專利名稱：激光束焊接方法及由其制造的成型部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱塑性部件特別是白色著色的部件的激光束焊接方法。此外，本發(fā)明涉及通過這種方法由激光束焊接的熱塑性成型部件組裝而成的基本上白色的物體。
背景技術：
與塑料的其他接合技術相比，激光束焊接提供了廣泛的優(yōu)勢，例如置于待接合的成型部件上的機械負荷低并且熱負荷限制在局部、以及對于焊縫幾何形狀的適應性高。原則上，面向激光的成型部件必須能使激光輻射從其中穿透，同時另一成型部件必須在接近表面的淺的穿透深度處吸收這一輻射，并在引入輻射的位置熔融。然后熱傳導導致能使激光福射從其中芽透的成型部件在接觸面上也溶融，從而在冷卻工序后廣生牢固的粘合連接的復合物?，F(xiàn)有技術中有不同顏色組合的激光束焊接塑料成型部件的一些例子。從BHhfIl等人的文章“Laser Plastic Welding in all Colors”(其出現(xiàn)于“TechnischeRundschau，， (Technical Review)(Swiss Professional Media AG, Wabern, Switzerland)第23期，2004年)可知，煤煙作為常規(guī)的黑色顏料，其優(yōu)秀的吸收性使得透明/黑色的成型部件的組合最適合激光束焊接。此外，該文章中引入具有高的近紅外(NIR)吸收能力的添 加劑，其輕微的固有著色使它們適合與透明色調一起使用?，F(xiàn)有技術中已知在聚合物組合物中添加NIR吸收增強劑。例如，US-A-2009/0130451提出一種特殊的可激光束焊接的聚合物組合物，例如，其包含六硼化鑭或氧化銫鎢作為NIR吸收增強劑。它明確指出，如果不含這些NIR吸收添加劑，則即使存在顏料，也不能獲得可激光束焊接的組合物。從該文章中不能明確看出在白色染色工序中添加劑對白度的影響程度。上述添加劑除了成本高之外，與它們的用途有關的技術費用也是不利的。此外，白色的印象受到添加劑的固有顏色的負面影響。W0-A-02/055287披露一種用于激光束焊接塑料的特殊方法，其在待接合的兩個成型部件之間提供額外的成型部件。該額外的成型部件包含具有吸收添加劑的層，并至少部分地由激光輻射熔融。熔體冷卻后，在待接合的成型部件之間產(chǎn)生結合。US-A-2010/0301022披露一種方法，其中激光吸收染料最初被施加于第一基板。當?shù)谝换迮c第二基板接觸后，由于施加的染料的吸收性能，這些基板可通過激光束焊接接合在一起。消費者對于白/白的顏色組合的興趣絲毫不少，白/白的顏色組合提出了特殊的挑戰(zhàn)。白色顏料如二氧化鈦的高折射率引起激光的高度散射。因此，引入的輻射(如果有的話)只有一小部分可被轉化成熔融吸收連接參與體(partner)所需的熱能。對于所列的原因，W0-A-2009/000252指出，二氧化鈦基本上不適合在基于激光的接合方法中用作增白劑。當使用常規(guī)的激光技術進行激光焊接時，實際上視覺感知也為白色的白色著色的部件在實踐中的穿透性不足，這確實是事實。在980nm的使用激光波長下，這種部件的這種不足的穿透性導致以下情況激光根本不能穿透上覆部件并到達接合位點，這通常導致激光在上覆部件表面上轉化，并導致改變表面的熔融，并經(jīng)常甚至導致黑色著色，即聚合物材料的降解。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的尤其是提供用于激光束焊接熱塑性部件特別是白色著色的部件的方法。特別提出的是用于激光焊接至少在接合區(qū)相接觸的兩個塑料部件(以下稱為部件A和部件B)的方法，其中部件A面對激光束并在焊接過程中被后者穿透，部件B背對激光束。這里背對激光輻射的部件(B)由具有至少O. 5重量％、特別是至少I. 5重量％、優(yōu)選至少3. 5重量％、甚至更優(yōu)選5重量％、并且至多20重量％、特別是至 多15重量％的白色著色(white pigmentation)的塑料基體形成,并且面對激光束的部件(A)(在焊接過程中激光束從其中通過)展現(xiàn)出塑料基體。這里塑料基體可優(yōu)選透明的，但并不一定如此。此外，部件A可為未著色的或展現(xiàn)出白色著色。如果部件A具有白色著色，則后者優(yōu)選至少O. 01重量％、特別是至少O. 3重量％、優(yōu)選至少O. 5重量％、甚至更優(yōu)選至少I重量％。如果部件A具有白色著色，則后者優(yōu)選至多5重量％、特別是優(yōu)選至多3重量％。根據(jù)本發(fā)明，這里使用波長范圍從1200至2200nm的激光進行焊接。