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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Lichtleitung und einer Lichtleitung mit der Fähigkeit, Licht in Umfangsrichtung
auszusenden.
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Diese
Erfindung betrifft eine verbesserte Zusammensetzung zum Ummanteln
und Umhüllen
eines flexiblen, lichtleitenden Kerns zur Bildung einer flexiblen
Lichtleitung („FLP") mit verbesserter
seitlicher Lichtauskopplungsleistung und die sich daraus ergebende
FLP-Zusammensetzung mit verbesserter seitlicher Lichtauskopplung.
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US-A 5 406 641 und
5 485 541 lehren ein Verfahren
zur Herstellung einer flexiblen Lichtleitung, bevorzugt aus einem
vernetzten Poly(alkylacrylat)kern, welcher Kern in einem Polymermantel
eingeschlossen und weiter durch eine Polymerarmierung geschützt ist.
Diese Anwendungen lehren eine Vielfalt von Ummantelungsmaterialien
mit Brechungsindizes, die niedriger als die des Polyacrylatkerns
sind, unter Bevorzugung fluorierter Polymere, und wobei sie Terpolymere
von Perfluoralkylvinylether-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (FEP)
und von Vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (THV)
lehren oder beispielhaft nennen. THV hat Vorteile in hochflexiblen
Anwendungen, ist jedoch etwas schwieriger als FEP zu verarbeiten,
wenn ein Aushärten
gewünscht
ist. Diese angeführten
Anwendungen lehren weiter eine Anzahl von Polymeren, die als Armierung
gebrauchsgeeignet sind, wie etwa Polyethylen, lineares Polyethylen
niedriger Dichte, Polypropylen und Polystyrol.
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Die
hauptsächliche
Verwendung für
solche Beleuchtung war in Anwendungen mit Lichtauskopplung am Ende,
wo es erwünscht
ist, das Licht effektiv und mit geringen Verlusten von der Quelle
zu dem gewünschten
Beleuchtungsgebiet zu leiten. Es besteht jedoch ein zweiter Anwendungsbereich,
wo es dem Licht gestattet wird, so gleichförmig wie möglich von den Seiten oder Wänden der
Lichtleitung auszugehen. Die Seitenlicht aussendende Lichtleitung
hat viele potentielle Anwendungen, wie etwa Reklameschilder, Ausgangswegbeleuchtungen,
Schwimmbad-umgebungen, Unterhaltungs- und Vergnügungsanwendungen, architektonische Anwendungen
und dergleichen, wo die Kombination von Flexibilität, Abkopplung
von der Lichtquelle aus Sicherheitsgründen, Fähigkeit zur Verwendung verschiedener
Farben, Fähigkeit
zur Produktion einer gleichmäßigen Beleuchtung
und dergleichen Vorteile gegenüber
Neonröhren
oder gegenüber
starren Kunststoffleitungen oder -fasern ergibt.
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Robbins
et al.,
US-A 5 067 831 ,
beschreiben das allgemeine Konzept eines Kern-/Fluorpolymerummantelten/durchsichtigen
oder durchscheinenden Armierungskomposits zur Verwendung in Seitenbeleuchtungsanwendungen.
Robbins stützt
sich jedoch auf das Auslecken von Licht aus dem Mantel, kombiniert
mit dem Passieren und Austreten von Licht durch die durchsichtige
oder durchscheinende Armierung, um seine Seitenbeleuchtungseffekte
zu produzieren. Er lehrt nicht oder schlägt nicht vor, die Natur des
ummantelten Mantelmaterials zu ändern,
um die von dem Komposit ausgestrahlte Lichtmenge zu erhöhen.
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Das
japanische Kokai
JP
08-094862-A lehrt eine Lichtwellenleiterröhre mit
guter optischer Übertragung,
welche einen durchsichtigen Kern und eine Fluorkautschukarmierung
umfasst, die ein Bindemittel für eine
Halogenverbindung umfasst, das in dem Mantel verbleibt, wie etwa
Aktivkohle, Silika, Silikagel, Aluminiumoxid, oder Molekularsiebe,
ein Adsorbens auf Zeolithbasis, ein Ionenaustauscherharz, Magnesiumoxid
(das eine hohe Reaktivität
gegenüber
Halogen hat), Kalziumkarbonat oder Silbersulfat. Der durchsichtige
Kern ist jedoch eine Silikonflüssigkeit,
was in Begriffen der Knickvermeidung und in Handhabung und Installation
für eine
flexible Lichtleitung weit weniger gebrauchsgeeignet ist als ein
festes flexibles Polymer. Weiter sind die Partikel in dem Mantel
nur dafür
vorhanden, um den Mantel gegen Verringerungen in der Übertragung
aufgrund der Halogenverbindungen zu stabilisieren, und in Mengen,
die erheblich höher
sind als das optimale Niveau für
effektive Lichtverbesserung, sodass sie Opazität beitragen würden.
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Kokai
JP 08-094862 lehrt nicht
die Verwendung ausgewählten
partikelförmigen
Zuschlags zu dem Mantel bzw. deutet dies auch nicht an, um die seitlichen
Lichtauskopplungsfähigkeiten
des Komposits zu verbessern.
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Orcutt,
US-A 4 422 719 lehrt
einen durchsichtigen halbfesten Kern mit einem Mantel oder einer
Hülle, der
bzw. die zum Übertragen
von Licht aus dem Kern, während
es sich durch die Leitung bewegt, gestaltet ist. Orcutt lehrt die
Verwendung von Titandioxid (TiO
2), jedoch
mit hohen Gehalten von 2 bis 10%, die eine Lichtleitung produzieren
werden, die, obwohl sie nicht völlig
opak ist, nicht genug von dem Licht, das von dem Beleuchter eingebracht
wurde, weiterleiten, um die gewünschte
brilliante Beleuchtung zu ergeben.
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Somit
besteht noch stets der Bedarf an einer verbesserten flexiblen Lichtleitung,
die Licht von der Seite auf gleichförmige Weise über die
Länge der
Leitung abgibt und welche das abgegebene Licht effektiv nutzt, um
für die
an einem oder beiden Enden der flexiblen Lichtleitung zugeführte spezifische
Lichtintensität
optimale Beleuchtungseffekte zu ergeben.
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Das
Verfahren zur Herstellung der Lichtleitung der vorliegenden Erfindung
ist in Anspruch 1 beschrieben. Die Lichtleitung der vorliegenden
Erfindung mit der Fähigkeit,
Licht in Umfangsrichtung auszustrahlen, ist in Anspruch 8 beschrieben.
Spezifischer haben wir ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von für
seitliche Lichtauskoppelung geeigneter Lichtleitung entdeckt, welches
die Schritte umfasst des:
- a) gleichzeitigen
und koaxialen Extrudierens:
i.) eines geschmolzenen Fluorpolymers
durch einen ringförmigen
Kanal eines Koextrusionswerkzeugs zur Bildung eines extrudierten
röhrenförmigen Fluorpolymermantels,
und
ii.) eines vernetzbaren Kerngemischs durch ein Kerngemisch-Abgaberohr
des Koextrusionswerkzeugs zur Bildung eines extrudierten vernetzbaren
Kerngemischs innerhalb des Umfangs des extrudierten röhrenförmigen Fluorpolymermantels;
- b) Füllens
des extrudierten röhrenförmigen Fluorpolymermantels
mit dem extrudierten vernetzbaren Kerngemisch; und
- c) Aushärtens
des extrudierten vernetzbaren Kerngemischs in dem extrudierten röhrenförmigen Fluorpolymermantel,
wobei das ausgehärtete
extrudierte vernetzbare Kerngemisch und der extrudierte röhrenförmige Fluorpolymermantel
in im Wesentlichen vollständigem
Kontakt sind, wobei die Verbesserung umfasst:
- d) zu dem geschmolzenen Fluorpolymer Zusetzen, vor dem Zuführen zu
dem ringförmigen
Kanal, 50 bis 4000 Teile pro Million, bevorzugt 200 bis 2000 Teile
pro Million, mindestens eines lichtstreuenden Zusatzstoffs. Hier
kann der Zusatzstoff feinverteilt sein, wobei feinverteilt als bevorzugt
von 0,1 bis 10 μm
(Mikron) definiert ist, kann jedoch auch eine größere Partikelgröße aufweisen,
wie etwa eine Länge
von mehreren Millimetern.
