Elastisch verbunden – Laserschweißen Thermoplastischer Elastomere

Thermoplastische Elastomere (kurz TPE) sind eine Gruppe von Kunststoffen, die gummielastische Eigenschaften aufweisen. Im Gegensatz zu den klassischen, chemisch weitmaschig vernetzten Elastomeren, sind ihre Polymerketten jedoch in eine thermoplastische Matrix eingebettet. Die physikalischen Vernetzungspunkte lösen sich reversibel unter Wärmeeinfluss auf, ohne dass die Makromoleküle zersetzt werden. Dadurch können die Verarbeitungsverfahren gewöhnlicher Thermoplaste – wie der Spritzguss oder die Extrusion – mit ihren Vorteilen genutzt werden. Dazu gehören kürzere Zykluszeiten im Vergleich zu Elastomeren, die hohe Gestaltungsfreiheit sowie die Möglichkeit zum Mehrkomponentenspritzguß, z. B. als hart-weich Kombination mit einem Thermoplast. Daneben weisen TPE i. d. R. eine niedriger Dichte und damit ein niedrigeres Gewicht als Elastomere auf und lassen sich durch ihre Schmelzbarkeit recyclen.

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Kunststoffgruppe sind breit gefächert und in praktisch allen Branchen zu Hause, sei es in Automobil, dem Consumer Bereich oder der Medizintechnik. Automotiveanwendungen sind z. B. Dichtungs- und Dämpfungselemente, Luftführungsteile oder Soft-Touch-, und Designkomponenten. Die Medizintechnik profitiert von den hochwertigen, glatten und schmutzabweisenden Oberflächen, der Kompatibilität mit verschiedensten Stoffen und Medien, der Sterilisierbarkeit sowie der hohen Transparenz bzw. Einfärbbarkeit. Typische Einsatzgebiete sind hier z. B Schläuche, Membrane und Ventile, Verpackungen oder vielfältige Arten von Dichtungen.

Die genannten Materialeigenschaften machen Thermoplastische Elastomere grundsätzlich auch geeignet für das Schweißen. Durch die hohe Elastizität und Dämpfungseigenschaften des Materials werden jedoch viele Verfahren erschwert, insbesondere wenn die Einbringungen der Wärmeenergie durch äußere oder innere Reibung erfolgen soll (wie z. B. bei den Ultraschall- oder Reibschweißverfahren). Das Laserschweißen erweist sich aufgrund seines Verfahrensprinzips dabei häufig als vorteilhaft oder gar als einzige Möglichkeit für das stoffschlüssige Fügen. Dabei können nicht nur gleichartige Materialien kombiniert werden, sondern – je nach physikalischer und chemischer Kompatibilität – auch unterschiedliche Werkstoffe. Weit verbreitet sind hier wiederum hart-weich Kombinationen, insbesondere mit Polyolefinen (z. B. PP oder PE) und zahlreichen anderen, technischen Thermoplasten, wie etwa PC, ABS oder PBT. Die Eigenheiten von TPE setzen beim Fügen mittels Laser verschiedene Besonderheiten in der Prozessführung und der Spanntechnik voraus. Auch kommen nicht immer alle Verfahrensvarianten in Betracht, dafür begünstigt das elastische Material die häufig kritische Spaltüberbrückbarkeit. Insgesamt ist das Laserschweißen somit auch für diese Kunststoffgruppe ein attraktives und effizientes Fügeverfahren.