Struktura poli(4,4'-oksydifenylen-piromellitimidyny)

Kapton - folia poliimidowa o wyjątkowych właściwościach elektrycznych, mechanicznych, fizycznych i chemicznych. Opracowana w 1965 przez firmę DuPont. Chemiczna nazwa kaptonu to poli(4,4'-oksydifenylen-piromellitimidyna). Jest produktem kondensacji bezwodnika piromelitowego (PMDA) i 4,4′-oksydianiliny (ODA)[1]. Synteza kaptonu jest przykładem zastosowania dibezwodnika w polimeryzacji stopniowej (polikondensacji). Pośredni polimer - kwas poliaminowy, poly(amic acid) - jest rozpuszczalny w zwyczajowo stosowanym w reakcji rozpuszczalniku polarnym na skutek obecności silnych wiązań wodorowych. W wysokiej temperaturze 470–570 K (200–300 °C) dokonuje się następnie zamknięcie pierścienia[2].

Właściwości

Jest izolatorem zachowującym swoje właściwości w szerokim zakresie temperatur od 4 do 673 K (−269 do +400 °C)[3]. Dielektryk o znacznym przewodnictwie cieplnym w niskich temperaturach κ = 4.638×10−3 T0.5678 W·m−1·K−1[4]. W warunkach wysokiej próżni wykazuje niski współczynnik odgazowania[5]. Wartość modułu Younga przekracza 2 MPa[6].

Zastosowanie

Lotnictwo

Był szeroko stosowanym izolatorem w okablowaniu samolotów cywilnych i wojskowych. Raport FAA wykazał, że kapton ulegał szybkiej degradacji wskutek oddziaływania słonej wody i zużycia mechanicznego[7].

Kosmonautyka

Został użyty w budowie modułu księżycowego (Lunar Module, LM) programu Apollo[8] (kawałki izolacji oderwały się w trakcie startu z Księżyca[9]) i sondy New Horizons[10]. Wykorzystano go również do stworzenia osłony słonecznej dla teleskopu Jamesa Webba[11]. Rozważa się zastosowanie kaptonu do budowy żagli słonecznych[12][13].

Elektronika

Bateria litowo-jonowa owinięta taśmą kaptonową

Używany w produkcji do zabezpieczenia termicznego i elektrostatycznego komponentów. Kaptonu używa się również w produkcji elastycznej elektroniki (flexible electronics) metodą nadrukowania[14], np. anten[15].

Promieniowanie rentgenowskie

Jest wykorzystywany do budowy okienek używanych we wszystkich źródłach i detektorach promieni rentgenowskich (lampy rentgenowskie, synchrotrony). Jest wytrzymały mechanicznie i termicznie, wysoko przezroczysty dla promieniowania oraz nie ulega uszkodzeniom radiacyjnym[16].

Fizyka eksperymentalna

Znalazł zastosowanie jako izolator w budowie detektorów gazowych typu GEM (gas electron multiplier)[17]

Druk 3D

Ze względu na dobrą adhezję ABS do kaptonu jest on wykorzystywany (w postaci taśmy) jako podkład do druku w drukarkach 3D[18][19]. W 2017 naukowcy z Uniwersytetu Wirginii opracowali stereolitograficzną metodę druku z użyciem kaptonu jako materiału[20][21]. Prekursor kaptonu zmieszany z polimerem akrylanowym i fotoinicjatorem tworzy żel, który utwardza się światłem UV w trakcie druku. Ogrzewając następnie wydruk do temperatury 400 °C, usuwa się polimer, pozostawiając kapton[6].


Przypisy

  1. ↑ 4,4'-Oksydianilina, Sigma-Aldrich® [online], VWR [dostęp 2022-01-13] (pol.).
  2. ↑ Kapton [online], ChemTube3D [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  3. ↑ Lynsey Baxter i inni, Thermoplastic micro- and nanocomposites for neutron shielding, Elsevier, 2020, s. 53–82, DOI: 10.1016/B978-0-12-819459-1.00003-9 [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  4. ↑ Jason Lawrence, A. B Patel, J. G Brisson, The thermal conductivity of Kapton HN between 0.5 and 5 K, „Cryogenics”, 40 (3), 2000, s. 203–207, DOI: 10.1016/S0011-2275(00)00028-X, ISSN 0011-2275 [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  5. ↑ Peter Kittel, Advances in Cryogenic Engineering, Springer Science & Business Media, 30 września 1998, ISBN 978-0-306-45807-1 [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  6. 1 2 Naukowcy opracowali metodę druku 3D z kaptonu [online], Centrum Druku 3D | usługi druku 3D, drukarki 3D, wiedza i informacja, 22 czerwca 2017 [dostęp 2022-01-13] (pol.).
  7. ↑ Aircraft Wiring Degradation Study [online], styczeń 2008.
  8. ↑ Lunar Module Coatings Page - by Paul Fjeld [online], pfinspace.com [dostęp 2022-01-13].
  9. ↑ Apollo 11 Flight Journal - Day 6, part 4: Trans-Earth Injection [online], history.nasa.gov [dostęp 2022-01-13].
  10. ↑ NASA's New Horizons [online], pluto.jhuapl.edu [dostęp 2022-01-13].
  11. ↑ Sunshield Coatings Webb/NASA [online], ngst.gsfc.nasa.gov [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  12. ↑ Ikkoh Funaki, Overview of Sail Propulsion for Space Flight [online].
  13. ↑ Solar Sail Technology Development [online], web.archive.org, 11 marca 2005 [dostęp 2022-01-13] [zarchiwizowane z adresu 2005-03-11].
  14. ↑ Yunnan Fang, Manos M. Tentzeris, Surface Modification of Polyimide Films for Inkjet-Printing of Flexible Electronic Devices, IntechOpen, 25 lipca 2018, ISBN 978-1-78923-457-2 [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  15. ↑ Sana Ahmed i inni, A Compact Kapton-Based Inkjet-Printed Multiband Antenna for Flexible Wireless Devices, „IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters”, 14, 2015, s. 1802–1805, DOI: 10.1109/LAWP.2015.2424681, ISSN 1548-5757 [dostęp 2022-01-13].
  16. ↑ Janez Megusar, Low temperature fast-neutron and gamma irradiation of Kapton® polyimide films, „Journal of Nuclear Materials”, 245 (2), 1997, s. 185–190, DOI: 10.1016/S0022-3115(97)00012-3, ISSN 0022-3115 [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  17. ↑ Gas electron multiplier | Knowledge Transfer [online], kt.cern [dostęp 2022-01-13].
  18. ↑ Mariusz Walasek, Adhezja w druku 3D: Wszystko, co musisz wiedzieć – 3D.edu.pl [online] [dostęp 2022-01-13] (pol.).
  19. ↑ MatterHackers, Bed Surfaces: Applying Kapton Tape [online], MatterHackers [dostęp 2022-01-13] (ang.).
  20. ↑ Jana Herzberger i inni, 3D Printing All-Aromatic Polyimides Using Stereolithographic 3D Printing of Polyamic Acid Salts, „ACS Macro Letters”, 7 (4), 2018, s. 493–497, DOI: 10.1021/acsmacrolett.8b00126 [dostęp 2022-01-13].
  21. ↑ Maruti Hegde i inni, 3D Printing All-Aromatic Polyimides using Mask-Projection Stereolithography: Processing the Nonprocessable, „Advanced Materials”, 29 (31), 2017, s. 1701240, DOI: 10.1002/adma.201701240, ISSN 1521-4095 [dostęp 2022-01-13] (ang.).

Bibliografia

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.