DE10101240A1 - Verfahren zur Herstellung laserverschweißter Verbundformteile sowie diese Verbundformteile - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung laserverschweißter Verbundformteile, bei dem DOLLAR A a) jeweils mindestens zwei Kunststoffformteile (A, B) über mindestens ein weiteres Formteil (C), enthaltend eine Laserstrahlung transmittierende Materialschicht (C1) auf der der Einfallsrichtung der Laserstrahlung zugewandten Seite und, mit dieser verbunden oder in Kontakt stehend, eine Laserstrahlung absorbierende Materialschicht (C2), in Kontakt stehen, wobei die Oberfläche der Materialschicht (C2) in den jeweiligen Überlappungsbereichen mit den Kunststoffformteilen (A, B) im Wesentlichen formschlüssig mit der Oberfläche dieser Formteile abschließt, DOLLAR A b) Laserstrahlung durch die transmittierende Schicht (C1) mindestens in den Bereichen teilweise oder vollständig auf die Laserstrahlung absorbierende Schicht (C2) trifft, die mit den zu verbindenden Formteilen (A, B) überlappt, DOLLAR A c) der Abstand zwischen der Laserstrahlung absorbierenden Schicht (C2) und der jeweiligen Formteiloberfläche, die diese im Wesentlichen formschlüssig überdeckt, während der Bestrahlung mit Laserlicht im Wesentlichen konstant gehalten oder verringert wird, und die durch die Laserstrahlung erweichten oder aufgeschmolzenen Bereiche der Materialschicht (C2) mit der Oberfläche der Formteile (A, B) für eine Zeitdauer in Berührung stehen, die ausreicht, diese Oberflächen zu erweichen oder aufzuschmelzen, und DOLLAR A d) man die aufgeschmolzenen oder erweichten Bereiche erkalten lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung laserver­ schweißter Verbundformteile, diese Verbundformteile, deren Ver­ wendung als Bauteile von Haushalts- und Elektrogeräten, als In­ nen- und Außenkomponenten von Automobilen, Flugzeugen und Schif­ fen sowie eine Halterung und deren Verwendung bei der Herstellung laserverschweißter Verbundformteile.

Kunststoffformkörper können auf vielfältige Art und Weise mitein­ ander verbunden werden, z. B. mittels Klebens, Vernietens, Ver­ schraubens oder Schweißens. Bauteile aus Kunststoffen werden be­ reits regelmäßig in Haushalts- und Elektrogeräten sowie bei In­ nen- und Außenanwendungen im Automobil eingesetzt. Häufig substi­ tuieren diese Bauteile Komponenten aus Metall. Konstruktionstech­ nisch oder auch aus Gründen der einfacheren und kostengünstigeren Herstellung ist es dabei meistens vorteilhafter, mehrere Formkör­ per zu einem Bauteil zu verbinden, als zu versuchen, dieses Bau­ teil einstückig herzustellen. Allerdings werden bei den o. g. An­ wendungen hohe Anforderungen an die Fügetechnik gestellt. Die verbundenen Formkörper sollen regelmäßig dauerhafte Verbindungs­ stellen aufweisen, die mechanischer Beanspruchung standhalten, wasser- und gasdicht sind und darüber hinaus optisch nicht unvor­ teilhaft in Erscheinung treten, so dass das Bauteil auch für Sichtanwendungen in Frage kommt. Diesem Anforderungsprofil an mehrstückige Kunststoffbauteile versucht man, heutzutage z. B. mit bekannten Kunststoffschweißverfahren gerecht zu werden. Beispiele für Kunststoffschweißverfahren sind das Heizelementschweißen, Vibrationsschweißen, Rotationsreibschweißen, Ultraschallschwei­ ßen, Hochfrequenzschweißen und Laserstrahlschweißen.

Das Laserstrahlschweißen wird in der Regel nach dem Prinzip des Durchstrahlschweißens (auch Überlappungsschweißen genannt) durch­ geführt. Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahlung transmit­ tierender Kunststoffformkörper mit einem Laserstrahlung absorbie­ renden Kunststoffformkörper verbunden. Die Laserstrahlung tritt durch den transmittierenden Formkörper hindurch auf den anliegen­ den absorbierenden Formkörper, der lokal aufschmilzt. Die sich ausdehnende Schmelze berührt das transmittierende Bauteil, schmilzt dieses ebenfalls lokal auf, wodurch es zu einer Vermi­ schung (über Diffusions- und Platzwechselvorgänge) der Schmelzen und nach der Abkühlung zu der Bildung einer Schweißnaht kommt. Diese Vorgehensweise setzt voraus, dass die Schmelzematerialien zumindest in gewissem Umfang verträglich und miteinander mischbar sind und die Schmelzetemperaturen der zu verbindenden Bauteilma­ terialien nicht zu weit auseinander liegen. Die Absorption von Laserstrahlung bei geeigneten Wellenlängen wird hierbei üblicher­ weise durch Zugabe von Additiven, wie etwa Farbmitteln oder Pig­ menten, zum Polymermaterial eingestellt. Nach diesem Verfahren lassen sich allerdings nicht zwei absorbierende Kunststoffform­ körper, also beispielsweise solche, die herkömmliche Flammschutz­ mittel enthalten, miteinander verbinden.

Soweit es auf die Farbgebung bei den zu verbindenden Kunststoff­ formkörpern nicht ankommt, ist der Fachmann in der Wahl geeigne­ ter Pigmente und Farbstoffe relativ frei, um zu Laserstrahlung absorbierenden Materialien zu gelangen. Gemäß EP-A 159 169 lassen sich Verbundformkörper aus einem transparenten und einem mit Ruß eingefärbten Bauteil ohne weiteres mittels Laserschweißen erhal­ ten. Weitaus problematischer ist der Fall, wenn transmittierende und absorbierende Formkörper in für das menschliche Auge identi­ scher Farbe erscheinen sollen. Dieses gelingt bislang nur relativ einwandfrei mit schwarzen Formteilen. Das Laserstrahlung absor­ bierende Formteil enthält dann Gaben an Ruß, während das trans­ mittierende Formteil in der Regel über Flüssigfarbmittel schwarz eingefärbt ist (s. a. DE-A 195 10 493). Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig und daher ökonomisch ineffizient. Annähernd gleichfarbige Kunststoffformteile aus Materialien mit unter­ schiedlichen laseroptischen Eigenschaften lassen sich zur Zeit nicht oder nur sehr schwer erzeugen.

Sollen Fügeteile mit anspruchsvoller Geometrie verbunden werden (Konturschweißen), ist sicherzustellen, dass die überlappenden Bereiche von transmittierenden und absorbierenden Formkörpern hinreichend lange in einem Laserstrahl fixiert werden. Dieses kann für jede neue Bauteilgeometrie u. U. eine neue, aufwendige Fixier- und Bestrahlungsapparatur erforderlich machen, damit die erforderliche Einwirkdauer bzw. -parameter für jeden zu verbin­ denden Abschnitt eingehalten werden können. Andernfalls wird häu­ fig eine fehlerhafte, d. h. durchlässige Schweißnaht beobachtet. Bei größeren Bauteilen, insbesondere bei dünnwandigen, ist es darüber hinaus schwierig, diese über einen längeren Zeitraum der­ art überlappend aneinander zu legen und zu fixieren, dass eine gleichbleibende Überlappungsbreite sichergestellt ist. Des glei­ chen ist es in solchen Fällen schwierig, den Abstand in den über­ lappenden Bereichen konstant so gering zu halten (ca. 300 µm), dass effektives Laserschweißen möglich wird. Bei größeren Abstän­ den lässt sich in der Regel mittels Durchstrahllaserschweißtech­ nik keine zufriedenstellende Bindung mehr erzielen.

