كابتون

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة
بنية بولي أوكسيدي فينيلين-بيروميليتيميد
وسادات عازلة من Kapton لتركيب الأجزاء الإلكترونية على المشتت الحراري

كابتون هو فيلم بولي إيميد يستخدم في الدوائر المطبوعة المرنة ( الإلكترونيات المرنة ) والبطانيات الفضائية ، والتي تستخدم في المركبات الفضائية والأقمار الصناعية وأدوات الفضاء المختلفة. تم اختراع كابتون بواسطة شركة دوبونت في الستينيات، ويظل مستقرًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، من 4 إلى 673 كلفن (−269 إلى +400 درجة مئوية). يستخدم كابتون في تصنيع الإلكترونيات وتطبيقات الفضاء ومعدات الأشعة السينية وتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تؤدي خصائصه الحرارية المواتية وخصائص إطلاق الغازات إلى استخدامه المنتظم في التطبيقات المبردة وفي المواقف التي يتم فيها تجربة بيئات الفراغ العالي.

تاريخ

تم اختراع مادة كابتون بواسطة شركة دوبونت في ستينيات القرن العشرين. ولا تزال شركة دوبونت تصنع مادة كابتون حتى يومنا هذا. [1] [2]

الاسم Kapton هو علامة تجارية مسجلة لشركة EI du Pont de Nemours and Company. [3]

الكيمياء والمتغيرات

يعتبر تخليق الكابتون مثالاً على استخدام ثنائي الهيدريد في البلمرة المتدرجة . البوليمر الوسيط، المعروف باسم حمض البولي (أميك) ، قابل للذوبان بسبب الروابط الهيدروجينية القوية مع المذيبات القطبية المستخدمة عادةً في التفاعل. يتم إغلاق الحلقة عند درجات حرارة عالية تتراوح بين 470-570 كلفن (200-300 درجة مئوية).

الاسم الكيميائي لـ Kapton K و HN هو poly (4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimide) . يتم إنتاجه من تكثيف ثنائي هيدرايد البايروميليتي (PMDA) و 4,4'-oxydiphenylamine (ODA).

Kapton E عبارة عن مزيج من اثنين من ثنائيات الأنهيدريد، PMDA وثنائيات الأنهيدريد ثنائيات حمض ثنائي فينيل رباعي الكربوكسيليك (BPDA)، وثنائيات الأمين، ODA و p-فينيلين ديامين (PPD). يضيف مكون BPDA استقرارًا وأبعادًا أكبر في تطبيقات الدوائر المرنة. يوفر Kapton E معاملًا منخفضًا للتمدد الحراري (CTE)، وامتصاصًا منخفضًا للرطوبة، ومعاملًا منخفضًا للتمدد الاسترطابي (CHE) مقارنةً بـ Kapton H. [4]

صفات

في عزلة، يظل الكابتون مستقرًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، من 4 إلى 673 كلفن (−269 إلى +400 درجة مئوية). [5] [6]

الموصلية الحرارية للكابتون عند درجات حرارة تتراوح من 0.5 إلى 5 كلفن عالية إلى حد ما لمثل هذه درجات الحرارة المنخفضة، κ = 4.638×10 −3 T 0.5678 W·m −1 ·K −1 . [7]

يتقادم عزل كابتون بشكل سيئ: تظهر دراسة أجرتها إدارة الطيران الفيدرالية تدهوره في البيئات الحارة والرطبة [8] أو في وجود مياه البحر. وقد وجد أن مقاومته للتآكل الميكانيكي ضعيفة للغاية، وخاصة التآكل داخل حزم الكابلات بسبب حركة الطائرات. كان على العديد من نماذج الطائرات الخضوع لتعديلات إعادة توصيل الأسلاك على نطاق واسع - في بعض الأحيان استبدال جميع الأسلاك المعزولة بكابتون بالكامل - بسبب الدوائر القصيرة الناتجة عن العزل المعيب. كان تدهور سلك كابتون والاحتكاك بسبب الاهتزاز والحرارة متورطًا في حوادث متعددة لكل من الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والطائرات ذات الأجنحة الدوارة، مع خسائر في الأرواح. [9] ذكرت صحيفة نيويورك تايمز ، نقلاً عن وثيقة من مكتب المفتش العام لوكالة ناسا ، في عام 2005 أن الكابلات المعزولة بكابتون على مكوك الفضاء "تميل إلى الانهيار بمرور الوقت، مما يتسبب في حدوث دوائر قصيرة، وربما حرائق". شهدت مهمة STS-93 ماسًا كهربائيًا على عزل كابتون أدى إلى تعطيل اثنين من وحدات التحكم في المحرك وكاد يتسبب في كارثة. [10]

