Welche Kunststoffe sind schweißbar?

Gleiche und unterschiedliche Kunststoffe können durch verschiedene Methoden verbunden werden. Das Verschweißen z. B. ist ein gängiges Fügeverfahren. Insbesondere dann, wenn das Kleben keine ausreichende oder dauerhafte Verbindung gewährleistet. Kunststoffschweißen ist keine oberflächliche, sondern eine intensive stoffliche Verbindung. Das funktioniert jedoch nur bei sogenannten thermoplastischen (durch Hitze formbaren) Kunststoffen. Elastomere und Duroplaste lassen sich nicht schweißen.

  • Thermoplaste: Bestehen hauptsächlich aus linearen Molekülketten, die durch Wärme aneinander entlanggleiten und den Kunststoff form- und schweißbar machen.
  • Elastomere: Bestehen aus weitmaschig vernetzten Molekülketten, die wieder ihren ursprünglichen Zustand annehmen, sobald die Wärmeeinwirkung nachlässt. Ein Verformen durch den Schweißvorgang ist also nicht möglich.
  • Duroplaste: Bestehen aus engmaschig vernetzten Molekülketten. Wärme zersetzt ihre Struktur, ein Aufschmelzen und Verschweißen ist nicht möglich.

Thermoplastische Kunststoffe

Grundsätzlich gilt: Nur identische Thermoplaste sind homogen (einheitlich) verschweißbar. Außer PTFE können alle Thermoplaste geschweißt werden, es gibt jedoch stoffspezifische Unterschiede zwischen den Kunststoffen:

  1. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)
    Lässt sich gut und einfach verschweißen. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 270 und 310 °C.
  2. PS (Polystyrol)
    Lässt sich ebenfalls gut und einfach verschweißen. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 270 und 310 °C.
  3. PP (Polypropylen)
    Es muss genau auf die Temperatur und Erwärmungsdauer geachtet werden, da PP sehr schnell verbrennt. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 230 und 280 °C.
  4. PE (Polyethylen) 
    Lässt sich gut und einfach verschweißen, kann jedoch nicht mit herkömmlichen Klebstoffen geklebt werden. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 220 und 280 °C.
  5. PVC (Polyvinylchlorid) 
    Es muss genau auf die Temperatur und Erwärmungsdauer geachtet werden, da PVC schnell verbrennt und dabei Salzsäure bildet. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 250 und 280 °C.
  6. PMMA (Polymethylmethacrylat)
    Wird im normalen Sprachgebrauch als Acrylglas bezeichnet. Lässt sich gut und einfach verschweißen. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 120 und 180 °C.  
  7. PC (Polycarbonat)
    Lässt sich ebenfalls gut und einfach verschweißen. Die Schweißtemperatur liegt zwischen 270 und 310 °C.

Entscheidende Werkstoffeigenschaften

Für einen präzisen und effektiven Schweißvorgang spielen die Eigenschaften der Werkstoffe eine wichtige Rolle:

  • Elastizitätsmodul (E-Modul)

    Beschreibt die Spannung und Dehnung eines Kunststoffes unter Krafteinwirkung. Je größer das E-Modul, desto besser die Schall-Leitung des Materials.

  • Dämpfung 

    Beschreibt, wie sehr ein Kunststoff die mechanischen Schwingungen aufnimmt und umwandelt. Je höher die Dämpfung, desto intensiver die Wärmeentwicklung, da mehr Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt wird.

  • Schmelzpunkt

    Der Punkt, an dem das Material von fest zu flüssig übergeht. Er bestimmt, wie viel Wärme für den Schweißprozess gebraucht wird.

  • Fließfähigkeit der Schmelze 

    Wie schnell der geschmolzene Teil des Kunststoffs fließen kann. Eine zähere Schmelze bleibt eher in der Fügezone und der Prozess verläuft gleichmäßiger.

Einflussfaktoren

Verschiedene externe Faktoren können einen Einfluss auf die Schweißbarkeit von Kunststoffen haben:

Negative Einflüsse

  • Additive wie z. B. Brandschutz: Additive schützen Kunststoffe vor Abbau durch externe Einflüsse. Das heißt aber auch, dass Additive die Bearbeitung des Kunststoffs durch Ultraschall schwieriger machen.
  • Feuchtigkeit (vor allem bei Polyamiden): Hat der Kunststoff eine hohe Feuchtigkeit, kann diese während des Schweißens verdampfen. Das führt zu Gasblasen in der Fügezone und dann zu porösen Schweißnähten.

Positive Einflüsse

  • Glasfasern: Erhöhen die Steifigkeit, Zähigkeit und Festigkeit des Kunststoffs und verbessern dadurch vor allem bei teilkristallinen Kunststoffen die Schall-Leitfähigkeit.
  • Glaskugeln: Erhöhen die Druckfestigkeit des Kunststoffs und verbessern dadurch vor allem bei teilkristallinen Kunststoffen die Schall-Leitfähigkeit.

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