Les gaines thermorétractables et la chimie derrière leur magie

Il y a beaucoup à dire en faveur de l'implication des enfants dans le piratage informatique le plus jeune possible, mais il y a une chose dans le travail dans l'électronique qu'il vaut mieux, à mon avis, laisser mystérieuse jusqu'à l'adolescence au moins : cacher la gaine thermorétractable. Apprenez-leur à réaliser une maquette, faites-leur apprendre les codes de couleur des résistances et la loi d'Ohm, et apprenez-leur même à souder. Mais n'osez pas les laisser s'approcher de la gaine thermorétractable. Révélez bêtement ces trucs magiques aux enfants, et s'il y a une source de chaleur à proximité, je vous garantis qu'ils feront exploser tout votre stock de trucs coûteux dès que vous tournerez le dos. Demandez-moi comment je le sais.

Je plaisante, mais seulement en partie. Il y a vraiment quelque chose d'amusant à appliquer une gaine thermorétractable, et on ne peut nier à quel point une terminaison peut être satisfaisante lorsqu'elle est hermétiquement scellée à l'intérieur de ce petit morceau de tube inexplicablement coûteux. Mais comment ça marche en premier lieu ?

Comme beaucoup de choses dans l’électronique aujourd’hui, les gaines thermorétractables étaient un produit de l’époque de la guerre froide. Au milieu des années 1950, Paul Cook, un ingénieur chimiste expérimenté dans le traitement par rayonnement des polymères, a créé une entreprise visant à développer des applications commerciales pour la radiochimie, la bien nommée Raychem Corporation.

L'une des principales innovations de Cook concernait le domaine des polymères réticulants. Rappelons que les polymères ne sont que de longues chaînes de petites sous-unités. Dans le cas des plastiques, la plupart des sous-unités sont de petits monomères organiques ; le vinyle est polymérisé en polychlorure de vinyle ou l'uréthane devient du polyuréthane. Ces chaînes peuvent avoir une longueur de plusieurs centaines ou milliers de monomères, et le nombre et l’orientation des chaînes déterminent en grande partie les propriétés du matériau. Mais les chaînes de polymères peuvent également se lier sur toute leur longueur ou se réticuler, formant ainsi des réseaux de chaînes et conférant des propriétés différentes au matériau.

La réticulation peut être réalisée par de nombreux moyens : chaleur, ajout de composés chimiques de réticulation ou changement de pression ou de pH. Les rayonnements peuvent également être utilisés pour former des liaisons croisées, et c'est là que l'expertise de Cook est venue jouer. Il savait que la réticulation de certains plastiques par rayonnement pouvait modifier leurs propriétés thermiques et induire une mémoire dans le plastique. Le plastique réticulé pourrait ensuite être chauffé au-delà de son point de fusion précédent, étiré et refroidi. Les cristaux se formeraient pour verrouiller la forme expansée, mais lorsqu'ils seraient chauffés ultérieurement, les cristaux fondraient, libérant l'énergie stockée dans les liaisons croisées et ramenant le plastique à ses dimensions pré-étirées.

Les processus varient évidemment selon le fabricant, mais la plupart des gaines thermorétractables modernes sont créées fondamentalement de la même manière. Les granulés de plastique sont chauffés et extrudés dans un tube dont le diamètre et l'épaisseur de paroi correspondent aux dimensions finales rétrécies souhaitées. La réticulation par irradiation se produit après l’extrusion, tandis que la réticulation chimique se produit pendant la phase de formulation du plastique et d’extrusion. Le type de rayonnement utilisé dépend du plastique et constitue généralement un secret commercial. Le PVC, le polyéthylène, les polyamides et autres peuvent tous être réticulés par traitement par faisceau électronique, tandis que d'autres polymères nécessitent une source alpha ou gamma, voire même une lumière UV ou un rayonnement RF.

Le tube réticulé est ensuite étiré, généralement par pression d'air, jusqu'à la dimension pré-rétrécie souhaitée. De nombreux tubes sont élargis jusqu'à atteindre deux fois leur diamètre d'origine, auquel cas on parle de tube « 2 : 1 ». Le tube expansé est refroidi, bloquant la structure cristalline jusqu'à ce qu'il soit à nouveau chauffé lors de l'application.

Outre les propriétés du plastique lui-même et ses caractéristiques de rétrécissement, les fabricants ont ajouté un certain nombre de traitements spécialisés aux gaines thermorétractables au fil des années. Des colorants sont souvent ajoutés pour permettre aux utilisateurs finaux de coder par couleur les connexions, bien que les tubes transparents aient des applications où l'inspection de ce qui se trouve à l'intérieur de la connexion finie est importante. Des composés bloquant les UV sont ajoutés aux tubes destinés aux applications extérieures. Parfois, un revêtement adhésif est co-extrudé avec le tube principal, souvent activé par la chaleur. Lorsque le tube est réchauffé, la doublure adhésive fond à mesure que le tube rétrécit, formant ainsi un joint étanche. La même approche peut être utilisée pour créer une doublure conductrice, soit avec des polymères conducteurs, soit avec une véritable soudure. Les fabricants impriment même désormais des gaines thermorétractables personnalisées afin que les utilisateurs puissent identifier les connexions.