Строительный блок с подсветкой
BACKLIT BUILDING BLOCK

Изобретение относится к строительным изделиям, применяемым для создания объектов ландшафтного или архитектурного дизайнов, и может быть использована при строительстве подсвечиваемых дорожных покрытий, велодорожек, бордюров, панелей, стен и т.п.
Известен строительный блок с подсветкой, корпус которого образован матрицей на основе светопрозрачного ударопрочного, теплостойкого и влагоустойчивого материала, внутри которого размещен светодиодный кластер, при этом  светопрозрачная матрица корпуса выполнена объемно матовой или, по меньшей мере, одна наружная сторона корпуса матирована, а внутренний объем корпуса выполнен в форме оптической призмы, ограниченной отражающими и/или преломляющими плоскостями, светодиодный кластер выполнен в виде, по меньшей мере, одной светодиодной матрицы, по меньшей мере, с одним светодиодом (патент на 2431723, опубл. 20.10.2011г.).
Также известна светящаяся тротуарная плитка, содержащая внутри светодиоды, связанные с основанием и установленные с возможностью выхода светового потока на поверхность, а также верхний защитный слой из светопроницаемого ударопрочного материала, при этом светодиоды соединены между собой и подключены в схеме управления, светодиоды расположены на плате, закрепленной на основании, снабженном внутренними нагревательными элементами, и закрытой сверху рассеивателем света, а между рассеивателем света и верхним защитным слоем светопроницаемого, ударопрочного и влагостойкого материала помещена пленка с нанесенным изображением или информационными символами (патент на полезную модель РФ № 94239, опубл. 20.05.2010г.).
Известные технические решения при их практической реализации сопровождаются значительными производственными проблемами, связанными с тем, что матрица или плата со светодиодами непосредственно связана с основанием. В процессе формования строительного блока или тротуарной плитки невозможно обеспечить фиксацию матрицы или платы на определенном уровне, что приводит к производственному браку, приводящему к разрушению основания и повреждению матрицы со светодиодами при циклических перепадах температуры. А также в известных конструкциях невозможно обеспечить стабильное качество изделий, т.к. при формовании изделий невозможно обеспечить фиксацию светопреломляющих элементов в заданном положении.
В результате патентных исследований также выявлены следующие технические решения, которые были учтены заявителем при анализе: RU 2554958, RU 71666, RU 135323, RU 110756, RU 107167, WO 2013017705, WO 2019116058, WO 2008037832, CN 109311279, JP 2008066660, CN 101795860, EA 200801569, CN 101681050,  DE 000020304000, WO 2007115736.
Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности признаков, является светящаяся строительная деталь с высоким светопропусканием, выполненная из прозрачного полимера на основе эпоксидной или полиэфирной смолы, имеющая верхний наружный слой из полимера, промежуточный слой из полимера, наполненного стеклянной крошкой, нижний защитный слой из полимера, источник света и металлическую рамку, металлическая рамка имеет дополнительный источник света в форме нескольких частей покрытия с разделительными световыми полосами мозаики для замкнутого контура металлической рамки и группы одиночной или двойного контура светодиодов, связанных с источником питания через блок управления с возможностью включения одной или группы включения светодиодов, используя источник излучения от разделительных полос мозаики (патент на изобретение РФ № 2650989, опубл. 18.04.2018г.).
Недостатком данной конструкции является то, что при заливке смолы  перемешанной  со стеклянной крошкой, для формирования промежуточного слоя, не представляется возможным удержать стеклянная крошку строго внутри объема детали, это  нарушает геометрию детали, т.е. на боковых поверхностях детали образуются наплывы из стеклянной крошки  и раковины небольшой глубины, что снижает потребительские свойства изделия и приводит к его более раннему разрушению боковых поверхностей при циклических перепадах температуры.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение долговечности строительного блока в процессе его эксплуатации.
Техническим результатом является повышение долговечности строительного блока в процессе его эксплуатации в том числе за счет обеспечения отражения тепла, выделяемого светодиодной лентой.
Дополнительный технический результат - устранение перекосов и скручивания светодиодной ленты при заливке полимерной смолы и формирования слоев строительного блока.
