Biobasierte Kunststoffe in electronic devices

Hohe Leistung durch richtige Auswahl und Konstruktion

Damit sich Displays und Platinen nicht zu stark verdrehen oder verbiegen, ist hohe Steifigkeit gefordert. Diese Grafik zeigt den Vergleich zwischen Zug­E­Modul und Zugfestigkeit.

Für Handhelds und anderes elektronisches Gerät suchen die Konstrukteure ständig nach neuen Möglichkeiten, um Leistungsanspruch, attraktive Optik und angenehme Haptik zu günstigen ­Kosten zu realisieren. Das ist auch mit biobasierten Werkstoffen möglich, meint Dupont.

Das auf nachwachsenden Rohstoffen basierende Hochleistungspolyamid Zytel RS HTN habe diese Kombination aus Steifigkeit, Festigkeit, Verzugsarmut und geringer Feuchtigkeitsaufnahme ermöglicht und geringere Wanddicken für eine attraktive, leichte Konstruktion mit sehr guten Gebrauchseigenschaften zu realisieren. Hergestellt auf der Basis von Sebazinsäure, bringe das Material Umweltvorteile durch den Wechsel von erdölbasierten zu erneuerbaren Non-Food-Ressourcen.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Werkstoffen für portable Elektronikgeräte gehört die Funkfrequenzbeeinflussung (RFI). Wenn das Material Feuchtigkeit aufnimmt, verschlechtert sich dessen RFI-Charakteristik. Dies bedeutet, dass die Batterie die Antenne mit mehr Energie versorgen muss und sich ihre Lebensdauer infolge dessen verringert. Bei Dupont haben wir verbesserte Werkstoffe entwickelt, die weniger zur Aufnahme von Feuchtigkeit neigen.

Mobiltelefone bzw. Smartphones dominieren den Markt für elektronische Kleingeräte im Consumer-Segment. Auch in kommerziellen Anwendungen haben sie einen signifikanten Anteil. In diesem Bereich gehören auch Laptops, Ultrabooks, Spielekonsolen und mobile Messgeräte. Das Design der mobilen Geräte hat sich in den letzten zehn Jahren grundlegend verändert, wobei sowohl funktionale als auch ästhetische Merkmale im Zuge sich ändernder Trends und technologischer Entwicklungen kamen und gingen. Zu Beginn kombinierten viele Mobiltelefone einen steifen Kunststoffrahmen mit dekorativen und zuweilen auch abnehmbaren Ober- und Unterschalen. Diese Rahmen gaben dem Gerät seine Festigkeit, und zugleich stellten sie die Basis für die Montage der gesamten Elektronik. Mit fortschreitender Entwicklung hin zu größeren Displays und leistungsfähigerer Elektronik verlor das Rahmen-Konzept an Attraktivität, weil die Nutzer große Bildschirme ohne ausladende Gehäuse wollten. Viele OEMs gingen darum auf Konstruktionen über, bei denen das Display und die Rückwand tragende Funktionen übernehmen und dadurch mehr Bauraum für die Elektronik lassen.

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Diese Zunahme an elektronischen Komponenten führte zur Formulierung der Waste Electronic and Electrical Equipment (WEEE) Direktive, denn man erkannte, dass die Menge bestimmter verbauter Materialien nicht den Anforderungen der Nachhaltigkeit entsprach und dass die Hersteller eine Mitverantwortung für die Entsorgung und das Recycling der Geräte am Ende ihrer Lebensdauer übernehmen mussten. Aber vielen Herstellern wurde auch bewusst, dass sie andere signifikante Nachhaltigkeitsziele erreichen konnten, indem sie biobasierte Werkstoffe wie Zytel RS HTN sowohl für Strukturteile als auch für ästhetische Elemente des Telefongehäuses einsetzten.

Der Werkstoff Zytel HTN ist ein Hochleistungspolyamid, mit dem sich laut Anbieter dünnere, leichtere und widerstandsfähigere Gehäuse herstellen lassen, die länger halten und zugleich leichter zu fertigen sind. Aus Sicht der Verarbeitung können die Werkstoffvarianten dank ihrer guten Fließfähigkeit und Dimensionsstabilität auch Energie, Kosten und Zeit einsparen. Ein halogenfrei flammgeschützter Typ erfüllt die Anforderungen von Recyclingprogrammen für zerlegte Elektronikprodukte. Bestimmte Typen widerstehen den hohen Temperaturen beim Bestücken mit elektronischen Bauteilen, auch bei Verwendung bleifreier Lote. Beide Werkstoffvarianten ergeben gute Oberflächenqualitäten und sie sind leicht einfärbbar.

Alle für die Consumer-Elektronik in diesem Bereich entwickelten Werkstoffe sind laut Dupont hochsteif und schützen die Bauteile im Falle eines Aufpralls vor zu hoher Verformung. Weil sich Displays und Platinen nicht zu stark verdrehen oder verformen dürfen, ist diese Steifigkeit unverzichtbar. Mit 50 Prozent Glasfaseranteil werden die erforderliche Steifigkeit und Zähigkeit erreicht, allerdings dürfen sich RFI-Verhalten, Einfärbbarkeit und Oberflächengüte nicht zu negativ entwickeln - ein Balanceakt. Das der zu schaffen sei, belege der Mehrfach-Schlagversuch, bei dem, anders als bei der Prüfung von Probestäben zur Messung der Bruchenergie deutlich repräsentativer für den Gebrauch eines Mobilphones sei.

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