工作優(yōu)選發(fā)生在1400至2000nm、特別優(yōu)選1440至1500nm、最優(yōu)選1440至1500nm或1910至1970nm的波長范圍內。與根據(jù)現(xiàn)有技術的其中這種過程通常發(fā)生在波長980nm的范圍的方法相反，已發(fā)現(xiàn)，較高的波長意外地使焊接過程成功，即使部件(B)有白色著色。人們原則上預期，由于白色著色，部件(B)在暴露于激光輻射時表面變得被破壞，即使部件(A)將由未著色的材料形成也是如此，而不會預期熔融將足夠實現(xiàn)焊接的結合。正如意外的是，即使部件(A)是著色的，該方法也可進行。這里該方法必須在同時滿足下列條件或前提的情況下實施I)激光束通過面對的部件(A)的光程(travel distance) (I)可為至多10毫米，無論它是未著色的或是著色的。這里，激光束通過面對的部件(A)的光程(I)優(yōu)選為至多7毫米、或至多5毫米、尤其是3毫米；2)當部件㈧的白色著色以重量百分比(重量％ )表示時，以毫米計的激光束通過面對的部件(A)的光程(I)與以重量百分比計的白色著色的乘積必須小于1.25。換言之，即使面對激光輻射的部件(A)是著色的，該方法也可成功執(zhí)行。然而，這時有一個條件，即面對激光輻射的部件(A)的著色被故意設置成比通常略低，但最優(yōu)選還是在確保視覺上的白色外觀的水平。典型的情況是，面對激光輻射的部件(A)的白色著色以重量百分比計為至少O. 05%，優(yōu)選至少0.5%。通過對比，部件(B)的高度著色也提高部件(A)帶來的白色印象。另一個條件是，激光通過面對激光的部件(A)的路徑不太長，SP，該路徑長度不能超過10毫米，并且上面定義的乘積必須< I. 25，優(yōu)選小于< I. 00，最優(yōu)選小于<0. 65。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使實現(xiàn)了視覺上充分的白色效果，激光也不表面上地損壞部件(A)，足夠的激光通過部件(A)，并且焊接位點被充分加熱，以確保高品質的接合位點的熔融和形成。本公開中述及以重量百分比計的白色著色必須總是理解為相對于產(chǎn)生總計為100%的部件或部件的受影響區(qū)域的總質量的重量百分比份額。部件(A)和部件(B)兩者均可在不同區(qū)域由不同的材料形成；如果隨后述及部件(A)或部件(B)，并且對后者有限定，則這至少是指各整體部件的由激光接合工序影響的區(qū)域。如果根據(jù)所提出的方法的第一個優(yōu)選實施方案的部件(A)展現(xiàn)出白色著色，則以毫米計的光程(I)與以重量百分比計的白色著色的乘積最優(yōu)選小于1，優(yōu)選小于< O. 65，或從O. 2至O. 8的范圍，優(yōu)選從O. 2至O. 6的范圍，特別優(yōu)選從O. 2至O. 5的范圍。該方法的另一優(yōu)選實施方案的特征在于，部件(A)和/或部件(B)不含NIR范圍的激光吸收添加劑，并且在這兩個部件之間沒有單獨的含有這種材料的層或涂料。部件(A)和部件(B)優(yōu)選在接合位點處直接置于彼此頂部。特別優(yōu)選的是，部件(A)和部件(B)兩者均基本上不含(即通常具有小于O. 0001重量％ )、優(yōu)選完全不含NIR范圍的激光吸收添加劑。該方法的另一優(yōu)選實施方案的特征在于，在實施該方法時，激光束集中于焊縫。換言之，激光束的優(yōu)選集中在接合位點的平面中，從而在該位置處確保每單位體積的最高輸入功率。 通常，優(yōu)選使用的激光功率在從2至500W的范圍，特別優(yōu)選從5至200W的范圍。此外，通常優(yōu)選在從100至7000毫米/分鐘的范圍的進給率下進行作業(yè)。特別優(yōu)選的是，每單位長度所使用的能量輸入在從O. 0005至O. 05J/mm的范圍，優(yōu)選O. 0007至O. 04J/mm,特別優(yōu)選從O. 0009至O. 01J/mm。每單位長度的能量輸入衍生自以W計的激光功率與以毫米/分鐘計的進給率的商與由物理單位的重新計算得到的校正因子￠0)的乘積。在這個過程中，部件最優(yōu)選以I至10巴優(yōu)選2至5巴的接觸壓彼此緊貼。如上所述，位于下面即背對激光的部件(B)提供有白色著色。后者優(yōu)選在至少3. 5重量％、優(yōu)選至少5重量％、通常至多20重量％、優(yōu)選至多15重量％的范圍內。兩個部件優(yōu)選均為白色，最起碼背對激光的部件(B)為白色。這必須意味著部件
