一、使用了一半就开始开裂了,不要着急去更换管道
PVDF热缩管在使用过程中出现了开裂的情况,在现场中属于比较棘手的问题。它可以发生在安装之后很短的时间内,也可以是在运行了几个月或者几年之后。裂纹可以沿着纵向发展,也可以由端部、弯折处或者花纹根部开始。有的人第一反应就是材料质量不好,也有人认为是安装的时候把东西给烧坏了。实际上,中途开裂一般是由很多种原因共同造成的。温度、应力、介质、老化、选型、安装,任何一个环节出现问题,都有可能会在某个时刻集中爆发出来。在排查的时候不能只盯着管材,要从基材、环境、工艺和使用记录等方面进行综合分析。按照常见的五个原因来分别进行分析。
二、原因一:低温脆化和热老化叠加
PVDF为半结晶性聚合物,强度高、耐腐蚀、耐磨损,但是低温韧性较差。当温度降低的时候,非晶区分子链的活动能力就会减弱,材料就会变得比较坚硬和脆性。如果在低温的情况下被弯曲、撞击、振动或者挤压的话,就会产生一些细微的裂缝。初期裂纹是不能被发现的,随着温度循环以及机械应力的反复作用,裂纹会逐渐扩大。到某个时间节点的时候,管材就会“半路出故障”,出现开裂的情况。
热老化也是另外一个方向。长时间处于高温环境中,PVDF容易发生氧化、降解或者继续结晶,表面变得坚硬、变色、发脆。当温度接近材料的极限时,老化速度会加快。低温脆化和热老化同时存在,使得材料的韧性降低,裂纹更容易出现。在排查的时候要看裂纹断面:脆性断裂断面比较平坦,韧性断裂会有变形。查询使用温度、运行时长、启停次数等。如果管材在常温下就已经变硬、变脆了,那么说明老化的程度比较严重。
第三种情况是由于选型和尺寸不正确造成的
选择错误是中途开裂的主要原因。第一,内径选择大一些。收缩之后抱紧力不够,管材和基材之间有空隙。运行中的振动、温度的变化,管道材料可能会发生滑动和摩擦,端部翘起,水汽进入,裂纹从端部开始。第二,内径选择较小一些。套入比较困难,强行拉伸之后再安装,收缩之后内部应力较大,容易出现薄弱的地方开裂的情况。第三,收缩比不足。基材直径的变化幅度很大,局部过缩或者欠缩,应力集中。第四,壁厚不正确。薄壁支撑不够,厚壁加热速度较慢,内外部收缩不一致。第五、没有留出余地。纵向收缩后端部外露,边缘处受力。
在排查的时候要对收缩之前的内径进行测量,然后对完全收缩之后的内径、壁厚以及长度进行测量。比较基材的最大外径与最小外径。如果发现管材可以转动、滑动或者端部有缝隙,则说明所选型号可能过大。如果管材表面有拉白、变薄的现象,则可能是偏小。保留同一批次的留样,比较新管子和已经开裂的管道在尺寸上的差异。不同的产品比如双壁热缩管、花纹热缩管、氟橡胶热缩套管、氟橡胶热缩管等,都有各自的尺寸以及收缩特性,并不能直接套用同一个选择方案。
第四种原因就是安装了加热工艺,但是存在一些问题
安装之后就是热缩管性能的第二次成型。加热温度太低,管材没有完全收缩,在冷却之后会回弹,并且在界面处会有空隙。水汽进入之后,在温度变化的时候会反复地膨胀和收缩,裂纹是从端部或者界面开始的。加热温度过高,外层先熔融,内层没有收缩,表面碳化、起泡、变脆。冷却之后产生很大的应力集中,稍微受到外界的压力就会出现裂纹。加热不均匀,一边收缩一边膨胀,从而产生皱纹以及局部应力。冷却速度过快,外层先凝固,而内层还在收缩之中,因此产生的内应力比较大。端部没有完全收缩,翘起来之后就成了进水口。
对于双壁热缩管来说,还要看里面的胶体是否被完全熔化。内胶没有流动,填充不充分,密封失效,水分沿着界面渗透进去,腐蚀导体、降低绝缘性能。如果内胶过烧的话,就会造成内胶流失或者变脆。检查的时候要看表面有没有碳化、气泡、皱褶、发白的现象。检查端部是否光滑,有没有翘起的情况。查看内胶是否被填满。问施工中使用的工具、温度、距离、移动速度、冷却方法。如果多条裂纹集中于端部或者加热停留的地方,则安装工艺存在嫌疑。
第五种情况是由于基材和机械应力引起的
基材的状态会直接对热缩管的使用寿命产生影响。毛刺、尖角、螺纹、焊点、端子边缘,在收缩的时候会把管壁顶住,产生应力集中。在运行过程中出现振动、弯曲、拉伸、摩擦等情况,都会使裂纹从这些地方开始蔓延。基材直径的变化速度过快,在过渡的地方把管材架空起来,在冷却之后就形成了皱纹。多根线束并排放置,截面形状不一,线与线之间形成凹槽,热缩管部分嵌入其中,较薄的部分受到拉伸。弯折半径过小,在外侧就会被拉薄,在里面就会出现起皱的情况。固定的点太紧或者太尖,也会把管壁压伤。
