DE69903741T2

DE69903741T2 - Verunreinigungswiderstandsfähige - reinigbare - lichtreflektierende oberfläche

Info

Publication number: DE69903741T2
Application number: DE69903741T
Authority: DE
Inventors: T Connors; G Hardie
Original assignee: Gore Enterprise Holdings Inc
Current assignee: Gore Enterprise Holdings Inc
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: WO2000011500A1; DE69903741D1; NO20010795L; AU5474199A; NO20010795D0; EP1105752B1; JP2002523796A; EP1105752A1; CN1312915A; NO321020B1; CA2340001A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft zum Reflektieren von Licht eingesetzte Oberflächen, insbesondere poröse, lichtreflektierende Oberflächen und das Verhindern ihrer Verschmutzung.

2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Ein lichtreflektierender Gegenstand gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP-A-724 181 bekannt.
Lichtreflektierende Oberflächen werden in einem breiten Anwendungsspektrum für eine große Vielfalt von Zwecken eingesetzt. Häufig dienen sie zum günstigen Umlenken von Licht auf eine gewünschte Fläche, ein gewünschtes Objekt oder einen gewünschten Bereich. Demgegenüber kann man sie auch dazu benutzen, entweder teilweise oder vollständig die Lichtmenge zu reduzieren, die auf eine Fläche, ein Objekt oder einen Bereich gelangt.
Lichtreflektierende Oberflächen lassen sich allgemein in spiegelnd einerseits und diffus andererseits klassifizieren. Diese allgemeine Klassifizierung bezieht sich in der Praxis auf ein Kontinuum von Möglichkeiten. An dem einen Ende würde eine perfekt spiegelnde Oberfläche jedes einfallende Lichtstrahlbündel entsprechend dem Reflexionsgesetz zurückwerfen, wobei der Licht-Refle xionswinkel gleich dem Einfallwinkel ist, bezogen auf die Tangentialebene an die reflektierende Fläche in dem interessierenden Punkt. Am anderen Ende würde eine perfekt diffuse Oberfläche das Licht in sämtliche Richtungen streuen, entsprechend einer Cosinus-Verteilungsfunktion. Das Ausmaß, in welchem ein Material spiegelnd oder diffus ist, läßt sich durch eine bidirektionale Remissionsverteilungsfunktion klassifizieren.
Beispiele für im wesentlichen spiegelnde, reflektierende Oberflächen sind versilberte Spiegel, poliertes Aluminium und metallisierte Filme (so zum Beispiel SILVERLUX®, verkauft von 3M, St. Paul, MN). Beispiele für im wesentlichen diffuse Oberflächen enthalten Magnesiumoxid, expandiertes Polytetrafluorethylen (Polytetrafluorethylen wird hier mit PTFE abgekürzt), weitere Formen von porösem PTFE (so zum Beispiel SPECTRALON®, verkauft von Labsphere, Inc., North Sutton, NH), sowie weitere poröse Polymere wie Nylon, Polyvinyliden und Celluloseacetat. Beispiele für weitere Oberflächen in diesem Kontinuum sind gestrahltes Aluminium, das im wesentlichen spiegelnd ist, während es gleichzeitig für eine gewisse Lichtstreuung sorgt, zusätzlich zu weißem Porzellan-Email, das im wesentlichen diffus ist, während es gleichzeitig eine signifikante spiegelnde Komponente beinhaltet.
In zahlreichen Anwendungen ist es häufig wünschenswert, wenn nicht entscheidend, den Wirkungsgrad der reflektierenden Fläche zu maximieren. Lichtreflektierende Flächen, die Reflexionsvermögen maximieren, werden per Definition aus Werkstoffen hergestellt, die sowohl die Transmission als auch die Absorption von Licht in dem interessierenden Bereich von Wellenlängen, minimieren.
Bei solchen Anwendungen, die einen hohen Wert für die diffuse Remission (> 92% reflektierend) erfordern, sind expandiertes PTFE sowie weitere Formen von porösem PTFE geeignete Werkstoffe. Dies ist zum Teil auf ihre extrem niedrige Lichtabsorption in einem breiten Wellenlängenbereich von UV-C über den nahen IR-Bereich (das heißt von 180 nm bis 2500 nm) zurückzuführen. Weitere Faktoren, die zu dem Erfolg der verschiedenen Formen von porösem PTFE als reflektierendes Material beitragen, sind deren Beständigkeit gegen deren durch Wärme bedingte, chemische und durch UV-Licht bedingte Verschlechterung. Expandiertes PTFE besitzt die zusätzlichen Vorteile, daß es dünn, flexibel und fügsam und mithin einfach und wirtschaftlich zu installieren ist. Derartige in hohem Maße effiziente poröse reflektierende Werkstoffe wurden erfolgreich in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter Kalibrierstandards, LCD-Rücklichter, Photoinduktionskammern sowie verschiedene Leuchten einschließlich kompakter eingelassener Fluoreszenz-Deckenstrahler.
