DE29719861U1 - Flammhemmend ausgerüstetes Kunststoffmaterial - Google Patents
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Description
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Busse & Busse Patentanwälte
European Patent and Trademark Attorneys Röchling Hären KG
Röchlingstraße 1 Dipl.-!ng. Dr. iur. V. Busse
p.49733 Hären Dipl.-lng. Dietrich Busse
Dipl.-Ing. Egon Bünemann Dipl.-lng. Ulrich Pott
Großhandelsring 6
D-49084 Osnabrück
Postfach 1226
D-49002 Osnabrück
Telefon:0541-58608 1 Telefax:0541-588 164
EB/KE/Ko-397261 11.11.1997
Die Erfindung betrifft ein flammhemmend ausgerüstetes Kunststoffmaterial nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Herstellung derartiger Kunststoffmaterialien wird als Grundstoff Polyethylen
hohen Molekulargewichts (ca. 300.000 bis 600.000 g/mol; ermittelt nach der
Margolies Gleichung) und/oder uitrahohen Molekulargewichts (> 1.000.000
g/mol; ermittelt nach der Margolies Gleichung) eingesetzt. Diese Grundstoffe sind
am Markt unter den Bezeichnungen PE 500 bzw. PE 1000 erhältlich.
Die auf Basis dieser Grundstoffe gefertigten Kunststofferzeugnisse zeichnen sich
durch hohe Kerbschlagzähigkeit, sehr gute Gleitreibungseigenschaften und einen sehr geringen Abrieb aus. Zur flammhemmenden Ausrüstung derartiger Kunststoffmaterialien
wurden bisher vorwiegend Halogenverbindungen eingesetzt. Aus diesen können jedoch bei Brandeinwirkung giftige Chemikalien entstehen, weswegen
ihre Verwendung zunehmend unerwünscht ist. Auch das als Flamm-
Schutzmittel sehr wirksame Antimon wird kaum noch eingesetzt, da es in dem
Verdacht steht, Krebs zu erregen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flammhemmend ausgerüstetes
Kunststoffmaterial auf der Basis von Polyethylen hohen Molekulargewichts - im folgenden PE-HMW - oder Polyethylen ultrahohen Molekulargewichts
- im folgenden PE-UHMW - oder Mischungen daraus anzugeben, das unter Beibehaltung
der positiven Materialeigenschaften des PE-HMW oder PE-UHMW ohne die Verwendung von Halogenen oder Antimon eine gute flammhemmende
Wirkung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kunststoffmateriai mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Dazu wird dem PE-HMW oder PE-UHMW ein Anteil eines thermisch expandierbaren Zusatzes beigefügt. Dieser Zusatz weist ein
Treibmittel auf, das sich, wird der Zusatz als Flammschutzmittel eingesetzt, in einem aus dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial gefertigten Erzeugnis unter
Hitzeeinwirkung explosionsartig ausdehnt. Damit wird eine Oberflächenvergrößerung
erzielt, die eine Abkühlung bewirkt und zum sofortigen Verlöschen der Flamme führt. Zusätzlich bilden dabei entstandene Gase und/oder herausgesprengte
Partikel eine örtliche Abschirmung gegen weitere Hitzeeinwirkung. Wegen der dadurch erzielten guten flammhemmenden Eigenschaften kann auf
Flammschutzmittel, die Halogene oder Antimon enthalten, verzichtet werden.
Besonders geeignet als thermisch expandierbarer Zusatz sind expandierbare
Graphit- oder Rußmodifikationen, insbesondere expandierbarer Graphit. Dabei handelt es sich um im wesentlichen grobkristallin, flockenförmig vorliegenden
Graphit, in dessen Schichtgitterstruktur ein Treibmittel, in der Regel in Form einer
Säure, wie z.B. Schwefelsäure, eingelagert ist.
Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, expandierbaren Graphit als Flammschutzmittel
einzusetzen, doch ist seine Verwendung bei Kunststoffen bisher auf den Einsatz in ganz speziellen Materialien, z.B. Polyurethanschaumstoffen,
Dichtungsmassen oder Kabel manschetten beschränkt. Diese Materialien werden im wesentlichen in einem konventionellen Extrusionsverfahren geformt, bei dem
sie über eine Schnecke gefördert werden. Auf den zugesetzten expandierbaren Graphit wirken dabei hohe Scherkräfte, die seine thermische Expandierbarkeit
weitgehend zerstören. Es müssen daher erhebliche Mengen des expandierbaren Graphits beigefügt sein, die zu einer Materialversprödung führen. Diese wäre jedoch
bei auf PE-HMW und/oder PE-UHMW basierenden Materialien, an die, wie vorbeschrieben, hohe Zähigkeitsanforderungen gestellt werden, nicht tolerierbar.
In PE-HMW und/oder PE-UHMW erzielen aber thermisch expandierbare Zusätze
als Flammschutzmittel, auch wenn sie nur in kleinen Mengen zugesetzt werden, eine nicht vorhersehbar und überraschend gute Flammschutzwirkung.
