在热缩管施工过程中,长度留有余地是一个很容易被人忽视的地方。很多人会测量出被遮盖部分的长度,并且裁剪出同样长度的一段管材套上去,在加热收缩之后就会发现两端各自收缩了一截,露出了没有被遮盖的部分。返工重做的时候还会造成浪费材料和影响工期的问题。花纹热缩管由于表面具有纹路结构,在轴向上收缩时会和光面管有所不同,因此在长度留白的时候不能凭空想象。接下来就来介绍一下轴向收缩的规律以及长度留白的方法。
一、轴向收缩是什么原因
热缩管的收缩是分径向和轴向两个方向进行的。径向收缩是指管径缩小、紧紧包裹在基材上,这是热缩管的主要作用。轴向收缩是指管材在加热过程中,在长度方向上也会发生收缩,其程度一般要比径向小很多,但是绝对值不能忽视。
轴向收缩的原因是由于管材在扩径过程中产生的应力所造成的。管材在生产过程中被径向膨胀,分子链沿着圆周方向被拉伸取向。加热的时候分子链会回弹,主要是恢复径向尺寸。但是分子链的回弹并不是完全单向的,在轴向上也会受到牵连而产生一定的缩短。该比例会根据所用材料体系、扩张方法、收缩率以及加热方式的不同有所不同,在5%-15%左右范围内。即一条100mm长的管道,在收缩之后可能会剩下85~95mm左右。
花纹热缩管在轴向上发生收缩的行为要比光面管要复杂的多。表面的凹凸纹理,在扩张和收缩的过程中会改变管壁的局部应力分布。凸起部分的分子链取向程度和凹陷部分不一样,在加热回弹的时候两者收缩的速度可能会有所不同。如果花纹深度比较大,在轴向上收缩的时候可能会出现轻微的扭曲或者堆积,从而影响到长度的稳定。所以花纹管的长度预留不能简单的套用光面管的经验数据,要根据具体的制品收缩特性来进行判断。
二、影响轴向收缩量的因素
收缩比。收缩比越大,轴向收缩量一般也越大。3:1的管材,在径向收缩时幅度会更大一些,分子链回弹得更加厉害,轴向上的连带缩短也会更加明显。2:1的管材轴向收缩比较小。但是这并不意味着可以无限地扩大,因为具体的还要看在扩张工艺里对于轴向拉伸的控制程度如何。有的产品在扩展的时候轴向也跟着被拉伸了,在收缩的时候轴向回缩的比例就会比较大一些;有的产品的扩张过程中轴向是自由的,在收缩的时候轴向的变化就会很小。
材料体系。不同的材料由于其分子链结构以及回弹性的不同而存在很大的差别。聚烯烃类花纹管具有较好的柔韧性,在轴向收缩方面也能够得到一定的控制,一般情况下会在5%-10%左右。PVDF热缩管具有较高的刚性,分子链回弹的轴向分量可能会比较小,在冷却过程中由于热应力的作用而产生的尺寸变化也有可能较小。氟橡胶热缩套管具有良好的弹性和在高温下的分子链运动能力较强,在轴向收缩时可能会出现较大的收缩量,并且和加热温度有关。氟橡胶热缩管经过高温收缩之后,在冷却过程中如果降温速度过快,则可能会造成轴向上的不均匀回缩现象,从而使得管端出现不整齐的情况。
加热方式。加热温度高、加热速度快的时候,轴向收缩就会越大。热风枪从一端到另一端移动进行加热的时候,最先被加热的一端会先收缩,没有被加热的那一端仍然保持着原来的长度,在管材沿着轴线方向上产生了拉伸。如果加热不均,则会使得局部受到更大的拉伸力,从而造成该处组织过度收缩或者管壁变薄。使用烘箱整体加热的方法,轴向收缩要比局部加热更加均匀,但是总的收缩量可能会稍微大一些,因为在整个管材上都达到了收缩温度。
管材壁厚。壁厚大一些的花纹管,在轴向收缩的时候一般要比薄壁管要小一些。厚壁管的刚性比较大,分子链回弹的时候所受到的约束也比较多,轴向缩短的程度也就比较小。但是厚壁管要经过较长的加热过程才有可能全部收缩,如果加热不够充分的话,那么轴向收缩可能会不一致,在某一个地方会收缩而另一个地方则不会收缩。
