Transluzente Polymer- und Schaumstoffplatten mit optischen Fasern

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Formkörper mit Lichtleitfasern, welche in einer Matrix eingebettet sind und deren Enden an unterschiedlichen Seitenflächen des Formkörpers ein- bzw. austreten, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung als Wand- oder Deckenplatten, für Gewächshäuser oder in Kraftfahrzeugen.

Die GB 1 561 142 beschreibt dekorative Wände, Böden und Decken, bei denen Lichtleitfaserbündel durch gebohrte Löcher gesteckt werden. Auf diese Weise kann Licht von einer Lichtquelle auf der rückwärtigen Seite der Panel-Elemente auf die gegenüberliegende Seite geführt werden.

Die WO 03/097954 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Blöcken, bei denen ein Material, beispielsweise Beton, Zement oder Gips in eine Form gegossen wird und anschließend eine Schicht von parallelen Lichtleitfasern durch mechanischen Druck oder Vibration in die Masse versenkt wird.

Die EP-A 0 752 603 beschreibt einen Lichtwellenleiter, der durch eine geschlossenzel- lige poröse Polymerfolie umwickelt wird. Dadurch soll die Lichtleitfaser vor Beschädigung geschützt werden.

Polymerschaumstoffe werden üblicherweise zur Schall- oder Wärmedämmung einge- setzt. Aufgrund der Zellgrößen im Bereich von einigen μm wird Licht stark gestreut und eine Transluzenz ist mit den üblichen Polymerschaumstoffen nicht möglich. Schaumstoffe mit Zellgrößen unter 50 nm, beispielsweise auf Basis von Silica-Aerogelen, sind transluzent, ihre Herstellung ist jedoch aufwändig und teuer. Außerdem weißen sie die für den Baubereich notwendigen mechanischen Festigkeit nicht auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Formkörper, insbesondere Wand- oder Deckenplatten bereitzustellen, die neben der für die dekorativen Anwendungen wichtigen Transluzenz auch gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften aufweist.

Demgemäß wurde eine Formkörper, enthaltend Lichtleitfasern, welche in eine Matrix eingebettet sind, in deren Enden an unterschiedlichen Seitenflächen des Formkörpers ein- bzw. austreten gefunden, wobei die Matrix aus einem Polymerwerkstoff mit einer Dichte unter 2000 kg/m ³ besteht.

Durch die Anordnung der Lichtleitfasern in dem Formkörper, kann Licht aus einer Lichtquelle von einer Seite des Formkörpers auf eine andere beliebige Seitenfläche geleitet werden. Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern im wesentlichen parallel ange-

ordnet und die Enden treten in zwei gegenüber liegenden, im wesentlichen parallelen flächen ein bzw. aus. Bevorzugt sind die Formkörper quaderförmig und weisen eine Dicke im Bereich von 10 bis 600 mm auf. Durch die Lichtleitfasern kann Licht von einer Seite auf die andere Seite der Platten geleitet werden. Durch die Anordnung der Licht- leitfasern können auch Muster eingebracht werden.

Die Anzahl der Lichtleitfasern richtet sich nach dem gewünschten Verwendungszeck. Sie hängt im wesentlichen von dem Transmissions-Koeffizient der Fasern und dem von den austretenden Lichtleitfasern bedeckten Querschnitt ab. In der Regel werden 5 bis 90 Vol.-%, insbesondere 5 bis 50 Vol.-%, Lichtleitfasern, bezogen auf den Formkörper, eingesetzt.

Als Lichtleitfasern kommen Fasern aus Quarz- oder Glas- oder aus speziellen organischen Polymeren, beispielsweise aus Polymethacrylat, Polycarbonat oder Polystyrol in Betracht. Die Dämpfungsfaktoren sind im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich sehr niedrig, beispielsweise unter 3 dB/km bei 850 nm Wellenlänge. In der Regel ist der Lichtwellenleiter aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut und weist einen Kern mit einem um 1 bis 2 % größeren Brechungsindex als das Mantelmaterial auf.

