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    • 专利摘要:
    本發明係關於一種雷射焊接兩個至少在接合區域中接觸之塑膠構件(A、B)的方法，其中背向雷射輻射之構件(B)由塑膠基質與至少1.5重量%及最多20重量%之白色著色組成，且其中在焊接製程中經雷射束穿過之面向雷射輻射之構件(A)展現塑膠基質。此處使用1200 nm至2200 nm範圍內之雷射波長用於焊接，且服從以下兩個限制條件來執行該製程：(1)雷射束穿過面向雷射輻射之構件(A)的行進距離(l)量測為最多10 mm，與構件(A)經著色抑或未經著色無關，及(2)在給定面向雷射輻射之構件(A)之白色著色以重量百分比表示的情況下，雷射束穿過面向雷射輻射之構件(A)的行進距離(l)(mm)與白色著色(重量百分比)之乘積小於1.25，且雷射束穿過面向雷射輻射之構件(A)的行進距離(l)量測為最多1 mm。此外，本發明係關於以此方式製造之具有焊縫之構件。
    公开号:TW201311386A
    申请号:TW101125990
    申请日:2012-07-19
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Jens Butzke；Stefan Wuerthner；Nikolai Lamberts；Pierre Duebon；Sabine Bertram；Heins Caviezel
    申请人:Ems Patent Ag；
    IPC主号:B29C65-00
    专利说明:
    雷射束焊接方法及從而製造的模製構件
    本發明係關於一種雷射束焊接熱塑性構件(詳言之著白色之構件)之方法。另外，本發明係關於基本上呈白色之物件，其係藉由以此方式雷射束焊接熱塑性模製構件來組裝。
    與其他塑膠接合技術相比，雷射束焊接提供一系列優勢，例如置於欲接合之模製構件上之機械負荷及限於局部之熱負荷較低，及對於焊縫幾何形狀之適應性較高。原則上，面向雷射之模製構件必須對雷射輻射可透，而另一模製構件必須在接近表面之低穿透深度處吸收此輻射，且在所引入輻射之位置處熔合。熱傳遞接著使對輻射可透之模製構件亦在接觸面上熔合，從而產生固體，即在冷卻製程後黏著性接合之複合物。
    先前技術有一系列關於雷射束焊接不同顏色組合之塑膠模製構件之實例。如自Böhm等人於2004年在第23期「Technische Rundschau」(Swiss Professional Media AG,Wabern,Switzerland)中發表之文章「Laser Plastic Welding in all Colors(所有顏色的雷射塑膠焊接)」可知，作為常見黑色顏料之煙灰的顯著吸收特性使得透明/黑色模製構件組合最適於雷射束焊接。另外，此文章介紹了具有高NIR吸收能力之添加劑，其微弱的固有著色性使其適用於透明色調。在聚合物組成物中添加NIR吸收增強劑獲知於先前技術。舉例而言，US-A-2009/0130451呈現一種特別的雷射束可焊接聚合物組成物，例如其含有六硼化鑭或氧化銫鎢作為NIR吸收增強劑。明顯注意到，甚至在顏料存在下，在不包括此等NIR吸收添加劑之情況下仍無法獲得雷射束可焊接組成物。在染白製程中白度受添加劑影響之程度自該文獻尚不明朗。
    所述添加劑除成本高以外，與其使用相關之技術支出亦為不利的。另外，白色之壓印受添加劑之固有顏色不利地影響。
    WO-A-02/055287揭示一種用於雷射束焊接塑膠之特別方法，其在兩個欲接合之模製構件之間設置另一模製構件。此另一模製構件含有具有吸收添加劑之層，且藉由雷射輻射至少部分熔合。在熔體已冷卻之後，在欲接合之模製構件之間發生黏合。
    US-A-2010/0301022揭示一種將雷射吸收染料初始塗覆於第一基板上之方法。在已使第一基板與第二基板接觸之後，此等基板可經雷射束焊接，因所塗覆染料之吸收特性而接合在一起。
    消費者對白色組合之興趣不減，且提出了特別的挑戰。白色顏料(例如二氧化鈦)之高折射率觸發了雷射光之高度散射。因此，所引入輻射之僅一小部分(若有)可轉化為熔合吸收性接合搭配物所需之熱能。出於所說明之原因，WO-A-2009/000252指出二氧化鈦基本上不適合用作基於雷射之接合方法中的增白劑。
