PT89462B - Guia optico de luz - Google Patents
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Description
A presente invenção refere-se a um guia óptico de luz do tipo bainha-alma para a transmissão de luz, e em particular para a transmissão à distância de traços contínuos luminosos .
E já conhecida, nomeadamente pelo pedido de Patente Japonesa 23 165/78, a realização de um guia óptico em materiais termoplásticos constituído por uma montagem de fibras ópticas de secção recta não circular e resistentes às solicitações mecânicas. Para facilitar a montagem das fibras estas são de preferência de secção quadrada, rectangular ou hexagonal, sendo as dimensões da secção da ordem de alguns milímetros. Esta montagem de fibras ópticas com o objectivo de realizar um guia ópticc, apresenta no entanto três inconvenientes: a luz transmitida apresenta-se sob a forma de pontos discretos iluminados, a ocupação de espaço é importante e a ligação entre as extremidades das fibras ópticas apresenta problemas. Assim, um guia óptico desta natureza não pode ser adequado para realizar, por exemplo, letras fácilmente legíveis.
A presente invenção tem pois como objectivo forne cer um guia óptico de luz do tipo bainha-alma, de secção recta constante alongada, apto à transmissão da luz por traços luminosos contínuos, sem apresentar os inconvenientes acima mencionados.
guia óptico de acordo com a invenção pode, por outro lado ser utilizado como painel de sinalização ou publicitário, ou ainda como elemento decorativo, retirando localmente, a bainha que recobre a alma de modo a fazer aparecer textos ou desenhos que se tornam luminosos quando se ilumina lateralmente o guia óptico de luz.
A presente invenção refere-se para o efeito a um guia óptico de luz do tipo bainha-alma constituído por polímeros transparentes e de índices de refracção diferentes, de tal modo que o índice de refracção da bainha seja inferior ao índice de refracção da alma, no qual a alma apresenta uma secção recta constante alongada, estando a relação da maior dimensão para a menor dimensão desta secção compreendida entre 5 e 1000, e de preferência entre 10 e 200.
No guia óptico de acordo com a invenção a menor dimensão da secção recta está de preferência compreendida entre 0,5 e 5 mm e a secção que pode ter qualquer forma, é de preferên cia rectangular. 0 guia óptico de acordo com a invenção apreseri ta-se por conseguinte na forma de uma correia, uma fita achatada ou ainda de uma folha.
Verificou-se que um guia óptico deste tipo permite uma transmissão da luz muito satisfatória a uma distância apreciável, suficiente nomeadamente para a realização de letreiros, de quadros de afixação, de suportes publicitários, etc, de melhor qual idade.
A qualidade principal exigida dos materiais utilizáveis para realizar a alma do guia óptico é a transparência.
Os materiais termoplásticos utilizáveis para a alma devem, por outro lado, ser totalmente puros e desprovidos de matérias estranhas ou de constituintes voláteis. Por outro lado estes materiais termoplásticos devem apresentar uma boa estabilidade térmica, de modo a permitir a sua utilização, nomeadamente por extrusão no estado fundido. Entre os materiais termoplásticos muito transparentes que podem ser utilizados para realizar a alma da guia óptica, podem-se citar os homopolímeros e copolímeros de metacrilato de metilo, o poliestireno e o policarbonato. Estes materiais termoplásticos são normalmente preparados de acordo com um processo específico de pol imeri sação em continuo e em massa, dando uma taxa de conversão muito elevada utilizando uma fraca concentração do catalizador, como está descrito nomeadamente no pedido de patente FR-2 252 586 (MITSUBISHI RAYON Co., Ltd.). No entanto podem ser utilizadas outras técnicas desde que forneçam um polímero de alta pureza e isento de contaminação microscópica que possa afectar a qualidade óptica. Entre os materiais termoplásticos citados anteriormente o homopolímero de metacrilato de metilo é o que melhor satisfaz do ponto de vista da transparência.
