Каптон

Структура поли-оксидифенилен-пиромеллитимид
Электроизоляционные прокладки из каптона для монтажа электронных компонентов на радиаторе

Каптон — это плёнка (материал) из полиимида, используемая в различных космических инструментах, которая разработана компанией DuPont в 1960-х годах. Хороший диэлектрик, стабилен в широком диапазоне температур от −273 до +400 °C (−459 — 752 °F / 0 — 673 K)[1]. Используется для изготовления гибких печатных плат (гибкая электроника) и внешних слоёв скафандров.

Получение

Систематическое название полимера: поли(4,4'-оксидифенилен-пиромеллитимид). Он образуется в результате реакции между пиромеллитовым диангидридом и 4,4 '-оксидифениламином.

Физические свойства

Теплопроводность каптона при сверхнизких температурах от 0,5 до 5 К достаточно высока: Вт/(м·K)[2].

Использование

Радиоэлектроника

Каптоновый скотч
Гибкая печатная плата

Широко используется в тех случаях, где нужна высокая диэлектрическая прочность в сочетании с термостойкостью и гибкостью: материал для гибких печатных плат (выдерживает температуру пайки всеми мягкими припоями), изоляция проводов, плат, нагревательных элементов, сухих трансформаторов и радиаторов.

Разработчики плёночных акустических систем используют каптон в качестве несущей основы для напыления алюминиевого токопроводящего слоя, образующего своеобразную подвижную звукоизлучающую систему. Инженеры компании Apogee применили этот материал в конструкции плоских громкоговорителей серии Duetta, Full Range и т. д.

Благодаря способности выдерживать большие температуры используется как материал каркаса звуковых катушек динамиков. Имеет малую массу и не взаимодействует с магнитными полями, в отличие от каркасов на алюминии. Не нуждается в слое изоляции, так как является диэлектриком, но имеет низкую теплоемкость и низкую способность рассеивать тепло. При перегреве начинает плавиться и деформироваться.

Криогенная техника

Хорошие теплопроводность и диэлектрические качества, а также доступность в виде тонких листов сделали каптон широко используемым материалом в криогенной технике. Он обеспечивает электрическую изоляцию при низких и высоких температурах. Используется в качестве изолятора в сверхвысоком вакууме[3].

Самолётостроение

В гражданских и военных самолётах широко используется изоляция электропроводки из каптона, потому что он легче, чем другие изоляторы, и имеет хорошие изоляционные и температурные характеристики. Однако было обнаружено, что он имеет очень слабую устойчивость к механическому износу и истиранию[4].

Космонавтика

Каптон широко использовался в программе Apollo (Apollo program). Он был использован в качестве теплоизоляции на лунном модуле. Лаборатория реактивного движения НАСА (NASA Jet Propulsion Laboratory) рассматривает каптон как хороший пластик для поддержки солнечных парусов из-за его стабильности в космической среде[5]. Каптоновая лента используется для ремонта мелких повреждений оболочки космических кораблей[6].

Теплозащитный экран телескопа Джеймс Уэбб (The James Webb Space Telescope) сделан из пяти слоёв каптона, покрытого алюминием и легированным кремнием.

Рентгеновское излучение

Каптон также широко используется в качестве материала для изготовления «окон» (вместо бериллия) в приборах с рентгеновскими источниками и рентгеновских детекторах. У него высокая механическая и термическая стабильность. А также высокий коэффициент пропускания для рентгеновских лучей и устойчивость к ним[7].

3D-печать

Основная статья: 3D-принтер

Каптон имеет высокую адгезию к ABS-пластикам, поэтому широко используется членами сообщества RepRap для покрытия поверхности подогреваемой платформы. Также из-за своей термостойкости он широко используется для термоизоляции экструдера.

Примечания

  1. ↑ Navick, X.-F.; Carty, M.; Chapellier, M.; Chardin, G.; Goldbach, C.; Granelli, R.; Hervé, S.; Karolak, M.; Nollez, G. Fabrication of ultra-low radioactivity detector holders for Edelweiss-II (англ.) // NIM A[англ.] : journal. — 2004. — Vol. 520. — P. 189—192. — doi:10.1016/j.nima.2003.11.290.
  2. ↑ Jason Lawrence, A. B. Patel and J. G. Brisson. The thermal conductivity of Kapton HN between 0.5 and 5 K (англ.) // Cryogenics : journal. — 2000. — Vol. 40, no. 3. — P. 203—207. — doi:10.1016/S0011-2275(00)00028-X.
  3. ↑ Peter Kittel. Advances in Cryogenic Engineering (неопр.). — Birkhäuser[англ.], 1998. — С. 1366—. — ISBN 978-0-306-45807-1.
  4. ↑ High Tech in the 1970s, Shuttles Feel Their Age Архивная копия от 4 августа 2011 на Wayback Machine. New York Times (2005-07-25)
  5. ↑ Jerome L. Wright. Space Sailing (неопр.). — Taylor & Francis US, 1992. — С. 100—. — ISBN 978-2-88124-842-9.
  6. ↑ Soyuz/Station atmosphere leak no threat to Crew — Investigation focusing on mystery drill hole — NASASpaceFlight.com. Дата обращения: 3 сентября 2018. Архивировано 9 ноября 2020 года.
  7. ↑ Janez Megusar. Low temperature fast-neutron and gamma irradiation of Kapton polyimide films (англ.) // Journal of Nuclear Materials[англ.] : journal. — 1997. — Vol. 245, no. 2—3. — P. 185—190. — doi:10.1016/S0022-3115(97)00012-3.