Erfindungsgemäß besteht die Matrix des Formkörpers aus einem Polymerwerkstoff mit einer Dichte unter 2000 kg/m ³ , bevorzugt unter 1200 kg/m ³ . Aufgrund ihres geringen Gewichtes eignen sie sich insbesondere für herabgehängte Decken. Besonders bevorzugt wird die Matrix jedoch aus einem Polymerschaumstoff gebildet. Dadurch wird nicht nur das Gewicht des Formkörpers herabgesetzt, sondern gleichzeitig die Schall- und Wärmedämmungseigenschaften deutlich verbessert. Die Dichte des Polymerschaumstoffs liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 200 g/l, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 100 g/l.

Der Polymerschaumstoff kann aus einem Partikelschaumstoff, beispielsweise aus ex- pandierbarem Polystyrol (EPS) oder Polyolefin-Partikelschaumstoffen, beispielsweise aus expandiertem Polypropylen (EPP) aufgebaut sein.

Die zum Verschweißen verwendeten Schaumstoffpartikel weisen üblicherweise einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 8 mm, bevorzugt von 1 bis 6 mm auf.

Des weiteren kann die Matrix des Formkörpers aus einer Reaktivharzmischung in Gegenwart eines Treibmittels hergestellt werden. Geeignete Reaktivharze sind beispielsweise Epoxide-, Polyurethan- oder Melamin-Formaldehyd-Harze.

Für Akustikanwendungen können insbesondere offenzellige Schaumstoffe mit einer Offenzelligkeit von mehr als 80 % eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden hierfür elastische Schaumstoffe auf Basis eines Melamin-Formaldehyd-

Kondensationsproduktes mit einer spezifischen Dichte von 5 bis 100 g/l, insbesondere von 8 bis 80 g/l verwendet. Die Zellzahl liegt üblicherweise im Bereich von 50 bis 300 Zellen/25 mm. Die Zugfestigkeit liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 kPa und die Bruchdehnung im Bereich von 8 bis 20 %.

Zur Herstellung kann nach EP-A 071672 oder EP-A 037470 eine hochkonzentrierte, treibmittelhaltige Lösung oder Dispersion eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensates mit Heißluft, Wasserdampf oder durch Mikrowellen-Bestrahlung verschäumt und ausgehärtet werden.

Das Molverhältnis Melamin/Formaldehyd liegt im allgemeinen im Bereich von 1 :1 bis 1 :5. Zur Herstellung besonders Formaldehyd-armer Schaumstoffe wird das Molverhältnis im Bereich von 1 :1 ,3 bis 1 :1 ,8 gewählt und ein Sulfitgruppen-freies Vorkondensat eingesetzt, wie z.B. WO 01/94436 beschrieben.

Zur Herstellung der Schaumstoffe können sowohl physikalische als auch chemische Treibmittel eingesetzt werden. Beispiele für chemische Treibmittel sind Feststoffe, die bei höheren Temperaturen unter Freisetzung von Gasen zerfallen, beispielsweise Azo- dicarbonamide. Als physikalische Treibmittel können halogenhaltige oder halogenfreie Kohlenwasserstoffe, insbesondere Butan, Pentan oder Hexan, oder Gase wie Stickstoff, oder Kohlendioxid eingesetzt werden. Bei duroplastischen Schaumstoffen, beispielsweise Polyurethan-Schaumstoffen, können die Treibgase auch während der chemischen Vernetzung durch Abspaltung von Gasen, wie Kohlendioxid, entstehen.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers eignet sich ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Lichtleitfasern werden in einem Formwerkzeug einspannt oder ein Lichtleitfasergewebe in ein Formwerkzeug eingelegt, b) Polymergranulate oder eine fließfähige Reaktivharzmischung wird in die Form eingefüllt, und c) durch Versintern, Verschäumen oder Aushärten wird die Matrix des Formköpers verfestigt.

