DE102005009613A1 - Laserschutzmaterial und Laserschutzeinrichtung hergestellt unter Verwendung einer solchen Materialschicht - Google Patents

Abstract

Bei einem Laserschutzmaterial zur Verwendung in Laserschutzeinrichtungen, wie Laserschutz-Brillen, Laserschutz-Vorhängen, Laserschutz-Kabinenwnden und Laserschutz-Kabinenfenstern, ist zur Erhöhung der Standfestigkeit und der Schutzwirkung gegen Laserstrahlung vorgesehen, dass das Material oder der Materialverbund wenigstens eine Materialschicht umfasst, welche auf eintreffende Laserstrahlung mit einer mit Energieaufnahme verbundenen Strukturumwandlung reagiert.

Description

• Herkömmlicherweise bestehen Laserschutzeinrichtungen aus Materialien, welche gegenüber Laserstrahlung resistent sind, so dass sie bei einer direkten Bestrahlung für einen je nach Schutzanwendung definierten Zeitraum nicht derart beschädigt werden, dass die Schutzwirkung verloren geht. Das Material muss abhängig von der Strahlungsquelle, gegen die ein Schutz erlangt werden soll, eine gewisse Standzeit gegenüber direkter Laserbestrahlung aufweisen. Hierfür gibt es einschlägige Normen. Typische vorgeschriebene Laser-Standzeiten für persönliche Schutzausrüstung liegen bei 10 sec., für Laserabschirmungen je nach Einsatzgebiet bei bis zu 10.000 sec.
• Gemäß dem Stand der Technik werden Laserschutz-Vorrichtungen, die hohe Schutzstufen erreichen müssen, aus Metall oder aus Metall-Kunststoff-Verbunden hergestellt. Laserschutz-Vorhänge werden auch aus Metall-Textil-Verbunden angefertigt.
• Die Herstellung solcher Verbundwerkstoffe ist aufwändig, und beim Einsatz von Metall für den Augenschutz stellt sich zudem das Problem, dass der Tragekomfort wegen des Gewichts und der starren Form eingeschränkt ist.
• Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laserschutzmaterial bzw. eine Laserschutzvorrichtung zu schaffen, womit einerseits hohe Standzeiten erreicht werden und andererseits eine große Gestaltungsfreiheit und ein geringes Flächengewicht erzielbar sind.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Material oder der Materialverbund wenigstens eine Materialschicht umfasst, welche auf eintreffende Laserstrahlung mit einer mit Energieaufnahme verbundenen Strukturumwandlung reagiert.
• Eine solche Strukturumwandlung besteht vorzugsweise in einer Keramisierung und ist mit einer anschließenden Sublimation verbunden.
• Die erfindungsgemäß vorgesehene Materialschicht kann insbesondere ein siliziumbasierende Polymer umfassen, z.B. Polysiloxan, Polysilazan oder Silikon.
• Die in Betracht stehenden Werkstoffe werden durch Energiezufuhr aufgrund der Laserstrahlung keramisiert und/oder pyrolisiert, was zu einer mechanischen und thermischen Veränderung des Materials führt. Die Vorteile insbesondere siliziumbasierender Polymere als Material für den Laserschutz sind in drei Effekten begründet:
• – Die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist deutlich höher als die von kohlenstoffhaltigen Polymeren, wodurch die eingestrahlte Energie auf ein größeres Volumen verteilt wird, so dass eine langsame Erwärmung eintritt.
• – Durch die Keramisierung des Werkstoffes zu Si-C, Si-N oder Si-O-Verbindungen wird Energie durch den chemischen Prozess verbraucht, ohne dass die mechanische Stabilität des Materials geschwächt würde.
• – Das entstandene keramisierte oder pyrolisierte Material neigt bei starker Erwärmung unter normalem Luftdruck zur Sublimation und nicht zur Schmelze. Dieser Effekt hat zwei Vorteile, welche zu einer erhöhten Laser-Standzeit führen. Zum einen ist die Energie, welche für den Phasenübergang fest-gasförmig notwendig ist, deutlich größer als beim Phasenübergang fest-flüssig, wodurch wiederum mehr Laserenergie verbraucht wird. Zum anderen würde eine entstehende Schmelze noch im thermischen Kontakt mit dem umgebenden Material stehen und dieses erwärmen. Durch die Sublimation wird die Energie von der Oberfläche entfernt.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist bei einem Laserschutzvorhang umfassend eine Mehrzahl von sich überlappenden Lamellen zur flächigen Abschirmung eines Laserarbeitsplatzes folgendes vorgesehen:
• Die einzelnen Lamellen bestehen aus Vollsilikonmaterial und sind 300 mm breit. Über Pendelschalen zur mechanischen Fixierung können mehrere Lamellen zu einem beliebig breiten Vorhang montiert werden. Dabei überlappen die einzelnen Lamellen um jeweils 100 mm.
• Die Schutzwirkung der Silikonlamellen bei einer Dicke von 3 mm ist vergleichbar mit einem Laserschutzvorhang, der mehrschichtig aus mehreren Metallfolien und schwer entflammbaren Stoffgeweben aufgebaut ist.
• Bei der Prüfung nach EN 12258 für die Wellenlängen 1064 nm (Nd: YAG-Laserstrahlung) und 10600 nm (CO2-Laserstrahlung) werden die selben Schutzstufen erreicht.

Claims (6)

1. Laserschutzmaterial zur Verwendung in Laserschutzeinrichtungen, wie Laserschutz-Brillen, Laserschutz-Vorhängen, Laserschutz-Kabinenwänden und Laserschutz-Kabinenfenstern, dadurch gekennzeichnet, dass das Material oder der Materialverbund wenigstens eine Materialschicht umfasst, welche auf eintreffende Laserstrahlung mit einer mit Energieaufnahme verbundenen Strukturumwandlung reagiert.
2. Laserschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturumwandlung in einer Keramisierung besteht.
3. Laserschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturumwandlung mit einer Sublimation verbunden ist.
4. Laserschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht ein siliziumbasierendes Polymer umfasst.
5. Laserschutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das siliziumbasierende Polymer ein Polysiloxan, Polysilazan oder Silikon ist.
6. Laserschutzeinrichtung, wie Laserschutz-Brille, Laserschutz-Vorhang, oder dergleichen, umfassend eine Materialschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5.