DE60309395T2 - Material und Verfahren zum Laserschweissen - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserschweißmaterial und ein Laserschweißverfahren, wobei Harzteile durch Laserlichtbestrahlung geschweißt werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Konventionelle Schweißverfahren zum Verbinden von Harzteilen umfassen Verfahren, welche Klebstoffe, Heizplattenschweißen, Vibrationsschweißen, Ultraschallschweißen und Rotationsschweißen verwenden, und in neuerer Zeit sind Injektionsschweißverfahren wie DRI ("Die Rotary Injection") oder DSI ("Die Slide Injection") und Laserschweißverfahren gut bekannt geworden.
  • Verbindungsverfahren, welche Klebstoffe verwenden, stützen sich auf manuelle Bediener; deswegen sind die Verfahren ineffizient. Ferner ist es unmöglich, eine konsistente Verbindungsfestigkeit zu erzielen, und je nach Typ des Harzteils können Probleme wie ungenügende Haftfestigkeit auftreten. Umweltverschmutzung stellt ein weiteres Problem dar, das zu berücksichtigen ist.
  • Zu den Nachteilen des Heizplattenschweißens gehören lange Zyklen, die Verwendung von Zusatzmaterialien und die Unfähigkeit, die Schweißung durchzuführen, wenn Wasseraufnahme stattgefunden hat. Weiter: beim Vibrations schweißen bewegt sich die Schweißzone um 1–2 mm; deshalb ist es ungeeignet für Präzisionsteile und tendiert dazu, in Filterverstopfung infolge Gratbildung zu resultieren, so dass das Schweißen behindert wird. Die Nachteile des Ultraschallschweißens umfassen geringe Schweißfestigkeit, schlechte Luftdichtigkeit und Eignung nur für kleine Objekte. Rotationsschweißen ist nur für kreisförmige Objekte geeignet, verlangt ein Zusatzmaterial und kann nicht durchgeführt werden, wenn Wasseraufnahme stattgefunden hat.
  • DRI und DSI, die Beispiele sind für Injektionsschweißverfahren, welche in neuerer Zeit für Ansaugkrümmer verwendet werden, erzeugen eine hohe Schweißfestigkeit, verlangen aber teure Werkzeuge und verbesserte Formmaschinen, wobei sie nur auf Materialien Anwendung finden können, die eine besonders hohe Fließfähigkeit aufweisen.
  • Andererseits ist das Laserschweißen eine Art Schweißverfahren, bei dem ein nicht laserlichtabsorbierendes Harzteil und ein laserlichtabsorbierendes Harzteil in Kontakt gebracht und geschweißt werden. Dieser Ansatz beinhaltet das Bestrahlen der Verbindungsfläche mit Laserlicht von der Seite des nicht absorbierenden Harzteils, um das absorbierende Harzteil durch die Laserlichtenergie an der Verbindungsfläche zu schmelzen und eine Verbindung zu erzielen (siehe z.B. die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung SHO Nr. 60-214931, japanische Auslegeschrift HEI Nr. 5-42336).
  • Bei derartigen Laserschweißverfahren werden jedoch zwei verschiedenartige Harzteile zum Verbinden verwendet: ein laserlichtabsorbierendes und ein nicht laserlichtabsorbierendes, und daher resultiert ein Problem, insofern als das nicht laserlichtabsorbierende Harzteil an der Verbindungsfläche nicht ausreichend schmilzt, was in einer schwachen oder inkonsistenten Verbindungsfestigkeit resultiert.
  • Die WO 01/44357A1 offenbart ein dunkelfarbenes laserstrahlschweißbares thermoplastisches Formmaterial, welches mindestens in spektralen Teilbereichen des Wellenlängenbereichs von 700 bis 1200 nm laserlichtdurchlässig ist. Derartige Formmaterialien können durch Laserstrahlschweißen mit laserlichtabsorbierenden Formteilen verschweißt werden.
