שרוולים וצורות מתכווצים בחום

כל מי שעוסק או עסק בתחום הרכבת רתמות לשוק הצבאי ו/או תעופתי מכיר את הרכיבים המתכווצים בחום המאוד פופולריים. הרבה פעמים אנו מלאי פליאה על הקסם המתבצע בעת חימום הרכיבים והשינוי הקסום הנעשה בצורתם ובגודל הפיזי שלהם.
המאמר הבא מנסה להסביר עד כמה שניתן כיצד הנס הזה מתרחש ומה הגורמים לכך.

קישור כימי צולב
וזיכרון תרמי
מוצרים מתכווצים עשויים בדרך כלל מחומרים פולימריים תרמו פלסטיים כגון ניילון שהמבנה המולקולרי שלו שונה על ידי הקרנה או אמצעים כימיים כדי להמיר אותם לחומרי – טרמוסט. כלומר הם כבר לא יתמוססו וימסו בתהליך חימום או שריפה. מבנה פוליאתילן למשל, מורכב ליניארית משרשרות הפחמימנים הארוכות עם כוחות חלשים יחסית המקשרים רשתות סמוכות. היישום של חום גורם לחומר להתרכך ובסופו של דבר להימס כאשר הוא מחומם מעל לנקודת הטמפרטורה המתיכה את הגבישים שלו. כאשר פוליאתילן נתון לקרינת אנרגיה גבוהה ניתן להסיר אטומי מימן מרשתות הידרו-פחמן סמוכות ולגרום ליצירת קישורי פחמן-פחמן, ובתוך כך ליצור את הקישור הצולב. קישור צולב דומה יכול להיות מושג על ידי שימוש בתרכובות כימיות בעלות תגובה בתמהיל החומרים הבסיסי. לכן חומרים שעברו תהליך היוצר קישור כימי צולב בין אם על ידי קרינה או באמצעים כימיים מגיבים באופן דומה בחשיפה לחום.
כאשר חומר בעל קישור כימי צולב מחומם מעל לנקודת התכת הגבישים שלו, הוא מתנהג כמו גומי וניתן למתיחה או לעיוות לכל צורה רצויה. אם החומר יישמר בצורה זו ויקורר אל מתחת לטמפרטורת התכת הגבישים, החומר יישאר בהגדרה “קפוא”. וכאשר הוא מחומם פעם נוספת לאחר מכן מעל לטמפרטורת התכת הגבישים, אם לא יגבילו אותו, הוא יחזור לצורתו המקורית. תופעת ההתאוששות הזו נקראת “זיכרון תרמית”

מוצר מוגמר
כאשר שרוולים מתכווצים בחום מיוצרים, התהליך הנעשה באקסטרודה (משיכה) ותהליך הקישור הצולב מתבצע בסוף תהליך הייצור בצמוד לתהליך התאוששות החומר. לאחר מכן השרוול מחומם למצב גמיש עם תכונות גומי ותחת מצב הצבירה הזה השרוול מורחב למידות הרצויות, לדוגמא ניפוח הרחבה של 100% וקירור. ההרחבה תהיה מלווה בירידה של עובי הדופן; במקרה זה ב-50%. ובמצב זה השרוול מסופק למשתמש.
מגפונים (בוטים) מיוצרים כהתחלה בצורת ההתאוששות שלהם ולאחר מכן עוברים חימום והרחבה לממדים הנדרשים אשר מוכתבים על ידי היישומים. קיימים מקרים בהם ההרחבות גבוהות עד כדי 500% כדי לאפשר למגפון להיות מורכב במינימום קושי אפשרי בתהליך ההרכבה. המגפון המורחב עשוי שלא לשאת כל דמיון לצורה הסופית לאחר ההתאוששות.
על מנת לכווץ את החומר, המשתמש מחמם אותו באמצעות מפוח אוויר חם, באופן עקיף, או בעבודת קו הייצור, באמצעות תנור מסוע.
מאפיינים פיזיים
תהליך הקישור הצולב, כמו גם הקניית זיכרון תרמי, נותן עמידות מוחלטת ללחץ סביבתי ועמידות לסדקים. למעשה זה משפר את רוב התכונות הפיסיקליות והכימיות של החומרים; השיפורים שיציינו הם הזדקנות בחום ועמידות בחום, עמידות לקור, התנגדות לכימיקלים ממיסים, חוזק מתיחה והתארכות אולטימטיבית. לחומר יש גם את היתרון של היכולת היחסית לשחרור מאמצים כאשר הוא פועל מתחת לטמפרטורת התכת הגבישים שלו.

