PL232534B1

PL232534B1 - Podświetlana kostka brukowa z ceramiczno-polimerowego materiału kompozytowego oraz sposób wytwarzania podświetlanej kostki brukowej

Info

Publication number: PL232534B1
Application number: PL420605A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Jopek; Michał Turów
Original assignee: Thermic Shell Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2019-06-28
Also published as: EP3366839A1; PL420605A1

Abstract

Zgłoszenie dotyczy podświetlanej kostki brukowej z ceramiczno-polimerowego materiału kompozytowego, zawierającego granulat szklany (1) o różnej wielkości cząstek zatopionych w matrycy z żywicy polimerowej (2). W kostce przy jednej z powierzchni bocznych lub przy powierzchni spodniej w matrycy polimerowej zatopione jest elektryczne źródło światła w taki sposób, że jego styki elektryczne wystają na zewnątrz kostki. Zgłoszenie dotyczy ponadto sposobu wytwarzania podświetlanej kostki brukowej. Przedmiotem zgłoszenia jest też sposób wytwarzania powyższej kostki.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy podświetlanej kostki brukowej z ceramiczno-polimerowego materiału kompozytowego o wysokich zdolnościach rozpraszania światła oraz dobrych właściwościach wytrzymałościowych. Wynalazek dotyczy ponadto sposobu wytwarzania podświetlanej kostki brukowej.

Z opisu chińskiego wzoru użytkowego CN204451355 znany jest sztuczny kamień, taki jak kostka brukowa lub płytka podłogowa, zawierający wodorotlenek glinu, węglan wapnia i piasek kwarcowy związane lepiszczem polimerowym o dużej masie cząsteczkowej i pokryty warstwą szklaną zawierającą cząstki fosforyzujące. Rozwiązanie to jednak nie zapewnia możliwości świecenia przez okres dłuższy niż kilkadziesiąt minut oraz nie pozwala na sterowanie (włączanie i wyłączanie) funkcji podświetlania.

Z niemieckiego zgłoszenia patentowego DE 10030573 A1 znana jest kaseta podświetlana o kształcie i wymiarach kostki brukowej, składająca się z trzech zasadniczych elementów: koryta wykonanego z tworzywa sztucznego, przezroczystej pokrywy oraz źródła światła. Taka konstrukcja wymaga wytwarzania wszystkich elementów osobno, a następnie montażu. Dodatkowo, pusta przestrzeń, w której znajduje się źródło światła, nie jest w stanie zapewnić przenoszenia obciążeń, które mogą wystąpić podczas eksploatacji nawierzchni z wmontowaną kasetą, na przykład podczas najazdu na nią ciężkiego samochodu. Podobną konstrukcję przedstawiono również w zgłoszeniu patentowym FR 2718514 A1 z tą różnicą, że kaseta podświetlana jest bardzo wąska, co ogranicza ryzyko jej zniszczenia pod wpływem nacisku kół pojazdu.

Z niemieckiego zgłoszenia patentowego DE 10239360 A1 znane jest rozwiązanie zakładające umieszczenie elementu emitującego światło w otworze wykonanym w kostce brukowej. Daje to punktowe źródło światła, ale nie zapewnia efektu podświetlenia całej kostki, który zdaniem twórców niniejszego wynalazku jest pożądany przez użytkowników końcowych.

Z kolei z niemieckiego zgłoszenia patentowego DE 102005027381 A1 znana jest jednostka oświetleniowa do montażu w nawierzchni kamiennej. Jednostka posiada obudowę zawierającą diody LED. Obudowa jest przykryta przezroczystą pokrywą, w której od spodu wykonane są specjalnie zaprojektowane rowki rozpraszające światło. Niewielka odległość pomiędzy diodami i pokrywą ogranicza jednak stopień rozpraszania światła lub wymaga zastosowania diod o dużej powierzchni świecenia. Dodatkowo, konstrukcja taka wymaga wykonania trzech osobnych elementów a następnie ich montażu, co niekorzystnie wpływa zarówno na czas, jak i na koszt wytworzenia produktu końcowego.

