Los fabricantes en los distintos sectores eléctrico/electrónico (E/E) pueden elegir entre una gama enorme y versátil de los plásticos para satisfacer cualquier requerimiento. Dependiendo del componente o dispositivo electrónico, los diseñadores eligen plásticos para su rigidez o flexibilidad, tenacidad/durabilidad, resistencia a bajo o alto voltaje y su cualidades de aislamiento o conductividad eléctrica.
La facilidad de fabricar en formas complejas también puede ser un requisito para las aplicaciones de E/E. Dependiendo de su aplicación específica o el entorno operativo, también deben ser consideradas las propiedades mecánicas, resistencia térmica/química y retardancia a la llama del material plástico .
Como resultado de estos muchos requerimientos de propiedades, el sector E/E es un consumidor importante de polímeros especiales de ingeniería y de alto desempeño.
El mercado de E/E es el tercer mayor mercado de los plásticos en el mundo después del envasado y de la construcción. Los plásticos han sido un material básico para la electrónica casera, aislando los componentes aislantes de todo tipo de interferencia y la protección de tanto las partes como los usuarios.
Las películas conductoras transparentes son fabricadas recubriendo en húmedo el revestimiento conductor Sante sobre tereftalato de polietileno (PET) a través de un proceso de fabricación de bobina a bobina. El recubrimiento se cura para formar un patrón tipo malla conductor aleatorio que posee una alta transparencia con una baja resistencia superficial y es mecánicamente flexible. El revestimiento Sante:
La miniaturización continua de placas de circuitos impresos y los componentes como chips de computadora se basa cada vez más en plásticos de alto rendimiento para proporcionar partes tenaces, dimensionalmente estables, a menudo con paredes delgadas que pueden soportar tanto la tensión del ensamble y el esfuerzo del uso.
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| Plastics Institute of America Mercado de uso de plasticos para E/E por tipo de material |
Como resultado de estos muchos requerimientos de propiedades, el sector E/E es un consumidor importante de polímeros especiales de ingeniería y de alto desempeño.
Vamos a empezar por mirar una película transparente conductiva de policarbonato (PC) de reciente comercialización. SABIC IP y Cima Nanotecnología, una empresa de nanomateriales inteligentes, han desarrollado conjuntamente primera película de policarbonato transparente conductiva de la industria del plástico. La nueva película de PC tiene una nueva serie de materiales conductivos transparentes que son de peso ligero con excelente transparencia, conductividad excepcional y alta flexibilidad.
El desarrollo utiliza la tecnología patentada Sante de Cima Nanotech, para aplicar un recubrimiento de nanopartículas de autoensamblaje a la película Lexan PC. tecnología de nanopartículas Sante es un revestimiento conductor innovador que se auto ensambla en un sistema aleatorio tipo malla cuando se reviste sobre un sustrato.
La película se podría traducir en pantallas táctiles de respuesta más rápida para la electrónica de consumo, anti-vaho transparente "sin línea" para ventanas del automóvil, mejor escudo de interferencia electromagnética (EMI) para la electrónica, y antenas transparentes Wi-Fi/Bluetooth para dispositivos móviles como teléfonos inteligentes, tabletas, lap tops y computadoras todo-en-uno.
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| Cima NanoTech Sistema conductivo de nanopartículas SANTE (arriba); proceso de formación de capas de películas PET/PC (abajo) |
- Tiene alta conductividad - tiene una baja resistencia superficial que es más de 10 veces mejor que el óxido de estaño indio (ITO).
- Tiene una excelente óptica - alta transparencia, sin-moiré (sin efecto de línea paralela).
- Es flexible - resiste la flexión, estiramiento, la tensión y torsión, y es termoformable y moldeable en superficies curvas 3-D.
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| Cima NanoTech Comparación de tecnología de resistividad superficial con la transmisión luminosa Sante. |
A continuación, un avance reciente en la línea de transmisión compuesto termoplástico sobre envuelto/pultruido es un notable desarrollo de mercadeo técnico plástico. Los productores de cables y alambres están haciendo un mayor uso de materiales nuevos y mejorados de los proveedores de resinas y los fabricantes de compuestos para satisfacer las necesidades cambiantes del mercado. Estos pueden ser en áreas tales como la rigidez y el blindaje, la reducción de peso, la seguridad y la resistencia ambiental.