Hänsch et al., Kunststoffe 88 (1998), S. 210-212, beschreibt das Verschweißen von Thermoplastischen Elastomeren (TPE) mit Thermo­ plasten wie Polyamid, Polyolefinen, Polyestern und Styrolcopoly­ meren mit Hilfe eines Diodenlasers. Die DE-A 195 42 328 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus schichtweise über­ einander liegenden Platten oder Folien und nennt transparente Fü­ geteile aus Polyethylen (PE), schlagzäh modifiziertem Polystyrol (SB/PS) und Plexiglas (Polymethylmethacrylat) sowie als absorbie­ rende Fügeteile schwarz eingefärbtes Polyethylen, schwarz einge­ färbtes ABS-Copolymerisat und schwarz eingefärbtes Polystyrol.

Die dem Fachmann bekannten Verfahren zum Laserverschweißen von Kunststoffformkörpern haben den Nachteil, dass insbesondere groß­ flächige Formkörper und solche mit komplexer Fügegeometrie nicht einwandfrei und auf einfache Art und Weise miteinander verbunden werden können. Des weiteren fehlt es an einem technisch praktika­ blen Zugang zu Verbundbauteilen, mit dem Laserstrahlung absorbie­ rende Formteile, insbesondere identisch farbige Formteile, mit­ tels Laserstrahlung miteinander verbunden werden können.

Es bestand daher die Aufgabe, diesen Nachteilen abzuhelfen. Ins­ besondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich zwei oder mehrere Laser­ strahlung absorbierende, insbesondere identisch farbige Formteile dauerhaft verbinden lassen. Des weiteren bestand die Aufgabe darin, Formteile mit komplexerer Geometrie und/oder solche mit größeren Ausmaßen einwandfrei und dauerhaft, insbesondere flüs­ sigkeits- und gasundurchlässig, auf einfache und zuverlässige Art und Weise miteinander verbinden zu können.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von laserverschweiß­ ten Verbundformteilen gefunden, bei dem

• a) jeweils mindestens zwei Kunststoffformteile (A, B) über min­ destens ein weiteres Formteil (C), enthaltend eine Laser­ strahlung transmittierende Materialschicht (C1) auf der der Einfallsrichtung der Laserstrahlung zugewandten Seite und, mit dieser verbunden oder in Kontakt stehend, eine Laser­ strahlung absorbierende Materialschicht (C2), in Kontakt ste­ hen, wobei die Oberfläche der Materialschicht (C2) in den je­ weiligen Überlappungsbereichen mit den Kunststoffformteilen (A, B) im wesentlichen formschlüssig mit der Oberfläche die­ ser Formteile abschließt,
• b) Laserstrahlung durch die transmittierende Schicht (C1) minde­ stens in den Bereichen teilweise oder vollständig auf die La­ serstrahlung absorbierende Schicht (C2) trifft, die mit den zu verbindenden Formteilen (A, B) überlappt, und
• c) der Abstand zwischen der Laserstrahlung absorbierenden Schicht (C2) und der jeweiligen Formteiloberfläche, die diese im wesentlichen formschlüssig überdeckt, während der Bestrah­ lung mit Laserlicht im wesentlichen konstant gehalten oder verringert wird, und die durch die Laserstrahlung erweichten oder aufgeschmolzenen Bereiche der Materialschicht (C2) mit der Oberfläche der Formteile (A, B) für eine Zeitdauer in Be­ rührung treten, die ausreicht, diese Oberflächen zu erweichen oder aufzuschmelzen, und
• d) man die aufgeschmolzenen oder erweichten Bereiche erkalten lässt.

Des weiteren wurden die nach dem Verfahren erhältlichen laserver­ schweißten Verbundformkörper sowie deren Verwendung als Bauteile für Haushalts- und Elektrogeräte sowie als Innen- und Außenkompo­ nenten von Automobilen, Flugzeugen oder Schiffen gefunden.

Außerdem wurde eine Halterung für die mittels Laserstrahlung zu verbindenden Kunststoffformteile sowie deren Verwendung bei der Herstellung dieser Formteile gefunden.

Als Kunststoffformteile (A, B) kommen spritzgegossene oder tief­ gezogene Formteile, einschließlich Folien und Halbzeuge (Tafeln, Rohre, Platten, Stäbe, etc.) in Frage. Gemäß dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren mittels Laserschweißen miteinander verbundene Form­ teile werden nachfolgend auch als Verbundformteile bezeichnet. Die Kunststoffformteile sind üblicherweise aus thermoplastischen Polymeren aufgebaut, können aber auch aus Duroplasten gebildet werden.

Als thermoplastische Polymere kommen alle dem Fachmann bekannten Thermoplaste in Betracht. Geeignete thermoplastische Polymere werden beispielsweise im Kunststoff-Taschenbuch, Hrsg. Saecht­ ling, 25. Ausgabe, Hanser-Verlag, München, 1992, insbesondere Ka­ pitel 4 sowie darin zitierte Verweise, und im Kunststoff-Hand­ buch, Hrsg. G. Becker und D. Braun, Bände 1 bis 11, Hanser-Ver­ lag, München, 1966 bis 1996, beschrieben.

Exemplarisch seien als geeignete Thermoplaste genannt Polyoxyal­ kylene, Polycarbonate (PC), Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET), Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen (PP), Poly(meth)acrylate, Polyamide, vinylaromatische (Co)polymere wie Polystyrol, schlagzäh modifi­ ziertes Polystyrol wie HI-PS, oder ASA-, ABS- oder AES-Polymeri­ sate, Polyarylenether wie Polyphenylenether (PPE), Polysulfone, Polyurethane, Polylactide, halogenhaltige Polymerisate, imidgrup­ penhaltige Polymere, Celluloseester, Silicon-Polymere und Thermo­ plastische Elastomere. Es können auch Mischungen unterschiedli­ cher Thermoplaste als Materialien für die Kunststoffformteile eingesetzt werden. Bei diesen Mischungen kann es sich um ein- oder mehrphasige Polymerblends handeln.

Die miteinander zu verbindenden Kunststoffformteile können aus identischen oder verschiedenen Thermoplasten bzw. Thermoplast- Blends bestehen.

Polyoxyalkylenhomo- oder -copolymerisate, insbesondere (Co)poly­ oxymethylene (POM), und Verfahren zu deren Herstellung sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben. Geei­ gnete Materialien sind im Handel unter der Markenbezeichnung Ul­ traform® (BASF AG) erhältlich. Ganz allgemein weisen diese Poly­ mere mindestens 50 Mol-% an wiederkehrenden Einheiten -CH₂O- in der Polymerhauptkette auf. Die Homopolymeren werden im allgemei­ nen durch Polymerisation von Formaldehyd oder Trioxan herge­ stellt, vorzugsweise in der Gegenwart von geeigneten Katalysato­ ren. Bevorzugt sind Polyoxymethylencopolymere und Polyoxymethy­ lenterpolymerisate. Die bevorzugten Polyoxymethylen(co)polymere haben Schmelzpunkte von mindestens 150°C und Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert) M_w im Bereich von 5000 bis 200000, vorzugs­ weise von 7000 bis 150000 g/mol. Endgruppenstabilisierte Polyoxy­ methylenpolymerisate, die an den Kettenenden C-C-Bindungen auf­ weisen, werden besonders bevorzugt.

Geeignete Polycarbonate sind an sich bekannt und sind z. B. gemäß DE-B-13 00 266 durch Grenzflächenpolykondensation oder gemäß DE-A-14 95 730 durch Umsetzung von Biphenylcarbonat mit Bispheno­ len erhältlich. Bevorzugtes Bisphenol ist 2,2-Di(4-hydroxyphe­ nyl)propan, im allgemeinen als Bisphenol A bezeichnet. Die rela­ tive Viskosität dieser Polycarbonate liegt im allgemeinen im Be­ reich 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 Polycarbonate sind im Handel unter der Markenbezeichnung Lexan® (GE Plastics B. V., Holland) erhältlich.