Z opisu niemieckiego wzoru użytkowego DE 202006001527 U1 jest rozwiązanie w postaci kostki brukowej z pustą przestrzenią w środku, zawierającą ogniwo słoneczne, baterię i element świetlny, przykryte masywną pokrywą szklaną. Opisana kostka brukowa zawiera cały układ elektroniczny wraz z panelem słonecznym co znacznie zwiększa całkowity koszt jej wytworzenia, zaś masywna pokrywa szklana nie gwarantuje dostatecznej odporności na obciążenia udarowe oraz nacisk punktowy, który może się pojawić, gdy leżący na pokrywie szklanej kamień dostanie najechany przed koło pojazdu. W japońskim zgłoszeniu patentowym JPH04203109 (A) również opisano układ z ogniwem słonecznym, który jednak charakteryzuje się znacznie bardziej skomplikowaną konstrukcją, a wieloetapowy proces przygotowania elementów składowych i ich montaż jest działaniem czaso- i pracochłonnym.

Inny sposób rozproszenie światła w płytach tworzących ściany lub podłoże przedstawiony został w japońskim zgłoszeniu patentowym JP2003092008A, którego autorzy proponują zastosowanie płyty szklanej, która na spodniej powierzchni jest zaopatrzona w ogniwa słoneczne. Energia elektryczna zgromadzona w baterii zasila następnie szereg diod emitujących światło do wnętrza płyty. Płyta szklana jest zaopatrzona w płytę odbijającą, kierującą światło na zewnątrz płyty. Istotną wadą tego rodzaju płyty jest jednak obniżona wytrzymałość na nacisk.

W europejskim zgłoszeniu patentowym EP 2479485 A2 ujawniono rozwiązanie polegające na osadzeniu źródła światła w otworze wykonanym w kostce brukowej. Element taki nadaje się element oświetleniowy (np. do podświetlania elewacji budynków), ale nie zapewnia pożądanego estetycznego efektu podświetlenia kostki brukowej w całości.

Natomiast w europejskim zgłoszeniu patentowym EP 2587140 (A2) opisano podświetlaną kostkę brukową posiadającą element odblaskowy do odbijania światła emitowanego przez źródło światła umieszczone pomiędzy górną i dolną powierzchnią kostki. Tego rodzaju skomplikowana struktura wewnętrzna kostki wpływa na jej koszt wytworzenia, zaś powierzchnia rozpraszająca wymaga dodatkowej przestrzeni, co niekorzystnie wpływa na wytrzymałość kostki.

Twórcy amerykańskiego patentu US 6082886 zaproponowali system oświetleniowy złożony z zasadniczo litych kostek brukowych, z których każda zawiera w swojej strukturze pęk światłowodów.

PL 232 534 B1

W procesie wytwarzania kostka zostaje przecięta w taki sposób, że końce światłowodów zbiegają się do jednego multipleksera w spodniej części kostki, zaś strona wierzchnia zawiera na swojej powierzchni odcięte końcówki światłowodów, które podczas użytkowania systemu oświetlenia emitują światło punktowe. Choć takie rozwiązanie wydaje się wykazywać dostateczną wytrzymałość na nacisk, to efekt podświetlenia, choć obejmuje całą powierzchnię kostki, nadal ma charakter wielopunktowy, a nie jednolity.

Znane podświetlane kostki brukowe lub jednostki podświetlające przeznaczone do wykorzystania w nawierzchniach wykazują co najmniej jedną z poniższych niekorzystnych cech: niską wytrzymałość na nacisk, zwłaszcza na nacisk punktowy; skomplikowaną budowę, co przekłada się na znaczne nakłady związane z produkcją elementów i montażem elementów składowych; jedno- lub co najwyżej wielopunktowym oświetleniem powierzchni.

