:一是树脂的塑化,二是注射树脂,两个功能在一个筒内完成,如图4所示.这种结构不利于塑料注射量的控制.可改为双筒式,如图5所示.此种结构的优点如下: