CN102213397B - 导光管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光传输技术，提供一种导光管，其包括透明管以及粘贴于透明管的外壁的至少一层反光胶带，反光胶带包括基底和粘贴于基底的反光胶层，反光胶层中混合有反光材料和用于粘贴的粘胶。本发明还提供一种导光管的制造方法。在该导光管中，通过将反光胶带这种粘贴式结构，既增大粘接强度，又能提高密封性，从而极大降低光能消耗，获得较高反光率。而且，这种粘贴式反光胶带能很好地将透明管与外界隔离，不易遭受外面保护装置引起的磨损或其它损伤，从而能有效延长导光管的使用寿命，具有广阔的应用前景。

Description

导光管及其制造方法

技术领域

本发明属于光传输装置领域，具体涉及一种导光管及其制造方法。

背景技术

通常用于自然采光的导光管，是将从集光罩中收集来的光利用反光镜的原理经过导光管进行低损耗传输到散射器上，从而实现将自然光传输到所要照明的领域，达到使用自然光照明的目的。

在已有的技术中，一种是利用实心的矩形导光管，其外部涂有反射膜，由于是光学玻璃制品，其90°的直角脊棱线易破损，形成连续的暗斑，从而产生较大的光能损失，同时会有灰尘进入，导致暗斑扩大，导致导光管导光率的进一步下降。另一种是目前业界较为普遍的利用铝基板围成的导光管。其中，基板是在金属铝表面涂覆一层高反射率的纳米银颗粒，用金属基板来反射光。这种结构的导光管具有以下缺点：

1)装配难度问题。因为金属基板与透明管(通常为玻璃)的材质不同，不能一次成型，因此在装配时要分别安装，在装好透明管后，再安装金属基板。这样带来的一个直接缺点就是透明管与铝基板之间不可避免的摩擦会损伤纳米银涂层，从而令装好后的金属基板出现暗斑。大量暗斑对光传输过程中的损失影响不容忽略。另外，铝基板的制造长度与现场装配长度不同，导致现场装配时要对铝基板进行裁剪，因而不可避免对铝基板的边缘造成永久性的擦痕，也能导致大片暗斑的形成。

2)成本问题。金属铝是一种轻金属，成本相对较高。铝基板的成本是光导系统中的重要成本支出。

3)铝基板与集光装置的热膨胀率的匹配问题。由于集光罩的材质是玻璃或石英，铝基板与集光罩的热膨胀率不同，随着温差的变化，导致大量灰尘进入，导致导光管的导光率大幅下降，很快达到临界阈值，从而达到寿命极限，导光管失效。

4)在金属基板喷涂以前要进行平整处理，表面粗糙度要达到1mm以内，工艺要求高，在导光管安装时易受到外力撞击而变形，导致反光率下降。纳米Al薄层的涂覆工艺有两种，一种是蒸镀，另一种是喷涂。蒸镀的优点在于Al薄膜致密、平整、反光率高(95-98％)，缺点在于易氧化、金属基板长度受限、产量低、蒸镀设备价格高昂且不易维修。喷涂的优点在于金属基板没有长度限制、喷涂设备工艺简单易于维修，反光率较高(92-95％)，产量较大，缺点在于反光涂层不致密，膜厚不均匀、易脱落、产生暗斑。

发明内容

有鉴于此，提供一种粘接强度大、密封性好、光耗低、使用寿命长的导光管，以及一种操作简便、成本低的导光管制造方法。

一种导光管，其包括透明管以及粘贴于所述透明管的外壁的至少一层反光胶带，所述反光胶带包括基底和粘贴于所述基底的反光胶层，所述反光胶层中混合有反光材料和用于粘贴的粘胶。