El recientemente introducido Conductor Aéreo Sostenido C7 desarrollado por Southwire Co. LLC y Celanese Corporation ofrece una nueva opción para líneas de transmisión eléctrica. El conductor C7 cuenta con un núcleo de varillas de compuesto multitrenzado termoplástico reforzado con fibras continuas Celstran (CFR-TPR) de Celanese.
El nuevo conductor de transmisión entrega casi el doble de capacidad y exhibe menos pandeo que el producto conductor aluminio reforzado con acero del mismo diámetro (ACSR). El diseño permite un pandeo mínimo con una mayor transferencia de energía, y el núcleo trenzado Celstran CFR-TPR significa que no hay n solo punto de falla para el conductor aéreo.
El conductor aéreo C7 se compone de siete trenzas de fibra de carbono de 3.2 mm de diámetro - o más, dependiendo del diámetro del cable - pultruido con sulfuro de polifenileno (PPS) y luego sobre envuelto con un material de poliéter éter cetona (PEEK) para proporcionar protección contra la corrosión galvánica y para proporcionar resistencia a la abrasión de otras trenzas.
Las trenzas agrupadas, sobre envueltas por Southwire con un conductor de aluminio, proporcionan una redundancia de soporte estructural en condiciones de alta carga, lo que significa que la falla de uno o dos o tres trenzas no resultará en la falla de toda la línea. Además, el núcleo de fibra de carbono opera a una temperatura generalmente inferior, que maximiza el rendimiento de energía y minimiza la pérdida de capacidad. La fibra de carbono también puede funcionar más caliente sin dañar la línea.
Esta combinación de materiales proporciona distintas ventajas en comparación con la tecnología alternativa de "alta temperatura bajo pandeo" y conductores convencionales:
Continuando, los procesadores de plásticos pueden utilizar las nuevas tecnologías de moldeo por inyección de funcionalidad superficial para integrar la producción de superficies funcionales, la tecnología de substrato/sensor en un solo ciclo de proceso. Los componentes plásticos complejos ahora pueden encenderse o calentarse de forma táctil abriendo nuevas aplicaciones para los componentes de plástico con electrónica integrada y superficies funcionales.
El proceso se puede utilizar por ejemplo para producir efectos especiales de iluminación o proporcionar reposabrazos o superficies de asiento con calefacción en los coches, elevadores de esquí o estadios deportivos.
La innovadora tecnología desarrollada por el fabricante suizo de moldes Georg Kaufmann, junto con sus socios del proyecto, utiliza moldeo por inyección y moldeo por reacción en moldes de alta precisión, combinado con la automatización de aplicaciones específicas para agregar circuitos de calefacción, luces o más a las piezas moldeadas, mientras estan en el molde. Entre los principales socios del proyecto internacional está el especialista en materiales, Evonik, Röhm GmbH, el especialista electroluminiscencia Lumitec AG, y la Universidad Técnica de Chemnitz. Las piezas salen del molde como sistemas totalmente funcionales.
El moldeo por inyección posterior se utiliza a presiones suficientemente bajas de manera que los sensores integrados y materiales de la superficie no se dañen. Los sensores están encapsulados entre el material superficial y el respaldo o sustrato termoplástico . Un revestimiento patentado lleva la corriente a través de la superficie de las piezas.
El recientemente introducido Conductor Aéreo Sostenido C7 desarrollado por Southwire Co. LLC y Celanese Corporation ofrece una nueva opción para líneas de transmisión eléctrica. El conductor C7 cuenta con un núcleo de varillas de compuesto multitrenzado termoplástico reforzado con fibras continuas Celstran (CFR-TPR) de Celanese.
El nuevo conductor de transmisión entrega casi el doble de capacidad y exhibe menos pandeo que el producto conductor aluminio reforzado con acero del mismo diámetro (ACSR). El diseño permite un pandeo mínimo con una mayor transferencia de energía, y el núcleo trenzado Celstran CFR-TPR significa que no hay n solo punto de falla para el conductor aéreo.
El conductor aéreo C7 se compone de siete trenzas de fibra de carbono de 3.2 mm de diámetro - o más, dependiendo del diámetro del cable - pultruido con sulfuro de polifenileno (PPS) y luego sobre envuelto con un material de poliéter éter cetona (PEEK) para proporcionar protección contra la corrosión galvánica y para proporcionar resistencia a la abrasión de otras trenzas.
