Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Begrenzungen
– Materialien mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften
für Laserenergie sind erforderlich.
– Enger Kontakt an der Naht erforderlich, kein Teileverzug,
sehr geringe Fugenfüllfähigkeit.
– Einschränkungen der Nahtauslegung, Laser muß die Naht
sehen.
– Füllstoffe können Probleme erzeugen, d.h. Mineralien,
Glasfasern, Kohlenstoffe.
Für TLW erforderliche Materialeigenschaften
Das obere transparente Material muß eine gute Durchlässigkeit
aufweisen, um ein wirksames Schweißen zu ermöglichen.
Vorhandene Glasfasern, Füllstoffe usw. wirken wie kleine
Reflektoren, die den Laserstrahl zerstreuen und so die Energie
an der Grenzfläche reduzieren. Die meisten ungefärbten
Typen (NC) von DuPont weisen mit wenigen Ausnahmen,
z.B. ZENITE ® , eine ausreichende Durchlässigkeit für das
Laserschweißen auf.
Das untere absorbierende Material muß die Laserenergie
aufnehmen, jedoch nicht zu schnell. Das einfachste Additiv
für eine Absorption ist Kohlenstoff, daher absorbieren fast
alle unseren schwarzen Kunststoffe die Laserenergie. Falls
das Material zu viel Kohlenstoff enthält, verbrennt es eventuell
zu schnell, bevor eine gute Schmelzzone erreicht werden
kann. Zu wenig Kohlenstoff läßt den Laserstrahl das
Material passieren, ohne eine ausreichende Hitze zu erzeugen,
die ein Schmelzen an der Grenzfläche bewirkt. Eine
sorgfältige Balance ist erforderlich.
Materialfarben
Erste Tests wurden mit ungefärbten Kunststoffen (NC) auf
einem mit Kohlenstoff gefärbten Kunststoff durchgeführt.
In bestimmten Anwendungen ist diese Schwarz-Weiß-Optik
akzeptabel, in anderen Segmenten ist eine völlig schwarze
Baugruppe erforderlich – vor allem in Automobilanwendungen.
Dies kann durch den Einsatz spezieller Pigmente erreicht
werden. Sie sorgen dafür, daß die Transparenz des oberen
Teils vom Laser aus betrachtet mit ihrem ungefärbten
Zustand identisch ist, für das menschliche Auge jedoch
absorbiert das Material das Licht und erscheint schwarz.
100
Transparenz,
%
0
sichtbare Zone
UV IR
400 780
Wellenlänge, nm
800-950
Abb. 10.05b Wellenlängenbereich, in dem ein schwarzes Material
transparent wird
Eigenschaften von Materialien von DuPont
Tabelle 10.02 zeigt eine Reihe von NC-Typen von DuPont.
Mit diesen Werten läßt sich bestimmen, ob ein Kunststoff
im Laserverfahren verschweißt werden kann.
Tabelle 10.02 Mittlere Infrarot-Analyse bei 940 nm Wellenlänge
% Durchlässigkeit % Reflektion % Absorption
DELRIN ® 500P 45,14 47,81 7,05
HYTREL ® G4774 29,96 52,14 17,9
HYTREL ® G5544 27,74 56,55 15,71
HYTREL ® 4078W 34,7 42,8 22,5
HYTREL ® 4556 33,32 45,53 21,15
HYTREL ® 5556 28,38 53,92 17,7
RYNITE ® 530 5 42 53
RYNITE ® FR515 5,9 64,43 29,67
CRASTIN ® SK605 8 59 33
ZYTEL ® 101 80,61 9,64 9,75
ZYTEL ® 73G30 48,28 12,72 39
ZYTEL ® 70G33 36,8 23,68 39,52
ZYTEL ® HTN51G35 19,15 29,48 51,37
ZENITE ® 6330 0,65 76 23,35
ZENITE ® 7130 0,13 69 30,87
Zu sehen ist, daß ZENITE ® einen Großteil der Laserenergie
reflektiert und daher nicht verschweißt werden kann. Auch
RYNITE ® hat eine geringe Transparenz und erfordert hohe
Laserenergien, um eine Schweißnaht zu erzeugen.
Schweißnahtfestigkeit
Die Schweißnahtfestigkeit kann auf vielfältigen Wegen
gemessen werden. Häufig wird sie aufgrund einer Zugprüfung
in «MPa» angegeben. Diese Einheit kann mit ISO-Daten für
ungeschweißte Prüfstäbe verglichen werden und ist unabhängig
von der Schweißnahtgröße. Dies ist dann übertragbar in
einen Schweißfaktor, d.h. die Schweißnahtfestigkeit (MPa)
geteilt durch die Festigkeit des Grundmaterials. Beträgt ein
Schweißfaktor somit 1, bedeutet dies, daß die Schweißnahtfestigkeit
identisch ist mit der Festigkeit des Grundmaterials.
Dies ist eine wirksame Methode, um Materialien mit der gleichen
Nahtgröße zu vergleichen.
Mit dem Laserstrahlschweißverfahren kann die Nahtgröße
durch eine Anpassung der Schweißzone leicht verändert
werden, indem der Laserabstand zur Schweißnaht ganz einfach
vergrößert oder verkleinert wird. Die maximale Festigkeit
(gemessen in N) der Schweißnaht kann dann für einen
gegebenen Materialtyp erhöht werden.
Mit einer guten Nahtauslegung und guten Verarbeitungsparametern
tritt ein Versagen häufig im Grundmaterial von der
Naht entfernt auf.
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