Aufgrund der Natur ihrer Struktur sind poröse reflektierende Werkstoffe jedoch anfällig für das Einwandern von Fluiden mit niedriger Oberflächenspannung. Zahlreiche dieser Fluide absorbieren Licht und verringern damit das Reflexionsvermögen. In einigen Fällen wirkt die Komponente mit geringer Oberflächenspannung, so zum Beispiel ein Lösungsmittel oder ein Reinigungsmittel, als Träger, der lichtabsorbierende Substanzen in die Poren hineintransportiert. Deshalb verringert jegliches an oder in der Struktur des porösen reflektierenden Materials verbleibendes Restmaterial das Reflexionsvermögen der Oberfläche. Diese Verunreinigungen lassen sich mit konventionellen Verfahren nicht beseitigen, so daß eine vor Ort erfolgende Extraktion unmöglich oder doch sehr schwierig ist.
Ein verbesserter Werkstoff, der mit herkömmlichen Methoden zu reinigen ist und zum Reflektieren von UV- und sichtbarem Licht verwendbar ist, ist erstrebenswert.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Werkstoff und ein Verfahren zum Bereitstellen eines verbesserten Reflektors für UV- und sichtbares Licht, der sowohl effizient als auch in der Lage ist, mit herkömmlichen Methoden gereinigt zu werden, um bei jeder Anwendung einsetzbar zu sein, die eine effiziente diffus reflektierende Oberfläche benötigt. Erfindungsgemäß enthält ein Flachstück aus expandiertem PTFE ein poröses reflektierendes Material, und die Sperrschicht besteht aus einer dünnen Schicht aus Teflon®, Tetrafluorethylen- Hexafluorpropylen-Copolymeren (FEP), oder Teflon®, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymeren (PFA) in Form eines Films (beides beziehbar von E. I. DuPont de Nemours Inc., Wilmington, DE). Diese Kombination erbringt zusätzliche Vorteile zu den oben angegebenen Vorteilen. Erstens: da das Material in hohem Maß flexibel ist, läßt sich in einfacher Weise aus einem einzelnen Materialstück ein vielseitiger Hohlraum oder ein parabolisch geformter Reflektor herstellen. Dies verringert die Nähte, die einem mehrstückigen Produkt eigen sind, so daß sich das Gesamt-Reflexionsvermögen steigern läßt. Zweitens: das Material läßt sich einfach stanzen, wodurch jedes in die geeigneten Abmessungen zu bringende Werkstück mit sauberen und effizienten Verfahren hergestellt werden kann. Drittens: expandiertes PTFE zeigt hervorragende reflektierende Eigenschaften auch bei relativ geringer Dicke (zum Beispiel < 1 mm), wodurch das Komposit leichter wird, das Materialvolumen verringert wird und das Material weniger teuer ist als derzeit verfügbare Werkstoffe. Da beide Komponenten im Verlauf der Zeit sehr stabil auch in einem breiten Bereich von Umweltbedingungen sind, eignet sich dieser Verbundstoff ideal für Anwendungen, die Langzeit-Stabilität unter schweren Umweltbedingungen haben müssen. Außerdem besitzen beide Komponenten eine extrem geringe Absorption für UV- und sichtbares Licht, was sie praktisch unbeeinflußt läßt, auch wenn sie diesen häufig schädlichen Wellenlängen ausgesetzt sind.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittansicht eines reflektierenden Materials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Graph, der das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit der Wellenlänge für ein handelsübliches Material veranschaulicht;
Fig. 3 ein Graph, der das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit der Wellenlänge für eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 ein Graph, der das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit der Wellenlänge für ein handelsübliches Material darstellt; und
Fig. 5 ein Graph, der das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit der Wellenlänge für eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Flächen, die zum Reflektieren von Licht verwendet werden, insbesondere auf Oberflächen, die bei ultravioletten und sichtbaren Wellenlängen stark lichtreflektierend sind. Der Begriff "Licht" soll hier jede Form elektromagnetischer Strahlung umfassen, insbesondere aber das Spektrum vom UV- über das sichtbare Licht (250 bis 750 nm Wellenlänge) bis hin zu infraroter Lichtstrahlung (IR) (750 bis mehr als 2500 nm Wellenlänge). Diese re flektierenden Oberflächen können beispielsweise für Beleuchtungsanwendungen oder in Photoinduktionskammern verwendet werden.
