Tubulação termorretrátil e a química por trás de sua mágica

Há muito a ser dito a favor de envolver as crianças em hacking o mais jovem possível, mas há uma coisa sobre trabalhar com eletrônica que acredito ser melhor deixar como um mistério pelo menos até a adolescência - esconder o tubo retrátil. Ensine-os a fazer breadboard, faça-os aprender códigos de cores de resistores e a Lei de Ohm e até mesmo ensine-os a soldar. Mas não se atreva a deixá-los perto do tubo termorretrátil. Revele tolamente esse material mágico para as crianças e, se houver uma fonte de calor em qualquer lugar próximo, garanto que eles vão explodir todo o seu estoque de coisas caras no minuto em que você virar as costas. Pergunte-me como eu sei.

Eu brinco, mas apenas em parte. Realmente há algo divertido em aplicar tubos termorretráteis, e não há como negar como uma terminação pode ser satisfatória quando é hermeticamente selada dentro daquele pequeno pedaço de tubo inexplicavelmente caro. Mas como as coisas funcionam em primeiro lugar?

Como muitas coisas na eletrônica hoje, o tubo termorretrátil foi um produto da era da Guerra Fria. Em meados da década de 1950, Paul Cook, um engenheiro químico com experiência no tratamento de polímeros por radiação, abriu uma empresa para desenvolver aplicações comerciais para radioquímica, apropriadamente chamada de Raychem Corporation.

Uma das principais inovações de Cook foi no campo dos polímeros de reticulação. Lembre-se de que os polímeros são apenas longas cadeias de pequenas subunidades. No caso dos plásticos, a maioria das subunidades são pequenos monômeros orgânicos; vinil é polimerizado em cloreto de polivinila, ou uretano torna-se poliuretano. Essas cadeias podem ter muitas centenas ou milhares de monômeros de comprimento, e o número e a orientação das cadeias determinam em grande parte as propriedades do material. Mas as cadeias poliméricas também podem se ligar ao longo de seu comprimento, ou reticular, formando redes de cadeias e resultando em propriedades diferentes para o material.

A reticulação pode ser conseguida por vários meios: calor, adição de compostos químicos de reticulação ou mudança de pressão ou pH. A radiação também pode ser usada para formar ligações cruzadas, e é aí que a experiência de Cook entra em ação. Ele sabia que a ligação cruzada de certos plásticos com radiação poderia alterar suas propriedades térmicas e induzir uma memória no plástico. O plástico reticulado poderia então ser aquecido além de seu ponto de fusão anterior, esticado e resfriado. Os cristais se formariam para travar na forma expandida, mas quando aquecidos posteriormente, os cristais derreteriam, liberando a energia armazenada nas ligações cruzadas e retornando o plástico às suas dimensões pré-esticadas.

Os processos obviamente variam de acordo com o fabricante, mas a maioria dos tubos termorretráteis modernos é criada basicamente da mesma maneira. Pelotas de plástico são aquecidas e extrudadas em um tubo com diâmetro e espessura de parede das dimensões finais desejadas. A reticulação por irradiação ocorre após a extrusão, enquanto a reticulação química ocorre durante a formulação do plástico e a fase de extrusão. Qual tipo de radiação é usado depende do plástico e geralmente são segredos comerciais. PVC, polietileno, poliamidas e outros podem ser reticulados por processamento de feixe de elétrons, enquanto outros polímeros precisam de uma fonte alfa ou gama, ou mesmo luz UV ou radiação de RF.

O tubo reticulado é então esticado, geralmente por pressão de ar, até a dimensão pré-encolhida desejada. Muitos tubos são expandidos até o dobro de seu diâmetro original, caso em que são chamados de tubos "2:1". O tubo expandido é resfriado, travando na estrutura cristalina até ser aquecido novamente na aplicação.

Além das propriedades do próprio plástico e suas características de encolhimento, os fabricantes adicionaram uma série de tratamentos especializados ao tubo termorretrátil ao longo dos anos. Os corantes são frequentemente adicionados para permitir que os usuários finais codifiquem as conexões, embora a tubulação transparente tenha aplicações em que a inspeção do que está dentro da conexão acabada é importante. Compostos bloqueadores de UV são adicionados a tubos destinados a aplicações externas. Às vezes, um revestimento adesivo é coextrudado com o tubo principal, muitas vezes ativado por calor. Quando o tubo é reaquecido, o revestimento adesivo derrete à medida que o tubo encolhe, formando uma vedação estanque. A mesma abordagem pode ser usada para criar um revestimento condutor, seja com polímeros condutores ou solda real. Os fabricantes agora estão até mesmo imprimindo tubos termorretráteis personalizados para que os usuários possam identificar as conexões.