DE10054859A1 - Verfahren zum Verbinden von Formteilen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines Formteils I aus einem farbmittelhaltigen thermoplastischen Polymeren A mit einem Formteil II aus einem farbmittelhaltigen thermoplastischen Polymeren B durch Laserstrahlung, bei dem DOLLAR A 1) die Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle durch das Formteil I hindurchgeht und auf das Formteil II auftrifft, DOLLAR A 2) das Formteil I mindestens ein Farbmittel enthält, welches im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums selektiv absorbiert, DOLLAR A 3) die im Formteil I enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen derart ausgewählt werden, daß das Formteil I an der zu verbindenden Stelle für die Laserstrahlung durchlässig ist, DOLLAR A 4) die im Formteil II enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen derart ausgewählt werden, daß das Formteil II an der zu verbindenden Stelle die Laserstrahlung absorbiert, DOLLAR A 5) die in beiden Formteilen I und II enthaltenen Farbmittel und ihre Mengenanteile derart ausgewählt werden, daß die Formteile I und II einen für das menschliche Auge im wesentlichen gleichen Farbeindruck haben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Form­ teils I aus einem farbmittelhaltigen thermoplastischen Polymeren A mit einem Formteil II aus einem farbmittelhaltigen thermopla­ stischen Polymeren B durch Laserstrahlung, bei dem

• 1. die Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle durch das Formteil I hindurchgeht und auf das Formteil II auftrifft,
• 2. das Formteil I mindestens ein Farbmittel enthält, welches im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums selektiv absorbiert,
• 3. die im Formteil I enthaltenen Farbmittel und deren Konzentra­ tionen derart ausgewählt werden, daß das Formteil I an der zu verbindenden Stelle für die Laserstrahlung durchlässig ist,
• 4. die im Formteil II enthaltenen Farbmittel und deren Kon­ zentrationen derart ausgewählt werden, daß das Formteil II an der zu verbindenden Stelle die Laserstrahlung absorbiert,
• 5. die in beiden Formteilen I und II enthaltenen Farbmittel und ihre Mengenanteile derart ausgewählt werden, daß die Form­ teile I und II einen für das menschliche Auge im wesentlichen gleichen Farbeindruck haben.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von zusammengesetzten Formteilen III, die aufge­ baut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II, und schließlich zusammengesetzte Formteile III, die aufgebaut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II, erhältlich nach dem genannten Verfahren.

In zahlreichen Anwendungsgebieten werden Kunststoff-Formteile, z. B. solche mit komplexer oder anspruchsvoller Geometrie, aus mehreren einzelnen Formteilen (auch Fügeteile genannt) zusammen­ gesetzt, wobei die einzelnen Formteile durch verschiedenste Ver­ fahren, u. a. auch Schweißen, miteinander verbunden werden können. Beispiele für Kunststoff-Schweißverfahren sind das Heizelement­ schweißen, Vibrationschweißen, Rotationsreibschweißen, Ultra­ schallschweißen, Hochfrequenzschweißen und Laserstrahlschweißen.

Die Erfindung betrifft das Laserstrahlschweißen nach dem Prinzip des Durchstrahlschweißens (auch Überlappungsschweißen genannt). Der Schweißprozeß beruht auf der Absorption der Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle und Bildung einer lokal begrenzten Schmelze. Die Wahl einer geeigneten Materialkombination ist Grundvoraussetzung für das Durchstrahlschweißen: Das erste Füge­ teil (Formteil I im Sinne der Erfindung) ist für die Laserstrah­ lung durchlässig (transmittierend, lasertransparent) aufgrund der kleinen Absorptionskonstante. Es absorbiert die Laserstrahlung also nicht oder nur in untergeordnetem Ausmaß. Das zweite Füge­ teil (Formteil II im Sinne der Erfindung) ist aufgrund der hohen Absorptionskonstante undurchlässig oder nur wenig durchlässig für die Laserstrahlung und absorbiert sie (laserabsorbierend). Die Absorptionskonstante der Fügeteile wird je nach Art und Wellen­ länge der verwendeten Laserstrahlung üblicherweise durch Zugabe von Additiven, wie etwa Farbmitteln, zum Polymeren, aus dem das jeweilige Fügeteil besteht, eingestellt. Diese Additive absorbie­ ren die Laserstrahlung.

Beim Durchstrahlschweißen liegen die Fügeteile in der Regel an der zu verbindenden Stelle, der späteren Schweißnaht, übereinan­ der oder sind sonstwie miteinander in Kontakt; es ist auch ein geringer Zwischenraum (meist im µm-Bereich) möglich. Die Laser­ strahlung wird auf das erste Fügeteil gerichtet, durchdringt es ungehindert oder fast ungehindert und trifft auf das zweite Füge­ teil auf. Dort wird die Laserstrahlung absorbiert und in Wärme umgewandelt. Mit zunehmendem Energieeintrag durch die Laserstrah­ lung wird das zweite Fügeteil im Bereich des Absorptionsvolumens erwärmt und unter Volumenausdehnung aufgeschmolzen. Die sich bil­ dende Schmelze führt zu einem innigen Kontakt und zu einem Wärme­ übergang zwischen den beiden Fügeteilen. Durch diese Wärmeleitung wird das lasertransparente erste Fügeteil ebenfalls erwärmt und unter Volumenausdehnung aufgeschmolzen. Durch Vermischung der Schmelzen (Diffusionsvorgänge und Platzwechselvorgänge in den Schmelzen) entsteht nach dem Abkühlen unter Erstarren der Schmel­ zen eine dauerhaft feste und dichte Verbindung beider Fügeteile, die Schweißnaht.

D. Hänsch et al., Kunststoffe 88 (1998), 210-212 beschreibt das Verschweißen von Thermoplastischen Elastomeren (TPE) mit Thermo­ plasten wie Polyamid, Polyolefinen, Polyestern und Styrolcopoly­ meren mittels eines Diodenlasers. Nähere Angaben zu Additiven oder Farbmitteln macht Hänsch nicht.

H. Potente et al., Plastverarbeiter 46 (1995) Nr. 10, 58-64 be­ schreibt das Durchstrahlverfahren in allgemeiner Form und er­ wähnt, daß PA6, POM, PP und PMMA geeignet sind. Potente macht keine Angaben zu Additiven oder Farbmitteln.

Die DE-A 14 79 239 offenbart ein Verfahren zum Verbinden von Fo­ lien aus thermoplastischen Kunststoffen durch Laser- oder andere elektromagnetische Strahlung und nennt als absorbierendes Additiv allgemein Farbstoffe oder Farbpigmente und speziell Ruß.

Die EP-A 126 787 lehrt ein Verfahren zum Stumpfnahtschweißen von Kunststoff-Folien und nennt als absorbierende Additive SiO₂, TiO₂, CaCO₃, Al₂O₃ und Ruß in Mengen von je 1 Gew.-%.

Die DE-A 195 42 328 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus schichtweise übereinanderliegenden Platten oder Fo­ lien und nennt als transparente Fügeteile PE, SB/PS und Plexiglas sowie als absorbierende Fügeteile schwarz eingefärbtes PE, schwarz eingefärbtes ABS und schwarz eingefärbtes PS. Absorbie­ rende Additive werden nicht genannt.

Die EP-A 159 169 lehrt ein Verfahren zum Verbinden zweier Kunst­ stoffteile mittels Durchstrahllaserschweißen. Als transparente Kunststoffe werden PP, PA6, PA66 und SAN, alle jeweils ohne ab­ sorbierende Additive, genannt. Als absorbierende Kunststoffe wer­ den PP und SAN genannt, die ein absorbierendes Additiv enthalten, insbesondere 0,1 Gew.-% Ruß.

Die DE-A 198 14 298 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Kraftstofftanks, bei dem mindestens zwei Teilkörper mittels Laserstrahlung verschweißt werden. Dabei ist ein Teilkör­ per lasertransparent und der andere durch Zusatz von Füllstoffen wie Ruß oder SiO₂ laserabsorbierend.

Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß das fertige, geschweißte Werkstück aus zwei oder mehr Teilen mit unterschied­ licher Farbe besteht. Der optische Eindruck des fertigen Werk­ stücks ist demnach farblich inhomogen. Dies ist meist uner­ wünscht, da der Verbraucher ästhetisch ansprechendere, einfarbige Kunststoffgegenstände bevorzugt.

Die DE-A 195 10 493 beschreibt ein Werkstück, das durch Ver­ schweißen zweier Werkstückteile aus thermoplastischem Kunststoff wie SAN oder PA mittels Laserstrahlung hergestellt wird. Dabei wird der Absorptionskoeffizient der Werkstückteile durch den An­ teil an Additiven wie Glasfasern oder Farbpigmenten eingestellt. Das laserabsorbierende Werkstück enthält 1-2 Gew-% Farbstoffe.

Damit die Reflektivität der beiden Werkstückteile für das Spek­ trum des sichtbaren Lichts im wesentlichen gleich ist (damit also beide Teile eine ähnliche oder gleiche Farbe haben), enthält das lasertransparente Werkstück eine "geringere Pigmentierung", also eine geringere Menge desselben Farbstoffs, wobei zur Menge nichts gesagt wird. Als Farbpigmente werden lediglich "schwarze Farb­ stoffpigmente" genannt, also Farbmittel, die den gesamten sicht­ baren Bereich des elektromagnetischen Spektrums absorbieren.

Dieses Vorgehen hat den Nachteil, daß große Mengen Ruß oder an­ dere absorbierende schwarze Additive zugefügt werden müssen, um das eine Werkstück laserabsorbierend zu machen. Hohe Additivkon­ zentrationen verteuern häufig das Werkstück, sind problematisch bei der Einarbeitung in das Polymere und verschlechtern in vielen Fällen die mechanischen und andere Gebrauchseigenschaften des Werkstücks. Außerdem lassen sich nur schwarze und keine farbigen (bunten) Werkstücke herstellen.

Es bestand die Aufgabe, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen. Insbesondere bestand die Aufgabe, ein Verfahren zum Verbinden von Formteilen durch Laserstrahlung bereitzustellen, bei dem nur ge­ ringe Mengen Farbmittel verwendet werden. Außerdem sollte das fertige, zusammengesetzte Formteil keine wesentlichen Farbunter­ schiede aufweisen, d. h. die Einzelformteile, aus denen das zusam­ mengesetzte Formteil aufgebaut ist, sollten ungefähr gleichfarbig sein. Demnach sollte das Verfahren mit geringen Farbmittelkon­ zentrationen auskommen und trotzdem farblich homogene zusammenge­ setzte Formteile ergeben.

Darüberhinaus sollten sich mit dem Verfahren auch farbige (bunte, also nicht schwarze) zusammengesetzte Formteile herstellen las­ sen.

Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden. Wei­ terhin wurden die Verwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von zusammengesetzten Formteilen III, die aufgebaut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II, und schließlich zusam­ mengesetzte Formteile III, die aufgebaut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II, erhältlich nach dem genannten Ver­ fahren, gefunden.

Formteil im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein Spritzguß­ formteil oder ein tiefgezogenes Formteil, und schließt Folien, Halbzeuge (Tafeln, Rohre, Platten, Stäbe, etc.) ein. Werden z. B. zwei oder mehr Folien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mitein­ ander verbunden, so ist das Verfahrensprodukt, nämlich das zusam­ mengesetzte Formteil, eine Mehrschichtfolie.

i) Die Polymere A und B

Die einzelnen Formteile I sind aus thermoplastischen Polymeren A, und die einzelnen Formteile II aus thermoplastischen Polymeren B, aufgebaut.

Als Polymere A bzw. B kommen alle thermoplastischen Polymere in Betracht. Solche Polymere werden beispielsweise im Kunststoff- Taschenbuch, Hrg. Saechtling, 25. Ausgabe, Hanser-Verlag München 1992, insbesondere Kap. 4, und im Kunststoff-Handbuch, Hrg. G. Becker und D. Braun, Bände 1 bis 11, Hanser-Verlag München 1966-1996, beschrieben. Im Kunststoff-Taschenbuch von Saechtling werden auch Bezugsquellen genannt.

Die Polymere A und B können gleich oder verschieden sein. Nach­ stehend seien einige bevorzugte Polymere A bzw. B näher er­ läutert.

1. Polyoxymethylenhomo- oder -copolymerisate (Polyoxymethylene, POM)

Derartige Polymerisate sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben.

Ganz allgemein weisen diese Polymere mindestens 50 Mol-% an wiederkehrenden Einheiten -CH₂O- in der Polymerhauptkette auf. Die Homopolymeren werden im allgemeinen durch Polymerisation von Formaldehyd oder Trioxan hergestellt, vorzugsweise in der Gegen­ wart von geeigneten Katalysatoren.

Im Rahmen der Erfindung werden Polyoxymethylencopolymere bevor­ zugt, insbesondere solche, die neben den wiederkehrenden Ein­ heiten -CH₂O- noch bis zu 50, vorzugsweise 0,1 bis 20 und insbe­ sondere 0,3 bis 10 Mol-% an wiederkehrenden Einheiten

enthalten, wobei R¹ bis R⁴ unabhängig voneinander ein Wasserstof­ fatom, eine C₁- bis C₄-Alkylgruppe oder eine halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und R⁵ eine -CH₂-, -CH₂O-, eine C₁- bis C₄-Alkyl- oder C₁- bis C₄-Haloalkyl substituierte Methy­ lengruppe oder eine entsprechende Oxymethylengruppe darstellen und n einen Wert im Bereich von 0 bis 3 hat. Vorteilhafterweise können diese Gruppen durch Ringöffnung von cyclischen Ethern in die Copolymere eingeführt werden. Bevorzugte cyclische Ether sind solche der Formel

wobei R¹ bis R⁵ und n die oben genannte Bedeutung haben. Nur bei­ spielsweise seien Ethylenoxid, 1,2-Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid, 1,3-Butylenoxid, 1,3-Dioxan, 1,3-Dioxolan und 1,3-Dioxepan als cyclische Ether genannt sowie lineare Oligo- oder Polyformale wie Polydioxolan oder Polydioxepan als Comonomere genannt.

Ebenfalls geeignet sind Oxymethylenterpolymerisate, die bei­ spielsweise durch Umsetzung von Trioxan, einem der vorstehend be­ schriebenen cyclischen Ether mit einem dritten Monomeren, vor­ zugsweise einer bifunktionellen Verbindung der Formel

wobei Z eine chemische Bindung, -O-, -ORO- (R=C₁- bis C₈-Alkylen oder C₂- bis C₈-Cycloalkylen) ist, hergestellt werden.

Bevorzugte Monomere dieser Art sind Ethylendiglycid, Diglycidyl­ ether und Diether aus Glycidylen und Formaldehyd, Dioxan oder Trioxan im Molverhältnis 2 : 1 sowie Diether aus 2 mol Glycidyl­ verbindung und 1 mol eines aliphatischen Diols mit 2 bis 8 C- Atomen wie beispielsweise die Diglycidylether von Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, Cyclobutan-1,3-diol, 1,2-Propandiol und Cyclohexan-1,4-diol, um nur einige Beispiele zu nennen.

Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Homo- und Copolymerisate sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur be­ schrieben, so daß sich hier nähere Angaben erübrigen.

Die bevorzugten Polyoxymethylencopolymere haben Schmelzpunkte von mindestens 150°C und Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert) Mw im Bereich von 5000 bis 200000, vorzugsweise von 7000 bis 150000.

Endgruppenstabilisierte Polyoxymethylenpolymerisate, die an den Kettenenden C-C-Bindungen aufweisen, werden besonders bevorzugt.

2. Polycarbonate (PC) und Polyester

Geeignete Polycarbonate sind an sich bekannt. Sie sind z. B. ent­ sprechend den Verfahren der DE-B-13 00 266 durch Grenzflächen­ polykondensation oder gemäß dem Verfahren der DE-A-14 95 730 durch Umsetzung von Biphenylcarbonat mit Bisphenolen erhältlich. Bevorzugtes Bisphenol ist 2,2-Di(4-hydroxyphenyl)propan, im all­ gemeinen - wie auch im folgenden - als Bisphenol A bezeichnet.