A propagação de um raio luminoso no interior de um guia óptico de luz resulta essencialmente do princípio da reflexão total das ondas na interface formada pelos 2 meios, a alma e a bainha, de índices de refracção diferentes, tendo o meio reflector (a bainha) o índice menor. Ao nível da bainha, para além do índice de refracção apropriado, o material termoplástico deve apresentar uma grande transparência e uma boa aderência ao material termoplástico utilizado para a alma, a fim de evitar qualquer quebra do trajecto óptico por deslaminagem, mesmo muito insignificante.
conjunto destas exigências impõe a utilização de pares de materiais termoplásticos apropriados para realizar a alma e a bainha. Se 1eccionando os homopolímeros ou copolímeros de metacrilato de metilo tendo um índice de refracção da ordem
de 1,49, para a alma, a escolha das matérias termoplásticas para a bainha limita-se a materiais termoplásticos fluorados ou às suas misturas com os polímeros de metacrílato de metilo, desde que sejam compatíveis, tais como por exemplo os homopolímeros e copolímeros de fluoreto de vinilo, de tetraf1uoreti1eno, de hexafluorpropileno e ésteres fluorados do ácido acrílico ou ácido metacrílico. A gama dos polímeros fluorados utilizáveis está limitada por exigências de transparência e de temperatura de extrusão. São muito particu 1armente convenientes misturas de polímeros de metacrílato de metilo com um copolímero de fluoreto de vínilideno e hexafluorpropileno.
Se a alma do guia óptico de luz fôr produzida a partir de policarbonato tendo um índice de refração de 1,59, a escolha dos materiais termoplásticos utilizáveis para a bainha torna-se mais vasta, podendo esta, por exemplo, ser feita nos materiais termoplásticos fluorados, os polímeros de metacrílato de vinilo, polimeti1penteno , etc.
Verificou-se ainda que quando o material termopláj tico que constituí a alma contém um pigmento fluorescente, melhJ ra-se o efeito luminoso do guia óptico de acordo com a invenção. Os pigmentos fluorescentes utilizáveis para este efeito são descritos nomeadamente nos Pedidos de patente EP 4 655, EP 33 079 EP 41 274, EP 46 164, EP 46 861, EP 73 007, EP 77 496, cujo conteúdo técnico é incluído para referência na presente invenção.
De acordo com a invenção a secção recta alongada do guia óptico de luz pode ter qualquer forma, desde que a relação da maior dimensão para a menor dimensão seja de 5 até 1000. A forma preferida, do ponto de vista da facilidade de fabricação, é a forma rectangular.
Os guias ópticos de luz do tipo bainha-alma de acordo com a invenção podem ser fabricados por qualquer técnica de adição sequencial das diversas camadas constituintes. 0 modo de realização que se revela o mais vantajoso no plano económico é técnica de coextrusão. Neste modo preferido de realização do guia óptico de luz de acordo com a invenção, pode-se recorrer às técnicas habituais de coextrusão através de uma fieira, não sendo críticas nem a espessura das camadas poliméricas constituintes respectivas, nem a espessura total do guia óptico. Em geral prefere-se no entanto, como já se disse, que a espessura da alma esteja compreendida entre 0,5 e 5 mm. A espessura da bainha está em geral compreendida entre 0,010 e 0,5rmiede preferência entre 0,020 e 0,250 mm.
A temperatura â qual se extrude a alma e a bainha do guia óptico de luz através da fieira varia de acordo com as matérias plásticas particulares utilizadas para as realizar e está em geral compreendida no intervalo de 180 a 300eC, de preferência de 210 a 280QC. As viscosidades no estado fundido dos materiais que constituem a bainha e a alma devem ser tão próximas quanto possível de modo a obter-se um escoamento em camadas múltiplas estável e um extrudido que apresente uma geometria tão perfeita quanto possível. De preferência a viscosidade no estado fundido do polímero da bainha deve ser inferior, ou no máximo igual, à do polímero da alma, à temperatura de trabalho e para os gradientes de velocidade que existem na cabeça e na fieira. Pode-se eventualmente modificar a viscosidade no estado fundido escolhendo convenientemente o peso molecular dos materiais que constituem a bainha ou a alma.
