esettanulmány a szemlencsék Anyagválasztásáról

absztrakt

a szemlencsék anyagválasztásáról szóló esettanulmányt az Ashby anyagválasztási diagramjai jelentik. Ebben a tanulmányban a PMMA, PC, PS, PVC, PET és PA 6 polimer anyagát vizsgálják felül, és tulajdonságaik megtalálhatók az Ashby kiválasztási diagramjain, és összehasonlíthatók egy táblázatban. A végeredmények megerősítették, hogy a PMMA (akril) a legjobb anyag a szemlencsékhez. Az eredmény azt is kimutatta, hogy a jelen anyag környezetbarát, mivel nem mérgező és újrahasznosítható.

1. Bevezetés

a kontaktlencse a szem előtt viselt lencse, amelyet elsősorban myopia, hyperopia, asztigmatizmus és presbyopia kezelésére használnak. Szemüveget vagy” szemüveget ” viselnek az arcon rövid távolságra a szem előtt. A kontaktlencséket közvetlenül a szem felületén viselik. Az intraokuláris lencséket műtéti úton ültetik be leggyakrabban a szürkehályog eltávolítása után, de a közelmúltban tisztán refraktív célokra. A rövidlátás (közellátás) eltérő lencsét igényel, míg a távollátás (távollátás) konvergens lencsét igényel.

a kontaktlencsék általában ugyanazt a korrekciós célt szolgálják, mint a hagyományos szemüvegek, de könnyűek és gyakorlatilag láthatatlanok—sok kereskedelmi lencse halványkékre van színezve, hogy jobban láthatóvá váljanak, ha tisztítási és tárolási megoldásokba merítik őket. Néhány kozmetikai lencsét szándékosan színeznek, hogy megváltoztassák a szem megjelenését.

becslések szerint 125 millió ember használ kontaktlencsét világszerte (2%) , ebből 28-38 millió az Egyesült Államokban és 13 millió Japánban . A használt és felírt lencsék típusai országonként jelentősen eltérnek: Japánban, Hollandiában és Németországban a merev lencsék a jelenleg felírt lencsék több mint 20% – át teszik ki, Skandináviában azonban kevesebb mint 5% – ot .

az emberek sok okból választják a kontaktlencsék viselését, gyakran megjelenésük és praktikusságuk miatt . A szemüvegekhez képest a kontaktlencséket kevésbé érinti a nedves időjárás, nem gőzölnek fel, és szélesebb látómezőt biztosítanak. Ezek több alkalmas számos sporttevékenységek. Ezenkívül a szemészeti állapotokat, mint például a keratoconus és az aniseikonia, nem lehet pontosan korrigálni szemüveggel.

sokféle kontaktlencse áll rendelkezésre. A használt névjegyek típusa az adott helyzettől függ. A szemész orvosa segíthet a következő típusú lencsék közül választani.

merev vagy “kemény” érintkezők voltak az első lencsék; az 1960-as években fejlesztették ki őket. PMMA (polimetil-metakrilát) nevű műanyagból készülnek, amely nagyon tartós, de nem teszi lehetővé a levegőben lévő oxigén közvetlen elérését a szaruhártyához. Amikor a szem villog, a lencse mozog, ami lehetővé teszi, hogy a könnyekben oldott oxigén elérje a szaruhártyát. A merev lencsék a legkevésbé kényelmes érintkezők, és már nem igazán használják őket. Azonban néhány ember még mindig inkább őket a tartósság és az alacsonyabb költségek miatt.

a gázáteresztő lencséket “RGPs” -nek is nevezik.”Ezek újabb merev vagy” kemény ” lencsék, amelyek műanyagból készülnek, más anyagokkal, például szilikonnal és fluoropolimerekkel kombinálva, amelyek lehetővé teszik a levegőben lévő oxigén közvetlen átjutását a lencsén. Emiatt “gázáteresztőnek” nevezik őket.”

a lágy kontaktlencsék műanyagból készülnek, amelyek vizet tartalmaznak. A víz lágyabbá és rugalmasabbá teszi őket, valamint lehetővé teszi az oxigén bejutását a szaruhártyába. Az Egyesült Államokban a kontaktlencse-viselők több mint 75% – a lágy lencséket használ.

