Kunststoffschweißtyp

Kunststoffschweißenist das Schweißen von Kunststoffhalbzeugen und wird in ISO 472 als ein Verfahren zur Verbindung erweichter Materialoberflächen im Allgemeinen mit Hilfe von Wärme (außer Lösungsmittelschweißen) beschrieben.Das Schweißen von Thermoplasten erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Schritten: Oberflächenvorbereitung, Anwendung von Wärme und Druck sowie Abkühlung.

Heißgasschweißen

Das Heißgasschweißen, auch Heißluftschweißen genannt, ist eine Kunststoffschweißtechnik unter Einsatz von Wärme.Eine speziell entwickelte Heißluftpistole, ein sogenanntes Heißluftschweißgerät, erzeugt einen Heißluftstrahl, der sowohl die zu verbindenden Teile als auch einen Kunststofffüllstab erweicht, die alle aus dem gleichen oder einem sehr ähnlichen Kunststoff bestehen müssen.(Das Schweißen von PVC mit Acryl ist eine Ausnahme von dieser Regel.)

Heißluft-/Gasschweißen ist eine gängige Fertigungstechnik zur Herstellung kleinerer Gegenstände wie Chemikalientanks, Wassertanks, Wärmetauscher und Sanitärarmaturen.

Bei Bahnen und Folien darf kein Füllstab verwendet werden.Zwei Kunststoffplatten werden über ein heißes Gas (oder ein Heizelement) erhitzt und dann zusammengerollt.Dies ist ein schneller Schweißvorgang, der kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Speed-Tip-Schweißen

Beim Schnellschweißen ist das Kunststoffschweißgerät, das in Aussehen und Leistung einem Lötkolben ähnelt, mit einem Zuführrohr für den Kunststoffschweißdraht ausgestattet.Die Schnellspitze erhitzt den Stab und das Substrat und drückt gleichzeitig den geschmolzenen Schweißstab in Position.In die Verbindung wird eine Raupe aus erweichtem Kunststoff eingelegt und die Teile und der Schweißdraht verschmelzen.Bei einigen Kunststoffarten wie Polypropylen muss der geschmolzene Schweißdraht mit dem halbgeschmolzenen Grundmaterial „vermischt“ werden, das hergestellt oder repariert werden soll.Diese Schweißtechniken wurden im Laufe der Zeit verbessert und werden seit über 50 Jahren von professionellen Kunststoffherstellern und -reparaturbetrieben auf der ganzen Welt eingesetzt.Das Speed-Tip-Schweißverfahren ist eine viel schnellere Schweißtechnik und kann mit etwas Übung auch in engen Ecken eingesetzt werden.Eine Version der Speed-Tip-„Pistole“ ist im Wesentlichen ein Lötkolben mit einer breiten, flachen Spitze, mit der die Schweißnaht und das Füllmaterial geschmolzen werden können, um eine Verbindung herzustellen.

Extrusionsschweißen

Das Extrusionsschweißen ermöglicht das Anbringen größerer Schweißnähte in einem einzigen Schweißdurchgang.Dies ist die bevorzugte Technik zum Verbinden von Material mit einer Dicke von mehr als 6 mm.Der Schweißstab wird in einen Miniatur-Handextruder aus Kunststoff eingezogen, plastifiziert und aus dem Extruder gegen die zu verbindenden Teile gedrückt, die mit einem Heißluftstrahl erweicht werden, damit die Verbindung stattfinden kann.

Kontaktschweißen

Dies entspricht dem Punktschweißen, außer dass die Wärme durch Wärmeleitung der Zangenspitzen und nicht durch elektrische Leitung zugeführt wird.Zwei Kunststoffteile werden zusammengebracht, wo erhitzte Spitzen sie zusammendrücken, wodurch die Teile schmelzen und sich verbinden.