Pode-se, por outro lado, orientar com vantagem as moléculas do guia óptico de luz coextrudido para aumentar as suas propriedades mecânicas e em particular a sua flexibilidade. Pode-se realizar esta orientação estirando axialmènte o coextrudido, geralmente até 1,3 a 2,5 vezes o seu comprimento de origem, numa fase a seguir à extrusão e a sua temperatura que permite induzir tensões de orientação.
Para certas aplicações o guia óptico de luz de acordo com a invenção pode ser envolvido por um 32 material plástico para lhe assegurar a protecção mecânica ou química, e evitar a degradação da superfíce da bainha quando das manipulações e da utilização. A realização desta 3â camada pode ser efectuada por coextrusão, ao mesmo tempo que a realização da alma e da bainha, ou pode ser realizada em linha por uma 3- extrusora que assegura o recubrimento deste 3S material depois da estiragem do guia óptico de luz.
Tal como já foi referido anteriormente, é possível como o guia óptico de acordo com a invenção realizar paineií decorativos ou outros retirando localmente a bainha que recobre a alma, de modo a fazer aparecer um motivo qualquer pretendido o que se torna luminoso quando se produz uma iluminação lateral. 0 motivo pretendido pode ser realizado nomeadamente por gravura por abrasão. Convém, como é evidente, que esta gravura seja realizada segundo uma profundidade suficiente para remover a totalidade da espessura da bainha. Para atingir este resultado com exactidão a gravura pode ser executada segundo uma profundidade ligeiramente superior à espessura da bainha, não excedendo a espessura da camada da alma retirada 0,1 mm. Para reforçar a luminusidade do motivo gravado é conveniente tornar opaca a extremidade do guia óptico oposta àquela que recebe a fonte luminosa. Esta luminosidade pode ainda ser reforçada incorporando um pigmento fluorescente na matéria que constitui a alma do guia óptico. Como variante pode-se igualmente aplicar sobre o motivo gravado uma camada de um verniz transparente à base de polimet_a crilato de metilo, contendo pigmentos fluorescentes.
A atenuação, expressa em db/km de comprimento, qué é o padrão usual da avaliação da transmissão da luz, é determinado de acordo com o seguinte modo operatório. Um diodo, emitindo uma luz monocromática de comprimento de onda de 565 nm, é utilizado como fonte luminosa estabilizada. Este comprimento de onda foi escolhido na parte com maior interesse do espectro
de transmissão de luz, que se situa entre 500 e 680 nm para os guias de ondas à base do polímero de metacrilato de metilo. Mede-se a intensidade da luz transmitida utilizando um fotodiodc cuja sensibilidade máxima à luz corresponde a um comprimento de onda de cerca de 565 nm. Para uma amostra do guia óptico de luz de qualquer comprimento superior a 5 m anotam-se então o valor de tensão VQ lido no voltímetro acoplado à saida do amplificador1 de medida do fotodiodo. Em seguida diminui-se o comprimento do guia óptico de 1 m e mede-se novamente a luz transmitida. Repete-se esta operação diminuindo o comprimento do guia óptico, e obtêm-se valores da tensão VQ correspondentes a segmentos da guia óptica cujo comprimento L difere, de cada vez, do anterior de 1 m.
Um diagrama do logaritmo da tensão VQ em funcção do comprimento L fornece então uma linha recta cujo declive constitui um coeficiente b. que é função da atenuação segundo a formula:
V = a ebL o
na qual a_ é uma constante que depende do fotodiodo, £ é a base dos logaritmos naturais e L é o comprimento do guia de ondas em metros. A atenuação, expressa em db/km de comprimento, é igual a 10 000 b/2,3 ou a 4 348 b.