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Bevorzugt
sind die Schritte a), b) und c) kontinuierlich.
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Bevorzugt
ist der lichtstreuende Zusatzstoff, wenn er feinverteilt ist, Titandioxid,
das, etwa mit einem Stearatsalz, behandelt sein kann, um die Dispersion
zu verbessern, und bevorzugt hat das Titandioxid eine Partikelgröße von 0,2
bis 0,5 μm
(Mikron). Kalziumkarbonat von gleichartiger Partikelgröße, jedoch
einschließlich
bevorzugter Größen von
8–10 μm (Mikron)
ist ebenfalls effektiv.
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Das
Kernpolymer kann aus gleich welchem der in der Technik, wie etwa
in
US-A 5 485 541 ,
für Lichtleitungs- oder Lichtwellenleiteranwendungen
gelehrten sein, wie etwa Poly(alkylacrylat), Poly(methylmethacrylat),
ein Polyglutarimid, ein Silikonpolymer und dergleichen. Es ist durchsichtig,
bevorzugt flexibel, und bevorzugt in Schmelzform verarbeitbar, und
wird dann später
ausgehärtet
oder vernetzt, um den letztendlichen Kern zu bilden. Jedoch kann
durch Verwendung anderer Fertigungstechniken, wie etwa Füllen von
Ummantelung mit Monomer und Polymerisieren durch ein Chargenverfahren,
die Notwendigkeit einer verzögerten
Aushärtbarkeit
beseitigt werden, obwohl es viel schwieriger ist, solche Verfahren
im Dauerbetrieb durchzuführen.
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US-A-5,485,541 lehrt
auch viele andere Polymere außer
Fluorpolymeren, die zur Ummantelung flexibler Lichtleitungen oder
-fasern geeignet sind; für
die vorliegende Erfindung wird bevorzugt, dass der Mantel einen
niedrigeren Brechungsindex hat als der Kern, dass der Mantel und
der Kern an der Oberfläche
auf gleichförmige
Weise eine Bindung miteinander eingehen, und dass der Mantel ohne
Zusatzstoffe durchsichtig ist. Weiter wird bevorzugt, dass der Mantel
gut coextrudierbar mit einem coextrudierten vernetzbaren Kern ist.
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Bevorzugt
getrennt umfasst die vernetzbare Kernmischung:
- a)
etwa 90 bis etwa 99,9 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des vernetzbaren
Kerngemischs, eines unvernetzten Copolymers mit einer gewichtsmittleren
Molmasse von etwa 10.000 bis etwa 150.000 Daltons, wobei das unvernetzte
Copolymer umfasst:
i) etwa 80 bis etwa 99,9 Gew.-%, auf Basis
des Gewichts des unvernetzten Copolymers, polymerisierter Einheiten
eines Alkylacrylats, eines C1-C18-Alkylmethacrylats
oder Mischungen davon,
ii) etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%, bevorzugt
etwa 0,5 bis etwa 12 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des unvernetzten
Copolymers, polymerisierter Einheiten eines funktionell reaktiven
Monomers, bevorzugt ausgewählt
aus 2-Methacryloxyethyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
3-Acryloxypropyltrimethoxysilan,
Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan oder Mischungen von diesen,
und
iii) 0 bis etwa 10 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des unvernetzten
Copolymers, polymerisierter Einheiten eines brechungsindexerhöhenden Monomers,
ausgewählt
aus Styrol, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylethylacrylat
oder Phenylethyl-methacrylat; und
- b) etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des vernetzbaren
Kerngemischs, eines reaktiven Zusatzstoffs, bevorzugt Wasser und
eines Silan-Kondensationsreaktionskatalysators,
welcher Katalysator bevorzugt ein Dialkylzinndicarboxylat, wie etwa
Dibutylzinndiacetat und dergleichen ist. Diese reaktive Zusatzstoffkombination
kann während
der Polymerisation anwesend sein, zum Teil oder vollständig vor
der Extrusion zugesetzt, oder, im Fall von Wasser, zugesetzt, nachdem
die Extrusion ausgeführt
ist, wie etwa durch Diffusion durch die Ummantelung und die Umhüllung während des
Aushärtevorgangs.
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Das
Verfahren unserer Erfindung kann weiter den Schritt des Armierens
der extrudierten röhrenförmigen Ummantelung
mit einem durchsichtigen Armierungspolymer gleichzeitig mit, oder
anschließend
an, das Füllen
der extrudierten röhrenförmigen Ummantelung
mit dem extrudierten vernetzbaren Kerngemisch umfassen. Unsere Erfindung
erstreckt sich auf ein Produkt mit der Fähigkeit, Licht in Umfangsrichtung
auszustrahlen, das durch das Verfahren, wie vorangehend definiert,
hergestellt ist.
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Unsere
Entdeckung erstreckt sich weiter auf eine Lichtleitung mit der Fähigkeit,
Licht in Umfangsrichtung auszusenden, umfassend:
- (a)
einen extrudierten röhrenförmigen Fluorpolymermantel,
der 50 bis 4000 Teile pro Million mindestens eines lichtstreuenden
Zusatzstoffs enthält;
- (b) ein vernetztes Kern-Copolymer innerhalb des Umfangs des
extrudierten röhrenförmigen Fluorpolymer-mantels,
wobei das vernetzte Kernpolymer umfasst:
i) etwa 80 bis etwa
99,9 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des unvernetzten Copolymers,
polymerisierter Einheiten eines Monomers, ausgewählt aus einem C1-C18-Alkylacrylat, einem C1-C18-Alkylmethacrylat
oder Mischungen davon,
ii) etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%, auf
Basis des Gewichts des unvernetzten Copolymers, polymerisierter
Einheiten eines funktionell reaktiven Monomers,
iii) 0 bis
etwa 10 Gew.-%, auf Basis des Gewichts des unvernetzten Copolymers,
polymerisierter Einheiten eines brechungsindexerhöhenden Monomers,
ausgewählt
aus Styrol, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylethylacrylat
oder Phenylethylmethacrylat; und
iv) etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-%,
auf Basis des Gewichts des vernetzbaren Kerngemischs, der Reaktionsprodukte
eines reaktiven Zusatzstoffs.
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Getrennte
Präferenzen
in dieser Entdeckung umfassen, wobei
- a) das
funktionell reaktive Monomer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa
12 Gew.-% verwendet wird und aus 2-Methacryloxyethyltrimethoxysilan,
3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
3-Acryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan
oder Mischungen von diesen ausgewählt ist;
- b) der reaktive Zusatzstoff Wasser und ein Silankondensationsreaktionskatalysator,
bevorzugt ein Dialkylzinndicarboxylat, ist; und c) die polymerisierten
Einheiten einer aus einem C1-C18-Alkylacrylat,
einem C1-C18-Alkylmethacrylat
oder Mischungen davon ausgewählten
Monomereinheit mindestens 80 Gew.-% Ethylacrylat oder Butylacrylat
sind.
