Кіріспе

Төмен және жоғары температурада қолданылатын пластикалық пленка материалы. Каптон – икемді баспа тізбектерінде (икемді электроникада) және ғарыш кемелерінде, спутниктерде, әртүрлі ғарыш құралдарында қолданылатын ғарыш жамылғыларында пайдаланылатын полиимид пленкасы. 1960 жылдары DuPont компаниясы тапқан Каптон, температураның кең диапазонында тұрақты қасиетте сақталады. Каптон электроника өндірісінде, ғарыш саласында, рентген жабдықтарында және 3D басып шығаруда қолданылады. Оның жақсы жылулық қасиеттері мен газ шығару сипаттамалары криогендік қолданыстарда және жоғары вакуум ортасында жиі қолданылуына себеп болады.

Тарих

Каптон 1960 жылдары DuPont компаниясымен ойлап табылды. Каптон бүгінгі күнге дейін DuPont компаниясымен өндіріледі. "Каптон" атауы E. I. du Pont de Nemours and Company компаниясының тіркелген тауар таңбасы болып табылады.

Химия және нұсқалары

Каптон синтезі – сатылы полимерленуде диангидридті қолданудың мысалы. Поли(амид қышқылы) деп аталатын аралық полимер, реакцияда әдетте қолданылатын полярлы еріткіштерге күшті сутекті байланыстар арқасында ерігіш болады. Сақина жабылуы жоғары температурада жүзеге асырылады. Каптон K және HN-нің химиялық атауы – поли(4,4' оксидифенилен пиромеллитимид). Ол пиромеллит диангидридін (PMDA) және 4,4'-оксидифениламинмен (ODA) конденсациялау арқылы өндіріледі. Kapton E – екі диангидрид, PMDA және бифенилтетракарбон қышқылы диангидриді (BPDA), және екі диамин, ODA және п-фенилендиамин (PPD) қоспасы. BPDA компоненті икемді тізбектерде өлшемдік тұрақтылықты және тегістікті арттырады. Kapton E, Kapton H-қа қарағанда төмен жылулық кеңею коэффициентіне (CTE), төмен ылғал сіңіруге және төмен гигроскопиялық кеңею коэффициентіне (CHE) ие.

Сипаттамалары

Каптон өздігінен кең температура диапазонында тұрақты болып қалады, мысалы,

Каптонның 0,5-тен 5 Кельвинге дейінгі температурадағы жылу өткізгіштігі осындай төмен температура үшін өте жоғары, κ = 4.638×10−3 T0.5678 Вт·м−1·К−1. Каптон оқшаулағышы нашар қартайып, тозады: FAA жүргізген зерттеу ыстық, ылғалды ортада немесе теңіз суының әсерінен зақымданатынын көрсетті. Оның механикалық тозуға төзімділігі өте нашар, негізінен ұшақтардың қозғалысынан туындаған кабельдердегі сызаттар. Көптеген ұшақ үлгілері кең ауқымды қайта жабдықтау жұмыстарынан өтті – кейде Каптон оқшаулағышы бар барлық сымдарды толығымен ауыстыруға дейін, себебі оқшаулаудың нашарлығынан қысқа тұйықталулар пайда болды. Каптон сымдарының діріл мен ыстықтан тозуы және сызаттары бірнеше рет ұшақтардың (қанатты және вертолеттердің) апаттарына себеп болды, нәтижесінде адамдар қаза болды. NASA-ның ішкі есебінде былай делінген: "Ғарыш шаттлының сымдары Каптон деп аталатын оқшаулағышпен қапталған, ол уақыт өте келе бұзылып, қысқа тұйықталулар мен тіпті өрттерге әкелуі мүмкін".

Электрондық бұйымдарды өндіру

Температураның кең ауқымындағы тұрақтылығы мен электр оқшаулау қабілетіне байланысты, Каптон таспасы көбінесе электроника өндірісінде электростатикалық әсерге сезімтал және сынғыш компоненттерді оқшаулау және қорғау үшін қолданылады. Ол қайта ағызу дәнекерлеу операциясы үшін қажетті температураны көтере алатындықтан, оның қорғанысы өндіріс процесінің барлық кезеңінде сақталады, ал Каптон жиі соңғы тұтынушы өнімінде де кездеседі.

Ғарыш кемесі

Аполлон Ай модулінің түсіру сатысы және көтерілу қозғалтқышын қоршап тұрған көтерілу сатысының төменгі бөлігі жылу оқшаулау үшін алюминийленген Каптон фольгасымен жабылған. Айдан оралу сапары кезінде Аполлон 11 астронавты Нил Армстронг Ай модулі "Бүркіт" сатысының ұшырылуы кезінде "Каптон мен Ай модулінің басқа бөліктерінің үлкен қашықтыққа шашырап жатқанын" көргенін айтты. NASA Jet Propulsion Laboratory Каптонды ғарыш ортасындағы беріктігіне байланысты күн желкендері үшін жақсы пластикалық тіреу ретінде қарастырды. NASA-ның "Жаңа көкжиектер" ғарыш кемесі Каптонды инновациялық "Термос бөтелкесі" жылу оқшаулау дизайнында пайдаланды, бұл кеме тоғыз жылдан астам уақыт бойы сапар шегіп, 14 шілде 2015 жылы карлик планета Плутонмен кездесуге жетті. Негізгі корпусы жеңіл, алтын түсті, көп қабатты жылу оқшаулағышпен жабылған, ол жұмыс істейтін электроникадан шығатын жылуды сақтап, ғарыш кемесін жылы ұстайды. Алюминийленген Майлар және Каптон пленкасының арасындағы 18 қабат Дакрон матасының жылу жабыны да кемені микрометеориттерден қорғауға көмектесті. Джеймс Уэбб ғарыш телескопының күн қорғанышы алюминиймен қапталған және қоспаланған кремниймен күшейтілген бес Каптон Е табағынан жасалған, ол ғарыш кемесінің корпусына жылуды шағылыстырады. Халықаралық ғарыш станциясындағы экипаж 2018 жылдың тамызында орбиталық кешеннің ресейлік сегментіне қосылған "Союз" ғарыш кемесіндегі аздаған ақауды уақытша жөндеу үшін Каптон таспасын қолданды. Ол 2020 жылдың қазан айында Халықаралық ғарыш станциясының "Звезда" сервистік модулінің ауыстыру камерасындағы тесікті уақытша жабу үшін қайта қолданылды.

Рентген сәулелері

Каптон сонымен қатар, барлық типтегі рентген сәулелерінің көздерімен (синхротрон сәулелендіру желілері және рентген түтікшелері) және рентген детекторларымен қолданылатын терезелерді жасау үшін де жиі қолданылады. Оның жоғары механикалық және жылулық тұрақтылығы, сондай-ақ рентген сәулелерін жақсы өткізу қабілеті оны ең қолайлы материал етеді. Бұған қоса, ол радиациялық зақымдануға салыстырмалы түрде төзімді.

3D-басып шығару

Каптон мен АБС өте жақсы жабысады, соның нәтижесінде Каптон 3D принтерлер үшін құрылыс беті ретінде кеңінен қолданылады. Каптон тегіс бетке жайылады, ал АБС Каптон бетіне экструзияланады. Басылып шығарылатын АБС бөлігі салқындап, қысқарғанда құрастыру платформасынан бөлінбейді, бұл бөліктің деформациялануынан туындайтын басып шығарудың сәтсіздігіне әкелетін жиі кездесетін себеп. Көбірек қызмет ететін балама – полиэтеримид бетін пайдалану. Зерттеушілер Каптонды қоса алғанда, полиимидті материалды 3D-баспаға шығару әдісін жасады. Каптонның полиамид қышқылы прекурсоры акрилатпен байланыстыратын торап және 3D-баспа кезінде ультракүлгін сәулеге ұшырағанда гельге айнала алатын фотоинициатормен араластырылады. 3D-баспадан алынған бөлшекті 400 °C-қа дейін қыздыру артық тораптарды жояды және 3D-баспа геометриясымен Каптонды қалыптастырады.

Басқалар

Каптонның өте төмен температурадағы салыстырмалы жоғары жылу өткізгіштігі, жақсы диэлектрлік қасиеттері және жұқа қабаттар түрінде қолжетімділігі оны криогеникада жиі қолданылатын материалға айналдырды, себебі ол төмен жылу градиенттерінде электр оқшаулауын қамтамасыз етеді. Каптонның аз мөлшерде газ шығару қасиетіне байланысты, ол ультра жоғары вакуум ортасында изолятор ретінде кеңінен қолданылады. Каптонмен оқшауланған электр сымдары азаматтық және әскери авиацияда кеңінен қолданылады, себебі ол басқа оқшаулағыштардан жеңіл және жақсы оқшаулау және температуралық сипаттамаларына ие.