  • Im Lichte dieser Tatsachen liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Laserschweißmaterials und eines Laserschweißverfahrens, welche eine feste Verbindung von Harzteilen erlauben, wobei das Verbinden der Harzteile mittels Laserschweißen durchgeführt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lösung der im Vorstehenden erwähnten Problematik haben die betreffenden Erfinder eingehende Untersuchungen durchgeführt über Verbindungsverfahren, welche Laserlicht verwenden, um eine feste Verbindung zwischen einem ersten Harzteil und einem zweiten Harzteil zu erlauben, und als ein Ergebnis haben sie gefunden, dass eine solche feste Verbindung erzielt werden kann durch die Verwendung eines schwach laserlichtabsorbierenden Harzteils als das erste Harzteil, welches mit Laserlicht bestrahlt wird.
  • Im Einzelnen stellt die Erfindung bereit:
    • (1) Einen Satz von Harzzusammensetzungen, umfassend eine erste Harzzusammensetzung zum Bilden eines ersten Harzteils, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, und eine zweite Harzzusammensetzung zum Bilden eines zweiten Harzteils, welches laserlichtabsorbierend ist, wobei das erste und das zweite Harzteil übereinander gelegt werden können und Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils zu der Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen eingestrahlt wird, um sie miteinander zu verschweißen, wobei die erste Harzzusammensetzung ein erstes Harz und ein dem ersten Harz hinzugefügtes schwach laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv mindestens einen Typ umfasst, ausgewählt aus der aus Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren, Styrol-basierten Copolymeren, modifizierten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren und modifizierten Styrol-basierten Copolymeren bestehenden Gruppe, und wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv in einer Menge von 0,1–5 Gew.-%, bezogen auf die erste Harzzusammensetzung, enthalten ist.
    • (2) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (1) oben, wobei die zweite Harzzusammensetzung ein zweites Harz und ein dem zweiten Harz hinzugefügtes laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst.
    • (3) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (2) oben, wobei das erste und das zweite Harz Polyamide sind.
    • (4) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (2) oder (3) oben, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv eine Substanz mit einer Laserlichtdurchlässigkeit von 40–90% ist.
    • (5) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (2) bis (4) oben, wobei das laserlichtabsorbierende Additiv mindestens einen Typ umfasst, ausgewählt aus der aus anorganischen Farbmitteln, wie Carbon Black und Komplexoxid-Pigmenten, und organischen Farbmitteln, wie Phthalocyanin-Pigmenten und Polymethylen-Pigmenten, bestehenden Gruppe.
    • (6) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (2) bis (5) oben, wobei die zweite Harzzusammensetzung eine Laserdurchlässigkeit in einem Bereich von nicht größer als 5% aufweist.
    • (7) Den Satz von Harzzusammensetzungen nach (2) bis (6) oben, wobei das erste Harzmaterial und das zweite Harzmaterial in Pelletform vorliegen.
    • (8) Ein Verfahren zum Laserschweißen von Harzteilen, umfassend: Bereitstellen eines ersten Harzteils, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, Bereitstellen eines zweiten Harzteils, welches laserlichtabsorbierend ist, Übereinanderlegen des ersten Harzteils und des zweiten Harzteils, wodurch eine Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen gebildet wird, und Einstrahlen von Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils zu der Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen, um sie zusammenzuschweißen, wobei das erste Harzteil aus einer ersten Harzzusammensetzung gebildet wird, welche ein erstes Harz und ein schwach laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv wie in (1) definiert ist.
    • (9) Das Verfahren nach (8) oben, wobei das zweite Harzteil aus einer zweiten Harzzusammensetzung gebildet wird, welche ein zweites Harz und ein laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst.
    • (10) Das Verfahren nach (9) oben, wobei das erste und das zweite Harz Polyamide sind.
    • (11) Das Verfahren nach (8) bis (10) oben, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv eine Substanz mit einer Laserlichtdurchlässigkeit von 40–90% ist.
    • (12) Das Verfahren nach (9) bis (11) oben, wobei die zweite Harzzusammensetzung oder das zweite Harzteil eine Laserdurchlässigkeit in einem Bereich von nicht größer als 5% aufweist.