Zur Herstellung eines Formkörpers mit einer Matrix aus Partikelschaumstoff können hierzu expandierbare oder bereits vorgeschäumte Polymergranulate eingesetzt werden. Diese können in der Form durch Beaufschlagung mit Heißluft oder Wasserdampf zu Partikelschaumstoff-Formkörpern versintert werden.

Im Falle einer fließfähigen Reaktivharzmischung, welche ein Treibmittel enthält, kann ein Schaumstoff durch Erwärmen oder Mikrowellenhärtung erhalten werden.

Nach einem bevorzugten Verfahren werden die Formkörper nach dem Verfestigen aus der Form herausgenommen und zur Platten mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 600 mm geschnitten. Bei diesem Verfahren müssen die Lichtleitfasern in das Formwerkzeug nicht eingespannt werden, sondern können beispielsweise zu einer Spirale aufgewickelt werden. Beim Schneiden des Formkörpers entstehen dann die entsprechenden Enden der Lichtleitfasern auf der Schnittfläche des Formkörpers.

Aufgrund ihrer Transluzenz, ihren guten Wärme- und Schalldämmeigenschaften finden die erfindungsgemäßen Formkörper insbesondere Anwendung in der Bauindustrie, beispielsweise als Wand- oder Deckenplatten, Trennwände für Büros, Toiletten, Hallen- oder Messestände. Sie können auch in Türen- oder Fensterbereichen, Dächern, Decken, Tischplatten oder Fußböden Verwendung finden. Des weiteren eignen sie sich im Kraftfahrzeugbereich für Decken- oder Fensterbereiche.

Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Formkörper auch für Gewächshäuser oder Wintergärten. Hierbei verwendet man besonders bevorzugt Sandwich-Panel mit einem Kern aus dem transluzenten erfindungsgemäßen Formkörper und einer Deckschicht aus beispielsweise Polymethylmethacrylat.

Beispiele

Zur Herstellung der transluzenten Polymerschaumstoffkörper wurde ein quaderförmiges Formteil mit den Abmessungen 10 x 10 x 12 cm verwendet. In das Formteil wurden 2 bewegliche Lochplatten eingesetzt. Jede Lochplatte besaß 625 (25 x 25) Löcher mit einem Durchmesser von 1 mm. Zum Spannen der Lichtwellenleiter wurden die beiden Lochplatten zusammengeschoben und die Lichtwellenleiter einzeln durch die Löcher der Lochplatten geführt. Anschließend wurden die Lochplatten auf einen Abstand von etwa 12 cm in dem Formteil auseinander gezogen. Dadurch wurden die einzelnen Lichtwellenleiter in dem Formteil gespannt.

Für die Beispiele wurden 0,5 mm decke polymere Lichtwellenleiter aus Polymethylmethacrylat (YNG-0500 der Fa. GP Fiber Optics GmbH) verwendet.

Beispiel 1

Eine treibmittelhaltige Reaktivharzmischung auf Basis von Polyurethan wurde in den Raum zwischen den Lochplatten gegossen und in dem einseitig geöffneten Formteil zu einem Polyurethan-Schaumblock verschäumt.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 der EP-A 17672 wurde eine treibmittelhaltige Melamin/Formaldehyd- Dispersion hergestellt und in das Formteil zwischen die gespannten Lichtwellenleiterfa- sern eingefüllt und bei 150°C verschäumt.

Beispiel 3

Der Lichtwellenleiter wurde um ein Metallnetz zu einer Spule gewickelt. Anschließend wurde die Spule in das Formteil zwischen die Lochplatten gelegt und expandierbares Polystyrol (EPS) in die Spule gefüllt und im Rauscherkasten 3 min mit heißem Wasserdampf geschäumt. Füllen und Verschäumen des expandierbaren Polystyrols wurde 6 Mal wiederholt, bis der gesamte Raum mit Polystyrol-Partikelschaumstoff gefüllt war.