Anstelle von Bisphenol A können auch andere aromatische Dihy­ droxyverbindungen verwendet werden, insbesondere 2,2-Di(4-hydro­ xyphenyl)pentan, 2,6-Dihydroxynapthalin, 4,4'-Dihydroxydiphenyl­ sulfon, 4,4'-Dihydroxydiphenylether, 4,4'-Dihydroxydiphenylsul­ fit, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan, 1,1-Di-(4-hydroxyphenyl)ethan oder 4,4-Dihydroxydiphenyl sowie Mischungen der vorgenannten Dihydroxyverbindungen.

Besonders bevorzugte Polycarbonate sind solche auf der Basis von Bisphenol A oder Bisphenol A zusammen mit bis zu 30 Mol-% der vorstehend genannten aromatischen Dihydroxyverbindungen.

Die relative Viskosität dieser Polycarbonate liegt im allgemeinen im Bereich von 1,1 bis 1,5, insbesondere 1,28 bis 1,4 (gemessen bei 25°C in einer 0,5 gew.-%igen Lösung in Dichlormethan).

Geeignete Polyester sind ebenfalls an sich bekannt und in der Literatur beschrieben. Sie enthalten einen aromatischen Ring in der Hauptkette, der von einer aromatischen Dicarbonsäure herrührt. Der aromatische Ring kann auch substituiert sein, z. B. durch Halogen wie Chlor und Brom oder durch C₁-C₄-Alkylgruppen wie Methyl-, Ethyl-, i- bzw. n-Propyl- und n-, i- bzw. tert.-Butyl­ gruppen.

Die Polyester können durch Umsetzung von aromatischen Dicarbon­ säuren, deren Estern oder anderer esterbildender Derivate dersel­ ben mit aliphatischen Dihydroxyverbindungen in an sich bekannter Weise hergestellt werden.

Als bevorzugte Dicarbonsäuren sind Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren Mischungen zu nennen. Bis zu 10 mol.-% der aromatischen Dicarbonsäuren können durch aliphatische oder cycloaliphatische Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäuren und Cyclohexandicarbonsäuren ersetzt werden.

Von den aliphatischen Dihydroxyverbindungen werden Diole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1,2-Ethandiol, 1,4-Butan­ diol, 1,6-Hexandiol, 1,4-Hexandiol, 1,4-Cyclohexandiol und Neo­ pentylglykol oder deren Mischungen bevorzugt.

Als besonders bevorzugte Polyester sind Polyalkylenterephthalate, die sich von Alkandiolen mit 2 bis 6 C-Atomen ableiten, zu nen­ nen. Von diesen werden insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat und Polybutylenterephthalat. (PBT) bevorzugt.

Die Viskositätszahl der Polyester liegt im allgemeinen im Bereich von 60 bis 200 ml/g (gemessen in einer 0,5 gew.-%igen Lösung in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch (Gew.-Verh. 1 : 1 bei 25°C)).

3. Polyolefine

Hier sind ganz allgemein Polyethylen und Polypropylen sowie Co­ polymerisate auf der Basis von Ethylen oder Propylen, ggf. auch mit höheren a-Olefinen zu nennen. Entsprechende Produkte sind un­ ter den Handelsnamen Lupolen® bzw. Novolen® erhältlich. Unter Polyolefinen sollen auch Ethylen-Propylen-Elastomere und Ethylen- Propylen-Terpolymere verstanden werden.

4. Polyacrylate und Polymethacrylate

Hierunter sind insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie Copolymere auf der Basis von Methylmethacrylat mit bis zu 40 Gew.-% weiterer copolymerisierbarer Monomeren genannt, wie sie beispielsweise unter den Bezeichnungen Lucryl® oder Plexiglas® erhältlich sind.

5. Polyamide (PA)

Geeignet sind Polyamide mit aliphatischem teilkristallinem oder teilaromatischem sowie amorphem Aufbau jeglicher Art und deren Blends, einschließlich Polyetheramiden wie Polyetherblockamiden. Unter Polyamiden im Sinne der vorliegenden Erfindung sollten alle bekannten Polyamide verstanden werden.

Solche Polyamide weisen im allgemeinen eine Viskositätszahl von 90 bis 350, vorzugsweise 110 bis 240 ml/g auf bestimmt in einer 0,5 gew.-%-igen Lösung in 96 gew.-%-iger Schwefelsäure bei 25°C gemäß ISO 307.

Halbkristalline oder amorphe Harze mit einem Molekulargewicht (Gewichtsmittelwert) von mindestens 5.000, wie sie z. B. in den amerikanischen Patentschriften 2 071 250, 2 071 251, 2 130 523, 2 130 948, 2 241 322, 2 312 966, 2 512 606 und 3 393 210 be­ schrieben werden, sind bevorzugt. Beispiele hierfür sind Poly­ amide, die sich von Lactamen mit 7 bis 13 Ringgliedern ableiten, wie Polycaprolactam, Polycapryllactam und Polylaurinlactam, sowie Polyamide, die durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit Diaminen erhalten werden.

Als Dicarbonsäuren sind Alkandicarbonsäuren mit 6 bis 12, insbe­ sondere 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und aromatische Dicarbonsäuren einsetzbar. Hier seien Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure (= Decandicarbonsäure) und Terephthal- und/oder Isophthalsäure als Säuren genannt.

Als Diamine eignen sich besonders Alkandiamine mit 6 bis 12, ins­ besondere 6 bis 8 Kohlenstoffatomen sowie m-Xylylendiamin, Di-(4-aminophenyl)methan, Di-(4-aminocyclohexyl)-methan, 2,2-Di-(4-aminophenyl)-propan oder 2,2-Di-(4-aminocyclohe­ xyl)-propan.

Bevorzugte Polyamide sind Polyhexamethylenadipinsäureamid (PA 66) und Polyhexamethylensebacinsäureamid (PA 610), Polycaprolactam (PA 6) sowie Copolyamide 6/66, insbesondere mit einem Anteil von 5 bis 95 Gew.-% an Caprolactam-Einheiten. PA 6, PA 66 und Co­ polyamide 6/66 sind besonders bevorzugt.

Außerdem seien auch noch Polyamide erwähnt, die z. B. durch Kondensation von 1,4-Diaminobutan mit Adipinsäure unter erhöhter Temperatur erhältlich sind (Polyamid-4,6). Herstellungsverfahren für Polyamide dieser Struktur sind z. B. in den EP-A 38 094, EP-A 38 582 und EP-A 39 524 beschrieben.

Weitere Beispiele sind Polyamide, die durch Copolymerisation zweier oder mehrerer der vorgenannten Monomeren erhältlich sind, oder Mischungen mehrerer Polyamide geeignet, wobei das Mischungs­ verhältnis beliebig ist.

Weiterhin haben sich solche teilaromatischen Copolyamide wie PA 6/6T und PA 66/6T als besonders vorteilhaft erwiesen, deren Triamingehalt weniger als 0,5, vorzugsweise weniger als 0,3 Gew.-% beträgt (siehe EP-A 299 444). Die Herstellung der teilaromatischen Copolyamide mit niedrigem Triamingehalt kann nach den in den EP-A 129 195 und 129 196 beschriebenen Verfahren erfolgen.

Die nachfolgende nicht abschließende Aufstellung enthält die ge­ nannten, so wie weitere Polyamide im Sinne der Erfindung (in Klammern sind die Monomeren angegeben):
PA 46 (Tetramethylendiamin, Adipinsäure)
PA 66 (Hexamethylendiamin, Adipinsäure)
PA 69 (Hexamethylendiamin, Azelainsäure)
PA 610 (Hexamethylendiamin, Sebacinsäure)
PA 612 (Hexamethylendiamin, Decandicarbonsäure)
PA 613 (Hexamethylendiamin, Undecandicarbonsäure)
PA 1212 (1,12-Dodecandiamin, Decandicarbonsäure)
PA 1313 (1,13-Diaminotridecan, Undecandicarbonsäure)
PA MXD6 (m-Xylylendiamin, Adipinsäure)
PA TMDT (Trimethylhexamethylendiamin, Terephthalsäure)
PA 4 (Pyrrolidon)
PA 6 (ε-Caprolactam)
PA 7 (Ethanolactam)
PA 8 (Capryllactam)
PA 9 (9-Aminopelargonsäure)
PA 11 (11-Aminoundecansäure) PA 12 (Laurinlactam)

Diese Polyamide und ihre Herstellung sind bekannt. Einzelheiten zu ihrer Herstellung findet der Fachmann in Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 19, S. 39-54, Verlag Chemie, Weinheim 1980, sowie Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A21, S. 179-206, VCH Verlag, Weinheim 1992, sowie Stoeckhert, Kunststofflexikon, 8. Auflage, S. 425-428, Hanser Verlag München 1992 (Stichwort "Polyamide" und folgende).

Auf die Herstellung der bevorzugten Polyamide PA6, PA 66 und Co­ polyamid 6/66 wird nachfolgend kurz eingegangen.

Die Polymerisation bzw. Polykondensation der Ausgangsmonomere wird vorzugsweise nach den üblichen Verfahren durchgeführt. So kann die Polymerisation des Caprolactams beispielsweise nach den in der DE-A 14 95 198 und DE-A 25 58 480 beschriebenen kontinu­ ierlichen Verfahren erfolgen. Die Polymerisation von AH-Salz zur Herstellung von PA 66 kann nach dem üblichen diskontinuierlichen Verfahren (siehe: Polymerization Processes S. 424-467, insbeson­ dere S. 444-446, Interscience, New York,1977) oder nach einem kontinuierlichen Verfahren, z. B. gemäß EP-A 129 196, erfolgen.

Bei der Polymerisation können übliche Kettenregler mitverwendet werden. Geeignete Kettenregler sind z. B. Triacetondiaminverbin­ dungen (siehe WO-A 95/28443), Monocarbonsäuren wie Essigsäure, Propionsäure und Benzoesäure, sowie Basen wie Hexamethylendiamin, Benzylamin und 1,4-Cyclohexyldiamin. Auch C₄-C₁₀-Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure; C₅-C₈-Cycloalkandicarbonsäuren wie Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure; Benzol- und Naphthalindicarbonsäuren wie Isophthalsäure, Tereph­ thalsäure und Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, sind als Kettenregler geeignet.

Die erhaltene Polymerschmelze wird aus dem Reaktor ausgetragen, gekühlt und granuliert. Das erhaltene Granulat wird einer Nach­ polymerisation unterworfen. Dies geschieht in an sich bekannter Weise durch Erwärmen des Granulats auf eine Temperatur T unter­ halb der Schmelztemperatur T_s bzw. Kristallitschmelztemperatur T_k des Polyamids. Durch die Nachpolymerisation stellt sich das end­ gültige Molekulargewicht des Polyamids (messbar als Viskositäts­ zahl VZ, siehe Angaben zur VZ weiter oben) ein. Üblicherweise dauert die Nachpolymerisation 2 bis 24 Stunden, insbesondere 12 bis 24 Stunden. Wenn das gewünschte Molekulargewicht erreicht ist, wird das Granulat in üblicher Weise abgekühlt.

Entsprechende Polyamide sind unter dem Handelsnamen Ultramid® von BASF erhältlich.

6. Vinylaromatische Polymere

Das Molekulargewicht dieser an sich bekannten und im Handel er­ hältlichen Polymeren liegt im allgemeinen im Bereich von 1.500 bis 2.000.000, vorzugsweise im Bereich von 70.000 bis 1.000.000.

Nur stellvertretend seien hier vinylaromatische Polymere aus Styrol, Chlorstyrol, α-Methylstyrol und p-Methylstyrol genannt; in untergeordneten Anteilen (vorzugsweise nicht mehr als 20, ins­ besondere nicht mehr als 8 Gew.-%), können auch Comonomere wie (Meth)acrylnitril oder (Meth)acrylsäureester am Aufbau beteiligt sein. Besonders bevorzugte vinylaromatische Polymere sind Poly­ styrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN) und schlagzäh modifi­ ziertes Polystyrol (HIPS = High Impact Polystyrene). Es versteht sich, daß auch Mischungen dieser Polymeren eingesetzt werden kön­ nen. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise nach dem in der EP-A-302 485 beschriebenen Verfahren.

Weiterhin sind ASA-, ABS- und AES-Polymerisate (ASA = Acrylni­ tril-Styrol-Acrylester, ABS = Acrylnitril-Butadien-Styrol, AES = Acrylnitril-EPDM-Kautschuk-Styrol) besonderes bevorzugt. Diese schlagzähen vinylaromatischen Polymere seien nachfolgend näher beschrieben.

Die schlagzähen vinylaromatischen Polymere enthalten mindestens ein kautschukelastisches Pfropfpolymerisat A und ein thermo­ plastisches Polymerisat B (Matrixpolymerisat). Bevorzugt werden Pfropfpolymerisate A verwendet, die als Kautschuk

• - einen Dienkautschuk auf Basis von Dienen, wie z. B. Butadien oder Isopren,
• - einen Alkylacrylatkautschuk auf Basis von Alkylestern der Acrylsäure, wie n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
• - einen EPDM-Kautschuk auf Basis von Ethylen, Propylen und einem Dien,

oder Mischungen dieser Kautschuke bzw. Kautschukmonomeren ent­ halten.

Bevorzugte Pfropfpolymerisate A enthalten, bezogen auf A),

• 1. 30 bis 95, bevorzugt 40 bis 90 und besonders bevorzugt 40 bis 85 Gew.-% einer kautschukelastischen Grundstufe aus, bezogen auf a1)
  • 1. 50 bis 100, bevorzugt 60 bis 100 und besonders bevorzugt 70 bis 100 Gew.-% eines (C₁-C₁₀-Alkyl)esters der Acryl­ säure,
  • 2. 0 bis 10, bevorzugt 0 bis 5 und besonders bevorzugt 0 bis 2 Gew.-% eines polyfunktionellen, vernetzenden Monomeren,
  • 3. 0 bis 40, bevorzugt 0 bis 30 und besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren mono­ ethylenisch ungesättigten Monomeren,
    oder aus
  • 4. a11*) 50 bis 100, bevorzugt 60 bis 100 und besonders bevor­ zugt 65 bis 100 Gew.-% eines Diens mit konjugierten Doppelbindungen,
  • 5. a12*) 0 bis 50, bevorzugt 0 bis 40 und besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-% von einem oder mehreren monoethylenisch ungesättigten Monomeren,
    oder aus
  • 6. a11**) 50 bis 100, bevorzugt 60 bis 100 und besonders bevor­ zugt 65 bis 100 Gew.-% einer Mischung aus Ethylen, Propylen und einem Dien,
  • 7. a12**) 0 bis 50, bevorzugt 0 bis 40 und besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren mono­ ethylenisch ungesättigten Monomeren,
• 2. 5 bis 70, bevorzugt 10 bis 60 und besonders bevorzugt 15 bis 60 Gew.-% einer Pfropfstufe aus, bezogen auf a2),
  • 1. 50 bis 100, bevorzugt 60 bis 100 und besonders bevorzugt 65 bis 100 Gew.-% einer Styrolverbindung der allgemeinen Formel
    in der R¹ und R² für Wasserstoff oder C₁-C₈-Alkyl stehen,
  • 2. 0 bis 40, bevorzugt 0 bis 38 und besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-% Acrylnitril oder Methacrylnitril oder deren Mischungen,
  • 3. 0 bis 40, bevorzugt 0 bis 30 und besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren mono­ ethylenisch ungesättigten Monomeren.

Als (C₁-C₁₀-Alkyl)ester der Acrylsäure, Komponente a11), eignen sich vor allem Ethylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und n-Butyl­ acrylat. Bevorzugt sind 2-Ethylhexylacrylat und n-Butylacrylat, ganz besonders bevorzugt ist n-Butylacrylat. Es können auch Mischungen verschiedener Alkylacrylate verwendet werden, die sich in ihrem Alkylrest unterscheiden.