Der Anteil des thermisch expandierbaren Zusatzes kann daher vorzugsweise nur
bis zu 20 % am Gesamtgewicht des Kunststoffmaterials betragen. Durch diesen geringen Anteil an expandierbarem Zusatz bleiben die positiven Werkstoffeigenschaften
des PE-HMW- und/oder PE-UHMW-Grundstoffes erhalten, und es wird einer Versprödung des Kunststoffmaterials entgegengewirkt. In einer bevorzugten
Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials beträgt der Anteil an thermisch expandierbarem Zusatz sogar nur zwischen 5 und 10 Gew.-%.
Ferner kann das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial einen weiteren Zusatz von
bis zu 20 Gew.-% Ammoniumpolyphosphat enthalten. Dabei handelt es sich ebenfalls um ein Flammschutzmittel, das beim Brennen einen hauchdünnen
Keramikfilm ausbildet, der die infolge der Ausdehnung des thermisch expandierbaren
Zusatzes durch Abplatzen von Polyethylenteilchen entstandene vergrößerte Oberfläche bedeckt und gegen weitere Hitzeeinwirkung abschirmt. Vorzugsweise
beträgt der Anteil an Ammoniumpolyphosphat 1 bis 5 Gew.-%. Zwischen dem thermisch expandierbaren Zusatz und dem Ammoniumpolyphosphat besteht
dabei eine Synergiewirkung, die dazu führt, daß die Anteile sowohl des thermisch
expandierbaren Zusatzes als auch des Ammoniumpolyphosphates bei guter Flammschutzwirkung sehr gering gehalten werden können.
Ein ähnlicher Effekt wird durch die Zugabe von Magnesiumdihydroxid,
Aluminiumtrihydroxid oder Kalziumdihydroxid erzielt, die in dem erfindungsgemäßen
Kunststoffmaterial in bis zu 15 Gew.-% enthalten sein können und unter
Hitzeeinwirkung ebenfalls einen Keramikfilm ausbilden. Ferner scheiden sie bei einem Brand Wasser ab, was ebenfalls zum Verlöschen der Flamme führt. Ein
Anteil von bis zu 5 Gew.-% Borsäure oder deren Anhydriden wirkt entsprechend wie die vorerwähnten Hydroxidverbindungen und verstärkt insoweit ebenfalls die
fiammhemmende Wirkung.
Einer bevorzugten Rezeptur des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials sind bis
zu 10 Gew.-% Rußpartikel zugefügt, die dem Kunststoffmaterial eine elektrische
Leitfähigkeit verleihen und so dessen statische Aufladung verhindern.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial liegt vorzugsweise als unter Druck- und
Wärmeeinwirkung verpreßtes oder ram-extrudiertes Stangenmaterial, wie z.B. Rundstäbe oder Profilstäbe, oder Plattenmaterial vor. Aus diesem Halbzeug
können dann die gebrauchsfertigen Erzeugnisse durch Schneiden oder spanende Bearbeitung hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial kann
jedoch auch in Pulverform vorliegen, woraus im folgenden Kunststofferzeugnisse gefertigt werden.
Claims (9)
- Busse & Busse PatentanwälteEuropean Patent and
Trademark AttorneysRÖchling Hären KG Dipl.-lng. Dr. iur. V. BusseRöchlingstraße 1 Dipl.-lng. Dietrich BusseHarpn Dipl.-lng. Egon BünemannDipl.-lng. Ulrich PottGroßhandelsring 6D-49084 OsnabrückPostfach 12 2 6D-49002 OsnabrückTelefon:0541-586081 TeIefax:0541-588164EB/KE/Ko-397261
11.11.1997Schutzansprüche1. Flammhemmend ausgerüstetes Kunststoffmaterial auf der Basis von Polyethylen
hohen und/oder ultrahohen Molekulargewichts mit Bestandteilen von
Flammschutzmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammschutzmittel einen
thermisch expandierbaren Zusatz aufweist. - 2. Kunststoffmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei
dem thermisch expandierbaren Zusatz um einen durch zwischen seinen Kristallgitterstrukturen
eingelagertes Treibmittel expandierbaren Graphit handelt. - 3. Kunststoffmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anteil des thermisch expandierbaren Zusatzes bis zu 20 % am Gesamtgewicht
des Kunststoffmaterials beträgt. - 4. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
einen weiteren Zusatz von bis zu 20 Gew.-% Ammoniumpolyphosphat. - 5. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz von insgesamt bis zu 15 Gew.-% Magnesiumdihydroxid und/oder Aluminiumtrihydroxid und/oder Kalziumdihydroxid.
- 6. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz von bis zu insgesamt 5 Gew.-% Borsäure und/oder deren Anhydride.
- 7. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz von bis zu 10 Gew,-% Ruß.
- 8. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Pulverform vorliegt.
- 9. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als unter Druck- und Wärmeeinwirkung verpreßtes oder ram-extrudiertes Stangen- oder Plattenmaterial vorliegt.
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