카프톤

Kapton
캡틴과 혼동하지 마세요.
폴리옥시디페닐렌피로밀리미드의 구조
히트 싱크에 전자 부품을 장착하기 위한 카프톤 절연 패드

캅톤은 플렉시블 프린트 회로(플렉시블 일렉트로닉스)와 우주 담요에 사용되는 폴리이미드 필름으로 우주선, 위성 및 다양한 우주 기구에서 사용됩니다.1960년대에 DuPont Corporation에 의해 발명된 Kapton은 4~673 K(-269~+400 °C)의 광범위한 온도에서 안정적으로 유지됩니다.

역사

카프톤은 1960년대에 [citation needed]듀퐁 사에 의해 발명되었다.

Kapton이라는 이름은 E. I. du Pont de Nemours and [1]Company의 등록 상표입니다.

화학 및 변종

카프톤 합성은 단계 중합에서 이무수물을 사용하는 한 예이다.폴리(아민산)로 알려진 중간 폴리머는 반응에 사용되는 극성 용매에 강한 수소 결합 때문에 용해됩니다.링 폐쇄는 470~570K(200~300°C)의 고온에서 수행됩니다.

Kapton K와 HN의 화학명은 폴리(4,4'-옥시디페닐렌-피로멜리미드)이다.피로멜라이트 이무수물(PMDA)과 4,4'-옥시디페닐아민(ODA)의 응축으로부터 생성된다.

Kapton E는 PMDA와 비페닐테트라카르본산 이무수물(BPDA)과 ODA와 p-페닐렌디아민(PPD) 두 개의 디아민 혼합물이다.BPDA 컴포넌트는 유연한 회로 어플리케이션에서 치수 안정성과 평탄도를 높입니다.Kapton E는 Kapton [2]H에 비해 열팽창계수(CTE) 감소, 수분흡수 감소, 흡습팽창계수(CHE) 감소 등을 제공합니다.

특성.

카프톤은 4~673K(-269~+400°[3][4]C)의 광범위한 온도에서 (격리적으로) 안정 상태를 유지한다.

0.5 ~ 5 Kelvin의 온도에서 Kapton의 열전도율은 θ = 4.638×10−30.5678 T W·m−1·K의−1 [5]저온에서 다소 높다.

카프톤 단열재는 노후화가 잘 되지 않습니다.FAA 연구에 따르면 덥고 습한[6] 환경이나 바닷물이 있으면 열화가 나타납니다.주로 항공기 이동으로 인한 케이블 하니스 내마모성 등 기계적 마모에 대한 내성이 매우 낮은 것으로 밝혀졌다.많은 항공기 모델은 절연 결함으로 인한 단락으로 인해 광범위한 재배선 변경(때로는 모든 Kapton 절연 배선을 완전히 대체)을 거쳐야 했다.진동과 열로 인한 카프톤 와이어 열화 및 마찰은 고정 날개 및 회전 날개 항공기의 다중 추락과 관련이 있으며,[7] 이로 인해 인명 손실이 발생했다.

NASA의 내부 보고서에 따르면, 우주왕복선은 "시간이 지남에 따라 단락과 잠재적으로 [8]화재를 일으키며 고장나는 경향이 있는 카프톤으로 알려진 절연체로 코팅되어 있었다."

사용.

카프톤 테이프, 다른 폭의 3롤

전자제품 제조

블루투스 헤드셋의 배터리 셀 리드를 절연하는 데 사용되는 Kapton 테이프(노란색)

Kapton 테이프는 광범위한 온도 안정성과 전기적 절연 능력으로 인해 정전기에 민감하고 취약한 부품의 절연 및 보호 층으로 전자 제조에 사용됩니다.리플로우 납땜 작업에 필요한 온도를 유지할 수 있기 때문에 전체 생산 공정에서 보호를 받을 수 있으며 최종 소비자 제품에는 여전히 Kapton이 존재하는 경우가 많습니다.