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Um
die optischen Eigenschaften für
eine gebrauchsgeeignete Lichtleitung zu erhalten, wird ein Mantel mit
einem niedrigeren Brechungsindex als der des Kerns benötigt. Weiter
muss der Mantel fähig
sein, das Kernpolymer effektiv zu enthalten. Abhängig vom Fertigungsverfahren
kann der Mantel die Monomere, die polymerisiert werden, um den Kern
zu bilden, das Kernpolymer nur teilweise polymerisiert, das Kernpolymer
polymerisiert, jedoch nicht vernetzt, und/oder das vollständig vernetzte
Kernpolymer enthalten. Zu diesem Zweck sind viele Ummantelungswerkstoffe
bekannt, insbesondere Fluorpolymere, die einen niedrigeren Brechungsindex
haben als die meisten in der Technik bekannten Kernpolymere. Bevorzugte
Zusammensetzungen sind solche, worin der Fluorpolymermantel ein
Terpolymer von Perfluoralkylvinylether-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen
oder ein Terpolymer von Vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen
ist, wobei eine besonders bevorzugte Ausführungsform diejenige ist, worin
der Terpolymermantel 50–55
Gew.-% Vinylidenfluorid, 28–32
Gew.-% Tetrafluorethylen und 16–20
Gew.-% Hexafluorpropylen ist, bekannt als THV, und getrennt, worin
das durchsichtige Armierungspolymer Poly(vinylchlorid) oder ein
durchsichtiges, nichtkristallines Polyolefin ist.
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Kleine
Mengen Polytetrafluorethylen können
FEP oder THV zugesetzt werden, um den Kristallgehalt zu erhöhen, welche
Kristallite die Lichtstreuung erhöhen können, ohne die Intensität zu verringern.
Auch kann sorgfältige
Steuerung der Extrusion/des Verfahrens eine höhere Kristallinität und gesteuerte
Streuung ergeben.
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Wie
angemerkt, ruft der mindestens eine lichtstreuende Zusatzstoff die
Verbesserung des durch den Mantel diffundierenden Lichts hervor.
Die Partikelgröße des Zusatzstoffs,
wenn er feinverteilt ist, ist als von 0,1 bis 10 μm (Mikron)
definiert, wenn Glasfasern verwendet werden, beträgt sie unter
5 mm Länge,
und wenn hohle Glaskügelchen
verwendet werden, beträgt
sie unter 200 μm
(Mikron). Die Partikel sollten ohne übermäßige Zusammenballung in dem
Ummantelungspolymer dispergierbar sein, und die Partikel sollten
die physikalischen Eigenschaften des Mantels nicht nachteilig beeinflussen
(wie etwa die Bindung des Mantels an den Kern oder Zähigkeit
oder Zugfestigkeit oder Flexibilität der Kern-Mantel-Kombination).
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Außer Titandioxid,
das bevorzugt wird, können
andere partikelförmige
organische Materialien verwendet werden, wie etwa Kalziumkarbonat,
Silika, Talk, Wollastonit und dergleichen. Organische Polymerpartikel, insbesondere
diejenigen, die durch Vernetzung daran gehindert werden, sich in
dem Mantelpolymer zu lösen, können ebenfalls
verwendet werden, wie etwa die in
US-A 5 237 004 gelehrten mit einer Partikelgröße von 2 bis
8 μm (Mikron).
Andere organische Polymere, die verwendet werden können, wenn
sie den vorangehend beschriebenen Kriterien entsprechen, umfassen
Kern-Hülle-Aufschlagmodifikatoren,
wie etwa Poly(butylacrylat)-Poly(methylacrylat),
ABS- oder MBS-Polymere, als opak machende Mittel in Beschichtungsrezepturen verwendete
organische Hohlkernpolymere; und Suspensionspolymerperlen. Der Gehalt
an Partikeln, organischen oder anorganischen, beträgt bevorzugt
50 bis 4000 Teile pro Million von Ummantelungspolymer.
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Ein
bevorzugtes Gemisch lichtstreuender Zusatzstoffe ist ein Gemisch
von (a) 500 bis 3900 Teilen pro Million Titandioxid und/oder Kalziumkarbonat
mit einer Partikelgröße von 0,1
bis 10 μm
(Mikron) und (b) 100 bis 3500 Teilen pro Million Glasfasern mit
einer Länge
von 5 mm oder weniger, und/oder hohlen Glaskügelchen mit einer durchschnittlichen
Partikelgröße unter
200 μm (Mikron),
wobei die Glasfasern oder -kügelchen
dem geschmolzenen Fluorpolymer vor dem Zuführen in den ringförmigen Kanal
zugesetzt werden. Dieses Gemisch ergibt eine gutaussehende Oberfläche und
Gleichförmigkeit
der Lichtdispersion.
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In
der verbesserten Lichtleitung der vorliegenden Erfindung kann die
aus den Mantel- und Kernpolymeren bestehende Lichtleitung mit einem
durchsichtigen Armierungspolymer armiert werden. Das Armierungspolymer
ist durchsichtig, sodass das von dem modifizierten Mantel dispergierte
Licht zur Außenseite
der Komposit-Lichtleitung
befördert
werden kann. Es kann eingefärbt
oder plastiziert sein. Für
Außengebrauch kann
es einen Ultraviolettstabilisator enthalten. Es kann ein flammhemmendes
und/oder ein pilzresistentes Mittel, wie etwa Kathon®-Biozid,
enthalten. Plastiziertes PVC (Poly(vinylchlorid)) ist recht gebrauchsgeeignet für diesen
Zweck, da es UV-Stabilisatoren annimmt, und kann mit einem Organophosphat
als einem Mittel zur Erhöhung
seiner inhärenten
flammhemmenden Eigenschaft plastiziert werden. Durchsichtige Polyolefinpolymere,
die genug Comonomere enthalten, um die Kristallinität zu durchbrechen,
sind zu diesem Zweck ebenfalls gebrauchsgeeignet, sogar ohne Weichmacher;
zur Verwendung in gewissen Umweltbeschränkungen können sie Ultraviolettstabilisatoren
und flammhemmende Mittel erfordern.
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Das
Kern-Mantel-Material, insbesondere, wenn das Ummantelungspolymer
THV ist, kann gerade nach oder gleichzeitig mit der Kern-Mantel-Coextrusion
mit dem durchsichtigen Material armiert werden, oder es kann nach
der Aushärtung
armiert werden. Da das THV eine weiche Ummantelung ist, wird generell
bevorzugt, prompt zu armieren, um das THV zu schützen und die Kern-Mantel- Kombination zu stützen. Wenn
jedoch eine Aushärtung
die Diffusion von Wasser durch den Mantel einbezieht, kann das Vorhandensein
einer Armierung die Aushärtung
verlangsamen.
