5G-Kunststoffe für eine vernetzte Welt

Stephen Moore | 17. Juli 2019

5G ist die neueste Generation der Mobilfunkkommunikation und wurde entwickelt, um auf die private Nachfrage und das wirtschaftliche Umfeld des Jahres 2020 und darüber hinaus zu reagieren. 5G wird die Grundlage für eine vollständig mobile und vernetzte Gesellschaft sein; Sie ist eine Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung aller Lebens- und Wirtschaftsbereiche. Die neue Technologie ermöglicht eine enge Vernetzung von Geräten wie Mobiltelefonen, Tablets, Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Industrieanlagen und vielen anderen zu einem Internet der Dinge (IoT).

Mit der Installation von 5G wird die Nachfrage nach Basisstationen, aktiven Antenneneinheiten (AAU) und anderen Geräten dramatisch steigen. Materiallieferanten drängen darauf, diese aufstrebende Marktnische mit neuen technischen Kunststoffen zu erschließen, um den Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsverbindungen gerecht zu werden, einschließlich Antennentechnologie, Hochgeschwindigkeitssteckverbinderlösungen und optischen Verteilungsnetzen (ODN).

Die Crastin-Produktfamilien aus Polybutylenterephthalat (PBT) von DuPont beispielsweise sollen ausgewogene Dk/Df-Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante/Verlustfaktor) (weniger als drei bzw. weniger als 0,007) bieten, eine hervorragende Antennenleistung schaffen und ein hervorragendes Signal liefern Übertragung, um eine schnelle 5G-Kommunikation und Betriebsqualität mit geringer Latenz sicherzustellen. Laut DuPont können die PBT-Materialien der CE20-Serie mit einem niedrigen Dk von weniger als drei die Bandbreite für eine bessere Übertragung erweitern. Sie können außerdem stabil auf Metall haften und zeichnen sich durch einen um 40 % besseren Fließeffekt und eine um 10 % geringere Dichte im Vergleich zu konkurrierenden halogenierten flammhemmenden PBT-Typen aus.

DuPont bietet mit seiner Zytel HTN-Reihe von Hochtemperatur-Polyamiden auch Materialien für Hochgeschwindigkeitssteckverbinder an, die mit den gängigsten SMT-Montageprozessen (Surface Mount Technology) kompatibel sind. Berichten zufolge bieten die mit 20–50 % glasfaserverstärkten Typen eine hervorragende Fließfähigkeit, die sich perfekt für Miniaturisierungsdesigns eignet, sowie eine Temperaturbeständigkeit von bis zu 280 °C und einen CTI von bis zu 600 V.

Für ODN-Lösungen findet das thermoplastische Polyester-Elastomer Hytrel des Unternehmens inzwischen Anwendung in Glasfaserkabeln, während das Polyamid Zytel RS HTN hervorragende mechanische Eigenschaften und Zuverlässigkeit als Verbindungsmaterial bieten soll, das den schnellen Verbindungsdienst ermöglicht.

DuPont weist darauf hin, dass der steigende Bedarf an mehr Leistung und schnellerer Datenübertragung zu einem höheren Bedarf an Wärmemanagement führen wird. Wärmemanagementlösungen machen 5G-Geräte zuverlässiger und funktionsstabiler und minimieren Fehlfunktionen und Systemausfälle. Es verbessert auch das 5G-Benutzererlebnis erheblich, indem es die Hitze an den Hotspots reduziert. Die breite Palette wärmeleitender Produkte von DuPont, darunter Zytel RS HTN, Zytel und Crastin, verfügt über verschiedene mechanische Eigenschaften, die den unterschiedlichen Kundenanforderungen gerecht werden.

Covestro seinerseits entwickelt innovative und nachhaltige Materiallösungen und trägt zu einer intelligenten Infrastruktur bei, einschließlich Sensortechnologien und einer digitalen Kommunikationsumgebung. Das Unternehmen arbeitet eng mit der Deutschen Telekom und dem Umeå Institute of Design zusammen. Covestro wird auf der K 2019 einige Prototypen vorstellen. Das Projekt ist Teil der umfassenden Digitalisierungsstrategie des Unternehmens. Gemeinsam mit seinen Partnern setzt sich das Unternehmen dafür ein, die Ziele 9 (Innovation und Infrastruktur) und 11 (Nachhaltige Städte) der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung zu erreichen.