以及，一种导光管制造方法，其包括如下步骤：

制备粘胶，将反光材料与粘胶混合，搅拌，形成反光胶；

将反光胶涂覆在基底上形成反光胶层，加热，形成反光胶带；

将至少一层所述反光胶带粘贴于透明管的外壁，形成所述导光管。

在所述导光管中，通过将至少一层反光胶带粘贴于透明管的外壁，形成的粘接强度大，密封性好，能够致密地紧贴透明管的外壁，从而极大降低光能消耗。而且，这种粘贴式反光胶带能很好地将透明管与外界隔离，不易遭受外面保护装置引起的磨损或其它损伤，从而能有效延长导光管的使用寿命。在导光管的制造方法中，是通过粘贴的方式即能将反光胶带粘于透明管的外壁，这种粘贴的方式操作简便，易于组装。另外，该制造方法不需要传统的一些成本高、操作复杂的一些制程和设备，如蒸镀或喷涂技术，从而大大降低制造成本，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的导光管剖视图。

图2是图1中的导光管的俯视示意图。

图3是本发明实施例的具有多层反光胶带的导光管结构示意图。

图4是图3中的多层反光胶带的第一种结构形式示意图。

图5是图3中的多层反光胶带的第二种结构形式示意图。

图6是图3中的多层反光胶带的第三种结构形式示意图。

图7是本发明实施例的具有金属保护装置的导光管的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和2，显示本发明实施例的导光管10，其包括透明管11和粘贴于透明管11的外壁的至少一层反光胶带12，反光胶带12包括基底14和粘贴于基底14的反光胶层13，反光胶层13中混合有反光材料和用于粘贴的粘胶。

本实施例中，透明管11为一空心透明管，其截面形状任意，例如可以是但不限于长方形、多边形或圆形等。透明管11内部有一空腔114，可以是矩形腔、多边形腔或圆形腔，可根据实际需要而定。透明管11的透明材质可以是玻璃，例如无机玻璃、有机玻璃或石英玻璃等。进一步，透明管11是表面经过抛光后的玻璃管。

透明管11两端开口，分别为入光口110与出光口112，由自然采集的光，例如从一个外部集光罩中收集来的光从入光口110进入透明管11，在透明管11的内腔114及管壁中传输，同时经过反光胶带12反射和折射，以在整个导光管10中进行低损耗传输，然后从出光口112出射，从而实现将自然光传输到所要照明的领域，达到使用自然光照明的目的。透明管11内腔直径为0.05m～50m，外径是0.1m～50m，长约10-80m，具体尺度依现场实际光通量需要而定，并不限于此。

反光胶带12的基底14可采用透明并导光性强的材料，例如可采用双向拉伸聚丙烯(简写为BOPP)或聚甲基丙烯酸甲酯(简写为PMMA)材料，基底14的厚度约为80nm～500nm。粘胶为包含A组分和B组分的双组分胶水，A组分的成分及其质量百分比含量为：丙酮35-55％、六亚甲基二异氰酸酯5-20％、聚酯多元醇35-55％、乙烯基三乙氧基硅烷0.01-0.08％和二月硅酸二丁基锡0.05-0.08％，B组分的成分及其质量百分比含量为：苯二亚甲基二异氰酸酯40-70％和丙酮30-60％。双组分胶水中A组分和B组分的混合质量比例为3∶1～15∶1，优选为5∶1～10∶1，较佳为20∶3。粘胶和反光材料的质量比为2∶1～8∶1，优选为2∶1～6∶1，较佳配比为2∶1。

反光材料为纳米钛白颗粒或纳米钛白颗粒和玻璃微球的混合物，玻璃微球可以是各种玻璃材质的微球，例如金属氧化物玻璃微球(如碱性玻璃、含氧化锆玻璃、硅酸盐玻璃或复合氧化物玻璃等)或二氧化硅微球，优选为二氧化硅微球。当反光材料为纳米钛白颗粒和玻璃微球的混合物，混合物中纳米钛白颗粒和玻璃微球二者的混合质量比约为1∶0.5～1∶6，较佳混合质量比为1∶4.5。反光胶层13的厚度约40-200微米，具体应用时视胶水与反光材料混合液的粘度而定，通过调整丙酮含量，可以控制反光胶层13的厚度。钛白颗粒的粒径为5nm-200nm，优选为6-20nm；玻璃微球的粒径约50-800nm，优选为60-100nm。