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In
der in
US-A 5 485 541 beschriebenen
anfänglichen
Arbeit wird das Aushärten
für die
funktionell reaktiven Alkoxysilan-Monomere durchgeführt durch
Einspritzen von Wasser, eines Organozinnkatalysators und eines Lösungsmittels
für den
Katalysator, nachdem die Polymerisation vollendet ist, jedoch vor
der Coextrusion mit der Ummantelung. Man hat festgestellt, dass
ein aushärtbarer
Kern hergestellt werden kann, wenn der Organozinnkatalysator und
das Lösungsmittel
für den
Katalysator (jedoch kein Wasser) während der Polymerisation anwesend
sind, und dann findet entweder ein Zusetzen von Wasser gerade vor
der Coextrusion statt oder wird die Aushärtereaktion in Gegenwart von
diffundiertem Umgebungswasser vollzogen. Der letztgenannte Vorgang
kann durch Verwendung eines befeuchteten Ofens oder durch Aushärten in
einer hochfeuchten kontrollierten Atmosphäre auf ein praktikables Niveau
beschleunigt werden. Der Vorteil gegenüber der Abscheidung von Wasser
von den anderen Komponenten, bis Polymerisation und Ummantelung
vollendet sind, ist, dass kein vorzeitiges Vernetzen mit anschließenden unerwünschten
Auswirkungen auf die Extrusion und auf die Oberflächen-Grenzfläche zwischen
Kern und Mantel auftritt. Mit THV ummantelte Proben können äußerlich
bei Temperaturen von 80°C
und 50% relativer Feuchtigkeit ausgehärtet werden, während mit
FEP ummantelte Proben bei 85°C
und 85% relativer Feuchtigkeit ausgehärtet werden können.
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Wie
vorangehend angemerkt, haben wir weiterhin festgestellt, dass zusätzlich zu,
oder getrennt von, dem mindestens einen feinverteilten lichtstreuenden
Zusatzstoff gewisse Formen von Glas effektiv verwendet werden können, wenn
sie in dem Mantel dispergiert sind, um den Betrag verfügbarer seitlicher
Lichtauskopplung zu erhöhen.
Kleingeschnittenes Glas, wie etwa Owens Corning 492AA, erhältlich in
einer Größe von 3,45 mm
(0,125 Zoll), kann mit dem TiG-2 in der THV-Rezeptur dispergiert
werden, um dem Aussehen der seitlichen Lichtauskopplung eine höhere Brillanz
zu verleihen, obwohl die größeren Partikel
von Glas dem Mantel ein gewisses Aussehen innerlicher Unregelmäßigkeit
verleihen. Wenn nur Glasfaser vorhanden ist, außer dem kleineren partikelförmigen Material,
wird die Helligkeit erhöht,
jedoch ist das Aussehen der fertigen Lichtleitung aufgrund von Unregelmäßigkeiten
in dem beobachteten Lichtmuster weniger attraktiv. Für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen
jedoch, wo die Lichtleitung nicht direkt sichtbar ist, ist die Lichtleitung,
die nur die Glasfasern oder nur die Glas-Mikrokügelchen enthält, recht
effektiv bei der Verbesserung der Brillanz.
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Es
wird erwartet, dass kleinere Teilchen von Glasfasern, d. h. unter
5 mm Länge
oder Durchmesser, noch effektiver in der Erhöhung der Brillanz sind. Solche
können
pyrogenes Silika, Glaskügelchen,
Glas-Mikrokügelchen,
hohle Glaskügelchen,
wie etwa Scotchlite®TM hohle Glasfasern mit
einer Partikelgröße von ca. 50 μm (Mikron),
und dergleichen umfassen.
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Lichtleitungen
und FLPs sind oft mit Hoch-Lichtstrom-Beleuchtungsvorrichtungen gekoppelt,
wie etwa der GE Light EngineTM, zur Beförderung
von hellem Licht zu einem gewünschten
Anwendungspunkt (Anwendungen mit Endkopplung) oder Beleuchtung oder
Dekoration unter Verwendung der Länge der Lichtleitung (Anwendungen
mit seitlicher Lichtauskopplung, Seiten-Abstrahlungs- oder „Neo-Neon"-Anwendungen). Andere
gebrauchsgeeignete Quellen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf,
direktes Sonnenlicht, gebündeltes Sonnenlicht,
Leuchtstofflampen, Hoch-, Mittel- und Niederdruck-Natriumlampen, Quarz-Halogen-,
Wolfram-Halogen- und Glühlampen.
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Lampen
können
mit rotierenden Farbfiltern verwendet werden, um verschiedenfarbiges
Licht zu einem oder beiden Enden der Lichtleitung zu verteilen,
um einen Farbwechsel zu festen oder variablen Zeitintervallen hervorzurufen.
Falls gewünscht,
kann eine einzige Farbe zugeführt
werden. Zusammen mit dem Vorteil, dass solche Lichtleitungen mit
seitlicher Lichtauskopplung eine Beleuchtungshelligkeit insbesondere
für kurze
Stücke
(10 Meter oder weniger) Lichtleitung erbringen, ist es die Gleichmäßigkeit
ihrer Beleuchtung und ihre Fähigkeit,
die Farben ändern
zu lassen, die gegenüber
anderen Mitteln zur Abgabe von Licht an entfernte Gebiete Vorteile
bieten.
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Viele
vorausgesehene Verwendungen von Lichtleitungen erfordern nicht die
hierin gelehrte verbesserte Lichtseitenauskopplungsleistung; in
der Tat sind viele Anwendungen am effektivsten, wenn kein Lecken
von Licht oder seitliches Abstrahlen vorliegt und das gesamte Licht
von der Beleuchtungsquelle zum anderen Ende der Leitung geleitet
wird, um das Zielobjekt zu beleuchten. Manche spezifischen Anwendungen
für Lichtleitungen
mit seitlicher Lichtauskopplung umfassen gewisse Automobil- und
Transportanwendungen, wie etwa bei gewissen dekorativen Innenbeleuchtungen
von Booten, Wohnwagen, Wohnmobilen und Flugzeugen und dergleichen;
gewissen Anwendungen bei der Einzelhandelsbeleuchtung, wie etwa
Schildern, als Ersatz oder Verbesserung von Neonbeleuchtungssystemen,
wo die Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung von einem solchen System wünschenswert ist, wie etwa der
Hintergrundbeleuchtung von Schildern; für Sicherheitsleitlinien in
dunklen Gebieten, oder zur Beleuchtung unter der Theke und von Nischen;
für Systeme
mit entfernt aufgestellter Quelle, wie etwa in gefährlichen
Umgebungen, Zoos, Aquarien, Kunstmuseen; für persönliche Sicherheit, wie etwa beim
Wandern, Radfahren, Inline-Skaten, Gerätetauchen und dergleichen;
zur Arbeitsbeleuchtung; für
Unterhaltungs- und Anzeigeanwendungen, insbesondere, wo die Fähigkeit,
die Farbe rasch und kontinuierlich zu wechseln, wichtig ist, wie
etwa in Vergnügungsparks,
Brunnen etc.; und für
architektonische Anwendungen, wie etwa Alkoven, Atrien, Treppenhäuser und
so weiter.
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Andere
Ausführungsformen
der Erfindung werden den Fachleuten aus einer Erwägung dieser
Spezifikation oder der hierin offenbarten Praxis der Erfindung deutlich
sein. Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation und Beispiele
nur als beispielhaft angesehen werden, wobei die wahre Reichweite
und der Geist der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche angedeutet
werden.
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BEISPIEL 1: Herstellung von Ummantelungskonzentraten
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Es
wurde am effizientesten befunden, ein Konzentrat von TiOa bei etwa
1 Gew.-% auf Fluorpolymer herzustellen und dann das Konzentrat mit
mehr Fluorpolymer in einem Re-Extrusionsprozess
zu verdünnen, um
zu dem gewünschten
Gehalt an lichtstreuendem Mittel zu gelangen und die beste Dispersion
des lichtstreuenden Mittels in dem Ummantelungspolymer zu erzielen.
