Các nhà sản xuất kết nối luôn đi đầu về tính bền vững. Nó bắt đầu với việc thay thế lớp mạ cadmium để đáp ứng các yêu cầu RoHS và nhanh chóng mở rộng sang sử dụng nhựa tái chế và nhựa sinh học để thay thế 100% nhựa mới trong thân đầu nối. Các nhà sản xuất đầu nối gần đây đã bắt đầu sử dụng các vật liệu mới, bền vững hơn để tạo ra các điểm tiếp xúc hiệu suất cao.

Các quy định RoHS ban đầu năm 2003 đã thúc đẩy sự quan tâm đến tính bền vững trong toàn ngành công nghiệp điện tử. Trong khi hầu hết sự chú ý tập trung vào việc loại bỏ chì khỏi vật hàn thì ngành công nghiệp đầu nối phải đối mặt với những thách thức bổ sung, đặc biệt là loại bỏ lớp mạ cadmium và crom. Cadmium là lớp phủ phổ biến trong các ứng dụng quân sự, hàng không vũ trụ, vận tải và công nghiệp đòi hỏi khả năng chống ăn mòn và đảm bảo hiệu suất trong mọi điều kiện thời tiết.

Thân đầu nối kim loại mới được phát triển bằng nhôm với nhiều lớp phủ bề mặt bảo vệ khác nhau. Những thiết kế này có sẵn với nhiều lựa chọn kết hợp khác nhau về khả năng chống ăn mòn, che chắn nhiễu điện từ (EMI) và hình thức bên ngoài, bao gồm cả màu mờ. Các chất thay thế cadmium thường được sử dụng bao gồm:

l Mạ thiếc-kẽm được phát triển cho các ứng dụng quân sự trong môi trường khắc nghiệt. Nó được coi là chất thay thế hiệu suất cao nhất cho cadmium. Nó có tính dẫn điện cao (<5mΩ) và chống ăn mòn (tĩnh 500 giờ/phun muối theo chu kỳ 5 ngày). Nó có lớp hoàn thiện màu xám mờ, không phản chiếu và có khả năng bảo vệ ở mức cadmium.

l Mạ điện kẽm-niken là giải pháp hiệu suất cao cho các ứng dụng công nghiệp, xây dựng và giao thông. Nó cung cấp mức độ che chắn EMI cao và được đánh giá là có thể chịu được 500 giờ phun muối tĩnh điện.

l Mạ kẽm-coban cũng được sử dụng trong công nghiệp, xây dựng và giao thông nhưng không có khả năng chống ăn mòn như kẽm-niken. Nó cung cấp mức độ che chắn EMI tốt để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu.

l Niken kẽm đen là giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí mang lại khả năng chống ăn mòn lâu dài cho các bề mặt đầu nối lộ ra ngoài. Nó được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, vận tải mặt đất và hàng hải. Nó cung cấp mức độ bảo vệ môi trường, phạm vi nhiệt độ hoạt động và hiệu suất điện giống như cadmium.

l Lớp mạ vecni epoxy polyurethane có khả năng chống ăn mòn rất cao và được phát triển đặc biệt cho các ứng dụng đường sắt. Nó không cung cấp mức độ bảo vệ EMI cao và thường không được sử dụng khi tính toàn vẹn tín hiệu là điều quan trọng cần cân nhắc.

Vật liệu tái chế và nhựa sinh học là hai cách để cải thiện tính bền vững của thân đầu nối và các bộ phận đầu nối khác. Có hai phương pháp:

l Nhựa tái chế sau tiêu dùng (PCR) là vật liệu nhựa, chẳng hạn như chai, được thu thập từ các nhà máy tái chế và được sử dụng để làm sạch, xử lý và nghiền trước khi đưa vào quy trình sản xuất. Các nhà sản xuất đầu nối thường không sử dụng nhựa PRC.

l Tái chế sau công nghiệp (PIR) Nhựa được thu hồi từ quá trình sản xuất. Nhựa PIR bao gồm nhựa nhấp nháy và nhựa phế thải khác được tạo ra trong quá trình sản xuất, cũng như các bộ phận hoàn thiện bị loại bỏ không đáp ứng các thông số kỹ thuật. Một số nhà sản xuất đầu nối sử dụng 40% vật liệu nghiền lại cho các bộ phận khác nhau, chẳng hạn như vỏ nhựa. Việc sử dụng nhựa PIR góp phần tạo nên sự bền vững theo hai cách; nó làm giảm việc sử dụng nguyên liệu thô và các mối lo ngại về môi trường liên quan đến việc sản xuất vật liệu và giảm chất thải trong quá trình sản xuất.

Nhựa sinh học không nhất thiết phải có khả năng phân hủy sinh học hoặc được làm từ các nguồn hữu cơ tái tạo. Chúng được xác định theo ba cách:

l Được làm từ các đại phân tử hữu cơ thu được từ các nguồn tài nguyên sinh học tái tạo như thực vật hoặc động vật, chúng có thể phân hủy sinh học hoặc không.

l Được làm từ tài nguyên dầu mỏ và hoàn toàn phân hủy sinh học.

l Được làm từ sự kết hợp của các đại phân tử hữu cơ và tài nguyên dầu mỏ, chúng có thể phân hủy sinh học hoặc không.