"Beleuchtung" soll hier einen breiten Bereich von Kategorien umfassen, so zum Beispiel Leuchten, Anzeigen, Projektionssysteme. Sichtsysteme und erleuchtete Schilder. Spezielle Beispiele für Beleuchtungsanwendungen beinhalten den Einsatz in Leuchten, beispielsweise in Form von kompakten, eingelassenen Fluoreszenz-Deckenstrahlern, bei der Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen, in photographischen Schirmen, bei Plakaten an Straßenrändern und bei Maschinen-Sichtsystemen.
"Photoinduktionskammer" soll hier jeder ein Volumen bildende Raum bedeuten, in welchem Lichtenergie in gesteuerter Weise reflektiert wird, um einen physikalischen, chemischen oder biologischen Änderungsvorgang aufgrund der Lichtenergie herbeizuführen, die auf eine Fläche oder Substanz auftrifft. Eine Photoinduktionskammer enthält typischerweise ein oder mehrere UV- und/oder Sichtspektrum-Lichtquellen und mindestens einen Reflektor zum Umlenken von Licht in Richtung auf das Zielmaterial. Darüber hinaus können die Wände der Kammer aus reflektierendem Material bestehen, um Streulicht auf das Zielsubstrat zurückzuwerfen und damit den Wirkungsgrad des Systems zu steigern. Die Kammer kann entweder teilweise oder vollständig verschlossen sein, um die Lichtenergie zu halten oder zu lenken. Typischerweise machen chargenweise Prozesse von einer vollständig geschlossenen Kammer Gebrauch, während kontinuierliche Verfahren normalerweise von einer teilweise umschlossenen Kammer Gebrauch machen.
Um für den Handel geeignet zu sein, müssen all diese Reflektoren im wesentlichen ihr Reflexionsvermögen im Verlauf der Zeit innerhalb des interessierenden Wellenlängenbereichs erhalten. Bei solchen Anwendungen, bei denen die reflektierende Fläche Verunreinigungen ausgesetzt ist, die den Reflexionsgrad des reflektierenden Materials im interessierenden Wellenlängenbereich vermindern, sollten daher sämtliche exponierten Oberflächen die Fähigkeit besitzen, derartigen Verunreinigungen zu widerstehen, und sie sollten "reinigbar" sein (das heißt in der Lage sein, daß die Verschmutzungen durch herkömmliche Methoden, beispielsweise durch Abwischen mit Isopropylalkohol, im wesentlichen beseitigt werden).
Die vorliegende Erfindung betrifft speziell poröse, reflektierende Werkstoffe und das Verhindern des Eindringens von Verschmutzung. Poröse reflektierende Werkstoffe sind typischerweise Polymere und Variationen derartiger Polymere, die dem Fachmann bekannt sind. Poröse Polymer-Strukturen können beispielsweise mit keramischen Pulvern gefüllt sein. Polymere mit einem Brechungsindex von mehr als 1,42 und einer Porosität zwischen 10% und 90% eignen sich als reflektierende Werkstoffe. Beispiele hierfür enthalten - ohne Beschränkung - poröse Polymer-Filme aus PTFE, Nylon, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Celluloseacetat, Polyester, Polystyrol, Polycarbonat, Acryl, Polyacrylonitril, Methylmethacrylat, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyamid. Das bei einer Anwendung speziell verwendete Polymer hängt ab von dem geforderten Reflexionsgrad, kombiniert mit anderen Erwägungen bezüglich der Materialeigenschaften, beispielsweise Temperatur und chemische Verträglichkeit, Festigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, UV-Beständigkeit und Kosten.
Aufgrund seines hohen Reflexionsvermögens sowie seiner Beständigkeit gegenüber Wärme, Chemikalien und UV-Licht eignet sich poröses PTFE besonders gut als reflektierendes Material. Ein im Handel erhältliches poröses PTFE- Reflexionsmaterial wird unter der Handelsbezeichnung SPECTRALON von Labsphere, Inc., North Sutton, NH, vertrieben. Dieses Material ist ein körniges Polytetrafluorethylen-Material, welches sich leicht zu einem starren Block backen und formen läßt. Während dieser Werkstoff gutes Reflexionsvermögen für sichtbares Licht und Licht im nahen Infrarotbereich bietet, verschlechtert sich sein Reflexionsgrad bei UV-Wellenlängen unterhalb von 325 nm. Das Material hat außerdem weitere Nachteile, die seine Verwendung einschränken. Diese beinhalten die Schwierigkeit der Verarbeitung aufgrund seiner Starrheit, insbesondere dann, wenn nicht-ebene reflektierende Flächen erforderlich sind, weiterhin den beschränkten Bereich der effektiven Licht-Reflexion über das Spektrum von UV-, sichtbarem Licht und IR-Licht; darüber hinaus die relativ geringe minimale Dicke (das heißt das effektive Reflexionsvermögen wird geringer, wenn die Dicke weniger als etwa 4 mm beträgt); und das weniger als optimale Reflexionsvermögen.