우주선

알루미늄 도금 카프톤 열커버는 초중량 우주선 실험에 사용되었습니다.

아폴로 달 모듈의 하강 단계와 상승 엔진을 둘러싼 상승 단계의 바닥은 단열재를 제공하기 위해 알루미늄 도금된 카프톤 포일로 덮여 있었다.달에서 귀환하는 동안, 아폴로 11호 우주 비행사 닐 암스트롱은 달 착륙선 발사 단계에서, "카프톤과 LM의 다른 부분들이 먼 [9]거리까지 그 지역에 흩어져 있는 것을 볼 수 있었다"고 말했다.

알루미늄 도금 카프톤으로 만든 제임스 웹 우주 망원경 선실드의 테스트 유닛

NASA 제트 추진 연구소는 우주 [10]환경에서의 내구성 때문에 카프톤을 태양 돛을 지탱하는 좋은 플라스틱 지지대라고 생각해 왔다.

NASA의 뉴 호라이즌스 우주선은 2015년 [11]7월 14일 왜성 명왕성과 만나는 9년 이상의 여행 기간 동안 283에서 303 K (10에서 30 °C) 사이에서 우주선이 작동하도록 하기 위해 혁신적인 "Thermos bottle" 단열 설계에 Kapton을 사용했다.본체는 경량, 금색, 다층 단열재로 덮여 있어 작동 중인 전자 기기의 열을 유지하여 우주선을 따뜻하게 유지합니다.알루미늄 도금 마일러와 카프톤 필름 사이에 끼인 데이크론 망사 천 18개의 층을 열 담요로 덮은 것도 미세 [12]운석으로부터 우주선을 보호하는 데 도움이 되었다.

제임스 웹 우주 망원경의 선실드는 5장의 카프톤 E 시트로 만들어졌으며, 우주선 [13]본체에서 열을 반사시키기 위해 알루미늄과 도핑된 실리콘으로 코팅되어 있다.

국제우주정거장에 탑승한 승무원들은 2018년 [14]8월 러시아 궤도단지에 부착된 소유즈 우주선의 느린 누출을 임시로 수리하기 위해 카프톤 테이프를 사용했다.2020년 [15]10월 ISS의 즈베즈다 서비스 모듈의 이송 챔버에서 누출이 발생한 것을 임시로 봉인하기 위해 다시 사용되었습니다.

엑스레이

또한 카프톤은 모든 종류의 X선 소스(싱크로트론 빔 라인과 X선 튜브)와 X선 검출기에 사용되는 윈도우의 재료로 흔히 사용된다.기계적, 열적 안정성과 X선 투과율이 높아 선호 소재입니다.방사선 [16]피해에도 비교적 둔감하다.

3D 프린팅

Kapton과 ABS는 서로 매우 잘 밀착되어 Kapton을 3D 프린터의 빌드 표면으로 널리 사용하게 되었습니다.Kapton은 평평한 표면에 눕혀지고 ABS는 Kapton 표면에 돌출됩니다.인쇄 중인 ABS 부품은 냉각 및 수축 시 빌드 플랫폼에서 분리되지 않으며,[17] 부품의 뒤틀림으로 인한 인쇄 실패의 일반적인 원인입니다.보다 내구성이 높은 대안은 폴리에테르이미드 [18]표면을 사용하는 것입니다.

연구진은 캅톤을 [19]포함한 폴리이미드 재료를 3D 프린팅하는 방법을 고안했다.Kapton의 폴리아미산 전구체는 3D 프린팅 중 자외선에 노출되면 겔을 형성할 수 있는 아크릴레이트 크로스 링커 및 광 개시제와 혼합됩니다.이후 3D 프린팅 부품을 최대 400°C까지 가열하면 희생 가교 링크가 제거되고 3D 프린팅 지오메트리로 [20]Kapton을 형성하는 부품이 이미징됩니다.