Vernetzende Monomere a12) sind bi- oder polyfunktionelle Comono­ mere mit mindestens zwei olefinischen Doppelbindungen, beispiels­ weise Butadien und Isopren, Divinylester von Dicarbonsäuren wie der Bernsteinsäure und Adipinsäure, Diallyl- und Divinylether bi­ funktioneller Alkohole wie des Ethylenglycols und des Butan- 1,4-diols, Diester der Acrylsäure und Methacrylsäure mit den ge­ nannten bifunktionellen Alkoholen, 1,4-Divinylbenzol und Trial­ lylcyanurat. Besonders bevorzugt sind der Acrylsäureester des Tricyclodecenylalkohols (siehe DE-OS 12 60 135), dar unter dem Namen Dihydrodicyclopentadienylacrylat bekannt ist, sowie die Allylester der Acrylsäure und der Methacrylsäure.

Vernetzende Monomere a12) können in den Formmassen je nach Art der herzustellenden Formmassen, insbesondere je nach den ge­ wünschten Eigenschaften der Formmassen, enthalten sein oder nicht. Falls vernetzende Monomere a12) in den Formmassen enthal­ ten sind, so betragen die Mengen 0,01 bis 10, bevorzugt 0,3 bis 8 und besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf a1).

Bei den weiteren monoethylenisch ungesättigten Monomeren a13), die auf Kosten der Monomeren a11) und a12) im Pfropfkern a1) ent­ halten sein können, handelt es sich beispielsweise um:
vinylaromatische Monomere wie Styrol, Styrolderivate der allge­ meinen Formel

in der R¹ und R² für Wasserstoff oder C₁- bis C₈-Alkyl stehen;
Acrylnitril, Methacrylnitril;
C₁- bis C₄-Alkylester der Methacrylsäure wie Methylmethacrylat, weiterhin auch die Glycidylester, Glycidylacrylat und -metha­ crylat;
N-substituierte Maleinimide wie N-Methyl-, N-Phenyl- und N-Cyclo­ hexylmaleinimid;
Acrylsäure, Methacrylsäure, weiterhin Dicarbonsäuren wie Malein­ säure, Fumarsäure und Itaconsäure sowie deren Anhydride wie Maleinsäureanhydrid;
Stickstoff-funktionelle Monomere wie Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Vinylimidazol, Vinylpyrrolidon, Vinyl­ caprolactam, Vinylcarbazol, Vinylanilin, Acrylamid und Methacryl­ amid;
aromatische und araliphatische Ester der Acrylsäure und Methacrylsäure wie Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylacry­ lat, Benzylmethacrylat, 2-Phenylethylacrylat, 2-Phenylethylmeth­ acrylat, 2-Phenoxyethylacrylat und 2-Phenoxyethylmethacrylat;
ungesättigte Ether wie Vinylmethylether,
sowie Mischungen dieser Monomeren.

Bevorzugte Monomeren a13) sind Styrol, Acrylnitril, Methylmeth­ acrylat, Glycidylacrylat und -methacrylat, Acrylamid und Meth­ acrylamid.

Anstelle der Grundstufen-Monomere a11) bis a13) kann die Grund­ stufe a1) auch aus den Monomeren a11*) und a12*) aufgebaut sein. Als Diene mit konjugierten Doppelbindungen, a11*), kommen Buta­ dien, Isopren, Norbornen, und deren halogensubstituierte Deri­ vate, etwa Chloropren, in Betracht. Bevorzugt sind Butadien und Isopren, insbesondere Butadien.

Als weitere monoethylenisch ungesättigte Monomere a12*) können die Monomere mitverwendet werden, wie sie für die Monomeren a13) bereits genannt wurden.

Bevorzugte Monomeren a12*) sind Styrol, Acrylnitril, Methylmeth­ acrylat, Glycidylacrylat und -methacrylat, Acrylamid und Meth­ acrylamid.

Der Pfropfkern a1) kann auch aus einer Mischung der Mono­ meren a11) bis a13), und a11*) bis a12*), aufgebaut sein.

Anstelle der Grundstufen-Monomere a11) bis a13) bzw. a11*) und a12*) kann die Grundstufe a1) auch aus den Monomeren a11**) und a12**) aufgebaut sein. Als Dien in der Monomermischung a11**), welches in Mischung mit Ethylen und Propylen verwendet wird, sind insbesondere Ethylidennorbornen und Dicyclopentadien geeignet.

Als weitere monoethylenisch ungesättigte Monomere a12**) können die für a13) genannten Monomeren mitverwendet werden.

Der Pfropfkern kann auch aus einer Mischung der Monomeren a11) bis a13) und a11**) bis a12**), oder aus einer Mischung der Mono­ meren a11*) bis a12*) und a11**) bis a12**), oder aus einer Mischung der Monomeren a11) bis a13), a11*) bis a12*) und a11**) bis a12**), aufgebaut sein.

Enthält der Pfropfkern die Monomeren a11) bis a13), so entstehen nach Abmischung mit einem thermoplastischen Polymerisat B) aus Styrol und Acrylnitril (SAN), sogenannte ASA-Formmassen (Acrylni­ tril-Styrol-Alkylacrylat). Enthält der Pfropfkern die Monome­ ren a11*) bis a12*), so entstehen nach Abmischung mit einem ther­ moplastischen Polymerisat B) aus Styrol und Acrylnitril (SAN) Formmassen vom ABS-Typ (Acrylnitril-Butadien-Styrol). Enthält der Pfropfkern die Monomeren a11**) bis a12**), so entstehen nach Ab­ mischung mit einem thermoplastischen Polymeren B) aus Styrol und Acrylnitril (SAN) Formmassen vom AES-Typ (Acrylnitril-EPDM-Sty­ rol). In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dem­ nach bei den Polymerisaten A um ASA-Pfropfpolymerisate oder um ABS-Pfropfpolymerisate oder um AES-Pfropfpolymerisate, oder um Mischtypen aus ASA, ABS und AES.

Bezüglich der Monomeren a21) bzw. a23) sei auf die Ausführungen zu den Komponenten b1) bzw. b3) weiter unten verwiesen. Demnach kann die Pfropfschale a2) auf Kosten der Monomere a21) weitere Monomere a22), oder a23), oder deren Mischungen, enthalten. Be­ vorzugt ist die Pfropfschale a2) aufgebaut aus Polymerisaten, wie sie weiter unten als bevorzugte Ausführungsformen B/1 bis B/4 das Matrixpolymeren B genannt wurden.

Die Herstellung der Pfropfstufe a2) kann unter den gleichen Be­ dingungen wie die Herstellung der Grundstufe a1) erfolgen, wobei man die Pfropfstufe a2) in einem oder mehreren Verfahrenschritten herstellen kann. Dabei können die Monomeren a21), a22) und a23) einzeln oder in Mischung miteinander zugefügt werden. Das Monome­ renverhältnis der Mischung kann zeitlich konstant oder ein Gra­ dient sein. Auch Kombinationen dieser Verfahrensweisen sind mög­ lich. Beispielsweise kann man zunächst Styrol alleine, und danach eine Mischung aus Styrol und Acrylnitril, auf die Grundstufe a2) polymerisieren. Die Bruttozusammensetzung bleibt von den genann­ ten Ausgestaltungen des Verfahrens unberührt.

Weiterhin eignen sich auch Pfropfpolymerisate mit mehreren "wei­ chen" und "harten" Stufen, z. B. des Aufbaus a1)-a2)-a1)-a2) oder a2)-a1)-a2), vor allem im Falle größerer Teilchen.

Soweit bei der Pfropfung nicht gepfropfte Polymere aus den Mono­ meren a2) entstehen, werden diese Mengen, die in der Regel unter 10 Gew.-% von a2) liegen, der Masse der Komponente A zugeordnet.

Die Herstellung der Pfropfpolymerisate A kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, insbesondere in Emulsion, in Mikro­ emulsion, in Miniemulsion, in Suspension, in Mikrosuspension, in Minisuspension, als Fällungspolymerisation, in Masse oder in Lösung, oder als Kombination zweier Verfahren wie z. B. Masse/­ Lösung, Lösung/Fällung, Masse/Suspension und Masse/Emulsion. Die Verfahren können kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgeführt werden und sind dem Fachmann bekannt. Einzelheiten zu den genann­ ten Polymerisationsverfahren und den erforderlichen Hilfsstoffen wie Emulgatoren, Initiatoren, etc. sind beispielsweise der DE-A 197 52 394 zu entnehmen.

Weiterhin enthalten die schlagzähen vinylaromatischen Polymere mindestens ein thermoplastisches Polymerisat B (Matrixpolymeri­ sat). Bevorzugte Polymerisate B werden erhalten durch Polymerisa­ tion eines Monomerengemisches aus, bezogen auf B),

• 1. 50 bis 100, bevorzugt 60 bis 95 und besonders bevorzugt 60 bis 90 Gew.-% einer Styrolverbindung der allgemeinen Formel I
  in der R¹ und R² für Wasserstoff oder C₁- bis C₈-Alkyl stehen
  oder eines (C₁-C₈-Alkyl)esters der Acrylsäure oder Methacryl­ säure,
  oder Mischungen der Styrolverbindung und des (C₁-C₈-Al­ kyl)esters der Acrylsäure oder Methacrylsäure,
• 2. 0 bis 40, vorzugsweise 5 bis 38 Gew.-% Acrylnitril oder Methacrylnitril oder deren Mischungen, und
• 3. 0 bis 40, vorzugsweise 0 bis 30 Gew.-% von einem oder mehre­ ren weiteren monoethylenisch ungesättigten, von b2) verschie­ denen Monomeren.

Bevorzugt hat die Komponente B eine Glasübergangstemperatur T_g von 50°C oder darüber. B ist demnach ein hartes Polymeres.

Als Styrolverbindung der allgemeinen Formel (I) (Komponente b1)) setzt man vorzugsweise Styrol, α-Methylstyrol sowie außerdem mit C₂-C₈-Alkyl kernalkylierte Styrole wie p-Methylstyrol oder tert.- Butylstyrol, ein. Styrol ist besonders bevorzugt. Es können auch Mischungen der genannten Styrole, insbesondere von Styrol und α- Methylstyrol, verwendet werden.

Anstelle der Styrolverbindungen oder in Mischung mit ihnen kommen C₁- bis C₈-Alkylester der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure in Betracht, besonders solche, die sich vom Methanol, Ethanol, n- und iso-Propanol, sek.-, tert.- und iso-Butanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, Octanol, 2-Ethylhexanol und n-Butanol ablei­ ten. Besonders bevorzugt ist Methylmethacrylat.

Weiterhin kann die Komponente B auf Kosten der Monomeren b1) und b2) ein oder mehrere weitere, monoethylenisch ungesättigte Monomere b3) enthalten, welche die mechanischen und thermischen Eigenschaften von B in einem gewissen Bereich variieren. Als Bei­ spiele für solche Comonomere seien genannt:
N-substituierte Maleinimide wie N-Methyl-, N-Phenyl- und N-Cyclo­ hexylmaleinimid;
Acrylsäure, Methacrylsäure, weiterhin Dicarbonsäuren wie Malein­ säure, Fumarsäure und Itaconsäure sowie deren Anhydride wie Maleinsäureanhydrid;
Stickstoff-funktionelle Monomere wie Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Vinylimidazol, Vinylpyrrolidon, Vinyl­ caprolactam, Vinylcarbazol, Vinylanilin, Acrylamid und Methacryl­ amid;
aromatische und araliphatische Ester der Acrylsäure und Meth­ acrylsäure wie Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, 2-Phenylethylacrylat, 2-Phenylethylmeth­ acrylat, 2-Phenoxyethylacrylat und 2-Phenoxyethylmethacrylat;
ungesättigte Ether wie Vinylmethylether,
sowie Mischungen dieser Monomeren.

Bevorzugte Komponenten B sind beispielsweise Polystyrol, und Co­ polymere aus Styrol und/oder α-Methylstyrol und einem oder meh­ reren der unter b1) bis b3) genannten anderen Monomeren. Bevor­ zugt sind dabei Methylmethacrylat, N-Phenylmaleinimid, Malein­ säureanhydrid und Acrylnitril, besonders bevorzugt Methylmeth­ acrylat und Acrylnitril.

Als Beispiele für bevorzugte Komponenten B seien genannt:
B/1: Polystyrol
B/2: Copolymeres aus Styrol und Acrylnitril,
B/3: Copolymeres aus a-Methylstyrol und Acrylnitril,
B/4: Copolymeres aus Styrol und Methylmethacrylat.

Besonders bevorzugt beträgt der Anteil an Styrol oder α-Methyl­ styrol, oder der Anteil der Summe aus Styrol und α-Methylstyrol, mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf die Komponente B.

Enthält die Komponente B bevorzugt Styrol und Acrylnitril, so entstehen die bekannten handelsüblichen SAN-Copolymeren. Sie ha­ ben in der Regel eine Viskositätszahl VZ (ermittelt nach DIN 53 726 bei 25°C, 0,5 Gew.-% in Dimethylformamid) von 40 bis 160 ml/g, entsprechend einer mittleren Molmasse von etwa 40000 bis 2000000 (Gewichtsmittel).

Die Komponente B kann man in an sich bekannter Weise, z. B. durch Substanz-, Lösung- Suspensions-, Fällungs- oder Emulsionspolyme­ risation erhalten. Einzelheiten dieser Verfahren sind z. B. im Kunststoffhandbuch, Hrg. Vieweg und Daumiller, Carl-Hanser-Verlag München, Bd. 1 (1973), S. 37 bis 42 und Bd. 5 (1969), S. 118 bis 130, sowie in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Verlag Chemie Weinheim, Bd. 19, S. 107 bis 158 "Polyme­ risationstechnik", beschrieben.

Üblicherweise enthalten die schlagzähen vinylaromatischen Poly­ mere 5 bis 80, bevorzugt 10 bis 70 und besonders bevorzugt 15 bis 60 Gew.-% des kautschukelastischen Pfropfpolymerisates A und ent­ sprechend 20 bis 95, bevorzugt 30 bis 90 und besonders bevorzugt 40 bis 85 Gew.-% des thermoplastischen Polymeren B.

7. Polyarylenether

Unter Polyarylenethern sind bevorzugt sowohl Polyarylenether an sich, Polyarylenethersulfide, Polyarylenethersulfone oder Poly­ arylenetherketone zu verstehen. Deren Arylengruppen können gleich oder verschieden sein und unabhängig voneinander einen aromati­ schen Rest mit 6 bis 18 C-Atomen bedeuten. Beispiele geeigneter Arylenreste sind Phenylen, Bisphenylen, Terphenylen, 1,5-Naphthy­ len, 1,6-Naphthylen, 1,5-Anthrylen, 9,10-Anthrylen oder 2,6-Ant­ hrylen. Darunter werden 1,4-Phenylen und 4,4'-Biphenylen bevor­ zugt. Vorzugsweise sind diese aromatischen Reste nicht substi­ tuiert. Sie können jedoch einen oder mehrere Substituenten tra­ gen. Geeignete Substituenten sind beispielsweise Alkyl-, Arylal­ kyl-, Aryl-, Nitro-, Cyano- oder Alkoxygruppen sowie Heteroaroma­ ten wie Pyridin und Halogenatome. Zu den bevorzugten Substituen­ ten zählen Alkylreste mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen wie Methyl, Ethyl, i-Propyl, n-Hexyl, i-Hexyl, C₁- bis C₁₀-Alkoxyreste wie Me­ thoxy, Ethoxy, n-Propoxy, n-Butoxy, Arylreste mit bis zu 20 Koh­ lenstoffatomen wie Phenyl oder Naphthyl sowie Fluor und Chlor. Diese können neben -O-, z. B. über -S-, -SO-, -SO₂-, -CO-, -N=N-, -COO-, einen Alkylenrest oder eine chemische Bindung miteinander verknüpft sein. In den Polyarylenethern können die Arylengruppen auch über unterschiedliche Gruppen miteinander verknüpft sein.

