[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffteilen, insbesondere von Kunststoffgehäusen, insbesondere zur Aufnahme elektrischer oder elektronischer Komponenten .

[0002] In der Kunststofftechnik ist es bekannt, die Kunst stoffe mit Flammenschutzmitteln zu versetzen, um bestimmten Brandschutzanforderungen zu genügen. Als Flammenschutzmittel werden elementarer roter Phosphor oder auch Phosphorverbindun gen eingesetzt. Mit den Auswirkungen des Flammenschutzmittels auf die Kunststoffqualität befasst sich die DE 102009 059 771 Al. Die WO 2013/03870584 Al behandelt das Verhalten von sol chen Kunststoffkörpern bei Nachlagerung bei Raumtemperatur. Eine gewisse Rolle spielt immer wieder die Hydrolysebeständig keit von Kunststoffen, die Phosphor enthalten. Dazu wird auf die DE 102007 061 761 Al, die DE 102007 061 762 Al, die DE 10 2008 062 903 Al, die WO 2014/086830 Al, die WO 2014/086832 Al und die WO 2014/086944 Al verwiesen. Die Anwendung von phosphorhaltigen Kunststoffen für Gehäuse, die auch elektri sche oder elektronische Komponenten enthalten können, geht aus der EP 0768 336 Bl, der DE 19920 276 Al sowie der DE 102010 041 388 Al hervor. Die DE 19920 276 Al geht im Weiteren da rauf ein, dass phosphorhaltige Kunststoffe einen schädigenden Einfluss auf Kupfer haben können.

[0003] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein

Konzept zur Verwendung flammengeschützter Kunststoffe für Kunststoffteile, insbesondere zum Bau von Gehäusen anzugeben, die elektrische oder elektronische Komponenten enthalten kön nen.

[0004] Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst: [0005] Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Kunst stoffmasse aus, die mit einem Flammenschutzmittel vermischt ist oder vermischt wird. Die Kunststoffmasse kann als formlose Masse in flüssiger oder breiiger Form, in fester Form in Ge stalt von Pellets oder als Halbzeug (z.B.als Kunststoffdraht oder Kunststoffplatten) vorliegen. Ist sie bei Umgebungstempe ratur flüssig, kann sie durch chemisches Aushärten in eine feste Form überführt werden. Ist sie aufgrund einer thermi schen Plastifizierung in flüssige oder breiige Form überführt worden, kann sie durch Abkühlen in feste Form rücküberführt werden.

[0006] Die Kunststoffmasse kann bereits mit einem Flammen schutzmittel gemischt sein oder vor ihrer Weiterverarbeitung mit einem Flammenschutzmittel möglichst gleichmäßig vermischt werden.

[0007] Das Formen des Kunststoffgehäuses oder Teilen davon kann in einem Urformprozess, z.B. durch Spritzgießen, erfol gen. Liegt die Kunststoffmasse als Halbzeug, z.B. in Form von Platten, vor, kann das Kunststoffgehäuse oder Teile davon auch durch Umformen, z.B. Erwärmen und Tiefziehen, erfolgen. Ein wesentlicher Arbeitsschritt bei der Herstellung des Kunst- stoffteils, z.B. Kunststoffgehäuses liegt dann in dem Schritt des Mobilisierens und Abführens oberflächlich gebundenen Flam menschutzmittels von dem Kunststoffgehäuse oder Teilen. Dabei werden Maßnahmen getroffen, durch die oberflächennahes Flam menschutzmittel aus dem Kunststoffteil, z.B. Kunststoffgehäuse oder dessen Teilen an die Oberfläche diffundiert und von dort weg geführt wird. An dem Kunststoffteil sowie in dem Kunst stoffgehäuse entsteht dadurch eine dünne, von Flammenschutz mittel verarmte Oberflächenschicht, die jedoch hinsichtlich der Anforderungen bezüglich Brandsicherheit keine oder nur eine sehr untergeordnete Rolle spielt. [0008] Ein derart bereitgestelltes Kunststoffteil kann dau erhaft in Nachbarschaft elektrischer oder elektronischer Bau teil angeordnet werden. Ein so bereitgestelltes Kunststoffge- häuse eignet sich zur Aufnahme elektrischer und elektronischer Schaltungen und zeigt auch bei Einsatz unter widrigen Bedin gungen keinen oder kaum noch schädigenden Einfluss auf im Ge häuseinneren angeordnete Metallteile oder andere empfindliche Teile. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Gehäusen von Ge räten, die unter schwierigen klimatischen Verhältnissen, d.h. bei besonders hohen oder besonders niedrigen Temperaturen oder wechselnden Temperaturen, sowie bei hoher Luftfeuchtigkeit eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfin dungsgemäße Verfahren auf Gehäuse aus, die Bedingungen ausge setzt sind, in denen es im Gehäuseinneren zu einer hohen Feuchtigkeitskonzentration und auch Kondensatbildung kommen kann.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Erzeu gung von Kunststoffteilen und Kunststoffgehäusen Gehäusen, bei denen das Flammenschutzmittel roter Phosphor oder eine Phos phorverbindung ist. Die Nutzung von rotem Phosphor als Flam menschutzmittel ist sehr wirtschaftlich. Außerdem sind die Auswirkungen des Phosphors auf die physikalischen Eigenschaf ten des Kunststoffs bei den meisten verwendbaren Kunststoffen deutlich geringer als bei anderen Flammenschutzmitteln. Durch die erfindungsgemäße Mobilisierung und Abführung oberflächen nah gebundenen Flammenschutzmittels - insbesondere Phosphors - wird erreicht, dass in dem Kunststoffgehäuse zumindest ober flächennah nur Phosphor verbleibt, der in die Matrix des Kunststoffs gut eingebunden ist.