(B)(如果存在的話還有部件(A))或相應的成型復合物如果被加工成表面光滑的成型部件，則展現(xiàn)出在LAB系統(tǒng)中實際上代表了白色外觀的顏色效果。這意味著，最優(yōu)選的是，L *> 80，優(yōu)選L * > 90，特別優(yōu)選L * > 95?；蛘呋蛄硗?，a *的值或b *的值分別獨立地最優(yōu)選< 10，優(yōu)選< 5，特別優(yōu)選< 3，突出優(yōu)選為約O。對于這些部件，特別優(yōu)選> 96的L *值。對于背對激光的部件(B)，加工成表面光滑的成型部件被視為優(yōu)選的，并展現(xiàn)出在LAB系統(tǒng)中L * > 90、優(yōu)選L * > 95、特別優(yōu)選L * > 96的顏色效果。該提出的方法基本上可實現(xiàn)以下優(yōu)點-焊接的對象為白色的，至少部分所述對象從部件(B)引入，-不需要在熱塑性成型復合物中添加NIR吸收增強劑、或粘接位點存在或應用吸收增強劑，不必引入包含吸收增強劑的額外部件。用于根據(jù)本發(fā)明的方法的部件或成型復合物可包含本領域技術人員已知的熱塑性聚合物作為聚合物基體，或除了上述白色著色和通常的添加劑如阻燃劑、用于提高機械穩(wěn)定性的添加劑、和非IR吸收添加劑以外基本上由聚合物形成。其實例包括但不限于聚甲醛樹脂；液晶聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯；烯烴和環(huán)烯烴聚合物；聚酰胺；聚酰胺彈性體，特別是聚酯酰胺、聚醚酰胺和聚醚酯酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳醚，包括聚苯醚；聚碳酸酯；聚醚砜；聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚酯；聚酯聚碳酸酯；聚醚；聚氧乙烯；聚苯乙烯；聚砜；乙烯基聚合物如聚氯乙烯和聚醋酸乙烯酯；或一種或更多種列舉材料的混合物，包括 ABS、MBS 和 SAN、PC、PMMA 等。 透明的特別是無定形的聚合物代表優(yōu)選的實施方案。在本公開中使用的術語透明的熱塑性聚合物或透明的塑料基體，特別是聚酰胺(即，透明聚酰胺均聚物和/或聚酰胺共聚物)旨在表示聚合物或塑料基體系統(tǒng)，特別是由后者制造的聚酰胺或聚酰胺共聚物或成型復合物的聚合物或塑料基體系統(tǒng)，如果聚合物或共(聚酰胺)(以純的形式，即，不含成型復合物的如上所述的其他成分)以厚度為2毫米的薄片形式存在，則其透光率為至少80%，特別是至少90%。在本文的框架內，透光率的值總是應該被理解為根據(jù)ASTM D1003法(CIE-C的光源)測量的值。這里透光率在以下列舉的實驗中用來自Byk Gardner(DE)的名為Haze-GardPlus的裝置在70x2毫米的圓盤上測量。透光率值是指對于由CIE-C定義的可見光波長范圍，即本征強度(essential intensity)在約400和770nm之間。例如,在Arburg注塑機上在拋光的工具中制造70x2毫米的圓盤用于此目的，其中筒溫在200和340 V之間，工具溫度在20和140°C之間。由成型復合物制造的厚度為2毫米的板的濁度(霧度)最優(yōu)選為至多5% (根據(jù)上述規(guī)定的ASTM D1003測量)。另一個優(yōu)選的實施方案涉及部分結晶聚合物，它們也可根據(jù)本發(fā)明的方法成功地焊接。雖然在上述意義上后者不需要為透明的，但它們可為透明的。在優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明使用的部件或成型部件含有聚酰胺或其混合物，或優(yōu)選由這種聚酰胺作為塑料基體而形成。這里這些聚酰胺優(yōu)選由脂肪族包括脂環(huán)族二胺和脂肪族二羧酸獲得、或由內酰胺獲得。特別優(yōu)選的是使用由脂環(huán)族C6-C17 二胺和/或脂肪族C4-C12 二胺與脂肪族C4-C20 二羧酸和/或芳香族二羧酸形成的聚酰胺均聚物和共聚物。二羧酸的具體例子包括但不限于丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、十七烷二酸、十八烷二酸、十九烷二酸、1，4-環(huán)己