Zu den bevorzugten Polyarylenethern zählen solche mit wiederkeh­ renden Einheiten der allgemeinen Formel

Ebenso können deren kernsubstituierten Derivate verwendet werden. Als Substituenten kommen vorzugsweise C₁-C₆-Alkyl, wie Methyl, Ethyl oder t-Butyl, C₁-C₆-Alkoxy, wie Methoxy oder Ethoxy, Aryl, insbesondere Phenyl, Chlor oder Fluor in Betracht. Die Variable X kann -SO₂-, -SO-, -S-, -O-, CO, -N=N-, -RC=CR^a-, -CR^bR^c- oder eine chemische Bindung sein. Die Variable Z kann für -SO₂-. -SO-, -CO-, -O-, -N=N- oder -RC=CR^a stehen. Hierbei stellen R und R^a jeweils Wasserstoff, C₁-C₆-Alkyl, z. B. Methyl, n-Propyl oder n-Hexyl, C₁-C₆-Alkoxy, darunter Methoxy, Ethoxy oder Butoxy oder Aryl, ins­ besondere Phenyl dar. Die Reste R^b und R^c können jeweils Wasser­ stoff oder eine C₁- bis C₆-Alkylgruppe, insbesondere Methyl, dar­ stellen. Sie können aber auch zu einem C₄- bis C₁₀-Cycloalkylring, bevorzugt Cyclopentyl- oder Cyclohexylring, miteinander verknüpft sein, der seinerseits mit einer oder mehreren Alkylgruppen, vor­ zugsweise Methyl substituiert sein kann. Daneben können R^b und R^c auch eine C₁- bis C₆-Alkoxygruppe, z. B. Methoxy oder Ethoxy oder eine Arylgruppe, besonders Phenyl, darstellen. Die vorgenannten Gruppen können ihrerseits jeweils mit Chlor oder Fluor substi­ tuiert sein.

Die Polyarylenether können auch Co- oder Blockcopolymere sein, in denen Polyarylenethersegmente und Segmente von anderen thermopla­ stischen Polymeren wie Polyamiden, Polyestern, aromatischen Poly­ carbonaten, Polyestercarbonaten, Polysiloxanen, Polyimiden oder Polyetherimiden vorliegen. Die Molekulargewichte der Blöcke- bzw. der Pfropfarme in den Copolymeren liegt in der Regel im Bereich von 1000 bis 30 000 g/mol. Die Blöcke unterschiedlicher Struktur können alternierend oder statistisch angeordnet sein. Der Gewichtsanteil der Polyarylenethersegmente in den Co- oder Block­ copolymeren beträgt im allgemeinen mindestens 3, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%. Der Gewichtsanteil der Polyarylenether­ sulfone oder -ketone kann bis zu 97 Gew.-% betragen. Bevorzugt werden Co- oder Blockcopolymere mit einem Gewichtsanteil an Poly­ arylenethersegmenten mit bis zu 90 Gew.-%. Besonders bevorzugt werden Co- oder Blockcopolymere mit 20 bis 80 Gew.-% Polyarylen­ ethersegmenten.

Im allgemeinen weisen die Polyarylenether mittlere Molekularge­ wichte Mn (Zahlenmittel) im Bereich von 10 000 bis 60 000 g/mol und Viskositätszahlen von 30 bis 150 ml/g auf. Die Viskositäts­ zahlen werden je nach Löslichkeit der Polyarylenether entweder in 1 gew.-%iger N-Methylpyrrolidon-Lösung, in Mischungen aus Phenol und o-Dichlorbenzol oder in 96%iger Schwefelsäure bei jeweils 20°C bzw. 25°C gemessen.

Die Polyarylenether sind an sich bekannt oder können nach an sich bekannten Methoden hergestellt werden.

So lassen sich beispielsweise Polyphenylenether durch oxidative Kupplung von Phenolen herstellen. Polyarylenethersulfone oder -ketone entstehen z. B. durch Kondensation aromatischer Bishalogen­ verbindungen und den Alkalidoppelsalzen aromatischer Bisphenole. Sie können beispielsweise auch durch Selbstkondensation von Alkalisalzen aromatischer Halogenphenole in Gegenwart eines Katalysators hergestellt werden.

Bevorzugte Verfahrensbedingungen zur Synthese von Polyarylene­ thersulfonen oder -ketonen sind beispielsweise in der EP-A-113 112 und 135 130 beschrieben.

Die bevorzugten Polyarylenether weisen in der Regel einen Schmelzpunkt von mindestens 320°C (Polyarylenethersulfone) bzw. von mindestens 370°C (Polyarylenetherketone) auf.

Erfindungsgemäß können die Formmassen als Komponente A) Polyary­ lenethersulfone oder -ketone enthalten, die durch Umsetzen eines Polyarylenethersulfons oder -ketons A1) mit einer reaktiven Ver­ bindung erhältlich sind. Die reaktiven Verbindungen enthalten ne­ ben einer C,C-Doppel- oder Dreifachbindung eine bzw. mehrere Car­ bonyl-, Carbonsäure-, Carboxylat-, Säureanhydrid-, Säureimid-, Carbonsäureester-, Amino-, Hydroxyl-, Epoxi-, Oxazolin-, Ure­ than-, Harnstoff-, Lactam- oder Halogenbenzylgruppe(n).

Typisch geeignete Verbindungen sind beispielsweise Maleinsäure, Methylmaleinsäure, Itaconsäure, Tetrahydrophthalsäure, deren An­ hydride und Imide, Fumarsäure, die Mono- und Diester dieser Säu­ ren, z. B. von C₁-C₁₈-Alkanolen, die Mono- oder Diamide dieser Säuren wie N-Phenylmaleinimid, Maleinsäurehydrazid.

Bevorzugt werden modifizierte Polyarylenethersulfone oder -ketone eingesetzt, die durch Umsetzen von 80 bis 99,9 Gew.-%, insbeson­ dere 90 bis 99 Gew.-% des unmodifizierten Polyarylenethersulfonen oder -ketonen, mit 0,1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-% der reaktiven Verbindung erhalten worden sind.

Als Radikalstarter können in der Regel die in der Fachliteratur (z. B. J.K. Kochi, "Free Radicals", J. Wiley, New York, 1973) be­ schriebenen Verbindungen Verwendung finden.

Üblicherweise werden die Radikalstarter in Mengen von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzten Polyarylenether­ sulfone oder -ketone verwendet. Selbstverständlich können auch Mischungen unterschiedlicher Radikalstarter eingesetzt werden.

Entsprechend modifizierte Polyphenylenether sind u. a. aus der WO 87/00540 bekannt, welche bevorzugt mit Polyamiden als Blendkompo­ nente gemischt werden.

8. Polyurethane, Polyisocyanurate und Polyharnstoffe

Weiche, halbharte oder harte, thermoplastische oder vernetze Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte, beispielsweise Polyurethane, Polyisocyanurate und/oder Polyharnstoffe, insbesondere Polyure­ thane, sind allgemein bekannt. Ihre Herstellung ist vielfältig beschrieben und erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von (a) Isocyanaten mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen bei allgemein bekannten Bedingungen. Bevorzugt wird die Umsetzung in Gegenwart von (c) Katalysatoren und/oder (d) Hilfsstoffen durchgeführt. Wenn es sich um geschäumte Polyisocyanat-Polyaddi­ tionsprodukte handelt, so werden diese in Gegenwart von üblichen Treibmitteln (e) hergestellt.

Als Isocyanate (a) kommen die an sich bekannten aromatischen, arylaliphatischen, aliphatischen und/oder cycloaliphatischen or­ ganischen Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate in Frage.

Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b) können bei­ spielsweise allgemein bekannte Verbindungen mit einem Molekular­ gewicht von 60 bis 10000 und einer Funktionalität gegenüber Iso­ cyanaten von 1 bis 8, bevorzugt 2 bis 6 eingesetzt werden (im Falle von thermoplastischen Polyurethanen TPU Funktionalität ca. 2), beispielsweise Polyole mit einem Molekulargewicht von 500 bis 10000, z. B. Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polyetherpolye­ sterpolyole, und/oder Diole, Triole und/oder Polyole mit Moleku­ largewichten kleiner 500.

Als Katalysatoren (c) zur Herstellung der Produkte können gegebe­ nenfalls allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, wel­ che die Reaktion von Isocyanaten mit den gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen stark beschleunigen, wobei vorzugsweise ein Gesamtkatalysatorgehalt von 0,001 bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der insgesamt einge­ setzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b), verwen­ det wird, beispielsweise tertiäre Amine und/oder Metallsalze, beispielsweise anorganische und/oder organische Verbindungen des Eisens, Bleis, Zinks, und/oder Zinns in üblichen Oxidationsstufen des Metalls.

Als Hilfsstoffe (d) können gegebenenfalls übliche Substanzen ver­ wendet werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Flammschutzmittel, Hydrolyseschutzmittel, fungistatisch und bakteriostatisch wir­ kende Substanzen sowie UV-Stabilisatoren und Antioxidantien.

Einzelheiten zu Polyurethanen, Polyisocyanuraten und Polyharn­ stoffen findet der Fachmann im Kunststoff-Handbuch, 3. Auflage, Band 7 "Polyurethane", Hanser Verlag, München 1993.

9. Polylactide

Polylactide, also Polymere der Milchsäure, sind an sich bekannt oder können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Neben Polylactid können auch Co- oder Blockcopolymere auf der Ba­ sis von Milchsäure und weiteren Monomeren verwendet werden. Meist werden lineare Polylactide eingesetzt. Es können aber auch ver­ zweigte Milchsäurepolymerisate verwendet werden. Als Verzweiger können z. B. mehrfunktionelle Säuren oder Alkohole dienen. Bei­ spielhaft können Polylactide genannt werden, die im wesentlichen aus Milchsäure oder deren C₁- bis C₄-Alkylester oder deren Mi­ schungen sowie mindestens einer aliphatischen C₄- bis C₁₀-Dicar­ bonsäure und mindestens einem C₃- bis C₁₀-Alkanol mit drei bis fünf Hydroxygruppen erhältlich sind.

10. Thermoplastische Elastomere (TPE)

Thermoplastische Elastomere (TPE) lassen sich wie Thermoplaste verarbeiten, haben jedoch kautschukelastischen Eigenschaften. Es sind TPE-Blockpolymere, TPE-Pfropfpolymere und segmentierte TPE- Copolymere aus zwei oder mehr Monomerbausteinen geeignet. Beson­ ders geeignete TPE sind thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPE-U oder TPU), Styrol-Oligoblock-Copolymere (TPE-S) wie SBS (Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer) und SEBS (Styrol-Ethylen- Butylen-Styrol-Blockcopolymer, erhältlich durch Hydrieren von SBS), thermoplastische Polyolefin-Elastomere (TPE-O), thermpla­ stische Polyester-Elastomere (TPE-E), thermoplastische Polyamid- Elastomere (TPE-A) und insbesondere thermoplastische Vulkanisate (TPE-V). Letztere enthalten z. B. einen Thermoplasten und einen in geringem Ausmaß vulkanisierten Kautschuk. Beispielhaft für TPE-V sei ein Blend aus Polypropylen und gering vulkanisiertem EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) genannt.

Einzelheiten zu TPE findet der Fachmann in G. Holden et al., Thermoplastic Elastomers, 2. Auflage, Hanser Verlag, München 1996.

11. Halogenhaltige Polymerisate

Hier sind insbesondere Polymerisate des Vinylchlorids zu nennen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC) wie Hart-PVC und Weich-PVC, und Copolymerisate des Vinylchlorids wie PVC-U-Formmassen.

Weiterhin kommen fluorhaltige Polymere in Betracht, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen- Copolymere (FEP), Copolymere des Tetrafluorethylens mit Per­ fluoralkylvinylether, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere (ETFE)Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), und Ethylen-Chlortrifluorethy­ len-Copolymere (ECTFE).

12. Imidgruppenhaltige Polymere

Imidgruppenhaltige Polymere sind insbesondere Polyimide, Poly­ etherimide, und Polyamidimide.

13. Cellulosester

Geeignete Celluloseester sind etwa Celluloseacetat, Celluloseace­ tobutyrat, und Cellulosepropionat.

14. Silicon-Polymere

Geeignet sind insbesondere Siliconkautschuke. Dabei handelt es sich üblicherweise um Polyorganosiloxane, die zu Vernetzungsreak­ tionen fähige Gruppen aufweisen. Derartige Polymere werden bei­ spielsweise in Römpp Chemie Lexikon, CD-ROM Version 1.0, Thieme Verlag Stuttgart 1995, beschrieben.

Über die unter Nr. 1 bis 14 genannten Polymere hinaus können auch andere Polymere A und B verwendet werden, wie sie z. B. in den eingangs erwähnten Büchern von Saechtling bzw. Becker und Braun beschrieben werden.

Es kann auch eine Mischung verschiedener Polymere als Polymer A bzw. Polymer B eingesetzt werden, d. h. das Formteil I oder das Formteil II oder beide Formteile können aus Mischungen verschie­ dener Polymere bestehen, z. B. aus ein- oder mehrphasigen Polymer­ blends, welche mindestens zwei der vorgenannten Polymere enthal­ ten. Derartige Blends sind dem Fachmann bekannt.

Das Polymer A oder das Polymer B oder beide Polymere können dar­ über hinaus übliche Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel ent­ halten. Dabei sind die Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel nach Art und Menge derart auszuwählen, daß das Formteil I unver­ ändert lasertransparent und das Formteil II unverändert laserab­ sorbierend ist. Insbesondere ist bei der Auswahl und Dosierung der Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel zu beachten, daß diese das Formteil I nicht laserabsorbierend machen dürfen.

Geeignete Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel sind z. B. Gleit- oder Entformungsmittel, Kautschuke, Antioxidantien, Stabi­ lisatoren gegen Lichteinwirkung, Antistatika, Flammschutzmittel, oder faser- und pulverförmige Füll- oder Verstärkungsmittel, so­ wie andere Zusatzstoffe, oder deren Mischungen.

Geeignete Gleit- und Entformungsmittel sind z. B. Stearinsäuren, Stearylalkohol, Stearinsäureester oder -amide, Siliconöle, Metallstearate, Montanwachse und solche auf Basis von Polyethylen und Polypropylen.

Geeignete Antioxidantien (Wärmestabilisatoren) sind etwa sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, Arylamine, Phosphite, verschie­ dene substituierte Vertreter dieser Gruppe, sowie deren Mischun­ gen. Sie sind etwa als Topanol®, Irgafos®, Irganox® oder Naugard® im Handel erhältlich.

Geeignete Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung sind z. B. ver­ schiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole, Benzophenone, HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), wie sie z. B. als Tinuvin® kommerziell erhältlich sind.

Geeignete Antistatika sind beispielsweise Aminderivate wie N,N- Bis(hydroxyalkyl)alkylamine oder -alkylenamine, Polyethylengly­ colester oder Glycerinmono- und -distearate, sowie deren Mischun­ gen.

Geeignete Flammschutzmittel sind z. B. die dem Fachmann bekannten halogenhaltigen oder phosphorhaltigen Verbindungen, Magnesiumhy­ droxid, roter Phosphor, sowie andere gebräuchliche Verbindungen oder deren Mischungen.

Als Beispiele für faserförmige bzw. pulverförmige Füll- und Ver­ stärkungsstoffe seien Kohlenstoff- oder Glasfasern in Form von Glasgeweben, Glasmatten oder Glasseidenrovings, Schnittglas, Glaskugeln sowie Wollastonit genannt, besonders bevorzugt Glasfa­ sern. Bei der Verwendung von Glasfasern können diese zur besseren Verträglichkeit mit den Blendkomponenten mit einer Schlichte und einem Haftvermittler ausgerüstet sein. Die Einarbeitung der Glas­ fasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in Form von Endlossträngen (Rovings) erfolgen.

Als teilchenförmige Füllstoffe eignen sich z. B. Ruß, amorphe Kie­ selsäure, Magnesiumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, Mica, Bentonite, Talkum, Feldspat oder insbesondere Calciumsili­ kate wie Wollastonit und Kaolin.

Die faser-, pulver- bzw. teilchenförmigen Füll-und Verstärkungs­ stoffe werden üblicherweise in Mengen von 1 bis 60, bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Formteil I bzw. II, verwendet.

Insbesondere bei Füll- und Verstärkungsstoffen, Flammschutzmit­ teln, Titandioxid, und Mineralien wie Wollastonit, ist zu beach­ ten, daß diese Stoffe das Ausmaß der Laserabsorption bzw. -trans­ mission erheblich verändern können. Ihre Mengen müssen entspre­ chend gewählt werden.

