Kapton es una película de poliimida desarrollada por DuPont a fines de la década de 1960 que se mantiene estable (aislada) en un amplio rango de temperaturas, desde −269 a +400 ° C (−452 a 752 ° F; 4 a 673 K). [1] [2] Kapton se utiliza, entre otras cosas, en circuitos impresos flexibles ( electrónica flexible ) y mantas espaciales , que se utilizan en naves espaciales, satélites y varios instrumentos espaciales.
El nombre químico de Kapton K y HN es poli (4,4'-oxidifenileno-piromelitimida). Se produce a partir de la condensación de dianhídrido piromelítico y 4,4'-oxidifenilamina . La síntesis de Kapton es un ejemplo del uso de un dianhídrido en la polimerización por etapas . El polímero intermedio, conocido como "poli (ácido ámico)", es soluble debido a los fuertes enlaces de hidrógeno a los disolventes polares normalmente empleados en la reacción. El cierre del anillo se realiza a altas temperaturas de 200 a 300 ° C (392 a 572 ° F; 473 a 573 K).
Uso
La conductividad térmica de Kapton a temperaturas de 0,5 a 5 kelvin es bastante alta para temperaturas tan bajas, κ = 4,638 × 10 −3 T 0,5678 W · m −1 · K −1 . [3] Esto, junto con sus buenas cualidades dieléctricas y su disponibilidad como láminas delgadas, lo han convertido en un material favorito en criogenia , ya que proporciona aislamiento eléctrico a bajos gradientes térmicos. Kapton se utiliza regularmente como aislante en entornos de vacío ultra alto debido a su baja tasa de desgasificación . [4]
Aeronave
El cableado eléctrico aislado con Kapton se ha utilizado ampliamente en aviones civiles y militares porque es más ligero que otros aislantes y tiene buenas características de aislamiento y temperatura. Sin embargo, el aislamiento Kapton envejece mal: un estudio de la FAA muestra degradación en ambientes cálidos y húmedos, [5] o en presencia de agua de mar se encontró que tiene muy poca resistencia al desgaste mecánico, principalmente a la abrasión dentro de los mazos de cables debido al movimiento de la aeronave. Muchos modelos de aeronaves han tenido que someterse a extensas modificaciones de cableado, a veces reemplazando por completo todo el cableado aislado de Kapton, debido a cortocircuitos causados por el aislamiento defectuoso. La degradación del cable Kapton y el roce debido a la vibración y el calor se han relacionado en múltiples choques de aeronaves de ala fija y de ala giratoria, con pérdida de vidas. [6]
Astronave
La etapa de descenso del Módulo Lunar Apolo y la parte inferior de la etapa de ascenso que rodea al motor de ascenso se cubrieron con mantas de lámina Kapton aluminizada para proporcionar aislamiento térmico. Durante el viaje de regreso desde la Luna, el astronauta del Apolo 11 Neil Armstrong comentó que durante el lanzamiento de la etapa de ascenso del Módulo Lunar, pudo ver "Kapton y otras partes en la etapa de LM dispersándose por toda el área a grandes distancias". [7]
Según un informe interno de la NASA , los cables del transbordador espacial "estaban recubiertos con un aislante conocido como Kapton que tendía a romperse con el tiempo, provocando cortocircuitos y, potencialmente, incendios". [8] El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA ha considerado a Kapton como un buen soporte plástico para velas solares debido a su larga duración en el entorno espacial. [9]
La nave espacial New Horizons de la NASA usó Kapton en un innovador diseño de aislamiento de " botella termo " para mantener la nave operando entre 10 y 30 ° C (50-86 ° F) durante su viaje de más de nueve años y 3 mil millones de millas para encontrarse con el enano. planeta Plutón el 14 de julio de 2015. [10] El cuerpo principal está cubierto con un aislamiento térmico ligero, de color dorado y de varias capas que retiene el calor de los dispositivos electrónicos operativos para mantener la nave espacial caliente. El revestimiento térmico de 18 capas de tela de malla de Dacron intercaladas entre películas de Mylar y Kapton aluminizadas también ayudó a proteger la nave de los micrometeoritos. [11]
El parasol del telescopio espacial James Webb también está hecho de Kapton aluminizado. [12]
La tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional usó cinta Kapton para reparar temporalmente una fuga lenta en una nave espacial Soyuz adjunta al segmento ruso del complejo orbital en agosto de 2018. [13] Se usó nuevamente en octubre de 2020 para sellar temporalmente una fuga en el cámara de transferencia del Módulo de Servicio Zvezda de la ISS. [14]
Rayos X
Kapton también se utiliza comúnmente como material para ventanas que se utilizan con todo tipo de fuentes de rayos X ( líneas de haz de sincrotrón y tubos de rayos X ) y detectores de rayos X. Su alta estabilidad mecánica y térmica así como su alta transmitancia de rayos X lo convierten en el material preferido. También es relativamente insensible al daño por radiación . [15]
Fabricación de electrónica
Debido a su amplio rango de estabilidad de temperatura y su capacidad de aislamiento eléctrico, la cinta Kapton se usa generalmente en la fabricación electrónica como una capa de aislamiento y protección en componentes frágiles y sensibles a la electrostática. Como puede sostener la temperatura necesaria para una operación de soldadura por reflujo, su protección está disponible durante todo el proceso de producción y, a menudo, Kapton todavía está presente en el producto de consumo final.
Impresión 3d
Kapton y ABS se adhieren muy bien entre sí, lo que ha llevado a un uso generalizado de Kapton como superficie de construcción para impresoras 3D . Kapton se coloca sobre una superficie plana y el ABS se extruye sobre la superficie de Kapton. La pieza de ABS que se está imprimiendo no se desprenderá de la plataforma de construcción a medida que se enfría y se encoge, una causa común de fallas de impresión por deformación de la pieza. [16] Una alternativa más duradera es utilizar una superficie de polieterimida . [17]
Los investigadores han ideado un método para imprimir en 3D material de poliimida, incluido Kapton. [18] El precursor de ácido polámico de Kapton se mezcla con un reticulante de acrilato y un fotoiniciador que puede formar un gel cuando se expone a la luz ultravioleta durante la impresión 3D. El calentamiento posterior de la pieza impresa en 3D hasta 400 ° C elimina los enlaces cruzados de sacrificio e imita la pieza que forma Kapton con una geometría impresa en 3D. [19]
Marca comercial
Kapton es una marca registrada de EI du Pont de Nemours and Company. [20]
Referencias
- ^ "DuPont Circuit & Packaging Materials otorgó patentes estadounidenses para película negra mate y Coverlay" . 15 de noviembre de 2013 . Consultado el 28 de mayo de 2015 .
DuPont inventó la película de poliimida Kapton® hace más de 45 años
- ^ 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). "Fabricación de soportes para detectores de radiactividad ultrabaja para Edelweiss-II". Instrumentos y métodos nucleares en la Investigación Física Sección A . 520 (1-3): 189-192. Código bibliográfico : 2004NIMPA.520..189N . doi : 10.1016 / j.nima.2003.11.290 .
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- ^ "Marca registrada de Kapton" . Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos . USPTO . Consultado el 3 de marzo de 2017 .
enlaces externos
- Medios relacionados con la cinta Kapton en Wikimedia Commons
- Película de polimida Dupont Kapton