Heizplattenschweißen

Ähnlich wie beim Kontaktschweißen wird diese Technik zum Schweißen größerer Teile oder von Teilen mit komplexer Schweißnahtgeometrie verwendet.Die beiden zu verschweißenden Teile werden in die Werkzeuge eingelegt, die an den beiden gegenüberliegenden Aufspannplatten einer Presse befestigt sind.Eine Heizplatte, deren Form der Schweißnahtgeometrie der zu verschweißenden Teile entspricht, wird zwischen den beiden Teilen positioniert.Die beiden gegenüberliegenden Platten bewegen die Teile in Kontakt mit der heißen Platte, bis die Hitze die Grenzflächen auf den Schmelzpunkt des Kunststoffs erweicht.Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird die Heizplatte entfernt und die Teile zusammengedrückt und gehalten, bis die Schweißverbindung abkühlt und sich wieder verfestigt, um eine dauerhafte Verbindung herzustellen.

Heizplattenschweißgeräte werden typischerweise pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch mit Servomotoren gesteuert.

Dieses Verfahren wird zum Schweißen von Komponenten unter der Motorhaube von Kraftfahrzeugen, Komponenten für die Innenausstattung von Kraftfahrzeugen, medizinischen Filtergeräten, Komponenten für Verbrauchergeräte und anderen Komponenten für den Fahrzeuginnenraum verwendet.

Hochfrequenzschweißen

Hochfrequenzschweißen, auch als dielektrisches Schweißen oder Radiofrequenz-Heißsiegeln bekannt, ist eine sehr ausgereifte Technologie, die es seit den 1940er Jahren gibt.Hochfrequente elektromagnetische Wellen im Bereich von Radiofrequenzen können bestimmte Polymere so weit erhitzen, dass die Kunststoffe für die Verbindung weich werden.Erhitzte Kunststoffe unter Druck zusammenschweißen.Durch die schnelle Neuausrichtung einiger chemischer Dipole des Polymers wird im Polymer Wärme erzeugt, was bedeutet, dass die Erwärmung lokalisiert werden kann und der Prozess kontinuierlich ablaufen kann.

Induktionsschweißen

Wenn ein elektrischer Isolator wie ein Kunststoff in ein Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Metalle oder Kohlenstofffasern eingebettet wird, kann Induktionsschweißen durchgeführt werden.Das Schweißgerät enthält eine Induktionsspule, die mit hochfrequentem elektrischem Strom gespeist wird.Dadurch wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das entweder auf ein elektrisch leitfähiges oder ein ferromagnetisches Werkstück einwirkt.In einem elektrisch leitenden Werkstück ist der Haupterwärmungseffekt die Widerstandserwärmung, die auf induzierten Strömen, sogenannten Wirbelströmen, beruht.Das Induktionsschweißen von kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Materialien ist eine Technologie, die beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig eingesetzt wird.

In einem ferromagnetischen Werkstück können Kunststoffe induktionsgeschweißt werden, indem sie mit metallischen oder ferromagnetischen Verbindungen, sogenannten Suszeptoren, formuliert werden.Diese Suszeptoren absorbieren elektromagnetische Energie von einer Induktionsspule, werden heiß und geben ihre Wärmeenergie durch Wärmeleitung an das umgebende Material ab.

Spritzschweißen

Das Spritzschweißen ist dem Extrusionsschweißen ähnlich/identisch, außer dass man mit bestimmten Spitzen am Handschweißgerät die Spitze in Kunststoffdefektlöcher unterschiedlicher Größe einführen und diese von innen nach außen ausbessern kann.Der Vorteil besteht darin, dass kein Zugang zur Rückseite des defekten Lochs erforderlich ist.Die Alternative ist ein Flicken, allerdings kann der Flicken nicht bündig mit dem ursprünglich umgebenden Kunststoff auf die gleiche Dicke geschliffen werden.Für diese Art von Verfahren eignen sich am besten PE und PP.Das Drader Injectiweld ist ein Beispiel für ein solches Werkzeug.

Ultraschallschweißen

Beim Ultraschallschweißen werden hochfrequente (15 kHz bis 40 kHz) Vibrationen mit geringer Amplitude verwendet, um durch Reibung zwischen den zu verbindenden Materialien Wärme zu erzeugen.Die Schnittstelle der beiden Teile ist speziell darauf ausgelegt, die Energie für maximale Schweißfestigkeit zu konzentrieren.Ultraschall kann bei fast allen Kunststoffmaterialien eingesetzt werden.Es ist die schnellste verfügbare Heißsiegeltechnologie.