花纹热缩管由于其花纹结构,壁厚本身不均匀,在凹槽处更薄,应力集中更加明显。但是PVDF热缩管如果带有花纹的话也会出现同样的问题。在排查的时候要检查基材是否已经打磨好并且有倒角,有没有毛刺,固定的方案是否合理,弯曲半径是否足够。根据裂纹的位置来判断:如果裂纹出现在弯折的地方、过孔的地方、扎带的地方、接头的地方,那么就可能是由于机械应力造成的。如果花纹的根部有这种情况的话,那么可能是壁厚不均匀造成的。如果需要的话可以打开查看内部导体和接头有没有被腐蚀。
六、原因五:环境和介质侵蚀
环境因素会使裂缝加快。在潮湿和高温的环境下,水汽会渗透到界面中去,从而降低绝缘电阻,并造成电化学腐蚀。盐雾环境会加快金属腐蚀以及材料表面的老化。紫外线会使表面粉化、龟裂。臭氧会使一些弹性体变得脆硬。化学介质包括油、酸、碱、溶剂等,它们可能会使物体膨胀、软化或者抽出助剂,并且会腐蚀物体表面。温度不断循环地膨胀和收缩,界面应力逐渐积累起来。振动环境使得微裂纹在不断扩展。电压、频率对局部放电以及发热都有影响。
PVDF具有良好的耐化学性和耐水解性,但是它并不是所有的介质都耐受。氟橡胶热缩套管具有良好的耐高温、耐油、耐化学介质性能,但是不同配方的耐性会有所不同。氟橡胶热缩管具有很好的弹性和适用性,在进行动态密封的时候比较合适,但是要核对介质相容性。在排查的时候要了解接触介质的种类、浓度、温度、时间和方式。进行浸泡试验,看硬度、体积、外观的变化。测量绝缘电阻、耐压试验,观察其值是否降低。如果裂纹伴随着颜色变化、粉末脱落、变软等现象,则可以判断出这是由于环境老化造成的。
七、排查流程:看、摸、折、测、查、比
发现中间有裂缝,按照顺序进行检查。第一阶段是停电、泄压、降温,保证安全。第二步,看外观:裂纹的位置、方向、颜色、碳化、气泡、皱褶、端部状态。第三步,摸手感:看是否变硬、变脆、发粘、粉化。第四步,小角度弯曲:在不重要的地方试一试,看看会不会产生新的裂纹。第五步,测试性能:绝缘电阻、耐压试验、密封性试验。第六步,查记录:安装日期、批次、温度、工具、环境、介质、运行时间。第七步,比留样:同一批次的新管和已经开裂的管子颜色、手感、尺寸、收缩率进行比较。第八步,进行验证:热循环、振动、介质浸泡等,重现问题。
八、处理和更换的意见
如果裂纹比较小,并且没有贯穿整个部件,而且绝缘和密封都合格的话,在非关键场合下可以适当加强监控,并且可以适当缩短检查周期。如果裂纹贯通、碳化、进水、绝缘降低、密封失效,则需要更换。更换的时候选择匹配的材料:可以选用双壁热缩管来密封;需要标识、轻防护可选花纹热缩管;高温耐油可选氟橡胶热缩套管;可以选用弹性密封、氟橡胶热缩管等;耐磨、耐腐蚀的外护套可以选择PVDF热缩管。在安装之前要对基材进行清洁处理,并且要对倒角进行打磨,选择合适的尺寸,然后用均匀的热源进行加热,待其自然冷却下来。端部全部收缩在一起,在需要密封的地方让里面的胶液熔化并流出来。更换之后要记录下批次、日期以及操作人员。
九、预防措施
选择留有温度余地,以免长时间处于最高限之下。在低温环境下对管材进行预热,以防止硬弯、硬拉。使用可调节温度的热风枪,并且配上扩散风嘴,在一端到另一端之间进行均匀移动。基材去油污、灰尘、水分和毛刺。尖锐的边沿加上防护套。降低振动、磨损以及弯曲的程度。不要让不相容的物质长时间地接触在一起。经常对颜色、裂纹、手感、端部以及绝缘情况进行检查。储存时要避光、避热、避湿,并按照期限来使用。重要的地方要留有备件,并按照规定的时间进行更换。
十、结论
PVDF热缩管使用了一半就开裂了,造成这种情况的原因一般不会只有一种。低温脆化和热老化叠加、选型尺寸不正确、安装加热缺陷、基材和机械应力、环境和介质侵蚀是五个主要方面。排查的时候要按照看、摸、折、测、查、比等步骤进行,找出主要原因后再做处理。不能只更换同型号的产品,否则还会出现裂缝的情况。把材料、结构、尺寸、工艺和工况配对好,才能使热缩管正常地起到绝缘、密封和防护的作用。