Aus zahlreichen Gründen ist das beste verfügbare poröse reflektierende Material expandiertes PTFE. Expandiertes PTFE, wie es gemäß den US-Patenten 3 953 566; 3 962 153; 4 096 227; 4 187 390 und 4 902 423 hergestellt wird, kann als hocheffizienter diffuser Reflektor verwendet werden. Dieses expandierte PTFE-Material besitzt eine mikroporöse Struktur aus mikroskopischen Polymer-Fibrillen (das sind fadenähnliche Elemente), die Polymer-Knötchen (das sind Partikel, von denen die Fibrillen abgehen) verbinden. Der Begriff "expandiertes PTFE" soll hier so verstanden werden, daß er jedes PTFE-Material mit einer Struktur aus Knötchen und Fibrillen beinhaltet, einschließlich des Bereichs von einer etwas expandierten Struktur, bei der die Fibrillen sich von relativ großen Knötchen des Polymermaterials aus erstrecken, bis hin zu einer extrem expandierten Struktur, in der die Fibrillen sich lediglich an Knötchenpunkten schneiden.
Expandiertes PTFE besitzt eine Reihe wichtiger Eigenschaften, welches es als reflektierende Oberfläche geeignet machen. Erstens ist PTFE ein hochinertes Material, welches hydrophob ist. Dementsprechend ist das Material widerstandsfähig gegen Angriffe sowohl durch Wasser als auch eine große Vielfalt anderer Stoffe, die möglicherweise einige andere reflektierende Flächen be schädigen würden. Darüber hinaus erfährt durch Expandieren von PTFE in der in der US 3 953 566 zur Bildung der Knötchen- und Fibrillenstruktur das Material eine signifikante Zunahme der Zugfestigkeit und wird in hohem Maße flexibel. Im komprimierten Zustand weist körniges PTFE gute Reflexionseigenschaften auf, die Knötchen- und Fibrillenstruktur von expandiertem PTFE besitzt ein viel höheres Reflexionsvermögen.
Obschon poröse reflektierende Werkstoffe recht nützlich sind, waren sie bislang allerdings für zahlreiche Anwendungen nicht geeignet, da die poröse Struktur das Eindringen von Fluiden mit geringer Oberflächenspannung ermöglicht, so zum Beispiel von Lösungsmitteln, Fett und Ölen, darunter auch Öle von der menschlichen Hand. Diese Fluide absorbieren Licht, was einen entsprechenden Verlust des Reflexionsgrads des porösen reflektierenden Materials zur Folge hat. In ausreichendem Maß verschmutzt, kann das Flachstück nahezu vollständig absorptionsfähig werden. Versuche, die poröse reflektierende Fläche mit herkömmlichen Methoden zu reinigen, so zum Beispiel durch Abwischen mit Isopropylalkohol, führt, wenn überhaupt, nur zu einer geringen Wiederherstellung der anfänglichen Reflexionseigenschaften des Materials. Die freiliegende Fläche wird zwar gereinigt, allerdings verbleibt der Großteil der schädlichen Verschmutzung in der porösen Struktur. Deshalb können poröse reflektierende Werkstoffe allein für eine Anwendung ungeeignet sein, bei der die reflektierende Fläche einer Umgebung ausgesetzt ist, die eine schädliche Menge derartiger Verunreinigungen enthält.
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Mittel, mit dem poröse Polymere als reflektierende Oberfläche in Anwendungen eingesetzt werden können, welche die Polymere den Verunreinigungen aussetzen und Reinigungsfähigkeit erfordern. Dieser neue reflektierende Verbundstoff ist eine Kombination aus einem der oben beschriebenen Polymere und einer transparenten Sperrschicht. Fig. 1 veranschaulicht die Erfindung. Eine Schicht aus reflektierendem Material 10 ist dargestellt in einem mit einer transparenten Sperrschicht 11 laminierten Zustand.
Die Sperrschicht deckt vorzugsweise den gesamten Bereich der porösen Oberfläche ab, der den schädlichen Verunreinigungen ausgesetzt ist und Licht reflektieren soll. Diese Sperrschicht sollte für die interessierenden Lichtspektren im wesentlichen transparent sein, sie sollte kein Eindringen von Verunreinigungen ermöglichen, und sie sollte keine negativen Wirkungen zeigen, wenn sie herkömmlichen Reinigungs-Lösungsmitteln wie zum Beispiel Isopropylalkohol, ausgesetzt wird. Zusätzliche Erwägungen bezüglich der Sperrschicht beinhalten - abhängig von den Anforderungen verschiedener Anwendungen - die Fähigkeit, an der porösen reflektierenden Oberfläche zu haften, das Ausmaß der Flexibilität, die Beständigkeit gegen Verschlechterung durch UV-Licht, die Temperaturbereichstoleranz und die Dicke. Um ein Beispiel zu nennen: für eine Photoinduktionskammer zum Aushärten mit UV-Licht sind Teflon-PFA und Teflon-FEP jeweils eine gute Wahl, weil sie im wesentlichen durchlässig für UV-Licht sind, an keinen beeinträchtigenden Effekten durch die Exposition mit UV-Licht leiden, chemisch inert sind, außerdem flexibel und im Stande, relativ hohen Maximaltemperaturen zu widerstehen (breiter Temperaturbereich), zudem haben sie hervorragende Antiklebeeigenschaften (lassen sich also leicht reinigen), und sie haften gut an dem porösen, reflektierenden Material, vorzugsweise an expandiertem PTFE.