الاستخدام

أشرطة كابتون، ثلاث لفات بأحجام مختلفة

تصنيع الالكترونيات

شريط كابتون (أصفر) يستخدم لعزل أسلاك خلية البطارية في سماعة الرأس البلوتوث

نظرًا لنطاق ثبات درجة الحرارة الواسع وقدرته على العزل الكهربائي، يُستخدم شريط Kapton عادةً في تصنيع الإلكترونيات كطبقة عازلة وحماية للمكونات الحساسة للكهرباء الساكنة والهشة. ونظرًا لقدرته على تحمل درجة الحرارة اللازمة لعملية اللحام بالصهر، فإن حمايته متاحة طوال عملية الإنتاج بأكملها، وغالبًا ما يظل Kapton موجودًا في المنتج النهائي للمستهلك.

المركبة الفضائية

تم استخدام غطاء كابتون الحراري المغطى بالألمنيوم في تجربة الأشعة الكونية الثقيلة للغاية

كانت مرحلة الهبوط في وحدة أبولو القمرية ، والجزء السفلي من مرحلة الصعود المحيطة بمحرك الصعود، مغطاة ببطانيات من رقائق كابتون المطلية بالألمنيوم لتوفير العزل الحراري . أثناء رحلة العودة من القمر، علق رائد الفضاء أبولو 11 نيل أرمسترونج أنه أثناء إطلاق مرحلة الصعود إيجل في وحدة القمر ، كان بإمكانه رؤية "كابتون وأجزاء أخرى من منصة الوحدة القمرية متناثرة في جميع أنحاء المنطقة لمسافات كبيرة". [11]

وحدة اختبار واقي الشمس الخاص بتلسكوب جيمس ويب الفضائي ، مصنوع من الكابتون المغطى بالألمنيوم

اعتبر مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا أن الكابتون هو دعامة بلاستيكية جيدة للأشرعة الشمسية بسبب متانته في بيئة الفضاء. [12]

استخدمت مركبة الفضاء نيو هورايزونز التابعة لوكالة ناسا مادة كابتون في تصميم عزل مبتكر على شكل " زجاجة حرارية " للحفاظ على تشغيل المركبة بين 283 و303 كلفن (10 و30 درجة مئوية) طوال رحلتها التي استمرت أكثر من تسع سنوات و5 تيرامتر (33 وحدة فلكية) للالتقاء بالكوكب القزم بلوتو في 14 يوليو 2015. [13] الجسم الرئيسي مغطى بعزل حراري خفيف الوزن متعدد الطبقات باللون الذهبي والذي يحجز الحرارة من الإلكترونيات العاملة للحفاظ على دفء المركبة الفضائية. كما ساعد الغطاء الحراري المكون من 18 طبقة من قماش شبكي من الداكرون محصور بين مادة الميلار المطلية بالألمنيوم وفيلم كابتون في حماية المركبة من النيازك الدقيقة . [14]

يتكون واقي الشمس الخاص بمرصد جيمس ويب الفضائي من خمس صفائح كابتون إي مطلية بالألمنيوم والسيليكون المشوب لعكس الحرارة بعيدًا عن جسم المركبة الفضائية. [15]

استخدم الطاقم على متن محطة الفضاء الدولية شريط كابتون لإصلاح تسرب بطيء مؤقتًا في مركبة فضائية من طراز سويوز متصلة بالجزء الروسي من المجمع المداري في أغسطس 2018. [16] تم استخدامه مرة أخرى في أكتوبر 2020 لإغلاق تسرب مؤقتًا في غرفة النقل في وحدة خدمة زفيزدا التابعة لمحطة الفضاء الدولية. [17]