מפרטי מוצר
מפרטי החומר המקוריים נשלטו על ידי ה-Mil-Spec האמריקאי, אבל מפרט זה היה רכיב נפרד עבור החומר ולא שלט בחלופות בין יצרנים.
רק כאשר הוקם מפרט ה-VG הגרמני, הוצג לראשונה המפרט המלא להחלפה בין יצרנים. מפרט ה-VG כיסה מגפונים מתכווצים בחום, שרוולים מתכווצים בחום, דבק וכבלים. המפרט התפתח במשך שנים רבות ורכיבי היצרנים השונים הוגדרו כחלופות כדוגמא Hellermann Tyton להחלפה עם טייקו התקינה התחילה עם VG95343 Pt 6 מגפונים מתכווצים רגילים (152-42-G VG95343T06B001A) אלה מורכבים או לכבלים VG95218 PT 28 /29 או לשרוולים מתכווצים VG95343T05 והשימוש בדבק אפוקסי שני מרכיבים VG95343.
על מנת לאשר מערכת כבילה יש לאשר שהרכיבים ברתמה ניתנים להחלפה עם המתחרים ועדיין לעמוד בכל מבחני הביצועים. מה שזה אומר הוא שילוב והתאמה נכונים כך שמספר חלק VG הפך למורה הדרך לשימוש בריבוי יצרנים לייצור ו/או לאחסון.
השימוש בדבק אפוקסי שני מרכיבים היה בעל חסרונות, המשתמש צריך להשאיר את הכבל ב- +25 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות כדי לקבל יציבות הדבקה וחומר (כוח ירוק) לחלופין כדי להאיץ את תהליך הייבוש הוכנס הכבל לתנור לשעתיים
ב- +58°C.
BWB בגרמניה הציג את מפרט VG95343 חלק 18 מפרט אפוקסי המצופה מראש בתוך המגפון כדי לצמצם את זמן הייבוש של הדבק ובתוך כך לקצר את זמן ייצור הרתמות המשתמשות ברכיבים המתכווצים בחום.
כימיקלים חדשים של HellermannTyton הוכנסו והצליחו לפתח אפוקסי במארז מיקרו בעל רכיב אחד בשם W24. במילים פשוטות גודל החלקיקים הופחת, כך שהוא הפך להיות כמו אבקה. המקשה מעורבב עם השרף ונמשך על המגפון בתהליך הייצור לאחר מכן מיובש בתנור. המוצר אז נארז ונשלח ללקוח.

המוצר משיג כמה יתרונות
טמפרטורת פעולה מעלות צלזיוס
הציפוי נעשה מראש במפעל ועל מגוון הצורות הקיימות
W24 הוא ג’ל ללא נקודת סימון ואינו זקוק לחימום ראשוני מוגזם כדי להמיס את הדבק, ואין צורך בהרטבת המשטח להשגת חיבור (בונדינג) מלא.
W24 לא רגיש לספיגת לחות; לכן דה-למינציה מהמשטח לא תתקיים.
המוצר לא צריך להיות כל הזמן בשקיות אטומות
תחילת תהליך ההדבקה מושג על ידי הגעה לטמפרטורה מבוקרת של 90 מעלות. מדובר במינימום חיסכון זמן של דקה וחצי השמה למחבר. ניתן להעביר את הרתמה מיד לאחסון בטמפרטורה נורמלית, אך לא באור שמש ישיר, למגפונים מרוחים בדבק W24 יש חיי מדף של 5 שנים.
דבק W24 כבר משמש ביישומים ופלטפורמות רבים. הפרויקט הגדול ביותר היה תכנית הצבא באומן (Bowman) הבריטית שעדכנה את מערכת Clansman האנלוגי למערכות מקפצים בתדר רדיו הדיגיטלי. על פני תקופה של 8 שנים סופקו יותר מ-2 מיליון מגפונים מרוחים מראש בדבק W24 לג’נרל דיינמיקס בריטניה וקבלני המשנה שלה.

חברת Hellerman Tyton היא בעלת ניסיון של מעל 40 שנים בתחום הפולימרים ופועלת כמובילה בתחום בפיתוח ומחקר של חומרים ופולימרים חדשניים.

המאמר נכתב ע”י רוג’ר בונס, מנהל פיתוח עסקי, Hellerman Tyton.
תרגום שיכתוב והגהה רן טמיר IEWC ישראל.