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Mehrere
Komposite von THV-200G, ein Vinylidenfluorid 52-Tetrafluorethylen 30-Hexafluorpropylen 18-Terpolymer
und TiO2 wurden auf einem 25,4 mm (1'')-Killion-Extruder hergestellt, der
mit einem 3:1-Kompressionsverhältnis,
einer bei 24,9 UpM pro Minute betriebenen Einzelstufenschnecke,
einem 6,35 mm (0,25'')-Einzelstrangextrusionswerkzeug,
einem Wasserbad zur Külung
und einer Pelletiervorrichtung zum Zerkleinern des extrudierten
Strangs zu kleinen Pellets ausgerüstet war. Alle Temperaturen
sind in Grad C (Grad F) angegeben. Es wird festgestellt, dass eine
Schnecke mit Mischstiften an den letzten 25,4 mm der Spitze effizienter
beim Dispergieren des TiO2 ist. Dieses Mischelement
hat eine Länge
von 25,4 mm (1 Zoll), hat 10 rechte und 10 linke Schneckenkanäle, eine
Ganghöhe
von 38,1 mm (1,5 Zoll), 1,58 mm (0,0625 Zoll) Kanalbreite und 19
mm (0,750 Zoll) Fußkreisdurchmesser.
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Das
in diesen Gemischen verwendete TiO2 hatte
eine Partikelgröße von 220
nm (0,22 Mikron) vor und nach der Verarbeitung. Es wurde „organisch
behandelt", eventuell
mit einem Stearatsalz, um bei der Dispersion zu helfen.
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Die
Pellets wurden in einen 4,2 Liter-PE-Beutel abgewogen und TiO
2-Pulver wurde zugesetzt, der Beutel geschlossen
und 30 Sekunden lang geschüttelt,
um das Pulver gleichmäßig unter
die Pellets zu mischen. Die Gemische aus Pellets und Pulver wurden
in Schüttzufuhrweise
dem Extrudertrichter zugesetzt. In diesem Vorgang wurde kein Entlüftungsturm
oder Vakuum verwendet. Der geschmolzene Strang wurde mittels der
Pelletiervorrichtung durch ein Wasserbad gezogen und in Pellets
zerschnitten, die in Größe und Form
dem Ausgangsmaterial glichen. Die nachstehend gezeigten Bedingungen
galten für
ein gleichartiges Fluorpolymer, THV-500G, das weniger Vinylidendifluorid
und mehr Tetrafluorethylen enthält.
Gleichartige Bedingungen, außer
einer höheren
Schneckengeschwindigkeit (50 UpM) wurden für die THV-200G-Konzentrate
eingesetzt. Für die
beste Strangkonsistenz und -vermischung erscheint etwa 1% Konzentrat
optimal. Tabelle I: Verarbeitung von Fluorkohlenstoff-Zusatzstoff-Konzentraten
| Konzentrat
Probe Nr. | 1-A
(Kontrolle) | 1-B | 1-C |
| | | | |
| %
TiO2 | 0 | 5 | 1 |
| Zone
1, Temperatur | 166
(330) | 166
(330) | 165
(329) |
| Zone
2, Temperatur | 191
(376) | 193
(380) | 193
(380) |
| Zone
3, Temperatur | 214
(417) | 222
(431) | 221
(430) |
| Extr.
werkzeug, Temp. | 216
(420) | 214
(418) | 217
(421) |
| Schmelze,
Temperatur | 176
(348) | 178
(352) | 180
(356) |
| Drehmoment,
in Newton-m (lbs) | 85
(750) | 28,3
(250) | 40,8
(360) |
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Zur
Herstellung dieser Gemische wurden die unbearbeiteten THV-200G-Pellets
in einen 4,2 Liter-PE-Beutel
eingewogen, dann wurde das Komposit in einer Menge zugesetzt, die
benötigt
wurde, um den letztendlichen Teile pro Million-TiO
2-Gehalt
herzustellen. Typisch wurden 300g eines 1% TiO
2-Gemischs in THV-200G
und 2700g unbearbeitetes THV-200g, um eine TiO
2-Befüllung von
1000 TpM zu ergeben, vor der Extrusion in 4,2 Liter-PE-Beutel eingewogen
und 30 Sekunden geschüttelt,
um das Konzentrat unter die unbearbeiteten Pellets zu mischen,.
Die Pellet-Pellet-Gemische
wurden in Schüttzufuhrweise
dem Extrudertrichter zugesetzt. In diesem Verfahren wurde kein Entlüftungsturm
oder Vakuum verwendet. Der geschmolzene Vorformling wurde mittels
der Bandziehvorrichtung durch einen Messing-Kalibrierring gezogen,
durch das Wasserbad, und das Schlauchmaterial wurde spiralförmig in
Trommeln gesammelt. In späteren
Experimenten wurde eine Aufwickelvorrichtung verwendet, um das Schlauchmaterial
aufzunehmen. Tabelle II: Verarbeitung von Fluorkohlenstoff-Zusatzstoff-Konzentraten
| Konzentrat
Probe Nr. | 1-D
(Kontrolle) | 1-E | 1-F |
| Konzentrat | | 1-C | 1-C |
| Endgültiges TiO2, TpM | 0 | 200 | 1000 |
| Zone
1, Temperatur | 160
(320) | 166
(330) | 176
(349) |
| Zone
2, Temperatur | 190
(375) | 202
(392) | 204
(399) |
| Zone
3, Temperatur | 221
(430) | 232
(450) | 238
(460) |
| Extr.
werkzeug 1, Temp. | 209
(408) | 210
(410) | 214
(417) |
| Extr.
werkzeug 2, Temp. | 210
(410) | 210
(410) | 213
(416) |
| Schmelze,
Temperatur | entfällt | entfällt | entfällt |
| Drehmoment,
in Joules (lbs) | 65,9
(513) | 66,8
(520) | 64,9
(505) |
-
Unter
gleichartigen Bedingungen, bevorzugt mit dem THV 200G-Polymer in
dem Konzentrat, wurden unter Verwendung verschiedener UV-Stabilisatoren
in Kombination mit TiO
2 Gemische hergestellt.
Andere lichtstreuende Pulver, wie etwa CaCO
3,
mit einer Partikelgröße von 8
bis 10 μm
(Mikron), oder ein in
US-A
5 237 004 beschriebenes, lichtstreuendes Acrylpolymer mit
einer Partikelgröße von ca.
5.000 Nanometern (5 μm (Mikron)),
sowie kleingeschnittenes Glas (Owens-Corning 492-EE) wurden gleichermaßen in Komposite
gemischt, um fertige Ummantelungsgemische mit 200 und 1000 Teilen
pro Million zu ergeben.
-
BEISPIEL 2: Testverfahren ohne kontinuierliche
Coextrusion
-
THV-200G
wurde verwendet, um hohles Schlauchmaterial von 7 mm Innendurchmesser
herzustellen, das mit dem Kernmaterial gefüllt wurde, nachdem eine PP-Hülle um das
Schlauchmaterial angebracht wurde, um den relativ weichen hohlen
Mantel zu verstärken.