烷二酸、二十烷二酸、萘二酸、對苯二甲酸和間苯二甲酸。優(yōu)選的替代物包括聚酰胺，其由上述二胺和二羧酸、以及4至15個碳原子的內酰胺和/或4至15個碳原子的α，ω氨基酸形成。二胺的具體例子包括但不限于六亞甲基二胺、七亞甲基二胺、八亞甲基二胺、九亞甲基二胺、十亞甲基二胺、十一亞甲基二胺、十二亞甲基二胺、三甲基六亞甲基二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、異佛爾酮二胺、降莰烷二胺、1，3_ 二(氨甲基)環(huán)己烷、MACM、MXD、PACM、PXD 和 TMACM。MACM代表3，3’-二甲基-4，4’- 二氨基二環(huán)己基甲烷，MXD代表間苯二甲胺，PACM代表4，4’- 二氨基二環(huán)己基甲烷，PXD代表對苯二甲胺，TMACM代表3，3’，5，5’-四甲基-4，4’ - 二氨基環(huán)己基甲烷。在另一個優(yōu)選的實施方案，根據(jù)本發(fā)明的部件包含由MXD和對苯二甲酸、或MXD和間苯二甲酸形成的透明的無定形聚酰胺。代表塑料基體成分或基本為塑料基體的唯一成分(除了小百分含量的常規(guī)添加劑和可能存在的任何玻璃纖維以外)的優(yōu)選的透明聚酰胺選自以下組:MACM9-18、PACM9-18、MACMI/12、MACMI/MACMT、MACMI/MACMT/12、6I6T/MACMI/MACMT/12、3_6T、6I6T、TMDT,6I/MACMI/MACMT 、6I/PACMI/PACMT 、6I/6T/MACMI 、MACMI/MACM36、6I、12/PACMI, MXDI/61 或 12/MACMT、6/PACMT、6/6I、6/IPDT 或其混合物，其中 50 摩爾 ％的 TPS 可
由TPS替換。在另一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的部件包含部分結晶聚酰胺，或由后者作為塑料基體而形成。例子包括但不限于PA6、PA66、PA69、PA610、PAlU PA12、PA1010、PA1012、PA1210 和 PA1212。在另一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的部件包含由3，3’ - 二甲基-4，4’ -二氨基二環(huán)己基甲烷和癸二酸和/或十二烷二酸形成的透明的無定形的聚酰胺，其中癸二酸和/或十二烷二酸可由至多20%的芳香族二羧酸替換。在另一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的部件包含由MACM和十二烷二酸(MACM12)形成的透明的無定形的聚酰胺，其中十二烷二酸可由至多20%的芳香族二羧酸 替換。在最優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的部件包含由3，3’ - 二甲基_4，4’ - 二氨基二環(huán)己基甲烷和十二烷二酸形成的透明的無定形的聚酰胺，或由后者作為塑料基體(除了小百分含量的常規(guī)添加劑和可能存在的任何玻璃纖維以外)形成。根據(jù)本發(fā)明的部件進一步包括至少一種白色的基本上非NIR吸收的顏料，例如氧化鋁(Al2O3)、硫酸鋇(BaSO4)、碳酸鉛(PbCO3)、碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鎂(MgCO3)、二氧化鈦(TiO2)、鈦酸鹽如鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、云母、白堊、鋅鋇白、二氧化硅、硅酸鹽如硅酸鋁或硅酸鈉、滑石、上述材料的金屬浸鍍或涂覆變體或包含至少一種上述材料的組合。上述記載是非限定性的。在優(yōu)選的實施方案中，白色顏料是金紅石或銳鈦礦形式的二氧化鈦、硫化鋅或白堊。在特別優(yōu)選的實施方案中，白色顏料是金紅石形式的二氧化鈦。在某些實施方案中可含有痕量(即，通常< O. 2% / 或< O. 1% w/w)的在NIR區(qū)內不吸收的其他染料以調整色調。在一個實施方案中，顏料的中位粒徑為O. I至O. 5微米(中位粒徑)。在另一實施方案中，白色顏料二氧化鈦為金紅石形式，并且其中位粒徑為O. 15至O. 30微米。在優(yōu)選的實施方案中，白色顏料二氧化鈦涉及中位粒徑為O. 20至O. 26微米(中位粒徑)的金紅石型。部件A對于激光輻射是至少部分透射的。例如，它具有O. I至5毫米、優(yōu)選O. 2至I毫米、特別優(yōu)選從O. 2至O. 5毫米的范圍、突出優(yōu)選從O. 2至O. 4毫米的范圍的厚度。部件B背對激光輻射，并可至少部分地吸收后者。例如，部件B具有O. 5至10毫米、優(yōu)選I至4毫米的厚度。在焊接過程中，激光輻射最初至少部分地穿透通過部件A，然后基本上被部件B在表面附近吸收并轉化為熱。部件B在吸收部位熔融，而轉移的接觸熱也導致部件A在界面處熔融。在焊接過程中，優(yōu)選施加外界接觸壓。最遲在冷卻后形成牢固的結合。