Oprawy okularowe

OCULUS

Gabinet Okulistyczny i Salon Optyczny

83-000 Pruszcz Gdański ul. Mickiewicza 1
tel.: (58) 683 00 37

Oprawy okularowe (tzw. ramki) wykonuje się z metalu lub tworzyw sztucznych (sporadycznie stosowane mogą być inne materiały).

Stal szlachetna
(stopy: X8 CrNi19/10; X2 CrNiMo18/12; X12 CrNiMoS18/11). Określenie stal szlachetna używane jest dla stali nierdzewnych. Odporność na korozję wynika z dużej zawartości chromu (im wyższa zawartość chromu tym wyższa odporność na korozję). Chrom wchodzi w reakcję z tlenem zawartym w powietrzu i tworzy bardzo cienką, ale bardzo trwałą warstwę tlenku. Utlenianie następuje tylko na najbardziej zewnętrznej warstwie (zewnętrzna warstwa tlenku jest na tyle szczelna i odporna, że zapobiega utlenianiu głębszych warstw). Uważa się, że 12% i wyższa zawartość chromu daje gwarancję, że stop jest wystarczająco chroniony przed korozją. Wysoka zawartość chromu zapobiega uwalnianiu się alergizujących jonów niklu.
cechy: wysoka twardość i sprężystość, niska skrawalność, trudna i droga obróbka plastyczna, trudne lutowanie.
zastosowanie: śruby ze stali szlachetnych są stosowane przez optyków od dawna, części opraw lub całe oprawy od stosunkowo niedawna.

Miedź
cechy fizyczne: gęstość 8,93 g/cm³, temperatura topnienia 1083 °C
cechy chemiczne: duża odporność na korozję
cechy technologiczne:
   - bardzo dobra przewodność cieplna i elektryczna,
   - dobra plastyczność na zimno,
   - ciągliwa w b. dużym zakresie temperatur.
Czysta miedź jest metalem bardzo miękkim. Twardsze są natomiast jej stopy. W stopach miedzi towarzyszą:
nikiel, cynk, cyna, aluminium, ołów, żelazo i beryl.
Rozróżnia się następujące stopy miedzi:
   - mosiądz,
   - brąz, (stop miedzi, cyny i innych metali np. aluminium, cynku, manganu, ołowiu,
     z co najmniej 60% udziałem miedzi. Udział cyny musi być wyższy niż cynku),
   - nowe srebro (mosiądz wysokoniklowy).

Brąz - stop miedzi, cyny i innych metali, np. aluminium, cynku, manganu, ołowiu, z co najmniej 60% udziałem miedzi. Udział cyny musi być wyższy niż cynku. W zależności od składu wyróżniamy: brąz niklowy, brąz berylowy (najtwardszy ze wszystkich stopów miedzi), brąz tytanowy (bardzo dobre właściwości, ale wysoka cena).

Nowe srebro - stop miedzi, który znany jest od stuleci. Zawiera od 10% do 25% niklu. Sumaryczna zawartość niklu i cynku zawiera się w granicach od 36% do 40%. Tani materiał, który może być stosowany na różne części opraw. Charakteryzuje się niską odpornością na korozję.

Nikiel
cechy fizyczne: gęstość 8,9 g/cm³, temperatura topnienia 1455 °C, charakterystyczny srebrzysty połysk
cechy chemiczne: duża odporność na korozję
cechy technologiczne:
   - wytrzymałość na rozciąganie ok. 400 N/mm²,
   - twardość 70 HB
   - wysoka ciągliwość
   - duża wytrzymałości na zginanie,
   - dobra plastyczność na zimno i gorąco,
   - dobra spawalność i lutowalność.
Do produkcji opraw stosuje się stopy: nowe srebro, monel, stop chromowo-niklowy.
Nikiel może wywoływać reakcje alergiczne, dlatego w niektórych krajach, towary, które mają bezpośredni kontakt ze skórą i które uwalniają w ciągu tygodnia więcej niż 0,5 mikrograma niklu na cm² muszą być odpowiednio oznaczone. Oprawy, w których zawartość niklu nie budzi zastrzeżeń często w tych krajach opatrzone są formułą "oprawa nie zawiera niklu".