Celem przedmiotowego rozwiązania było przezwyciężenie wspomnianych powyżej problemów poprzez zapewnienie podświetlanej kostki brukowej wykazującej dostateczną odporność mechaniczną (przede wszystkim na ściskanie, ale także na ścieranie), posiadającą prostą budowę, gwarantującą trwałość i łatwy montaż, a przy tym dającą pożądany efekt równomiernego podświetlenia całej powierzchni kostki.

Przedmiotem wynalazku jest podświetlana kostka brukowa z ceramiczno-polimerowego materiału kompozytowego, charakteryzująca się tym, że materiał kompozytowy zawiera granulat szklany o różnej wielkości cząstek zatopionych w matrycy z żywicy polimerowej, zaś w kostce przy jednej z powierzchni bocznych lub przy powierzchni spodniej w matrycy polimerowej zatopione jest elektryczne źródło światła w taki sposób, że jego styki elektryczne wystają na zewnątrz kostki.

Korzystnie źródłem światła jest dioda LED.

Korzystnie matryca polimerowa jest wykonana z przezroczystej żywicy polimerowej.

Korzystnie granulat szklany zawiera cząstki o średnicy 100 μm, 500 μm i 1 mm w proporcjach wagowych 1:1:1.

Korzystnie stosunek wagowy żywicy polimerowej do granulatu szklanego wynosi 9:1.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania podświetlanej kostki brukowej, w którym w formie przy jednej ze ścianek umieszcza się elektryczne źródło światła tak, aby jego styki elektryczne wystawały poza obręb formy, następnie przygotowuje się mieszaninę granulatu szklanego o różnej wielkości cząstek z żywicą polimerową i inicjatorem polimeryzacji, po czym tą mieszaniną zalewa się formę i prowadzi proces sieciowania żywicy aż do całkowitego utwardzenia mieszaniny w formie.

Korzystnie w sposobie według wynalazku jako elektryczne źródło światła stosuje się diodę LED.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się przezroczystą żywicę polimerową.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się granulat szklany zawierający cząstki o średnicy 100 μm, 500 μm i 1 mm w proporcjach wagowych 1:1:1.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosunek wagowy żywicy polimerowej do granulatu szklanego w mieszaninie do napełniania formy wynosi 9:1.

Ceramiczno-polimerowy materiał kompozytowy kostki brukowej według wynalazku, zawierający granulat szklany o różnej wielkości cząstek zatopionych w matrycy z żywicy polimerowej, umożliwia rozproszenie wiązki światła emitowanego przez pojedyncze źródło światła, takie, jak dioda LED, na odległości zaledwie kilku centymetrów czyli grubości standardowej kostki brukowej (zazwyczaj 6,8 lub 10 cm). Umożliwia to równomierne podświetlenie całej powierzchni górnej kostki brukowej za pomocą pojedynczego źródła światła. Właściwości te wynikają głównie z przechodzenia wiązki światła przez bardzo dużą liczbę granic faz polimer-szkło, a także z wielokrotnego załamywania się i odbijania na powierzchniach cząstek szklanych. Ponadto, kostka brukowa wykonana z kompozytu zawierającego cząstki szklane upakowane tak, aby stykały się ze sobą i były zespolone matrycą polimerową zajmującą przestrzenie pomiędzy cząstkami szklanymi wykazuje bardzo dużą odporność na ściskanie (obciążenie jest wówczas przenoszone przez granulat szklany), jak również dużą odporność na obciążenia udarowe (przenoszone i rozpraszane przez matrycę polimerową). Wytrzymałość na ściskanie kostek brukowych według wynalazku wynosi powyżej 10 MPa, co jest zupełnie wystarczające do przeniesienia ciężaru 3,5-tonowego pojazdu przejeżdżającego po powierzchni kostki.

Dużą zaletą podświetlanej kostki brukowej jest jej prosta budowa, pozwalająca na łatwy montaż i zapewniająca niski poziom awaryjności takiego elementu świetlnego.

