„Neue technische Kunststoffe geben Konstrukteuren von Handhelds mehr Gestaltungsfreiheit für immer neue Designs und Haptiken sowie verbesserte Eigenschaften bei zugleich geringerer Belastung der Umwelt“, berichtet Mark Hazel, Handheld Segment Leader bei DuPont Performance Polymers.
Er nennt dabei speziell das Hochleistungspolyamid DuPont™ Zytel® RS HTN – ein auf nachwachsenden Rohstoffen basierender Kunststoff, dessen Wachstumsrate sich seit seiner Vorstellung vor vier Jahren vervierfacht hat. Die Kombination aus Steifigkeit, Festigkeit, Verzugsarmut und geringer Feuchtigkeitsaufnahme ermöglicht geringere Wanddicken für attraktive, leichte Konstruktionen mit sehr guten Gebrauchseigenschaften. Hergestellt auf der Basis von Sebazinsäure, ermöglicht 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.
Handhelds dominieren den Markt für elektronische Kleingeräte im Consumer-Segment, und auch in kommerziellen Anwendungen haben sie einen signifikanten Anteil. In diesem Bereich, zu dem auch Laptops, Ultrabooks, Spielekonsolen und mobile Messgeräte gehören, weisen besonders die Mobiltelefone immense Verkaufszahlen auf. Viele Berichte – auch wenn die Gesamtzahlen nicht übereinstimmen – gehen von über 370 Millionen verkauften Handhelds im ersten Quartal 2013 aus.
Das Design von Mobiltelefonen und auch anderen Handhelds hat sich in den letzten zehn Jahren signifikant verändert, wobei sowohl funktionale als auch ästhetische Merkmale im Zuge sich ändernder Trends und technologischer Entwicklungen kamen und gingen. Hazel erläutert die Design-Evolution des Mobiltelefons, die sich auch in der Entwicklung vieler anderer Geräte wie Spielekonsolen, Tablets und Laptops widerspiegelt: „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.“
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.
DuPont™ Zytel® HTN ist ein Hochleistungspolyamid, mit dem sich dünnere, leichtere und widerstandsfähigere Handheld-Gehäuse herstellen lassen, die länger halten und zugleich leichter zu fertigen sind. Aus Sicht der Verarbeitung können die Zytel® HTN-Typen dank ihrer sehr 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.
Sowohl Zytel® HTN als auch Zytel® RS HTN ergeben sehr gute Oberflächenqualitäten, und sie sind leicht einfärbbar.
Alle von uns für den Handheld-Markt entwickelten Werkstoffe sind hochsteif und schützen die Bauteile im Falle eines Aufpralls vor zu hoher Verformung. Hazel erläutert: „Weil sich Displays und Platinen nicht zu stark verdrehen oder verformen dürfen, ist Steifigkeit unverzichtbar. Wir verwenden 50% Glasfasern, um die beste Steifigkeit und Zähigkeit zu erreichen (nur möglich in Polyamiden wie Zytel® HTN), aber wir müssen auch das RFI-Verhalten, die Einfärbbarkeit und die Oberflächengüte berücksichtigen – ein schwieriger Balanceakt.“ DuPont hat einen Mehrfach-Schlagversuch entwickelt, bei dem, anders als bei der Prüfung von Probestäben zur Messung der Bruchenergie, die Anzahl von Schlägen bis zum Probekörperversagen gemessen wird. Dieser Test ist deutlich repräsentativer für den Gebrauch eines Handhelds, und er zeigt, dass Zytel® HTN und Zytel® RS HTN hier beste Resultate liefern.
Damit sich Displays und Platinen nicht zu stark verdrehen oder verbiegen, ist hohe Steifigkeit
gefordert. Diese Grafik zeigt den Vergleich zwischen Zug-E-Modul und Zugfestigkeit. - Bild: DuPont
Hintergrund:
DuPont Performance Polymers entwickelt zusammen mit Kunden weltweit Produkte, Bauteile und Systeme, die zu einer verminderten Abhängigkeit von fossilen Energieträgern sowie zum Schutz der Menschen und der Umwelt beitragen. In über 40 weltweit verteilten Produktions-, Entwicklungs- und Forschungszentren nutzt DuPont Performance Polymers das branchenweit breiteste Portfolio an Kunststoffen, Elastomeren, biobasierten Kunststoffen, Filamenten sowie Hochleistungsteilen und -halbzeugen zur Bereitstellung kosteneffizienter Lösungen für Kunden in der Luft- und Raumfahrt-, der Automobil-, Konsumgüter-, Elektro- und Elektronik- und der Sportartikelindustrie sowie dem Maschinenbau und anderen Branchen.
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