Поставленная техническая задача достигается тем, что заявляется строительный блок с подсветкой, содержащий верхний наружный слой, промежуточный слой со светопреломляющими элементами, нижний слой и светодиодную ленту  с токопроводом, выведенным из блока наружу, верхний наружный, промежуточный и нижний слои выполнены на основе двухкомпонентной полимерной смолы, отверждающейся с получением светопрозрачного материала, отличающийся тем, что  между верхним наружным и нижним слоями дополнительно содержит по меньшей мере один полый светопрозрачный каркас, заполненный по его объему по меньшей мере одним промежуточным слоем со светопреломляющими элементами, а светодиодная лента закреплена на по меньшей мере одном полом светопрозрачном каркасе по его контуру, при этом нижний слой дополнительно содержит закладную отражающую поверхность.
Между верхним наружным и нижним слоями может быть установлен только один полый светопрозрачный каркас, который может быть представлен различной формы, например имеющий в сечении треугольник, квадрат, прямоугольник, круг, овал, многоугольник и т.п. сечения.  Кроме того,  между верхним наружным и нижним слоями  могут быть установлены два и более полых светопрозрачных каркасов одинаковых или разных объемов, имеющих одинаковую или разные формы сечений. Полые светопрозрачные каркасы могут быть вложенными один в другой или могут быть размещены рядом друг с другом на некотором расстоянии. Расположение полых каркасов рядами наиболее предпочтительно для изготовления строительных блоков большого объема.
Полый светопрозрачный каркас предназначен для заполнения его объема промежуточным слоем со светопреломляющими элементами. А стенки  полого светопрозрачного каркаса выполняют функцию несущей для светодиодной ленты. Предпочтительно светодиодная лента закреплена на внутреннем контуре полого светопрозрачного каркаса со смещением к его нижней кромке.
В качестве светопреломляющих элементов промежуточного слоя могут быть использованы любые известные для этих целей светопрозрачные материалы, имеющие множество светопреломляющих поверхностей, например стеклянная крошка.
Нижний слой заявляемого строительного блока выполнен с закладной отражающей поверхностью, представленной, например, металлической пластиной, отполированной по меньшей мере, с одной стороны, в частности алюминиевой пластиной с зеркальной поверхностью, обращенной в направлении светодиодной ленты. Закладная отражающая поверхность предпочтительно выполнена с размером, соразмерным размеру нижнего слоя строительного блока.
В качестве основы слоев заявляемого строительного блока используют двухкомпонентную полимерную смолу, отверждающуюся с получением светопрозрачного материала. В качестве таких смол могут быть использованы эпоксидная смола, выпускаемая в промышленном масштабе, например, отечественных марок ЭД-8,ЭД-10,ЭД-14, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 или импортные эпоксидные смолы, например марок YD-128,ST-1000, DER-671. Также могут быть использованы полиэфирные смолы, например марок Norsodyne O-12335 AL, Polipol 3401A, Novol Plus 720.
Преимущественно выбирают марки эпоксидной смолы или полиэфирной смолы, обеспечивающие повышенную истираемость, прочность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению, а также высокое светопропускание.
В качестве светодиодной ленты используют любые известные для этих целей устройства, например LED RGB/RGBW/Белого свечения или иного монохромного сечения или иные аналогичные светодиодные ленты с соответствующими блоками управления.
В качестве материала изготовления светопрозрачного полого каркаса предпочтительно используют листовые материалы из полиметилметакрилата (ПММА), полиэтилентерефталата, поликарбоната, полиуретана и т.п. известные светопрозрачные материалы, например выпускаемые в промышленном масштабе торговых марок ТОСП и ТОСН (Гост 17622-72, ТУ 2216-271-05757593-2001), Акрима (ТУ 2216-256-05757593-99, СБ и СБПТ (Гост 9784-75) и иных аналогичных материалов.
Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- между верхним наружным и нижним слоями дополнительно установлен по меньшей мере один полый светопрозрачный каркас;
- полый светопрозрачный каркас заполнен по его объему промежуточным слоем со светопреломляющими элементами;
- светодиодная лента закреплена по контуру по меньшей мере одного полого светопрозрачного каркаса;
- нижний слой дополнительно содержит закладную отражающую поверхность.
Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».
Изобретение может быть изготовлено с использованием известных технологий и материалов, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
Как известно одной из проблем изделий на основе двухкомпонентных полимерных смол, представленных  эпоксидными или полиэфирными смолами, является их низкая теплопроводность. При использовании в изделии светодиодной ленты неравномерное распределение ее теплового и светового излучения, приводит к негативным воздействиям на двухкомпонентные полимерные смолы, образующие слои строительного блока, которые усиливаются при внешних циклических температурных перепадах, что в целом приводит к появлению микротрещин и частичному разрушению в процессе эксплуатации строительных блоков, уложенных в тротуар или дорожное покрытие. Для устранения или максимально возможного снижения негативных явлений, связанных с локальными перепадами температур внутри строительного блока, возникает необходимость отражения тепла и света и равномерного их рассеивания по всему объему изделия.