A invenção é ainda ilustrada pelo exemplo de realização pratica dado adiante.
Exemplo
Uma extrusora GOTTFERT, de 20 mm de diâmetro e cori uma taxa de compressão de 4, é alimentada por grânulos secos sob vácuo do polímero de metacrilato de metilo (ΡΗΜΑ da marca PLEX 8699F comercializado por Rõhm). Mantém-se a temperatura da matéria fundida à saida da extrusora a 2359C e o débito em 980 g/hora.
Uma extrusora COLLIN, de 20 mm de diâmetro e com uma taxa de compressão de 4, é alimentada por grânulos secos sob vácuo de uma mistura contendo 65% em peso do polímero de metacrilato de metilo (Pmr-iA da marca Diakon MG 102 comercializado por Imperial Chemical Industries) e 35% em peso de um copo límero de fluoreto de vinilideno e de hexaf1uorpropi leno (PVDF da marca SOLEF 21 010 comercializado pela requerente). Mantém-se a temperatura da matéria fundida à saída da extrusora a 2359C e o débito em 220 g/h.
Um bloco de coextrusão de 12 mm de diâmetro serve de junção entre as 2 extrusoras.
Obtém-se por coextrusão, com auxílio de uma fiera chata de secção recta rectangular, de 15 mm de comprimento e de 2 mm de abertura, aquecida a 2359C, uma fita de 11,5 mm de largura e de 1,7 mm de espessura. A espessura da alma é de cerca de 1,4 mm e a da bainha é de cerca de 0,15 mm. A velocidade linear de saida da fita depois dos cilindros de arrastamento é igual a 52 m/h.
A atenuação luminosa, medida a 565 nm de comprimento de onda e segundo o modo operatório descrito anteriormente é igual a 3 000 db/km.
Incorporando-se um 2° par de cilindros de arrastamento entre a fieira e os cilindros de arrastamento da fita, realizou-se uma estiragem uniaxial segundo uma taxa de 125% a uma temperatura de cerca de 1305C. Após a estiragem a fita tem uma secção recta rectangular de 10 mm de comprimento e de 1,6 mm de espessura e apresenta propriedades mecânicas melhoradas, em particular a flexibilidade. A atenuação luminosa, medida a 565 nm de comprimento de onda, permanece no valor de 3000 db/km.
Claims (1)
- Guia óptico de luz do tipo bainha-alma, constituído por polímeros transparentes e de índices de refracção diferentes, de tal modo que o índice de refracção da bainha seja inferior ao índice de refracção da alma, caracterizado pelo facto de a alma apresentar uma secção recta constante alongada, estando a relação da maior dimensão para a menor dimensão da secção compreendida entre 5 e 1000.- 2- Guia óptico de luz de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo facto de a menor dimensão estar compreendida entre 0,5 a 5 mm.- 3 a- Guia óptico de luz de acordo com as reivindicações 1 e 2 caracterizado pelo facto de a secção recta ser de forma rectangular.Guia óptico de luz de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3 caracterizado pelo facto de a bainha que recobre a alma ser interrompida localmente, de modo a formar um texto ou desenho que aparece em forma luminosa quando se promove a iluminação lateral do guia óptico.5Guia óptico de luz de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4 caracterizado pelo facto de a alma conter um pigmento fluorescente.- 6« Guia óptico de luz de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5 caracterizado pelo facto de ser realizado pelo processo de coextrusão.Foram inventores Michel Dereppe, belga, engenheiro industrial, residente em Cios du Dauphin, 2, B-1200 Bruxelles, Bélgica, e Jacques Clausse, belga, técnico químico, residente em Rue Saint-Germaiη, 43, B-1410 Wavre, Bélgica.
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Legal Events
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| FG3A | Patent granted, date of granting |
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| PD3A | Change of proprietorship | ||
| MM3A | Annulment or lapse |
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