Zusätzlich zu Filmen aus Teflon-PFA und Teflon-FEP enthalten weitere brauchbare Barrierenschichten - wiederum ohne Beschränkung - Polymere wie zum Beispiel PTFE voller Dichte, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyester, Polystyrol, Polyvinylfluorid, Polyethylen, Polypropylen, Polyetheretherketon, Polyethersulfon und zahlreiche weitere Kunststoffe, die eine geringe Absorptionsfähigkeit in dem für den Anwender interessierenden Frequenzbereich besitzen. Darüber hinaus könnte ein geeignetes Glas oder Quarzmaterial als wirksame Sperrschicht in zahlreichen Anwendungen in Frage kommen, in denen keine Flexibilität gefordert wird.
Ein bevorzugtes reflektierendes Material gemäß der Erfindung, welches biaxial expandiertes PTFE als das poröse reflektierende Material und Teflon-FEP als transparente Sperrschicht enthält, wird folgendermaßen hergestellt: ein feinpulvriges PTFE-Harz wird mit einem Gleitmittel vermengt, beispielsweise geruchfreien Lackbenzinen, bis eine Verbindung hergestellt ist. Das Volumen des eingesetzten Gleitmittels sollte ausreichen, um vornehmlich Teilchen des PTFE-Harzes gleitfähig zu machen, um dadurch die Möglichkeit zu minimieren, daß es zu einer Scherung der Teilchen vor dem Extrudieren kommt.
Dann wird die Verbindung zu einem Rohling komprimiert und extrudiert, beispielsweise mit einem Stößelextruder, um ein zusammenhängendes Extrudat- Flachstück zu bilden. Man kann ein Reduktionsverhältnis von etwa 30 : 1 bis 300 : 1 verwenden (das heißt ein Reduktionsverhältnis = Querschnittsfläche des Extrusionszylinders, dividiert durch die Querschnittsfläche der Extrusionsdüse). Für die meisten Anwendungen wird ein Reduktionsverhältnis von 75 : 1 bis 100 : 1 bevorzugt.
Dann kann man das Gleitmittel beispielsweise durch Verflüchtigen beseitigen, und das trockene zusammenhängende Extrudat-Flachstück wird rasch in mindestens eine Richtung um etwa das 1,5- zu 50-fache der ursprünglichen Länge expandiert (wobei das 1,5- bis 2,5-fache bevorzugt wird). Die Expansion kann erreicht werden, indem man das trockene zusammenhängende Extrudat über eine Reihe von drehenden Heizwalzen oder Heizplatten bei einer Temperatur zwischen 100 und 375ºC laufen läßt, entsprechend dem Verfahren nach der US 3 953 566. Alternativ kann das extrudierte Flachstück vor dem Beseitigen des Gleitmittels in der Weise expandiert werden, die in der US 4 902 423 beschrieben ist.
In jedem Fall kann das Material weiter mit einem Verhältnis von 1,1 : 1 bis 50 : 1 expandiert werden (wobei 5 : 1 bis 35 : 1 bevorzugt sind), um ein mikroporöses End-Flachstück zu bilden. Vorzugsweise ist das Flachstück biaxial oder mehraxial expandiert, um seine Festigkeit sowohl in Längs- als auch Querrichtungen zu steigern. Schließlich kann das Material einem Schritt des amorphen Verrastens unterzogen werden, indem es einer Temperatur von mehr als 340ºC ausgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Material wird vorzugsweise in Form von Flachstücken hergestellt, die aufgrund der ihnen eigenen Flexibilität zu einer Vielfalt anderer Gestalten geformt werden können, wenn der Wunsch dazu besteht, beispielsweise können sie zu Schläuchen, Streifen, konvexen oder konkaven Strukturen und ähnlichem verformt werden. Hinzu kommt, daß für spezielle Anwendungen das erfindungsgemäße Material auch durch Extrudieren oder anderweitiges Formen zu durchgehenden Schläuchen, Stäben (das heißt Zylindern), rechteckigen, ungleichmäßigen Formen und anderen Strukturen gestaltet werden kann, die möglicherweise von Interesse sind.
Flachstücke, die durch die obigen Verarbeitungsschritte hergestellt werden, lassen sich in Dicken von 0,01 mm bis 12 mm oder darüber herstellen, ohne daß diese Angaben beschränkend zu verstehen sind. Flachstücke können auf sich selbst aufgelegt werden, und sie können Temperaturen von etwa 300ºC bis 400ºC ausgesetzt werden, während ausreichend Druck aufgebracht wird, damit die Schichten miteinander verbunden werden.
