كابتون


الكابتون عبارة عن غشاء بوليميدي يُستخدم في الدوائر المطبوعة المرنة ( الإلكترونيات المرنة ) وأغطية الفضاء ، التي تُستخدم في المركبات الفضائية والأقمار الصناعية والعديد من الأجهزة الفضائية. ابتكرته شركة دوبونت في ستينيات القرن الماضي، ويتميز الكابتون بثباته ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة، من 4 إلى 673 كلفن (-269 إلى +400 درجة مئوية) . يُستخدم الكابتون في تصنيع الإلكترونيات والتطبيقات الفضائية، وفي أجهزة الأشعة السينية، وفي تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تُسهم خصائصه الحرارية الممتازة وقدرته على إطلاق الغازات في استخدامه بشكل منتظم في التطبيقات المبردة وفي بيئات الفراغ العالي.
تاريخ
ابتكرت شركة دوبونت مادة الكابتون في ستينيات القرن العشرين. واعتبارًا من نوفمبر 2025، تتولى شركة كيو إنيتي إلكترونيكس ، وهي شركة منبثقة عن دوبونت، تصنيع الكابتون. [ 1 ] [ 2 ]
اسم كابتون هو علامة تجارية مسجلة لشركة إي إل دو بونت دي نيمور وشركاه. [ 3 ]
الكيمياء ومتغيراتها
يُعدّ تخليق الكابتون مثالاً على استخدام ثنائي أنهيدريد في بلمرة الخطوات . البوليمر الوسيط، المعروف باسم حمض البولي أميك ، قابل للذوبان بفضل الروابط الهيدروجينية القوية مع المذيبات القطبية المستخدمة عادةً في التفاعل. تتم عملية إغلاق الحلقة عند درجات حرارة عالية تتراوح بين 470 و570 كلفن (200-300 درجة مئوية) .
الاسم الكيميائي لـ Kapton K و HN هو بولي (4،4'-أوكسيديفينيلين-بيروميلليميد) . يتم إنتاجه من تكثيف ثنائي أنهيدريد البيروميلليتيك (PMDA) و 4،4'-أوكسيديفينيلامين (ODA).
يتكون كابتون إي من مزيج من اثنين من ثنائي أنهيدريد، وهما PMDA وثنائي أنهيدريد حمض ثنائي فينيل رباعي الكربوكسيليك (BPDA)، واثنين من ثنائي أمين، وهما ODA وبارا-فينيلين ديامين (PPD). يُضفي مُكوّن BPDA مزيدًا من الثبات البُعدي والتسطيح في تطبيقات الدوائر المرنة. يتميز كابتون إي بانخفاض معامل التمدد الحراري (CTE)، وانخفاض امتصاص الرطوبة، وانخفاض معامل التمدد الاسترطابي (CHE) مقارنةً بكابتون إتش. [ 4 ]
صفات
يظل الكابتون مستقراً في نطاق واسع من درجات الحرارة، من 4 إلى 673 كلفن (-269 إلى +400 درجة مئوية) . [ 5 ] [ 6 ]
تُعتبر الموصلية الحرارية للكابتون عند درجات حرارة تتراوح من 0.5 إلى 5 كلفن عالية نسبيًا بالنسبة لهذه الدرجات المنخفضة، κ = 4.638×10 −3 T 0.5678 W·m −1 ·K −1 . [ 7 ]
تتدهور جودة عزل الكابتون مع مرور الوقت: فقد أظهرت دراسة أجرتها إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA) تدهوره في البيئات الحارة والرطبة [ 8 ] أو في وجود مياه البحر. ووجد أن مقاومته للتآكل الميكانيكي ضعيفة للغاية، وخاصةً الاحتكاك داخل حزم الكابلات نتيجة لحركة الطائرات. وقد اضطرت العديد من طرازات الطائرات إلى الخضوع لتعديلات واسعة النطاق في إعادة توصيل الأسلاك - وأحيانًا استبدال جميع الأسلاك المعزولة بالكابتون بالكامل - بسبب حدوث دوائر قصر ناتجة عن خلل في العزل. وقد ارتبط تدهور أسلاك الكابتون وتآكلها بسبب الاهتزاز والحرارة بالعديد من حوادث تحطم الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والدوارة، مما أسفر عن خسائر في الأرواح. [ 9 ] وذكرت صحيفة نيويورك تايمز ، نقلاً عن وثيقة صادرة عن مكتب المفتش العام التابع لوكالة ناسا ، في عام 2005 أن الكابلات المعزولة بالكابتون في مكوك الفضاء "كانت تميل إلى التلف بمرور الوقت، مما يتسبب في حدوث دوائر قصر، وربما حرائق". وشهدت مهمة STS-93 حدوث دوائر قصر كهربائية في عزل الكابتون أدت إلى تعطيل وحدتي تحكم في المحرك وكادت أن تتسبب في كارثة. [ 10 ]
الاستخدام

تصنيع الإلكترونيات

نظراً لثباته الحراري الواسع وقدرته على العزل الكهربائي، يُستخدم شريط الكابتون عادةً في صناعة الإلكترونيات كطبقة عازلة وواقية للمكونات الحساسة للكهرباء الساكنة والهشة. وبما أنه يتحمل درجة الحرارة اللازمة لعملية اللحام بالتدفق ، فإن حمايته متاحة طوال عملية الإنتاج، وغالباً ما يبقى الكابتون موجوداً في المنتج النهائي.
مركبة فضائية

تم تغطية مرحلة الهبوط من مركبة أبولو القمرية ، والجزء السفلي من مرحلة الصعود المحيطة بمحرك الصعود، بأغطية من رقائق الكابتون المطلية بالألومنيوم لتوفير العزل الحراري . وخلال رحلة العودة من القمر، علّق رائد الفضاء نيل أرمسترونغ، من مهمة أبولو 11، قائلاً إنه أثناء إطلاق مرحلة الصعود من المركبة القمرية "إيجل" ، رأى "الكابتون وأجزاء أخرى من مراحل المركبة القمرية تتناثر في جميع أنحاء المنطقة لمسافات شاسعة". [ 11 ]

اعتبر مختبر الدفع النفاث التابع لناسا مادة الكابتون دعامة بلاستيكية جيدة للأشرعة الشمسية نظراً لمتانتها في بيئة الفضاء. [ 12 ]
استخدمت مركبة الفضاء "نيو هورايزونز" التابعة لناسا مادة الكابتون في تصميم عزل مبتكر على شكل " زجاجة ترمس " للحفاظ على درجة حرارة المركبة بين 283 و303 كلفن (10 و30 درجة مئوية) طوال رحلتها التي استغرقت أكثر من تسع سنوات، وقطعت خلالها مسافة 5 تيرامتر (33 وحدة فلكية) للوصول إلى الكوكب القزم بلوتو في 14 يوليو 2015. [ 13 ] يُغطى الهيكل الرئيسي بعازل حراري متعدد الطبقات خفيف الوزن بلون ذهبي، يحافظ على حرارة الإلكترونيات العاملة ويُبقي المركبة دافئة. كما ساهم الغطاء الحراري المكون من 18 طبقة من قماش داكرون الشبكي المحصور بين طبقتين من مايلر مُطلي بالألومنيوم وفيلم كابتون في حماية المركبة من النيازك الدقيقة . [ 14 ]
يتكون واقي الشمس لتلسكوب جيمس ويب الفضائي من خمس صفائح من مادة كابتون إي مطلية بالألومنيوم والسيليكون المشوب لعكس الحرارة بعيدًا عن جسم المركبة الفضائية. [ 15 ]
استخدم طاقم محطة الفضاء الدولية شريط كابتون لإصلاح تسرب بطيء مؤقتًا في مركبة سويوز الفضائية المتصلة بالجزء الروسي من المجمع المداري في أغسطس 2018. [ 16 ] وقد استُخدم مرة أخرى في أكتوبر 2020 لإغلاق تسرب مؤقتًا في حجرة النقل الخاصة بوحدة الخدمة زفيزدا التابعة لمحطة الفضاء الدولية. [ 17 ]
الأشعة السينية
يُستخدم الكابتون أيضاً على نطاق واسع كمادة للنوافذ المستخدمة مع جميع أنواع مصادر الأشعة السينية ( خطوط حزم السنكروترون وأنابيب الأشعة السينية ) وكواشف الأشعة السينية. إن استقراره الميكانيكي والحراري العالي، فضلاً عن نفاذيته العالية للأشعة السينية، يجعله المادة المفضلة. كما أنه مقاوم نسبياً لأضرار الإشعاع . [ 18 ]
الطباعة ثلاثية الأبعاد
يلتصق الكابتون و ABS ببعضهما البعض بشكل ممتاز، مما أدى إلى استخدام الكابتون على نطاق واسع كسطح طباعة للطابعات ثلاثية الأبعاد . يُوضع الكابتون على سطح مستوٍ، ثم يُطبع ABS عليه. لا ينفصل جزء ABS المطبوع عن منصة الطباعة أثناء تبريده وانكماشه، وهو سبب شائع لفشل الطباعة نتيجة تشوه الجزء. [ 19 ] يُعد استخدام سطح بولي إيثر إيميد بديلاً أكثر متانة . [ 20 ]