Geeignete Polyester sind ebenfalls an sich bekannt und in der Li­ teratur 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 Me­ thyl-, Ethyl-, i- bzw. n-Propyl- und n-, i- bzw. tert.-Butylgrup­ pen. Die Polyester können durch Umsetzung von aromatischen Dicar­ bonsäuren, deren Estern oder anderer esterbildender Derivate der­ selben mit aliphatischen Dihydroxyverbindungen in an sich bekann­ ter Weise hergestellt werden. Als bevorzugte Dicarbonsäuren sind Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren Mischungen zu nennen. Bis zu 10 mol-% der aromatischen Di­ carbonsäuren können durch aliphatische oder cycloaliphatische Di­ carbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dode­ candisäuren und Cyclohexandicarbonsäuren ersetzt werden. Von den aliphatischen Dihydroxyverbindungen werden Diole mit 2 bis 6 Koh­ lenstoffatomen, insbesondere 1,2-Ethandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,4-Hexandiol, 1,4-Cyclohexandiol und Neopentyl­ glykol oder deren Mischungen bevorzugt. Als besonders bevorzugte Polyester sind Polyalkylenterephthalate, die sich von Alkandiolen mit 2 bis 6 C-Atomen ableiten, zu nennen. Von diesen werden ins­ besondere Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat und Polybutylenterephthalat (PBT) bevorzugt. Diese Produkte sind im Handel z. B. unter den Markenbezeichnungen Rynite® (PET; Fa. DuPont) bzw. Ultradur® (PBT; BASF AG) erhältlich. Die Visko­ sitätszahl 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)).

Geeignete Polyolefine stellen ganz allgemein Polyethylen und Po­ lypropylen sowie Copolymerisate auf der Basis von Ethylen oder Propylen, ggf. auch mit höheren α-Olefinen, dar. Entsprechende Produkte sind unter den Handelsnamen Lupolen® bzw. Novolen® er­ hältlich. Unter Polyolefinen sollen auch Ethylen-Propylen-Elasto­ mere und Ethylen-Propylen-Terpolymere verstanden werden.

Unter den Poly(meth)acrylaten sind insbesondere Polymethylmetha­ crylat (PMMA) sowie Copolymere auf der Basis von Methylmethacry­ lat mit bis zu 40 Gew.-% weiterer copolymerisierbarer Monomeren, wie n-Butylacrylat, t-Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, zu nennen, wie sie beispielsweise unter den Bezeichnungen Lucryl® (BASF AG) oder Plexiglas® (Röhm GmbH) erhältlich sind. Im Sinne der Erfindung sind hierunter auch schlagzähmodifizierte Poly(meth)acrylate sowie Mischungen aus Poly(meth)acrylaten und SAN-Polymerisaten, die mit Polyacrylatkautschuken schlagzäh modi­ fizier sind (z. B. das Handelsprodukt Terlux® der BASF AG), zu verstehen.

Als Polyamide sind solche geeignet mit aliphatischem teilkristal­ linen oder teilaromatischen oder amorphem Aufbau jeglicher Art und deren Blends, einschließlich Polyetheramiden wie Polyetherblockamiden. Unter Polyamide im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen alle bekannten Polyamide verstanden werden. Geeignete Po­ lyamide 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 Mole­ kulargewicht (Gewichtsmittelwert) von mindestens 5.000 g/mol, 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 beschrieben werden, sind bevorzugt. Beispiele hier­ für sind Polyamide, die sich von Lactamen mit 7 bis 13 Ringglie­ dern ableiten, wie Polycaprolactam, Polycapryllactam und Polylau­ rinlactam, sowie Polyamide, die durch Umsetzung von Dicarbonsäu­ ren 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), z. B. das Handelsprodukt Ultramid® A (BASF AG), und Poly­ hexamethylensebacinsäureamid (PA 610), z. B. das Handelsprodukt Nylon® 610 (Fa. DuPont), Polycaprolactam (PA 6), z. B. das Handel­ sprodukt Ultramid® B (BASF AG) sowie Copolyamide 6/66, insbeson­ dere mit einem Anteil von 5 bis 95 Gew.-% an Caprolactam-Einhei­ ten, z. B. das Handelsprodukt Ultramid® C (BASF AG). PA 6, PA 66 und Copolyamide 6/66 sind besonders bevorzugt.

Außerdem seien auch noch Polyamide erwähnt, die z. B. durch Kon­ densation 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 tei­ laromatischen Copolyamide mit niedrigem Triamingehalt kann nach den in den EP-A 129 195 und 129 196 beschriebenen Verfahren er­ folgen.

Die nachfolgende nicht abschließende Aufstellung enthält die ge­ nannten sowie weitere Polyamide im Sinne der Erfindung (in Klam­ mern 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	(γ-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 Che­ mie, 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).

Weitere geeignete thermoplastische Materialien stellen vinylaro­ matische (Co)polymere dar. Das Molekulargewicht dieser an sich bekannten und im Handel erhältlichen Polymeren liegt im allgemei­ nen im Bereich von 1.500 bis 2.000.000, vorzugsweise im Bereich von 70.000 bis 1.000.000 g/mol.

Nur stellvertretend seien hier vinylaromatische (Co)polymere aus Styrol, Chlorstyrol, α-Methylstyrol und p-Methylstyrol genannt; in untergeordneten Anteilen (vorzugsweise nicht mehr als 20, insbesondere nicht mehr als 8 Gew.-%) können auch Comonomere wie (Meth)acrylnitril oder (Meth)acrylsäureester am Aufbau beteiligt sein. Besonders bevorzugte vinylaromatische (Co)polymere sind Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN) und schlagzäh mo­ difiziertes Polystyrol (HIPS = High Impact Polystyrene). Es vers­ teht sich, dass auch Mischungen dieser Polymeren eingesetzt wer­ den können. 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 enthalten mindestens ein kautschukelastisches Pfropfpolymerisat und ein thermoplastisches Polymerisat (Matrixpolymerisat). Als Matrixmaterial wird im all­ gemeinen auf ein Styrol/Acrylnitril-Polymerisat (SAN) zurückge­ griffen. Bevorzugt werden Pfropfpolymerisate verwendet, die als Kautschuk

• - einen Dienkautschuk auf Basis von Dienen, wie z. B. Butadien oder Isopren, (ABS);
• - einen Alkylacrylatkautschuk auf Basis von Alkylestern der Acrylsäure, wie n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, (ASA);
• - einen EPDM-Kautschuk auf Basis von Ethylen, Propylen und ei­ nem Dien, (AES);

oder Mischungen dieser Kautschuke bzw. Kautschukmonomeren enthal­ ten.

Die Herstellung von geeigneten ABS-Polymerisaten findet sich z. B. in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 26 858.7 oder in der deutschen Patentanmeldung DE-A 197 28 629 eingehend beschrieben. Für die Herstellung von ASA-Polymerisaten kann z. B. auf die EP-A 99 532 zurückgegriffen werden. Angaben über die Herstellung von AES-Polymerisaten sind beispielsweise in der US 3,055,859 oder in der US 4,224,419 offenbart. Auf die in diesem Absatz genannten Patentschriften wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

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-Anthrylen. 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 Polyphenylenether sind unter der Bezeichnung No­ ryl® (GE Plastics B. V., Holland) kommerziell erhältlich.

Im allgemeinen weisen die Polyarylenether mittlere Molekularge­ wichte M_n (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.

Bevorzugte Verfahrensbedingungen zur Synthese von Polyarylene­ thersulfonen oder -ketonen sind beispielsweise in der EP-A 113 112 und EP-A 135 130 beschrieben. Polyarylenethersulfone weisen in der Regel einen Schmelzpunkt von mindestens 320°C, Polyarylene­ therketone von mindestens 370°C auf. Geeignete Polyphenylenether­ sulfone sind z. B. unter der Bezeichnung Ultrason® E (BASF AG), geeignete Polyphenylenethterketone unter der Bezeichnung Victrex® im Handel erhältlich.