Die einzelnen Zusatzstoffe werden, unter Berücksichtigung der oben genannten Einschränkungen hinsichtlich der Laserabsorption, in den jeweils üblichen Mengen verwendet, so daß sich nähere An­ gaben hierzu erübrigen.

Die Herstellung der Formmassen aus Polymer A bzw. B und Zusatz- bzw. Verarbeitungshilfsmitteln kann nach an sich bekannten Misch­ verfahren erfolgen, beispielsweise unter Aufschmelzen in einem Extruder, Banbury-Mischer, Kneter, Walzenstuhl oder Kalander. Die Komponenten können jedoch auch "kalt" verwendet werden und das pulvrige oder aus Granulaten bestehende Gemisch wird erst bei der Verarbeitung aufgeschmolzen und homogenisiert.

Bevorzugt werden die Komponenten, gegebenenfalls mit den erwähn­ ten Zusatzstoffen, in einem Extruder oder einer anderen Mischvor­ richtung bei Temperaturen von 100 bis 320°C unter Aufschmelzen des thermoplastischen Polymeren vermischt, und ausgetragen. Die Ver­ wendung eines Extruders ist besonders bevorzugt, insbesondere ei­ nes gleichsinnig drehenden, dichtkämmenden Zweischneckenextru­ ders.

Aus den Formmassen lassen sich Formteile (auch Halbzeuge) aller Art herstellen, die dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit­ einander verbunden werden. Formteil im Sinne der Erfindung ist z. B. ein Spritzgußformteil oder ein tiefgezogenes Formteil, und schließt Folien, Halbzeuge (Tafeln, Rohre, Platten, Stäbe, etc.) ein. Werden z. B. zwei oder mehr Folien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden, so ist das Verfahrensprodukt, nämlich das zusammengesetzte Formteil, eine Mehrschichtfolie.

ii) Die Laserstrahlung

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Laserstrahlung hat im allgemeinen eine Wellenlänge im Bereich von 150 bis 11000, vorzugsweise im Bereich von 700 bis 2000, insbesondere 800 bis 1100 nm.

Prinzipiell sind alle üblichen Laser geeignet, beispielsweise Gaslaser und Festkörperlaser. Gaslaser sind z. B. (in Klammern ist die typische Wellenlänge der emittierten Strahlung angegeben):
CO₂-Laser (10600 nm = 10,6 µm)
Argon-Gaslaser (488 nm und 514,5 nm)
Helium-Neon-Gaslaser (543 nm, 632,8 nm, 1150 nm)
Krypton-Gaslaser (330 bis 360 nm, 420 bis 800 nm)
Wasserstoff-Gaslaser (2600 bis 3000 nm)
Stickstoff-Gaslaser (337 nm)

Festkörperlaser sind z. B. (in Klammern die typische Wellenlänge der emittierten Strahlung):
Nd : YAG-Laser (Nd³⁺ : Y₃Al₅O₁₂) (1064 nm)
Hochleistungsdioden-Laser (800 bis 1000 nm)
Rubinlaser (694 nm)
F₂-Excimerlaser (157 nm)
ArF-Excimerlaser (193 nm)
KrCl-Excimerlaser(222 nm)
KrF-Excimerlaser (248 nm)
XeCl-Excimerlaser (308 nm)
XeF-Excimerlaser (351 nm)
sowie frequenzvervielfachte Nd : YAG-Laser mit Wellenlängen von 532 nm (frequenzverdoppelt), 355 nm (frequenzverdreifacht) oder 266 nm (frequenzvervierfacht).

Die verwendeten Laser werden üblicherweise bei Leistungen von 1 bis 200, bevorzugt 5 bis 100 und insbesondere 10 bis 50 Watt be­ trieben.

Die Energiedichten der eingesetzten Laser werden in der Literatur üblicherweise als sog. "Streckenenergien" angegeben und liegen bei der vorliegenden Erfindung im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 50 J/mm. Die tatsächliche Energiedichte ist definiert als
eingebrachte Leistung/erzeugte Schweißfläche.

Dieser Wert ist dem Verhältnis
Streckenenergie/Breite der erzeugten Schweißnaht
gleichzusetzen. Die tatsächlichen Energiedichten der verwendeten Laser betragen üblicherweise 0,01 bis 25 J/mm².

Die zu wählende Energiedichte hängt u. a. davon ab, ob die zu ver­ bindenden Formteile I und II Füll- oder Verstärkungsstoffe oder andere stark laserabsorbierende Stoffe enthalten. Für Polymere A bzw. B, die keine Füll- oder Verstärkungsstoffe enthalten, betra­ gen die Energiedichten üblicherweise 1 bis 20, insbesondere 3 bis 10 J/mm. Für Polymere A bzw. B, die Füll- oder Verstärkungsstoffe enthalten, betragen sie üblicherweise 3 bis 50, insbesondere 5 bis 20 J/mm.

Entsprechende Laser, die im erfindungsgemäßen Verfahren einge­ setzt werden können, sind kommerziell erhältlich.

Excimerlaser sind besonders gut geeignet für die Projektion (Mas­ kenverfahren). Es ist aber auch möglich, den Strahl mit bewegli­ chen Spiegeln zu führen (Scannen). Mit homogenem Strahlquer­ schnitt ist die Bestrahlung einer Maske von etwa 2 cm × 2 cm mög­ lich. Durch Verwendung geeigneter Optiken kann der Strahlquer­ schnitt aber auch weiter aufgeweitet werden.

Besonders bevorzugte Laser emittieren im kurzwelligen Infrarot- Bereich. Solche besonders bevorzugten Laser sind Festkörperlaser, insbesondere der Nd : YAG-Laser (Nd³⁺ : Y₃Al₅O₁₂) (1064 nm), und Hoch­ leistungsdioden-Laser (800 bis 1000 nm). Der Nd : YAG-Laser, der Hochleistungsdiodenlaser und der CO₂-Laser sind besonders bevor­ zugt. Dabei eignet sich der CO₂-Laser insbesondere zum Verbinden von Folien. Der Nd : YAG-Laser und der Diodenlaser werden bevorzugt zum Verbinden anderer Formteile verwendet.

Die Laserstrahlung kann ortsfest (unbewegt) sein und die zu ver­ bindenden Formteile können an der Laserstrahlung vorbei bewegt werden. Ebenso können die Formteile ortsfest (ruhend) sein und die Laserstrahlung kann an den Formteilen vorbei bewegt werden. Dabei kann die Laserstrahlung bewegt werden, indem man den Laser als ganzes, nur den Laserkopf, oder nur die aus dem Laser austre­ tende Laserstrahlung über optische oder optisch-mechanische Vor­ richtungen bewegt. Solche Vorrichtungen können z. B. Linsen, Spiegel, lichtleitende Kabel, insbesondere Glasfaserkabel, und andere in der Lasertechnologie gebräuchliche Vorrichtungen, sowie Kombinationen der genannten Vorrichtungen, sein. Es ist auch mög­ lich, daß sich sowohl Laserstrahlung als auch Formteile bewegen.

Unabhängig von den vorgenannten Ausführungsformen beträgt die relative Bewegungsgeschwindigkeit (nachfolgend kurz "Geschwindig­ keit") der Laserstrahlung zu den Formteilen üblicherweise 1 bis 1000 mm/s, bevorzugt 5 bis 200 und insbesondere 10 bis 200 mm/s.

Erfindungsgemäß werden der Weg der Laserstrahlung und die zu ver­ bindenden Formteile derart zueinander angeordnet, daß die Laser­ strahlung an der zu verbindenden Stelle zunächst auf das (laser­ transparente) Formteil I trifft, es durchdringt und schließlich auf das (laserabsorbierende) Formteil II auftrifft.

Die Dicke des zu verbindenden Formteils I beträgt an der zu ver­ bindenden Stelle üblicherweise 0,0005 bis 10, bevorzugt 0,25 bis 5 und insbesondere 0,5 bis 3 mm. Die Dicke des zu verbindenden Formteils II ist in der Regel beliebig wählbar.

Bezüglich der Laserleistung und der Geschwindigkeit ergeben sich die genannten Ober- und Untergrenzen unter anderem dadurch, daß bei zu hoher Laserleistung bzw. zu geringer Geschwindigkeit sich das Polymermaterial an der zu verbindenden Stelle der Formteile zersetzt (thermische Schädigung), und daß bei zu geringer Laser­ leistung bzw. zu hoher Geschwindigkeit keine qualitativ hochwer­ tige (also dauerhaft feste und dichte) Schweißnaht mehr möglich ist, da die zum Schweißen erforderlichen Diffusionsvorgänge eine bestimmte Temperatureinwirkzeit erfordern.

Die Auswahl der geeigneten Verfahrensparameter für das Verschwei­ ßen, insbesondere des Lasers, der Wellenlänge, der Laserleistung und der Geschwindigkeit, richtet sich naturgemäß außer nach der Dicke des Formteils I auch nach der chemischen Zusammensetzung der Formteile I und II, insbesondere nach den Polymeren A und B, und nach den Farbmitteln, die in den Formteilen I und II enthal­ ten sind. Dabei ist zu beachten, daß manche Polymere per se la­ sertransparent sind, während andere Polymere bereits im Naturzu­ stand ohne Zusatz laserabsorbierender Additive einen gewissen An­ teil der Laserstrahlung absorbieren. Formteile I aus lasertran­ sparenten Polymeren bzw. enthaltend schwach laserabsorbierende oder in kleiner Menge vorhandene Additive erlauben üblicherweise eine geringere Laserleistung bzw. eine höhere Vorschubgeschwin­ digkeit als Formteile I aus im Naturzustand laserabsorbierenden Polymeren bzw. enthaltend stark laserabsorbierende oder in großer Menge vorhandene Additive.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die zu verbindenden Form­ teile I und II vor dem Laserschweißen zu trocknen, um Schweiß­ nahtdefekte durch verdampfendes Wasser zu vermeiden. Das Trocknen kann beispielsweise durch Lagerung der Formteile bei erhöhter Temperatur, insbesondere 40 bis 100°C, erfolgen. Besonders gut lassen sich die Formteile bei erhöhter Temperatur im Vakuum trocknen.

Das Durchstrahlungslaserschweißen kann in verschiedenen Ausfüh­ rungsformen durchgeführt werden. Die wichtigsten werden beispiel­ haft genannt:
Konturschweißen: ist ein sequenzieller Schweißprozess, bei dem der Laserstrahl entlang einer frei programmierbaren Nahtkontur geführt oder das Bauteil relativ zum fest montierten Laser bewegt wird. Die Schweißnahtbreite lässt sich je nach Lasertyp und Optik stark variieren und liegt typischerweise im Bereich von 0,6 bis 5 mm.
Simultanschweißen: dabei wird die linienförmig emittierte Strah­ lung einzelner Hochleistungsdioden entlang der zu schweißenden Nahtkontur angeordnet. Das Aufschmelzen und Verschweißen der ge­ samten Kontur erfolgt somit zeitgleich (simultan).
Quasi-Simultan- oder Scan-(Abtast-)Schweißen: ist eine Kombina­ tion aus Kontur- und Simultanschweißen. Der Laserstrahl wird mit­ tels galvanometrischer Spiegel (Scanner) mit hoher Geschwindig­ keit entlang der Schweißnahtkontur hin und her geführt. Dadurch erwärmt sich der zu verbindende Bereich allmählich und schmilzt auf.
Maskenschweißen: dabei wird ein linienförmiger Laserstrahl quer über die zu verbindenden Teile bewegt. Durch eine zwischen Laser und Bauteil befindliche Maske wird die Strahlung gezielt abge­ schattet und trifft nur dort auf die Bauteile, wo sie geschweißt werden sollen. Feinste Strukturen in der Maske erlauben hohe Auf­ lösungen und Schweißnahtbreiten von nur 10 µm.

Einzelheiten zu den genannten Ausführungsformen des Durchstrah­ lungslaserschweißens findet man in V. Mattus und J. Engel, "Laserstrahlschweißen von Thermoplasten im Durchstrahlverfahren", Firmenschrift der BASF Aktiengesellschaft Ludwigshafen, Techni­ sche Information für Experten 07/00, Erscheinungsdatum Nov. 2000.

Üblicherweise stehen die zu verbindenden Formteile I und II wäh­ rend der Einwirkung der Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle miteinander in Kontakt. Beispielsweise berühren sie sich, indem sie aufeinander oder aneinander liegen. Dabei kann auf die Formteile ein zusätzlicher Anpressdruck einwirken, falls erfor­ derlich. Durch das Aufbringen eines Anpressdruckes auf die Füge­ nahtkontur während des Schweißprozesses kann man einen Fügeweg (häufig auch als Abschmelzweg bezeichnet) erzeugen. Dadurch las­ sen sich Verzug oder Toleranzen der Formteile I und II oder Ein­ fallstellen im Bereich der Schweißnaht ausgleichen.

Es ist jedoch auch möglich, zwischen den Formteilen I und II ei­ nen geringen Abstand zu lassen (Fügespalt).

iii) Die Farbmittel

Das Formteil I und das Formteil II enthalten Farbmittel. Unter einem Farbmittel versteht man alle farbgebenden Stoffe nach DIN 55 944, welche in anorganische und organische Farbmittel so­ wie natürliche und synthetische einteilbar sind (s. Römpps Chemie-Lexikon, 1981, 8. Auflage, S. 1237).

Farbmittel, die den gesamten sichtbaren Bereich des elektromagne­ tischen Spektrums absorbieren, sind schwarz. Farbmittel, die im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums nicht absor­ bieren, sind weiß. Farbmittel, die im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums selektiv absorbieren, also nur Teilbereiche des sichtbaren Lichts absorbieren, sind bunt (nicht weiß, nicht schwarz).

Nach DIN 55943 (Sept. 1984) und DIN 55945 (Aug. 1983) ist ein Pigment ein im Anwendungsmedium (hier also im Polymeren A bzw. B) praktisch unlösliches, anorganisches oder organisches, buntes od. unbuntes Farbmittel. Farbstoffe sind in Lösungsmitteln und/oder Bindemitteln (hier also im Polymeren A bzw. B) lösliche, anorga­ nische oder organische, bunte oder unbunte Farbmittel.

Zur Bezeichnung der Farbmittel wird nachfolgend die Nomenklatur der Colour Index (C.I.) verwendet. Alle Farbmittelbezeichnungen wie "Solvent Orange 60" oder "Pigment Red 101" sind C.I.-Bezeich­ nungen. Der Kürze halber wird der Namensbestandteil "C.I." nach­ folgend zuweilen weggelassen.

Erfindungsgemäß enthält das Formteil I mindestens ein Farbmittel, welches im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums selektiv absorbiert. Das Formteil I enthält also mindestens ein buntes Farbmittel.

Bevorzugt sind die im Formteil I enthaltenen Farbmittel ausge­ wählt aus den in Tabelle 1 genannten Farbmitteln. Die angegebenen Farbmittelkonzentrationen stellen bevorzugte Ausführungsfarmen der Erfindung dar und beziehen sich auf die Gesamtmasse des Form­ teils I. Spalte 1 von Tabelle 1 entspricht der Aufzählung in An­ spruch 2.

Tabelle 1

Farbmittel für Formteil I (lasertransparent)

Einige der genannten Farbmittel können in verschiedenen Struktu­ ren vorliegen, die sich geringfügig voneinander unterscheiden. Beispielsweise können Pigmente mit verschieden Metallionen ver­ lackt sein, wodurch unterschiedliche Formen des Pigments entste­ hen. Diese Formen werden gemäß C.I. ggf. durch Anhängen eines Doppelpunkts und einer Ziffer bezeichnet, z. B. Pigment Red 48 für das mit Natrium verlackte Pigment, Pigment Red 48 : 1 mit Calcium verlackt, Pigment Red 48 : 2 mit Barium verlackt, Pigment Red 48 : 3 mit Strontium verlackt, Pigment Red 48 : 4 mit Magnesium verlackt. Die hier genannten C.I.-Farbmittelbezeichnungen sind so zu ver­ stehen, daß sie alle diese Formen bzw. Strukturen umfassen. Sie sind im Colour Index verzeichnet. Pigment Red 48 : 3 ist besonders bevorzugt.