Istotną zaletę sposobu wytwarzania podświetlanej kostki brukowej według wynalazku jest prostota. Formowanie kostki w formie o dowolnym kształcie (prostopadłościan, graniastosłup o podstawie

PL 232 534 B1 sześciokąta lub innego wielokąta, walec prosty kołowy lub eliptyczny, itp.) w pojedynczej operacji odlewania w formie (np. grawitacyjnego), po której następuje utwardzenie żywicy i uzyskanie gotowej kostk i, nie wymaga skomplikowanej aparatury ani zapewnienia szczególnych warunków prowadzenia procesu, co przekłada się na mały nakład pracy i kosztów wytwarzania takich kostek brukowych.

Kolejnym elementem jest możliwość wykorzystania granulatu szklanego uzyskanego ze szkła odpadowego, co sprawia, że sposób wynalazku jest korzystny ze względów środowiskowych.

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:

fig. 1 przedstawia strukturę upakowania mieszaniny granulatu szklanego i żywicy polimerowej w formie do wytwarzania kostki brukowej sposobem według wynalazku;

fig. 2 przedstawia schematyczną budowę kostki brukowej według wynalazku w przekroju; fig. 3 przedstawia rozpraszanie wiązki w strukturze kostki brukowej według wynalazku. Przykładową strukturę upakowania mieszaniny granulatu szklanego i żywicy polimerowej w formie do wytwarzania kostki brukowej sposobem według wynalazku przedstawiono na fig. 1, na której cząstki szklane 1 o różnej wielkości są upakowane ściśle, stykając się ze sobą, a przestrzeń pomiędzy tymi cząstkami 1 jest całkowicie wypełniona żywicą 2. Na fig. 2 pokazano przekrój pojedynczej kostki brukowej 3 o kształcie prostopadłościanu, wykonaną z kompozytu ceramiczno-polimerowego 4 według wynalazku, w którym przy jednej z powierzchni zatopiona jest dioda LED 5, stanowiąca elektryczne źródło światła oświetlające kostkę. Z kolei na fig. 3 zilustrowano przebieg rozpraszania wiązki świetlnej z diody LED w strukturze kostki brukowej zawierającej cząstki szklane 1 zatopione w matrycy polimerowej 6 na przykładzie pojedynczego promienia świetlnego 7 przechodzącego przez wiele granic faz szkło-polimer lub ulegającego na nich odbiciu lub załamaniu.

W otwartej od góry formie silikonowej (MM940 firmy ACC) o kształcie prostopadłościanu umieszczono pojedynczą diodę LED tak, aby styki elektryczne diody wystawały poza obręb formy. Następnie przygotowano mieszaninę granulatu szklanego, przezroczystej żywicy poliestrowej i inicjatora polimeryzacji. Zastosowany granulat szklany zawierał cząstki o średnicy 100 pm, 500 pm i 1 mm w proporcjach wagowych 1:1:1. Jako żywicę poliestrową wykorzystano żywicę SC-22 firmy Prochima, zaś jako inicjator polimeryzacji użyto MEKP [2,2'-peroksydi(butano-2-peroksol)] tej samej firmy. Stosunek wagowy żywicy do granulatu szklanego w mieszaninie wynosił 9:1. Po dokładnym wymieszaniu (czas mieszania: 10 min; prędkość 120 obr./min przy użyciu mieszadła orbitalnego z mieszadłem śrubowym) mieszaniną zalano formę. Proces prowadzono w temperaturze pokojowej. Po upływie jednej godziny nastąpiło całkowite utwardzenie matrycy polimerowej, a gotową kostkę brukową o monolitycznej strukturze o wymiarach 100 mm x 100 mm x 60 mm wyjęto z formy.

W badaniu wytrzymałości na ściskanie przy użyciu prasy hydraulicznej o nacisku 100 ton wytworzona kostka brukowa nie uległa zniszczeniu, co oznacza, że wykazuje ona wytrzymałość na ściskanie powyżej ok. 10 MPa.