-
BEISPIEL 3: Bestätigung des optimalen Gehalts
an TiO2
-
Dünnfilme
wurden zur Messung von Lichtdurchlässigkeit bzw. Trübung zu
dem TiO2-Gehalt durch Extrusion durch einen
25,4 mm (1 Zoll) – Killion-Extruder
bei 37,3 UpM hergestellt, mit einer Schnecke mit Mischstiften und
einer auf 0,762 mm (0,03 Zoll) eingestellten Flachdüse.
-
Die
Schmelztemperatur betrug 209°C
(408°F).
Die Ablesungen waren: Zone 1:174–177°C (345–350°F); Zone 2:184°C (364°F); Zone
3:193°C
(380°F);
Extrusionswerk-zeuge 1 und 2:210°C
(410°F);
Extrusionswerkzeugdruck: 5650 kPa (740–820 psi). Die Daten zeigen,
dass bei dem Zusatzstoffgehalt der Wahl die Menge an gesamtem weißem Licht
nicht erheblich gesenkt war, während
der Mantel bei im Stand der Technik vorgeschlagenen Gehalten nur
wenig von dem Licht durchlässt. Tabelle III: Gesamtes weißes Licht
und Übertragungs- und Trübungswerte
für verschiedene
Füllmengen
von TiO
2 in THV-Folie
| Gew.-%
TiO2 in THV-TiO2-Gemisch | Gesamtes
weißes
Licht, % | Trübung, % |
| | | |
| 0
(Kontrolle) | 96,0 | 1,4 |
| 0,01%
(1000 TpM) | 88,6 | 26,1 |
| 0,1%
(10.000 TpM) | 56,4 | 90,9 |
| 1,0 | 15,3 | 100 |
| 2,0 | 9,28 | 98,2 |
| 5,0 | 3,16 | 99,8 |
| 10,0 | 0,27 | 95,3 |
-
BEISPIEL 4: Vergleich mit unbefülltem Mantel
und mit kommerziellen Materialien
-
Proben
zweier kommerzieller Lichtleitungen wurden mit dem vorangehend beschriebenen
Kernmaterial verglichen, wenn verschiedentlich mit nicht befülltem THV,
mit THV mit zwei Gehalten von TiO
2, und
mit einem FEP-Mantel ummantelt. Diese Proben wurden mittels des
Schlauchfüllverfahrens
von Beispiel 3 hergestellt, wie umfassender in
US-A-5,485,541 beschrieben.
-
Die
in der Tabelle angegebenen Durchmesser sind Innendurchmesser. In
Begriffen von Lichtmessungen ist ersichtlich, dass der Zusatz von
200 Teilen pro Million TiO2 Lichtwerte produziert,
die etwa denen der kommerziellen Probe A entsprechen, während die
Probe mit 1000 Teilen pro Million TiO2 äquivalent
zu der kommerziellen Probe B ist.
-
In
Begriffen von Farbe war jedoch die kommerzielle Probe B (Lumenyte
2000WN400, wovon man glaubt, dass es eine Kern-Mantel-Kombination
ist), deutlich weißer,
gemessen von dem Chroms-Meter CL-100, die kommerzielle Probe A (Polymer
Optics, Zusammensetzung unbekannt) war gelb/weiß und die vorliegenden Proben
waren gelber, welche Gelbfärbung
durch das Vorhandensein des TiO2-Additivs vermindert wird.
-
Die
Messungen wurden unter Verwendung einer Fiber Optics Technology-Beleuchtungsvorrichtung vorgenommen,
die mit einer 150 Watt-Metallhalid-hochintensiven Entladungslampe
ausgerüstet
war. Ein Minolta Chroms Meter CL-100 wurde zur Messung des von den
Seiten dieser Proben ausgesandten Lichts und der Farbe verwendet.
Der CL-100 ist ein Dreibereichs-Farbanalysator. Der Chroms-Meter
nutzt drei hochempfindliche Fotozellen zum Abgleichen mit der CIE(Commission
Internationale de l'Eclairage)-Standard-Beobachterreaktion.
Diese Zellen nehmen gleichzeitige Ablesungen von der Lichtquelle
durch einen integrierenden Diffusor vor. Die Ablesungen werden von
einem eingebauten Mikrocomputer verarbeitet und digital an einer LCD-Anzeige
angezeigt. Tabelle IV: Intensitätsmessung bei verschiedenen
Abständen
von Kern-Mantel-Proben (7 mm) mit Titandioxid in 0,5 mm Ummantelung
und mit kommerzieller Lichtleitung mit seitlicher Lichtauskopplung
| | Bsp.
4-A | Bsp.
4-B | Bsp.
4-C | Bsp.
4-D | Kommerz. Prod.
A | Kommerz. Prod.
B |
| Durchm., mm
(Kern) | 7 | 7 | 7 | 7 | 13 | 8,8 |
| Mantel | THV | THV | THV | FEP | FEP?? | unbekannt |
| Zusatzstoff (TiO2) | keiner | 200
TpM | 1000
TpM | keiner | unbekannt | unbekannt |
| Abstand
v. Lichtquelle in (mm) | | | _ | | | |
| 1
(25,4) | 168 | 152 | 385 | 170 | 304 | 242 |
| 2
(50,8) | 93,8 | 105 | 355 | 109 | 130 | 217 |
| 4
(101,6) | 92,4 | 97,5 | 257 | 83,8 | 106 | 228 |
| 8
(203,2) | 78,5 | 116 | 185 | 57,6 | 96,2 | 185 |
-
BEISPIEL 5: Herstellung von Kern-Mantel-Proben
-
Monomergemische
werden hergestellt wie folgt: In ein 19 Liter 316-Edelstahlgefäß wurden
9500 g Ethylacrylat, 500 g des funktionell reaktiven Monomers, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan
(MATS) (5 Gew.-% auf Basis des Monomergewichts (b. o. m.)), 6,4
g Initiator (rekristallisiertes 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril) (0,064
Gew.-%) und 100 g n-Dodecylmercaptan (1 Gew.-%) zugesetzt und vermischt.
Die Mischung wurde mindestens 15 Minuten lang mit Stickstoff besprüht und unter
28 Zoll (711 mm) Vakuum entgast, als sie in den Reaktor gepumpt
wurde. Die Monomermischung wurde durch einen 0,045 Mikrometer (Mikron) PTFE-Membran-Patronenfilter
einem 2000 ml gerührten
Edelstahl-Tankreaktor mit konstantem Fluss (CFSTR) zugeführt. Während der
Polymerisation betragen die Durchflussmengen für den 2000 ml CSFTR ca. 70
g/min, um eine Verweildauer von 28 Minuten zu produzieren. Der CFSTR
war mit Mehr(6)-Blatt Turbinenrührwerken mit
45° Steigung
ausgestattet.
-
Während der
Polymerisation werden die Reaktoren auf 125°C gehalten und auf 225 UpM unter
einem Druck von 1035 kPa (150 psi) gerührt. Das Reaktoreffluent (Copolymer
und restliches Monomer) wurde durch ein Rückschlagventil, das nominell
auf 1035 kPa (150 psi) eingestellt war, in eine Entgasungskolonne
eingespeist, die einen Stillstands-Edelstahlmischer mit verdrilltem
Band (mit einer Länge
von 60 cm mit einem Mantel von etwa 50 cm Länge) umfasste, der auf einem
39 Liter (ca. 9 Gallonen) Edelstahl-Abscheider montiert war. Durch
den Kolonnenmantel umlaufendes Heizöl wurde an dem Manteleinlass
auf 200°C
gehalten. Der Abscheider wurde während
des Entgasens auf 100–110°C und ca.