В заявляемом строительном блоке для изготовления верхнего и нижнего слоев выбираются известные эпоксидные или полиэфирные смолы, предпочтительно тех марок, которые при затвердевании обеспечивают повышенные эксплуатационные показатели, например, истираемость поверхности. Верхний наружный слой, промежуточный слой и нижний слой, выполненные из эпоксидных или полиэфирных смол (термореактивные полимеры), при температурных перепадах испытывают дополнительные внутренние напряжения. В заявляемом техническом решении светодиодная лента прикрепляется и контактирует с полым светопрозрачным каркасом, выполненным из термопластичного полимера, преимущественно из полиметилметакрилата (ПММА). Размещенный в теле строительного блока полый светопрозрачный каркас, выполненный из термопластичного полимера, снижает вероятность негативного влияния температурных перепадов в процессе эксплуатации строительного блока, а закладная отражающая поверхность, например выполненная в виде металлической пластины, отполированной, по меньшей мере, с одной стороны,  размещенная в нижнем слое, улучшает как рассеивание теплового и светового потока по направлению от нижнего слоя к верхнему, так и дополнительно выполняет функцию теплопередающего элемента, обеспечивая возможность отвода тепла из строительного блока.
Обычно при изготовлении строительных блоков на стадии заливки промежуточного слоя, происходит частичный перекос или скручивание светодиодной ленты, что меняет ориентацию светодиодов. В заявляемом строительном блоке крепление светодиодной ленты предпочтительно на внутреннем контуре светопрозрачного полого каркаса в непосредственной близости к нижнему слою. Это исключает перекосы светодиодной ленты при заливке эпоксидной или полиэфирной смолы при формовании слоев строительного блока, обеспечивая равномерное излучение светового и теплового потоков, а также эффективное их рассеивание  по объему строительного блока за счет наличия закладной отражающей поверхности в нижнем слое. Дополнительно необходимо отметить, что полый светопрозрачный каркас может быть выполнен сложной формы и/или может быть представлен двумя и более полыми каркасами, вложенными друг в друга с зазором между их стенками или размещенные рядом, с образованием зазора между стенками полых каркасов, и имеющих разнообразные формы сечения и разнообразные объемы. Закрепление светодиодной формы на контурах одного или более полых светопрозрачных каркасов обеспечивает равномерное свечение блока по всему его объему, а наличие закладной отражающей поверхности, например, в виде металлической пластины препятствует перегреву, в результате чего может снижаться цветопередача и интенсивность светового потока светодиодной ленты.  Размещение нескольких полых светоотражающих каркасов без образования зазора между их стенками и с размещенными на одном уровне светодиодными лентами может привести к локальному перегреву, снижению интенсивности светового потока и его качества.
При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими рисунками, но не ограничиваются ими.
На Фиг.1 схематично изображен заявляемый строительный блок с подсветкой с один полым светопрозрачным каркасом,
На Фиг. 2 показан полый светопрозрачный каркас квадратной формы,
На Фиг.3 показан вид сверху заявляемого строительного блока с подсветкой с один полым светопрозрачным каркасом квадратной формы;
На Фиг.4 показан полый светопрозрачный каркас с двумя полыми светопрозрачными каркасами прямоугольной формы, вложенными один в другой;
На фиг.5 схематично показан взаимное расположение полых светопрозрачных каркасов прямоугольной формы, вложенными один в другой;
На Фиг.6 показан вид сверху заявляемого строительного блока с подсветкой с двумя полыми светопрозрачными каркасами, вложенными один в другой;
На фиг. 7 показан вид сверху заявляемого строительного блока с подсветкой с тремя полыми светопрозрачными каркасами квадратной формы, вложенными один в другой;
На фиг. 8 показан вид сверху заявляемого строительного блока с подсветкой в виде звезды с шестью полыми светопрозрачными каркасами треугольной формы и в виде центрального многоугольника, установленных независимо друг относительно друга на расстоянии с образованием зазоров между стенками, полость каждого каркаса заполнена собственным промежуточным слоем со светопреломляющими элементами;
На фиг. 9 показан вид сверху заявляемого строительного блока с подсветкой с внешним каркасом прямоугольной формы с четырьмя полыми внутренними светопрозрачными каркасами прямоугольной формы, вложенными внутри внешнего каркаса, и размещенные симметрично рядами;
На Фиг.10 показано тоже что на Фиг. 1, но в виде фото готового изделия.