    真正的實情為，亦實際上視覺感知呈白色之具有白色著色的構件當使用雷射焊接之習知雷射技術時實務上並不足夠可透。在980 nm之所用雷射波長下，該等構件之此不足可透性造成以下情況：雷射光根本不能穿透上覆構件並到達接合位點，其一般會導致雷射光在上覆構件上表面轉化，且於彼處引起改變表面之熔合，且常常甚至引起著黑色，亦即引起聚合物材料降解。
    特定言之，本發明之目的在於提供一種雷射束焊接熱塑性構件(詳言之著白色之構件)之方法。
    特定言之，提出一種雷射焊接兩個至少在接合區域中接觸之塑膠構件(下文稱作構件A及構件B)之方法，其中構件A面向雷射束且在焊接製程期間經雷射束穿透，且構件B背向雷射束。
    此處，背向雷射輻射之構件(B)由塑膠基質與至少0.5重量%、尤其至少1.5重量%、較佳至少3.5重量%且甚至更佳至少5重量%，及最多20重量%、尤其最多15%重量%之白色著色組成，且在焊接製程中經雷射束穿過之面向雷射束之構件(A)展現塑膠基質。此處，塑膠基質可較佳為透明的，但並非必須如此。另外，構件A可未經著色或展現白色著色。在給定構件A具有白色著色之情況下，白色著色較佳量測為至少0.01重量%，尤其至少0.3重量%，較佳至少0.5重量%，且甚至更佳至少1重量%。若構件A具有白色著色，則白色著色較佳量測為最多5重量%，尤其較佳最多3重量%。
    根據本發明，此處使用1200 nm至2200 nm範圍內之雷射波長進行焊接。工作較佳在1400 nm至2000 nm、尤其較佳1440 nm至1500 nm且最佳1440 nm至1500 nm或1910 nm至1970 nm之波長範圍內進行。與根據先前技術之方法(其中該等製程通常在980 nm之波長下進行)相對比，已發現即使構件(B)具有白色著色，較高波長出乎意料地亦能夠實現成功的焊接製程。原則上，吾人將預期，即使構件(A)由未經著色之材料組成，構件(B)當曝露於雷射輻射時因白色著色而亦會造成表面損壞，且並非彼熔合將足以達成焊接黏合。正如出乎意料的情況，即使構件(A)經著色，該製程亦可進行。
    此處，該製程必須服從以下應同時滿足之條件或限制條件來執行：1)雷射束穿過面向構件(A)之行進距離(l)可量測為最多10 mm，與其未經著色抑或經著色無關。此處，雷射束穿過面向構件(A)之行進距離(l)較佳量測為最多7 mm，或最多5 mm，尤其較佳為3 mm；2)在構件(A)之白色著色以重量百分比表示時，雷射束穿過面向構件(A)之行進距離(l)(mm)與白色著色(重量百分比)之乘積必須小於1.25。
    換言之，即使面向雷射輻射之構件(A)經著色，該製程亦可成功地執行。然而，條件則應為，有意地將面向雷射輻射之構件(A)的著色設定為稍低於平常，但最佳仍處於確保視覺上呈白色外觀之水準。若面向雷射輻射之構件(A)的白色著色(重量百分比)量測為至少0.05%，較佳至少0.5%，則典型地便是如此。作為對比之結果，構件(B)之高度著色亦增強了由構件(A)留下之白色壓印。另一條件為雷射穿過面向雷射之構件(A)的路徑不會過長，亦即，此路徑不能長於10 mm，且上文所定義之乘積必須小於1.25，較佳小於1.00，且最佳小於0.65。令人驚訝地發現，儘管達成了視覺上適當之白色效果，但雷射並不損壞構件(A)之表面，足夠的雷射穿過構件(A)，且焊接位點經充分加熱以確保熔合及形成高品質接合位點。
    在本公開案中以重量百分比提及白色著色必須始終理解為相對於總質量之重量百分比份額，該總質量得到構件或構件之受影響區域的總共100%。構件(A)與構件(B)均可區域性地由不同材料構成；若隨後提及構件(A)或構件(B)且定義後者，則此至少涉及受雷射接合製程影響之各別總體構件之區域。
    若根據所提出之方法之第一較佳具體實例的構件(A)展現白色著色，則行進距離(l)(mm)與白色著色(重量百分比)之乘積最佳小於1，較佳小於0.65，或在0.2至0.8、較佳0.2至0.6、尤其較佳0.2至0.5之範圍內。
    該方法之另一較佳具體實例的特徵在於構件(A)及/或構件(B)不含NIR範圍內之雷射吸收添加劑，且無具有此種材料之隔離層或塗層位於任一構件之間。構件(A)及構件(B)最佳直接位於彼此上方之接合位點處。尤其較佳的是，構件(A)與構件(B)均基本上不含(亦即典型地具有小於0.0001重量%)、較佳完全不含NIR範圍內之雷射吸收添加劑。該方法之另一較佳具體實例的特徵在於在實施該方法時使雷射束集中於焊縫上。換言之，雷射束較佳集中於接合位點之平面中，以便在彼位置處確保每單位體積之最高輸入功率。