Monel - stop 68% niklu, 30% miedzi, 1% żelaza, 1% manganu. Charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję (dzięki wysokiej zawartości niklu), około 25% spadek twardości przy lutowaniu, niska sprężystość. Od długiego czasu stosowany do produkcji opraw. Ze względu na niską sprężystość stosowany na zauszniki w kombinacji ze sprężynującymi zawiasami.

Stop chromowo-niklowy - charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję, niską plastycznością, nie nadaje się do obróbki skrawaniem. Na terenie Azji stosowany do wyrobu całych opraw. W Europie stosowany jako alternatywa dla stali szlachetnej. Używany do produkcji małych elementów o wysokiej wytrzymałości.

Aluminium
cechy fizyczne: gęstość 2,7 g/cm³, temperatura topnienia 660 °C,
cechy chemiczne: duża odporność na korozję wynikająca stąd, że na powierzchni metalu tworzy się warstwa szczelna warstwa tlenku zapobiegająca dalszemu utlenianiu,
cechy technologiczne: wytrzymałość na rozciąganie ok. 100 N/mm², twardość 30 HB
To, co wyróżnia aluminium spośród innych metali to jego mały ciężar właściwy (około trzy razy mniejszy niż stali). Charakteryzuje się dużą plastycznością na zimno. Stosunkowo niska wytrzymałość na rozciąganie, zginanie, oraz twardość znacznie podnosi się w wyniku obróbki plastycznej na zimno. Istnieje duża różnorodność stopów aluminium. Naturalna zdolność do tworzenia ochronnej warstwy tlenku (w środowisku atmosferycznym) znacznie ogranicza możliwość spawania i lutowania, co prowadzi do tego, że w produkcji oprawek stosowany jest głównie w charakterze dekoracji - anodowane powłoki aluminiowe mogą być barwione w bardzo wielu kolorach.

Cynk
cechy fizyczne: gęstość 7,14 g/cm³, temperatura topnienia 419 °C,
cechy chemiczne: odporny na korozję (w środowisku atmosferycznym),
cechy technologiczne: wytrzymałość na rozciąganie 100 N/mm², twardość 35 HB.
Cynk jest stosunkowo miękkim metalem o niskiej temperaturze topnienia. W stanie czystym nie jest stosowany w produkcji opraw.
Jest składnikiem stopów miedzi i niklu.

Cyna
cechy fizyczne: gęstość 7,28 g/cm³, temperatura topnienia 232 °C,
cechy chemiczne: odporna na korozję (w środowisku atmosferycznym i wodnym),
cechy technologiczne: wytrzymałość na rozciąganie 35 N/mm², twardość 12 HB.
Cyna jest bardzo miękkim, plastycznym metalem o niskiej temperaturze topnienia (wchodzi razem z ołowiem w skład lutów).
Używana jako składnik stopowy takich metali jak miedź i aluminium.

Tytan
cechy fizyczne: gęstość 4,51 g/cm³, temperatura topnienia 1668 °C,
W formie czystej jest metalem charakteryzującym się dobrą plastycznością. Wytrzymałość i twardość są porównywalne ze stalą konstrukcyjną (St 37). Jego główne zalety to mały ciężar właściwy, odporność na korozję, wysoka wytrzymałość. Jego wady to wysoka cena oraz trudna technologia obróbki. Do produkcji opraw stosowany jest od początku lat osiemdziesiątych dwudziestego wieku.

Czysty tytan - dzięki swoim specyficznym właściwościom stosowany do produkcji implantów. Podobnie jak aluminium, w środowisku atmosferycznym buduje na powierzchni bardzo cienką, ale bardzo szczelną i trwałą mechanicznie warstwę tlenku. Obróbka cieplna, lutowanie itd. możliwa jest tylko w próżni lub ochronnej atmosferze argonu.

Tytan P - jest stosowany w celu ominięcia problemów technologicznych. Jest to czysty tytan pokryty cienką (30 µm) warstwą niklu. Pozwala na lutowanie przy użyciu klasycznych lutów, oraz nakładanie kolejnych warstw metali. Wadą tego rozwiązania jest to, że tytan P może być przyczyną alergii.