Polycarbonate und ihre Blends haben sich in vielfältigen Elektro- und Elektronikanwendungen bewährt und sollten aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften auch die Materialien der Wahl für die 5G-Technologie sein: „Sie sind mechanisch robust, leicht, transparent für Funkfrequenzen und geeignet für …“ Spritzguss“, erklärt Fabian Grote, Kernmitglied des globalen 5G-Teams bei Covestro. Einige Typen weisen zudem eine gute Witterungsbeständigkeit oder Wärmeleitfähigkeit auf oder sind für den Zweikomponenten-Spritzguss und die Laser-Direktstrukturierung (LDS) geeignet.

Um die öffentliche Akzeptanz eines erweiterten Netzwerks aus Antennen und Basisstationen zu erhöhen, arbeitet Covestro mit Studenten des renommierten Umeå Institute of Design und der Deutschen Telekom daran, diese technischen Einrichtungen nahtlos in die Städte der Zukunft zu integrieren. Das Projekt umfasst die Entwicklung attraktiver Basisstationen, deren Farbabstimmung und Oberflächenstrukturierung. Als Referenzstadt für das Projekt diente Düsseldorf.

Covestro wird in diesem Projekt in einem hypothetischen Szenario mit einer eigenen Produktpalette in diesen Markt einsteigen. Das eigentliche Produkt ist die Außenhülle einer Antenne eines Drittanbieters, die sich an bestimmte Umgebungen anpassen soll, indem sie je nach Umgebung und Bevölkerungsdichte entweder hineinpasst oder daraus hervorsteht. Hier lassen sich die besten Potenziale mit Produkten ausschöpfen, die die technischen Anforderungen erfüllen und den Charakter einer Stadt mit einem 5G-Netz entweder integrieren oder verstärken. „Auf der K 2019 zeigen wir eine Reihe technischer und gestalterischer Prototypen für Kleinzellen im Frequenzbereich 3,5 GHz und 28 GHz“, sagt Grote.

Wenn die 5G-Technologie eine höhere Frequenz (d. h. das Millimeterwellenband) erreicht, könnte die Signalübertragung zu einer Designherausforderung werden. „Wir können unseren Kunden helfen, mehr Designfreiheit zu genießen und gleichzeitig die 5G-Datenübertragungsleistung mit modernsten Testmöglichkeiten in einem breiten Frequenzbereich von bis zu 50 GHz unter verschiedenen Umgebungsbedingungen sicherzustellen, alles in unserem Innovationszentrum für den asiatisch-pazifischen Raum.“ in Shanghai“, sagt Nan Hu, Global Head of Electronics im Polycarbonates-Segment von Covestro.

Auch die 5G-Technologie mit ihren hohen Übertragungsraten wird erhebliche Auswirkungen auf das Smartphone-Design haben. Die Antennen für die 5G-Technologie benötigen mehr Platz. Das ist nur einer der Gründe, warum bisherige Metalllösungen für die Geräterückseite künftig durch Keramik, Glas oder Kunststoff ersetzt werden.

Eine Makrofol SR-Mehrschichtfolienlösung mit Acryl-Deckschicht in Kombination mit einem neuen Herstellungsverfahren führt zu Handy-Rückseitenabdeckungen, die wie Glas aussehen, aber nicht zerbrechlich sind. „Das Folienlaminat lässt sich dreidimensional formen und die Folienlösung erfüllt auch die Anforderungen für die Übertragung bei hohen Radiofrequenzen mit Wellenlängen im Millimeterbereich“, erklärt Echol Zhao, Head of Specialty Films Greater China bei Covestro.

Dieses kristallklare, 3D-formbare und 5G-kompatible Folienmaterial wurde speziell für optimale Designfreiheit für Mobiltelefonmarken entwickelt, um mithilfe von Dekorationstechnologien wie UV-Musterung und nichtleitender Vakuummetallisierung (NCVM) modische Mobiltelefone herzustellen. Mehr als 50 Prozent des Mobilfunkmarktes in China stellen derzeit auf solche mehrschichtigen PC/PMMA-Folienlösungen um – ein Zeichen für eine vielversprechende Zukunft für das kommende 5G-Zeitalter.

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