這里焊縫可沿一條直線，但也可展現(xiàn)出任何想要的形狀，它可位于部件(A)及(B)兩者平坦地相互接合的區(qū)域，但也可位于一個部件的凸出部分(projection)或肋條(rib)與另一部件的表面接觸的區(qū)域，例如，或位于兩個部件的兩個相對應地布置的凸出部分或肋條或者甚至凹槽和梳形件(comb)相互接合的區(qū)域。因此，焊縫既可為點焊縫，也可為長的拖延的焊縫。點焊縫可由例如脈沖激光產(chǎn)生。激光束可垂直或以相對于部件A表面的法向平面為非零的角度瞄準。根據(jù)本發(fā)明的部件可包含本領域技術人員已知的不對成型部件的性能特別是與所使用的激光束波長的相互作用產(chǎn)生不利影響的其他添加劑。添加劑優(yōu)選選自由以下物質構成的組無機穩(wěn)定劑、有機穩(wěn)定劑、潤滑劑、消泡劑、鏈增長添加劑、在UV范圍吸收的熒光增白劑、柔軟劑、增粘劑、含鹵阻燃劑、顆粒、填料和增強劑例如纖維形式的后者、或這些添加劑的組合。紫外吸收添加劑的一個例子包括無機顏料或HALS (受阻胺光穩(wěn)定劑)，其用作UV穩(wěn)定劑。這些UV吸收材料的例子包括但不限于二苯甲酮、苯并三氮唑、N，N' -二苯基乙二酰胺、苯基三嗪和四甲基哌啶衍生物。這些添加劑的含量相對于100重量％的熱塑性成型復合物為至多2重量％、優(yōu)選至多O. 5重量％。如果基體材料作為添加劑也用玻璃纖維增強，則可引入較高的百分比。例·如,優(yōu)選添加至多50重量％或至多30重量％或至多10重量％的玻璃纖維。這里玻璃纖維的掃描展現(xiàn)出圓形的截面、或甚至平面截面，例如，具有2至10、優(yōu)選3至5范圍的軸長比。如果基體材料作為添加劑也在沖擊強度方面進行了改性，則可引入較高的百分比。在這種情況下，可優(yōu)選添加至多30重量％或至多20重量％或至多10重量％的沖擊強度改善劑。此外，可引入至多2重量％、優(yōu)選至多I. 2重量％的在NIR區(qū)不吸收的染料作為其他添加劑。例如，可以根據(jù)EP0725101的聚合方法制造部件，其中可使用各種聚合物的混合物(共混物)，并且部件可通過擠出或注射成型。根據(jù)本發(fā)明使用的聚酰胺成型復合物可在傳統(tǒng)的混配機例如單或雙螺桿擠出機、螺桿混配機中制造。一般說來，將聚合物部分初步熔融，并將顏料在擠出機的任何位置例如通過側進料機引入熔體?；炫鋬?yōu)選在230°C至320°C的設定筒溫下進行。不過，聚合物部分和顏料也均可計量進入進料器。雖然在部件(B)中厚度不是那么重要，對于部件(A)，厚度通常是在小于10毫米、或優(yōu)選小于5毫米的范圍內；在部件(A)顯示白色著色的一個變體中，厚度優(yōu)選為至多I毫米。在使用的方法的應用過程中，焊接強度(就剪切強度而言)通常為至少5N/mm2，優(yōu)選至少10N/mm2,或至少15N/mm2,特別優(yōu)選至少20N/mm2。這里這些值均在進一步如下所述的實驗測試框架內測量。例如，本發(fā)明的對象可為用于便攜式電子設備的部件如耳機、手機和用于醫(yī)療技術的鑰匙或物體。相應地，本發(fā)明還涉及部件，尤其是便攜式電子設備領域的部件，尤其是選自以下組的部件的外殼耳機、頭戴受話器、助聽器、移動電話、智能電話、便攜式電腦、平板電腦、汽車鑰匙，其具有至少一個根據(jù)如上所述的方法制造的焊接接頭。本發(fā)明的對象也可為具有至少一個根據(jù)如上所述的方法制造的焊接接頭的提供有連接器的軟管或咖啡機部件。其他實施方案在從屬權利要求中表明。


以下將基于附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，這些附圖僅用于解釋性目的，而不應被解釋為限定。附圖顯示圖I激光焊接法的概略斜視圖；和圖2垂直于焊縫的剖視圖，對于不同部件形狀a)平面接觸區(qū)域；b)通過部件A的肋條接觸；c)兩個部件的肋條接觸。
具體實施例方式在以下實驗部分進行的具體焊接測試將用來記錄可如何實施焊接方法、以及焊縫可保證哪些力學性能。概略地顯示在斜視圖I中的這種方法基本上涉及提供部件B并使它以面接觸方式與另一部件A相接觸，其中部件B在一定程度上位于激光束以下，并背對激光束。激光3發(fā) 出激光束2集中于兩個部件的接觸面，在進給方向4上沿所需的焊縫I行進。兩個部件之間的接觸區(qū)域也可有不同的設計，如圖2中以垂直于焊縫I的剖視圖分別描繪那樣。這里圖2a示出兩個部件以面接觸方式接觸的情況，也描繪于圖I中。由圖2b顯而易見的是，例如，部件A可包括與部件B表面形成接觸的肋條。這里也可相應地形成焊縫1，條件是通過部件A的材料的激光的波長在上述規(guī)定的邊界內。圖2c提供如下情況其中兩個部件均展現(xiàn)出肋條，它們對應布置；在這種情況下，如果接觸同樣是在一定程度上為線性的話，也可能沿著這條線形成焊縫I。