Im Falle schwarzer Formteile enthält das Formteil 1 mindestens zwei der in Tabelle 1 genannten Farbmittel.

Bevorzugt enthält das Formteil I insgesamt (Summe aller Farbmit­ tel) 0,01 bis 5, besonders bevorzugt 0,015 bis 2 und ganz beson­ ders bevorzugt 0,02 bis 0,4 Gew.-% an Farbmitteln.

Bevorzugt sind die im Formteil II enthaltenen Farbmittel ausge­ wählt aus Ruß, Knochenkohle, C.I. Pigment Black 11 und den für das Formteil I genannten Farbmitteln (siehe Tabelle 1). Die in Tabelle 2 angegebenen Farbmittelkonzentrationen stellen bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung dar und beziehen sich auf die Gesamtmasse des Formteils II. Spalte 1 von Tabelle 2 ent­ spricht der Aufzählung in Anspruch 3.

Tabelle 2

Farbmittel für Formteil II (laserabsorbierend)

Beim laserabsorbierenden Formteil II ist bezüglich der Obergrenze der bevorzugten Farbmittelkonzentration lediglich zu beachten, daß die Laserstrahlung eine gewisse Mindesteindringtiefe in das Formteil II haben muss, damit sich die zum Verschweißen erforder­ liche Schmelze bilden kann. Sehr hohe Farbmittelkonzentrationen im Formteil II würden dazu führen, daß die Laserstrahlung nur an der Grenzfläche Formteil I/Formteil II absorbiert wird, wodurch keine bzw. zuwenig Schmelze und damit gar keine oder eine mangel­ hafte Schweißnaht entsteht.

Als Ruße kommen insbesondere solche in Frage, die ein Porenvolu­ men, bestimmt mittels DBP-Absorption (DBP = Dibutylphthalat) ge­ mäß DIN 53 601, von 10 bis 300, bevorzugt 40 bis 150 und insbe­ sondere 90 bis 120 ml/100 g, aufweisen.

Die DBP-Adsorptionsrate wird im allgemeinen nach DIN 53 601 oder ASTM-D 2414 bestimmt und stellt ein Maß für die Struktur des je­ weiligen Rußes dar. Unter Struktur versteht man die Verkettung von Rußprimärteilchen zu Aggregaten. Zur Bestimmung dieser Kenn­ größe wird zu 10 g Pigmentruß, der in einem Kneter mit meßbarer Kraftübertragung (Plastographen) vorgelegt wird, so lange Dibu­ tylphthalat zugetropft, bis das maximale Drehmoment (Netzpunkt des Rußes) überschritten ist.

Bevorzugt sind Ruße mit einer spezifischen Oberfläche nach BET (gemäß DIN 60 132 oder ASTM D 3037) von mindestens 10 bis 1000, bevorzugt 30 bis 500, insbesondere 100 bis 300 m²/g.

Weiterhin sind Ruße mit einer Iodadsorption (gemäß DIN 53 582 oder ASTM-D 1510) von 23 bis 500 bevorzugt.

Außerdem bevorzugt sind Ruße mit einem pH-Wert, bestimmt nach DIN EN ISO 787/9 bzw. ASTM D 1512, von 1 bis 14, insbesondere 3 bis 11.

Die mittlere Primärteilchengröße beträgt üblicherweise 5 bis 500, vorzugsweise 10 bis 100 und insbesondere 14 bis 60 nm.

Derartige Rußtypen sind z. B. unter dem Warenzeichen Printex® (von Degussa AG) oder Raven® (von Columbian) erhältlich.

Knochenkohle ist ein mineralisches Schwarzpigment enthaltend ele­ mentaren Kohlenstoff, und wird auch als Knochenschwarz, Elfen­ beinschwarz oder C.I. Pigment Black 9 bezeichnet. Bevorzugte Kno­ chenkohlen enthalten 70 bis 90, insbesondere 75 bis 85 Gew.-% Calciumphosphat und 10 bis 30, insbesondere 15 bis 25 Gew.-% Koh­ lenstoff. Bevorzugte Knochenkohlen haben eine Dichte von 2,3 bis 2,8, insbesondere 2,4 bis 2,6 g/ml, und eine Teilchengröße von 1 bis 50, insbesondere 2 bis 25 µm.

Bevorzugt enthält das Formteil II insgesamt (Summe aller Farbmit­ tel) mindestens 0,01 Gew.-% an Farbmitteln.

Erfindungsgemäß werden die im Formteil I enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen so ausgewählt, daß das Formteil I an der zu verbindenden Stelle für die Laserstrahlung durchlässig ist.

Dabei bedeutet der Anspruchswortlaut "für die Laserstrahlung durchlässig", daß die Laserstrahlung vom Formteil I nicht oder nur in untergeordnetem Ausmaß absorbiert wird, das Formteil I demnach die Laserstrahlung vollständig oder überwiegend durch­ läßt. Insbesondere absorbiert das Formteil I nicht mehr als 40% der Laserstrahlung.

Erfindungsgemäß sind die im Formteil II enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen so ausgewählt, daß das Formteil II an der zu verbindenden Stelle die Laserstrahlung absorbiert.

Dabei bedeutet der Anspruchswortlaut "die Laserstrahlung absor­ biert", daß die Laserstrahlung vom Formteil II vollständig oder überwiegend absorbiert wird, das Formteil II demnach die Laser­ strahlung nicht oder nur in untergeordnetem Ausmaß durchläßt. Insbesondere lässt das Formteil II nicht mehr als 40% der Laser­ strahlung durch.

Zur Ausführung der Erfindung sind beispielsweise die in den obi­ gen Tabellen 1 und 2 enthaltenen Farbmittel und Mengenangaben (Konzentrationsbereiche) geeignet. Anhand dieser Angaben und sei­ nes Fachwissens kann der Fachmann kann leicht weitere geeignete Farbmittel und deren Konzentrationen ermitteln. Er kann bei­ spielsweise aus einem Polymeren und einer bestimmten Menge eines Farbmittels eingefärbte Probekörper (etwa Platten von 2 mm Dicke) herstellen und ihre Transmission T, Reflexion R und Absorption A für Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge messen. Es gilt: T + R + A = 100%. Farbmittel mit einer hohen Transmission sind für das lasertransparente Formteil I geeignet, Farbmittel mit einer hohen Absorption eignen sich für das laserabsorbierende Formteil II. Außer durch die Auswahl des Farbmittels kann der Fachmann die Transmission bzw. Absorption selbstverständlich auch durch Kombi­ nation mehrerer Farbmittel, und durch Variation der Farbmittel­ konzentration(en), einstellen.

Falls der gewünschte Farbeindruck der Formteile I und II schwarz ist, enthält das Formteil I mindestens zwei der für Formteil I genannten Farbmittel. Der schwarze Farbeindruck des Formteils I entsteht im wesentlichen durch Überlagerung der Farben der zwei oder mehr Farbmittel zu Schwarz als Gesamtfarbeindruck.

Erfindungsgemäß werden aus den genannten Farbmitteln die Farbmit­ tel und ihre Mengenanteile derart ausgewählt, daß die Formteile I und II einen für das menschliche Auge im wesentlichen gleichen Farbeindruck haben.

Dabei bedeutet der Anspruchswortlaut "für das menschliche Auge im wesentlichen gleicher Farbeindruck", daß die Formteile für den ungeübten Beobachter eine ungefähr gleiche Farbe haben. Es ist also ein Beobachter mit durchschnittlicher Farbwahrnehmung ge­ meint, wie es der Endverbraucher von Kunststofferzeugnissen ist. Der Wortlaut bedeutet demnach nicht, daß ein koloristisch ge­ schulter Fachmann oder ein Fachmann für Polymereinfärbungen keine Unterschiede zwischen den Formteilen erkennen kann, und er bedeu­ tet nicht, daß sich mit den Methoden der Farbmetrik (messende Be­ urteilung von Farben, z. B. nach dem CIE-System, CIE = Commision Internationale d'Eclairage) keine Unterschiede feststellen las­ sen.

Nachfolgend wird anhand konkreter Anwendungen 1 bis 5 erläutert, wie der Fachmann die geeigneten Farbmittel derart auswählen kann, daß die Formteile I und II einen für das menschliche Auge im we­ sentlichen gleichen Farbeindruck haben. Die angegebenen Farbmit­ telkonzentrationen stellen bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung dar und beziehen sich auf die Gesamtmasse des Formteils I bzw. II.

• - Anwendung 1: beide Formteile I und II aus teilkristalli­ nen oder kristallinen Polymeren wie Polyamid, Poly­ butylenterephthalat, Polyoxymethylen oder Polypropylen; gewünschter Farbeindruck beider Formteile: schwarz

Formteil I (lasertransparent): Die Auswahl kann anhand der fol­ genden Tabellen 3 und 4 und der nachfolgenden Erläuterungen vor­ genommen werden.

Tabelle 3

geeignete Farbmittel für lasertransparente, teilkri­ stalline oder kristalline, schwarze Polymere (z. B. PA, PBT, POM, PP)

Bevorzugte Konzentrationsbereiche der hier genannten.Farbmittel sind Tabelle 1 zu entnehmen.

Zur Erzielung eines Schwarz müssen mindestens zwei Farbmittel ausgewählt werden, wobei diese nicht alle zu derselben Gruppe ge­ hören dürfen. Es muß demnach mindestens je ein Farbmittel aus mindestens zwei der Gruppen ausgewählt werden. Es können Farbmit­ tel aus folgenden Gruppen kombiniert werden:

• a) 2 + 3
• b) 1 + 6
• c) 5 + 6
• d) 4 + 5
• e) 4 + 5 + 1
• f) 4 + 5 + 2

Weiterhin kann jedes lösliche Farbmittel (also jeder Farbstoff, wird gemäß C.I. als "Solvent. . ." bezeichnet) der Gruppen 2, 3, 4 und 6 sowie jedes lösliche braune Farbmittel der Gruppe 5 zur Er­ zielung eines Schwarz verwendet werden, sofern man es in der ge­ nannten maximalen Konzentration (Obergrenze) einsetzt. Außerdem lässt sich ein Schwarz auch durch Kombination von mindestens je einem Farbmittel aus allen Gruppen 1 bis 6 erzeugen; also minde­ stens je ein Farbmittel aus jeder der sechs Gruppen.

Bevorzugt ist ein derartiges Schwarz gekennzeichnet durch einen Wert L* < 20, gemessen nach DIN 5033 und ausgewertet nach DIN 6173.

Bevorzugte Farbmittelkombinationen zur Erzielung eines Schwarz sind z. B.:

• - C.I. Solvent Green 3 + C.I. Solvent Red 179, und
• - C.I, Solvent Green 20 + C.I. Solvent Red 111,
• - sowie Mischungen dieser Farbmittel, in denen mindestens ein rotes und mindestens ein grünes Farbmittel enthalten ist.

Bevorzugt betragen die Konzentrationen für Solvent Green 3 und Solvent Red 179 jeweils 0,01 bis 0,2, insbesondere jeweils 0,03 bis 0,12 Gew.-%, und für Solvent Green 20 und Solvent Red 111 je­ weils 0,05 bis 0,5, insbesondere jeweils 0,1 bis 0,4 Gew.-%, be­ zogen auf das Formteil I.

Formteil II (laserabsorbierend)

Tabelle 4

geeignete Farbmittel für laserabsorbierende, teilkri­ stalline oder kristalline, schwarze Polymere (z. B. PA, PBT, POM, PP)

Zur Erzielung eines Schwarz muß mindestens eines der genannten Farbmittel ausgewählt werden. Bevorzugt ist Ruß Printex®60.

• - Anwendung 2: beide Formteile I und II aus teilkristalli­ nen oder kristallinen Polymeren wie Polyamid, Polybuty­ lenterephthalat, Polyoxymethylen oder Polypropylen; ge­ wünschter Farbeindruck beider Formteile: rot

Formteil I (lasertransparent): Geeignet ist z. B. jedes der Farb­ mittel aus Gruppe 2 von Tabelle 3, bevorzugt in Konzentrationen von 0,01 bis 1, insbesondere 0,01 bis 0,5 Gew.-%.

Formteil II (laserabsorbierend): Geeignet ist beispielsweise Bay­ ferroxe 665, eine Mischung aus C.I. Pigment Red 101 und C.I. Pig­ ment Black 11. Das Bayferrox® 665 wird bevorzugt in Konzentratio­ nen von 0,5 bis 3 Gew.-% verwendet. Ebenso ist jedes der Farbmit­ tel aus Gruppe 2 von Tabelle 3 geeignet, wobei jedoch bevorzugt für das laserabsorbierende Formteil II höhere Konzentrationen verwendet werden als in Tabelle 1 für das lasertransparente Form­ teil I angegeben.

• - Anwendung 3: beide Formteile I und II aus teilkristalli­ nen oder kristallinen Polymeren wie Polyamid, Polybuty­ lenterephthalat, Polyoxymethylen oder Polypropylen; ge­ wünschter Farbeindruck beider Formteile: blau

Formteil I (lasertransparent): Geeignet ist z. B. jedes der Farb­ mittel aus Gruppe 4 von Tabelle 3, bevorzugt in Konzentrationen von 0,015 bis 2, insbesondere 0,015 bis 1 Gew.-%.

Formteil II (laserabsorbierend): Geeignet ist beispielsweise C.I. Pigment Blue 15, bevorzugt in Konzentrationen von 1 bis 3 Gew.-%. Ebenso ist jedes der Farbmittel aus Gruppe 4 von Tabelle 3 geei­ gnet, wobei jedoch bevorzugt für das laserabsorbierende Formteil II höhere Konzentrationen verwendet werden als in Tabelle 1 für das lasertransparente Formteil I angegeben.

• - Anwendung 4: beide Formteile I und II aus teilkristalli­ nen oder kristallinen Polymeren wie Polyamid, Polybuty­ lenterephthalat, Polyoxymethylen oder Polypropylen; ge­ wünschter Farbeindruck beider Formteile: grün

Formteil I (lasertransparent): Geeignet ist z. B. jedes der Farb­ mittel aus Gruppe 3 von Tabelle 3, bevorzugt in Konzentrationen von 0,0005 bis 1, insbesondere 0,0005 bis 0,5 Gew.-%.

Formteil II (laserabsorbierend): Geeignet ist beispielsweise C.I. Pigment Green 7, bevorzugt in Konzentrationen von jeweils 1 bis 3 Gew.-%. Ebenso ist jedes der Farbmittel aus Gruppe 3 von Tabelle 3 geeignet, wobei jedoch bevorzugt für das laserabsorbierende Formteil II höhere Konzentrationen verwendet werden als in Ta­ belle 1 für das lasertransparente Formteil I angegeben.

• - Anwendung 5: beide Formteile I und II aus amorphen Poly­ meren wie Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymer oder anderen Styrolcopolymeren, Polysulfonen, Polyethersulfo­ nen, Polymethylmethacrylat, sowie deren Blends; gewünsch­ ter Farbeindruck: schwarz

Formteil I (lasertransparent): Geeignet ist z. B. C.I. Solvent Yellow 93 zusammen mit C.I. Solvent Violet 13. Die bevorzugten Konzentrationen sind für Solvent Yellow 93 von 0,1 bis 0,2, ins­ besondere etwa 0,15 Gew.-% und für Solvent Violet 13 von 0,25 bis 0,4, insbesondere etwa 0,325 Gew.-%.

Formteil II (laserabsorbierend): Geeignet ist beispielsweise Ruß, bevorzugt in Konzentrationen von mindestens 0,01 Gew.-%. Beson­ ders bevorzugt verwendet man den Ruß Printex® 60.

Die vorstehenden Anwendungen 1 bis 5 zeigen beispielhaft, wie der Fachmann aus den genannten Farbmitteln je nach Art der Polymere A und B und je nach gewünschtem Farbeindruck die geeigneten Farb­ mittel und die geeigneten Konzentrationen auswählen kann. Es ver­ steht sich, daß über die genannten Anwendungen 1 bis 5 hinaus auch andere Farbmittel-Auswahlen möglich und sinnvoll sind. Eine derartige Auswahl kann der Fachmann anhand der gegebenen Hinweise und Anwendungsbeispiele leicht selbst vornehmen.