általában az érintkezőket lefekvés előtt el kell távolítani a fertőzés és a kontaktlencse-intolerancia veszélye miatt. Ebben a cikkben egy esettanulmányt adnak a szemlencsék anyagainak kiválasztásáról Ashby kiválasztási diagramjai segítségével.

2. Anyagok Szemlencsékhez

az 1970-es évek végéig a kontaktlencsék két anyagból készültek. A kemény kontaktlencsék polimetil-metakrilátból (PMMA), míg a lágy kontaktlencsék hidratált polimerből, hidroxi-etil-metakrilátból (HEMA) készültek, amely 37,8 tömegszázalék vizet tartalmazott. Ezek a lencsék tiszta látást és kényelmet biztosítottak, de volt egy probléma. Ezek a lencsék nem engedték, hogy az oxigén elérje a szaruhártyát. Emiatt a szaruhártya megváltozhat, hátrányosan, néhány kontaktlencse viselőnél.

a PMMA már elavult, és merev műanyagokkal helyettesítik, többnyire hidrofób anyagokkal, amelyek nagy oxigénáteresztő képességgel rendelkeznek. Ezeket a lencséket merev gázáteresztő (RGP) lencséknek nevezzük. A lágy lencsék gyártásához a HEMA-t olyan polimerek helyettesítik, amelyek 80% vizet tartalmaznak. Ezek a lágy lencsék, amelyeket a vízmennyiség miatt gyakran hidrogéleknek neveznek, magas oxigénátadással rendelkeznek, miközben megtartják az alakjukat a magas víztartalom ellenére. Ezek a kontaktlencsék gyártásához használt új anyagok, valamint a vékonyabb lencsék és a nagyobb oxigénátadás csökkentették a szaruhártya problémáit, de még mindig vannak más lehetséges szövődmények.

az új anyagok a különböző típusú eldobható kontaktlencsék létrehozásában is szerepet játszottak. Az eldobható kontaktlencsék havonta, kéthavonta,hetente, sőt naponta egyszer kaphatók. A vékonyabb anyagok kényelmesebbé teszik a kontaktlencsék viselését, és a kontaktlencsék költsége csökkent. Ez lehetővé teszi a karbantartást nem igénylő kontaktlencse kopását.

3. A kiválasztás

anyagválasztás az a folyamat, amely során kiválasztják a legjobb anyagot egy adott tervhez. A mechanikai tervezésben az anyagválasztás a tervezési folyamat minden szakaszában belép, és egymással összefüggő és ugyanolyan fontos, mint a tervezés és a gyártás. A teljes tervezési modellben az anyagválasztás az egyik alapvető paraméter, a piaci vizsgálat, a terméktervezési specifikáció, az alkatrésztervezés, a tervezési elemzés, a gyártás és az összeszerelés mellett. A terméktervezés más modelljei is hangsúlyozzák a helyes anyagválasztás fontosságát. Ashby megmutatta, hogy az anyagigény megváltozik, amikor a tervezés a koncepciótól a megvalósításon át a részletekig mozog. Az ezekből az ötletekből kifejlesztett számítógépes rendszer Cambridge Engineering System (ces) néven ismert, eredetileg Cambridge Material Selector (CMS). A rendszer anyagválasztási diagramokat használ, amelyek az anyagtulajdonságok adatainak megjelenítésére szolgálnak optimalizált eljárások alkalmazásával. A kiválasztás a mechanikai elemzésből származó teljesítménymutatók értékelésével működik, amelyek maximalizálva optimalizálják a teljesítményt.

ebben a tanulmányban a szürkehályog-probléma jobb anyagának megtalálása érdekében a szemlencse anyagait értékelik és kiválasztják erre a problémára. Az anyagok kiválasztásához a következő lépéseket kell használni.