ابتكر الباحثون طريقةً لطباعة مادة البوليميد ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الكابتون. [ 21 ] يُخلط حمض البولي أميك، وهو المادة الأولية للكابتون، مع رابط أكريلات متقاطع ومحفز ضوئي، مما يُشكّل هلامًا عند تعريضه للأشعة فوق البنفسجية أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد. يؤدي تسخين الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد لاحقًا إلى 400 درجة مئوية إلى إزالة الروابط المتقاطعة المؤقتة، ويُحوّل الجزء إلى كابتون ذي هندسة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. [ 22 ]
آحرون
إن الموصلية الحرارية العالية نسبياً لمادة الكابتون في درجات الحرارة المنخفضة جداً، إلى جانب خصائصها العازلة الجيدة وتوافرها على شكل صفائح رقيقة، جعلتها مادة مفضلة في مجال التبريد ، حيث أنها توفر عزلاً كهربائياً عند تدرجات حرارية منخفضة.
يُستخدم الكابتون بانتظام كعازل في بيئات الفراغ العالي للغاية نظرًا لانخفاض معدل انبعاث الغازات منه . [ 23 ]
تُستخدم الأسلاك الكهربائية المعزولة بمادة الكابتون على نطاق واسع في الطائرات المدنية والعسكرية لأنها أخف وزناً من العوازل الأخرى ولها خصائص عزل ودرجة حرارة جيدة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "الهندسة المعقدة للمواد المستخدمة في صناعة الدرع الشمسي لتلسكوب ويب التابع لناسا" . ناسا. 23 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 ديسمبر 2022 .
- ↑ "أغشية البوليميد من نوع Qnity™ Kapton®" . www.qnityelectronics.com . تاريخ الاسترجاع: 12 نوفمبر 2025 .
- ↑ "علامة كابتون التجارية" . مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة . USPTO. مؤرشف من الأصل في 15 أبريل 2022. تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2017 .
- ↑ دونالد ج. ماكلور (20 أبريل 2010). غشاء البوليميد كركيزة للطلاء الفراغي (ملف PDF) . المؤتمر التقني الثالث والخمسون لجمعية الطلاء الفراغي في أورلاندو، فلوريدا.
- ↑ «شركة دوبونت للدوائر ومواد التغليف تحصل على براءات اختراع أمريكية لفيلم أسود غير لامع وغطاء حماية» . ١٥ نوفمبر ٢٠١٣. مؤرشف من الأصل في ٢٣ سبتمبر ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه في ٢٨ مايو ٢٠١٥.
ابتكرت دوبونت فيلم كابتون® المصنوع من البولي إيميد منذ أكثر من ٤٥ عامًا
. - ↑ نافيك، إكس.-إف.؛ كارتي، إم.؛ شابيلييه، إم.؛ شاردان، جي.؛ غولدباخ، سي.؛ غرانيللي، آر.؛ هيرفيه، إس.؛ كارولاك، إم.؛ نوليز، جي.؛ نيزيري، إف.؛ ريتشيو، سي.؛ ستارزينسكي، بي.؛ فيلار، في. (2004). "تصنيع حوامل كاشفات ذات نشاط إشعاعي منخفض للغاية لتجربة إيدلويس-2". مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ . 520 ( 1-3 ): 189-192 . رمز Bibcode : 2004NIMPA.520..189N . doi : 10.1016/j.nima.2003.11.290 .
- ↑ جيسون لورانس، إيه بي باتيل، وجي جي بريسون (2000). "التوصيل الحراري لكابتون HN بين 0.5 و5 كلفن". علم التبريد . 40 (3): 203-207 . Bibcode : 2000Cryo...40..203L . doi : 10.1016/S0011-2275(00)00028-X .