在反光材料中，纳米钛白颗粒主要起反光作用，作为反光颗粒，纳米钛白颗粒占反光材料的总质量含量优选为15％～66％。玻璃微珠主要是对光产生强烈折射，使光在光导管10中传播分布更加均匀。反光材料的纳米钛白颗粒和玻璃微球都均匀分散于粘胶中。

在图1和2所示的实施例中，反光胶带12采用一层结构形式，其卷绕粘贴于透明管11上，覆盖整个透明管11的外壁，同时可进一步粘贴于透明管11的入光口110与出光口112边缘的外壁处，只余入光口110与出光口112。也即，在透明管11上除了位于两端的入光口110与出光口112之外的其余部分完全无缝环绕有反光胶带12。可以理解的是，为避免光损失，可将反光胶带12缠绕超过透明管11外壁的一圈，即反光胶带12缠绕时头尾有部分重叠，这样更好地保证能减少光的损失。

在另一个实施例中，如图3所示，采用缠绕多层(或多圈)的反光胶带12，层与层之间通过各层反光胶带12的粘胶相互紧密粘贴。这种多层形式也有两种结构形式。其一，如图4所示，显示缠绕前的反光胶带12，反光胶带12是一卷连续的反光胶带12。反光胶带12具有一定长度，此长度为透明管11外周长的倍数。反光胶带12先用自身粘胶与透明管11的外壁粘贴，缠绕一圈后接着再缠绕，直到所需的层数或圈数，例如卷绕3-4圈，环绕方式如图4所示，即形成卷绕式相互粘贴的多层反光胶带12。在层与层之间卷绕及粘贴时避免气泡的产生，这种方式即为卷绕式结构。

其二，如图5所示，在透明管11上的多层反光胶带12也可以是相互独立的，即每层反光胶带12是单独的层，每层都可以是缠绕整个透明管11一圈或至少一圈。当然，由于是多层形式，反光胶带12只是半圈或不是整圈并不影响整个反光胶带12的反光效果。这样，每层是分别缠绕于透明管11外壁上，层与层之间也通过粘胶相互粘贴，在层与层之间卷绕和粘贴时避免气泡的产生，这种方式即为叠层式结构。进一步，如图6所示，每层反光胶带12缠绕的起点可以是不重叠的，是交错形式的，图6示例出三层，三层反光胶带12分别在起点12a、12b、12c处开始缠绕，这样可以弥补某些层可能不能覆盖整个透明管11外壁一圈的部分。

此外，如图7所示，导光管10还可包括一保护透明管11和反光胶带12的金属保护装置18。金属保护装置18可以为一金属外壳，例如金属管，具体可以是铝质管，金属保护装置18和反光胶带12之间填充有缓冲材料19，缓冲材料19可采用例如有机泡沫，例如但不限于聚氨脂、聚乙烯泡沫或有机硅泡沫等。

另外，在实际安装使用时，为防止滑脱，可将金属保护装置18与外部装置进行铰接固定，并可采用角度可调节的安装结构，以有方向地选择所需的照明区域。

这样，在使用时，例如应用于室内照明装置，上述导光管10通过将至少一层反光胶带12粘贴于透明管11的外壁，形成的粘接强度大，密封性好，能够致密地紧贴透明管的外壁，从而极大降低光能消耗，对自然光的反光率较高，可达到93-95％。而且，这种粘贴式反光胶带能很好地将透明管与外界隔离，不易遭受外面保护装置引起的磨损或其它损伤，从而能有效延长导光管的使用寿命。另外，可根据需要缠绕多层反光胶带12，在实际应用过程中，还可随时补充粘贴新的反光胶带12，以加强反光效果，或者替换反光胶带12，增强应用灵活性，且方便快捷。