這些附圖提供了各自的線性焊縫，并且這里這種情況可涉及直線或原則上所需的任何形狀。這一形狀通過沿這個形狀引導激光或激光束、或保持光束固定并相應地移動部件而實現(xiàn)。也有可能是點焊，其中，這些例如也可通過相應的脈沖激光實現(xiàn)。實驗部分M12 =GrilamidTR* 90是一種無定形的、透明的MACM12型聚酰胺，其光透射率為93并且霧度< I,可得自EMS-Chemie AGP12 P12為PA12型的部分結晶聚酰胺，其可得自EMS-Chemie AGLV3H =GriIamid0 lv-3H是玻璃纖維增強的、PA12型的部分結晶聚酰胺，可得自EMS-Chemie AGCX TrOgamid CX7323是PACM12型的無定形聚酰胺，其光透射率為93并且霧度< I，可得自 Evonik DegussaPMMA Plexiglas Resist zk40是一種聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，其光透射率為90，可得自 Evonik Rohm GmbHPC MakroIon 2858是一種聚碳酸酯(PC)，其光透射率為89，可得自Bayer AGTi-Pure ·3是一種由金紅石形式的二氧化鈦制造的白色顏料，其可得自DUPONT ,并具有23微米的中位粒徑(中位粒徑)。Kronos 2220是一種由金紅石形式的二氧化鈦制造的白色顏料，其可得自Kjoiios ,并且它的表面通過鋁和硅化合物、以及聚硅氧烷結合得以穩(wěn)定Sachtolith HDS是一種由硫化鋅制造的白色顏料，其可得自Sachtleben ChemieGmbH0將用于焊接測試的O. 5、0. 75和I毫米厚的4X5厘米的板用回火的工具在得自Arburg的全電動注塑成型機(設備名稱ARBURGAllrounder320A 500-170)上將這些材料注射而成。使用以下的注塑成型參數(shù)。a)對于 Ml2 工具80°C，熔融溫度280°Cb)對于 PC 工具80°C，熔融溫度300°Cc)對于 PMMA 工具40°C，熔融溫度260°C
d)對于 CX 工具80°C間，熔融溫度280Ve)對于 P12 :工具60°C，熔融溫度250°Cf)對于 LV3H 工具60°C，熔融溫度260°C部件(A)和⑶被切削為長50毫米、寬度約12毫米以用于焊接試驗。部件(A)和⑶被干焊。使用得自DILAS Diodenlaser GmbH的以下二極管激光器用于焊接試驗a)波長1940nm，COMPACT Diode Laser System 18/600 (16W, 600 μ m)b)波長1470nm, MINI Diode Laser System 40/400 (40W, 400 μ m)c)波長980nm，COMPACT Diode Laser System 500/400 (500W, 400 μ m)焊接試驗的執(zhí)行將存儲在干燥劑上的部件(A)和(B)彼此疊加地放置以重疊在板上。驅動氣動柱塞以將該板壓向固定于其上的PMMA板，這造成接觸壓累積。通過PMMA板中的凹部將激光束直接引導至部件A，并通過后者至焊縫。光束路徑或激光供給通過手動在所有波長下調節(jié)，使得其通過部件A的整個寬度。每單位長度輸入的用于輻射的能量通過激光供給調控，并相應地選擇以用于待焊接的部件。根據(jù)化學組成、厚度和顏料，每單位長度的能量輸入應被具體調節(jié)以避免在表面上燃燒。如果在部件A和B之間沒有實現(xiàn)結合、或者如果部件A展現(xiàn)出被燒的區(qū)域、孔或泡，則在表2和3將焊接測試評為“_。如果目測評估顯示沒有被燒的區(qū)域或者其他表面損傷，則將焊接測試評為(+)。根據(jù)以下測量原理在涂成白色的對比片前用得自Datacolor的分光光度計(設備名稱=Datacolor 650)測量CIE L * a * b *值；測量模式反射；測量幾何學D/8° ;光型D6510 ;亮度包括；校準UV校準；測量孔板SAV。所獲得的L * a * b *值示于表I至3。根據(jù)ISO 527在5毫米/分鐘的牽引速度和23°C的溫度下測定焊縫的結合強度(焊接強度)。將由部件(A)和(B)形成的重疊的焊接體以干燥狀態(tài)夾持在牽引機中，施加與板面平行的力。部件的各自厚度可從表I至3收集。
權利要求
