DE102012204486A1

DE102012204486A1 - Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke

Info

Publication number: DE102012204486A1
Application number: DE102012204486A
Authority: DE
Inventors: Jens Ackermann; Ilonka Maier; Dirk Schmiederer; Sonja Oesterle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2013139540A1; US20150048561A1; CN104321176A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke, wobei das Flammschutzmittel auf eine Werkstoffform aufgebracht und beim Herstellen des Kunststoffs, z.B. über Spritzgiessen oder Extrusionsblasformen gezielt in den Kunststoff eingebracht wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von flammgeschützten Kunststoffwerkstücken.
Ein Spritzgießverfahren und eine Spritzgießmaschine ist aus der DE 20 2007 018 370 111 bekannt.
Für viele Anwendungen, wie Haushaltsgeräte oder Elektroautos bestehen erhöhte Anforderungen an die verwendeten Kunststoffwerkstücke hinsichtlich des Flammschutzes. Üblicherweise wird ein erhöhter Flammschutz dadurch erreicht, dass Additive eincompoundiert werden.
Es besteht jedoch die Notwendigkeit nach alternativen Verfahren zur Einbringung derartiger Additive.
Offenbarung der Erfindung
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Herstellungsverfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke bereitzustellen. Dies wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst. Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke vorgeschlagen, umfassend die Schritte:

a) (teilweises) Imprägnieren einer Werkstoffform mit einem Flammschutzmaterial
b) Einbringung von Flammschutzmaterial in das Kunststoffwerkstück bei der Abformung des Kunststoffwerkstücks

Überraschend hat sich herausgestellt, dass so auf einfache Weise flammgeschützte Kunststoffwerkstücke hergestellt werden können. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die so hergestellten Kunststoffwerkstücke oftmals einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen:

– Die Flammschutzschicht ist gezielt nur auf der Oberfläche derjenigen Bereiche des Kunststoffwerkstücks vorhanden, bei denen ein Flammschutz notwendig ist. Somit können negative Oberflächeneigenschaften, die aus der Anwesenheit der Flammschutzmaterialien herrühren vermindert oder teilweise sogar ganz vermieden werden.
– Bei vielen Anwendungen des Verfahrens (s. dazu unten) liegt der Kunststoff als Schmelze oder schmelzartig bzw. in einem erweichten Zustand vor, so dass der Flammschutzstoff oberflächennah in den Kunststoff eingebettet werden kann. Dies hat zur Folge, dass keine oder nur wenig Fehlstellen durch Abplatzen der Flammschutzschicht resultieren und ein Abrieb der Flammschutzschicht verzögert auftritt.
– Das Verfahren erfordert keine zusätzlichen, nachgeschalteten Schritte, sondern kann zwanglos in bestehende Herstellungsverfahren integriert werden.
– Die Flammschutzadditive liegen dort vor, wo sie wirksam sind – an der Formteiloberfläche. Hierdurch ist ein geringerer Additivgehalt für die selbe Wirkung ausreichend. Zudem weisen die Bauteile höhere mechanische Eigenschaften auf, da ein über den Bauteilquerschnitt geringerer Füllstoffgehalt vorliegt.
– Es können Standardkunststoffe verarbeitet werden, die in der Regel einfacher zu verarbeiten und kostengünstiger sind.
– Da die Flammschutzadditive nicht eincompoundiert werden müssen, können auch Additive mit Flammschutzwirkung eingesetzt werden, die eine geringere Verarbeitungsstabilität aufweisen und bei der Compoundierung zersetzt werden würden, wie beispielweise expandierbarer Graphit.