    • (13) Das Verfahren nach (8) bis (12) oben, wobei das erste Harzteil durch Formen der ersten Harzzusammensetzung gebildet wird.
    • (14) Das Verfahren nach (8) bis (13) oben, wobei das zweite Harzteil durch Formen der zweiten Harzzusammensetzung gebildet wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Copolymers, ausgewählt aus der aus Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren, Styrol-basierten Copolymeren, modifizierten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren und modifizierten Styrol-basierten Copolymeren bestehenden Gruppe, als ein schwach laserlichtabsorbierendes Additiv zu einer ersten Harzzusammensetzung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist eine Darstellung des erfindungsgemäßen Laserschweißverfahrens. Gemäß der Figur werden ein erstes, schwach laserlichtabsorbierendes Harzteil 1 und eines zweites, laserlichtabsorbierendes Harzteil 2 übereinander gelegt und mit Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils 1 bestrahlt, so dass das erste Harzteil 1 erwärmt wird und das zweite Harzteil 2 bis zum Schmelzen erwärmt wird, um die Harzteile 1, 2 zusammenzuschweißen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß vorliegender Erfindung werden das erste Harzteil, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, und das zweite Harzteil, welches laserlichtabsorbierend ist, verwendet und übereinander gelegt, um dann Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils zu der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Harzteil einzustrahlen, wobei während des Durchgangs von Laserlicht durch das erste Harzteil das erste Harzteil erwärmt, aber nicht geschmolzen wird, und das Laserlicht die Grenzfläche des zweiten Harzteils erreicht, um das zweite Harzteil zu schmelzen und das erste und das zweite Harzteil an ihrer Grenzfläche zusammenzuschweißen.
  • Um das obige Laserschweißverfahren zu bewirken, wird gemäß vorliegender Erfindung ein Laserschweißmaterial bereitgestellt, umfassend eine erste Harzzusammensetzung zum Bilden eines ersten Harzteils, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, und eine zweite Harzzusammensetzung zum Bilden eines zweiten Harzteils, welches laserlichtabsorbierend ist.
  • "Schwach laserlichtabsorbierend" bedeutet, dass Laserlicht durch ein Harzteil hindurchgeht, aber in einem gewissen Umfang absorbiert wird. Als eine Folge davon wird das Harzteil erwärmt, aber nicht ausreichend, um das Harzteil zu schmelzen.
  • "Ausreichende Absorption", wie hierin verwendet, bedeutet die Absorption von Laserlicht durch die laserlichtbestrahlten Bereiche in einem Grad, der ausreichend ist, um diese Bereiche zu schmelzen. Somit bedeutet das Fehlen von ausreichender Absorption, dass z.B. trotz einer geringen Absorption von Laserlicht der größte Teil durchgelassen wird und Schmelzen des Harzes in diesen Bereichen ausbleibt.
  • Die meisten Harze zeigen keine ausreichende Absorption von Laserlicht. Deshalb umfasst die erste Harzzusammensetzung vorzugsweise ein erstes Harz und ein dem ersten Harz hinzugefügtes schwach laserlichtabsorbierendes Additiv.
  • Das erste Harz kann jeder Typ von Harz sein, der keine ausreichende Absorption von Laserlicht zeigt. Als Beispiele lassen sich nennen Polyamide, Polypropylen und Styrol-Acrylnitril-Copolymer. Erforderlichenfalls kann ferner eine Verstärkungsfaser, z.B. Glasfaser oder Carbonfaser, hinzugefügt werden.
  • Als Polyamide, welche als das erste Harz Verwendung finden können, lassen sich nennen: Polyamide, die aus einem Diamin und einer zweibasischen Säure zusammengesetzt sind, Polyamide, die aus einem Lactam oder einer Aminocarbonsäure zusammengesetzt sind, und Polyamide, die aus Copolymeren von zwei oder mehr der im Vorstehenden genannten Komponenten zusammengesetzt sind.