[0010] Der Kunststoff kann ein duroplastischer Kunststoff (Gießharz, Polyesterharz, Polyurethan oder dergleichen) oder ein thermoplastischer Kunststoff sein (Polystyrole (HIPS), Po- lybutylenterephthalat (PBT), Polyamide (PA6, PA66, PA12 oder ähnliches) sein. Vorzugsweise führt die Mobilisierung und Ab führung von oberflächlich bzw. oberflächennah gebundenem Flam menschutzmittel dazu, dass die Oberflächenkonzentration von Phosphor an dem fertiggestellten Gehäuse unter 3%, vorzugs weise unter 2,5% liegt. Oberflächenkonzentrationen von 1,5% bis 2% sind tolerierbar.

[0011] Diese Werte lassen sich mit einer Kunststoffmasse er- rreichen, die vor der Formung der Gehäuseteile einen Phosphor gehalt von vorzugsweise mindestens 8%, dabei aber höchstens 15%, vorzugsweise höchstens 12% aufweisen. Das mit dem Verfah ren erzeugte Gehäuse kann eine Wandstärke von 2-12mm aufwei sen.

[0012] Zur Mobilisierung und Abführung des Phosphors von der Oberfläche sowie aus oberflächennahen Schichten des Kunst stoffgehäuses oder von Teilen des Kunststoffgehäuses werden das Gehäuse oder die Teile vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb 80°C, weiter vorzugsweise oberhalb 90°C gelagert. Vorzugsweise erfolgt die Lagerung dabei in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von über 90%, vorzugsweise über 95%. Unter diesen Bedingungen wandert nicht fest in die Kunst stoffmatrix eingebundener oberflächennaher Phosphor zur Kunst stoffoberfläche und wird dort zu Phosphorsäure oxidiert. Ent stehendes Phosphan oder Phosphinsäure gelangen als Aerosol o- der durch direkte Verdampfung in die Atmosphäre und werden ab geführt. Zur Förderung dieses Vorgangs kann die warme und feuchte Atmosphäre, in der das Kunststoffgehäuse oder das Teil gelagert wird, auch bewegt werden. Die Reaktionsprodukte des Phosphors können somit von der Gehäuseoberfläche weg geführt und in einer technischen Vorrichtung, d.h. einem Filter, einer Kondensfalle oder ähnlichen Einrichtungen, aufgefangen werden. Werden solche Gehäuseteile oder sonstige Bauteile später ihrer Verwendung zugeführt, ist die verbleibende Konzentration an verfügbarem Phosphor so gemindert, dass die technische Funk tion der Einbauten, insbesondere elektronischen oder elektri schen Einbauten, nicht beeinträchtigt wird.