300–400
mm Vakuum gehalten. Bei Vollendung der Polymerisation wurde der
Abscheider mit Stickstoff rückgefüllt.
-
Die
Monomer-zu-Polymer-Umwandlung des Reaktoreffluents betrug etwa 87–88%, gravimetrisch
gemessen. Der gravimetrisch ermittelte Feststoffgehalt des entgasten
Polymers beträgt
typischerweise 99,5 Gew.-%
-
Es
ist anzumerken, dass in späteren
Durchläufen,
die sich in den Beispielen 11 und 12 finden, die Bedingungen verändert wurden
wie folgt: 2,08 Gramm 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril);
150 Gramm n-Dodecylmercaptan; Reaktionstemperatur 95°C; 90 Gramm/min
Zuführrate;
22,2 Minuten Verweildauer; 79–80% Umwandlung
vor Entgasung.
-
Das
vernetzbare Kerngemisch wurde durch eines von mehreren bekannten
Mitteln, wie etwa einer Schraubenpumpe, Zahnradpumpe, Kolbenpumpe
oder anderen solchen Druckerzeugungsvorrichtungen, die fähig sind,
einen glatten, pulslosen, kontinuierlichen Fluss zu liefern, einem
Coextrusionswerkzeug zugeführt. Zahnradpumpen
und Kolbenpumpen sind vorzuziehen, da sie das Potential für partikelförmige Verschmutzung des vernetzbaren
Kerngemischs aufgrund mechanischen Verschleißes minimieren. Beispiel 28
von
US-A-5,485,541 veranschaulicht
die Herstellung und Beförderung
eines bevorzugten vernetzbaren Kerngemischs.
-
BEISPIEL 6: Dauerproduktion von Kern-Mantel-Proben
-
Eine
flexible Lichtleitung wurde im Wesentlichen durch das Verfahren
von Beispiel Nr. 28 von
US-A-5,485,541 hergestellt;
eine Produktionsliniengeschwindigkeit von 6–8 Fuß/min (183–244 cm/min) wurde angewendet.
Der Kerndurchmesser betrug 7 mm und die Manteldicke 0,5 mm. Die
ummantelte Lichtleitung wurde auf Maschinenausrüstung verarbeitet, die typisch
für einen
Drahtummantelungsvorgang ist; die Leitung wurde von einer Spule
abgewickelt und durch ein Querhauptwerkzeug geführt, wo die Armierungsmischung von
der Schmelze angebracht wurde. Das Querhauptwerkzeug war an einem
kleinen (25,4 mm) Einzelschneckenextruder befestigt. Die Spitze
des Drucktypwerkzeugs zur Anbringung des Überzugs hatte einen Innendurchmesser
von 6,0 mm. Das Extrusionswerkzeug hatte einen Innendurchmesser
von 8,0 mm mit einem Führungskanal
von 6 mm. Die Abmessungen des Extrusionswerkzeugs bestimmen die
Dicke der Armierung. Im vorliegenden Beispiel war die Armierung
oder Umhüllung
1 mm dick.
-
Nach
dem Armieren wurde die armierte Lichtleitung in einem herkömmlichen
horizontalen Kühltrog
abgekühlt.
Die armierte Lichtleitung wurde mit einer Produktionsliniengeschwindigkeit
von 2,4 bis 3 Metern (8–10 Fuß)/Minute
produziert, wobei eine Riemenziehvorrichtung verwendet wurde, um
die Produktionsliniengeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Der Außendurchmesser
des Produkts wurde mit einem Doppelachsen-Lasermeßgerät gemessen.
-
Die
Extrusionsbedingungen für
die Armierung waren:
Zylinderzone 1 = 193°C (380°F); Zylinderzone 2 = 202°C (395°F); Zylinderzone
3 = 224°C
(435°F);
Extrusionswerk-zeug 232°C
(450°F);
Schneckengeschwindigkeit 35 UpM; Extrusionswerkzeugdruck 6132–7235 kPa (890–1050 psig).
-
BEISPIEL 7: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung
-
Dieses
Beispiel beschreibt die relative Intensität von Lichtleitungen mit seitlicher
Lichtauskopplung. Es wurden Dauerdurchläufe des vorangehend beschriebenen
flexiblen Lichtleitungskerns durchgeführt, mit einer Ummantelung
auf Basis von THV ohne Zusatzstoff (Beispiel VI-1, 2 getrennte Durchläufe), mit
1000 Teilen pro Million TiO2 (Beispiel VI-2,
zwei getrennte Durchläufe,
und mit 1000 Teilen pro Million 3,18 mm kleingeschnittenen Glasfasern
(Beispiel VI-3). Die Dicke betrug 7,0 mm Innendurchmesser und 0,5
mm Ummantelung. Es wurde keine Armierung angebracht. Dies wird mit
der vorangehend beschriebenen kommerziellen Probe A kontrastiert;
die Norm war eine andere kommerzielle Probe C (Fiberstars), die
als gebündelte
Poly(methylmethacrylat)fasern beschrieben wird.
-
Messungen
der relativen Intensität
wurden bei Abständen
von 0,61 Metern (2 Fuß)
und 0,93 Metern (3 Fuß)
von der Lichtquelle vorgenommen. Eine Dolan Jenner Fiber-Lite Beleuchtungsvorrichtung
mit einem flexiblen Arm ist die Lichtquelle, wobei der Seitenarm
so angebracht ist, dass er das Licht zu einem Ende der flexiblen
Lichtleitung zuführt.
Sie verwendet eine 30W QTH-Glühbirne
vom Typ A und stellt „hochintensives
kaltes Licht" bereit,
d. h. dass die Infrarotstrahlung herausgefiltert wurde. Die Leitung
wurde durch eine integrierende Sphäre geführt und die Intensität wurde
gemessen. Tabelle V: Relative Intensität der seitlichen
Lichtauskopplung von verschiedenen Lichtleitungen
| Probe | Beispiel
VI-1 | Beispiel
VI-2 | Beispiel
VI-3 | Vergleichsbeispiel
C | Vergleichsbeispiel
A |
| Abstand | | | | | |
| 0,63
m | 155,
125 | 700,
560 | 1750 | 100 | 190 |
| 0,96
m | 130,
120 | 500,
510 | 1100 | 70 | 170 |
-
BEISPIEL 8: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung mit organischen Partikeln
-
Organische
Polymerpartikel, die durch Vernetzen darin gehindert wurden, sich
in dem Ummantelungspolymer zu lösen,
welche Partikel einen Poly(butylacrylat)kern und eine Poly(methylmethacrylat)hülle haben, wurden
nach Beispiel 8 von
US-A-5,237,004 in
einer Partikelgröße von 5 μm (Mikron)
hergestellt. Sie wurden ausgewertet wie in den Beispielen 6 und
7; der Gehalt an den Partikeln betrug 200 Teile pro Million (Beispiel VIII-2)
und 1000 Teile pro Million (Beispiel VIII-3). Beispiel VIII-1 hat
keinen partikelförmigen
Zusatzstoff. Die Ergebnisse demonstrieren Verbesserungen in der
Beleuchtung, jedoch waren diese Partikel nicht so effektiv wie das
in den früheren
Beispielen verwendete TiO
2. Tabelle VI: Verwendung eines organischen
Partikels zur Verbesserung der Brillanz
| Probe | Beispiel
VIII-1 | Beispiel
VIII-2 | Beispiel
VIII-3 |
| Abstand | | | |
| 0,63
m | 155 | 260 | 400 |
| 0,96
m | 130 | 220 | 375 |
-
BEISPIEL 9: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung mit anderen anorganischen Zusatzstoffen
-
Die
folgenden wurden auf eine gleichartige Weise zu denen in den Beispielen
6 und 7 beschriebenen ausgewertet. Tabelle VII: Relative Intensität der seitlichen
Lichtauskopplung von verschiedenen Lichtleitungen mit anderen Zusatzstoffen
| Probe | Beispiel
VI-1 | Beispiel
IX-2 | Beispiel
IX-3 | Beispiel
IX-4 | Beispiel
IX-5 |
| Partikelförmiges Material | klar-keines | 200
TpM Glasfaser | 200
TpM CaCO3 | 1000
TpM CaCO3 | 200
TpM TiO2 |
| Abstand | | | | | |
| 0,63
m | 155,
125 | 650 | 280 | 450 | 440 |
| 0,96
m | 130,
120 | 540 | 230 | 360 | 400 |
-
BEISPIEL 10: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung mit Glaskügelchen
-
Kern-Mantel-Kombinationen
wurden hergestellt wie in den Beispielen 6 und 7, jedoch mit 200,
500 oder 1000 Teilen pro Million Scotlite
TM-Glaskügelchen
(Beispiele X-1 bis X-3). Die Kügelchen
sind als K-46 ausgewiesen, wobei 100% der Kügelchen durch ein 125 μm(Mikron)-Sieb
und 50% durch ein 50 μm(Mikron)-Sieb passieren.
