Infrarot-transparente PA- und PBT-Compounds

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Lanxess bietet neue Polyamide und Polyester für das Laser-Durchstrahlschweißen an. Der Fokus liegt auf Bauteilen für elektrifizierte Automobile.

Das Laser-Durchstrahlschweißen etabliert sich immer mehr in der Serienfertigung von komplex geformten Kunststoffteilen. Lanxess baut daher für diese Technologie seine Palette an lasertransparenten Polyamid 6- und Polyamid 66- sowie PBT-Compounds (Polybutylenterephthalat) aus. „Wir zielen mit den neuen Produkten vor allem auf den steigenden Bedarf an Gehäusen etwa für Sensoren, Steuergeräte und Anzeigesysteme, die zur Elektrifizierung des Fahrzeugantriebs und für Anwendungen in Fahrerassistenzsystemen bis hin zum autonomen Fahren benötigt werden“, erklärt Frank Krause, Experte für Schweißtechniken im Geschäftsbereich High Performance Materials bei Lanxess. Alle neuen Compounds zeichnen sich durch eine hohe Transparenz für das beim Laser-Durchstrahlschweißen üblicherweise verwendete Licht aus dem nahen Infrarotbereich aus.

Automatisierbar, schonend, flexibel und fusselfrei

Bei dem Verfahren wird ein Laserstrahl durch eine lasertransparente Bauteilkomponente geschickt und von einer zweiten, darunter liegenden und oftmals schwarz pigmentierten Bauteilkomponente absorbiert. Dabei entsteht Wärme, die die Oberfläche der zweiten Komponente zum Schmelzen bringt. Durch Wärmeleitung schmilzt auch die Oberfläche der ersten Komponente, so dass sich zwischen beiden Komponenten eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißnaht ausbildet.

Das Verfahren hat mehrere Vorteile: So ist es leicht automatisierbar und im Vergleich zum Vibrations-, Ultraschall- und Infrarotschweißen thermisch und mechanisch schonender. Es erlaubt das Fügen von 3D-Konturen und von Hart-Weich-Materialkombinationen. Die Zykluszeiten sind je nach Bauteilgröße mit deutlich unter 30 Sekunden kurz, und der Schweißaustrieb ist – wenn überhaupt vorhanden – äußerst gering. Außerdem entstehen Schweißnähte ohne Fusseln. Daher müssen geschweißte Flüssigkeitsbehälter nach der Fertigung nicht zur Reinigung ausgespült werden.

Polyamid 6.6 mit hoher Lichttransmission

Ein Highlight unter den neuen Compounds von Lanxess ist das halogenfrei flammgeschützte Durethan AKV30FN04LT. Die Lichttransmission ist für ein Polyamid 6.6 in dem für das Laserschweißen üblichen Wellenlängenbereich bei Wanddicken bis 1,5 mm vergleichsweise hoch. „Der Wärmeeintrag an der Grenzschicht erfolgt dadurch schnell, so dass auch der Fügebereich schnell aufschmilzt, was eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht“, so Krause. Das sehr kriechstromfeste Material erfüllt den Brandtest UL 94 der US-Prüfgesellschaft Underwriters Laboratories Inc. mit der besten Klassifizierung V-0 (0,4 mm). Sein Flammschutzpaket ist hinsichtlich seiner thermischen Stabilität optimiert. Beim Spritzgießen besteht daher ein wesentlich geringeres Risiko, dass sich Beläge auf der Werkzeugoberfläche bilden. Das Compound enthält ein Hitzestabilisierungssystem, das ohne Metalle und Halogenide auskommt. Dadurch neigt es bei Kontakt mit stromleitenden Teilen deutlich weniger zur Kontaktkorrosion. Dies ist zum Beispiel für Bauteile in Hochvoltbatterien oder für Sicherheitsschalter wichtig.

Zäh und schwindungsarm

Auf eine geringe Neigung zur Elektrokorrosion sind auch drei weitere neue Polyamide hin optimiert. Durethan AKV25H3.0LT eignet sich besonders als Material für Bauteile mit hoher Kurzzeit-Wärmebelastung. Das Polyamid 6.6 ist glasfaserverstärkt und mit einem metall- und halogenidfreien Hitzestabilisator thermostabilisiert. Dagegen ist Durethan B31SKH3.0LT ein unverstärktes Polyamid 6 und prädestiniert für Bauteile mit hohen Anforderungen an die Zähigkeit. Durethan BG30XH3.0LT bietet sich für Bauteile an, die besonders verzugs- und schwindungsarm sein müssen – wie etwa filigrane Elektronikgehäuse oder Steckerleisten. Das Polyamid 6 ist mit einem Gemisch aus Glasfasern und Mikroglaskugeln verstärkt.

Gute Lasertransparenz auch bei höheren Wanddicken

Deckel eines Hecktür-Griffsystems mit integrierter Rückfahrkamera. Er besteht aus lasertransparentem PBT (Pocan C1202LT) und wird per Laser-Durchstrahlschweißen mit dem Gehäuse des Griffsystems gefügt, so dass die Schließelektronik wasserdicht verschlossen ist. Foto: Lanxess

Produktinnovationen bei Polyestern sind Pocan C1202LT und C3230LT. Beide Werkstoffe sind Blends aus PBT und Polycarbonat. Durch den Anteil an amorphem Polycarbonat resultiert eine ausgezeichnete Lasertransparenz auch bei höheren Wanddicken. Stärke des unverstärkten Pocan C1202LT ist die hohe Zähigkeit und Verzugsarmut. Es kommt bereits in der Fertigung eines Hecktür-Griffsystems mit wasserdicht verschlossener Schließelektronik zum Einsatz. Pocan C3230LT enthält 30 Gew.-% Glasfasern und ist für Anwendungen vorgesehen, die eine gute Steifigkeit und Festigkeit mitbringen müssen – wie Elektronikgehäuse. Trotz der Glasfaserverstärkung ist es verzugsarm und ergibt gute Oberflächenqualitäten.

In der Entwicklung weit vorangeschritten sind außerdem neue lasertransparente PBT-Typen mit sehr guter Hydrolyse-Stabilisierung. „Diese Werkstoffe sind eine Herausforderung, weil Additive zur Hydrolyse-Stabilisierung normalerweise die Laserlichttransparenz herabsetzen“, erläutert Krause. Potenzielle Anwendungen für die neuen Produkte sind geometrisch komplexe und durch feuchte Wärme belastete Gehäuse von Sensoren und Steuergeräten im Motorraum.

mg

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