Anschließend wird eine Schicht aus Teflon-FEP auf das expandierte PTFE durch Aufbringen von Druck und einer erhöhten Temperatur aufgebondet. Der Druck beträgt typischerweise unter 50 psi, vorzugsweise aber weniger als 5 psi, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen 0,5 und 5 psi liegt. Die Temperatur liegt typischerweise zwischen 250ºC und 350ºC, vorzugsweise aber bei etwa 300ºC. Der Druck muß angemessen sein, um eine ausreichende Bindung zu erzielen, allerdings soll er minimiert sein, um ein übermäßiges Zusammendrücken des aus expandiertem PTFE bestehenden Flachstücks zu vermeiden, mit dem es verbunden wird. Durch Einbeziehung einer transparenten Sperrschicht kann der hohe Wirkungsgrad des expandierten PTFE vorteilhaft in Anwendungsfällen genutzt werden, bei denen eine Verschmutzungsgefahr besteht. Der Verbundstoff widersteht einer Verunreinigung besser als bloßes expandiertes PTFE, und er läßt sich vollständig wieder auf seinen anfänglichen Reflexionswert bringen, indem man ihn mit einem herkömmlichen Lösungsmittel abwischt, beispielsweise mit Isopropylalkohol. Während der Wirkungsgrad nicht signifikant beeinträchtigt wird, bewirkt die Hinzufügung der Sperrschicht, daß das expandierte PTFE weniger diffus wird. Dies läßt sich dadurch minimieren, daß man die Dicke der Sperrschicht minimiert und auch den Druck während des Verbindungsvorgangs minimiert. Als alternative Ausführungsform läßt sich die Sperrschicht auf dem reflektierenden Material mit einem Klebstoff auftragen, der die Schichten zusammenklebt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt Einzel- oder Mehrfachschichten aus einem porösen, reflektierenden Werkstoff, oder sie kann ein Laminat aus einer oder mehreren Schichten eines porösen, reflektierenden Materials und einem Träger-Stützmaterial aufweisen. Da einige poröse reflektierende Werkstoffe, insbesondere poröse Polymere, die Neigung haben, sich unter Last oder bei Wärmeeinfluß zu recken und zu verzerren, kann es bevorzugt sein, daß der poröse Reflektor auf eine Trägerschicht aufgebracht wird, beispielsweise durch Auflaminieren eines flexiblen gewebten oder nicht gewebten Stoffs, der die Form des porösen Reflektors während des Gebrauchs hält. Eine geeignete Trägerschicht wird durch Auftragen eines Klebstoffs angebracht, beispielsweise durch Feuchtigkeit aushärtbaren Polyurethans oder gelösten Polyurethans, wobei dieser Stoff auf das poröse reflektierende Material aufgetragen und dieses dann auf einem flexiblen Stützmaterial befestigt wird (zum Beispiel aus Polyester, Polypropylen, Mylar®-Polyester, Kevlar®-Polyaramid, Nylon etc.). Die beiden Stoffe können miteinander durch Aufbringen von Druck verbunden werden, beispielsweise dadurch, daß man das Material zwischen einem oder mehreren Paaren von Andrückwalzen hindurchleitet.
Um komplexere Formen zu erhalten, kann außerdem ein flexibles poröses reflektierendes Flachstück aus beispielsweise PTFE auf ein starres Trägermaterial gebondet werden, um anschließend als Verbundstoff in Form gebracht zu werden, beispielsweise in Form einer Parabol- oder Ellipsoid-Kuppel. Ein geeignetes Verfahren für derartige Formmethoden umfaßt den Einsatz von Vakuum- Formgeräten.
Ohne hierdurch den Schutzumfang der Erfindung beschränken zu wollen, werden die folgenden Beispiele vorgestellt.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Es wurde ein schichtförmiges Material aus expandiertem PTFE von W. L. Gore & Associates als Gore-Tex®-GR-Flachdichtung erworben. Dieses Material besaß 25 Schichten aus Flachstücken aus expandiertem PTFE und hatte eine Gesamtdicke von 1,0 mm und eine Dichte von 0,57 g/cm³.
Dieses Material wurde folgendermaßen auf Reinigungsfähigkeit geprüft: ein etwa 2" auf 2" großer Musterabschnitt wurde aus dem Flachstück zur Prüfung des Reflexionsgrads herausgeschnitten. Die Probe wurde mit Hilfe eines Perkin Elmer Lambda-18-Spektrophotometers im Spektrum von UV- bis sichtbarem Licht (250 bis 800 nm) getestet. Dann wurde die Probe verschmutzt, indem ein Handtuch in 10 Gewichtseinheiten Hydrauliköl eingetaucht und das Öl dann mit dem Handtuch auf die Probe gerieben wurde. Der Reflexionsgrad der Probe wurde erneut ermittelt, und es wurde ein drastischer Abfall (> 50%) des Refle xionsgrads in Bezug auf die ursprünglichen Werte beobachtet. Dann wurde die Probe mit einem flusenfreien Tuch und Isopropylalkohol gereinigt, anschließend wurde ihr Reflexionsgrad gemessen, wodurch sich die in Fig. 2 dargestellten Werte ergaben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, lag der Reflexionsgrad der Probe beträchtlich unterhalb des ursprünglichen Werts, ungeachtet des Umstands, daß die reflektierende Fläche sauber zu sein schien.

