Schrumpfschläuche und die Chemie hinter ihrer Magie

Vieles spricht dafür, Kinder so früh wie möglich in das Hacken einzubeziehen, aber es gibt eine Sache bei der Arbeit in der Elektronikbranche, die meiner Meinung nach am besten zumindest bis ins Teenageralter geheim gehalten werden sollte: den Schrumpfschlauch zu verstecken. Bringen Sie ihnen das Steckbrettfahren bei, lassen Sie sie die Farbcodes von Widerständen und das Ohmsche Gesetz lernen und bringen Sie ihnen sogar das Löten bei. Aber lassen Sie sie nicht in die Nähe des Schrumpfschlauchs. Zeigen Sie Ihren Kindern törichterweise dieses magische Zeug, und wenn es irgendwo in der Nähe eine Wärmequelle gibt, garantiere ich Ihnen, dass sie Ihren gesamten Vorrat an dem teuren Zeug vernichten wird, sobald Sie den Rücken kehren. Frag mich, woher ich das weiß.

Ich scherze, aber nur teilweise. Es macht wirklich Spaß, Schrumpfschläuche anzubringen, und es lässt sich nicht leugnen, wie zufriedenstellend ein Abschluss sein kann, wenn er hermetisch in diesem kleinen Stück unerklärlich teuren Schlauchs eingeschlossen ist. Aber wie funktioniert das Zeug überhaupt?

Wie viele Dinge in der heutigen Elektronik waren Schrumpfschläuche ein Produkt der Zeit des Kalten Krieges. Mitte der 1950er Jahre gründete Paul Cook, ein Chemieingenieur mit Erfahrung in der Strahlenbehandlung von Polymeren, ein Unternehmen mit dem treffenden Namen Raychem Corporation, um kommerzielle Anwendungen für die Radiochemie zu entwickeln.

Eine der wichtigsten Innovationen von Cook war das Gebiet der vernetzenden Polymere. Denken Sie daran, dass Polymere nur lange Ketten kleiner Untereinheiten sind. Bei Kunststoffen handelt es sich bei den meisten Untereinheiten um kleine organische Monomere; Vinyl wird zu Polyvinylchlorid polymerisiert, oder Urethan wird zu Polyurethan. Diese Ketten können viele Hundert oder Tausende Monomere lang sein, und die Anzahl und Ausrichtung der Ketten bestimmen zu einem großen Teil die Eigenschaften des Materials. Polymerketten können sich aber auch über ihre gesamte Länge verbinden oder vernetzen, wodurch Kettennetzwerke entstehen und sich dadurch unterschiedliche Eigenschaften des Materials ergeben.

Die Vernetzung kann auf viele Arten erfolgen: Hitze, Zugabe chemischer Vernetzungsverbindungen oder Druck- oder pH-Änderung. Strahlung kann auch zur Bildung von Vernetzungen genutzt werden, und hier kam Cooks Fachwissen ins Spiel. Er wusste, dass die Vernetzung bestimmter Kunststoffe durch Strahlung ihre thermischen Eigenschaften verändern und ein Gedächtnis im Kunststoff induzieren könnte. Der vernetzte Kunststoff könnte dann über seinen vorherigen Schmelzpunkt hinaus erhitzt, gedehnt und abgekühlt werden. Es bildeten sich Kristalle, die sich in der expandierten Form festhielten, aber beim späteren Erhitzen schmolzen die Kristalle, wodurch die in den Vernetzungen gespeicherte Energie freigesetzt wurde und der Kunststoff wieder seine vorgedehnten Abmessungen annahm.

Natürlich variieren die Prozesse je nach Hersteller, aber die meisten modernen Schrumpfschläuche werden grundsätzlich auf die gleiche Weise hergestellt. Kunststoffpellets werden erhitzt und zu einem Schlauch mit dem Durchmesser und der Wandstärke der gewünschten endgültigen Schrumpfabmessungen extrudiert. Die Vernetzung durch Bestrahlung erfolgt nach der Extrusion, während die chemische Vernetzung während der Kunststoffformulierungs- und Extrusionsphase erfolgt. Welche Art von Strahlung verwendet wird, hängt vom Kunststoff ab und ist im Allgemeinen Betriebsgeheimnis. PVC, Polyethylen, Polyamide und andere können alle durch Elektronenstrahlverarbeitung vernetzt werden, während andere Polymere eine Alpha- oder Gammaquelle oder sogar UV-Licht oder HF-Strahlung benötigen.

Anschließend wird der vernetzte Schlauch üblicherweise durch Luftdruck auf das gewünschte Vorschrumpfmaß gestreckt. Viele Rohre werden auf das Doppelte ihres ursprünglichen Durchmessers aufgeweitet. In diesem Fall spricht man von „2:1“-Schläuchen. Der expandierte Schlauch wird abgekühlt und bleibt in der kristallinen Struktur erhalten, bis er bei der Anwendung erneut erhitzt wird.

Abgesehen von den Eigenschaften des Kunststoffs selbst und seinen Schrumpfeigenschaften haben die Hersteller im Laufe der Jahre Schrumpfschläuche mit einer Reihe spezieller Behandlungen versehen. Häufig werden Farbstoffe zugesetzt, um Endbenutzern die Farbkennzeichnung von Verbindungen zu ermöglichen. Allerdings gibt es bei durchsichtigen Schläuchen auch Anwendungen, bei denen die Inspektion des Inhalts der fertigen Verbindung wichtig ist. Schläuchen, die für Außenanwendungen vorgesehen sind, werden UV-blockierende Verbindungen zugesetzt. Manchmal wird eine Klebeauskleidung zusammen mit dem Hauptschlauch extrudiert, häufig eine durch Hitze aktivierte. Wenn der Schlauch erneut erhitzt wird, schmilzt die Klebeschicht, während der Schlauch schrumpft, und bildet eine wasserdichte Abdichtung. Der gleiche Ansatz kann zur Herstellung einer leitfähigen Auskleidung verwendet werden, entweder mit leitfähigen Polymeren oder echtem Lot. Mittlerweile bedrucken Hersteller sogar Schrumpfschläuche individuell, damit Benutzer Verbindungen erkennen können.

Die Anwendungsverfahren unterscheiden sich natürlich je nach Schlauchspezifikation, aber die Anwendung von Wärme ist ein ziemlich einfacher Vorgang. Persönlich bevorzuge ich eine Heißluftpistole von guter Qualität, zur Not kann aber auch ein Fön verwendet werden. Ich neige dazu, offene Flammen wie Streichhölzer und Feuerzeuge zu meiden, da es mir immer so vorkommt, als würde ich die Schläuche verbrennen oder die Isolierung der Drähte schmelzen. Auch mit Lötkolben hatte ich nur wenig Glück, aber [W2AEW] hat kürzlich einen butanbetriebenen Lötkolben mit Düsenaufsatz getestet, der sich bestimmt als kabellose Heißluftpistole für Schrumpfanwendungen eignet.