3.1. A szemlencsék szükséges tulajdonságainak elemzése

ismeretes, hogy a szemlencséknek a következő tulajdonságokkal kell rendelkezniük:(i)könnyű gyártás,(ii)átlátszónak kell lennie,(iii) könnyű (alacsony sűrűségű), (iv) olcsó (elfogadható ár), (v)bio-kompatibilis,(vi)közepes törésállóság,(vii) alacsonyabb rugalmassági modulus.

3.2. Alternatív anyagok köre

a szemlencsék fent említett tulajdonságait figyelembe véve a következő anyagok jelölése lehetséges: I.polimetil-metakrilát(PMMA: akril), ii. Polikarbonát (PC), iii. polisztirol(PS), iv. polivinilklorid (PVC), v. poliészterek(PET, PBT), vi. poliamid (PA: Naylon).

3.3. A jelöltek értékelése

a jelölt anyagok értékeléséhez készíthetünk egy táblázatot, amely az első sorban mutatja a jelölt anyagokat, a tulajdonságok pedig az első oszlopban találhatók. Ezt követően ki tudjuk olvasni a számértékeiket Ashby kiválasztási diagramjaiból . A végeredményeket az 1. táblázat mutatja Ashby anyagtulajdonságainak felhasználásával (1.és 2. ábra). Az 1. táblázatban a számértékek egy tartományban vannak feltüntetve, zárójelben pedig a pontszám 1-10 pont között van feltüntetve. Ha az anyag teljes mértékben megfelel a szükséges tulajdonságoknak, 10 pontot kapnak pontszámként, különben rosszabb állapotban csak 1 pont adható a jelölt anyagra.

ábra 1

az anyagtulajdonság-diagram ötlete: Young modulusa, 6, a sűrűséggel szemben ábrázoljuk, 6, a log skálán .

ábra 2

Törési szívósság, IC, Young modulusához viszonyítva ábrázolva, 6 .

3.4. A szemlencsék legjobb anyagának kiválasztása

az 1.táblázatból látható, hogy a PMMA pontszáma 47 pont, ezért teljesítménye maximális. A PMMA (akril) a legjobb teljesítményt nyújtja a könnyű gyártás, az átláthatóság, a megfelelő rugalmas modulus, valamint az elfogadható ár miatt. A második sorrendben a PC és a PET ugyanabban a 44-es pontszámban látható. A PET-t azonban átlátszatlansága miatt törölni kell. A PC egy kicsit olcsóbb, mint az akril, de van néhány gyártási nehézsége . Ezért alacsonyabb pontot vesz fel, mint az akril. Ezenkívül minden anyagnak biokompatibilisnek kell lennie a testben, és a szemben használt összes polimer anyagnak biokompatibilisnek kell lennie. Ezért nincs probléma ezzel a kérdéssel kapcsolatban.

4. Postscript

az akril vagy a PMMA az a hőre lágyuló műanyag, amely átlátszóságában és időjárásállóságában leginkább hasonlít az üvegre. Kemény és merev, mint a polimerek, könnyen polírozható, de érzékeny a stressz koncentrációkra. Bizonyos törékenységet oszt meg az üveggel, amit akril gumival keverve lehet legyőzni, hogy nagy hatású ötvözetet (HIPMMA) kapjunk. A PVC keverhető PMMA-val, hogy kemény, tartós lapokat kapjon. Az akril lemez, rúd vagy cső formájában kapható, öntéssel vagy extrudálással alakítható . Az újrahasznosítási potenciál és az akril időjárásállósága is magas; ezért a szemlencséket nagyrészt akrilból vagy PMMA-ból állítják elő.

5. Következtetés

ebben a cikkben egy esettanulmányt adunk a szemlencsék anyagainak kiválasztásáról Ashby kiválasztási diagramjai segítségével. Ebben a munkában 6 PMMA, PC, PS, PVC, PET és PA polimer anyagot veszünk figyelembe, és tulajdonságaik megtalálhatók az Ashby kiválasztási diagramjain, és összehasonlíthatók az 1.táblázatban. A végeredmények azt mutatták, hogy a PMMA (akril) a legjobb a szemlencsékhez. Az eredmény azt is alátámasztotta, hogy a PMMA anyag környezetvédelmi szempontból jó (nem mérgező és újrahasznosítható).