1.一種用于激光焊接至少在接合區(qū)接觸的兩個塑料部件(A，B)的方法， 其中背對激光輻射的所述部件(B)由具有至少O. 5重量％、并且至多20重量％的白色著色的塑料基體形成，并且 其中面對所述激光輻射的所述部件(A)展現(xiàn)出塑料基體，在焊接過程中激光束從所述部件㈧中通過， 其中使用波長范圍從1200至2200nm的激光進行焊接， 實施該方法的第一前提是 無論面對所述激光輻射的所述部件(A)是著色的或是未著色的，所述激光束通過面對所述激光輻射的所述部件(A)的光程(I)為至多10毫米，并且 實施該方法的第二前提是 當面對激光輻射的所述部件(A)的白色著色以重量百分比表示時，以毫米計的所述激光束通過面對所述激光輻射的所述部件(A)的所述光程(I)與以重量百分比計的白色著色的乘積小于I. 25，并且所述激光束通過面對所述激光輻射的所述部件(A)的所述光程(I)為至多I毫米。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述激光束通過面對所述激光輻射的所述部件(A)的所述光程為至多7毫米、優(yōu)選至多5毫米、特別優(yōu)選至多3毫米。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，面對所述激光輻射的所述部件(A)展現(xiàn)出白色著色，并且以毫米計的所述光程(I)與以重量百分比計的白色著色的乘積小于1，優(yōu)選在從O. 2至O. 8的范圍。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，面對所述激光輻射的所述部件(A)和背對所述激光輻射的所述部件(B)兩者基本上均不含NIR范圍內的激光吸收添加齊U，特別是含有小于O. 0001重量％的NIR范圍內的激光吸收添加劑，優(yōu)選完全不含NIR范圍內的激光吸收添加劑，接合位點未用在NIR范圍內吸收的添加劑預處理，并且在面對所述激光輻射的所述部件(A)和背對所述激光輻射的所述部件(B)之間未引入額外的包含在NIR范圍內吸收的添加劑的部件。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在實施該方法時，所述激光束集中于所述接合區(qū)，和/或以100至7000毫米/分鐘的進給速率使用2至500W、優(yōu)選5至200W的激光功率，其中每單位長度的能量輸入在從O. 0005J/mm至O. 05J/mm的范圍，優(yōu)選從O.0007 至 O. 04J/mm,特別優(yōu)選從 O. 0009 至 O. 01J/mm。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述方法中所述部件被以I至10巴、優(yōu)選2至5巴的接觸壓彼此壓靠。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，背對所述激光輻射的所述部件(B)展現(xiàn)出至少I重量％、或至少I. 5重量％、或至少3. 5重量％、優(yōu)選至少5重量％、并且至多15重量％的白色著色。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當被加工成表面光滑的成型部件時，面對所述激光輻射的所述部件(A)展現(xiàn)出CIE LAB系統(tǒng)的顏色效果，其中L * >.80，優(yōu)選L * > 90，特別優(yōu)選L*>95，和/或a*的值或b *的值分別獨立地< 10，優(yōu)選< 5，特別優(yōu)選< 3，和/或，當被加工成表面光滑的成型部件時，背對所述激光輻射的所述部件⑶展現(xiàn)出LAB系統(tǒng)的顏色效果，其中L * > 90，優(yōu)選L * > 95，特別優(yōu)選L * > 96。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述部件(A，B)中的至少之一基于選自以下組的熱塑性聚合物形成聚甲醛樹脂；液晶聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯；烯烴聚合物；聚酰胺；聚酰胺彈性體，特別是聚酯酰胺、聚醚酰胺和聚醚酯酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳醚，包括聚苯醚；聚碳酸酯；聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚砜；聚酯；聚酯聚碳酸酯；聚醚；聚氧乙烯；聚苯乙烯；聚砜；乙烯基聚合物如聚氯乙烯和聚醋酸乙烯酯；或一種或更多種這些材料的混合物，其中所述熱塑性聚合物最優(yōu)選選自由聚酰胺、聚碳酸酯和PMMA構成的組。