[0013] Die Erfindung richtet sich sowohl auf das Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen, insbesondere Kunst stoffgehäuse oder deren Teilen, als auch auf die mit diesem Verfahren erzeugten Gehäuse oder Teile. Ein solches Kunst stoffbauteil, insbesondere Gehäuse, zeichnet sich dadurch aus, dass sein Kunststoff an der Oberfläche eine Phosphorkonzentra tion aufweist, die geringer ist als 2,5 Gew.%, während es im Kern, beispielsweise in Bauteilmitte (z.B. Wandmitte), eine deutlich höhere Phosphorkonzentration von beispielsweise über 8 Gew.% aufweist. Die oberflächennahe phosphorarme Schicht kann dünn, beispielsweise dünner als 1 mm sein. Die Brand- schutzeigenschaften des Kunststoffgehäuses sind insoweit nicht beeinträchtigt .

[0014] Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Be schreibung sowie der zugehörigen Zeichnung und Unteransprü chen. In der Zeichnung zeigen:

[0015] Figur 1 einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematisierter Darstellung,

[0016] Figur 2 ein erfindungsgemäßes Gehäuse in schemati sierter, perspektivischer Darstellung,

[0017] Figur 3 einen Wandabschnitt des Gehäuses nach Figur 2 in Schnittdarstellung,

[0018] Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung der Phosphorkon zentration in der Wand nach Figur 3, und

[0019] Figur 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Phos phorentgasung in dem Verfahren nach Figur 1. [0020] In Figur 1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Kunststoffgehäusen oder sonstigen Kunststoffbauteilen als Ab laufplan veranschaulicht. Ausgangspunkt nimmt das Verfahren in der Bereitstellung von Kunststoffmasse (Block 10) und der Be reitstellung eines Flammenschutzmittels, beispielsweise Phos phor (Block 11). Der Kunststoff kann beispielsweise als form lose Masse bereitgestellt werden. Es kann sich um ein Polysty rol, ein Polybutylenterephthalat oder Polyamide oder andere thermoplastische Kunststoffe handeln. Das in Block 11 bereit gestellte Flammenschutzmittel ist vorzugsweise eine Phosphor verbindung oder elementarer Phosphor (roter Phosphor).

[0021] In einem nächsten Verfahrensschritt werden der Kunst stoff und der Phosphor oder das sonstige Flammenschutzmittel möglichst gleichmäßig vermischt und zur weiteren Verarbeitung z.B. in Pelletform oder auch in flüssiger oder pastöser Form bereitgestellt. Liegt der mit Flammenschutzmittel (insbeson dere Phosphor) vermischte Kunststoff nach dem Mischen mit Phosphor in Pelletform vor, wird er im nächsten Verfahrens schritt (Block 13) plastifiziert. Er wird dann in Block 14 in eine Spritzgussform injiziert. Nach Erkalten wird das so er zeugte Kunststoffteil ausgeformt. In diesem Zustand weist das erzeugte Kunststoffteil, beispielsweise Gehäuseteil oder Ge häuse seine gewünschte Endform auf. Ein entsprechendes Gehäuse 15 ist in Figur 2 symbolisch veranschaulicht. Seine Gehäuse wand 16 ist in Figur 3 im Schnitt und vergrößert dargestellt. Sie weist einen Kernbereich 17 und oberflächennahe Bereiche 18, 19 auf. Die chemische Zusammensetzung der Gehäusewand 16 ist in diesem Stadium in oberflächennahen Bereichen 18, 19 mit dem Kernbereich 17 weitgehend identisch.

[0022] Dieses Kunststoffgehäuse 15 oder sonstige Kunststoff teil wird nun in den oberflächennahen Bereichen 18, 19 che misch verändert. Dazu wird in Block 20 Phosphor (oder sonsti ges Flammenschutzmittel) aus den oberflächennahen Bereichen 18, 19 entfernt. Figur 4 veranschaulicht dazu den Gehalt an Phosphor P in der Gehäusewand 16 vor dem Schritt des Entfer- nens von Phosphor in gestrichelter Form. Wie ersichtlich, weist die Gehäusewand 16 dort sowohl in den oberflächennahen Bereichen 18, 19 als auch im Kernbereich 17 einen hohen Phos phorgehalt von 8% oder darüber auf.