    一般而言，較佳利用2 W至500 W、尤其較佳5 W至200 W範圍內之雷射功率。此外，一般較佳以100 mm/min至7000 mm/min範圍內之進料速率進行工作。尤其較佳的是，每單位長度所用之能量輸入在0.0005 J/m至0.05 J/m、較佳0.0007 J/mm至0.04 J/mm且尤其較佳0.0009 J/mm至0.01 J/mm之範圍內。每單位長度之能量輸入得自雷射功率(W)與進料速率(mm/min)之商且乘以藉由重新計算物理單位獲得之校正因子(60)。
    在該製程期間，構件最佳以1巴至10巴(bar)範圍內、較佳2巴至5巴範圍內之接觸壓力彼此相抵地擠壓。
    如上所述，位於下方，亦即背向雷射之構件(B)具有白色著色。白色著色較佳處於至少3.5重量%、較佳至少5重量%且通常最多20重量%、較佳最多15重量%之範圍內。
    構件較佳均為白色，但最低限度的是背向雷射之構件(B)為白色。此必須視為意謂構件(B)以及(若存在)構件(A)，或相應成型化合物(若加工成具有光滑表面之模製構件)在實際上呈現白色外觀之LAB系統中展現顏色效應。此意謂最佳L*>80，較佳L*>90，尤其較佳L*>95。或者或另外，a*值或各別獨立之b*值最佳<10，較佳<5，尤其較佳<3，且極佳約為0。L*值>96對於構件尤其較佳。關於背向之構件(B)，認為較佳將其加工成具有光滑表面之模製構件，且在LAB系統中展現顏色效應，其中L*>90，較佳L*>95且尤其較佳L*>96。
    所提出之方法基本上能夠實現以下優勢：-焊接之物件為白色，至少自構件(B)引入之物件之部分為白色，-將NIR吸收增強劑添加至熱塑性成型化合物中或在黏合位點處呈現或施加吸收增強劑並非必需，且並非必須引入含有吸收增強劑之另一構件。
    用於本發明方法中之構件或成型化合物可含有專家已知作為聚合物基質之熱塑性聚合物，或除所列舉之白色著色及常用添加劑(諸如阻燃劑、改良機械穩定性之添加劑及非IR吸收添加劑)以外基本上由聚合物組成。實例之清單包括(但不限於)縮醛樹脂；液晶聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯；烯烴聚合物及環烯烴聚合物；聚醯胺；聚醯胺彈性體，詳言之聚酯醯胺、聚醚醯胺及聚醚酯醯胺、聚醯胺醯亞胺、含有聚苯基醚之聚芳基醚；聚碳酸酯；聚醚碸；聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚酯；聚酯聚碳酸酯；聚醚；聚氧化乙烯；聚苯乙烯；聚碸；乙烯基聚合物，諸如聚氯乙烯及聚乙酸乙烯酯；或一或多種所列材料之混合物，含有ABS、MBS及SAN、PC、PMMA等。
    透明聚合物，特定言之非晶形聚合物代表一個較佳具體實例。如本公開案中所用，若聚合物或共(聚醯胺)(呈純形式，亦即不存在上文所指示之成型化合物之其他成分)以厚度為2 mm之薄層形式存在，則術語透明熱塑性聚合物或透明塑膠基質，詳言之聚醯胺(亦即透明均聚醯胺及/或共聚醯胺)欲表示聚合物或塑膠基質系統，詳言之聚醯胺或共聚醯胺或由聚醯胺或共聚醯胺製成之成型化合物，其光透射率量測為至少80%，尤其至少90%。
    在本文之框架內，光透射率之值始終應理解為根據ASTM D1003方法(光源CIE-C)測定。此處，光透射率係在下文所列之實驗中使用在70×2 mm圓板上的來自BYK Gardner(DE)之名為Haze Guard Plus之裝置來量測。針對如CIE-C所定義之可見波長範圍，亦即在約400 nm與770 nm之間的必需強度下表示透射率值。舉例而言，為此目的在Arburg射出成型機上於拋光之工具中製造70×2 mm圓板，其中料筒溫度介於200℃與340℃之間，且工具溫度介於20℃與140℃之間。
    由成型化合物製造且厚度為2 mm之板的混濁度(濁度)最佳量測為最多5%(根據如上文說明之ASTM D1003量測)。
    另一較佳具體實例涉及部分結晶聚合物，其亦可根據本發明方法成功地焊接。儘管該等聚合物在上述含義上無需透明，但其可為透明的。