  • Als Diamine lassen sich nennen aliphatische Diamine, z.B. Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Undecamethylendiamin und Dodecamethylendiamin, oder Diamine mit aromatischen/cyclischen Strukturen, wie Metaxylylendiamin.
  • Als Dicarbonsäuren lassen sich nennen aliphatische Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Heptandicarbonsäure, Octandicarbonsäure, Nonandicarbonsäure, Undecandicarbonsäure und Dodecandicarbonsäure, oder Dicarbonsäuren mit aromatischen/cyclischen Strukturen, wie Terephthalsäure oder Isophthalsäure.
  • Lactame umfassen C6-12-Lactame, und Aminocarbonsäuren umfassen C6-12-Aminocarbonsäuren. Im Einzelnen lassen sich nennen: 6-Aminocapronsäure, 7-Aminoheptansäure, 11-Aminoundecansäure, 12-Aminododecansäure, α-Pyrrolidon, ε-Caprolactam, ω-Laurolactam und ε-Enantholactam.
  • Das schwach laserlichtabsorbierende Additiv in der ersten Harzzusammensetzung kann ein Material sein, welches bei der Wellenlänge des Laserlichts resonant ist und einen Teil desselben absorbiert, während es einen Teil hindurchlässt. Materialien mit einer Laserlichtdurchlässigkeit von 40–90% sind bevorzugt. Die Laserlichtdurchlässigkeit ist der Wert der Laserlichtdurchlässigkeit gemessen an einer Probe eines schwach laserlichtabsorbierenden Additivs, welche zu einem ASTM #1-Hantelprüfkörper mit einer Dicke von 3,2 mm geformt ist.
  • Der Gehalt des schwach laserlichtabsorbierenden Additivs beträgt 0,1–5 Gew.-%, bezogen auf die erste Harzzusammensetzung oder das erste Harzteil. Wenn der Gehalt unter 0,1 Gew.-% liegt, wird zu wenig Wärme durch Absorption der Laserlichtenergie erzeugt, was zu einem ungenügenden Temperaturanstieg des ersten Harzteils und damit zu einer Erniedrigung der Verbindungsfestigkeit der Verbindung führt.
  • Als Beispiele für schwach laserlichtabsorbierende Additive lassen sich nennen Copolymere von Ethylen und/oder Propylen und anderen Olefinen oder Vinyl-basierten Verbindungen (im Folgenden auch als Ethylen- und/oder Propylen-basierte Copolymere bezeichnet), Blockcopolymere, erhalten aus der Hydrierung von Copolymeren des Styrols und konjugierten Dienen (im Folgenden auch als Styrol-basierte Copolymere bezeichnet), und modifizierte Ethylen- und/oder Propylen-basierte Copolymere oder modifizierte Styrol-basierte Copolymere, erhalten durch Zugabe von α,β-ungesättigten Carbonsäuren oder deren Derivaten zu den im Vorstehenden erwähnten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren oder Styrol-basierten Copolymeren.
  • Als Ethylen- und/oder Propylen-basierte Copolymere lassen sich nennen Copolymere auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α-Olefin, Copolymere auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α,β-ungesättigter Carbonsäure, Copolymere auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α,β-ungesättigtem Carbonsäureester, Ionomere und dergleichen.
  • Ein Copolymer auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α-Olefin ist ein Polymer, erhalten aus der Copolymerisation von Ethylen und/oder Propylen mit einem α-Olefin mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen, und als α-Olefine mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen lassen sich nennen: Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 1-Decen, 4-Methyl-1-buten und 4-Methyl-1-penten.
  • Ein Copolymer auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α,β-ungesättigter Carbonsäure ist ein Polymer, erhalten aus der Copolymerisation von Ethylen und/oder Propylen mit einem α,β-ungesättigten Carbonsäuremonomer, und als α,β-ungesättigte Carbonsäuremonomere lassen sich nennen: Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinanhydrid und dergleichen.
