DE  EN
Technologie  » Kunststoff   »Farbstoffe

Farben und Pigmente

Farbstoffe sind eines der häufigsten Additive, das Kunststoffen beigemischt wird. Vor allem bei Bauteilen, die für den Endkunden sichtbar sind und die Farbe eine wichtige Rolle spielt.
Im Kunststoff lösliche Farbstoffe verändern nur die Farbe, aber nicht die Transparenz. Sie werden primär bei amorphen Kunststoffen eingesetzt, die von sich aus farblos transparent sind.
Pigmente hingegen lösen sich im Kunststoff nicht, sondern verteilen sich nur im Material. Unter einem Mikroskop können sie nach wie vor als kleine Punkte wahrgenommen werden. Die Transparenz des Bauteils wird durch die Streuung des Lichts reduziert. Bei semikristallinen Polymere, die durch die Kristallite sowieso schon trüb sind, spielt dies keine Rolle.
Pigmente in hohen Konzentrationen oder noch vermischt mit mineralischen Additiven können so stark streuen, dass eine deckende Einfärbung entsteht. 

Einfärbung und Laserschweissen

Die Einfärbung des Kunststoffs ist beim Laserschweissen nicht nur wichtig fürs Design sondern auch fürs Schweissen selbst. Das obere Bauteil muss für den Laser zumindest teilweise transparent sein und das untere den Laser absorbieren.
Da die Laser fürs Kunststoffschweissen im nahen Infrarot des Lichtspektrums bei nicht sichtbaren Wellenlängen liegen, kann die Einfärbung fürs Auge und für den Laser unabhängig voneinander eingestellt werden.

Lasertransparent

Die allermeisten Polymere absorbieren den Laser nicht. Die Einfärbung des oberen Bauteils ist fürs Schweissen nicht notwendig. Erfordern die Designvorgaben aber eine Farbe, muss ein Farbstoff gewählt werden, das den Laser bei infraroten Wellenlängen nach wie vor passieren lässt. Solche Einfärbungen sind in der Regel problemlos erhältlich.

Selbst schwarz in lasertransparenter Ausführung wird angeboten, dass sich von Auge nicht von normalem schwarz unterscheiden lässt:

blacklasertransp DE

Heikel sind deckende Einfärbungen wie beispielsweise ein reines weiss wie bei Haushaltsgeräten. Die Streuung des Laserstrahles wird zu stark und kann nicht mehr zum unteren Bauteil gelangen.

Laserabsorbierend

Für die Absorption des Lasers muss ein Farbstoff hinzugefügt werden. Am häufigsten kommt dafür Russ (Carbon Black) zum Einsatz, das schon in kleinen Konzentrationen unter 1% den Laserstrahl in der Oberflächenschicht von rund 100 Mikrometer absorbiert.
Um nicht komplett schwarzes Bauteil zu erhalten, kann der Russ auch mit weissen mineralischen Pigmenten für ein mehr oder weniger helles grau oder mit einem anderen Farbstoff für dunklere Farbtöne gemischt werden.
Helle Farbtöne sind mit Mischungen mit Russ nicht möglich. Es muss auf einen spezielleren laserabsorbierenden Farbstoff ausgewichen werden, die aber auch gut erhältlich sind.

Schwierig sind transparente laserabsorbierende Einfärbungen. Es gibt einige Spezialfarbstoffe zu diesem Zweck, die aber alle eine leichte Restfarbe haben. Sie sind verhältnismässig teuer und die Eindringtiefe des Lasers ist meist einiges tiefer als bei Russ und kann bis zu einigen Millimetern betragen.
Einen komplett farblosen transparenten laserabsorbierenden Farbstoff gibt es derzeit nicht. In diesen Fällen kann auf das Spezialverfahren mit längeren Laserwellenlängen ausgewichen werden.

Farbstoff auftragen

Anstatt den Farbstoff in den Kunststoff einzumischen, kann ein Farbstoff auch auf das Bauteil auftragen werden. Der Farbauftrag darf aber nicht als Trennschicht zwischen den Kunststoffschmelzen eine Verbindung verhindern.  Das Auftragen des Farbstoffs ist auch ein zusätzlicher Arbeitsschritt und häufig verbunden mit Lösungsmitteln und Trocknungszeiten, so dass es für eine Serienproduktion weniger in Frage kommt.

Für Laborversuche hat sich Clearweld® von Gentex (vertrieben durch Crysta-Lyn) bewährt, das mit Stiften oder Dispensern aufgetragen werden kann. Die gelb-grünliche Farbe verschwindet während des Schweissprozesses und hinterlässt eine farblose Verbindung.