Каптон - Kapton

Структура поли-оксидифенилен-пиромеллитимида
Каптоновые изолирующие прокладки для крепления электронных деталей на радиаторе

Каптон это полиимид фильм разработан DuPont в конце 1960-х годов он остается стабильным в широком диапазоне температур от -269 до +400 ° C (от -452 до 752 ° F; от 4 до 673 K).[1][2] Каптон используется, среди прочего, в гибких печатных схемах (гибкая электроника ) и космические одеяла, которые используются на космических аппаратах, спутниках и различных космических инструментах.

Химическое название Kapton K и HN - поли (4,4'-оксидифениленпиромеллитимид). Производится из конденсации пиромеллитовый диангидрид и 4,4'-оксидифениламин. Каптонный синтез - пример использования диангидрид в ступенчатая полимеризация. Промежуточный полимер, известный как «полиаминовая кислота», растворим из-за сильного водородные связи к полярные растворители обычно используется в реакции. В кольцо закрытия проводится при высоких температурах (200–300 ° C (392–572 ° F; 473–573 K)).

использование

Ленты каптоновые, три рулона разной ширины

Теплопроводность каптона при температурах от 0,5 до 5 кельвинов довольно высока для таких низких температур κ = 4,638 × 10−3 Т0.5678 Вт · м−1· K−1.[3] Это, вместе с хорошими диэлектрическими качествами и доступностью в виде тонких листов, сделали его излюбленным материалом в криогеника, так как обеспечивает электроизоляцию при низких градиентах температуры. Каптон регулярно используется в качестве изолятора в средах сверхвысокого вакуума из-за его низкого дегазация ставка.[4]

Самолет

Электропроводка с каптоновой изоляцией широко используется в гражданской и военной авиации, поскольку она легче других изоляторов и имеет хорошие изоляционные и температурные характеристики. Однако изоляция из каптона плохо стареет: исследование FAA показывает ухудшение характеристик в жарких и влажных средах,[5] или в присутствии морской воды. Было обнаружено, что он имеет очень низкую стойкость к механическому износу, в основном к истиранию внутри кабельных жгутов из-за движения самолета. Многие модели самолетов были подвергнуты значительным изменениям в электропроводке - иногда полностью заменяя всю проводку с каптоновой изоляцией - из-за коротких замыканий, вызванных неисправной изоляцией. Деградация каптоновых проводов и истирание из-за вибрации и тепла были причастны к многочисленным авариям самолетов с неподвижным и винтокрылым крылом с гибелью людей.[6]

Космический корабль

Тепловое покрытие из алюминизированного каптона использовалось на Эксперимент с сверхтяжелыми космическими лучами

Спусковой этап Лунный модуль Аполлона и нижняя часть ступени подъема, окружающая подъемный двигатель, были покрыты слоем алюминизированной каптоновой фольги для обеспечения теплоизоляции. На обратном пути с Луны, Аполлон-11 космонавт Нил Армстронг прокомментировал, что во время запуска этапа подъема лунного модуля он мог видеть «каптон и другие части на постановке LM, разбросанные по всей области на большие расстояния». [7]

JWST солнцезащитный козырек из каптона

Согласно НАСА внутренний отчет, космический шатл «провода были покрыты изолятором, известным как каптон, который со временем разрушался, вызывая короткие замыкания и, возможно, пожары».[8] НАСА Лаборатория реактивного движения считает Kapton хорошей пластиковой подложкой для солнечные паруса из-за длительного пребывания в космической среде.[9]

НАСА Новые горизонты космический корабль использовал Kapton в инновационном "Термос «Изоляционная конструкция, обеспечивающая работу аппарата при температуре 10–30 ° C (50–86 ° F) на протяжении более чем девятилетнего путешествия длиной 3 миллиарда миль до встречи с карликовой планетой Плутон 14 июля 2015 года.[10] Основной корпус покрыт легкой многослойной теплоизоляцией золотистого цвета, которая удерживает тепло от работающей электроники, сохраняя тепло космического корабля. Тепловое покрытие - 18 слоев Дакрон сетка, зажатая между алюминизированными Майлар и каптоновая пленка - также помогала защитить корабль от микрометеоритов.[11]

В солнцезащитный козырек из Космический телескоп Джеймса Уэбба также изготовлен из алюминизированного каптона.[12]

Экипаж на борту Международная космическая станция использовал каптоновую ленту для временного устранения медленной утечки в Союз космический корабль присоединен к российскому сегменту орбитального комплекса в августе 2018 года.[13] Он был снова использован в октябре 2020 года для временной герметизации утечки в передаточной камере служебного модуля «Звезда» МКС.[14]

Рентгеновские лучи

Каптон также широко используется в качестве материала для окон всех видов на рентгеновский снимок источники (синхротрон лучи и Рентгеновские трубки ) и детекторы рентгеновского излучения. Его высокая механическая и термическая стабильность, а также высокий коэффициент пропускания рентгеновских лучей делают его предпочтительным материалом. Он также относительно нечувствителен к радиационное повреждение.[15]

Производство электроники

Каптонная лента (желтая), используемая для изоляции выводов аккумуляторной батареи в гарнитуре Bluetooth.

Благодаря большому диапазону температурной стабильности и способности к электроизоляции, каптоновая лента обычно используется в производстве электроники в качестве изоляционного и защитного слоя на чувствительных к статическому электричеству и хрупких компонентах. Поскольку он может выдерживать температуру, необходимую для пайки оплавлением, его защита доступна на протяжении всего производственного процесса, а каптон часто все еще присутствует в конечном потребительском продукте.