다른이들

Kapton은 매우 낮은 온도에서 비교적 높은 열전도율과 우수한 유전 품질 및 얇은 시트로 사용할 수 있어 저열 구배에서 전기 절연 기능을 제공하기 때문에 극저온학에서 가장 인기 있는 재료가 되었습니다.

Kapton은 낮은 배기율로 [21]인해 초고진공 환경에서 절연체로 정기적으로 사용됩니다.

카프톤 절연 전기 배선은 다른 절연체보다 가볍고 절연 및 온도 특성이 우수하기 때문에 민간 및 군용 항공기에 널리 사용되어 왔다.

레퍼런스

  1. ^ "Kapton Trademark". United States Patent and Trademark Office. USPTO. Retrieved 3 March 2017.
  2. ^ Donald J. McClure (April 20, 2010). Polyimide Film as a Vacuum Coating Substrate (PDF). 53rd SVC Technical Conference in Orlando, FL.
  3. ^ "DuPont Circuit & Packaging Materials Awarded U.S. Patents for Matte Black Film and Coverlay". 15 November 2013. Retrieved 28 May 2015. DuPont invented Kapton® polyimide film over 45 years ago
  4. ^ 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). "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.
  5. ^ 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.
  6. ^ FAA 절연 에이징 테스트 결과.DOT/FAA 기술 보고서 AR-08/2, 2008년 1월2013년 8월 23일 취득
  7. ^ 2015년 2월 17일 회수된 Kapton 회선에 의한 치명적인 헬리콥터 추락.
  8. ^ 1970년대의 하이테크, 셔틀은 나이를 느끼고 있습니다.뉴욕타임스 (2005년 7월 25일)
  9. ^ 아폴로 11 비행 저널 – 6일째 파트 4: 지구 횡단 주입.History.nasa.gov (2011년 3월 15일)2012-04-28에 취득.
  10. ^ Jerome L. Wright (1 January 1992). Space Sailing. Taylor & Francis US. pp. 100–. ISBN 978-2-88124-842-9. Retrieved 28 April 2012.
  11. ^ NASA 뉴호라이즌 플루토 미션, 미션 디자인 2015년 6월 8일 웨이백 머신에서 2015년 4월 23일 회수
  12. ^ NASA, 뉴호라이즌스 미션, 열제어
  13. ^ "Sunshield Membrane Coatings". James Webb Space Telescope. Goddard Space Flight Center; NASA. Retrieved 27 December 2021.
  14. ^ NASA 웹사이트에 있는 "ISS Status 블로그"2018년 8월 30일 취득.
  15. ^ Neilson, Susie (19 October 2020). "Space-station crew members just found an elusive air leak by watching tea leaves float in microgravity". Business Insider.
  16. ^ Janez Megusar (1997). "Low temperature fast-neutron and gamma irradiation of Kapton polyimide films". Journal of Nuclear Materials. 245 (2–3): 185–190. Bibcode:1997JNuM..245..185M. doi:10.1016/S0022-3115(97)00012-3.
  17. ^ "Bed Surfaces: Applying Kapton Tape". MatterHackers.
  18. ^ "Kapton or PEI? What's Better for Desktop 3D Printing?". Fabbaloo. 17 July 2017.
  19. ^ Hegde, Maruti; Meenakshisundaram, Viswanath; Chartrain, Nicholas; Sekhar, Susheel; Tafti, Danesh; Williams, Christopher B.; Long, Timothy E. (19 June 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.
  20. ^ Herzberger, Jana; Meenakshisundaram, Viswanath; Williams, Christopher B.; Long, Timothy E. (4 April 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. PMID 35619348.
  21. ^ Peter Kittel (30 September 1998). Advances in Cryogenic Engineering. Birkhäuser. pp. 1366–. ISBN 978-0-306-45807-1. Retrieved 29 April 2012.

외부 링크

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