Diese hohlen Mikrokügelchen
können
den Extrusionsvorgang überleben,
um die Ummantelung bei nur begrenztem Zerdrücken zu bilden. Ohne das Vorhandensein
von TiO
2 war das Aussehen der Lichtleitung von
den Beispielen X-1 bis X-3 optisch ähnlich zu, jedoch besser als
das einer Probe mit 1000 Teilen pro Million TiO
2 allein,
jedoch hatte die Lichtleitung einen rauheren Griff. 200, 500 Teile
pro Million oder 1000 Teile pro Million 20 der Kügelchen können mit 1000 Teilen pro Million
TiO
2 (Beispiele X-4 bis X-6) verwendet werden, um
eine Probe mit ausgezeichneter Beleuchtungsqualität und glatterer
Oberfläche
herzustellen. Tabelle VIII: Relative Intensität der seitlichen
Lichtauskopplung mit Glasmikrokügelchen
als Zusatzstoff
| Probe | Bsp.VI-1
(kein
Zusatzstoff) | Bsp.
X-1 | Bsp.
X-2 | Bsp.
X-3 | Bsp.
X-4 | Bsp.
X-5 | Bsp.
X-6 |
| Abstand | | | | | | | |
| 0,63
m | 155,
125 | 580 | 1070 | 1450 | 1350 | 1520 | 1870 |
| 0,96
m | 130,
120 | 490 | 710 | 1070 | 1050 | 1140 | 1530 |
-
BEISPIEL 1: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung mit transparenter Armierung
-
Diese
Proben wurden anhand des in Beispiel 6 beschriebenen revidierten
Vorgangs polymerisiert. Eine Hülle
wurde angebracht, wie vorangehend beschrieben; die Hülle PVC-1
war ein nur als PVC 5376FFR bekanntes klares PVC; die Hülle PVC-2
war ein Geon-PVC; die Hülle
PO-1 war ein nur als Engage 8480 bekanntes klares Polyolefin; die
Hülle PO-2
war ein nur als Engage 8150 bekanntes zweites klares Polyolefin. Zwei
Werte bedeuten zwei getrennte Herstellungen und Messungen. Tabelle IX: Relative Intensität seitlicher
Lichtauskopplung mit Umhüllung
| Probe | Bsp. | Bsp. | Bsp. | Bsp. | Bsp. | Bsp. | Bsp. |
| | XI-1 | XI-2 | XI-3 | XI-4 | XI-5 | XI-6 | XI-7 |
| Partikelförmiges Material | klar-keines | 1000
TpM TiO2 | klar-keines | 1000
TpM TiO2 und 500 TpM Glasf. bündel | 1000
TpM TiO2 | 1000
TpM TiO2 | 1000
TpM TiO2 und 500 TpM Glasf. bündel |
| Hülle | PVC-1 | PVC-1 | PVC-2 | PVC-2 | PO-1 | PO-2 | PO-1 |
| Abstand | | | | | | | |
| 0,63
m | 105,
80 | 410,
380 | 140 | 1750 | 650 | 730 | 1770 |
| 0,96
m | 60,
70 | 330,
330 | 130 | 1030 | 440 | 680 | 1050 |
-
BEISPIEL 12: Intensität von Proben mit seitlicher
Lichtauskopplung mit FEP-Armierung
-
Auf
gleichartige Weise wie in den vorangehenden Beispielen wurde eine
Kern-Mantel-Kombination mit FEP-Ummantelung
und ohne Zusatzstoffe (Beispiel XII-1) mit einer FEP-Ummantelung
verglichen, die einen TiO
2-Gehalt von weniger
als 1000 Teilen pro Million, jedoch über 200 Teilen pro Million
enthielt. Diese letztgenannte Probe wurde während einer Übergangsperiode
genommen, und es wurde nicht geglaubt, dass das klare FEP vor der
Ummantelung mit dem mit 1000 Teilen pro Million befüllten FEP
geklärt
wurde, da es das einzige extrudierte Material war). Tabelle X: Anwendung von FEP-Ummantelung
mit TiO
2-Zusatzstoff
| Probe | Beispiel
VIII-1 (klarer THV-Mantel) | Beispiel
XII-1 (klarer FEP-Mantel) | Beispiel
XII-2 (FEP/TiO2-Mantel) |
| Abstand | | | |
| 0,63
m | 155 | 120 | 610 |
| 0,96
m | 130 | entfällt | 560 |
-
BEISPIEL XIII: Herstellung
von umhüllter
FLP mit seitlicher Lichtauskopplung mit Glasmikrokügelchen
-
Auf
gleichartige Weise zu Beispiel XI mit PVC-1-Ummantelung und mit einer THV-Armierung
wurden Proben hergestellt wie in Beispiel X, und gleichartige Ergebnisse
wurden erhalten. Tabelle XI: Relative Intensität seitlicher
Lichtauskopplung mit Glasmikrokügelchen
als Zusatzstoff
| Probe | Bsp.
XIII-Kontr. | Bsp.
XIII-TiO2 | Bsp.
XIII-1 | Bsp.
XIII-2 | Bsp.
XIII-3 | Bsp.
XIII-4 | Bsp.
XIII-5 | Bsp.
XIII-6 |
| | kein
Zusatz-stoff | 1000 TpM TiO2, kein Glas | 200
TpM Mikro-kügel-chen | 500
TpM Mikro-kögel-chen | 1000 TpM
Mikro-kögel-chen | 200
TpM Mikrokü-gelchen und 1000 TpM
TiO2 | 500
TpM Mikrokü-gelchen und 1000 TpM
TiO2 | 1000 TpM
Mikrokügelchen
und 1000 TpM TiO2 |
| Abstand | | | | | | | | |
| 0,63
m | 170 | 540 | 390 | 560 | 1240 | 970 | 1080 | 1640 |
| 0,96
m | 140 | 490 | 350 | 510 | 1010 | 910 | 950 | 1210 |