Des weiteren sind Polyurethane, Polyisocyanurate und Polyharn­ stoffe geeignete Materialien für die Herstellung der Kunststoff­ formteile. Weiche, halbharte oder harte, thermoplastische oder vernetze Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte, beispielsweise Po­ lyurethane, Polyisocyanurate und/oder Polyharnstoffe, insbeson­ dere Polyurethane, sind allgemein bekannt und im Handel u. a. un­ ter der Bezeichnung Elastolan® (Elastogran GmbH) erhältlich. Ihre Herstellung ist vielfältig beschrieben und erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reak­ tiven Verbindungen bei allgemein bekannten Bedingungen. Bevorzugt wird die Umsetzung in Gegenwart von Katalysatoren und/oder Hilfs­ stoffen durchgeführt. Wenn es sich um geschäumte Polyisocyanat- Polyadditionsprodukte handelt, so werden diese in Gegenwart von üblichen Treibmitteln hergestellt.

Als Isocyanate kommen die an sich bekannten aromatischen, aryla­ liphatischen, aliphatischen und/oder cycloaliphatischen organi­ schen Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate in Frage.

Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen können beispiels­ weise allgemein bekannte Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 60 bis 10000 g/mol und einer Funktionalität gegenüber Isocya­ naten 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 g/mol, z. B. Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polyether­ polyesterpolyole, und/oder Diole, Triole und/oder Polyole mit Mo­ lekulargewichten kleiner 500 g/mol.

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.

Als geeignete halogenhaltige Polymerisate sind insbesondere Poly­ merisate des Vinylchlorids zu nennen, insbesondere Polyvinylchlo­ rid (PVC) wie Hart-PVC und Weich-PVC, und Copolymerisate des Vi­ nylchlorids wie PVC-U-Formmassen.

Weiterhin kommen fluorhaltige Polymere in Betracht, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen- Copolymere (FEP), Copolymere des Tetrafluorethylens mit Perfluo­ ralkylvinylether, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere (ETFE) Po­ lyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Polychlortri­ fluorethylen (PCTFE), und Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymere (ECTFE).

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

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

Daneben kommen auch Silicon-Polymere als Thermoplaste in Be­ tracht. Geeignet sind insbesondere Siliconkautschuke. Dabei han­ delt es sich üblicherweise um Polyorganosiloxane, die zu Vernet­ zungsreaktionen fähige Gruppen aufweisen. Derartige Polymere wer­ den beispielsweise in Römpp Chemie Lexikon, CD-ROM Version 1.0, Thieme Verlag Stuttgart 1995, beschrieben.

Schließlich kann auch die Verbindungsklasse der Thermoplastischen Elastomere (TPE) herangezogen werden. TPE lassen sich wie Thermo­ plaste verarbeiten, haben jedoch kautschukelastische Eigenschaften. Es sind TPE-Blockpolymere, TPE-Pfropfpolymere und segmen­ tierte TPE-Copolymere aus zwei oder mehr Monomerbausteinen geei­ gnet. Besonders 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), therm­ plastische Polyester-Elastomere (TPE-E), thermoplastische Poly­ amid-Elastomere (TPE-A) und insbesondere thermoplastische Vulka­ nisate (TPE-V). Einzelheiten zu TPE findet der Fachmann in G. Holden et al., Thermoplastic Elastomers, 2. Auflage, Hanser Ver­ lag, München 1996.

Die Kunststoffformteile (A, B) können darüber hinaus übliche Zu­ satzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel enthalten.

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 sowie andere Zusatzstoffe oder deren Mischungen.

Geeignete Gleit- und Entformungsmittel sind z. B. Stearinsäuren, Stearylalkohol, Stearinsäureester oder -amide, Siliconöle, Me­ tallstearate, 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 Produkt mit der Bezeichnung Tinuvin® kommerziell erhält­ lich sind.

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

Geeignete Flammschutzmittel sind z. B. die dem Fachmann bekannten halogenhaltigen Verbindungen, allein oder zusammen mit Antimon­ trioxid, oder phosphorhaltige Verbindungen, Magnesiumhydroxid, roter Phosphor, sowie andere gebräuchliche Verbindungen oder de­ ren Mischungen. Unter bekannte Flammschutzmittel fallen z. B. die in der DE-A 196 32 675 oder die in der Encyclopedia of Chemical Technology, Hrsg. R. Kirk und D. Othmer, Vol. 10, 3. Aufl., Wi­ ley, New York, 1980, Seiten 340 bis 420, offenbarten Phosphorver­ bindungen, wie Phosphate, z. B. Triarylphosphate wie Triskresyl­ phosphat, Phosphite, z. B. Triarylphosphite, oder Phosphonite. Als Phosphonite werden in der Regel Bis-(2,4-di-tert.-butylphe­ nyl)-phenylphosphonit, Tris-(2,4-di-tert.butylphenyl)-phosphonit, Tetrakis-(2,4-di-tert.butyl-6-methylphenyl)-4,4'-biphenylylen-di- phosphonit, Tetrakis-(2,4-di-tert.butylphenyl)-4,4'-biphenylylen- diphosphonit, Tetrakis-(2,4-di-methylphenyl)-1,4-phenylylen- diphosphonit, Tetrakis-(2,4-di-tert.butylphenyl)-1,6-hexylylen- diphosphonit und/oder Tetrakis-(3,5-di-methyl-4-hydroxy-phe­ nyl)-4,4'-biphenylylen-diphosphonit, Tetrakis-(3,5-di-tert.-bu­ tyl-4-hydroxy-phenyl)-4,4'-biphenylylen-diphosphonit verwendet.

Geeignete Diphosphonite stellen Tetrakis-(2,4-di-tert.-butylphe­ nyl)-4,4'-biphenylen-diphosphonit, Tetrakis-(2,4-di-tert.butyl­ phenyl)-1,6-hexylylen-iphosphonit, Tetra­ kis-(3, 5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-4,4'-biphenylylen-diphosphonit und Tetrakis-(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl)-4,4'-bipheny­ lylen-diphosphonit sowie Tetrakis-(2,4-di-tert.butyl)-1,4-pheny­ lylen-diphosphonit dar.

Des weiteren geeignet sind anorganische Flammschutzmittel auf der Basis von Hydroxiden oder Carbonaten, insbesondere des Magnesi­ ums; anorganische und organische Borverbindungen, wie Borsäure, Natriumborat, Boroxid, Natriumtetraphenylborat und Tribenzylbo­ rat, stickstoffhaltige Flammschutzmittel, wie Iminophosphorane, Melamincyanurat und Ammoniumpolyphosphate, sowie Melaminphosphat (s. a. Encyclopedia of Chemical Technology, ibid.). Als Flamm­ schutzmittel kommen weiterhin auch Gemische mit Antitropfmitteln wie Teflon oder hochmolekulares Polystyrol in Frage.

Als Beispiele für faserförmige bzw. pulverförmige Füll- und Ver­ stärkungsstoffe seien Kohlenstoff- oder Glasfasern in Form von Glasgeweben, Glasmatten oder Glasseidenrovings, Schnittglas sowie Glaskugeln genannt, besonders bevorzugt Glasfasern. Die verwende­ ten Glasfasern können aus E-, A- oder C-Glas sein und sind vor­ zugsweise mit einer Schlichte, z. B. auf Epoxyharz-, Silan-, Ami­ nosilan- oder Polyurethanbasis und einem Haftvermittler auf der Basis funktionalisierter Silane ausgerüstet. Die Einarbeitung der Glasfasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in Form von Endlossträngen (Rovings) erfolgen.

Außerdem seien als Füllstoffe Metallflocken, Metallpulver, Me­ tallfasern, metallbeschichtete Füllstoffe (z. B. nickelbeschich­ tete Glasfasern) sowie andere Zuschlagstoffe, die elektromagneti­ sche Wellen abschirmen, genannt. Insbesondere kommen für letzte­ ren Zweck Aluminiumflocken in Betracht, ferner das Abmischen die­ ser Masse mit zusätzlichen Kohlenstoffasern, Leitfähigkeitsruß oder nickelbeschichteten Kohlenstoffasern.