    在一個較佳具體實例中，根據本發明使用之構件或模製構件含有聚醯胺或其混合物，或較佳由作為塑膠基質之該等聚醯胺組成。此處，此等聚醯胺較佳由脂族化合物(包括環脂族化合物)、二胺及芳族或脂族二碳酸獲得，或由內醯胺獲得。尤其較佳使用由環脂族C6-C17二胺及/或脂族C4-C12二胺與脂族C4-C20二碳酸及/或芳族二碳酸形成之均聚醯胺及共聚醯胺。
    二碳酸之特別實例包括(但不限於)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-環己烷二碳酸、二十烷二酸、萘二碳酸、對苯二甲酸及間苯二甲酸。
    較佳替代物包括由前述二胺及二碳酸組成之聚醯胺，以及具有4至15個C原子之內醯胺及/或具有4至15個C原子之α,ω胺基酸。
    二胺之特別實例包括(但不限於)己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、十一烷二胺、十二烷二胺、三甲基己二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、異氟爾酮二胺、降冰片烷二胺、1,3-雙(胺基甲基)環己烷、MACM、MXD、PACM、PXD及TMACM。
    MACM代表3,3'-二甲基-4,4'-二胺基環己基甲烷，MXD代表間二甲苯二胺，PACM代表4,4'-二胺基環己基甲烷，PXD代表對二甲苯二胺，且TMACM代表3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二胺基環己基甲烷。
    在另一較佳具體實例中，本發明之構件含有包含MXD與對苯二甲酸或MXD與間苯二甲酸之透明非晶形聚醯胺。
    代表塑膠基質之成分或基本上排他性地形成塑膠基質之較佳透明聚醯胺(除較小百分比之常用添加劑及可能存在之任何玻璃纖維以外)選自下群：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/6I或12/MACMT、6/PACMT、6/61、6/IPDT或其混合物，其中50 mol% IPS可由TPS替代。
    在另一較佳具體實例中，本發明之構件含有部分結晶聚醯胺，或由作為塑膠基質之部分結晶聚醯胺組成。實例包括(但不限於)PA6、PA66、PA69、PA610、PA11、PA12、PA1010、PA1012、PA1210及PA1212。
    在另一較佳具體實例中，本發明之構件含有由3,3'-二甲基-4,4'-二胺基二環己基甲烷及癸二酸及/或十二烷二酸組成之透明非晶形聚醯胺，其中癸二酸及/或十二烷二酸可由最多20%芳族二碳酸替代。
    在另一較佳具體實例中，本發明之構件含有由MACM及十二烷二酸(MACM12)組成之透明非晶形聚醯胺，其中十二烷二酸可由最多20%芳族二碳酸替代。
    在最佳具體實例中，本發明之構件含有包含3,3'-二甲基-4,4'-二胺基二環己基甲烷及十二烷二酸之透明非晶形聚醯胺，或包含作為塑膠基質之該透明非晶形聚醯胺(除較小百分比之常用添加劑及可能存在之任何玻璃纖維以外)。
    本發明之構件進一步含有至少一種白色的基本上非NIR吸收顏料，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，諸如鈦酸鋇(BaTiO3)；氧化鋅(ZnO)；硫化鋅(ZnS)；雲母；白堊；鋅鋇白；二氧化矽；矽酸鹽，諸如矽酸鋁或矽酸鈉；滑石；所提及材料之經金屬摻雜或塗佈之變化形式，或含有至少一種所提及材料之組合。上述分項不具有限制性。
    在一個較佳具體實例中，白色顏料為金紅石或銳鈦礦形式之二氧化鈦；硫化鋅或白堊。在一個尤其較佳具體實例中，白色顏料為金紅石形式之二氧化鈦。在某些具體實例中可含有在NIR中不吸收之痕量(亦即典型地<0.2%w/w或<0.1%w/w)之其他染料以調節色調。
    在一個具體實例中，顏料之中值粒度為0.1微米至0.5微米(中值粒度)。在另一具體實例中，白色顏料二氧化鈦呈金紅石形式，且中值粒度為0.15微米至0.30微米。在一個較佳具體實例中，白色顏料二氧化鈦涉及中值粒度為0.20微米至0.26微米(中值粒度)之金紅石變型。
    構件A至少部分可透射雷射輻射。舉例而言，其厚度為0.1 mm至5 mm，較佳為0.2 mm至1 mm，尤其較佳在0.2 mm至0.5 mm之範圍內，極佳在0.2 mm至0.4 mm之範圍內。構件B背向雷射輻射，且可至少部分吸收該雷射輻射。舉例而言，構件B之厚度為0.5 mm至10 mm，較佳為1 mm至4 mm。
