Aufgrund des stetig zunehmenden Einsatzes von Kunststoffen in technischen Anwendungen sowie der hohen Funktionsintegration von Baugruppen kommt der Fügetechnologie eine wichtige Bedeutung für reproduzierbare und wirtschaftliche Produktionsprozesse zu. Besonders Kunststoffschweißverfahren zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität, kurze Zykluszeiten und somit eine hohe Wirtschaftlichkeit aus.
Das schweißbare Materialspektrum ist beim Laserdurchstrahlschweißen, wie bei allen anderen Kunststoffschweißverfahren, durch die Anforderungen der Werkstoffkompatibilität eingeschränkt. So können nur artgleiche Thermoplaste oder artungleiche, kompatible Thermoplaste mit ähnlichen Schmelztemperaturbereichen, ähnlichen Viskositätsprofilen und ähnlicher chemischer Molekülstruktur mittels Kunststoffschweißverfahren gefügt werden. Bislang ist es bei allen anderen, d. h. inkompatiblen Kunststoffkombinationen erforderlich, auf alternative Fügeverfahren, wie das Kleben oder den Einsatz von mechanischen Fügeverbindungen, auszuweichen.
Um die Eignung des Laserdurchstrahlschweißens für das Fügen inkompatibler Thermoplastkombinationen zu untersuchen, werden in der vorliegenden Arbeit der Einsatz von Mehrschichtfolien mit einer Haftvermittlerschicht, der Einsatz von einschichtigen Folien (Monofolien) aus einem Haftvermittlersystem sowie der Einsatz einer vorherigen Niederdruck-Plasmabehandlung untersucht.
Für jedes der drei Konzepte werden systematische Grundlagenuntersuchungen mit den teilkristallinen Thermoplasten Polyamid 6 (PA 6) und Polypropylen (PP) durchgeführt und die prozessrelevanten Einflussgrößen analysiert. Neben der Charakterisierung der Schweißnahtmorphologie durch lichtmikroskopische Analysen wird das Prozessverhalten durch umfangreiche Schweißversuche untersucht. Anhand geschweißter Probekörper aus den inkompatiblen Thermoplasten PA 6 und PP wird in Zugversuchen die Bruchkraft als entscheidendes Qualitätskriterium ermittelt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die untersuchten Konzepte dazu geeignet sind, Formteile aus inkompatiblen Thermoplasten stoffschlüssig zu fügen. Dies konnte insbesondere für die inkompatiblen Thermoplaste PP und PA 6 gezeigt werden. Beim Laserdurchstrahlschweißen inkompatibler Thermoplaste durch Einsatz von Mehrschicht- und Monofolien wird die erzielbare Schweißnahtqualität maßgeblich durch den Folienaufbau sowie die eingesetzte Bestrahlungsstrategie beeinflusst. Die höchsten Bruchkräfte wurden durch Einsatz von Mehrschichtfolien in Kombination mit dem Simultanschweißverfahren erzielt. Auch durch den Einsatz einer vorherigen Plasmabehandlung konnte die Schweißbarkeit der inkompatiblen, teilkristallinen Thermoplaste PP und PA 6 nachgewiesen werden. Bei diesem Konzept ist die Herstellung von zusätzlichen Komponenten, wie Zwischenfolien, sowie der Einsatz teurer Haftvermittlersysteme nicht erforderlich.