Nhựa polyamide 410 gốc sinh học hiện có sẵn và được làm từ ít nhất 70% vật liệu tái tạo từ hạt thầu dầu. Vật liệu này kết hợp các ưu điểm về hiệu suất của polyamit chuỗi ngắn và chuỗi dài. So với polyamide 66 thông thường (PA66, còn được gọi là nylon 66), chất thay thế gốc sinh học này mang lại các đặc tính cơ học vượt trội và khả năng chống ẩm đồng thời mang lại tính thẩm mỹ tốt. Polyamide EcoPaXX gốc sinh học được sử dụng trong các hệ thống đầu nối kín và không kín tuân thủ USCAR 050.

Ngành công nghiệp này đã phát triển một loại polyamit nhiệt độ cao gốc sinh học 100% dành riêng cho các ứng dụng đầu nối. Nó đáp ứng các yêu cầu của Chứng nhận Carbon và Bền vững Quốc tế (ISCC). ISCC là hệ thống chứng nhận bền vững có thể áp dụng trên toàn cầu bao gồm tất cả các nguyên liệu thô bền vững, bao gồm sinh khối nông nghiệp và lâm nghiệp, vật liệu tái chế và dựa trên sinh học cũng như năng lượng tái tạo. Vật liệu này là giải pháp cân bằng khối lượng được chứng nhận ISCC+ với cùng đặc tính, hiệu suất và chất lượng như vật liệu truyền thống. Quá trình sản xuất của nó tạo ra lượng khí thải carbon thấp hơn 50% so với nhựa làm từ hóa thạch tương ứng.

Polyamide nhiệt độ cao 100% dựa trên sinh học này được thiết kế cho các đầu nối siêu nhỏ có số lượng chân cắm cao, khoảng cách dưới 0,3 mm và độ dày thành thấp tới 0,1 mm. Thông số nhiệt của nó làm cho nó phù hợp với các quy trình hàn không chì và nó là vật liệu gia cố bằng sợi thủy tinh 30% được thiết kế để mang lại độ bền và độ dẻo cao.

Mặc dù ngành công nghiệp kết nối đã sử dụng nhựa sinh học trong nhiều năm nhưng nó vẫn đang ở giai đoạn đầu của quá trình áp dụng. Nhìn chung, sản xuất nhựa sinh học chỉ chiếm khoảng 1% trong tổng lượng tiêu thụ nhựa hàng năm trên toàn cầu là hơn 350 triệu tấn. Ứng dụng lớn nhất của nhựa sinh học hiện nay là bao bì, chiếm hơn 50% thị trường. Việc sử dụng nhiều loại nhựa sinh học đang gia tăng.

Ví dụ, việc sử dụng biopolypropylen dự kiến sẽ tăng gấp sáu lần trong vài năm tới. Ngày nay, các ứng dụng điện tử khác nhau như đầu nối chỉ chiếm khoảng 2% lượng sử dụng nhựa sinh học. Có rất nhiều chỗ cho nhựa sinh học (và nhựa PIR) để cải thiện tính bền vững của đầu nối.

Việc sử dụng hợp kim niken tinh thể nano trong các đầu nối có thể làm giảm đáng kể việc sử dụng vàng. Khai thác và tinh chế vàng có tác động tiêu cực đáng kể đến môi trường, sử dụng 4kgCO2/troy ounce tuổi thọ, trong khi hợp kim niken tinh thể nano có tác động LCA là 0,2kgCO2/troy ounce. Tác động LCA thấp của hợp kim niken tinh thể nano là kết quả của hai yếu tố; nó có thể được sử dụng trong các lớp phủ mỏng hơn để đạt được mức hiệu suất tương tự và nó được sản xuất bằng 100% vonfram tái chế.

Một nhà sản xuất đầu nối đã thay thế các điểm tiếp xúc vàng trên một số dòng đầu nối có độ tin cậy cao bằng các điểm tiếp xúc kim loại tinh thể nano. Lớp phủ kim loại có cấu trúc nano dễ dàng được tích hợp vào sản xuất đầu nối vì chúng được lắng đọng thông qua các quy trình định vị điện liên kết truyền thống. Việc thay thế vàng bằng kim loại tinh thể nano giúp giảm tác động môi trường của vật liệu được sử dụng, đặc biệt là vàng, tương đương với mức giảm trung bình hàng năm là 7,8 triệu kg khí thải carbon dioxide.

Bạc có cấu trúc nano đã được phát triển để sử dụng trong các đầu nối công suất cao, hiệu suất cao trong các ứng dụng xe điện (EV). Các ứng dụng EV bao gồm các đầu nối bộ sạc yêu cầu điện trở tiếp xúc thấp, ổn định và độ bền cao, cũng như các đầu nối điện áp cao trong hệ thống truyền động EV và hệ thống điện yêu cầu xếp hạng nhiệt độ cao hơn.

Về độ bền, vật liệu bạc có cấu trúc nano có độ cứng xấp xỉ gấp đôi bạc nguyên chất. Nó đã trải qua 5000 cuộc kiểm tra độ bền mài mòn trên đầu nối EV với lực cắm và rút 5N, hầu như không bị mài mòn ở độ dày 5μm. Mặc dù đã tăng độ dày lên gấp 4 lần nhưng lớp mạ bạc truyền thống vẫn bị mài mòn sâu và lộ ra lớp nền đồng. Thông số hiệu suất chính của bạc có cấu trúc nano bao gồm:

l 220°C chạy

l lực chèn thấp

l Chi phí mỏng hơn mang lại khả năng chống mài mòn cao hơn