(
Заявляемый строительный блок выполнен из нескольких слоев-  верхний наружный слой 1, нижний слой 5, между которыми размещен полый светопрозрачный каркас 2 (Фиг.1), имеющий в сечении квадрат и выполненный, например, из ПММА марки ТОСП  (ГОСТ 17622-72), внутри полости которого размещен промежуточный слой 3 со светопреломляющими элементами, в качестве которых использована стеклянная крошка 4. В качестве материала для изготовления  верхнего наружного слоя 1, нижнего слоя 5 и промежуточного слоя 3 использована эпоксидно-диановая смола ЭД-8эпоксидная  смола) по ГОСТ 10587-84, или  может быть использована полиэфирная смола, например, марки Norsodyne O-12335 AL, отверждающиеся с образованием светопрозрачных слоев строительного блока. По внутреннему контуру нижней части полого светопрозрачного каркаса 2 закреплена светодиодная лента 6, которая имеет токопровод 7, выведенный наружу для подключения к внешним источникам тока. В нижнем слое 5 размещена закладная отражающая поверхность 8, представленная, например, отполированной, по меньшей мере, с одной стороны, пластиной из алюминия или его сплавов. Следует отметить, что расположение светодиодной ленты 6 по внешнему контуру полого светопрозрачного каркаса 2 со смещением в направлении нижней части обеспечивает более равномерное распределение светового потока в строительном блоке.
В случае изготовления строительных блоков больших размеров или фигурной формы, между верхним наружным слоем 1 и нижним слоем 5 размещены два или более полых светопрозрачных каркаса 2,9, 10. При этом светопрозрачные каркасы 2, 9, 10 имеют в сечении квадрат или прямоугольник, или треугольник, или многоугольник или иную форму. Светопрозрачные каркасы 2,9,10 имеют разные объемы, каждый из которых заполнен промежуточными слоями 3 из эпоксидной или полиэфирной смолы со стеклянной крошкой 4 в качестве светопреломляющих элементов.
Изготовление строительного блока начинается верхнего наружного слоя 1 следующим образом. Сначала в предварительно подготовленную форму заливают массу двухкомпонентной полимерной смолы, например на основе эпоксидной смолы или полиэфирной смолы, в объеме, достаточном для получения верхнего наружного слоя 1 и выдерживается до его затвердевания. Затем на образованный верхний наружный слой 1 устанавливают полый светопрозрачный каркас 2, на нижнюю часть которого по внутреннему контуру предварительно закрепляют при помощи прозрачного клея светодиодную ленту 6 с токопроводом 7. Затем в полость светопрозрачного каркаса 2 заливают массу на основе эпоксидной или полиэфирной смолы со стеклянной крошкой 4 для формирования внутри полости светопрозрачного  каркаса 2 промежуточного слоя 3. Массу на основе эпоксидной или полиэфирной смолы без  стеклянной крошки  заливают между внутренними стенками формы и наружными стенками полого светопрозрачного каркаса 2 с последующей заливкой  в форму массы на основе эпоксидной или полиэфирной смолы для формирования нижнего слоя 5. В нижний слой 5 при заливке эпоксидной или полиэфирной смолы закладывается отполированная по меньшей мере, с одной стороны, отражающая поверхность 8, в виде металлической пластины, выполненной, например, из алюминия, и отполированной с одной стороны. Указанная закладная отражающая поверхность 8 в виде металлической пластины выполняет одновременно функцию светоотражающего и теплоотражающего, а также теплоотводящего элемента. Наличие закладной отражающей поверхности 8 в нижнем слое 5 строительного блока обеспечивает равномерное рассеивание светового и теплового потока по объему изделия, что снижает потери, усиливает полезный световой поток в направлении верхнего слоя изделия, обеспечивая одновременно равномерное рассеивание и отвод тепла. Одновременное наличие в теле строительного блока по меньшей мере одного полого светопрозрачного каркаса, выполненного из термореактивного полимера, и наличие закладной отражающей поверхности, например, в виде металлической пластины в нижнем слое строительного блока препятствуют преждевременному разрушению заявляемого строительного блока в результате его использования в условиях перепадов температур.
Опытно-промышленные испытания заявляемого строительного блока показали, что его долговечность заявляемого строительного блока увеличивается в 1,5 - 2 раза.