  • Ein Copolymer auf Basis (Ethylen und/oder Propylen)/α,β-ungesättigtem Carbonsäureester ist ein Polymer, erhalten aus der Copolymerisation von Ethylen und/oder Propylen mit einem α,β-ungesättigten Carbonsäureestermonomer, und als α,β-ungesättigte Carbonsäureestermonomere lassen sich nennen: Acrylsäureester, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat und Butylacrylat, oder Methacrylsäureester wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat und Butylmethacrylat.
  • Ein Ionomer wird erhalten durch die Ionisierung von mindestens einigen der Carboxylgruppen eines Copolymers eines Olefins und einer α,β-ungesättigten Carbonsäure durch Neutralisation eines Metallions. Ethylen wird bevorzugt als das Olefin verwendet, und Acrylsäure, Methacrylsäure oder dergleichen können als die α,β-ungesättigte Carbonsäure verwendet werden. Das Metallion kann ein Ion von Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Zink etc. sein.
  • Ein Styrol-basiertes Copolymer ist ein Blockcopolymer, erhalten aus der Hydrierung eines Blockcopolymers, umfassend einen Polymerblock A, bestehend in der Hauptsache aus mindestens einem, vorzugsweise zwei oder mehr Styrolen, und einen Polymerblock B, bestehend in der Hauptsache aus mindestens einem konjugierten Dien, und kann z.B. die Struktur A-B-A, B-A-B-A, A-B-A-B-A, B-A-B-A-B oder dergleichen aufweisen.
  • Als Beispiele für konjugierte Diene lassen sich nennen: Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien und dergleichen.
  • Als Styrol-basierte Copolymere lassen sich nennen: ein hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SEBS), ein hydriertes Styrol-Isopren-Styrol-Copolymer (SEPS) und dergleichen.
  • Modifizierte (Ethylen- und/oder Propylen-)basierte Copolymere und modifizierte Styrol-basierte Copolymere werden erhalten durch die Zugabe von Verbindungen, welche α,β-ungesättigte Carbonsäuregruppen oder deren Derivatgruppen enthalten, zu den im Vorstehenden erwähnten (Ethylen- und/oder Propylen-)basierten Copolymeren und Styrol-basierten Copolymeren, entweder im Lösungszustand oder im schmelzeförmigen Zustand. Das Verfahren zur Herstellung derartiger modifizierter (Ethylen- und/oder Propylen-)basierter Copolymere und modifizierter Styrol-basierter Copolymere kann das Reagierenlassen eines (Ethylen- und/oder Propylen-)basierten Copolymers oder Styrol-basierten Copolymers mit einer eine Carbonsäuregruppe oder deren Derivatgruppe enthaltenden Verbindung z.B. in einem Extruder in der Gegenwart eines radikalischen Polymerisationsinitiators beinhalten.
  • Als α,β-ungesättigte Carbonsäuren oder deren Derivate (im Folgenden einfach als "ungesättigte Carbonsäuren" bezeichnet) lassen sich nennen: Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Anhydride oder Ester hiervon.
  • Dem ersten Harz kann ferner ein nicht laserlichtabsorbierendes Farbmittel zugegeben werden. Als Beispiele lassen sich nennen: organische Farbstoffe, wie Anthrachinon-basierte, Perylen-basierte, Perinon-basierte, Heterocyclen-basierte, Disazo-basierte und Monoazo-basierte organische Farbstoffe. Diese Farbstoffe können auch in Kombination verwendet werden.
  • Zu dem ersten Harz kann können ferner Funktionsadditive hinzugegeben werden, umfassend Füllstoffe, wärmebeständige Materialien, witterungsbeständige Materialien, Trennmittel, Gleitmittel, Antistatika, Flammschutzmittel, Flammschutzhilfsmittel etc.
  • Die zweite Harzzusammensetzung kann jeder Typ von Harzzusammensetzung sein, der laserlichtabsorbierend ist und kann auch aus nur einem einzigen Harz bestehen, welches ausreichend laserlichtabsorbierend ist. Weil jedoch die meisten Harze keine ausreichende Laserlichtabsorption zeigen, umfasst die zweite Harzzusammensetzung vorzugsweise ein zweites Harz und ein dem zweiten Harz hinzugefügtes laserlichtabsorbierendes Additiv.