Unter dem Term „Kunststoffwerkstück“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere verstanden, dass Kunststoff in einem Urform- oder Umformverfahren in seine für eine spezifische Anwendung benötigte Form gebracht wird. Geeignete Kunststoffe sind insbesondere Thermoplaste, wie zum Beispiel Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polyacetale und/oder Polyketone, aber auch Duroplaste, Glas-, Aramid- und/oder Kohlefaserverbundwerkstoffe und/oder Elastomere sowie Mischungen dieser Materialien.
Unter dem Term „Flammschutz“ bzw. „flammgeschützt“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere verstanden, dass durch mindestens ein Additiv eine Minimierung des Brandrisikos, eine Verminderung der Entzündungswahrscheinlichkeit und/oder eine verzögerte Brandausbildung resultiert. Geeignete Flammschutzmaterialien sind z.B. roter Phosphor, polybromierte und/oder polychlorierte organische Verbindungen, Antimontrioxid, Metallhydroxide, organische Phosphorverbindungen, Melamincyanurat, Zinkborat, expandierbarer Graphit, PTFE, Aluminiumoxid und/oder hexagonales Bornitrid oder Mischungen dieser Materialien.
Unter dem Term „Werkstoffform“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine Form verstanden, mittels deren Hilfe das Kunststoffwerkstück hergestellt, verformt oder modifiziert werden kann, wie zum Beispiel ein Spritzgießwerkzeug, ein Extrusionswerkzeug, ein Presswerkzeug und/oder ein Thermoformwerkzeug.
Unter dem Term „Abformung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere jedes Herstellungsverfahren verstanden, bei dem ein Kunststoffwerkstück mittels der Werkstoffform hergestellt, verformt oder modifiziert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Spritzguss-, Thermoform-, Extrusion- oder Extrusionsblasformverfahren. Diese Verfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt.
Unter dem Term „Spritzgussverfahren“ wird insbesondere verstanden, dass ein Kunststoff in einem Aggregat plastifiziert und zyklisch in eine temperierte Werkstoffform eingebracht wird.
Unter dem Term „Thermoformverfahren“ wird insbesondere verstanden, dass mindestens ein Kunststoffhalbzeug in einen plastischen Zustand überführt und dann durch eine Werkstoffform in seiner Geometrie verändert wird.
Unter dem Term „Extrusionsblasformen“ wird insbesondere verstanden, dass ein Kunststoff kontinuierlich plastifiziert und zyklisch in eine Werkstoffform transferiert wird, wo er beispielsweise durch einen Innendruck in seiner Geometrie verändert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt a) so durchgeführt, dass eine Lösung des Flammschutzmittels auf die Werkstoffform bzw. gezielte Bereiche desselben aufgebracht wird und anschließend das Lösemittel entfernt wird.
Das Aufbringen kann bei geöffnetem und/oder geschlossenen Werkzeug z.B. durch Aufsprühen, Aufstreichen und/oder Einspritzen erfolgen. Die Entfernung des Lösemittels kann durch Trocknen, Erhitzen, Unterdruck und/oder Abblasen erfolgen.
Alternativ oder ergänzend kann das Flammschutzmittel auch z.B. in Pulverform aufgebracht werden.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen sowie eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Zeichnungen zeigen die 1 bis 4 ein exemplarisches Ablaufschema eines Herstellungsprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses Verfahren ist ein Spritzgussverfahren, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es sei darauf hingewiesen, dass hinsichtlich des Spritzgiessens das Verfahren nicht in allen Einzelheiten beschrieben wird; weitere Details sind jedoch dem Fachmann bekannt.
In 1 wird zunächst die Werkstoffform, die aus zwei Teilen 10 (Auswerferseite) und 11 (Düsenseite) besteht, auf der Auswerferseite 10 mit dem Flammschutzmittel versehen. Dies geschieht in dieser Ausführungsform, wie in 1 zu sehen, durch Besprühen mit einer Lösung und anschließendem Trocknungsschritt (in den Figuren nicht gezeigt).
Anschließend wird die Form geschlossen (2), wodurch sich ein Hohlraum 15 bildet, und durch den Anguss 16 der Kunststoff eingespritzt wird (3). Im Zuge dieses Herstellungsprozesses wird nun das Flammschutzmittel, welches sich an der Auswerferseite 10 der Werkstoffform befanden hatte, in das entstehende Kunststoffwerkstück 20 eingepresst bzw. eingelagert, so dass sich gezielt oberflächennah eine Flammschutzschicht bildet.
Nach Trennen von Düsenseite 11 und Auswerferseite 10 (4) kann das fertige Kunststoffwerkstück 20 erhalten werden, welches auswerferseitig nun mit dem Flammschutzmittel versehen ist. Je nach Auftragsart kann das Flammschutzmittel vollflächig oder partiell aufgetragen und abgeformt werden.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort umfassen schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbstimmte Artikel „ein“ schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Aquivalenten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202007018370111 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke, umfassend die Schritte a) (teilweises) Imprägnieren einer Werkstoffform (10; 11) mit einem Flammschutzmaterial b) Einbringung von Flammschutzmaterial in das Kunststoffwerkstück (20) bei der Abformung des Kunststoffwerkstücks
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Kunststoffwerkstück (20) aus einem Material besteht ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Thermoplaste, Duroplaste, Glas-, Aramid- und/oder Kohlefaserverbundwerkstoffe und/oder Elastomere
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Flammschutzmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend roter Phosphor, polybromierte und/oder polychlorierte organische Verbindungen, Antimontrioxid, Metallhydroxide, organische Phosphorverbindungen, Melamincyanurat, Zinkborat, expandierbarer Graphit, PTFE, Aluminiumoxid und/oder hexagonales Bornitrid oder Mischungen dieser Materialien.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren ein Spritzguss-, Thermoform-, Extrusion- oder Extrusionsblasformverfahren ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Schritt a) so durchgeführt wird, dass eine Lösung des Flammschutzmittels auf die Werkstoffform bzw. gezielte Bereiche desselben aufgebracht wird und anschließend das Lösemittel entfernt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Schritt a) das Aufbringen des Flammschutzmittels, insbesondere eine Lösung des Flammschutzmittels, durch Aufsprühen, Aufstreichen und/oder Einspritzen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt a) die Entfernung des Lösemittels durch Trocknen, Erhitzen, Unterdruck und/oder Abblasen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt a) das Flammschutzmittel in Pulverform aufgebracht wird.