Einfluss von Feuchtigkeit auf das Ultraschallschweißen von Polyamiden

Technische Kunststoffe wie Polyamide kommen dank ihrer thermischen und mechanischen Eigenschaften in Anwendungen zum Einsatz, in denen sie sehr hohen Ansprüchen genügen müssen. Da der Komplexität von Bauteilen, die im Spritzgießprozess gefertigt werden können, sowohl technische als auch wirtschaftliche Grenzen gesetzt sind, werden häufig Einzelkomponenten hergestellt, die mit Hilfe von Schweißverfahren zu komplexen Baugruppen verbunden werden. Der Schweißprozess selbst stellt in der Regel einen der letzten Schritte in der Herstellungskette dar und ist somit für die Funktionsfähigkeit eines Bauteils entscheidend. Die erfolgreiche Verbindung von Kunststoffen ist beim Schweißen von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Eine häufige Fehlerursache kann ein zu hoher Anteil an Feuchtigkeit in den zu verschweißenden Materialien sein. Dies stellt insbesondere ein Problem bei hygroskopischen Kunststoffen wie den Polyamiden dar. Werden Bauteile mit erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt geschweißt, kann die im Material enthaltene Feuchtigkeit durch die Prozesswärme verdampfen. Dies hat eine Bildung von Gasblasen in der Fügezone zur Folge, die zu porösen Schweißnähten führen. Neben dem Ausgasen von Feuchtigkeit kann sich die Veränderung von Materialeigenschaften auch auf den Schweißprozess selbst auswirken. Für das Ultraschallschweißen liegt ein starker Zusammenhang zwischen der zum Schweißen erzeugten Wärme und der Dämpfung des zu schweißenden Werkstoffes vor. Letztere kann sich durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit drastisch verändern. In dieser Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen der im Material enthaltenen Feuchtigkeit und deren Einfluss auf die für den Ultraschallschweißprozess relevanten Werkstoffeigenschaften und auf den Schweißprozess systematisch untersucht. Daraus werden Empfehlungen zur Prozessparameterauswahl zum Schweißen von feuchten Polyamiden erarbeitet und eine Methodik identifiziert, mit deren Hilfe sich der Feuchtigkeitsgehalt in Polyamidbauteilen prozessnah abschätzen lässt. Durch eine derartige Feuchtigkeitskontrolle sollen Fehlschweißungen aufgrund von Bauteilen mit erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt zukünftig vermieden und die damit verbundenen Qualitätsrisiken minimiert werden.