Kapton

Struktura poli-oksidifenilen-piromellitimida
Kapton izolacijski jastučići za postavljanje elektroničkih dijelova na hladnjak

Kapton je poliimidni film kojeg je razvio DuPont krajem 1960-ih i koji ostaje stabilan (izolirano) u širokom rasponu temperatura, od -269 do +400 °C .[1][2] Kapton se, između ostalog, koristi u fleksibilnim štampanim pločama (fleksibilna elektronika) i svemirskim pokrivačima, koji se koriste na svemirskim letjelicama, satelitima i raznim svemirskim instrumentima.

Hemijski naziv za Kapton K i HN je poli (4,4'-oksidifenilen-piromellitimid). Proizvodi se iz kondenzacije piromelitnog dianhidrida i 4,4'-oksidifenilamina. Kapton sinteza je primjer upotrebe dianhidrida u koračnoj polimerizaciji. Intermedijarni polimer, poznat kao "poli (aminska kiselina)", topljiv je zbog jakih vodikovih veza sa polarnim rastvaračima koji se obično koriste u reakciji. Zatvaranje prstena vrši se na visokim temperaturama od 200–300 °C (392–572 °F; 473–573 K) .

Kapton trake, tri role različitih širina

Toplotna provodljivost Kaptona na temperaturama od 0,5 do 5 kelvina prilično je visoka za tako niske temperature, κ = 4,638 × 10 −3 T 0,5678 W · m −1 · K −1 .[3] To ga je, zajedno s dobrim dielektričnim kvalitetama i dostupnošću kao tankih limova, učinilo omiljenim materijalom u kriogenici, jer pruža električnu izolaciju pri malim toplotnim gradijentima. Kapton se redovno koristi kao izolator u ultra visokim vakuumskim okruženjima zbog svoje male brzine ispuštanja gasova.[4]

Avioni

[uredi | uredi izvor]

Električna ožičenja izolirana kaptonom široko se koriste u civilnim i vojnim avionima, jer su lakša od ostalih izolatora i imaju dobre izolacijske i temperaturne karakteristike. Međutim, Kaptonova izolacija loše stari: studija FAA pokazuje degradaciju u vrućem, vlažnom okruženju [5] ili u prisustvu morske vode. Utvrđeno je da ima vrlo lošu otpornost na mehaničko habanje, uglavnom na habanje unutar kablovskih snopova uslijed kretanja aviona. Mnogi modeli aviona morali su biti podvrgnuti opsežnim modifikacijama ožičenja - ponekad u potpunosti zamijenivši sve ožičenje izolirano kaptonom - zbog kratkih spojeva uzrokovanih neispravnom izolacijom. Propadanje i istrošivanje kaptonske žice uslijed vibracija i vrućine upleteno je u višestruke padove aviona sa fiksnim i rotacijskim krilima, uz gubitak života.[6]

Svemirske letjelice

[uredi | uredi izvor]
Aluminizirani Kapton termo pokrivač korišten je za eksperiment ultra teških kosmičkih zraka

Stupanj spuštanja lunarnog modula Apollo i dno stupnja uspona koji okružuje motor za uspon bili su prekriveni pokrivačima od aluminizirane kaptonske folije kako bi se osigurala toplotna izolacija. Tokom povratka s Mjeseca, astronaut Apola 11 Neil Armstrong komentirao je da je tokom lansiranja etape uspona Mjesečevog modula mogao vidjeti "Kapton i druge dijelove na LM-u kako se raspršuju po cijelom području na velike udaljenosti." [7]

JWST suncobran, napravljen od Kaptona

Prema NASA- inom internom izvještaju, "žice svemirskog broda presvučene su izolatorom poznatim kao Kapton koji se s vremenom imao tendenciju kvara, uzrokujući kratke spojeve i potencijalno požar".[8] NASA-in laboratorija za mlazni pogon smatrala je Kapton dobrom plastičnom potporom za solarna jedra zbog njegovog dugog trajanja u svemirskom okruženju.[9]

Štitnik za zaštitu svemirskog teleskopa James Webb također je napravljen od aluminiziranog kaptona.[10]

Zbog velikog raspona temperaturne stabilnosti i sposobnosti električne izolacije, Kapton traka se obično koristi u elektroničkoj proizvodnji kao izolacijski i zaštitni sloj na elektrostatički osjetljive i krhke komponente. Kako može održavati temperaturu potrebnu za postupak ponovnog lemljenja, njegova zaštita dostupna je tijekom cijelog proizvodnog procesa, a Kapton je često još uvijek prisutan u finalnom potrošačkom proizvodu.