    在焊接製程中，雷射輻射初始至少部分穿透構件A，接著基本上吸收於構件B中接近表面處且轉化為熱。構件B在吸收位點處熔合，且所轉移之接觸熱亦使得構件A在界面處熔合。在焊接製程期間，較佳施加外部接觸壓力。最遲在冷卻後發生牢固黏合。
    焊縫在此處可遵循直線，而且展現任何所需形狀；舉例而言，其可位於兩個構件(A)與(B)彼此平坦聯接之區域中，而且可位於一個構件之突出部分或肋狀部分落在另一構件表面上之區域中，或位於兩個構件之兩個相應排列之突出部分或肋狀部分或甚至凹槽及梳狀部分彼此聯接之區域中。因此，焊縫可為點焊縫，以及長的拉出(drawn out)焊縫。舉例而言，點焊縫可由脈衝雷射產生。
    相對於構件A表面之平面法線，雷射束可垂直瞄準或以不為零之角度瞄準。
    本發明之構件可含有專家已知之其他添加劑，該等添加劑不會不利地影響模製構件之特性，詳言之關於與雷射束所用波長之相互作用的特性。添加劑較佳選自由以下組成之群：無機穩定劑、有機穩定劑、潤滑劑、消泡劑、鏈加長添加劑、在UV範圍內吸收之光學增亮劑、軟化劑、黏著促進劑、含鹵素阻燃劑、粒子、填充劑及加強劑(例如呈纖維形式之加強劑)，或該等添加劑之組合。
    UV吸收添加劑之一個實例包括無機顏料或HALS(受阻胺光穩定劑)，其充當UV穩定劑。此等UV吸收材料之實例包括(但不限於)二苯甲酮、苯并三唑、草醯苯胺(oxalanilide)、苯基三及四甲基哌啶衍生物。
    相對於100重量%之熱塑性成型化合物，此等添加劑之含量可為最多2重量%，較佳最多0.5重量%。若作為添加劑之基質材料亦經玻璃纖維加強，則可併入較高百分比。舉例而言，較佳可添加最多50重量%、或最多30重量%、或最多10重量%之玻璃纖維。玻璃纖維掃描在此處展現圓截面，或甚至平坦截面，例如軸向長度之間的比率在2至10、較佳3至5之範圍內。若作為添加劑之基質材料亦已在衝擊強度方面經改質，則可併入較高百分比。在此種情況下，較佳可添加最多30重量%、或最多20重量%、或最多10重量%之衝擊強度改進劑。
    此外，可作為其他添加劑併入最多2重量%、較佳最多1.2重量%之在NIR中不吸收之染料。
    舉例而言，構件可在根據EP 0 725 101之聚合製程中製造，其中可使用各種聚合物之混合物(摻合物)，且構件可經由擠出或射出成型而獲得。根據本發明使用之聚醯胺成型化合物可在習知混配機(例如單螺桿或雙螺桿擠壓機或螺桿混配機)上製造。通常，初始熔合聚合物部分，且例如藉助於側進料器將顏料引入擠壓機之任何位置處之熔體中。較佳在230℃至320℃之設定料筒溫度下進行混配。然而，聚合物部分及顏料亦可全部計量入進料器中。
    儘管厚度在構件(B)中不太重要，但對於構件(A)，厚度典型地處於小於10 mm或較佳小於5 mm之範圍內；在構件(A)展現白色著色之變化形式中，厚度較佳最多1 mm。
    在應用所用製程期間，焊接強度(就剪切強度而言)典型地量測為至少5 N/mm2，較佳至少10 N/mm2或至少15 N/mm2，且尤其較佳至少20 N/mm2。此處，此等值如下文在實驗測試之框架內進一步描述來量測。
    舉例而言，本發明之物件可為攜帶型電子裝置之構件，諸如耳機、行動電話及鑰匙或醫學技術中所用之物件。相應地，本發明亦關於構件，詳言之攜帶型電子裝置領域之構件，尤其選自下群之構件的外殼：耳機、頭戴耳機、助聽器、行動電話、智慧型電話、攜帶型電腦、平板電腦、汽車鑰匙，其具有至少一個根據如上所述之方法製造之焊接接頭。
    本發明之物件亦可為具有至少一個根據如上所述之方法之焊接接頭的具有連接器之軟管或咖啡機之部件。
    其他具體實例在隨附申請專利範圍中指出。
    下文將基於圖式描述本發明之較佳具體實例，該等具體實例僅用於說明目的且不應視為具有限制性。
    在以下實驗部分中進行之特定焊接測試將用於記錄可如何實施焊接方法，且由焊縫可確保哪些機械特性。
    圖1之透視圖中圖解展示之一種方法基本上包括提供在一定程度上處於雷射束下方且背向雷射束之構件B，及使其與另一構件A平坦接觸。雷射器3發射集中於兩個構件之接觸平面上的雷射束2，且沿著所需焊縫1在進料方向4上行進。
