熱収縮チューブとその魔法の背後にある化学

できるだけ若いうちから子供たちをハッキングに参加させることに関して、言いたいことはたくさんありますが、エレクトロニクスの仕事に関して、少なくとも10代になるまでは謎のままにしておくのが最善だと私が信じていることが1つあります。それは、収縮チューブを隠すことです。 ブレッドボードを教えたり、抵抗器のカラーコードやオームの法則を学ばせたり、はんだ付けを教えたりすることもできます。 しかし、熱収縮チューブの近くにそれらを近づける勇気はありません。 愚かなことに、その魔法のようなものを子供たちに公開すると、近くに熱源があれば、背を向けた瞬間に高価なものの在庫がすべて吹き飛ばされることは保証します。 どうやって知っているのか聞いてください。

冗談ですが、ほんの一部です。 熱収縮チューブを適用することには本当に楽しいことがあります。そして、不可解に高価なチューブの小さな部分の中に密封された終端がどれほど満足のいくものになるかは否定できません。 しかし、そもそもそれらはどのように機能するのでしょうか?

今日のエレクトロニクス製品の多くと同様、熱収縮チューブも冷戦時代の製品です。 1950 年代半ば、ポリマーの放射線処理の経験を持つ化学エンジニアであるポール クックは、放射化学の商業的応用を開発する会社、レイケム コーポレーションという適切な名前の会社を設立しました。

クック氏の主要な革新の 1 つは、架橋ポリマーの分野にありました。 ポリマーは単なる小さなサブユニットの長い鎖であることを思い出してください。 プラスチックの場合、ほとんどのサブユニットは小さな有機モノマーです。 ビニルが重合してポリ塩化ビニルになるか、ウレタンがポリウレタンになります。 これらの鎖は長さが数百または数千のモノマーである場合があり、鎖の数と方向が材料の特性の大部分を決定します。 しかし、ポリマー鎖はその長さ全体で結合したり、架橋したりして鎖のネットワークを形成し、その結果材料に異なる特性が生じることもあります。

架橋は、熱、化学架橋化合物の添加、圧力や pH の変化など、さまざまな手段によって実現できます。 放射線は架橋結合の形成にも使用でき、ここでクック氏の専門知識が活かされました。 彼は、特定のプラスチックを放射線で架橋すると、その熱特性が変化し、プラスチックに記憶が誘発される可能性があることを知っていました。 架橋されたプラスチックは、以前の融点を超えて加熱され、引き伸ばされ、冷却されます。 結晶は膨張した形状を固定するように形成されますが、後で加熱すると結晶が溶け、架橋に蓄えられたエネルギーが解放され、プラスチックが伸長前の寸法に戻ります。

プロセスはメーカーによって明らかに異なりますが、最新の熱収縮チューブのほとんどは基本的に同じ方法で作成されます。 プラスチック ペレットを加熱し、所望の最終収縮寸法の直径と肉厚のチューブに押し出します。 照射による架橋は押出後に起こりますが、化学的架橋はプラスチックの配合および押出段階で起こります。 どの種類の放射線が使用されるかはプラスチックによって異なり、通常は企業秘密です。 PVC、ポリエチレン、ポリアミドなどはすべて電子ビーム処理によって架橋できますが、他のポリマーはアルファ線またはガンマ線源、さらには UV 光や RF 放射線を必要とします。

次に、架橋されたチューブは、通常は空気圧によって、所望の収縮前の寸法まで引き伸ばされます。 多くのチューブは元の直径の 2 倍に拡張されており、この場合は「2:1」チューブと呼ばれます。 拡張されたチューブは冷却され、適用時に再度加熱されるまで結晶構造が固定されます。

プラスチック自体の特性とその収縮特性とは別に、メーカーは長年にわたって熱収縮チューブに多くの特殊な処理を追加してきました。 エンドユーザーが接続を色分けできるように着色剤が添加されることがよくありますが、透明チューブには完成した接続の内部に何が入っているかを検査することが重要な用途があります。 屋外用途を目的としたチューブには、UV ブロック化合物が添加されています。 接着性ライニングがメインチューブと共押出成形される場合があり、多くの場合、熱で活性化されるライニングが使用されます。 チューブが再加熱されると、チューブが収縮するにつれて接着剤ライニングが溶けて、防水シールが形成されます。 同じアプローチを使用して、導電性ポリマーまたは実際のはんだのいずれかを使用して導電性ライニングを作成することができます。 メーカーは現在、ユーザーが接続を識別できるように、熱収縮チューブにカスタム印刷を行っています。

もちろん、塗布プロセスはチューブの仕様によって異なりますが、熱を加えるのは非常に基本的なプロセスです。 個人的には高品質のヒートガンを好みますが、いざという場合にはヘアドライヤーを使用することもできます。 私はいつもチューブを焦がしたり、ワイヤーの絶縁体を溶かしたりするので、マッチやライターなどの裸火を避ける傾向があります。 私もはんだごての使用には限界がありましたが、[W2AEW] は最近、ノズルアタッチメントを備えたブタン駆動のはんだごてをレビューしました。これは、熱収縮用途に最適なコードレスヒートガンになると確信しています。