Beta-tytan - cechuje się dobrą twardością i sprężystością. Jest stopem: tytanu (74%), wanadu (22%), aluminium (4%). W przeciwieństwie do tytanu niklowego można go lutować. Głównie stosowany do produkcji zauszników.

Tytan niklowy (Shape Memory Alloy), nazwa handlowa "Tytanflex" - zawiera po ok. 50% tytanu i niklu. Charakteryzuje się tym, że po odkształceniu wraca do swojej pierwotnej formy. Najczęstsze zastosowania to: oprawy, implanty, oraz aparaty do zębów. Mimo zawartości niklu nie powoduje alergii gdyż jest nikiel jest w całości wiązany przez tytan. Obrabiany jest w atmosferze argonu.

Chrom
cechy fizyczne: gęstość 7,2 g/cm³, temperatura topnienia 1875 °C,
cechy chemiczne: duża odporna na korozję,
cechy technologiczne: wysoka twardość, ale także kruchość.
Używany w formie powłok nakładanych galwanicznie na stopy miedzi i niklu.

Złoto
cechy fizyczne: gęstość 19,3 g/cm³, temperatura topnienia 1063 °C,
cechy chemiczne: najwyższa odporność na korozję,
cechy technologiczne: w stanie czystym bardzo miękkie, ekstremalnie plastyczne.
Czyste złoto jest zbyt miękkie, aby można było je zastosować do produkcji opraw. Stosowane jest w stopach ze srebrem i miedzią (w małych ilościach ponadto dodawane są: nikiel, pallad, kadm, cynk). Dodatki stopowe nie tylko poprawiają wytrzymałość i twardość (około 5-cio krotnie), ale także mają wpływ na kolor stopu złota.
Inną formą, w jakiej stosowane jest złoto to tzw. double. Metal bazowy za pomocą walcowania na zimno lub gorąco łączony jest z cienką (setne części milimetra) blaszką złota. Proces ten to platerowanie. Inną formą nanoszenia cienkich powłok złota jest pokrywanie elektrolityczne.

Srebro
cechy fizyczne: gęstość 10,5 g/cm³, temperatura topnienia 961 °C,
Jest nieodzownym składnikiem stopów złota. Jest także głównym składnikiem srebrnego lutu.

Inne metale,
które w znikomych ilościach występują jako składniki stopów stosowanych do produkcji opraw to:
   - ołów,
   - beryl,
   - magnez,
   - mangan,
   - kobalt.

Odnosi się wrażenie, że z upływem czasu oprawy metalowe stopniowo wypierają oprawy wykonane z tworzyw sztucznych. Wynika to prawdopodobnie z wad, jakie mają te ostatnie:
- trwałe zmiany kształtu w temperaturach powyżej 100 - 150 °C (w zależności od rodzaju tworzywa),
- mała odporność na szereg substancji organicznych (tłuszcze, pot).
Po pewnym czasie na końcach zauszników i nanośnikach (część oprawki mająca kontakt z nosem) pojawiają się żółto-białe plamy.
Z czasem oprawy plastikowe stają się mniej wytrzymałe na obciążenia - bardziej kruche i łamliwe.

Do produkcji opraw z tworzyw najczęściej stosowane są następujące materiały:

Azotan celulozy (celuloid)(CN)
był jednym z pierwszych tworzyw stosowanych do produkcji opraw. Pierwsze oprawy wykonane z celuloidu powstały w USA pod koniec XIX wieku. Obecnie celuloid praktycznie zniknął z rynku europejskiego. Można go jeszcze spotkać w Japonii i Indiach.
Ze stosowania azotanu celulozy do produkcji opraw zrezygnowano z powodu jego wad:

Octan celulozy (CA)
zaczęto powszechnie stosować do produkcji opraw po 1945 r. Jest materiałem trudniej palnym od azotanu celulozy, nie ulega zbyt szybko procesom starzenia.
Cechy mechaniczne: gęstość 1.3 g/cm³, naprężenie przy granicy plastyczności 25 - 35 N/mm², twardość kulkowa 50 - 80 N/mm²,
cechy termiczne: temperatura, przy której można zginać 80 - 100 °C, temperatura rozpadu 180 °C, absorbcja wody 4,2%.
Octan celulozy nie kurczy się po ostygnięciu, dlatego soczewki mogą być przygotowane dokładnie na wymiar zdjęty z zimnej oprawy (lub nawet o 0,2 mm większe).
Octan celulozy reaguje z ludzkim potem. Szczególnie w przypadku ciemnych opraw po pewnym czasie staje się widoczny biały nalot w miejscach kontaktu ze skórą.
Oprawy z octanu celulozy wytwarzane są w drodze frezowania odpowiednio spreparowanych płyt z tego materiału lub w drodze formowania na wtryskarkach.

Propionian celulozy (CP)
W zależności od składu jakość tego materiału może wahać się w dużych granicach.
Cechy mechaniczne: gęstość 1.2 g/cm³, naprężenie przy granicy plastyczności 30 - 40 N/mm², twardość kulkowa 50 - 80 N/mm²,
cechy termiczne: temperatura, przy której można zginać 80 - 115 °C, temperatura rozpadu 180 °C.
W porównaniu do opraw z octanu celulozy oprawy z propionianu charakteryzują się:

Żywice epoksydowe (EP)
często kryjące się pod nazwą handlową "optyl", to jeden z najnowocześniejszych materiałów stosowanych do produkcji plastikowych opraw okularowych. Oprawy wykonane z tego materiału charakteryzują się lekkością, odpornością na zarysowania, odpornością na deformacje nawet w stosunkowo wysokiej temperaturze. Oprawy z żywic epoksydowych wytwarzane są w drodze odlewania w odpowiednio przygotowanych formach.
Cechy mechaniczne: gęstość 1.1 g/cm³, twardość kulkowa 130 N/mm², udarność 90 KJ/m²,
cechy termiczne: temperatura, przy której można zginać nie niższa niż 80 °C (optymalnie 100 - 130 °C, temperatura niszcząca 250 °C (wytrzymuje krótki impuls termiczny do 350 °C).
Nieco problematyczne jest dopasowywanie opraw do kształtu głowy gdyż żywice epoksydowe mają zdolność "pamiętania" kształtu nadanego w procesie produkcji. Każdorazowo oprawa po podgrzaniu wraca do pierwotnej (nadanej w procesie wytwarzania) formy, jednak po schłodzeniu zachowuje ostatnio nadany kształt.

Poliamid (PA)
jest nazwą, za którą kryje się grupa tworzyw sztucznych o dosyć różnych własnościach. Nazwy handlowe poliamidu to: perlon, nylon, rilsan, ultramid. Ze względu na bardzo dużą odporność na złamanie i udarność często stosowany w okularach sportowych i ochronnych.
Cechy mechaniczne: gęstość 1.04 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 75 N/mm²,
cechy termiczne: temperatura, przy której można zginać oprawę 50 - 80 °C, temperatura przy której można formować oprawę 100 - 110 °C, temperatura niszcząca powyżej 140°C.
Poliamid charakteryzuję się wysoką odpornością na działanie kosmetyków, olejów, alkoholu.
Może być przyczyną alergii.

Polichlorek winylu (PVC)
w Polsce stosowany jest skrót PCW. Materiał w szerokim zakresie stosowany jest w budownictwie głównie dzięki dużej odporności na działanie czynników zewnętrznych i trudnopalności.

Polimetakrylan metylu (PMMA)
znany jest pod nazwą handlową plexiglas lub acrylglas. Charakteryzuje się wysoką odpornością na działanie czynników zewnętrznych i dużą przezroczystością.
Cechy mechaniczne: gęstość 1.2 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 110 N/mm², twardość kulkowa 130 N/mm²,
cechy termiczne: temperatura, przy której można zginać oprawę 100 - 130 °C.
Stosowany jest także do masowej produkcji lup, soczewek, pryzmatów, bezpiecznych szyb.