Las trenzas agrupadas, sobre envueltas por Southwire con un conductor de aluminio, proporcionan una redundancia de soporte estructural en condiciones de alta carga, lo que significa que la falla de uno o dos o tres trenzas no resultará en la falla de toda la línea. Además, el núcleo de fibra de carbono opera a una temperatura generalmente inferior, que maximiza el rendimiento de energía y minimiza la pérdida de capacidad. La fibra de carbono también puede funcionar más caliente sin dañar la línea.
Esta combinación de materiales proporciona distintas ventajas en comparación con la tecnología alternativa de "alta temperatura bajo pandeo" y conductores convencionales:
- El núcleo de material compuesto todo termoplástico con un desempeño de alta temperatura (180 a 225 °C)
- Mínima expansión térmica - el nivel más bajo disponible en un núcleo compuesto para un aumento mínimo de pandeo en alta transferencia de energía
- Peso ligero - alta relación de resistencia-peso
- Núcleo multielemento - ningún punto único de falla, a diferencia de las construcciones monolíticas
- Flexible y robusto - Se instala como un conductor tradicional sin la necesidad de entrenamiento y equipos especiales
- Uso de conectores convencionales, - tradicional, familiar para el personal, accesorios de compresión de dos piezas.
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| Southwire/CelanesehConductor de transmisión aérea C7. |
El proceso se puede utilizar por ejemplo para producir efectos especiales de iluminación o proporcionar reposabrazos o superficies de asiento con calefacción en los coches, elevadores de esquí o estadios deportivos.
La innovadora tecnología desarrollada por el fabricante suizo de moldes Georg Kaufmann, junto con sus socios del proyecto, utiliza moldeo por inyección y moldeo por reacción en moldes de alta precisión, combinado con la automatización de aplicaciones específicas para agregar circuitos de calefacción, luces o más a las piezas moldeadas, mientras estan en el molde. Entre los principales socios del proyecto internacional está el especialista en materiales, Evonik, Röhm GmbH, el especialista electroluminiscencia Lumitec AG, y la Universidad Técnica de Chemnitz. Las piezas salen del molde como sistemas totalmente funcionales.
El moldeo por inyección posterior se utiliza a presiones suficientemente bajas de manera que los sensores integrados y materiales de la superficie no se dañen. Los sensores están encapsulados entre el material superficial y el respaldo o sustrato termoplástico . Un revestimiento patentado lleva la corriente a través de la superficie de las piezas.
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| Georg Kaufmann Formenbau AG Tecnología de moldeo de funcionalidad superficial electrónica |
Por último, en el campo de la electrónica miniaturizada, se sigue trabajando rápidamente en la creación de un oído funcional impreso 3D. Los investigadores de la Universidad de Princeton están integrando las nanopartículas de plata y el tejido enlazado de biopolímero para crear un oído funcional utilizando equipo separado de impresión 3-D , seguido de un cultivo celular.
El propósito principal del trabajo fue explorar un método eficiente y versátil de la fusión de la electrónica con el tejido. La técnica permitió a los investigadores combinar la electrónica de la antena con el tejido dentro de la muy compleja topología de un oído humano. Los investigadores utilizaron una impresora ordinaria 3D para combinar una matriz de hidrogel y células de la pantorrilla con nanopartículas de plata que forman una antena. Las células de la pantorrilla se convirtieron después en un cartílago.
En general, existen retos mecánicos y térmicos cuando se integran materiales electrónicos con los materiales biológicos. Utilizando el enfoque de construir y hacer crecer la biología con la electrónica de forma sinérgica y en un formato entrelazado 3D supera estas dificultades. El oído terminado consiste en una antena enrollada dentro de una estructura de cartílago. Dos cables de conexión salen de la base de la oreja y se enrollan en torno a un "cóclea" helicoidal
En el oído sintético de Princeton, las señales eléctricas podrían estar conectados a las terminaciones nerviosas de un paciente, similar a un audífono. El actual sistema recibe ondas de radio, pero hay planes para integrar otros materiales, tales como sensores electrónicos sensibles a la presión para que el oído pueda registrar sonidos acústicos.
Esta es la primera vez que los investigadores han demostrado que la impresión 3D es una estrategia eficaz para entretejer tejido con la electrónica. La financiación ha sido proporcionada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la Fuerza Aérea Oficina de Investigación Científica, Instituto Nacional de Salud (NIH), y el Programa de Grandes Retos en la Universidad de Princeton.
Don Rosato
Multibriefs
12 Septiembre 2016
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| Princeton University Oreja biónica (izquierda) y el proceso de impresión 3D de la oreja (derecha) |
Don Rosato
Multibriefs
12 Septiembre 2016
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