Als teilchenförmige Füllstoffe eignen sich z. B. Ruß, Graphit, amorphe Kieselsäure, Whisker, Aluminiumoxidfasern, Magnesiumcar­ bonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, Mica, Bentonite, Tal­ kum, Feldspat oder insbesondere Calciumsilikate 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 Kunststoffformteil, verwendet.

Des weiteren können die Kunststoffformteile (A, B) Farbmittel enthalten, z. B. solche, wie sie nachfolgend für die Einfärbung der Materialschichten (C1) und (C2) des Kunststoffformkörpers (C) beschrieben werden. Demgemäß können die Kunststoffformteile (A, B) gleich- oder verschiedenfarbig und darüber hinaus sowohl beide Laserstrahlung transmittierend als auch beide Laserstrah­ lung absorbierend sein.

Die Herstellung der Kunststoffformteile aus den Polymerformmas­ sen, den Zusatzstoffen, Verarbeitungshilfsmitteln und/oder Farb­ mitteln kann nach an sich bekannten Mischverfahren erfolgen, bei­ spielsweise unter Aufschmelzen in einem Extruder, Banbury-Mi­ scher, 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 auf­ geschmolzen und homogenisiert.

Bevorzugt werden die Komponenten, gegebenenfalls mit den erwähn­ ten Zusatzstoffen, Verarbeitungshilfsmitteln und/oder Farbmit­ teln, in einem Extruder oder einer anderen Mischvorrichtung bei Temperaturen von 100 bis 320°C unter Aufschmelzen des thermopla­ stischen Polymeren vermischt und ausgetragen. Die Verwendung ei­ nes Extruders ist besonders bevorzugt, insbesondere eines gleich­ sinnig drehenden, dichtkämmenden Zweischneckenextruders.

Aus den Formmassen lassen sich Kunststoffformteile (auch Halb­ zeuge) aller Art herstellen, die dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden werden. Kunststoffformteil im Sinne der Erfindung ist z. B. ein Spritzgußformteil oder ein tiefgezogenes Formteil, und schließt Folien und Halbzeuge (Tafeln, Rohre, Platten, Stäbe, etc.) ein.

Die Kunststoffformteile (A, B) werden über ein weiteres Formteil (C), enthaltend eine Laserstrahlung transmittierende Material­ schicht (C1) auf der der Einfallsrichtung der Laserstrahlung zu­ gewandten Seite und, mit dieser in Kontakt stehend oder unmittel­ bar verbunden, eine Laserstrahlung absorbierende Materialschicht (C2), miteinander verbunden.

Laserstrahlung transmittierend im Sinne der vorliegenden Erfin­ dung bedeutet, dass die Laserstrahlung nicht oder nur in unter­ geordnetem Ausmaß absorbiert wird, d. h. Laserstrahlung transmit­ tierendes Material lässt die Laserstrahlung vollständig oder überwiegend durch, wobei insbesondere nicht mehr als 40% der La­ serstrahlung absorbiert werden.

Als Materialien für die Schicht (C1) kommen Laserstrahlung trans­ mittierende Thermoplaste oder deren Mischungen in Frage. Es kann sich bei der Materialschicht (C1) auch um eine Verbundschichtfo­ lie oder -platte aus zwei oder mehreren Schichten handeln, die für Laserstrahlung durchlässig ist. Grundsätzlich kann hierfür auf die vorgenannten Thermoplaste zurückgegriffen werden, sofern diese Laserstrahlung transmittierend sind. Grundsätzlich trifft dieses auf die dem Fachmann bekannten amorphen Thermoplaste zu, allerdings kommen auch teilkristalline Thermoplaste wie Polyamid, Polybutylenterephthalat und Polyoxymethylen in Frage, sofern die Schichtdicke entsprechend gewählt wird, damit das oben angeführte Kriterium erfüllt ist.

Besonders geeignete Thermoplaste für die Materialschicht (C1) stellen transparente oder transluzente Polymere wie Polymethylme­ thacrylat, Stryol/Acrylnitril-Copolymerisat (SAN, z. B. das Han­ delsprodukt Luran® (BASF AG)), ASA-Copolymerisate (z. B. das Han­ delsprodukt Luran® S (BASF AG)), Polycarbonat, amorphes Polyamid, Polyethersulfone, Polysulfone, Polystyrol, Mischungen aus Polyme­ thyl(meth)acrylaten und SAN-Polymerisaten, die mit Polyacrylat­ kautschuken schlagzäh modifizier sind (z. B. Terlux® (BASF AG)), Polyethylen, Polypropylen oder Mischungen aus Polybutylentereph­ thalat und Polycarbonat oder Polybutylenterephthalat und Poly­ ethylenterephthalat dar.

Die Materialschicht (C1) kann auch Farbmittel enthalten, die nicht im Wellenlängenbereich der eingesetzten Laserstrahlung ab­ sorbieren, oder solche, die zwar Laserstrahlung absorbieren, al­ lerdings aufgrund des gewählten Konzentrationsbereiches oder der Dicke der Schicht (C1) im Sinne der Erfindung ausreichend Laserstrahlung transmittierend bleiben. Als Farbmittel kommen z. B. die nachfolgend in Tabelle 1 beschriebenen lasertransparenten Farb­ mittel in Frage. Die darin angegebenen Farbmittelkonzentrationen stellen bevorzugte Ausführungsformen dar und beziehen sich auf die Gesamtmasse der Materialschicht (C1).

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 Che­ mie-Lexikon, 1981, 8. Auflage, S. 1237). Nach DIN 55943 (Sept. 1984) und DIN 55945 (Aug. 1983) ist ein Pigment ein im Anwen­ dungsmedium praktisch unlösliches, anorganisches oder organi­ sches, buntes oder unbuntes Farbmittel. Farbstoffe sind in Lö­ sungsmitteln und/oder Bindemitteln (hier also in den den Kunst­ stoffformmassen zugrunde liegenden Materialien) 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.

Tabelle 1

Farbmittel für Materialschicht (C1) sowie für die Kunststoffformmassen (A, B) (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.

Bevorzugt enthält die Materialschicht (C1) insgesamt (Summe aller Farbmittel) 0,01 bis 5, besonders bevorzugt 0,015 bis 2 und ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 0,4 Gew.-% an Farbmitteln.

Die Dicke der Materialschicht (C1) kann frei gewählt werden, so­ lange sie Laserstrahlung transmittierend ist, und hängt vom ge­ wählten Polymermaterial ebenso ab wie von Farbmittelzusätzen oder dem Einsatzzweck des Verbundformkörpers. Bevorzugt sind Schicht­ dicken im Bereich kleiner 15 mm, bevorzugt im Bereich von 0,0005 bis 10 mm, besonders bevorzugt 0,25 bis 5 und insbesondere 0,5 bis 3 mm. Regelmäßig wird über die Dicke der Schicht (C1) die Stabilität oder Steifigkeit der mittels Laserschweißens erzeugten Verbindung festgelegt.

An die Materialschicht (C1) schließt sich in einer bevorzugten Ausführungsform eine mit dieser verbundene Materialschicht (C2) an, die Laserstrahlung absorbierend ist. Dabei kann das die Mate­ rialschicht (C2) bildende Polymermaterial selber Laserstrahlung absorbierend sein oder durch entsprechende Zusatzstoffe Laser­ strahlung absorbierend gemacht werden. Bevorzugt liegt der Mate­ rialschicht (C2) ein Thermoplast oder eine Mischung aus Thermoplasten wie vorgehend für die Kunststoffformmassen (A, B) be­ schrieben zugrunde. Diese Thermoplasten oder deren Mischungen können auch mit den für die Materialschicht (C1) verwendeten übereinstimmen. Ebenso können sie mit den für die Kunststoffform­ teile (A, B) verwendeten Materialien übereinstimmen. Dieses ist jedoch nicht unbedingt erforderlich für das Gelingen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens. Vorteilhafterweise ist das der Schicht (C2) zugrunde liegende Kunststoffmaterial mit dem Kunststoffmate­ rial der Kunststoffformteile (A, B) verträglich, d. h. die jewei­ ligen Schmelzen dieser Materialien sind partiell oder vollständig mischbar.

