WO2013139540A1 - Verfahren zur herstellung flammgeschützter kunststoffwerkstücke - Google Patents

Verfahren zur herstellung flammgeschützter kunststoffwerkstücke Download PDF

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Ilonka MAIER
Sonja OESTERLE
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    • B29K2105/0026—Flame proofing or flame retarding agents

Definitions

  • the present invention relates to the production of flame-retardant
  • a method for producing flame-retardant plastic workpieces comprising the steps of: a) (partially) impregnating a material mold with a
  • flame-retardant plastic workpieces can be produced.
  • the plastic workpieces thus produced often have one or more of the following advantages:
  • the flame retardant layer is targeted only on the surface of those
  • the plastic is in the form of a melt or in a melt or in a softened state, so that the flame retardant can be embedded close to the surface in the plastic. This has the consequence that little or no defects result by flaking of the flame retardant layer and abrasion of the flame retardant layer occurs delayed.
  • the process does not require any additional downstream steps but can be easily integrated into existing manufacturing processes.
  • the flame retardant additives are present where they are effective - on the molding surface. As a result, a lower additive content is sufficient for the same effect. In addition, the components have higher mechanical properties, since a lesser over the component cross-section
  • flame retardant additives do not have to be compounded, it is also possible to use additives with flame retardancy, which have lower processing stability and would be decomposed during compounding, such as, for example, expandable graphite.
  • plastic workpiece in the context of the present invention is understood in particular that plastic in a primary or Forming process is brought into its required for a specific application form.
  • Suitable plastics are, in particular, thermoplastics, such as, for example, polyolefins, polyamides, polyesters, polyacetals and / or polyketones, but also thermosets, glass, aramid and / or carbon fiber composites and / or elastomers, and also mixtures of these materials.
  • flame retardant or "flameproof” in the sense of the present invention is understood in particular to mean that at least one additive minimizes the risk of fire, reduces the risk of fire
  • Suitable flame retardant materials are e.g. red phosphorus, polybrominated and / or polychlorinated organic compounds, antimony trioxide, metal hydroxides, organic phosphorus compounds, melamine cyanurate, zinc borate, expandable graphite, PTFE, alumina and / or hexagonal boron nitride or mixtures of these materials.
  • material form in the sense of the present invention is understood in particular to mean a shape by means of which the plastic workpiece can be produced, deformed or modified, such as, for example
  • thermoforming tool Injection mold, an extrusion tool, a pressing tool and / or a thermoforming tool.
  • impressions in the context of the present invention is understood to mean in particular any production process in which a
  • Plastic workpiece is produced, deformed or modified by means of the material form.
  • Process according to the invention an injection molding, thermoforming, extrusion or extrusion blow molding process. These methods have proven particularly useful in practice.
  • injection molding is understood in particular that a plastic is plasticized in an aggregate and cyclically introduced into a tempered material form.
  • thermoform process is understood in particular that at least one plastic semi-finished product is converted into a plastic state and then changed by a material shape in its geometry.
  • extrusion blow molding is understood to mean, in particular, that a plastic is plasticized continuously and cyclically into a material form
  • Geometry can be changed.
  • step a) is carried out so that a solution of the flame retardant is applied to the material form or targeted areas thereof and then the solvent is removed.
  • the application can be carried out with the tool open and / or closed, e.g. by spraying, brushing and / or injecting done.
  • the removal of the solvent can be done by drying, heating, vacuum and / or blowing off.
  • the flame retardant can also be used e.g. be applied in powder form.
  • FIGS. 1 to 4 show an exemplary flowchart of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention
  • the finished plastic workpiece 20 can be obtained, which is now provided with the flame retardant ejector side. Depending on the order type, this can

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke (20), wobei das Flammschutzmittel auf eine Werkstoffform (10) aufgebracht und beim Herstellen des Kunststoffs, z.B. über Spritzgießen oder Extrusionsblasformen gezielt in den Kunststoff eingebracht wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von flammgeschützten
Ku n ststoffwerkstü cken . Ein Spritzgießverfahren und eine Spritzgießmaschine ist aus der
DE 20 2007 018 370 1 1 1 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 dieselbe 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„Thermoform verfahren" 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 geschlossenem 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 Figuren 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 Fig. 1 wird zunächst die Werkstoffform, die aus zwei Teilen 10
(Auswerferseite) und 1 1 (Düsenseite) besteht, auf der Auswerferseite 10 mit dem Flammschutzmittel versehen. Dies geschieht in dieser Ausführungsform, wie in Fig. 1 zu sehen, durch Besprühen mit einer Lösung und anschließendem
Trocknungsschritt (in den Figuren nicht gezeigt).
Anschließend wird die Form geschlossen (Fig. 2), wodurch sich ein Hohlraum 15 bildet, und durch den Anguss 16 der Kunststoff eingespritzt wird (Fig. 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 1 1 und Auswerferseite 10 (Fig. 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 unbestimmte 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 Äquivalenten.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung flammgeschützter Kunststoffwerkstücke,
umfassend die Schritte a) (teilweises) Imprägnieren einer Werkstoffform (10; 1 1 ) mit einem
Flammschutzmaterial b) Einbringung von Flammschutzmaterial in das Kunststoffwerkstück (20) bei der Abformung des Kunststoffwerkstücks
2. 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
3. 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.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren ein Spritzguss-, Thermoform-, Extrusion- oder Extrusionsblasformverfahren ist.
5. 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.
6. 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.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt a) die
Entfernung des Lösemittels durch Trocknen, Erhitzen, Unterdruck und/oder Abblasen erfolgt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt a) das
Flammschutzmittel in Pulverform aufgebracht wird.
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