- ↑ نتائج اختبارات تقادم العزل التابعة لإدارة الطيران الفيدرالية . التقرير الفني رقم AR-08/2 الصادر عن وزارة النقل/إدارة الطيران الفيدرالية، يناير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أغسطس 2013.
- ↑ حادث تحطم مروحية مميت بسبب أسلاك كابتون www.military.com تم الاطلاع عليه في 17 فبراير 2015.
- ↑ التكنولوجيا المتقدمة في سبعينيات القرن العشرين، المكوك الفضائي يشعر بقدمه . نيويورك تايمز (25 يوليو 2005)
- ↑ يوميات رحلة أبولو 11 - اليوم السادس، الجزء الرابع: حقن الغلاف الجوي عبر الأرض . History.nasa.gov (15 مارس 2011). تاريخ الاطلاع: 28 أبريل 2012.
- ↑ جيروم ل. رايت (1 يناير 1992). الإبحار في الفضاء . تايلور وفرانسيس الولايات المتحدة. ص 100–. ISBN 978-2-88124-842-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2012 .
- ↑ مهمة ناسا نيو هورايزونز لاستكشاف بلوتو، تصميم المهمة، مؤرشف في 8 يونيو 2015 في أرشيف الإنترنت، تم الاطلاع عليه في 23 أبريل 2015
- ↑ ناسا، مهمة نيو هورايزونز، التحكم الحراري
- ↑ "طلاءات أغشية واقية من الشمس" . تلسكوب جيمس ويب الفضائي . مركز غودارد لرحلات الفضاء؛ ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 ديسمبر 2021 .
- ↑ مدونة "حالة محطة الفضاء الدولية" على موقع ناسا الإلكتروني . تم الاطلاع عليها بتاريخ 30 أغسطس 2018.
- ↑ نيلسون، سوزي (19 أكتوبر 2020). "أفراد طاقم محطة الفضاء الدولية يكتشفون تسربًا هوائيًا خفيًا من خلال مراقبة أوراق الشاي وهي تطفو في بيئة انعدام الجاذبية" . بزنس إنسايدر .
- ↑ جانيز ميغوسار (1997). "تشعيع أغشية الكابتون البوليميدية بالنيوترونات السريعة وأشعة غاما عند درجات حرارة منخفضة". مجلة المواد النووية . 245 ( 2-3 ): 185-190 . Bibcode : 1997JNuM..245..185M . doi : 10.1016/S0022-3115(97)00012-3 .
- ↑ "أسطح السرير: تطبيق شريط كابتون" . MatterHackers .
- ↑ "كابتون أم بي إي آي؟ أيهما أفضل للطباعة ثلاثية الأبعاد المكتبية؟" . فابالو . 17 يوليو 2017.
- ↑ هيغدي، ماروتي؛ ميناكشيسوندارام، فيسواناث؛ شارترين، نيكولاس؛ سيكار، سوشيل؛ تافتي، دانيش؛ ويليامز، كريستوفر ب.؛ لونغ، تيموثي إي. (19 يونيو 2017). "الطباعة ثلاثية الأبعاد للبوليميدات العطرية بالكامل باستخدام الطباعة المجسمة بتقنية إسقاط القناع: معالجة ما لا يمكن معالجته" . المواد المتقدمة . 29 (31). 1701240. Bibcode : 2017AdM....2901240H . doi : 10.1002/adma.201701240 . PMID 28626968 .
- بو جاكسون (29 أغسطس 2017). "دراسة حول الطباعة ثلاثية الأبعاد في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا باستخدام مادة الكابتون" . صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد .
- ↑ هيرزبيرغر، جانا؛ ميناكشيسوندارام، فيسواناث؛ ويليامز، كريستوفر ب.؛ لونغ، تيموثي إي. (4 أبريل 2018). "طباعة البوليميدات العطرية بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الطباعة المجسمة ثلاثية الأبعاد لأملاح حمض البولي أميك". رسائل ACS الكبيرة . 7 (4): 493-497 . doi : 10.1021/acsmacrolett.8b00126 . PMID 35619348 .
- ↑ بيتر كيتل (30 سبتمبر 1998). التطورات في هندسة التبريد . بيركهاوزر. ص 1366–. ISBN 978-0-306-45807-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أبريل 2012 .
روابط خارجية
- مواد الفضاء الجوي
- المواد العازلة
- الإلكترونيات المرنة