Sofern es sich bei den Farbmitteln um Pigmente handelt, weisen diese im allgemeinen einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 100 Mikrometer, bevorzugt von 0,01 bis 10 Mikrometer auf. Der mittlere Teilchendurchmesser kann z. B. mittels Elektronenmikros­ kopie (Lichtstreuung) oder Messung der Sedimentationsgeschwindig­ keit bestimmt werden.

Die Farbmittel können mit dem Polymeren A bzw. B in üblicher Weise vermischt werden. Beispielsweise kann man Polymer und Farb­ mittel unter Aufschmelzen des Polymeren in einem Extruder, Ban­ bury-Mischer, Kneter, Walzenstuhl oder Kalander vermischen. Die Komponenten können jedoch auch "kalt" verwendet werden und das pulvrige oder aus Granulaten bestehende Gemisch wird erst bei der Verarbeitung aufgeschmolzen und homogenisiert.

Bevorzugt werden die Komponenten, gegebenenfalls mit den erwähn­ ten Zusatzstoffen, in einem Extruder oder einer anderen Mischvor­ richtung bei Temperaturen von 100 bis 320°C unter Aufschmelzen des thermoplastischen Polymeren vermischt, und ausgetragen. Die Ver­ wendung eines Extruders ist besonders bevorzugt, insbesondere ei­ nes gleichsinnig drehenden, dichtkämmenden Zweischneckenextru­ ders.

Insbesondere kann man auch zunächst das oder die Farbmittel mit einer vergleichsweise geringen Menge des Polymeren abmischen, wo­ durch ein Farbmittelkonzentrat (sog. Masterbatch) entsteht. In der Regel enthält ein Masterbatch 0,005 bis 30 Gew.-% Farbmittel. Das Farbmittel-freie Polymere wird dann mit einer definierten Menge des Masterbatches abgemischt, wodurch das fertige, einge­ färbte Polymer A bzw. B entsteht. Die Vorteile der Einfärbung mit Masterbatches liegen insbesondere in der besseren Dosierbarkeit, der genaueren Farbeinstellung und der homogeneren Verteilung des Farbmittels im eingefärbten Polymeren. Ein Masterbatch kann eines oder mehrere der genannten Farbmittel enthalten. Daraus ergibt sich, daß zum Einfärben des Polymeren ein oder mehrere Masterbat­ ches erforderlich sein können.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömm­ lichen Verbindungsverfahren wie Heizelement-, Vibrations-, Rota­ tionsschweißen, Kleben oder Nieten sind insbesondere:

• - keine mechanische Belastung empfindlicher Bauteile, die im zusammengesetzten Formteil III eingekapselt sind (z. B. Elek­ tronikbauteile, mechanische oder optische Bauteile), wie sie beim Vibrations- oder Rotationschweißen auftritt
• - keine Probleme mit auf Heizelementen anhaftender Polymer­ schmelze wie beim Heizelementschweißen
• - geringe, örtlich begrenzte Wärmebelastung der Polymeren, da­ her auch für temperaturempfindliche Formteile geeignet
• - kein großflächiger Schmelzeaustrieb, kein Blasenwerfen an der Schweißnaht
• - keine Berührung zwischen Schweißvorrichtung und den zu ver­ bindenden Formteilen, daher nahezu verschleißfrei
• - hohe Flexibilität und Integrationsfähigkeit in bestehende Fertigungsprozesse
• - keine Verwendung von Lösungsmitteln wie beim Kleben
• - Schweißnaht ist sehr glatt und ebenmäßig und genügt daher hohen optischen Anforderungen
• - auch Hochtemperatur-Thermoplaste sind schweißbar
• - auch Reparaturschweißungen an bereits verschweißten zusamen­ gesetzten Formteilen sind möglich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II zusammengesetzte Formteile III aller Art herstellen.

Solche zusammengesetzten Formteile III sind insbesondere Gehäuse, Behälter, Verpackungen, Gebrauchsgegenstände, Bauelemente, Be­ festigungselemente, etc. Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung zusammengesetzter Formteile, die weitere Bauteile enthalten. Solche weiteren Bauteile können z. B. mechanische (incl. feinmechanische), elektrische, elektronische, optische, akustische oder sonstige Bauteile aus Metallen, Gläsern, Kerami­ ken, Polymeren, Gummi oder anderen Werkstoffen sein.

Beispiele solcher zusammengesetzten Formteile III sind:

• - Gehäuse für Kfz-Elektrik und -Elektronik, z. B. Airbagsteue­ rung, Antiblockiersystem, Stabilitätskontrolle ESP, elektro­ nische Schließanlagen, Sensoren für Ölstand und Öldruck, Tem­ peratur- und Druck-Sensoren
• - Funkschlüssel, Fahrberechtigungssysteme
• - herkömmliche Kfz-Schließanlagen
• - Schalldämpfer
• - Kfz-Schaltungsgehäuse
• - Gehäuse/Einfassungen für Lampen (auch Lampen in Kfz)
• - Ansaugrohre, Luftführungsrohre, Luftansaugschläuche
• - Kühlwasserkästen in Kfz
• - Stoßfänger, insbesondere Verschweißen der Karosserie-Seiten­ teile mit dem Stoßfänger, Verschweißen des Trägerteils mit der Außenhaut, Anschweißen von Befestigungselementen)
• - Behälter, die hohen Dichtigkeitsanforderungen genügen müssen, z. B. Tanks und Reservoirs für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase (auch Kfz-Kraftstofftanks)
• - Filtergehäuse, die hohen Dichtigkeitsanforderungen genügen müssen, für feste, flüssige und gasförmige Medien, Aerosole etc., Luftfilter, Ölfilter
• - Pumpengehäuse
• - Verbindung von Leitungen für Flüssigkeiten bzw. Gase, die ho­ hen Dichtigkeitsanforderungen genügen müssen, z. B. Schlauch­ verbindungen, Wellrohre
• - Dichtschweißungen
• - Befestigungselemente, z. B. Dübel
• - Gaskartuschen und -patronen
• - Zündkapseln, z. B. für Airbag-Treibladungen
• - Hausfenster mit Rahmen und Fensterscheibe
• - Maschinengehäuse, z. B. Bohrmaschinen, Sägen, Fräsen
• - Gehäuse für elektronische Bauteile, z. B. Computerchips
• - Sicherheits- und Meldeeinrichtungen, z. B. gekapselte IR- Sensoren, schlüssellose Türöffnungssysteme (Kartenleser, Keyless-Go-Cards)
• - Lichtschranken
• - Gerätegehäuse oder Behälter, die staub- oder wasserdicht sein sollen, z. B. wasserdichte Foto-, Video- und sonstige Kameras, Mikroskope
• - Gerätegehäuse, die mit einem Schutzgas gefüllt sind und daher gasdicht sein sollen, z. B. optische Geräte wie Mikroskope, Kameras und Kameraobjektive, Ferngläser
• - Dosiereinrichtungen im technischen und medizinischen Bereich
• - Brillen
• - Verpackungen, z. B. Folien + Spritzgussformteile
• - Folienhandschuhe
• - Geräte in der Medizintechnik
• - Feuerzeuge.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise ein­ gesetzt werden

• - zum Verbinden schwer verbindbarer Werkstoffe, z. B. Hart- Weich-Verbindungen, Verbinden von Hochtemperaturthermoplasten
• - zum Fixieren von Verkleidungen, Abdeckungen, Deckeln, Funkti­ onsteilen, usw. z. B. in Kfz, beispielsweise Sitzlehnen, Rüc­ kenlehnen, Hutablagen, Tepppiche, Bodenauskleidungen, Armatu­ rentafeleinbauten, Türverkleidungen, Lüftungssysteme, Heck­ verkleidungen, Innenverkleidungen des Kofferraums
• - zur Erzeugung definierter Spalte, z. B. für die Mikrosystem­ technik
• - zum Verbinden nur partiell verbundener Komponenten, z. B. als Ersatz für Nieten
• - zum Einbau von Sollbruchstellen, z. B. um eine ortsaufgelöste mechanische Belastbarkeit zu erzielen
• - für textile Anwendungen, z. B. zur Fixierung oder Verbindung von Geweben, wie Ölfilter, Filze, Vliese, Teppiche
• - für Reparaturschweißungen an bereits verschweißten Form­ teilen.

Das laserabsorbierende Formteil II kann vor oder nach dem Verbin­ den mit dem Formteil I durch energiereiche Strahlung markiert oder beschriftet werden, indem eine zur Markierung bzw. Beschrif­ tung von thermoplastischen Polymeren geeignete energiereiche Strahlung direkt auf das Formteil II auftrifft. Bei Verwendung von Laserstrahlung spricht man von Laserbeschriftung.

Damit auf einem Kunststoff-Formkörper eine hochwertige Markierung bzw. Beschriftung entsteht, muß die Absorption der energiereichen Strahlung, etwa Laserstrahlung, eine Farbumschlagreaktion bewir­ ken. Beim Laserbeschriften unterscheidet man zwei Verfahren, das Masken(Projektions-) und das Strahlablenkungsbeschriften (Scannen des Laserstrahls). Beim Maskenbeschriften werden gepulste Laser eingesetzt. Ein Laserstrahl mit hinreichend großer Apertur be­ leuchtet eine Maske, welche die gesamte zu übertragende Informa­ tion enthält. Die Maske wird mit einer Linse auf die zu beschrif­ tende Oberfläche abgebildet, die Information kann mit einem ein­ zigen Laserpuls auf das Werkstück aufgebracht werden. Bei großen Bildern kann die Maske mit mehreren Pulsen abgescannt werden. Die maximale Größe des Beschriftungsfeldes wird durch die notwendige Energiedichte beschränkt. Das Projektionsverfahren erlaubt damit schnelle Beschriftungen; da eine Maske erstellt werden muß, ist es jedoch nicht so flexibel. Bei der Strahlablenkungsbeschriftung wird der Laserstrahl über zwei bewegliche Spiegel und eine Plan­ feldlinse auf das zu beschriftende Werkstück gelenkt.

Als lasersensibilisierende Maßnahmen, die ein Laserbeschriften ermöglichen, sind gebräuchlich: Zugabe von Farbmitteln, Zusatz von toxischen Arsen- oder Cd-Verbindungen, Zugabe geeig 15393 00070 552 001000280000000200012000285911528200040 0002010054859 00004 15274neter Monomere bei der Copolymerisation, Beschichten des Substrats mit speziellen Lack- und Farbfilmen, Tinten etc. Üblich ist die Ein­ lagerung von Ruß (DE-A 29 36 926) oder Knochenkohle (EP-A 522 370) oder von Antimontrioxid in thermoplastische Ela­ stomere.

Spezielle Kunststoffadditive mit hohem Absorptionsvermögen, ins­ besondere für die Wellenlänge des Nd : YAG-Lasers, ermöglichen Mar­ kierungen mit hohem Kontrast, guter Konturenschärfe und guter Ab­ riebfestigkeit (C. Herkt-Maetzky, Kunststoffe 81 (1991) 4). Wei­ tere Verfahren arbeiten mit strahlungsempfindlichen ausbleichba­ ren Zusatzstoffen (und evtl. zusätzlichen, weniger strahlungsemp­ findlichen nicht verfärbbaren Verbindungen). Durch Bestrahlung werden dann die strahlungsempfindlichen Farbstoffe zerstört und an den bestrahlten Stellen verbleibt dann die Hintergrund- oder Komplementärfarbe der Polymermatrix und es entsteht eine visuelle bunte Kontrastmarkierung. Solche Farbumschläge führen zu guten Kontrasten (EP-A 327 508). Kunststoffe, die handelsübliche far­ bige Pigmente enthalten, lassen sich mit dem frequenzverdoppelten Nd : YAG-Laser teilweise beschriften, da eine große Zahl von Pig­ menten und Farbstoffen bei 532 nm absorbiert. Die Pigmente werden ausgebleicht mit der Folge eines Farbumschlags. Durch Zusatz von modifizierten Glimmerpigmenten können Formmassen hergestellt wer­ den, die mit dem CO₂-Laser beschriftbar sind (C. Herkt-Maetzky, Kunststoffe 81 (1991) 4). Ebenso möglich sind Verfahren, bei de­ nen auf einem Trägermaterial Pigmente aufgebracht sind, die mit Hilfe des Lasers auf thermischem Wege in die Oberfläche einge­ schmolzen werden (EP-A 419 377). Gemäß der EP 400 305 kann man Kupferhydroxyphosphate und andere farblose Additive wie Molybdän­ sulfid einsetzen, um die Beschriftbarkeit, insbesondere von Poly­ estern zu verbessern. Weitere Maßnahmen zur Verbesserung der La­ serbeschriftbarkeit findet der Fachmann in dar EP-A 249 082 und WO 95/01580, sowie der EP-A 954 447.

Die beim Beschriften des Formteils II eingesetzte energiereiche Strahlung hat im allgemeinen eine Wellenlänge im Bereich von 150 bis 1500, vorzugsweise im Bereich von 150 bis 1100 nm. Beispiels­ weise seien hier CO₂-Laser (10600 nm) und Nd : YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm) oder UV-Laser erwähnt, wobei letztere insbesondere Exci­ merlaser mit folgenden Wellenlängen sind:

F2-Excimerlaser	157 nm
ArF-Excimerlaser	193 nm
KrCl-Excimerlaser	222 nm
KrF-Excimerlaser	248 nm
XeCl-Excimerlaser	308 nm
XeF-Excimerlaser	351 nm

sowie frequenzvervielfachte Nd : YAG-Laser mit Wellenlängen von 355 nm (frequenzverdreifacht) oder 266 nm (frequenzvervierfacht).

Besonders bevorzugt werden Nd : YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm), KrF- Laser (248 nm) und XeCl-Laser (308 nm).

Die Energiedichten der zur Markierung bzw. Beschriftung einge­ setzten Laser liegen im allgemeinen im Bereich von 0,3 mJ/cm² bis 50 J/cm² vorzugsweise 0,5 mJ/cm² bis 20 J/cm² und besonders bevor­ zugt 1 mJ/cm² bis 10 J/cm².

Bei der Verwendung von gepulsten Lasern liegt die Pulsfrequenz im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 10 000, vorzugsweise von 0,5 bis 5000 und insbesondere von 1 bis 1000 Hz und die Pulslängen (Zeitdauer der einzelnen Pulse) im Bereich von 0,1 bis 1000, vor­ zugsweise von 0,5 bis 500 und besonders bevorzugt von 1 bis 100 ns. Abhängig von der Energiedichte des verwendeten Lasers, der Pulslänge und der Art des bestrahlten Formkörpers reichen zur Erzielung guter Beschriftungen im allgemeinen 1 bis 20000, vor­ zugsweise 1 bis 5000 und insbesondere 1 bis 3000 Pulse aus.

Entsprechende Laser, die im erfindungsgemäßen Verfahren einge­ setzt werden können, sind kommerziell erhältlich.

Excimerlaser sind besonders gut geeignet für die Projektion (Mas­ kenverfahren). Es ist aber auch möglich, den Strahl mit bewegli­ chen Spiegeln zu führen (Scannen). Mit homogenem Strahlquer­ schnitt ist die Bestrahlung einer Maske von etwa 2 cm × 2 cm mög­ lich. Durch Verwendung geeigneter Optiken kann der Strahlquer­ schnitt aber auch weiter aufgeweitet werden. Mit Excimerlasern kann schon mit nur einem Puls gut beschriftet werden (bei ent­ sprechend angepaßter Energiedichte), so daß im Vergleich zu Nd : YAG-Lasern auch sehr schnelle Beschriftungen herstellbar sind. Bei der Serienfertigung von Spritzgußteilen z. B. muß die Be­ schriftungszeit kleiner als die Spritzgußzeit (< ca. 30 s) ge­ teilt durch die Anzahl der Formnester sein. Daraus folgt, daß in diesen Fällen die spritzgegossenen Formen mit hohen Geschwindig­ keiten beschriftet werden müssen. Solche hohen Geschwindigkeiten sind mit dem Nd : YAG-Laser teilweise nicht möglich, sondern nur mit 1-Puls-Maskenbeschuß erreichbar.