上述导光管制造方法包括如下步骤：

S01：制备粘胶，将反光材料与粘胶混合，搅拌，形成反光胶；

S02：将反光胶涂覆在基底14上形成反光胶层13，加热，形成反光胶带12；

S03：将至少一层所述反光胶带12粘贴于透明管11的外壁，形成所述导光管10。

步骤S01中，粘胶为包含A组分和B组分的双组分胶水，制备粘胶时，分别按照配方配制A组分和B组分，再将A组分和B组分按照3∶1～15∶1的质量比例在40～70摄氏度的温度下充分混合，形成粘胶。然后将反光材料混入，粘胶与反光材料二者的质量比为2∶1～8∶1，较佳配比为2∶1，混合后充分搅拌，形成反光胶层13。

步骤S02具体为，将反光胶层13涂覆在基底14上，在烘箱中加热，除去涂胶过程中混入的气泡，形成反光胶带。在实际制造中，反光胶带可以预先制成并贮存备用，其具有粘胶的一面可以采用一离型膜进行保护，在使用，即后面粘贴于透明管11时将离型膜去除，即可将反光胶带12粘贴于透明管11上。这样，对于采用卷绕式多层反光胶带12时，可将制成的反光胶带12以卷筒形式贮存备用，在需要粘贴于透明管11时，如同透明胶一样直接粘贴于透明管11上，即实现步骤S03。这种粘贴方式操作简便，且便于贮存和分段进行导光管10的制作，使得生产更具灵活性，可操作性强。

步骤S03中，与上述描述相对应，反光胶带12可以采用一层或多层的形式。当采用一层，即单一层的反光胶带12时，直接粘贴于透明管11的外壁。当采用多层形式时，也有两种实现方式，即上述的叠层式和卷绕式。在叠层式的情况下，每层反光胶带12都按照上述步骤S01-S02形成，然后依次逐层粘贴于透明管11的外壁，形成所述导光管。在卷绕式的情况下，取一定长度(此长度为透明管11外周长的倍数)的连续反光胶带12，紧密地卷绕并层层粘贴于透明管11的外壁，形成所述导光管。不管采用何种形式，在卷绕或粘贴时都应注意，避免气泡的产生。

另外，按照上述方法形成的导光管10定位好后，在导光管10的外周围环绕以有机泡沫等缓冲材料19，并套上金属保护装置18，获得包装成品形式的导光管。在实际安装使用时，为防止滑脱，可将金属保护装置18与外部环境进行铰接固定。

以下通过具体结构和配方的实施例来说明上述导光管及其制造方法。

实施例1

本实施例的导光管包括透明管11和单层反光胶带12，其结构参考图1所示，透明管11的截面形状为圆形，材质为BOPP。透明管11的内孔直径为0.2m，外径是0.3m，长20m。反光材料为纳米钛白颗粒与二氧化硅微球的混合物，钛白颗粒的粒径大小约6nm，粒径分布较均匀，粒径方差＜10％，二氧化硅颗粒的粒径约100nm，粒径方差＜20％，二者的混合比例为1∶4.5。粘胶为AB组分胶水的混合胶体，A组分和B组分的质量比例为3∶1，粘胶和反光材料的质量比为2∶1。

A组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

B组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

本实施例的导光管制造过程如下：首先按照上述配方将A、B组分按照3∶1的比例在60摄氏度的温度下充分混合，然后将反光材料混入，并充分搅匀，涂覆在基底上，放在电烘箱中烘热，除去涂胶过程中混入的气泡，形成反光胶带。然后，胶面朝内，基底朝外，将反光胶带与透明管(透明空心玻璃管)紧密粘合，粘连胶带的过程要防止气泡的产生。随后，将环绕式空心导光管定位后，在其周围铺垫有机泡沫作为缓冲材料，并罩上金属管，获得有保护结构的导光管。