BEISPIEL 1

Das Material gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde auf eine 0,0005" dicke Schicht aus Teflon-FEP gebondet. Dies geschah durch leichtes Zusammendrücken (bei weniger als 5 psi) des expandierten PTFE und des Teflon-FEP mit Hilfe einer Carver-Laborpresse bei 300ºC während 10 Sekunden. Bei der Handhabung dieser Stoffe war es nützlich, pulverfreie Latexhandschuhe zu tragen und das Laminat zwischen Schichten aus einem 0,002" dicken Kapton-Polyimidfilm während des Bondvorgangs zu legen, um eine Verunreinigung der reflektierenden Materialien entweder durch die Hände oder durch die Presse selbst zu vermeiden.
Dann wurde ein etwa 2" mal 2" großer Musterausschnitt aus der Probe für einen Reflexionsgrad-Test ausgeschnitten. Die Probe wurde mit Hilfe eines Perkin Elmer Lambda-18-Spektrophotometers im Spektrum von UV- bis zum sichtbaren Licht getestet. Dann wurde die Probe verschmutzt durch Reiben mit einem 10 Gewichtseinheiten Hydrauliköl enthaltenden Handtuch, wie im Vergleichsbeispiel 1. Anschließend wurde wiederum ihr Reflexionsgrad gemessen, und es wurde ein signifikanter Abfall des Reflexionsgrads bezüglich der ursprünglichen Werte beobachtet. Dann wurde die Probe mit einem flusenfreien Tuch und Isopropylalkohol gereinigt, und wiederum wurde ihr Reflexionsgrad gemessen, mit dem in Fig. 3 gezeigten Ergebnis. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, war der Reflexionsgrad der Probe wieder vollständig auf den ursprünglichen Wert hergestellt.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Eine Probe des Spectralon-PTFE wurde der gleichen Verschmutzungs- und Reinigungsprüfung unterzogen wie das Material gemäß Vergleichsbeispiel 1, mit den in Fig. 4 dargestellten Ergebnissen. Wie man aus Fig. 4 entnehmen kann, wurde der Reflexionswert durch die Verschmutzung drastisch verschlechtert und konnte sich auch durch Reinigung mit Isopropylalkohol nicht wiederhergestellt werden.

BEISPIEL 2

Die Probe des SPECTRALON-PTFE des Vergleichsbeispiels 2 wurde auf eine 0,015" dicke Schicht aus Teflon-FEP in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gebondet. Dann wurde der Verbundstoff der gleichen Verunreinigungs- und Reinigungsprüfung unterzogen wie das Material des Vergleichsbeispiels 1, die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt, daß, obschon die Verschmutzung das Reflexionsvermögen des Verbundstoffs signifikant verringert hatte, die Reinigung mit Isopropylalkohol seinen Reflexionsgrad wieder vollständig auf den ursprünglichen Wert brachte.