Reibschweißen

Beim Reibschweißen werden die beiden zu verbindenden Teile mit einer niedrigeren Frequenz (typischerweise 100–300 Hz) und einer höheren Amplitude (typischerweise 1 bis 2 mm (0,039 bis 0,079 Zoll)) aneinander gerieben als beim Ultraschallschweißen.Die durch die Bewegung verursachte Reibung erzeugt in Kombination mit dem Klemmdruck zwischen den beiden Teilen die Hitze, die die Kontaktbereiche zwischen den beiden Teilen zum Schmelzen bringt.An diesem Punkt beginnen die plastifizierten Materialien miteinander verflochtene Schichten zu bilden, was zu einer starken Schweißnaht führt.Nach Abschluss der Vibrationsbewegung bleiben die Teile zusammengehalten, bis die Schweißverbindung abkühlt und der geschmolzene Kunststoff wieder erstarrt.Die Reibungsbewegung kann linear oder orbital sein und die Gelenkkonstruktion der beiden Teile muss diese Bewegung ermöglichen.

Rotationsschweißen

Das Rotationsschweißen ist eine besondere Form des Reibschweißens.Bei diesem Verfahren wird ein Bauteil mit einer runden Schweißverbindung stationär gehalten, während ein Gegenstück mit hoher Geschwindigkeit gedreht und gegen das stationäre Bauteil gedrückt wird.Durch die Rotationsreibung zwischen den beiden Bauteilen entsteht Wärme.Sobald die Verbindungsflächen einen halbgeschmolzenen Zustand erreichen, wird die rotierende Komponente abrupt gestoppt.Die Kraft auf die beiden Komponenten bleibt erhalten, bis die Schweißverbindung abkühlt und wieder erstarrt.Dies ist eine gängige Methode zur Herstellung von Kunststoffrädern für niedrige und mittlere Belastungen, z. B. für Spielzeug, Einkaufswagen, Recyclingbehälter usw. Dieses Verfahren wird auch zum Einschweißen verschiedener Anschlussöffnungen in Komponenten unter der Motorhaube von Kraftfahrzeugen verwendet.

Laserschweißen

Bei dieser Technik muss ein Teil für einen Laserstrahl durchlässig und der andere Teil absorbierend sein oder eine Beschichtung an der Grenzfläche muss für den Strahl absorbierend sein.Die beiden Teile werden unter Druck gesetzt, während sich der Laserstrahl entlang der Verbindungslinie bewegt.Der Strahl durchdringt das erste Teil und wird vom anderen Teil oder der Beschichtung absorbiert, um genügend Wärme zu erzeugen, um die Grenzfläche aufzuweichen und eine dauerhafte Schweißnaht zu erzeugen.

Typischerweise werden beim Kunststoffschweißen Halbleiterdiodenlaser eingesetzt.Mit Wellenlängen im Bereich von 808 nm bis 980 nm lassen sich verschiedene Kunststoff-Materialkombinationen verbinden.Abhängig von den Materialien, der Dicke und der gewünschten Prozessgeschwindigkeit sind Leistungsstufen von weniger als 1 W bis 100 W erforderlich.

Lösungsmittelschweißen

Beim Quellschweißen wird ein Lösungsmittel aufgetragen, das das Polymer bei Raumtemperatur vorübergehend auflösen kann.Wenn dies geschieht, können sich die Polymerketten frei in der Flüssigkeit bewegen und sich mit anderen, ähnlich gelösten Ketten in der anderen Komponente vermischen.Bei ausreichender Zeit dringt das Lösungsmittel durch das Polymer in die Umgebung ein, sodass die Ketten ihre Beweglichkeit verlieren.Dadurch bleibt eine feste Masse aus verschlungenen Polymerketten zurück, die eine Lösungsmittelschweißung darstellt.

Diese Technik wird häufig zum Verbinden von PVC- und ABS-Rohren verwendet, beispielsweise in der Haushaltsinstallation.Auch das „Zusammenkleben“ von Modellen aus Kunststoff (Polycarbonat, Polystyrol oder ABS) ist ein Quellschweißverfahren.