    構件之間的接觸區域亦可在設計上有變化，如圖2以垂直於焊縫1之剖視圖各別地描繪。此處，圖2a展示兩個構件平坦接觸之情況，如圖1亦描繪。如圖2b顯而易見，例如，構件A可由與構件B之表面建立接觸之肋狀部分組成。此處亦可相應地形成焊縫1，其限制條件為穿過構件A之材料之雷射的波長處於上文所說明之邊界內。圖2c呈現兩個構件均展現相應地作用之肋狀部分的情況；在此種情況下，給定同樣在一定程度上呈線性之接觸，則亦可能沿此線形成焊縫1。
    此等圖式呈現各別線性焊縫，且此處之情況可包括直線或原則上任何所需形狀。此形狀可藉由沿此形狀引導雷射或雷射束來實現，或藉由保持該束靜止及相應地移動構件來實現。點焊縫亦為可能的，其中此等點焊縫亦可例如由相應的脈衝雷射來實現。 實驗部分
    M12：Grilamid TR® 90為MACM12型非晶形透明聚醯胺，光透射率為93且濁度<1，可獲自EMS-CHEMIE AG
    P12：P12為PA12型部分結晶聚醯胺，可獲自EMS-CHEMIE AG
    LV3H：Grilamid® LV-3H為經玻璃纖維加強之PA12型部分結晶聚醯胺，可獲自EMS-CHEMIE AG
    CX：Trogamid® CX7323為PACM12型非晶形聚醯胺，光透射率為93且濁度<1%，可獲自Evonik Degussa
    PMMA：Plexiglas® Resist zk40為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，光透射率為90，可獲自Evonik Röhm GmbH
    PC：Makrolon® 2858為聚碳酸酯(PC)，光透射率為89，可獲自Bayer AG
    Ti-Pure® R103為可獲自DUPONTTM之由金紅石形式TiO2製成之白色顏料，且中值粒度為23微米(中值粒度)
    Kronos® 2220為可獲自Kronos®之由金紅石形式TiO2製成之白色顏料，且其表面經鋁及矽化合物以及聚矽氧黏合劑穩定
    Sachtolith HDS為由硫化鋅製成之白色顏料，可獲自Sachtleben Chemie GmbH。
    用於焊接測試之0.5、0.75及1 mm厚的4×5 cm板係用回火工具在來自Arburg之全電式射出成型機(裝置名稱：ARBURG Allrounder 320 A 500-170)上由此等材料射出。使用以下射出成型參數。
    a)對於M12：工具80℃，熔融溫度280℃
    b)對於PC：工具80℃，熔融溫度300℃
    c)對於PMMA：工具40℃，熔融溫度260℃
    d)對於CX：工具80℃，熔融溫度280℃
    e)對於P12：工具60℃，熔融溫度250℃
    f)對於LV3H：工具60℃，熔融溫度260℃
    將構件(A)及(B)切割成50 mm之長度及約12 mm之寬度以用於焊接測試。乾式焊接構件(A)與(B)。
    來自DILAS Diodenlaser GmbH之以下二極體雷射器用於焊接測試：
    a)波長：1940 nm，COMPACT二極體雷射器系統18/600(16 W，600 μm)
    b)波長：1470 nm，MINI二極體雷射器系統40/400(40 W，400 μm)
    c)波長：980 nm，COMPACT二極體雷射器系統500/400(500 W，400 μm)
    執行焊接測試：將儲存於乾燥劑上方之構件(A)及(B)中一者置於另一者上以便疊置於板上。致動氣動活塞以與固定於此板上方位置之PMMA板相抵地擠壓此板，使得接觸壓力聚集。經由PMMA板中之凹座將雷射束直接引導至構件A上，且穿過構件A至焊縫。以使得貫穿構件A之整個寬度的方式在所有波長下手動調節該束路徑或雷射進料。經由進料來調節輻射每單位長度之能量輸入，且針對欲焊接之構件相應地進行選擇。視化學組成、厚度及顏料而定，應特定調節每單位長度之能量輸入以避免表面上燃燒。若在構件A與B之間未達成黏合，或若構件A展現燃燒區域、孔洞或氣泡，則在表2及表3中將焊接測試評定為「-」。若視覺評估揭示表面無燃燒區域或其他損壞，則將焊接測試評定為(+)。
    在來自Datacolor之分光光度計(裝置名稱：Datacolor 650)上，依據以下量測原理在漆白色之對比薄片前方測定CIE L*a*b*值；量測模式：反射；量測幾何：D/8°；燈型：D65 10；亮度：包括在內；校正：UV校正；量孔：SAV。所得L*a*b*值呈現於表1至表3中。根據ISO 527，在23℃之溫度下以5 mm/min之牽引速度測定焊縫黏合強度(焊接強度)。將由構件(A)及(B)組成之重疊焊接物件以乾燥狀態夾持於牽引車中，且平行於板平面施加力。可自表1至表3收集構件之個別厚度。