Bevorzugte Thermoplaste für die Materialschicht (C2) sind vinyla­ romatische (Co)polymere, wie vorgehend beschrieben, also bei­ spielsweise ASA-, ABS-, AES- oder SAN-Copolymerisate, des wei­ teren Polyamide oder Polybutylenterephthalat oder deren Mischun­ gen.

Im Sinne der Erfindung ist die Materialschicht (C2) dann Laser­ strahlung absorbierend, wenn die Laserstrahlung von dieser Schicht vollständig oder überwiegend absorbiert wird, d. h. die Laserstrahlung nicht oder nur in untergeordnetem Ausmaß, insbe­ sondere nicht mehr als 40% durchgelassen wird.

Die Dicke der Schicht (C2) liegt im allgemeinen im Bereich von 0,005 bis 1,5, bevorzugt von 0,01 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,3 mm.

Sofern die Materialschicht (C2) nicht bereits durch die Wahl ge­ eigneter Thermoplaste Laserstrahlung absorbierende Eigenschaften aufweist, wird dieses durch die Wahl von Farbmitteln oder Zusatz­ stoffen in entsprechender Konzentration herbeigeführt.

Bevorzugt wählt man die in der Materialschicht (C2) enthaltenen Farbmittels aus unter Ruß, Knochenkohle, C. I. Pigment Black 11 oder den Farbmitteln gemäß Tabelle 1, wobei für letztere die Kon­ zentration oberhalb der in Tabelle 1 angegebenen Obergrenzen zu liegen hat. Geeignete Zusatzstoffe stellen z. B. auch gängige Fa­ serstoffe wie Kohlenstoff- oder Glasfasern oder Füllmaterialien wie Graphit, Kreide, Wollastonit oder Kaolin dar. Bevorzugt wird auch auf handelsübliche Flammschutzmittel wie die vorgehend be­ schriebenen organischen Phosphate, Phosphite, Phosphonite oder auf elementaren (roten) Phosphor zu diesem Zweck zurückgegriffen.

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 insbesondere 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 jeweiligen Rußes dar. Unter Struktur versteht man die Verkettung von Rußprimärteilchen zu Ag­ gregaten. Zur Bestimmung dieser Kenngröße wird zu 10 g Pigmen­ truß, der in einem Kneter mit meßbarer Kraftübertragung (Plasto­ graphen) vorgelegt wird, so lange Dibutylphthalat 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. Weiter­ hin 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 Primär­ teilchengröße beträgt üblicherweise 5 bis 500, vorzugsweise 10 bis 100 und insbesondere 14 bis 60 nm. Derartige Rußtypen sind z. B. unter den Markenbezeichnungen 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.

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.

Es können auch beliebige Mischungen der vorgenannten Farbmittel und/oder Zusatzstoffe eingesetzt werden.

Bevorzugt enthält Materialschicht (C2) insgesamt (Summe aller Farbmittel und Zusatzstoffe) mindestens 0,01 Gew.-% an Farbmit­ teln und/oder Zusatzstoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Materialschicht (C2).

Bei der Laserstrahlung absorbierenden Materialschicht (C2) ist bezüglich der Obergrenze der bevorzugten Farbmittelkonzentration lediglich zu beachten, dass die Laserstrahlung eine gewisse Mindesteindringtiefe in diese Schicht haben muss, damit sich die zum Verschweißen erforderliche Schmelze bilden kann. Sehr hohe Farb­ mittelkonzentrationen in der Schicht (C2) würden dazu führen, dass die Laserstrahlung nur an der Grenzfläche Schicht (C1)/Schicht (C2) absorbiert wird, wodurch keine bzw. zuwenig Schmelze an der Oberfläche von (C2), die mit den Kunststoffform­ massen in Kontakt tritt, gebildet wird. In diesem Fall würde keine oder nur eine mangelhafte Schweißverbindung mit den Kunst­ stoffformmassen (A, B) entstehen.

Die Farbmittel und/oder Zusatzstoffe können mit den den Kunst­ stoffformmassen (A, B) oder den Materialschichten (C1) und (C2) zugrunde liegenden Polymeren in üblicher Weise vermischt werden. Beispielsweise kann man Polymer und Farbmittel und/oder Zusatz­ stoff unter Aufschmelzen des Polymeren in einem Extruder, Ban­ bury-Mischer, Kneter, Walzenstuhl oder Kalander vermischen. Die Komponenten können jedoch auch "kalt" verwendet, d. h. unaufge­ schmolzen vermengt werden. Das pulvrige oder aus Granulaten be­ stehende Gemisch wird dann erst bei der Verarbeitung aufgeschmol­ zen und homogenisiert.

Insbesondere kann man auch zunächst das oder die Farbmittel und/ oder Zusatzstoffe mit einer vergleichsweise geringen Menge des Polymeren abmischen, wodurch ein Farbmittelkonzentrat (sog. Ma­ sterbatch) 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.

Die Materialschichten (C1) und (C2) können nach gängigen Verfah­ ren, z. B. mittels Extrusion oder Gießen, separat hergestellt und anschließend über bekannte Laminier- oder Kaschierverfahren, z. B. im beheizten Walzenspalt, miteinander verbunden werden. Des wei­ teren können die Materialschichten (C1) und (C2) nach dem Verfah­ ren der Coextrusion, wie im Handbuch der Kunststoff-Extrusions­ technik I, Grundlagen, Hrsg. F. Hensen, W. Knappe und H. Potente, Hanser Verlag, München, 1989, insbesondere Kapitel 8.7, beschrie­ ben, in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Bevorzugt sind die Verfahren der Düsen- und Adaptercoextrusion. Die Düsencoextrusion findet sich z. B. in der EP-A 0 225 500 erläutert. Die Herstellung von Verbundschichtfolien nach dem Adaptercoextrusionsverfahren ist z. B. in dem Tagungsband der Fachtagung Extrusionstechnik "Coextrusion von Folien", 8./9. Oktober 1996, VDI-Verlag Düssel­ dorf, insbesondere in dem Beitrag von Dr. Netze, beschrieben. Dieses wirtschaftliche Verfahren kommt bei den meisten Coextru­ sionsanwendungen zum Einsatz.

In einer alternativen Ausführungsform stellt die Schicht (C2) eine separate Materialschicht, z. B. in Form einer Folie oder ei­ nes Folienstreifens, dar, die mit der Schicht (C1) in engem Kon­ takt steht und z. B. über Hilfsmittel wie Klemmen oder punktuelle Verklebungen oder über den Auflagedruck der Materialschicht (C1) in die gewünschte Position gebracht und dort während des Schweißvorgangs gehalten wird.

In weiteren Ausführungsformen ist auf die Außenfläche der Mate­ rialschicht (C2) zusätzlich, durchgängig oder partiell, eine dünne Haftschicht (C0) aufgebracht, die die Befestigung des Form­ körpers (C) an den Kunststoffformteilen (A, B) erleichtert und zumindest bis zur Laserbestrahlung für eine temporäre Fixierung sorgt. Die Haftschicht (C0) setzt sich geeigneterweise aus einem Material zusammen, dessen Schmelzpunkt in etwa dem des Polymeren entspricht oder niedriger ist als dasjenige Material, das der Schicht (C2) zugrunde liegt. Die Dicke der Schicht (C0) liegt üblicherweise im Bereich von 0,0001 bis 0,1 mm. Das Material der Haftschicht (C0) ist bevorzugt mit dem der Kunststoffformkörper (A, B) verträglich. Aufgrund der regelmäßig geringen Anteile an Haftschicht (C0), bezogen auf die Materialschicht (C2), ist es allerdings im allgemeinen unschädlich, wenn das Haftschichtmate­ rial mit dem Material der Kunststoffformteile (A, B) und/oder dem der Schicht (C2) partiell unverträglich ist.