  • Bei Bestrahlung mit Laserlicht wird das Laserlicht absorbiert und schmilzt das zweite Harzteil. Das heißt, in Einklang mit dem erfindungsgemäßen Laserschweißverfahren wird das durch das erste Harzteil durchgelassene Laserlicht absorbiert, so dass es das zweite Harzteil selbst und das damit in Kontakt stehende erste Harzteil schmilzt und verschweißt.
  • Das die zweite Harzzusammensetzung bildende zweite Harz kann jeder Typ von Harz sein, der ausreichende oder nicht ausreichende Laserlichtabsorption zeigt. Als Beispiele lassen sich Harze wie Polyamid, Polypropylen, Styrol-Acrylnitril-Copolymer und dergleichen nennen, sowie diese Harze verstärkt mit Glasfasern oder Carbonfasern.
  • Zusätzlich zu diesen Komponenten können ferner Funktionsadditive hinzugegeben werden, umfassend Füllstoffe, wärmebeständige Materialien, witterungsbeständige Materialien, Trennmittel, Gleitmittel, Antistatika, Flammschutzmittel, Flammschutzhilfsmittel etc.
  • Das laserlichtabsorbierende Additiv in der zweiten Harzzusammensetzung oder in dem zweiten Harzteil kann ein Farbmittel auf anorganischer Basis sein, z.B. Carbon Black oder ein Pigment auf Basis eines zusammengesetzten Oxids, oder ein Farbmittel auf organischer Basis, z.B. ein Phthalocyanin-basiertes Pigment, ein Polymethin-basiertes Pigment oder dergleichen.
  • Die zweite Harzzusammensetzung oder das zweite Harzteil weist vorzugsweise eine Durchlässigkeit für eingestrahltes Laserlicht von nicht mehr als 5% auf. Wenn die Durchlässigkeit größer ist als 5%, wird das eingestrahlte Laserlicht durchgelassen, wodurch die durch das zweite Harzteil absorbierte Menge an Laserlichtenergie vermindert wird und ferner ein Verlust an Laserlichtenergie resultiert.
  • Vorzugsweise können das erste Harzteil und das zweite Harzteil durch Formen der ersten bzw. der zweiten Harzzusammensetzung gebildet werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Laserschweißverfahren werden das erste Harzteil und das zweite Harzteil übereinander gelegt und Laserlicht auf die übereinander gelegten Bereiche von der Seite des ersten Harzteils eingestrahlt, um sie zusammenzuschweißen.
  • Die Einstrahlung von Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils lässt das Laserlicht durch das schwach laserlichtabsorbierende Harzteil hindurchgehen. Das durchgelassene Laserlicht erreicht die Oberfläche des zweiten Harzteils und akkumuliert als Energie. Die Verteilung der akkumulierten Energie ist – bezogen auf die ursprüngliche Energieverteilung – eine ungleichmäßige Energieverteilung des Laserlichts infolge Streuung bei seinem Durchgang durch das erste Harzteil. Weil das Erwärmen und das Schmelzen mit der ungleichmäßi gen Energieverteilung an der Verbindungsfläche stattfinden, wird eine Verbindung erzeugt, bei der das erste Harzteil und das zweite Harzteil miteinander verzahnt sind, und die resultierende gefügte Verbindung ist fest.
  • Durch Färben des ersten Harzteils und des zweiten Harzteils mit Farbmitteln der gleichen Farbe ist es ferner möglich, Harze der gleichen Farbe miteinander zu verbinden und damit das Erscheinungsbild der verbundenen Harzteile zu verbessern.
  • Als Typen von Laserlicht, welche für das Laserschweißen zur Anwendung kommen können, lassen sich nennen Glas:Neodym3+-Laser, YAG:Neodym3+-Laser, Rubinlaser, Helium-Neon-Laser, Kryptonlaser, Argonlaser, H2-Laser, N2-Laser, Halbleiterlaser und dergleichen; von den genannten sind Halbleiterlaser bevorzugt.