VORAUSSCHAUENDES BEISPIEL 1

Das Material des Vergleichsbeispiels 2 wird auf eine 0,0005" dicke Schicht aus Teflon-PFA gebondet, indem das expandierte PTFE und das Teflon-PFA leicht (bei weniger als 5 psi) in einer Carver-Laborpresse bei 300ºC 10 Sekunden lang zusammengedrückt werden. Dabei ist es angezeigt, pulverfreie Latexhandschuhe bei der Handhabung der Materialien zu tragen und das Laminat zwi schen Schichten aus einem 0,002" dicken Kapton-Polyimidfilm während des Bondvorgangs zu legen, um eine Verunreinigung der reflektierenden Werkstoffe durch die Hände oder die Presse selbst zu verhindern.
Dann wird aus der Probe ein etwa 2" mal 2" großes Musterstück für die Prüfung des Reflexionsgrads ausgeschnitten. Geprüft wird die Probe mit einem Perkin Elmer Lambda-18-Spektrophotometer im Spektrum von UV- bis zum sichtbaren Licht. Dann wird die Probe durch Reiben mit einem Handtuch verschmutzt, welches wie im Vergleichsbeispiel 1 10 Gewichtseinheiten Hydrauliköl enthält. Dann wird erneut ihr Reflexionsvermögen gemessen, und es sollte sich ein signifikanter Abfall des Reflexionsvermögens gegenüber den ursprünglichen Werten zeigen. Danach wird die Probe mit einem flusenfreien Tuch und Isopropylalkohol gereinigt, und ihr Reflexionsgrad wird erneut gemessen, der Reflexionsgrad sollte den ursprünglichen Wert wiedererlangt haben.
Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung hier dargestellt und beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese Darstellungen und Beschreibungen beschränkt. Es sollte gesehen werden, daß Änderungen und Modifikationen vorgenommen und ausgeführt werden können als Teil der Erfindung im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Lichtreflektierender Gegenstand, umfassend eine Schicht aus einem porösen, reflektierenden Material (10) und eine reinigbare transparente Sperrschicht (11) über mindestens einem Teil der Schicht aus reflektierendem Material, wodurch eine Verunreinigung des porösen, reflektierenden Materials durch Materialien mit geringer Oberflächenspannung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Sperrschicht (11) eine Schicht aus Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymeren (FEP) oder Tetrafluorethylen-Perfluoralkyl-vinylether-Copolymeren (PFA) ist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem das poröse, reflektierende Material (10) diffus reflektierend ist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das poröse, reflektierende Material (10) ausgewählt ist aus Polytetrafluorethylen, Nylon, Polyvinyliden, Celluloseacetat, Polyester, Polystyrol, Polycarbonat, Acrylharz, Polyacrylonitril, Methylmethacrylat, Polyproplyen, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyamid.

4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die transparente Sperrschicht (11) direkt auf die Schicht aus reflektierendem Material (10) niedergeschlagen ist.

5. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das poröse reflektierende Material (10) expandiertes PTFE ist.

6. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die transparente Sperrschicht (11) auf die Schicht aus porösem, reflektierendem Material (10) aufgebondet ist.

7. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend eine Trägerschicht, die an der Schicht aus porösem, reflektierendem Material (10) befestigt ist.

8. Gegenstand nach Anspruch 7, bei dem die Trägerschicht ausgewählt ist aus Polyester, Polypropylen, Mylar®-Polyester, Kevlar®-Polyaramid und Nylon.

9. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Schicht aus porösem, reflektierendem Material (10) eine Dicke zwischen etwa 0,01 mm und etwa 12 mm besitzt.

10. Gegenstand nach Anspruch 9, bei dem die Schicht aus porösem, reflektierendem Material (10) 1,0 mm dick ist.

11. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die transparente Sperrschicht (11) eine Dicke zwischen etwa 0,00254 mm (0,0001 Zoll) und etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) aufweist.

12. Gegenstand nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem es eine Mehrzahl von Schichten aus einem porösen, reflektierenden Material (10) gibt.

13. Verfahren zum Herstellen eines reflektierenden Gegenstands, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer Schicht eines porösen, reflektierenden Materials; (b) Schaffen einer reinigbaren transparenten Sperrschicht; (c) Niederschlagen der transparenten Sperrschicht über zumindest einem Teil des reflektierenden Materials, wodurch eine Verunreinigung des Teils des porösen, reflektierenden Materials durch Materialien mit geringer Oberflächenspannung verhindert wird; dadurch ge kennzeichnet, daß die transparente Barrierenschicht aus Tetrafluorethylen-hexafluorpropylen-Copolymeren (FEP) oder Tetrafluorethylen-Perfluoroalkylvinylether-Copolymeren (PFA) besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Schicht aus reflektierendem Material auf die reinigbare transparente Sperrschicht gebondet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Bondens umfaßt: Erhitzen der Schicht aus einem reflektierenden Material und der transparenten Sperrschicht auf eine Temperatur zwischen etwa 250ºC und etwa 350ºC, während gleichzeitig ein Druck von weniger als etwa 345 kPa (50 psi) auf die Schicht aus reflektierendem Material und die transparente Sperrschicht aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Temperatur etwa 300ºC und der Druck weniger als etwa 34,5 kPa (5 psi) beträgt.