Tworzywo zmniejszające palność

Firma GE, kupiona niedawno przez saudyjskiego potentata, koncern Sabic, zajmuje się przystosowaniem produkowanych przez przedsiębiorstwo Winchester złączy do lutowania w wysokich temperaturach dla zastosowań bezołowiowych bez kosztownej wymiany oprzyrządowania. Pozwala to osiągnąć milionowe oszczędności. Dzieje się tak dzięki użyciu specjalnego tworzywa zmniejszającego palność. Sięgnięto więc po tworzywo LNP Starflam.

Ołów wraz innymi ciężkimi metalami odkłada się w środowisku naturalnym. Dyrektywa Unii Europejskiej (UE) dotycząca ograniczenia użycia substancji niebezpiecznych (RoHS) nakłada ograniczenia związane z zastosowaniem tych materiałów w podzespołach i produktach branży elektrycznej i elektronicznej (E/E). Przepisy o substancjach niebezpiecznych wymusiły upowszechnienie nowych metod lutowania, w których powierzchniowy montaż złączy na płytkach drukowanych odbywa się bez użycia ołowiu.

Firma Winchester Electronics, amerykański producent wysokoprzepustowych złączy informatycznych, wprowadziła niedawno na rynek kompletną linię wyrobów spełniających te wymogi. Stwierdzono jednak, że stosowane w procesie produkcyjnym tworzywo polibutyleno-tereftalanowa (PBT) nie jest odporne na wysokie temperatury wytwarzane w piecach rozpływowych, których używa się do lutowania bezołowiowego.

Potrzebne było tworzywo nie tylko odporne na wysoką temperaturę, ale także spełniające normy, które zabraniają stosowania halogenowych związków obniżających palność oraz charakteryzujące się szeregiem innych, ściśle określonych własności. Równie istotne było też znalezienie materiału, który nadawałby się do wykorzystania w dotychczas używanych formach, tak aby uniknąć wysokich kosztów oraz długotrwałego opracowywania i testowania nowego oprzyrządowania.

Przy współpracy, wtedy jeszcze GE Plastics z Winchester Electronics wprowadzono lutowanie spełniające przepisowe wymogi w zakresie technologii bezołowiowych.

Biorąc pod uwagę wejście w życie normy RoHS UE w czerwcu ubiegłego roku Winchester rozpoczął opracowywanie kompletnej linii zgodnych z nią produktów.

Aby jednak możliwe było zastosowanie wyższych temperatur, to w nowym procesie lutowania w celu spełnienia wymogów dotyczących zastosowań bezołowiowych w technologii montażu powierzchniowego, która zyskała popularność dzięki szybciej przebiegającemu procesowi produkcji, większej opłacalności oraz zgodności z przepisami RoHS, Winchester był zmuszony do znalezienia alternatywnego tworzywa dla tworzyw PBT, stosowanego do odlewania złączy.

- Potrzebowaliśmy materiału zdolnego wytrzymać temperatury przekraczające 260 st. C. przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości mechanicznej w procesie lutowania rozpływowego w podczerwieni - mówi Steven Fournier, dyrektor działu technicznego firmy Winchester.

Inne wymogi stawiane nowemu tworzywu dotyczyły ognioodporność bez zastosowania halogenowanych domieszek, zgodnie z dyrektywami RoHS i WEEE w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego oraz doskonałych właściwości mechanicznych, obejmujących wytrzymałość na rozciąganie i odporność na uderzenia.

Firma Winchester miała jeszcze jeden istotny cel – uniknięcie wysokich kosztów oraz czasochłonnego opracowywania i uzyskiwania certyfikatów dla nowych narzędzi. Potrzebowała więc tworzywa spełniającego wszystkie wymogi dotyczące ochrony środowiska i wydajności, które mogło bez problemu zastąpić dotychczas stosowane tworzywo PBT.

Na ratunek przyszło tworzywo LNP Starflam X-Gen firmy GE.

Jest to wysokotemperaturowy nylon z 30 proc. zawartością wzmacniającego włókna szklanego. Tworzywo należy do rodziny produktów LNP Starflam X-Gen. Do jego produkcji stosuje opatentowaną technologię ograniczającą palność i umożliwiającą działanie bezhalogenowe o wartości znamionowej UL 94 V-0. Tworzywo LNP Starflam UF-1006 HW Z270 cechuje się minimalną temperaturą odkształcalności termicznej (HDT) 260 C. I stanowi doskonały materiał do lutowania, spełniający wymogi w zakresie zastosowań bezołowiowych.

Ponadto powstaje ono na podłożu pewniej odmiany poliftalamidu (PPA), formowanego w gorącej wodzie, co umożliwia zaoszczędzenie kosztów energii związanej z użyciem gorącego oleju w procesie produkcji. Niski ciężar właściwy w porównaniu z innymi materiałami oznacza większą ilość elementów na jednostkę masy oraz oszczędności dla klientów.

- Zaletą tej odmiany tworzywa LNP Starflam jest to, że zaprojektowano je w ten sposób, aby miało ten sam współczynnik kurczliwości co tworzywo PBT, powszechnie stosowane przez producentów podzespołów elektronicznych, takich jak firma Winchester – powiedział Jamie Tebay, menedżer produktu w firmie GE Plastics. - Formy stalowe stosowane przez firmę Winchester w produkcji złączy dostosowane są do określonego poziomu kurczliwości, a ich wymiana byłaby bardzo kosztowna. Zastępując tworzywo PBT tworzywem LNP Starflam firmy GE, uniknięto konieczności zmiany oprzyrządowania.

- Ponieważ znaczna część produkcji złączy firmy Winchester odbywa się w Chinach, więc duże znaczenie miała możliwość wykorzystania rozległych zasobów firmy GE Plastics.

- Przez ostatnie kilka lat pracowaliśmy bardzo ciężko nad stworzeniem globalnej sieci dostaw na obszarze Azji, w której firma GE odgrywa istotną rolę. Byliśmy zadowoleni, że biuro firmy GE w Chinach mogło zapewnić lokalne wsparcie dla naszych zakładów odlewniczych, zapewniając doradztwo w lokalnym języku. Ponadto firma GE posiada fachową wiedzę i zaplecze umożliwiające globalne wsparcie dla swoich produktów, które może okazać się kluczowe podczas uruchamiania nowej produkcji i transferu produktów - ocenia Fournier z firmy Winchester.

Korzyści: Bezproblemowe zastąpienie materiału, pozwalające zaoszczędzić czas i pieniądze.

Dzięki zastosowaniu tworzywa LNP Starflam firma Winchester uzyskała odczuwalne oszczędności. Koszty zmiany oprzyrządowania mogłyby wynieść aż 2 miliony dolarów, zaś opracowanie i uzyskanie certyfikatów mogłoby zająć nawet rok. Poza tym moglibyśmy być zmuszeni do przeprowadzenia kilku programów projektowych w okresie przekształcenia - przy jednoczesnym zagrożeniu utraty klientów – przyznaje Fournier.

Złącza formowane z tworzywa LNP Starflam firmy są nie tylko wymiarowo identyczne jak te formowane z PBT, ale charakteryzują się także lepszą wytrzymałością. Tym samym osiągnięto lepsze właściwości mechaniczne, które zwiększyły elastyczność złączy i zapewniły większą trwałość elementów w wymagających środowiskach.