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述部件(A，B)中的至少之一、優(yōu)選兩個部件(A，B)基于熱塑性聚酰胺形成，所述熱塑性聚酰胺由脂肪族包括脂環(huán)族二胺和芳香和/或脂肪族二羧酸制得、或由內酰胺制得，特別優(yōu)選由均聚聚酰胺和共聚聚酰胺制得，所述均聚聚酰胺和共聚聚酰胺由脂環(huán)族C6-C17 二胺和/或脂肪族C4-C12 二胺與脂肪族C4-C20 二羧酸和/或芳香族二羧酸制得，所述二羧酸特別優(yōu)選丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、十七烷二酸、十八烷二酸、十九烷二酸、1，4_環(huán)己烷二酸、萘二酸、對苯二甲酸和間苯二甲酸，特別優(yōu)選的是，所述二羧酸與選自以下組的二胺組合六亞甲基二胺、七亞甲基二胺、八亞甲基二胺、九亞甲基二胺、十亞甲基二胺、十一亞甲基二胺、十二亞甲基二胺、三甲基六亞甲基二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、異佛爾酮二胺、降莰烷二胺、1，3_ 二(氨甲基)環(huán)己烷、MACM、MXD、PACM、PXD 和 TMACM。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，基于在NIR范圍內不吸收的至少一種白色顏料來調節(jié)所述部件(B)和可能地所述部件(A)的白色著色，所述顏料優(yōu)選選自以下組氧化鋁(Al2O3)、硫酸鋇(BaSO4)、碳酸鉛(PbCO3)、碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鎂(MgCO3)、二氧化鈦(TiO2)、鈦酸鹽如鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、云母、白堊、鋅鋇白、二氧化硅、硅酸鹽如硅酸鋁或硅酸鈉、滑石、上述材料的金屬浸鍍或涂覆變體或包含至少一種上述材料的組合，其中特別優(yōu)選基本上或完全使用二氧化鈦、突出優(yōu)選金紅石形式的二氧化鈦用于白色著色。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所得到的焊縫展現(xiàn)出至少5N/mm2、優(yōu)選至少10N/mm2、特別優(yōu)選至少15N/mm2、或至少20N/mm2的焊接強度。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所使用的激光器在1400至2000nm、優(yōu)選1440至1500nm、尤其優(yōu)選1440至1500nm、和1910至1970nm的波長區(qū)域內操作。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在焊接過程中所述激光束從其中通過的面對所述激光輻射的所述部件(A)、和/或背對所述激光輻射的所述部件(B)展現(xiàn)出透明的塑料基體，其中，如果形成所述塑料基體的聚合物、優(yōu)選(共)聚酰胺以厚度為2毫米的薄片形式存在，則處于未著色狀態(tài)的所述基體優(yōu)選展現(xiàn)出至少80%的透光率、特別優(yōu)選至少90%的透光率。
15.一種部件，特別是便攜式電子設備領域的部件，特別是選自以下組的部件的外殼耳機、頭戴受話器、助聽器、移動電話、智能電話、便攜式電腦、平板電腦、汽車鑰匙，其具有至少一個根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法制造的焊接接頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光束焊接方法及由其制造的成型部件，該方法是用于激光焊接至少在接合區(qū)相接觸的兩個塑料部件(A，B)的方法，其中背對激光輻射的部件(B)由具有至少0.5重量％至多20重量％的白色著色的塑料基體形成，面對激光輻射的部件(A)展現(xiàn)出塑料基體，在焊接過程中激光束從部件(A)中通過。使用波長1200至2200nm的激光進行焊接，并且在以下兩個前提下實施(1)無論部件(A)是著色的或是未著色的，激光束通過部件(A)的光程(l)為至多10毫米；(2)當部件(A)的白色著色以重量百分比表示時，以毫米計的光程(l)與以重量百分比計的白色著色的乘積小于1.25，并且光程(l)為至多1毫米。
文檔編號B29C65/16GK102886897SQ201210254358
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月21日
發(fā)明者延斯·布茨克, 斯特凡·維特納, 尼古拉·蘭貝茨, 皮埃爾·迪邦, 薩拜因·伯特倫, 海因茨·卡維耶澤爾 申請人:Ems 專利股份公司