通过测量，本实施例的导光管的反光率为94％。

实施例2

本实施例的导光管包括透明管11和多层反光胶带12，其结构参考图3所示，多层反光胶带12为分层结构形式，透明管11截面形状为圆形，材质为PMMA。透明管11的内孔直径为25m，外径是30m，长70m。反光材料为纳米钛白颗粒与二氧化硅微球的混合物，钛白颗粒的粒径大小约20nm，粒径分布较均匀，粒径方差＜5％，二氧化硅颗粒的粒径约200nm，粒径方差＜20％，二者的混合比例为1∶0.5。粘胶为AB组分胶水的混合胶体，A组分和B组分的质量比例为20∶3，粘胶和反光材料的质量比为4∶1。

A组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

B组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

本实施例的导光管制造过程如下：首先按照上述配方将A、B组分按照20∶3的比例在50摄氏度的温度下充分混合，然后将反光材料混入，并充分搅匀，涂覆在基底上，放在电烘箱中烘热，除去涂胶过程中混入的气泡，形成反光胶带。然后，胶面朝内，基底朝外，将反光胶带与透明管(透明空心玻璃管)紧密粘合，粘连胶带的过程要防止气泡的产生。随后，将环绕式空心导光管定位后，在其周围铺垫有机泡沫作为缓冲材料，并罩上金属管，获得有保护结构的导光管。为防止滑脱，可将金属管外与环境进行铰接固定。

通过测量，本实施例的导光管的反光率为95％。

实施例3

本实施例的导光管包括透明管11和多层反光胶带12，其结构参考图4所示，多层反光胶带12为卷绕式结构形式，透明管11截面形状为正方形，为方管，，材质为PMMA，透明管11的内腔为圆形腔。透明管11的内孔直径为5m，外壁连长是8m，长80m。反光材料为纳米钛白颗粒与二氧化硅微球的混合物，钛白颗粒的粒径大小约100nm，粒径分布较均匀，粒径方差＜10％，二氧化硅颗粒的粒径约80nm，粒径方差＜30％，二者的混合比例为1∶2。粘胶为AB组分胶水的混合胶体，A组分和B组分的质量比例为5∶1，粘胶和反光材料的质量比为6∶1。

A组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

B组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

本实施例的导光管制造过程如下：首先按照上述配方将A、B组分按照5∶1的比例在55摄氏度的温度下充分混合，然后将反光材料混入，并充分搅匀，涂覆在基底上，放在电烘箱中烘热，除去涂胶过程中混入的气泡，形成反光胶带。然后，胶面朝内，基底朝外，将反光胶带与透明管(透明空心玻璃管)紧密粘合，粘连胶带的过程要防止气泡的产生。随后，将环绕式空心导光管定位后，在其周围铺垫有机泡沫作为缓冲材料，并罩上金属管，获得有保护结构的导光管。为防止滑脱，可将金属管外与环境进行铰接固定。

通过测量，本实施例的导光管的反光率为95％。

实施例4

本实施例的导光管包括透明管11和多层反光胶带12，其结构参考图4所示，多层反光胶带12为卷绕式结构形式，透明管11截面形状为圆形，材质为BOPP。透明管11的内孔直径为1m，外径是1.5m，长30m。反光材料为纳米钛白颗粒与二氧化硅微球的混合物，钛白颗粒的粒径大小约200nm，粒径分布较均匀，粒径方差＜10％，二氧化硅颗粒的粒径约800nm，粒径方差＜30％，二者的混合比例为1∶6。粘胶为AB组分胶水的混合胶体，A组分和B组分的质量比例为15∶1，粘胶和反光材料的质量比为8∶1。

A组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

B组分的成分及其质量百分比含量如下表所示：

本实施例的导光管制造过程如下：首先按照上述配方将A、B组分按照15∶1的比例在45摄氏度的温度下充分混合，然后将反光材料混入，并充分搅匀，涂覆在基底上，放在电烘箱中烘热，除去涂胶过程中混入的气泡，形成反光胶带。然后，胶面朝内，基底朝外，将反光胶带与透明管(透明空心玻璃管)紧密粘合，粘连胶带的过程要防止气泡的产生。随后，将环绕式空心导光管定位后，在其周围铺垫有机泡沫作为缓冲材料，并罩上金属管，获得有保护结构的导光管。为防止滑脱，可将金属管外与环境进行铰接固定。

通过测量，本实施例的导光管的反光率为95％。

由上可知，导光管10可采用单层或多层反光胶带12粘贴于透明管的外壁，这种粘贴结构形成的粘接强度大，对透明管的密封性好，能够致密地紧贴透明管11的外壁，从而极大降低光能消耗.如上述实施例1-4所示，导光管10的反光率可达到93-95％。而且，这种粘贴式反光胶带12能很好地将透明管11与外界隔离，不易遭受外面保护装置引起的磨损或其它损伤，从而能有效延长导光管10的使用寿命。在导光管10的制造方法中，是通过粘贴的方式即能将反光胶带12粘于透明管的外壁，这种粘贴的方式操作简便，易于组装。另外，该制造方法不需要传统的一些成本高、操作复杂的一些制程，如蒸镀或喷涂技术，从而大大降低制造成本，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导光管，其包括透明管，还包括粘贴于所述透明管的外壁的至少一层反光胶带，所述反光胶带包括基底和粘贴于所述基底的反光胶层，所述反光胶层中混合有反光材料和用于粘贴的粘胶，所述反光材料为纳米钛白颗粒和玻璃微球的混合物，且所述混合物中纳米钛白颗粒和玻璃微球二者的混合质量比为1∶0.5～1∶6，所述纳米钛白颗粒的粒径为5nm-200nm，所述玻璃微球的粒径为50-800nm。

2.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，所述基底的材质为双向拉伸聚丙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。

3.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，所述粘胶和反光材料的质量比为2∶1～8∶1。

4.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，所述玻璃微球为二氧化硅微球。

5.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，所述粘胶为包含A组分和B组分的双组分胶水，所述A组分的成分及其质量百分比含量为：丙酮35-55％、六亚甲基二异氰酸酯5-20％、聚酯多元醇35-55％、乙烯基三乙氧基硅烷0.01-0.08％和二月硅酸二丁基锡0.05-0.08％；所述B组分的成分及其质量百分比含量为：苯二亚甲基二异氰酸酯40-70％和丙酮30-60％，所述双组分胶水中A组分和B组分的混合质量比例为3∶1～15∶1。

6.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，所述至少一层反光胶带为叠层式或卷绕式相互粘贴的多层反光胶带。

7.如权利要求1所述的导光管，其特征在于，还包括一保护所述透明管和反光胶带的金属保护装置，所述金属保护装置和反光胶带之间填充有缓冲材料。

8.一种导光管的制造方法，其包括如下步骤：

制备粘胶，将反光材料与所述粘胶混合，搅拌，形成反光胶；

将反光胶涂覆在基底上形成反光胶层，加热，形成反光胶带；

将至少一层所述反光胶带粘贴于透明管的外壁，形成所述导光管，

其中所述反光材料为纳米钛白颗粒和玻璃微球的混合物，且所述混合物中纳米钛白颗粒和玻璃微球二者的混合质量比为1∶0.5～1∶6，所述纳米钛白颗粒的粒径为5nm-200nm，所述玻璃微球的粒径为50-800nm。

9.如权利要求8所述的导光管制造方法，其特征在于，所述粘胶为包含A组分和B组分的双组分胶水，所述A组分的成分及其质量百分比含量为：丙酮35-55％、六亚甲基二异氰酸酯5-20％、聚酯多元醇35-55％、乙烯基三乙氧基硅烷0.01-0.08％和二月硅酸二丁基锡0.05-0.08％；所述B组分的成分及其质量百分比含量为：苯二亚甲基二异氰酸酯40-70％和丙酮30-60％，所述反光胶层的形成过程如下：将A、B组分按照质量比例为3∶1～15∶1在40-70℃温度下充分混合，将反光材料混入双组分胶水中，并搅拌，涂覆在基底上，形成反光胶层。

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