Das Formteil (C) weist jeweils Überlappungsbereiche mit den Kunststoffformteilen (A, B) auf, wobei die Materialschicht (C2) bzw. (C0) in Kontakt steht mit den Oberflächen dieser Formteile. Geeigneterweise sind die Oberflächenstrukturen der überlappenden Formteile zumindest in Teilbereichen einander angepasst, so dass sich die Formteile unmittelbar berühren können oder einen Abstand nicht größer als 300 µm beim Laserschweißvorgang aufweisen. Be­ vorzugt ist dieser Abstand kleiner 200, insbesondere kleiner 100 µm.

Das Formteil (C) kann dabei z. B. als Stab, Folie oder Platte aus­ gebildet sein.

In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Formteil (C) über Aufnahmeeinheiten für die zu verbindenden Kunststoffformteile (A, B) bzw. für bestimmte Segmente dieser Formteile, welche Ab­ schnitte dieser Kunststoffformteile (A, B) formschlüssig aufneh­ men können. Ein solches über Aufnahmeeinheiten verfügendes Form­ teil (C) wird nachfolgend auch als Halterung bezeichnet. Je nach äußerer Form der Formteile (A, B) können diese Aufnahmeeinheiten z. B. mulden-, halbkugel-, quader-, kegel- oder trapezförmig aus­ gestaltet sein. Der Bereich der Aufnahmeeinheit ist teilweise oder vollständig mit der Materialschicht (C2) und gegebenenfalls (C0) versehen. Diese Aufnahmeeinheiten schaffen die Möglichkeit, die Formteile für die Dauer der Laserbestrahlung zu fixieren. Be­ vorzugt sind diese Aufnahmeeinheiten als Klipp ausgestaltet. Je nach Anzahl der zu verbindenden Formteile können Aufnahmeeinhei­ ten in entsprechender Zahl vorgesehen werden. Sind zwei Formteile miteinander zu verbinden, kann z. B. auf ein im Querschnitt H-för­ miges Formteil (C) zurückgegriffen werden, dessen sich gegenüber­ stehende Flächen parallel oder im wesentlichen parallel zueinan­ der verlaufen und wobei diese Flächen gleich oder unterschiedlich groß sein können. Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausfüh­ rungsform die Schicht (C2) zusätzlich mit einer dünnen Haft­ schicht (C0) versehen sein. Bei zu verbindenden plattenförmigen Kunststoffformteilen (A, B) werden die Aufnahmeeinheiten übli­ cherweise in der Form der Ränder dieser Formteile exakt angepasst oder sind im Querschnitt trapezförmig ausgestaltet, wobei die kürzere der parallelen Seitenflächen die Öffnung der Aufnahmeein­ heit darstellt. Bevorzugt stellt das Formteil (C) demnach eine klippförmige Halterung dar. Diese Halterung kann sich über die gesamte Länge der zu verbindenden Kunststoffformteilkanten er­ strecken und die Form einer Schiene annehmen oder auch nur ein oder mehrere Bereiche der Kunststoffformteile miteinander ver­ binden.

Indem die Aufnahmeeinheiten derart gestaltet sind, dass sie Rand­ bereiche der Kunststoffformteile (A, B) einklemmen können, werden diese Formteile nicht nur fixiert, sondern es kann während des Laserschweißvorgangs ein Fügedruck aufrecht erhalten werden, der zu einer besonders innigen und undurchlässigen Schweißnaht führt. Auf diese Weise können insbesondere auch Bauteile bzw. platten­ förmige Gebilde, die großflächig und/oder dünnwandig sind, ohne zusätzlichen apparativen Aufwand fixiert und laserverschweißt werden.

Von den sich gegenüber liegenden Flächen der Aufnahmeeinheiten, die auf den überlappenden Wandungsbereichen der Kunststoffform­ teile aufliegen, kann jeweils nur eine Fläche oder auch sämtliche Flächen mit einer Materialschicht (C2) ausgestattet sein. Für letzteren Fall kann dann eine um- bzw. beidseitige Laserver­ schweißung vorgenommen werden, wodurch eine Doppelschweißnaht entsteht, was zu einer besonders festen Verbindung führt.

Des weiteren ist es möglich, Formteile (C) zu verwenden, deren jeweilige Aufnahmeeinheiten über Materialschichten (C2) verfügen, die auf unterschiedlichen Polymermaterialien basieren. Auf diese Weise ist es möglich, Kunststoffformteile (A, B) miteinander zu verbinden, die aus nicht verträglichen oder mischbaren Polymeren bestehen. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Polymermaterial des einen Kunststoffformteils mit dem Polymermaterial der Schicht (C2) der überlappenden Aufnahmeeinheit nicht gänzlich unverträg­ lich ist, d. h. eine zumindest partiell mischbare Schmelze bildet, und dass in entsprechender Weise das Polymermaterial des anderen Kunststoffformteils mit dem Schicht-(C2)-Polymermaterial der an­ deren Aufnahmeeinheit nicht gänzlich unverträglich ist. Insoweit nur die Schicht-(C2)-Materialien unterschiedlich zu sein haben, kann der Grundkörper weiterhin aus einheitlichem Material der Schicht (C1) bestehen, was weiterhin eine undurchlässige und steife Verbindung sicherstellt. Demnach ist es für den Fall un­ terschiedlicher, nicht verträglicher Polymermaterialien für die zu verbindenden Kunststoffformteile nicht nötig, Aufnahmeeinhei­ ten enthaltend unterschiedliche Schicht-(C2)-Materialien mittels Verkleben, Nieten oder Verschrauben verbinden zu müssen. Gleich­ wohl kommen auch diese Varianten in Betracht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mittels Laser­ schweißen aus zwei oder mehreren Kunststoffformteilen zusammenge­ setzte Verbundformteile aller Art herstellen.

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 ?m)
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 Verhältinis 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 Kunststoffformteile Füll- oder Verstärkungsstoffe oder andere stark laserabsorbierende Stoffe enthalten. Für Polymere, die keine Füll- oder Verstärkungsstoffe enthalten, betragen die Energiedichten üblicherweise 1 bis 20, insbesondere 3 bis 10 J/mm. Für Polymere, 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.

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 und der Hochleistungsdiodenlaser sind besonders bevorzugt. Der Nd:YAG-La­ ser 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 Kom­ binationen der genannten Vorrichtungen, sein. Es ist auch mög­ lich, dass sich sowohl Laserstrahlung als auch Formteile bewegen.

Unabhängig von den vorgenannten Ausführungsformen beträgt die re­ lative Bewegungsgeschwindigkeit (nachfolgend kurz "Geschwindig­ keit") der Laserstrahlung zu den Formteilen üblicherweise 1 bis 10000 mm/s, bevorzugt 5 bis 500 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 die (laser­ transparente) Materialschicht (C1) des Formteils (C) trifft, es durchdringt und schließlich auf die (laserabsorbierende) Mate­ rialschicht (C2) auftrifft.

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 der Schicht (C1) sowie nach der chemischen Zusammensetzung der Schichten (C1) und (C2), insbesondere auch nach den Farbmit­ teln und/oder Zusatzstoffen, die in den Materialschichten (C1) und (C2) enthalten sind. Dabei ist zu beachten, dass manche Poly­ mere per se lasertransparent sind, während andere Polymere be­ reits im Naturzustand ohne Zusatz laserabsorbierender Additive einen gewissen Anteil der Laserstrahlung absorbieren. Material­ schichten (C1) aus lasertransparenten Polymeren bzw. enthaltend schwach laserabsorbierende oder in kleiner Menge vorhandene Addi­ tive erlauben üblicherweise eine geringere Laserleistung bzw. eine höhere Vorschubgeschwindigkeit als Schichten (C1) aus im Na­ turzustand laserabsorbierenden Polymeren bzw. enthaltend stark laserabsorbierende oder in großer Menge vorhandene Additive.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die zu verbindenden Form­ teile vor dem Laserschweißen zu trocknen, um Schweißnahtdefekte durch verdampfendes Wasser zu vermeiden.