    1‧‧‧焊縫
    2‧‧‧雷射束
    3‧‧‧雷射器
    4‧‧‧雷射進相機
    A‧‧‧面向構件
    B‧‧‧背向構件
    圖1雷射焊接製程之圖解透視圖；及圖2關於以下不同構件形狀之垂直於焊縫的剖視圖：a)平坦接觸區；b)經由構件A之肋狀接觸；c)兩個構件之肋狀接觸。
    1‧‧‧焊縫
    3‧‧‧雷射器
    4‧‧‧雷射進相機
    A‧‧‧面向構件
    B‧‧‧背向構件
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種雷射焊接兩個至少在接合區域中接觸之塑膠構件(A、B)的方法，其中背向該雷射輻射之該構件(B)由塑膠基質與至少0.5重量%及最多20重量%之白色著色組成，且其中在該焊接製程中經雷射束穿過之面向該雷射輻射之該構件(A)展現塑膠基質，其中使用1200 nm至2200 nm範圍內之雷射波長用於焊接，服從以下第一限制條件：該雷射束穿過面向該雷射輻射之該構件(A)的行進距離(l)量測為最多10 mm，與該構件(A)經著色抑或未經著色無關，且服從以下第二限制條件：在給定面向該雷射輻射之該構件(A)之白色著色以重量百分比表示的情況下，該雷射束穿過面向該雷射輻射之該構件(A)的行進距離(l)(mm)與白色著色(重量百分比)之乘積小於1.25，且該雷射束穿過面向該雷射輻射之該構件(A)的行進距離(l)量測為最多1 mm。
    [2] 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該雷射束穿過面向該雷射輻射之該構件(A)的行進距離量測為最多7 mm，較佳最多5 mm，且尤其較佳最多3 mm。
    [3] 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於面向該雷射輻射之該構件(A)展現白色著色，且行進距離(l)(mm)與白色著色(重量百分比)之乘積小於1，較佳在0.2至0.8之範圍內。
    [4] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於面向該雷射輻射之該構件(A)與背向該雷射輻射之該構件(B)均基本上不含在NIR範圍內之雷射吸收添加劑，詳言之含有小於0.0001重量%，且較佳完全不含在NIR範圍內之雷射吸收添加劑，接合位點未經在NIR範圍內吸收之添加劑預處理，且未將含有在NIR範圍內吸收之添加劑的另一構件併入面向該雷射輻射之該構件(A)與背向該雷射輻射之該構件(B)之間。
    [5] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於在實施該方法時使該雷射束集中於接合區中，及/或以100 mm/min至7000 mm/min範圍內之進料速率使用2 W至500 W、較佳5 W至200 W範圍內之雷射功率，其中每單位長度之能量輸入在0.0005 J/mm至0.05 J/mm、較佳0.0007 J/mm至0.04 J/mm且尤其較佳0.0009 J/mm至0.01 J/mm之範圍內。
    [6] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於在該製程期間該等構件係以1巴至10巴範圍內、較佳2巴至5巴範圍內之接觸壓力彼此相抵地擠壓。
    [7] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於背向該雷射輻射之該構件(B)展現至少1重量%、或至少1.5重量%、或至少3.5重量%、較佳至少5重量%及最多15重量%之白色著色。
    [8] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於當加工成具有光滑表面之模製構件時，面向該雷射輻射之該構件(A)在CIE LAB系統中展現顏色效應，其中L*>80，較佳L*>90，尤其較佳L*>95，及/或a*值或各別獨立之b*值<10，較佳<5，尤其較佳<3，及/或當加工成具有光滑表面之模製構件時，該背向構件(B)在LAB系統中展現顏色效應，其中L*>90，較佳L*>95，且尤其較佳L*>96。