W otwartej od góry formie silikonowej (RTV SILIFORM 25 firmy Jacobson Chemicals Ltd.) o kształcie prostopadłościanu umieszczono pojedynczą diodę LED tak, aby styki elektryczne diody wystawały poza obręb formy. Następnie przygotowano mieszaninę granulatu szklanego, przezroczystej żywicy poliestrowej i inicjatora polimeryzacji. Zastosowany granulat szklany zawierał cząstki o średnicy 500 pm i 1 mm w proporcjach wagowych 2:1. Jako żywicę poliestrową wykorzystano żywicę Polimal 103-1 firmy Organika Sarzyna S.A., zaś jako inicjator polimeryzacji użyto Luperox® K-1 [MEKP] firmy Arkema oraz przyspieszacza kobaltowego tej samej firmy. Stosunek wagowy żywicy do granulatu szklanego w mieszaninie wynosił 8:2. Po dokładnym wymieszaniu (czas mieszania: 10 min; prędkość 120 obr./min przy użyciu mieszadło orbitalnego z mieszadłem śrubowym) mieszaniną zalano formę. Proces prowadzono w temperaturze pokojowej. Po upływie 30 minut nastąpiło całkowite utwardzenie matrycy polimerowej, a gotową kostkę brukową o monolitycznej strukturze o wymiarach 100 mm x 100 mm x 60 mm wyjęto z formy.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Samonośna podświetlana kostka brukowa z ceramiczno-polimerowego materiału kompozytowego, zawierającego granulat szklany o różnej wielkości cząstek zatopionych w matrycy z żywicy polimerowej, zaś w kostce przy jednej z powierzchni bocznych lub przy powierzchni spodniej w matrycy polimerowej zatopione jest elektryczne źródło światła w taki sposób, że jego styki elektryczne wystają na zewnątrz kostki, znamienna tym, że cząstki szklane są tak upakowane w materiale kompozytowym, że stykają się ze sobą.
2. Kostka brukowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że elektrycznym źródłem światła jest dioda LED.
3. Kostka brukowa według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienna tym, że matryca polimerowa jest wykonana z przezroczystej żywicy polimerowej.
4. Kostka brukowa według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienna tym, że granulat szklany zawiera cząstki o średnicy 100 pm, 500 pm i 1 mm w proporcjach wagowych 1:1:1.
5. Kostka brukowa według jednego z zastrzeżeń od 1 do 4, znamienna tym, że stosunek wagowy żywicy polimerowej do granulatu szklanego wynosi 9:1.
6. Sposób wytwarzania samonośnej podświetlanej kostki brukowej, znamienny tym, że w formie przy jednej ze ścianek umieszcza się elektryczne źródło światła tak, aby jego styki elektryczne wystawały poza obręb formy, następnie przygotowuje się mieszaninę granulatu szklanego o różnej wielkości cząstek z żywicą polimerową i inicjatorem polimeryzacji, po czym tą mieszaniną zalewa się formę, przy czym cząstki szklane są tak upakowane w mieszaninie wypełniającej formę, że stykają się ze sobą, po czym prowadzi się proces sieciowania żywicy aż do całkowitego utwardzenia mieszaniny w formie.
7. Sposób według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że jako elektryczne źródło światła stosuje się diodę LED.
8. Sposób według zastrzeżenia 6 albo 7, znamienny tym, że stosuje się przezroczystą żywicę polimerową.
9. Sposób według jednego z zastrzeżeń od 6 do 8, znamienny tym, że stosuje się granulat szklany zawierający cząstki o średnicy 100 pm, 500 pm i 1 mm w proporcjach wagowych 1:1:1.
10. Sposób według jednego z zastrzeżeń od 6 do 9, znamienny tym, że stosunek wagowy żywicy polimerowej do granulatu szklanego w mieszaninie do napełniania formy wynosi 9:1.