3D štampanje

[uredi | uredi izvor]

Kapton i ABS se vrlo dobro prianjaju, što je dovelo do široke upotrebe Kaptona kao površine za izradu 3D štampača. Kapton se polaže na ravnu površinu, a ABS se istiskuje na površinu Kaptona. Štampani ABS dio neće se odvojiti od platforme za izradu jer se hladi i skuplja, što je čest uzrok neuspjeha ispisa iskrivljenjem dijela.[11] Trajnija alternativa je upotreba polieterimidne površine.[12]

Istraživači su osmislili metodu za 3D štampu poliimidnih materijala, uključujući Kapton.[13] Prekursori Kaptona pomiješani su u ultraljubičasto tretirani gel za ekstruzijsku štampu, a rezultat se peče u pećnici na 400 °C. da bi se dobio konačni rezultat.[14]

Zaštitni znak

[uredi | uredi izvor]

Kapton je registrirani zaštitni znak kompanije EI du Pont de Nemours and Company.[15]

Reference

[uredi | uredi izvor]

 

  1. ^ "DuPont Circuit & Packaging Materials Awarded U.S. Patents for Matte Black Film and Coverlay". 15. 11. 2013. Arhivirano s originala, 23. 9. 2017. Pristupljeno 28. 5. 2015. DuPont invented Kapton® polyimide film over 45 years ago
  2. ^ Navick, X.-F.; Carty, M.; Chapellier, M.; Chardin, G.; Goldbach, C.; Granelli, R.; Hervé, S.; Karolak, M.; Nollez, G. (2004). "Fabrication of ultra-low radioactivity detector holders for Edelweiss-II". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520 (1–3): 189–192. Bibcode:2004NIMPA.520..189N. doi:10.1016/j.nima.2003.11.290.
  3. ^ Jason Lawrence, A. B. Patel and J. G. Brisson (2000). "The thermal conductivity of Kapton HN between 0.5 and 5 K". Cryogenics. 40 (3): 203–207. Bibcode:2000Cryo...40..203L. doi:10.1016/S0011-2275(00)00028-X.
  4. ^ Peter Kittel (30. 9. 1998). Advances in Cryogenic Engineering. Birkhäuser. str. 1366–. ISBN 978-0-306-45807-1. Pristupljeno 29. 4. 2012.
  5. ^ FAA insulation ageing test results. DOT/FAA Tech Report AR-08/2, January 2008. Retrieved on 23 August 2013
  6. ^ Fatal helicopter crash caused by Kapton wiring www.military.com Retrieved 17 February 2015.
  7. ^ Apollo 11 Flight Journal – Day 6 part 4: Trans-Earth Injection. History.nasa.gov (15 March 2011). Retrieved on 2012-04-28.
  8. ^ High Tech in the 1970s, Shuttles Feel Their Age. New York Times (25 July 2005)
  9. ^ Jerome L. Wright (1. 1. 1992). Space Sailing. Taylor & Francis US. str. 100–. ISBN 978-2-88124-842-9. Pristupljeno 28. 4. 2012.
  10. ^ "Sunshield Membrane Coatings" page at the JWST website. Ngst.gsfc.nasa.gov. Retrieved on 23 May 2017.
  11. ^ "Bed Surfaces: Applying Kapton Tape". MatterHackers (jezik: engleski).
  12. ^ "Kapton or PEI? What's Better for Desktop 3D Printing?". Fabbaloo.
  13. ^ Hegde, Maruti; Meenakshisundaram, Viswanath; Chartrain, Nicholas; Sekhar, Susheel; Tafti, Danesh; Williams, Christopher B.; Long, Timothy E. (19. 6. 2017). "3D Printing All‐Aromatic Polyimides using Mask‐Projection Stereolithography: Processing the Nonprocessable". Advanced Materials. 29 (31). 1701240. doi:10.1002/adma.201701240. PMID 28626968. Sažetak – 3D Printing Industry (29. 8. 2017).
  14. ^ Herzberger, Jana; Meenakshisundaram, Viswanath; Williams, Christopher B.; Long, Timothy E. (4. 4. 2018). "3D Printing All-Aromatic Polyimides Using Stereolithographic 3D Printing of Polyamic Acid Salts". ACS Macro Letters. 7 (4): 493–497. doi:10.1021/acsmacrolett.8b00126.
  15. ^ "Kapton Trademark". United States Patent and Trademark Office. USPTO. Arhivirano s originala, 15. 4. 2022. Pristupljeno 3. 3. 2017.