  • Die Wellenlänge des Laserlichts variiert in Abhängigkeit von den zu verbindenden Harzmaterialien und kann nicht für alle Situationen spezifiziert werden; bevorzugt liegt sie jedoch bei 400 nm oder darüber. Eine Wellenlänge, die kürzer ist als 400 nm, kann eine merkliche Verschlechterung des Harzes verursachen.
  • Die Laserlichtleistung kann auf Basis der Scangeschwindigkeit und der Absorption des ersten Harzteils eingestellt werden. Eine übermäßig niedrige Laserlichtleistung kann die gegenseitige Fusion der Verbindungsflächen der Harzmaterialien behindern, während eine übermäßig hohe Leistung das Harzmaterial verdampfen kann, was zu Degeneration und verminderter Festigkeit führt.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen erläutert.
  • [In den Beispielen verwendete Materialien]
    • PA6: Polyamid 6 (1015B, Produkt der Firma Ube Industries, Ltd.)
    • m-EPR: modifiziertes Ethylen-/α-Olefin-basiertes Copolymer (Toughmer MC1307, Produkt der Firma Mitsui Chemical), 80% Laserlichtdurchlässigkeit
  • [Messung der Laserlichtdurchlässigkeit]
  • Die Laserlichtdurchlässigkeit wurde mit einem Leistungs- und Energiemessgerät (FieldMasterTM GS LM-45 der Firma Coherent Japan) gemessen, mit der Probe zu einem ASTM #1-Hantelprüfkörper mit einer Dicke von 3,2 mm geformt.
  • Beispiele 1–3 und Vergleichsbeispiele 1 und 2
  • Zur Herstellung des ersten Harzteils wurde eine Harzzusammensetzung, hergestellt durch Kneten von PA6 und m-EPR in den in Tabelle 1 angegebenen Anteilen, zu einem ASTM #1-Hantelprüfkörper mit einer Dicke von 3,2 mm geformt.
  • Zur Herstellung des zweiten Harzteils wurde eine Harzzusammensetzung, hergestellt durch Mischen von 0,3 Gew.-% Carbon Black mit PA6, zu einem ASTM #1-Hantelprüfkörper mit einer Dicke von 3,2 mm geformt.
  • Als nächstes wurden die Ränder des ersten Harzteils und des zweiten Harzteils übereinander gelegt und in eine Halbleiterlaservorrichtung gesetzt. Laserlicht wurde von der Seite des ersten Harzteils eingestrahlt, um beide Teile zusammenzuschweißen.
  • Das für das Laserschweißen verwendete Laserlicht hatte eine Wellenlänge von 940 nm, und die Bestrahlung wurde mit der in Tabelle 1 gezeigten Leistung durchgeführt.
  • Tabelle 1
    Figure 00130001
  • Das Laserschweißmaterial gemäß vorliegender Erfindung verwendet eine schwach laserlichtabsorbierende Zusammensetzung als das erste Harzteil, welches als ein laserlichtdurchlässiges Material dient, so dass bei Bestrahlung mit Laserlicht das erste Harzteil Energie absorbiert und Wärme freisetzt, derart, dass die Temperatur des Verbindungsflächenbereichs mit dem zweiten Harzteil in gewissem Umfang erhöht wird. In diesem Zustand wird auch das zweite Harzteil durch Laserlichtabsorption erwärmt und schmilzt, während das erste Harzteil ebenfalls leicht schmilzt, so dass die Harzteile an der Verbindungsstelle ausreichend verzahnt werden, um eine starke Verbindung zu bilden.