الأشعة السينية

كما يستخدم الكابتون بشكل شائع كمادة للنوافذ المستخدمة مع جميع أنواع مصادر الأشعة السينية ( خطوط شعاع السنكروترون وأنابيب الأشعة السينية ) وأجهزة الكشف عن الأشعة السينية. إن استقراره الميكانيكي والحراري العالي بالإضافة إلى نفاذية الأشعة السينية العالية يجعله المادة المفضلة. كما أنه غير حساس نسبيًا لأضرار الإشعاع . [18]

الطباعة ثلاثية الأبعاد

يلتصق Kapton و ABS ببعضهما البعض بشكل جيد للغاية، مما أدى إلى الاستخدام الواسع النطاق لـ Kapton كسطح بناء للطابعات ثلاثية الأبعاد . يتم وضع Kapton على سطح مستوٍ ويتم ضغط ABS على سطح Kapton. لن ينفصل جزء ABS الذي تتم طباعته عن منصة البناء أثناء تبريده وانكماشه، وهو سبب شائع لفشل الطباعة بسبب تشوه الجزء. [19] البديل الأكثر متانة هو استخدام سطح بولي إيثيريميد . [20]

ابتكر الباحثون طريقة لطباعة مادة البولي إيميد ثلاثية الأبعاد بما في ذلك الكابتون. [21] يتم خلط مقدمة حمض البولياميك للكابتون مع رابط متقاطع أكريلاتي ومبادر ضوئي يمكن أن يشكل هلامًا عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد. يؤدي التسخين اللاحق للجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد حتى 400 درجة مئوية إلى إزالة الروابط المتقاطعة التضحية وتقليد الجزء الذي يشكل الكابتون بهندسة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. [22]

آحرون

إن الموصلية الحرارية العالية نسبيًا للكابتون في درجات الحرارة المنخفضة جدًا، بالإضافة إلى خصائصه العازلة الجيدة وتوافره على شكل صفائح رقيقة، جعلته مادة مفضلة في التبريد العميق ، لأنه يوفر عزلًا كهربائيًا عند التدرجات الحرارية المنخفضة.

يستخدم الكابتون بانتظام كعازل في البيئات ذات الفراغ العالي للغاية بسبب معدل إطلاق الغازات المنخفض . [23]