    [9] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於該等構件(A、B)中之至少一者係基於選自下列群組之熱塑性聚合物來結構化：縮醛樹脂；液晶聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯；烯烴聚合物；聚醯胺；聚醯胺彈性體，詳言之聚酯醯胺、聚醚醯胺及聚醚酯醯胺、聚醯胺醯亞胺、含有聚苯基醚之聚芳基醚；聚碳酸酯；聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚醚碸；聚酯；聚酯聚碳酸酯；聚醚；聚氧化乙烯；聚苯乙烯；聚碸；乙烯基聚合物，諸如聚氯乙烯及聚乙酸乙烯酯；或一或多種此等材料之混合物，其中基底最佳選自包含聚醯胺、聚碳酸酯及PMMA之群組。
    [10] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於該等構件(A、B)中之至少一者、較佳兩個構件(A、B)均基於由以下製成之熱塑性聚醯胺來結構化：包括環脂族化合物之脂族化合物、二胺及芳族及/或脂族二碳酸；或內醯胺，尤其較佳由以下製成：由環脂族C6-C17二胺及/或脂族C4-C12二胺與脂族C4-C20二碳酸及/或芳族二碳酸形成之均聚醯胺及共聚醯胺，該等二碳酸尤其較佳為丁二酸、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-環己烷二碳酸、萘二碳酸、對苯二甲酸及間苯二甲酸，尤其較佳與選自下群之二胺組合：己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、十一烷二胺、十二烷二胺、三甲基己二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、異氟爾酮二胺、降冰片烷二胺、1,3-雙(胺基甲基)環己烷、MACM、MXD、PACM、PXD及TMACM。
    [11] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於構件(B)及可能之構件(A)之該白色著色係基於至少一種在NIR中不吸收之白色顏料來調節，該至少一種白色顏料較佳選自下群：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，諸如鈦酸鋇(BaTiO3)；氧化鋅(ZnO)；硫化鋅(ZnS)；雲母；白堊；鋅鋇白；二氧化矽；矽酸鹽，諸如矽酸鋁或矽酸鈉；滑石；該等所提及材料之經金屬摻雜或塗佈之變化形式，或含有至少一種該等所提及材料之組合，其中對於該白色著色，尤其較佳基本上或排他性地使用二氧化鈦，極佳呈金紅石形式。
    [12] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於所得焊縫展現至少5 N/mm2、較佳至少10 N/mm2、尤其較佳至少15 N/mm2或至少20 N/mm2之焊接強度。
    [13] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於該所用雷射在1400 nm至2000 nm、較佳1440 nm至1500 nm、尤其較佳1440 nm至1500 nm及1910 nm至1970 nm之波長區域內操作。
    [14] 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其特徵在於在該焊接製程中經該雷射束穿過之該面向構件(A)及/或該背向構件(B)展現透明塑膠基質，其中若形成該塑膠基質之該聚合物(較佳為(共)聚醯胺)以厚度為2 mm之薄層形式存在，則處於未經著色狀態之該基質較佳展現至少80%、尤其較佳至少90%之光透射率。
    [15] 一種構件，詳言之一種攜帶型電子裝置領域之構件，尤其選自下群之構件的外殼：耳機、頭戴耳機、助聽器、行動電話、智慧型電話、攜帶型電腦、平板電腦、汽車鑰匙，其具有至少一個使用如前述申請專利範圍中任一項之方法製造的焊接接頭。
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