Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Von noch größerer Bedeutung sind die Einflüße von Pigmenten,
Formentrennmitteln, Glasfaserzusätzen und Verstärkungsmitteln.
DELRIN ® Polyacetale
DELRIN ® ist ein hochkristalliner Kunststoff mit einem hohen,
scharf definierten Schmelzpunkt sowie hoher Festigkeit, Härte
und Steifheit bei höheren Temperaturen. Von den beiden
DELRIN ® -Einstellungen mit unterschiedlichen Fließeigenschaften
lassen sich Teile aus DELRIN ® 500 leichter schweißen als
Teile aus DELRIN ® 100, das eine höhere Viskosität der Schmelze
aufweist. Der Unterschied ist bei der Schernaht sehr gering,
bei der Stumpfschweißnaht aber ausgeprägter. DELRIN ® 570,
eine glasfaserverstärkte Einstellung, eignet sich ebenfalls
zum Ultraschallschweißen. Gleitmittel und Pigmente beeinträchtigen
die Schweißung, wie nachstehend erörtert wird.
Höhere Luftfeuchtigkeit scheint das Verschweißen von Teilen
aus DELRIN ® hingegen nicht zu beeinträchtigen.
ZYTEL ® Polyamide
ZYTEL ® Polyamide sind ebenfalls kristalline Kunststoffe mit
hohen Schmelzpunkten. Bei den verschiedenen Familien von
ZYTEL ® Kunststoffen sind unterschiedliche Schweißergebnisse
beobachtet worden. Teile aus ZYTEL ® 101 und anderen
6.6 Grundpolyamiden lassen sich ebenso einfach verschweißen
wie Teile aus DELRIN ® . Eine zusätzliche Voraussetzung ist
allerdings, daß sich die Teile in «spritztrockenem» Zustand
befinden. Der Einfluß von Feuchtigkeit auf das Schweißen von
Teilen aus ZYTEL ® wird nachstehend eingehender erörtert.
Formteile aus ZYTEL ® 408 und anderen modifizierten 6.6 Polyamiden
lassen sich ebenfalls mit Ultraschall verschweißen,
allerdings etwas schwieriger als ZYTEL ® 101. Die etwas
geringere Steifheit dieser Kunststoffe kann einige Probleme
in Gestalt von Oberflächenbeschädigungen und Gratbildung
unter der Sonotrode mit sich bringen.
Infolge der geringen Steifheit auch in spritztrockenem Zustand
lassen sich aus ZYTEL ® 151 und anderen aus 612 Polyamiden
gespritzte Teile etwas schwieriger als ZYTEL ® 101 schweißen.
Da diese Kunststoffe sich durch ihre sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme
auszeichnen, ist es – von besonders kritischen
Anwendungen abgesehen – nicht erforderlich, die Teile vor
dem Schweißen zu trocknen oder trocken zu halten.
Teile aus glasfaserverstärktem ZYTEL ® Polyamid können
ebenfalls mit Ultraschall verschweißt werden; manchmal
sogar einfacher als unverstärktes Material. Mit Kunststoffen
aus den ZYTEL ® -Serien 79G und 70G lassen sich beim
Schweißen nur Festigkeiten erzielen, die denen des zugrundeliegenden
unverstärkten Kunststoffs entsprechen, weil an
der Schweißnaht keine Glasfaserverstärkung wirksam wird.
Wenn die Festigkeit der Schweißnaht derjenigen des verstärkten
Kunststoffs entsprechen muß, ist es daher erforderlich,
den Nahtbereich im Verhältnis zur Wandstärke zu vergrößern.
Dies läßt sich mit der Schernaht leicht erreichen.
Von allen glasfaserverstärkten ZYTEL ® Kunststoffen läßt sich
ZYTEL ® 79G13 am schwierigsten verschweißen. Bei einem
Glasfaseranteil von 13% können immer noch übermäßige
Oberflächenbeschädigungen und Schweißgrate unter der
Sonotrode auftreten.
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MINLON ® thermoplastische Konstruktionswerkstoffe
Die vorgehenden Anmerkungen zu glasfaserverstärktem
ZYTEL ® gelten auch für MINLON ® , da die Grundmaterialien
dieser Kunststoffe gleich sind. MINLON ® enthält 40% Mineralzusatz,
der eine hervorragende Schweißgeschwindigkeit
zuläßt (30 bis 50% schneller als DELRIN ® 500). Jedoch ist
eine gewisse Empfindlichkeit der Spritzteile gegenüber
scharfen Kanten, schlecht abgeschnittenen Angüssen und
allen sonstigen Schwachstellen festzustellen, die unter Ultraschalleinwirkung
brechen können, so daß der Konstruktion
der Teile besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden sollte,
insbesondere bei MINLON ® 10B140.
RYNITE ® thermoplastische Polyester
Dank seiner hohen Steifheit ist dieser glasfaserverstärkte
Polyester leicht zu verschweißen. Es empfiehlt sich, stets
eine stufenförmige Schweißnaht für diesen Kunststoff vorzusehen,
der häufig für sehr anspruchsvolle Anwendungen
(manchmal sogar bei hohen Temperaturen) verwendet wird.
Eine Überschreitung der Schweißzeit kann zu verbranntem
Werkstoff im Bereich der Sonotrode führen.
Festigkeit der Schweißnaht, MPa
Weld strength, MPa
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 1 10 100
Verweilzeit, Exposure time, Std.
h
Abb. 10.62 Auswirkungen auf die Festigkeit der Verschweißung
in Abhängigkeit von der Verweilzeit
(vor dem Verschweißen) in Luft bei 23°C, 50% rel.
Luftfeuchtigkeit, für ZYTEL ® 101 NC010 Polyamid.
b. Einfluß von Feuchtigkeit auf ZYTEL ®
Polyamide nehmen nach dem Spritzen etwas mehr Luftfeuchtigkeit
auf als die meisten anderen Kunststoffe. Wenn während
des Schweißens aus einander berührenden Flächen Feuchtigkeit
austritt, verursacht sie eine schlechte Schweißqualität.
Um beste Ergebnisse zu erzielen, sollten Teile aus ZYTEL ®
entweder unmittelbar nach dem Spritzgießen ultraschallgeschweißt
oder vor dem Schweißen in spritztrockenem Zustand
gehalten werden. Wenn ZYTEL ® einen oder zwei Tage lang
50% relativer Luftfeuchtigkeit bei 23° C ausgesetzt wird,
genügt dies, die Güte der Verschweißung um 50% oder mehr
zu senken, wie dies aus Abb. 10.62 hervorgeht. Werden die
Teile mit längeren als normalen Schweißzeiten verschweißt,
kann der Verlust an Schweißqualität ausgeglichen werden;
häufig muß dann aber eine erhebliche Schweißgratbildung und
Oberflächenzerstörung unter der Sonotrode hingenommen
werden. Wie aus Abb. 10.44 ersichtlich, nähert sich beim
Schweißen die Temperatur des Teils in der Nähe der Sonotrode
derjenigen an der Schweißnaht, so daß eine Verlängerung der
Schweißzyklen ernsthafte Probleme mit sich bringen kann.