3D печать

Каптон и АБС очень хорошо прилегают друг к другу, что привело к широкому использованию каптона в качестве строительной поверхности для 3D принтеры. Каптон укладывается на плоскую поверхность, а АБС выдавливается на поверхность каптона. Печатная деталь из АБС-пластика не отсоединяется от платформы сборки, поскольку она остывает и сжимается, что является частой причиной сбоев печати из-за деформации детали.[16] Более прочной альтернативой является использование полиэфиримид поверхность.[17]

Исследователи разработали метод 3D-печати полиимидного материала, включая каптон.[18] Предшественники каптона были смешаны в ультрафиолетовый -обработанный гель для экструзионной печати, и результат запекается в печи при 400 ° C для получения окончательного результата.[19]

Товарный знак

Kapton - зарегистрированная торговая марка E. I. du Pont de Nemours and Company.[20]

Рекомендации

  1. ^ «Компания DuPont Circuit & Packaging Materials получила патенты США на матовую черную пленку и покрытие». 15 ноября 2013 г.. Получено 28 мая 2015. Компания DuPont изобрела полиимидную пленку Kapton® более 45 лет назад
  2. ^ Navick, X.-F .; Карти, М .; Chapellier, M .; Chardin, G .; Goldbach, C .; Granelli, R .; Эрве, С .; Каролак, М .; Nollez, G .; Низеры, Ф .; Riccio, C .; Старжинский, П .; Вильяр, В. (2004). «Изготовление держателей детекторов сверхнизкой радиоактивности для Эдельвейс-II». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 520 (1–3): 189–192. Bibcode:2004НИМПА.520..189Н. Дои:10.1016 / j.nima.2003.11.290.
  3. ^ Джейсон Лоуренс, А. Б. Патель и Дж. Г. Бриссон (2000). «Теплопроводность каптона HN от 0,5 до 5 К». Криогеника. 40 (3): 203–207. Bibcode:2000Cryo ... 40..203л. Дои:10.1016 / S0011-2275 (00) 00028-X.
  4. ^ Питер Киттель (30 сентября 1998 г.). Достижения в криогенной технике. Birkhäuser. С. 1366–. ISBN  978-0-306-45807-1. Получено 29 апреля 2012.
  5. ^ Результаты испытаний FAA на старение изоляции. Технический отчет DOT / FAA AR-08/2, январь 2008 г. Проверено 23 августа 2013 г.
  6. ^ Крушение вертолета со смертельным исходом из-за проводки Kapton www.m military.com, дата обращения 17 февраля 2015.
  7. ^ Журнал полетов Аполлона-11 - День 6, часть 4: Инъекция через Землю. History.nasa.gov (15 марта 2011 г.). Проверено 28 апреля 2012.
  8. ^ Высокие технологии 1970-х, шаттлы чувствуют свой век. New York Times (25 июля 2005 г.)
  9. ^ Джером Л. Райт (1 января 1992 г.). Космический парусный спорт. Тейлор и Фрэнсис США. С. 100–. ISBN  978-2-88124-842-9. Получено 28 апреля 2012.
  10. ^ Миссия НАСА «Новые горизонты Плутона», Дизайн миссии В архиве 8 июня 2015 г. Wayback Machine Проверено 23 апреля 2015 г.
  11. ^ НАСА, Миссия New Horizons, Температурный контроль
  12. ^ Страница "Sunshield Membrane Coatings" на сайте JWST. Ngst.gsfc.nasa.gov. Проверено 23 мая, 2017.
  13. ^ "Блог статуса МКС" на сайте НАСА. Проверено 30 августа 2018.
  14. ^ Нилсон, Сьюзи (19 октября 2020 г.). «Члены экипажа космической станции только что обнаружили неуловимую утечку воздуха, наблюдая, как чайные листья плавают в условиях микрогравитации». Business Insider.
  15. ^ Янез Мегусар (1997). «Низкотемпературное облучение быстрыми нейтронами и гамма-излучение полиимидных пленок каптона». Журнал ядерных материалов. 245 (2–3): 185–190. Дои:10.1016 / S0022-3115 (97) 00012-3.
  16. ^ «Поверхности кровати: наклеивание каптоновой ленты». MatterHackers.
  17. ^ «Каптон или PEI? Что лучше для настольной 3D-печати?». Fabbaloo.
  18. ^ Хегде, Марути; Минакшисундарам, Вишванатх; Шартрен, Николай; Сехар, Сушил; Тафти, Данеш; Уильямс, Кристофер Б .; Лонг, Тимоти Э. (19 июня 2017 г.). «3D-печать полностью ароматических полиимидов с использованием стереолитографии с проекционной маской: обработка непереработанного». Современные материалы. 29 (31). 1701240. Дои:10.1002 / adma.201701240. PMID  28626968. Сложить резюме – Промышленность 3D-печати (29 августа 2017 г.).
  19. ^ Херцбергер, Яна; Минакшисундарам, Вишванатх; Уильямс, Кристофер Б .; Лонг, Тимоти Э. (4 апреля 2018 г.). «Трехмерная печать полностью ароматических полиимидов с использованием стереолитографической трехмерной печати солей полиаминовых кислот». Буквы макросов ACS. 7 (4): 493–497. Дои:10.1021 / acsmacrolett.8b00126.
  20. ^ «Торговая марка Kapton». Ведомство США по патентам и товарным знакам. USPTO. Получено 3 марта 2017.

внешняя ссылка