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 komplett 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.

Üblicherweise stehen die Kunststoffformteile (A, B) und das Form­ teil (C) über die Materialschicht (C2) oder die Haftschicht (C0) während der Einwirkung der Laserstrahlung an der zu verbindenden Stelle miteinander in Kontakt. Beispielsweise berühren sie sich, indem sie aufeinander liegen. Dabei kann auf die Formteile, falls erforderlich, ein zusätzlicher Anpressdruck einwirken. Durch das Aufbringen eines Anpressdruckes auf die Fügenahtkontur während des Schweißprozesses kann man einen Fügeweg (häufig auch als Ab­ schmelzweg bezeichnet) erzeugen. Dadurch lassen sich Verzug oder Toleranzen oder Einfallstellen im Bereich der Schweißnaht aus­ gleichen.

Es ist jedoch auch möglich, zwischen den Kunststoffformteilen und dem Formteil (C) einen geringen Abstand zu lassen (Fügespalt).

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Verbundform­ teile sind insbesondere Gehäuse, Behälter, Verpackungen, Ge­ brauchsgegenstände, Bauelemente, Befestigungselemente, etc., von z. B. Haushalts- und Elektrogeräten oder für den Innen- und Außen­ bereich von Automobilen, Flugzeugen oder Schiffen.

Beispielsweise können auch aus Kunststoffaußen- und Kunststoffin­ nenwandung bestehende Bauteile von Kühlschränken auf einfache Art nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden.

Die Verbundformteile zeichnen sich u. a. dadurch aus, dass die Schweißnähte wasser- und gasundurchlässig sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Herstellung zusammengesetzter Formteile, die weitere Bauteile enthalten. Solche weiteren Bauteile können z. B. mechanische (ein­ schließlich feinmechanische), elektrische, elektronische, opti­ sche, akustische oder sonstige Bauteile aus Metallen, Gläsern, Keramiken, Polymeren, Gummi oder anderen Werkstoffen sein.

Beispiele solcher zusammengesetzten Verbundformteile 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
• - doppelwandige Gehäusebauteile, z. B. Kühlschrankwandungen
• - 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-Sen­ soren, schlüssellose Türöffnungssysteme (Kartenleser, Key­ less-Go-Cards)
• - Lichtschranken
• - Gerätegehäuse oder Behälter, die staub- oder wasserdicht sein sollen, z. B. wasserdichte Foto-, Video- und sonstige Kame­ ras, 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 und Spritzgussformteile
• - 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 Verbinden von Flammschutzmittel enthaltenden Formteilen
• - 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, Inenverkleidungen 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 Formtei­ len.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich ohne weiteres, unabhängig von der Größe, Bauteile mit identischer oder unter­ schiedlicher Zusammensetzung gas- und wasserdicht miteinander verbinden. Des weiteren können diese Bauteile mit identischen oder voneinander verschiedenen Farbmitteln eingefärbt sein. Eben­ falls unabhängig von der Bauteilgröße und -form lassen sich die zu verbindenden Bauteile im unverschweißten Zustand bereits gut und unproblematisch ohne erheblichen apparativen Aufwand fixie­ ren, so dass Schweißnähte mit allen gängigen Schweißtechniken er­ zeugt werden können. Schließlich liegt in jedem Fall eine optisch einwandfreie Schweißnaht vor, die auch als Designelement gezielt genutzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wir anhand der beiliegenden Abb. 1 näher erläutert. Die Bezugszeichen haben dabei die folgende Be­ deutung:
1: Kunststoffformteil (A)
2: Kunststoffformteil (B)
3: Kunststoffformteil (C)
4: transmittierende Schicht (C1)
5: absorbierende Schicht (C2)

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung laserverschweißter Verbundform­ teile, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) jeweils mindestens zwei Kunststoffformteile (A, B) über mindestens ein weiteres Formteil (C), enthaltend eine La­ serstrahlung transmittierende Materialschicht (C1) auf der der Einfallsrichtung der Laserstrahlung zugewandten Seite und, mit dieser verbunden oder in Kontakt stehend, eine Laserstrahlung absorbierende Materialschicht (C2), in Kontakt stehen, wobei die Oberfläche der Material­ schicht (C2) in den jeweiligen Überlappungsbereichen mit den Kunststoffformteilen (A, B) im wesentlichen form­ schlüssig mit der Oberfläche dieser Formteile abschließt,
• b) Laserstrahlung durch die transmittierende Schicht (C1) mindestens in den Bereichen teilweise oder vollständig auf die Laserstrahlung absorbierende Schicht (C2) trifft, die mit den zu verbindenden Formteilen (A, B) überlappt, und
• c) der Abstand zwischen der Laserstrahlung absorbierenden Schicht (C2) und der jeweiligen Formteiloberfläche, die diese im wesentlichen formschlüssig überdeckt, während der Bestrahlung mit Laserlicht im wesentlichen konstant gehalten oder verringert wird, und die durch die Laser­ strahlung erweichten oder aufgeschmolzenen Bereiche der Materialschicht (C2) mit der Oberfläche der Formteile (A, B) für eine Zeitdauer in Berührung treten, die ausreicht, diese Oberflächen zu erweichen oder aufzuschmelzen, und
• d) man die aufgeschmolzenen oder erweichten Bereiche erkal­ ten lässt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (C1) und (C2) durchgängig unmittelbar miteinander verbunden sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass das Formteil (C) einen Stab, eine Folie oder eine Platte darstellt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass das Formteil (C) separate Aufnahmeeinheiten für die zu verbindenden Formteile (A, B) aufweist, welche Abschnitte dieser Formteile formschlüssig aufnehmen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (C) ein im Querschnitt im wesentlichen H-förmiges Bauteil darstellt, das jeweils auf mindestens einer Seite der einander zugewandten Flächen der Aufnahmeeinheiten mindestens eine Laserstrahlung absorbierende Schicht (C2) aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Laserstrahlung absorbierende Schicht (C2) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise mit einer Haft­ schicht (C0) versehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kunststoffformteile (A, B) und die Mate­ rialschichten (C1) und (C2) aus thermoplastischen Kunststof­ fen gebildet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Formteil (C) über mindestens zwei Laser­ strahlung absorbierende Schichtbereiche (C2) verfügt, die aus unterschiedlichen, nicht oder nur schlecht verträglichen Po­ lymermaterialien gebildet werden.

9. Laserverschweißte Verbundformteile erhältlich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verwendung der Verbundformteile gemäß Anspruch 9 als Bauteile oder Bauteilkomponenten für Haushalts- und Elektrogeräte oder als Komponenten für den Innen- und Außenbereich von Automobi­ len, Flugzeugen oder. Schiffen.

11. Kühlschrank, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein aus Außen- und Innenwandung bestehendes Bauteil ein laserver­ schweißtes Verbundformteil gemäß Anspruch 9 darstellt.

12. Halterung zum Verbinden von Kunststoffformteilen (A, B) aus einer Laserstrahlung transmittierenden Materialschicht (C1) und einer Laserstrahlung absorbierenden Materialschicht (C2), enthaltend mindestens zwei Aufnahmeeinheiten für die Kunst­ stoffformteile, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung in den Bereichen der jeweiligen Aufnahmeeinheiten partiell oder vollständig eine Laserstrahlung absorbierende Materialschicht (C2) aufweist.

13. Halterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen im Querschnitt im wesentlichen H-förmigen Form­ körper darstellt, wobei jede Aufnahmeeinheit mindestens auf einer Seite der sich gegenüberliegenden parallen oder im we­ sentlichen parallelen Abschnitte aus einer Laserstrahlung transmittierenden Außenschicht (C1) und einer absorbierenden Innenschicht (C2) aufgebaut ist.

14. Verwendung der Halterung gemäß den Ansprüchen 12 oder 13 bei der Herstellung laserverschweißter Verbundformteile.