لقد تم استخدام الأسلاك الكهربائية المعزولة بالكابتون على نطاق واسع في الطائرات المدنية والعسكرية لأنها أخف وزناً من العوازل الأخرى وتتمتع بخصائص عزل ودرجة حرارة جيدة.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "الهندسة المادية المعقدة للواقي الشمسي لتلسكوب ويب التابع لوكالة ناسا". ناسا. 23 يونيو 2016. تم الاسترجاع في 11 ديسمبر 2022 .
  2. ^ "أفلام البولي إيميد DuPont™ Kapton®". www.dupont.com . تم الاسترجاع في 2023-04-03 .
  3. ^ "علامة كابتون التجارية". مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة . USPTO . تم الاسترجاع في 3 مارس 2017 .
  4. ^ دونالد جيه ماكلور (20 أبريل 2010). فيلم البولي إيميد كركيزة طلاء مفرغ (PDF) . المؤتمر الفني الثالث والخمسون لفيلم البولي إيميد في أورلاندو، فلوريدا.
  5. ^ "DuPont Circuit & Packaging Materials تنال براءة اختراع أمريكية عن فيلم أسود غير لامع وغطاء". 15 نوفمبر 2013. تم الاسترجاع في 28 مايو 2015. اخترعت شركة DuPont فيلم البولي إيميد Kapton® منذ أكثر من 45 عامًا
  6. ^ Navick, X.-F.; Carty, M.; Chapellier, M.; Chardin, G.; Goldbach, C.; Granelli, R.; Hervé, S.; Karolak, M.; Nollez, G.; Nizery, F.; Riccio, C.; Starzynski, P.; Villar, V. (2004). "تصنيع حوامل كاشف النشاط الإشعاعي المنخفض للغاية لـ Edelweiss-II". الأجهزة والطرق النووية في أبحاث الفيزياء القسم أ . 520 (1-3): 189-192. رمز Bibcode :2004NIMPA.520..189N. doi :10.1016/j.nima.2003.11.290.
  7. ^ جيسون لورانس، إيه بي باتيل وجاي جي بريسون (2000). "التوصيل الحراري لـ Kapton HN بين 0.5 و5 K". Cryogenics . 40 (3): 203–207. Bibcode :2000Cryo...40..203L. doi :10.1016/S0011-2275(00)00028-X.
  8. ^ نتائج اختبار شيخوخة العزل من قبل إدارة الطيران الفيدرالية. تقرير فني من وزارة النقل وإدارة الطيران الفيدرالية AR-08/2، يناير 2008. تم الاسترجاع في 23 أغسطس 2013
  9. ^ تحطم مروحية مميتة بسبب أسلاك كابتون www.military.com تم استرجاعه في 17 فبراير 2015.
  10. ^ التكنولوجيا العالية في سبعينيات القرن العشرين، والمكوكات الفضائية تشعر بتقدم عمرها. نيويورك تايمز (25 يوليو 2005)
  11. ^ يوميات رحلة أبولو 11 – اليوم السادس الجزء الرابع: الحقن عبر الأرض. History.nasa.gov (15 مارس 2011). تم الاسترجاع في 2012-04-28.
  12. ^ جيروم ل. رايت (1 يناير 1992). الإبحار في الفضاء. تايلور وفرانسيس الولايات المتحدة. ص 100-. ISBN 978-2-88124-842-9تم الاسترجاع بتاريخ 28 أبريل 2012 .
  13. ^ مهمة نيو هورايزونز التابعة لوكالة ناسا إلى بلوتو، تصميم المهمة أرشيف 8 يونيو 2015 على موقع واي باك مشين تم استرجاعه في 23 أبريل 2015
  14. ^ ناسا، مهمة نيو هورايزونز، التحكم الحراري
  15. ^ "طلاء غشاء واقي من الشمس". تلسكوب جيمس ويب الفضائي . مركز جودارد لرحلات الفضاء؛ ناسا . تم الاسترجاع في 27 ديسمبر 2021 .
  16. ^ "مدونة حالة محطة الفضاء الدولية" على موقع ناسا. تم الاسترجاع في 30 أغسطس 2018.
  17. ^ نيلسون، سوزي (19 أكتوبر 2020). "أعضاء طاقم محطة الفضاء عثروا للتو على تسرب هواء بعيد المنال من خلال مشاهدة أوراق الشاي تطفو في الجاذبية الصغرى". بيزنس إنسايدر .
  18. ^ Janez Megusar (1997). "إشعاع النيوترونات السريعة وجاما عند درجات حرارة منخفضة لأغشية البولي إيميد كابتون". مجلة المواد النووية . 245 (2-3): 185-190. Bibcode :1997JNuM..245..185M. doi :10.1016/S0022-3115(97)00012-3.
  19. ^ "أسطح السرير: تطبيق شريط كابتون". MatterHackers .
  20. ^ "Kapton أم PEI؟ أيهما أفضل للطباعة ثلاثية الأبعاد المكتبية؟". Fabbaloo . 17 يوليو 2017.
  21. ^ Hegde, Maruti; Meenakshisundaram, Viswanath; Chartrain, Nicholas; Sekhar, Susheel; Tafti, Danesh; Williams, Christopher B.; Long, Timothy E. (19 يونيو 2017). "طباعة البولي إيميدات العطرية بالكامل باستخدام تقنية الإسقاط الضوئي المجسم: معالجة غير القابلة للمعالجة". المواد المتقدمة . 29 (31). 1701240. Bibcode :2017AdM....2901240H. doi : 10.1002/adma.201701240 . PMID  28626968.
    • بو جاكسون (29 أغسطس 2017). "معهد فرجينيا للتكنولوجيا يطبع المواد غير القابلة للطباعة في دراسة مادة كابتون". صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد .
  22. ^ هيرزبرجر، جانا؛ ميناكشيسوندارام، فيسواناث؛ ويليامز، كريستوفر ب؛ لونج، تيموثي إي. (4 أبريل 2018). "طباعة البولي إيميدات العطرية بالكامل باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لأملاح حمض البولياميك باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المجسمة". ACS Macro Letters . 7 (4): 493-497. doi :10.1021/acsmacrolett.8b00126. PMID  35619348.
  23. ^ بيتر كيتل (30 سبتمبر 1998). التطورات في الهندسة المبردة. بيركهاوزر. ص 1366–. ISBN 978-0-306-45807-1تم الاسترجاع بتاريخ 29 أبريل 2012 .
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعددة متعلقة بـشريط كابتون .
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=كابتون&oldid=1231437909"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate