CZ27218U1 - Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken. Dřevěné elementy mají zejména mechanickou nebo estetickou funkci, optická vlákna umožňují vedení světla materiálem bez nutnosti instalace přídavného osvětlení na povrchu materiálu.

Dosavadní stav techniky

Materiály na bázi dřeva se často využívají pro výrobu nábytku, stavebně-truhlářských výrobků, jako obalové materiály nebo konstrukční materiály ve stavebnictví. Množství jednotlivých typů materiálů na bázi dřeva se v současnosti se vzrůstajícím technickým a technologickým rozvojem zvyšuje. Jejich vlastnosti jsou často již v průběhu výroby optimalizovány pro předpokládaný účel použití.

V souvislosti s rozvojem jednotlivých typů materiálů jsou vedle základních mechanických a konstrukčních funkcí kladeny požadavky na plnění dalších funkcí, především pak dekorativních a účelových. Princip rozvodu světla optickými vlákny je uplatnitelný ve dřevě a ve všech materiálech na bázi dřeva. Konkrétně se jedná zejména o materiály z masivního dřeva, překližované materiály, aglomerované materiály, speciální stavební materiály, materiály pojené minerálními pojivý anebo sendvičové materiály na bázi dřeva.

V současné době není kompozit tvořený materiálem na bázi dřeva a optickými vlákny umožňujícími vedení světla skrz materiál používán ani patentován. Optická vlákna se využívají především pro datové sítě. Známé je i použití optických vláken jako tzv. svítidlo z optických vláken, kdy optická vlákna slouží jako samonosné prvky v prostoru bez vnějšího obalu, u nichž je na jednom konci nainstalován umělý zdroj světelného záření (žárovky, led dioda, laser). Takto osvětlená vlákna slouží jako estetická dekorace interiérů obytných budov a dopravních prostředků. V některých případech může být pro osvětlení hran aglomerovaných materiálů použita technologie osvětlení led diodami, založená na uměle buzeném svitu, které se aplikují na povrch materiálu. Avšak tato technologie se vyznačuje vyšší spotřebou elektrické energie a nekompaktním vložením osvětlovacích těles do materiálu, což je nežádoucí.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že se skládá z nosné matrice, která je tvořena především z dřevních elementů a obsahuje optická vlákna, přičemž nosná matrice případně obsahuje přísady, neboje opatřena povrchovou úpravou.

Kompozitní materiál podle technického řešení je charakterizován tím, že dřevní elementy jsou vytvořeny z masivního dřeva, které tvoří prkna, lišty, latě, lamely, a/nebo z dřevěné dýhy a/nebo dřevěných třísek a/nebo dřevěných vláken a/nebo ligno-celulózových vláken nebo sloučenin na bázi polymerů celulózy, hemicelulóz a sloučeniny ligninu zabezpečujících dřevnatění buněčných stěn, např. suroviny ze lnu, konopí atd.

Kompozitní materiál podle technického řešení je dále charakterizován tím, že optická vlákna jsou vytvořena ze skla nebo plastu, v nosné matrici jsou v různých směrech a jsou v ochranném obalu nebo surová, případně ve svazku.

Kompozitní materiál podle technického řešení je také charakterizován tím, že přísady jsou zejména na bázi lepící směsi, barviva, retardérů hoření a plastu.

Kompozitní materiál podle technického řešení je dál charakterizován tím, že optická vlákna jsou na rubové straně nosné matrice soustředěna alespoň do jednoho místa a na lícové straně nosné matrice ústí na více místech nebo vytvářejí určité schéma či obrazec.

-1 CZ 27218 U1

Kompozitní materiál podle technického řešení je též charakterizován tím, že povrchovou úpravu nosné matrice tvoří transparentní vrstva, barevné pigmenty, dýha, laminát, fólie nebo papír.

Kompozitní materiál podle technického řešení je též charakterizován tím, že povrchovou úpravu nosné matrice tvoří transparentní vrstva, barevné pigmenty, dýha, laminát, fólie nebo papír.

Kompozitní materiál podle technického řešení je charakterizován ještě tím, že nosná matrice je tvořena vrstvami.

Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken podle technického řešení je vyroben z nosné matrice, kterou mohou tvořit různé materiály na bázi dřeva a případně různých přísad. Do středové vrstvy nebo vrstev této matrice jsou zalisována optická vlákna. Optická vlákna mohou být zalisována nebo přilepena také do povrchových vrstev matrice. Optická vlákna se stávají součástí kompozitu již v průběhu procesu výroby - obvykle bývají zalisována při procesu lisování, případně optická vlákna jsou přidávána do materiálu na bázi dřeva, a stávají se jeho součástí dodatečně.

Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken podle technického řešení přináší výhodu zejména v efektivním rozvodu světelného záření skrz materiál. Díky možnosti rozvodu uměle vybuzeného paprsku z jednoho světelného zdroje (např. i ultrafialové světlo nebo laser. UV světlo je pro lidské oko neviditelné, ale takovýto kompozit může být použit například pro bezpečnostní systém) anebo pasivního světelného zdroje (slunečního záření) je možné dosáhnout nižší energetické náročnosti než v případě instalace dodatečného osvětlení.

Kromě materiálů na bázi dřeva existuje řada dalších materiálů, u kterých by bylo možné využít pro rozvod světla v rámci vnitřní struktury optického vlákna. Dřevo je však jediná obnovitelná surovina, široce využitelná při výrobě nábytku a ve stavebnictví, a energie spotřebovaná při výrobě kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken je násobně nižší než u ostatních materiálů, jako jsou např. plasty nebo slitiny kovů atd.

Hlavními přednostmi kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken podle technického řešení je jednak fakt, že rozvod světla (pomocí optických vláken nebo případně svazků optických vláken) je řešen v rámci vnitřní struktury materiálu a tudíž není třeba na povrch materiálu instalovat přídavné osvětlovací systémy. Je tak např. možné osvětlení několika různých stran materiálu pomocí jednoho světelného zdroje. Další výhoda materiálu spočívá ve faktu, že při řešení rozvodu světla uvnitř materiálu není osvětlený povrch narušován přídavným světelným systémem, plocha materiálu je hladká a toto řešení tedy lze využít i v takových případech, kdy by jinak instalace světelného systému na povrch materiálu byla překážkou pro správnou funkci nebo z hlediska bezpečnosti i hygieny.

Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken podle technického řešení je vyroben z nosné matrice, kterou tvoří materiály na bázi dřeva. V případě umístění vláken do materiálu z masivního dřeva je postup aplikace vláken takový, že se do podkladu masivního dřeva rovnoběžně s povrchem materiálu vyfrézuje drážka o průměru skelného vlákna, do které se pak aplikuje adhezivum. Do ní se vloží vlákno s obalem, nanese druhá vrstva lepidla a zakryje zrcadlově stejnou částí masivního dřeva s vyfrézovanou drážkou o průměru vlákna s obalem. V případě zalisování vlákna do aglomerováných materiálů, jejichž nosný podklad tvoří dřevotříska, dřevovláknitá deska či materiály na bázi minerálních pojiv je postup aplikace vláken takový, že se po nanesení první vrstvy tvořící aglomerát (jde o desintegrované dřevní třísky anebo vlákna smíšená obvykle se syntetickými lepidly, nebo minerálními pojivý cementem a sádrou) vloží optická vlákna rovnoběžně s povrchem materiálu a následně se nanese druhá vrstva. Takto připravený polotovar se následně lisuje na požadovanou tloušťku materiálu. Technologické parametry výroby aglomerovaného materiálu, tj. lisovací tlaky, teploty a časy jsou definovány dle již zavedených výrobních postupů jednotlivých typů materiálů. Vlákna je také možné zapracovat do materiálu dodatečně pomocí vyvrtaných otvorů. Vlákna jsou vkládána do matrice spolu s ochranným obalem nebo bez obalu. Vyrobený materiál se následně v podélném a příčném směru formátuje. K podélnému formátování dochází zpravidla v místech, kde nejsou aplikována vlákna uvnitř

-2CZ 27218 U1 materiálu. K příčnému formátování může docházet v jakémkoliv místě materiálu napříč optických vláken.

Při aplikaci kompozitního materiálu na bázi dřeva s optickým vláknem podle technického řešení, se pak musí dbát zřetel při mechanickém spojování a upevňování materiálu prostřednictvím vrutů, sponek a hřebíků, kdy nesmí dojít k mechanickému poškození vlisovaných optických vláken.

Navrhované řešení optických vláken aplikovaných do aglomerovaných materiálů je možné aplikovat u zásuvkového, ukládacího a odkládacího programu pro osvětlení ukládacích prostor uvnitř nábytku, kdy optickými vlákny je světelný paprsek veden skrz korpus (obvodový plášť) dovnitř do ukládacího prostoru a tím usnadní orientaci v prostoru. Světelný paprsek je pomocí optických vláken možné vést také skrz příčky nebo obvodové stěny dřevostaveb.

Dalším řešením je pak bezpečnostní zvýraznění horní hrany stupnice, kdy je optickými vlákny vedeno skrz stupnice světlo z podsvícení podstupnice.

Dále pak optická vlákna umožní osvětlit hrany křídel dveří, vrat, hran schodnic a jídelních stolů, kdy při aplikaci umělého světelného zdroje najeden konec vláken je možné paprsek rozvést prostřednictvím optických vláken skrz deskový materiál po celém obvodu hran daného výrobku. Díky tomu bude zamezeno střetu a kolizi v neosvětlených prostorách. Různou barevnost světel je možné využít ke značení.

Dalším řešením je využití optických vláken aplikovaných do materiálů na bázi dřeva pro zabezpečovací systémy umožňující skryté vedení datového přenosu nebo např. systémů využívajících UV záření.

Všechna uváděná použití kompozitních materiálů a optických vláken najdou široké a praktické uplatnění v každodenním životě obyvatel a povedou ke zvýšení komfortu, standardu a bezpečnosti běžného života.

Dále pak např. možná decentní indikace zapomenutého rozsvíceného světla ve spíži skrz dveře atd. Na rozdíl od prosklených dveří mohou být použita optická vlákna o malém průměru (např. do 1 mm). Vlákna mohou být uspořádána do libovolného obrazce a při zhasnutém světle za dveřmi jsou téměř nerozeznatelná od struktury dveří. Při rozsvíceném světle bude vytvořený obrazec zářit.

Použití kompozitního materiálu podle technického řešení je velmi variabilní, neboť může být částečně nebo po celé ploše (plochách) obklopen jiným materiálem, průběh optických vláken může být rovnoběžný s hlavní plochou materiálu nebo je průběh optických vláken kolmý (případně pod jiným úhlem než 0° nebo 90°) na hlavní plochu materiálu, případně optická vlákna nejsou rovnoběžná s plochami materiálu. Dále optická vlákna mohou být na rubové straně materiálu soustředěna do jednoho místa (míst) a na lícové straně materiálu ústí na více místech nebo vytváří určité schéma či obrazec, dále optická vlákna rozvádí světlo z jednoho místa (míst) na jedné ploše (plochách) materiálu na více různých ploch materiálu, případně i na hrany a rohy materiálu. Dřevní elementy kompozitního materiálu podle technického řešení byly použity i ve směsi s jinými materiály (např. směs dřevo-plast tzv. WPC, nebo směs dřevěných třísek s přísadou minerálních vláken či směs dřevěných třísek a cementu, přičemž díly z WPC se povrchově neupravují) a povrch tohoto materiálu byl neupravený (surový) nebo byl částečně nebo celkově upravený transparentní povrchovou úpravou nebo povrchovou úpravou obsahující barevné pigmenty, případně byl povrch materiálu částečně nebo celkově dýhovaný, popřípadě laminovaný. Rovněž byl povrch materiálu částečně nebo celkově upraven fólií nebo papírem a dále se jednalo i o kombinaci jednotlivých typů povrchových úprav, např. dvě protilehlé plochy laminované a boční plochy opatřené transparentní povrchovou úpravou. Použití kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken pro výrobu ozdobného a/nebo bezpečnostního a/nebo konstrukčního a/nebo energeticky úsporného prvku je velmi variabilní.

-3CZ 27218 U1

Kompozitní materiál podle technického řešení byl s úspěchem původci vyzkoušen v dílnách přihlašovatele, kterým je Česká zemědělská univerzita v Praze, CZ.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených výkresech je v axonometrickém pohledu na Obr. 1 schematicky znázorněn průřez deskovým kompozitním materiálem podle technického řešení v provedení, kdy průběh optických vláken zalisovaných ve středové vrstvě je rovnoběžný s povrchem materiálu (je rovnoběžný s hlavní plochou desky, na bočních plochách desky jsou patrné průřezy procházejících optických vláken). Na obr. 2 je kompozitní materiál podle technického řešení v provedení, kdy je směr průběhu optických vláken kolmý na povrch materiálu. Další obrázky znázorňují různé příklady provedení kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken. Na obr. 3 je znázorněn různý průběh optických vláken v tomto materiálu. Na obr. 4, 5 a 6 jsou schematicky zobrazeny výrobky, ve kterých je použit kompozitní materiál podle technického řešení, jako jsou dvě různá provedení schodů a dveře. Obr. 7 zobrazuje kuchyňskou linku se zásuvkami. Na obr. 7a je naznačen průběh optických vláken pracovní deskou a předními čely zásuvek, obr. 7b naznačuje osvětlení vnitřního prostoru zásuvky optickými vlákny při jejím otevření.

Následující příklady provedení kompozitní materiál podle technického řešení pouze dokládají, aniž by ho nějak omezovaly. Použití kompozitního materiálu na bázi dřeva a optických vláken je možné u mnoha různých typů výrobků a uvedené příklady znázorňují pouze některé z možností použití.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken podle technického řešení se skládá z nosné matrice 1, která je tvořena především z dřevních elementů 2 a pojivá 4 (lepící směs a chemické přísady), obsahuje optická vlákna 3, a je opatřen povrchovou úpravou 5.

Do drobných dřevěných elementů 2 ve formě třísek, pro výrobu desky o velikosti 300 mm x 400 mm a tloušťky 18 mm, byla uložena optická vlákna 3 v ochranném obalu tak, že průběh vláken je rovnoběžný s hlavní plochou desky.

Po zalisování optických vláken 3 do dřevěných elementů 2 byla deska opatřena povrchovou úpravou 5 ve formě laku.

Vzniklý kompozitní materiál byl použit pro hodnocení vedení světla optickými vlákny po aplikaci povrchové úpravy.

Příklad 2

Do desky vyrobené bočním slepením dřevěných elementů 2 ve formě latí a prken pomocí pojivá 4, o celkové velikosti 1400 mm x 320 mm a tloušťky 28 mm byla uložena optická vlákna 3 v ochranném obalu tak, že průběh vláken je kolmý k hlavní ploše desky.

Po zalepení optických vláken 3 do dřevěného elementu 2 byla deska opatřena povrchovou úpravou 5 ve formě transparentního laku.

Vzniklý kompozitní materiál byl použit pro výrobu stupnice dřevěných schodů.

Příklad 3

Do nosné matrice 1, která byla tvořena především dřevěnými elementy 2 ve formě vláken a pojivá 4 (lepící směs a chemické přísady) o velikosti 400 mm x 400 mm a tloušťky 18 mm byla uložena optická vlákna 3 v ochranném obalu tak, že jeden konec všech optických vláken ústil

-4CZ 27218 U1 v jednom místě (u místa předpokládaného světelného zdroje) a druhé konce optických vláken ústí na různých plochách materiálu.

Po zalisování optických vláken 3 do dřevěných elementů 2 byla vzniklá deska opatřena povrchovou úpravou 5 ve formě laku.

Vzniklý kompozitní materiál byl použit jako dílec police zavěšené na stěnu.

Příklad 4

Materiál s přidanými optickými vlákny 3 byl použit pro výrobu dřevěných schodů. Optická vlákna 3 byla vložena do stupnice 9 kolmo na hlavní plochu s minimálním odstupem od přední hrany stupnice. Stupnice 9 byla poté spojena pomocí pojivá 4 s podstupnicí 10, na které byl nalepen pásek s LED diodami 11. Schody byly opatřeny povrchovou úpravou 5 ve formě laku.

Optická vlákna 3 zvýrazňují hranu schodu tím, že vedou světlo z podsvícení podstupnice 10 LED páskami 11 na hranu stupnice 9. Zvýraznění hrany schodu slouží ke zvýšení bezpečnosti chůze po schodech. Využití optických vláken 3 se předpokládá především u prvního a posledního schodu.

Příklad 5

Materiál s přidanými optickými vlákny 3 byl použit pro výrobu dřevěných schodů. Optická vlákna 3 byla vějířovitě vložena do stupnice 9 s minimálním odstupem od přední hrany stupnice. Stupnice 9 byla poté spojena pomocí pojivá 4 s podstupnicí 10, na které bylo nainstalováno LED světlo 12. Schody byly opatřeny povrchovou úpravou 5 ve formě laku.

Optická vlákna 3 zvýrazňují hranu schodu tím, že vedou světlo z podsvícení podstupnice 10 LED světlem 12 na hranu stupnice 9. Zvyšující se odklon optických vláken 3 způsobuje snižování intenzity osvětlení na hraně stupnice 9 od středu LED světla 12 směrem k okrajům. Zvýraznění hrany schodu slouží ke zvýšení bezpečnosti chůze po schodech.

Příklad 6

Optická vlákna 3 se směrem kolmým na hlavní plochu dřevěných dveří 13 byla použita pro vytvoření kruhového obrazce. Dřevěné dveře 13 pak byly opatřeny povrchovou úpravou 5.

Vytvořený obrazec z optických vláken 3 při rozsvíceném světle za dveřmi září a může sloužit např. k bezpečnostnímu značení nebo pro indikaci rozsvíceného světla. Intenzita záření je ovlivněna nejen světelným zdrojem, ale i množstvím použitých optických vláken 3 a jejich průměrem. Z optických vláken může být vytvořen libovolný obrazec.

Příklad 7

Optická vlákna 3 byla zalisována do dřevěné pracovní desky 8 kuchyňské linky takovým směrem, aby navazovala na optická vlákna 3 zalisovaná do čelních ploch zásuvek 6. Zásuvky 6 byly opatřeny úchytkami 7 pro snadnější vysunutí, všechny dílce byly opatřeny povrchovou úpravou

5. Optická vlákna 3 vedou světlo ze zdroje osvětlení skrz pracovní desku 8 a skrz čelní plochu zásuvek 6. V místě přerušení optických vláken 3 u bočních ploch čela zásuvek 6 dochází ke snižování intenzity světla přenášeného optickým vláknem 3. Při vysunutí zásuvky 6 je její vnitřní prostor osvětlen optickými vlákny ústícími na spodní ploše vrchního dílce.

Průmyslová využitelnost

Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken se skládá z nosné matrice, která je tvořena především z dřevních elementů a obsahuje optická vlákna, přičemž nosná matrice případně obsahuje přísady a je/není opatřena povrchovou úpravou. Tento kompozitní materiál nalezne uplatnění především v konstrukčním řešení nábytku a u stavebně truhlářských výrobků, jak v interiéru, tak i v exteriéru. Cílem vyvíjeného materiálu je splnění požadavků na jeho design, funkčnost

-5CZ 27218 U1 a bezpečnost i hygienu, neboť je snadno omyvatelný. Současně pak díky přenosu a rozvodu světelného paprsku z jednoho umělého zdroje anebo slunečního záření dál dojde k úspoře elektrické energie, neboť optická vlákna umožňují přenos světla materiálem.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Kompozitní materiál na bázi dřeva a optických vláken, vyznačující se tím, že se skládá z nosné matrice (1), která je tvořena především z dřevních elementů (2), a obsahuje optická vlákna (3), přičemž nosná matrice (1) případně obsahuje pojivo (4) a další přísady, nebo je opatřena povrchovou úpravou (5).

2. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že dřevní elementy (2) jsou vytvořeny z masívního dřeva, které tvoří prkna, lišty, latě, lamely, a/nebo z dřevěné dýhy a/nebo dřevěných třísek a/nebo dřevěných vláken a/nebo ligno-celulózových vláken nebo sloučenin na bázi polymerů celulózy, hemicelulóz a sloučeniny ligninu zabezpečující dřevnatění buněčných stěn.

3. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že optická vlákna (3) jsou vytvořena ze skla nebo plastu, v nosné matrici (1) jsou v různých směrech a jsou v ochranném obalu nebo surová, případně ve svazku.

4. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že pojivo (4) a přísady jsou zejména na bázi lepící směsi, barviva, retardérů hoření a plastu.

5. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že optická vlákna jsou na rubové straně nosné matrice (1) soustředěna alespoň do jednoho místa a na lícové straně nosné matrice (1) ústí na více místech nebo vytvářejí určité schéma či obrazec.

6. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že povrchovou úpravu (5) nosné matrice (1) tvoří transparentní vrstva, barevné pigmenty, dýha, laminát, fólie nebo papír.

7. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosná matrice (1) je tvořena vrstvami.