[0023] Zum Entfernen von Phosphor aus den oberflächennahen Bereichen 18 und/oder 19 wird das Gehäuse 15 einer Behandlung in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von vorzugsweise oberhalb 80°C bei einer relativen Feuchte oberhalb 90%, vor zugsweise 95% und im Idealfalle von 100% ausgesetzt. Bei spielsweise kann dieser Verfahrensschritt in einem Gefäß mit reinem Nassdampf durchgeführt werden. Unter Nassdampf wird Dampf verstanden, der mit einer Wasseroberfläche in Berührung und in thermischem Gleichgewicht steht. Der Sattdampf oder Nassdampf kann unter Normaldruck stehen. Er hat dann eine Tem peratur von etwa 100°C. Bei leicht vermindertem Druck lassen sich auch niedrigere Temperaturen einstellen. Alternativ kann anstelle einer Behandlung mit gesättigtem Dampf auch eine Be handlung mit einer Gasatmosphäre (Stickstoff, Sauerstoff oder Luft) stehen, die mit Wasserdampf gesättigt ist, d.h. eine re lative Feuchte von 95% - 100% aufweist.

[0024] Figur 5 veranschaulicht die Rate G, mit der Phosphor P die Oberfläche der Gehäusewand 16 verlässt. Kurz nach Beginn der Behandlung zum Zeitpunkt to beginnt sich das Gehäuse 15 zu erwärmen und es tritt zunehmend Phosphor aus der Oberfläche des Gehäuses 5 aus. Über die Lagerzeit ti nimmt dann mit zuneh mender Verarmung der oberflächennahen Wandbereiche 18, 19 die

Ausgasung ab und geht zu Ende der Behandlungsdauer ti mit der Abkühlung des Gehäuses 15 auf praktisch Null zurück. Die La gerdauer von to bis ti ist mindestens so lang, dass sich auch der Kernbereich 17 auf die Temepratur der umgebenden Atmo sphäre , z.B. 80°C oder 90°C erwärmt hat. In diesem Zustand folgt die Phosphorkonzentration in der Wand 16 der Kurve nach Figur 4. Die Lagerung bei erhöhter ,Temperatur und Feuchtig keit kann beendet werden, wenn der Phosphorgehalt in den ober flächennahen Wandbereichen 18, 19 deutlich, z.B. auf einen

Wert von an der Oberfläche 2%-2,5% gesenkt ist. Im Kernbereich ist er nur wenig oder nicht abgesenkt. Die Lagerdauer von to bis ti wird in Abhängigkeit von der Kunststoffart, der anfäng lichen Phosphorkkonzentration, der Lagertemperatur und der Feuchtigkeit beim Lagern so bemessen, dass dieser Zustand ein- tritt.

[0025] Das insoweit behandelte Kunststoffgehäuse 15 kann nun weiter verwendet, beispielsweise mit elektrischen oder elekt ronischen Bauteilen bestückt werden und in Gebrauch gehen.

Eine Korrosion der enthaltenen, von dem Kunststoffgehäuse 15 umhüllten Komponenten und eine relevante Schädigung elektri scher oder elektronischer Bauelemente ist nicht zu befürchten. Dies gilt auch dann, wenn das Kunststoffgehäuse 15 unter wid rigen klimatischen Bedingungen, beispielsweise in Maschinen räumen, unter tropischen Bedingungen, bei Temperaturwechselbe anspruchungen oder in nasser Umgebung verwendet wird.

[0026] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein ebenso erfindungsgemäßes Kunststoffgehäuse 15 oder sonstiges Kunst stoffteil bereitgestellt, dessen Kunststoff ein Flammenschutz mittel, vorzugsweise roten Phosphor, enthält. Erfindungsgemäß sind oberflächennahe Bereiche des Kunststoffgehäuses 15 oder des sonstigen Teils von Phosphor verarmt. Durch diese Maßnahme wird ohne Beeinträchtigung der flammenhemmenden Wirkung des als Flammenschutzmittel eingesetzten Phosphors eine Inertisie rung der Kunststoffoberfläche in dem Sinne erreicht, dass von dieser kein korrosiver Angriff mehr auf benachbarte Metall teile und insbesondere elektrische oder elektronische Kompo nenten ausgeht. BezugsZeichen:

10 Block „Bereitstellung von Kunststoff

11 Block „Bereitstellung von Phosphor

12 Block „Mischen von Kunststoff und Phosphor

13 Block „Plastifizieren des Kunststoffs"

14 Block „Spritzgießen des Kunststoffgehäuses

15 Kunststoffgehäuse

16 Gehäusewand 17 Kernbereich

18, 19 oberflächennahe Bereiche 20 Block „Entfernen von Phosphor