Noch höhere Anforderungen an die Beschriftungsgeschwindigkeit stellen kontinuierliche Prozesse wie z. B. die Profilextrusion mit Materialgeschwindigkeiten von mehreren m/s. Hierfür reichen selbst hohe Schreibgeschwindigkeiten von Nd : YAG-Lasern nicht mehr aus.

Als Strahlungsquellen zur Beschriftung können weiterhin auch kon­ tinuierliche UV-Lampen wie Hg-, Xe- oder Deuteriumlampen einge­ setzt werden. Auch derartige Produkte sind kommerziell erhält­ lich.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert geringere Farbmittel­ mengen als die Verfahren des Standes der Technik. Es spart damit Farbmittelkosten ein und vermeidet weiterhin die eingangs erwähn­ ten Probleme, die beim Einarbeiten größerer Farbmittelmengen in Polymere auftreten können. Insbesondere ermöglicht es das Laser­ schweißen von einzelnen Formteilen zu zusammengesetzten Formtei­ len, die trotz der geringen Farbmittelmengen optisch homogen (un­ gefähr gleichfarbig) sind. Es lassen sich nicht nur schwarze, sondern auch farbige (bunte) zusammengesetzte Formteile herstel­ len. Die Schweißnaht hat eine sehr gute Dichtigkeit gegen Flüs­ sigkeiten und Gase. Sie ist außerdem glatt und ebenmäßig, und ge­ nügt hohen optischen bzw. ästhetischen Anforderungen.

Beispiele

Verwendete Polymere A bzw. B:

Die in Tabelle 6 verwendeten Polymerbezeichnungen haben folgende Bedeutung:

PA66 GF30: Polyamid 66 (Polyhexamethylenadipinsäureamid) mit ei­ ner Viskositätszahl VZ von 150 ml/g, gemessen als 0,5 gew.-%ige Lösung in 96 gew.-%iger Schwefelsäure bei 25°C nach ISO 307, wurde mit Glasfasern der Firma OCF, Typ 123D10P, Durchmesser 10 Mikro­ meter, abgemischt. Der Glasfaseranteil betrug 30 Gew.-%. Die VZ des glasfaserhaltigen Polyamids betrug 145 ml/g, gemessen wie zu­ vor beschrieben.

PBT GF30: Polybutylenterephthalat mit einer Viskositätszahl VZ von 130 ml/g, gemessen als 0,5 gew.-%ige Lösung in einer 1 : 1-Mi­ schung Phenol/o-Chlorbenzol bei 25°C nach ISO 1183, wurde mit Glasfasern der Firma PPG, Typ 3565, Durchmesser 10 Mikrometer, abgemischt. Der Glasfaseranteil betrug 30 Gew.-%. Die VZ des glasfaserhaltigen PBT betrug 105 ml/g, gemessen wie zuvor be­ schrieben.

PA66: Polyamid 66 (Polyhexamethylenadipinsäureamid) ohne Glas­ fasern, mit einer Viskositätszahl von 150 ml/g, gemessen als 0,5 gew.-%ige Lösung in 96 gew.-%iger Schwefelsäure bei 25°C nach ISO 307.

PA6 GF30: Polyamid 6 (Polycaprolactam) mit einer Viskositätszahl VZ von 150 ml/g, gemessen als 0,5 gew.-%ige Lösung in 96 gew.-%iger Schwefelsäure bei 25°C nach ISO 307, wurde mit Glas­ fasern der Firma OCF, Typ 123D10P, Durchmesser 10 Mikrometer, ab­ gemischt. Der Glasfaseranteil betrug 30 Gew.-%. Die VZ des glas­ faserhaltigen Polyamids betrug 145 ml/g, gemessen wie zuvor be­ schrieben.

PP: Polypropylen-Homopolymerisat ohne Glasfasern, mit einer Melt Flow Rate MFR von 1,8 g/10 min, bestimmt nach ISO 1133 bei 230°C und 2,16 kg Belastung.

Verwendete Farbmittel

Es wurden die in Tabelle 6 genannten Farbmittel, definiert durch ihre C.I.-Bezeichnung, verwendet. In allen Fällen wurden handels­ übliche Qualitäten eingesetzt.

Als Ruß wurde Printex® 60 von Degussa verwendet. Tabelle 5 fasst die Eigenschaften des Rußes zusammen.

Tabelle 5

Eigenschaften des verwendeten Rußes

Abmischung der Polymere mit den Farbmitteln und Herstellung der zu verschweißenden Probekörper

Die Polymere wurden in üblicher Weise in einem Zweischnecken­ extruder mit den Farbmitteln abgemischt. Art und Konzentrationen der Polymere bzw. Farbmittel gehen aus Tabelle 6 hervor. Man er­ hielt eingefärbte Polymergranulate.

Aus den Polymergranulaten wurden in bekannter Weise auf einer Spritzgußmaschine streifenförmige Probekörper mit den Abmessungen 80 × 28 × 2 mm hergestellt.

Verwendete Laserschweißungsanlage

Die Schweißungen wurden nach dem Durchstrahlungslaserschweißen- Verfahren vorgenommen. Es wurde eine Anlage zur Laserbeschriftung verwendet, die im continuous wave (cw)-Modus betrieben wurde. Die konstant gehaltenen Parameter waren wie folgt:
Laseranlage: Nd : YAG-Beschriftungslaser Typ FOBALAS 94 S von Fa. Foba, Lüdenscheid, DE
Wellenlänge: 1064 nm
Objektivbrennweite: 160 mm
Fokusabstand: 55 mm
Blendenweite: 5,0 mm
Lampenstrom: 26 A
mittl. Strahlleistung: 35 W.

Verschweißen der Probekörper

Die lasertransparenten bzw. laserabsorbierenden, jeweils 2 mm dicken streifenförmigen Probekörper wurden vor dem Schweißen min­ destens 12 Stunden bei 80°C im Vakuum getrocknet.

Danach wurden je ein lasertransparenter Probekörper und ein laserabsorbierender Probekörper an ihren 80 mm-Längsseiten durch Aufeinanderlegen unter leichtem Druck überlappend angeordnet, wo­ bei der laserabsorbierende Probekörper unten lag. Die Breite der Überlappung betrug 10 mm.

Die Schweißung erfolgte mit einem Randabstand von je ca. 5 mm zu beiden Rändern, also etwa in der Mitte der Überlappungszone, als Schweißlinie parallel zu den Rändern. Der Laserstrahl traf zu­ nächst auf den lasertransparenten und dann auf den laserabsorbie­ renden Probekörper und wurde kontinuierlich über die Probekörper bewegt.

Die Bewegungsgeschwindigkeit v_max des Laserstrahls ist in Tabelle 6 angegeben.

Prüfung der verschweißten Probekörper

Die miteinander verschweißten Probekörper wurden einem Zugversuch in Anlehnung an ISO 527 unterworfen. Die Prüfgeschwindigkeit war 10 mm/min. Der Abstand der Klemmbacken betrug 100 mm. Als Ergeb­ nis erhielt man die Scherfestigkeit in MPa, siehe Tabelle 6.

Die Schweißbarkeit wurde außer durch die Scherfestigkeit auch nach dem "Prinzip der maximalen Schweißgeschwindigkeit" beur­ teilt. Diese Vorgehensweise wurde gewählt, da in der Regel über­ lappt geschweißte Probekörper bei einer guten Verbindung nicht in der eigentlichen Schweißnaht, sondern im an die Schweißnaht an­ grenzenden Polymermaterial (also neben der Schweißnaht) versagen, z. B. reißen oder brechen. Eine Beurteilung der Schweißnaht allein anhand der Scherfestigkeit wäre daher unzureichend. Beim "Prinzip der maximalen Schweißgeschwindigkeit" wurde die Geschwindigkeit ermittelt, bei der es zu einem Übergang vom reinen Versagen der Schweißnaht zu einem reinen Versagen des Probekörpers kam. Diese "Übergangsgeschwindigkeit" v_max war also die maximale Geschwindig­ keit, mit der die Probekörper gerade noch verschweißt werden konnten, so dass das zusammengefügte Formteil neben der Schweiß­ naht und nicht die Schweißnaht selbst versagte: war v ≦ v_max, so brach der Probekörper neben der Schweißnaht, war v < v_max, so brach die Schweißnaht selbst. Die Angabe von v_max und der Scherfe­ stigkeit bei v_max ermöglichte somit eine eindeutige Differenzie­ rung zwischen unterschiedlichen Probekörpermaterialien und -ein­ färbungen.

v_max wurde ermittelt durch schrittweise Reduzierung der Schweißge­ schwindigkeit bis zum Auftreten erster Materialbrüche. Als Schweißnahtfestigkeit wurde die davor bei Fügenahtbruch berech­ nete Scherfestigkeit angegeben.

Tabelle 6 fasst die Zusammensetzung der Probekörper und die Be­ urteilung der Schweißnaht zusammen. Die in Tabelle 6 genannten Farbmittelkonzentrationen in % sind Gew.-% und beziehen sich auf das jeweilige Formteil I bzw. II. In den Spalten 2 und 3 der Tabelle sind die Angaben entsprechend dem Tabellenkopf an­ geordnet.

Tabelle 6

Zusammensetzung der Probekörper und Beurteilung der Schweißnaht (So. = Solvent, Printex = Ruß Printex®, V = zum Ver­ gleich, nb = nicht bestimmt)

Erläuterung

Die Tabelle zeigt, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengesetzte Formteile herstellen lassen, die im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik farblich homogen sind. Im Unterschied zur DE-A 195 10 493, derzufolge das laserabsorbie­ rende Formteil 1 bis 2 Gew.-% Farbmittel enthalten muß, kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit nur 0,1 Gew.-% Farbmittel (Ruß) im laserabsorbierenden Formteil aus, also mit einem Zehntel dieser Menge.

Das Verfahren ermöglicht das Verbinden von Formteilen aus glei­ chen Polymeren (Beispiele 1 bis 6 und 8 bis 9) oder aus verschie­ denen Polymeren (PA 6 mit PA 66, Beispiel 7).

Die Probekörper des Vergleichsbeispiels 1V lassen sich zwar ver­ schweißen, jedoch hat das fertige zusammengesetzte Formteil ver­ schiedene Farben, ist also farblich inhomogen.

Die Probekörper der Vergleichsbeispiele 2V bis 5V sowie 7V sind zwar einheitlich schwarz (ein daraus zusammengesetzter Formteil wäre demnach farblich homogen schwarz/schwarz), jedoch lassen sie sich nicht verschweißen.

Vergleichsbeispiel 2V zeigt für glasfaserverstärktes PA 66, daß Ruß als Farbmittel für das lasertransparente Formteil I ungeeig­ net ist. Vergleichsbeispiel 3V wiederholt Vergleichsbeispiel 2V, wobei jedoch die Konzentration des "störenden" Rußes im laser­ transparenten Formteil I von 0,1 auf 0,01% reduziert wurde. Auch diese Maßnahme führt nicht zum Erfolg. Entsprechendes gilt für PBT, Vergleichsbeispiele 7V und 8V. Das fertige Formteil von Ver­ gleichsbeispiel 8V ist darüberhinaus aufgrund der verringerten Rußkonzentration im Formteil I farblich inhomogen (grau/schwarz).

Ein Ersatz des Rußes im Formteil I durch den Schwarzfarbstoff Nigrosin in verschiedenen Konzentrationen (Vergleichsbeispiele 4V und 5V) erhält zwar den einheitlichen Farbeindruck schwarz/­ schwarz, führt jedoch nicht zur erwünschten Verschweißbarkeit.

Die Vergleichsbeispiele 6V und 9V ergeben zusammengesetzte Form­ teile, die jeweils farblich inhomogen sind. Darüberhinaus bedeu­ tet die geringe maximale Schweißgeschwindigkeit von nur 3,5 mm/s in Beispiel 6V, daß die Produktivität gering ist: pro Zeiteinheit kann nur eine kurze Schweißnaht erzeugt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Verbinden eines Formteils I aus einem farbmit­ telhaltigen thermoplastischen Polymeren A mit einem Formteil II aus einem farbmittelhaltigen thermoplastischen Polymeren B durch Laserstrahlung, bei dem

• 1. die Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle durch das Formteil I hindurchgeht und auf das Formteil II auf­ trifft,
• 2. das Formteil I mindestens ein Farbmittel enthält, welches im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums selektiv absorbiert,
• 3. die im Formteil I enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen derart ausgewählt werden, daß das Form­ teil I an der zu verbindenden Stelle für die Laser­ strahlung durchlässig ist,
• 4. die im Formteil II enthaltenen Farbmittel und deren Konzentrationen derart ausgewählt werden, daß das Form­ teil II an der zu verbindenden Stelle die Laserstrahlung absorbiert,
• 5. die in beiden Formteilen I und II enthaltenen Farbmittel und ihre Mengenanteile derart ausgewählt werden, daß die Formteile I und II einen für das menschliche Auge im we­ sentlichen gleichen Farbeindruck haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Formteil I enthaltenen Farbmittel ausgewählt sind aus C.I. Pigment Orange 64, C.I. Solvent Orange 60, C.I. Solvent Orange 106, C.I. Solvent Orange 111, C.I. Pigment Red 48, C.I. Pigment Red 101, C.I. Pigment Red 144, C.I. Pigment Red 166, C.I. Pigment Red 178, C.I. Pigment Red 254, C.I. Solvent Red 52, C.I. Solvent Red 111, C.I. Solvent Red 135, C.I. Sol­ vent Red 179, C.I. Pigment Green 7, C.I. Pigment Green 17, C.I. Pigment Green 50, C.I. Solvent Green 3, C.I. Solvent Green 20, C.I. Pigment Blue 15, C.I. Pigment Blue 29, C.I. Pigment Blue 36, C.I. Pigment Yellow 93, C.I. Pigment Yellow 110, C.I. Pigment Yellow 150, C.I. Pigment Yellow 180, C.I. Pigment Yellow 184, C.I. Solvent Yellow 21, C.I. Solvent Yellow 93, C.I. Pigment Brown 24, C.I. Pigment Violet 19, C.I. Solvent Violet 13, C. T. und Solvent Violet 46.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die im Formteil II enthaltenen Farbmittel ausgewählt sind aus Ruß, Knochenkohle, C.I. Pigment Black 11, und den für das Formteil I genannten Farbmitteln.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß im Falle schwarzer Formteile das Formteil I minde­ stens zwei der in Anspruch 2 genannten Farbmittel enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Formteil I die Farbmittel

• a) C.I. Solvent Green 3 und C.I. Solvent Red 179, oder
• b) C.I. Solvent Green 20 und C.I. Solvent Red 111, oder
• c) Mischungen dieser Farbmittel, in denen mindestens ein ro­ tes und mindestens ein grünes Farbmittel enthalten ist, enthält.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Formteil II als Farbmittel Ruß oder Knochenkohle oder deren Mischung enthält.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die thermoplastischen Polymere A und B ausgewählt sind aus der Gruppe der Polyoxymethylene, Polycarbonate, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polymethacrylate, Poly­ amide, vinylaromatischen Polymere, Polyarylenether, Polyure­ thane, Polyisocyanurate, Polyharnstoffe, Polylactide, thermoplastischen Elastomere, halogenhaltigen Polymerisate, imidgruppenhaltige Polymere, Celluloseester, Silicon-Poly­ mere, oder deren Mischungen, wobei die Polymere A und B gleich oder verschieden sein können.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Laserstrahlung eine Wellenlänge von 150 bis 11000 nm aufweist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Formteil II vor oder nach dem Verbinden mit dem Formteil I durch energiereiche Strahlung markiert oder be­ schriftet wird, indem eine zur Markierung bzw. Beschriftung von thermoplastischen Polymeren geeignete energiereiche Strahlung direkt auf das Formteil II auftrifft.

10. Verwendung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung von zusammengesetzten Formteilen III, die aufge­ baut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II.

11. Zusammengesetzte Formteile III, die aufgebaut sind aus zwei oder mehr einzelnen Formteilen I und II, erhältlich nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9.