Claims (16)

  1. Ein Satz von Harzzusammensetzungen, umfassend eine erste Harzzusammensetzung zum Bilden eines ersten Harzteils, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, und eine zweite Harzzusammensetzung zum Bilden eines zweiten Harzteils, welches laserlichtabsorbierend ist, wobei das erste und das zweite Harzteil übereinander gelegt werden können und Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils zu der Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen eingestrahlt wird, um sie miteinander zu verschweißen; wobei die erste Harzzusammensetzung ein erstes Harz und ein dem ersten Harz hinzugefügtes schwach laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv mindestens einen Typ umfasst, ausgewählt aus der aus Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren, Styrol-basierten Copolymeren, modifizierten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren und modifizierten Styrol-basierten Copolymeren bestehenden Gruppe, und wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv in einer Menge von 0,1–5 Gew.-%, bezogen auf die erste Harzzusammensetzung, enthalten ist.
  2. Satz von Harzzusammensetzungen nach Anspruch 1, wobei die zweite Harzzusammensetzung ein zweites Harz und ein dem zweiten Harz hinzugefügtes laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst.
  3. Satz von Harzzusammensetzungen nach Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Harz Polyamide sind.
  4. Satz von Harzzusammensetzungen nach Anspruch 2 oder 3, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv eine Substanz mit einer Laserlichtdurchlässigkeit von 40–90% ist.
  5. Satz von Harzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das laserlichtabsorbierende Additiv mindestens einen Typ umfasst, ausgewählt aus der aus anorganischen Farbmitteln, wie Carbon Black und Komplexoxid-Pigmenten, und organischen Farbmitteln, wie Phthalocyanin-Pigmenten und Polymethylen-Pigmenten, bestehenden Gruppe.
  6. Satz von Harzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zweite Harzzusammensetzung eine Laserdurchlässigkeit in einem Bereich von nicht größer als 5% aufweist.
  7. Satz von Harzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das erste Harzmaterial und das zweite Harzmaterial in Pelletform vorliegen.
  8. Verfahren zum Laserschweißen von Harzteilen, umfassend: Bereitstellen eines ersten Harzteils, welches schwach laserlichtabsorbierend ist, Bereitstellen eines zweiten Harzteils, welches laserlichtabsorbierend ist, Übereinanderlegen des ersten Harzteils und des zweiten Harzteils, wodurch eine Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen gebildet wird, und Einstrahlen von Laserlicht von der Seite des ersten Harzteils zu der Grenzfläche zwischen den übereinander gelegten beiden Harzteilen, um sie zusammenzuschweißen; wobei das erste Harzteil aus einer ersten Harzzusammensetzung gebildet wird, welche ein erstes Harz und ein schwach laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst; wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv mindestens einen Typ umfasst, ausgewählt aus der aus Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren, Styrol-basierten Copolymeren, modifizierten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren und modifizierten Styrol-basierten Copolymeren bestehenden Gruppe, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die erste Harzzusammensetzung, enthalten ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zweite Harzteil aus einer zweiten Harzzusammensetzung gebildet wird, welche ein zweites Harz und ein laserlichtabsorbierendes Additiv umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste und das zweite Harz Polyamide sind.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das schwach laserlichtabsorbierende Additiv eine Substanz mit einer Laserlichtdurchlässigkeit von 40–90% ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite Harzzusammensetzung oder das zweite Harzteil eine Laserdurchlässigkeit in einem Bereich von nicht größer als 5% aufweist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das erste Harzteil durch Formen der ersten Harzzusammensetzung gebildet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das zweite Harzteil durch Formen der zweiten Harzzusammensetzung gebildet wird.
  15. Verwendung eines Copolymers, ausgewählt aus der aus Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren, Styrol-basierten Copolymeren, modifizierten Ethylen- und/oder Propylen-basierten Copolymeren und modifizierten Styrol-basierten Copolymeren bestehenden Gruppe, als ein schwach laserlichtabsorbierendes Additiv in einer ersten Harzzusammensetzung in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die erste Harzzusammensetzung.
  16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei die erste Harzzusammensetzung dafür gedacht ist, ein erstes, schwach laserlichtabsorbierendes Harzteil zu bilden, welches mit einem zweiten, laserlichtabsorbierenden Harzteil laserverschweißt werden soll.
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