열수축 튜브와 그 마법 뒤에 숨은 화학

아이들이 가능한 한 어릴 때부터 해킹에 참여하도록 하는 것에 대해 할 말이 많지만 전자 제품 분야에서 일하는 것과 관련하여 적어도 10대까지는 미스터리로 남겨두는 것이 가장 좋은 한 가지가 있습니다. 바로 수축 튜브를 숨기는 것입니다. 브레드보드를 ​​가르치고, 저항 색상 코드와 옴의 법칙을 배우게 하고, 심지어 납땜하는 방법도 가르칩니다. 하지만 감히 열수축 튜브 근처에 두지 마십시오. 어리석게도 그 마법의 물건을 아이들에게 공개하십시오. 근처에 열원이 있다면 여러분이 등을 돌리는 순간 그들이 여러분의 값비싼 물건을 모두 날려버릴 것이라고 장담합니다. 내가 어떻게 아는지 물어보세요.

농담이지만 ​​부분적으로만 그렇습니다. 열수축 튜브를 적용하는 데는 정말 재미있는 일이 있으며, 설명할 수 없을 정도로 값비싼 작은 튜브 내부에 밀봉하여 종단 처리를 하면 얼마나 만족스러울 수 있는지 부인할 수 없습니다. 하지만 애초에 그 물건은 어떻게 작동할까요?

오늘날 전자제품의 많은 것들과 마찬가지로 열수축 튜브도 냉전 시대의 산물이었습니다. 1950년대 중반, 고분자 방사선 처리 경험이 있는 화학 엔지니어인 Paul Cook은 방사성 화학의 상업적 응용을 개발하기 위해 Raychem Corporation이라는 이름의 회사를 시작했습니다.

Cook의 주요 혁신 중 하나는 가교 폴리머 분야였습니다. 폴리머는 작은 하위 단위의 긴 사슬일 뿐이라는 점을 기억하세요. 플라스틱의 경우 대부분의 하위 단위는 작은 유기 단량체입니다. 비닐이 중합되어 폴리염화비닐이 되거나 우레탄이 폴리우레탄이 됩니다. 이러한 사슬은 길이가 수백 또는 수천 개의 단량체일 수 있으며 사슬의 수와 방향에 따라 재료의 특성이 크게 결정됩니다. 그러나 폴리머 사슬은 길이 전체에 걸쳐 결합하거나 교차 결합하여 사슬 네트워크를 형성하고 결과적으로 재료의 특성이 달라질 수 있습니다.

가교는 열, 화학적 가교 화합물의 첨가, 압력이나 pH 변화 등 다양한 방법으로 수행될 수 있습니다. 방사선은 교차 결합을 형성하는 데에도 사용될 수 있으며, 이것이 바로 Cook의 전문 지식이 발휘된 부분입니다. 그는 특정 플라스틱을 방사선과 가교시키면 열적 특성이 바뀌고 플라스틱에 기억이 생길 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 가교된 플라스틱은 이전 녹는점 이상으로 가열되고 늘어나고 냉각될 수 있습니다. 팽창된 모양으로 고정되는 결정이 형성되지만, 나중에 가열하면 결정이 녹아 가교결합에 저장된 에너지가 방출되고 플라스틱이 미리 늘어난 크기로 돌아갑니다.

프로세스는 제조업체마다 다르지만 대부분의 최신 열수축 튜브는 기본적으로 동일한 방식으로 제작됩니다. 플라스틱 펠렛은 가열되어 원하는 최종 수축 치수의 직경과 벽 두께를 갖는 튜브로 압출됩니다. 조사에 의한 가교는 압출 후에 발생하는 반면, 화학적 가교는 플라스틱 제제 및 압출 단계에서 발생합니다. 사용되는 방사선 유형은 플라스틱에 따라 다르며 일반적으로 영업 비밀입니다. PVC, 폴리에틸렌, 폴리아미드 등은 모두 전자빔 처리를 통해 가교될 수 있지만 다른 폴리머에는 알파 또는 감마 소스, 심지어 UV 광선이나 RF 방사선이 필요합니다.

그런 다음 가교된 튜브는 일반적으로 공기 압력에 의해 원하는 사전 수축 ​​치수까지 늘어납니다. 많은 튜빙이 원래 직경의 두 배로 확장되는데, 이 경우 "2:1" 튜빙이라고 합니다. 확장된 튜브는 냉각되어 적용 시 다시 가열될 때까지 결정 구조에 고정됩니다.

플라스틱 자체의 특성과 수축 특성 외에도 제조업체는 수년에 걸쳐 열수축 튜브에 여러 가지 특수 처리 방법을 추가해 왔습니다. 최종 사용자가 연결 색상을 지정할 수 있도록 착색제가 추가되는 경우가 많지만, 투명 튜브에는 완성된 연결 내부의 내용물을 검사하는 것이 중요한 용도가 있습니다. 실외용 튜브에는 UV 차단 화합물이 첨가됩니다. 때로는 접착 라이닝이 메인 튜빙과 함께 압출되며, 종종 열 활성화 튜빙이 사용되기도 합니다. 튜브를 재가열하면 튜브가 수축하면서 접착 라이닝이 녹아 방수 밀봉이 형성됩니다. 전도성 폴리머나 실제 납땜을 사용하여 전도성 라이닝을 만드는 데에도 동일한 접근 방식을 사용할 수 있습니다. 이제 제조업체에서는 사용자가 연결을 식별할 수 있도록 열 수축 튜브를 맞춤 인쇄하고 있습니다.