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Werkstofftechnik 2 - Schweißen und Kleben von Kunststoffen

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Werkstofftechnik 2

Schweißen und Kleben von Kunststoffen

Inhaltsverzeichnis

Das Schweißen und das Kleben von Kunststoffen zählen zu den Fügeverfahren. Ziel beider Verfahren ist es zwei oder mehrere Bauteile dauerhaft mineinander zu verbinden. 

Kunststoffschweißen eines Rohrs
Kunststoffschweißen eines Rohrs

 

Schweißen

Beim Schweißen von Kunststoffen ist der Kunststofftechniker bei der Materialauswahl stark eingeschränkt. So eignen sich lediglich Thermoplasten als Werkstoff. Der Grund dafür liegt im Verfahrensablauf. So bringt man beim Schweißen der Kunststoffteile im Schweißnahtbereich das Material in einen viskosen Zustand und erzeugt durch Druckeinwirkung ein viskoses Verschmelzen der Schweißflächen. Dadurch entsteht eine homogene Verbindung, die auf dem Wirken einer zwischenmolekularen Sekundärverbindung beruht. Diese Verbindung kann, anders als bei metallischen Schweißverbindungen, maximal die Festigkeit des Ausgangsmaterials erreichen, sie liegt aber in den meisten Fällen nur bei 60-80% der Grundfestigkeit. Für diesen Festigkeitsverlust, bzw. die nicht erreichte Festigkeit existieren gleich mehrere mögliche Gründe, die nachfolgend aufgeführt sind:

  • Eigenspannungen,
  • Kerbwirkung,
  • Porenbildung, 
  • Mangelhafte Durchmischung der Makromoleküle,
  • Weitere Bindefehler.

Merke

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Damit diese Fehler weitestgehend eliminiert werden können, ist eine genaue Einstellung der Schweißtemperatur und des angewandten Drucks notwendig. Sie sollten beide ausreichend hoch angesetzt werden! 

Wie in vielen anderen Bereichen der Kunststofftechnik haben sich auch hier unterschiedlichen Verfahrensarten entwickelt, die sich aber lediglich in der Art der Wärmeerzeugung unterscheiden. Die gängigsten Verfahrensarten sind:

  • Warmgasschweißen, 
  • Induktionsschweißen,
  • Ultraschallschweißen,
  • Reibungschweißen,
  • Hochfrequenzschweißen.

Kleben

Das Kleben von Kunststoffen weist gegenüber dem Schweißen gleich mehrere Vorteile auf. So können neben Thermoplasten auch Duroplasten und Elastomere geklebt werden. Oder sollen beispielsweise großflächige oder verschiedene Kunststoffe miteinander verbunden werden, so ist das Kleben dem Schweißen vorzuziehen. Wird zudem gefordert, dass eine Verbindung ohne Wärmeeinfluss herzustellen ist, so kann auch hier nur geklebt werden. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Bei allen Vorzügen gilt es jedoch zu Beachten, dass die Qualität dieser Verbindung immer auch von der Art der eingesetzten Kunststoffe abhängt.

Aus diesem Grund kategoriert man Kunststoffe nach ihrer Klebbarkeit:

Gute Klebbarkeit $\Longrightarrow $ PS, PVC, PC, sowie die Duroplasten UP, EP und PF. 

Mittlere Klebbarkeit $\Longrightarrow $ Elastomere, Polyurethane und Polyamid

Schlechte Klebbarkeit $\Longrightarrow $ PE, PP, sowie Silikone

Für jede Kategorie gilt:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Eine Verbesserung der Klebeeigenschaften kann erzielt werden, wenn zuvor die Oberflächen des Kunststoff gereinigt und gegebenfalls angerauht werden.