花纹的深度和密度。花纹越深、越密实,则管材表面应力集中点就越多,在轴向收缩的时候,纹路之间互相挤压的现象就越严重。浅而稀疏的花纹对于轴向收缩的影响比较小,深而密集的花纹可能会造成更大的轴向缩短,并且在轴向缩短之后,管端的花纹也有可能会变得不规则。
第三部分:长度预留的计算方式
长度预留的核心原则为:管材收缩后所剩余的长度要能够覆盖需要防护或者标识的所有部分,并且要在两端留出足够的余地。具体的计算过程分为三个步骤来进行。
第一步骤是准确测量被遮挡部分的真实长度。使用卷尺或者卡尺来量出基材上要由管材覆盖的部分长度。如果线缆有标识的话,则需要量取从标识开始的位置到结束位置之间的距离,其中包括了线缆可能会出现的弯曲部分。如果进行的是接头防护,则要对接头以及其两侧需要密封的延伸部分进行测量。量的时候要贴着基材表面进行,不能让尺子悬空,以免造成读数偏大的情况。
第二步是估计轴向收缩率。轴向收缩率是指管材在收缩和膨胀之后的长度之差除以收缩之前的长度。最可靠的数据来源为产品的规格书或者供应商给出的技术参数。如果没有资料的话,可以用一个简单的实验来验证:取一根已经知道长度的钢管,在实际施工中所用到的加热方法下进行收缩处理,待其冷却之后再用尺子量出它的长度,并与原来的长度做比较,从而得出收缩的程度。测试应该在同一种管径、壁厚以及加热条件下的情况下进行,因为在不同的规格下收缩率可能会有所不同。对于花纹热缩管,在做检测的时候要观察到花纹在收缩之后的状态如何,如果发现花纹明显的塌陷或者变形的话,则可以判断出该产品在轴向收缩的时候可能会出现较大的偏差,因此需要适当增加预留量。
第三步是计算出需要裁剪的长度。公式非常简单:裁切长度=需要覆盖的长度/(1-轴向收缩率)。比如要裁剪出80mm长的产品,而轴向收缩率为10%,那么裁切后的长度为:80÷(1-10%)≈89mm。在实际裁剪的时候,在这个计算值的基础上再加上5%-10%的保险系数,因为加热的方式、环境的温度以及操作的方法都会使得实际收缩率与估算值产生偏差。对于花纹热缩管来说,建议预留量取偏大的数值,因为花纹结构的轴向收缩不确定度更大一些。
另外一点很容易被人忽视的是:管材两端在收缩之后可能会不完全对齐,特别是花纹管,在收缩之后它的管口上的花纹就会参差不齐。如果有对端面整齐度的要求的话,在裁切的时候要留出一些额外的修整余地,收缩之后再用剪刀把边缘修平整。
第四部分 不同应用场合下的长度留白策略
线束防护。线束上管材要覆盖导线一段的地方,两端可能会有接头或者分支的地方。当管材收缩之后长度不够时,在接头根部或者分叉的地方就会出现裸露的情况。长度预留要保证收缩之后管端可以覆盖到接头根部至少5毫米以上。对于双壁热缩管,在内胶收缩之后会从管口溢出,覆盖范围比管端的实际位置稍大一些,这是正常的,但是管端本身的位臵仍然要符合覆盖的要求。当线束要经过管材收缩之后再进行弯曲时,在弯曲的地方管材就会因为被弯曲而“消耗掉”一些,所以留下的空间就要多一些。
接头密封。使用双壁管包裹线缆接头的时候,管材两端要与接头两侧的线缆绝缘层搭接在一起,并形成一个完整的密封。搭接长度一般情况下应大于等于管材收缩之后内径的1.5倍。在计算裁剪长度的时候,要将接头本身所占的空间加到两边的搭接长度上,然后用这个总和除以(1减去轴向收缩率)。接头处由于直径的变化比较大,所以在管材收缩的时候,它的轴向长度会变短一些,而这种不规则的线束要比整齐划一的线束更加明显一些,在预留量上应该要多一些。
线缆标识。标识管的长度留有余地要考虑到字符完整的显示以及两端固定的需要。字符区域收窄之后不能变形,两端要各自留出至少3mm至5mm的收缩段,保证管材与线缆紧密接触,字符不会因为管端翘起而变得模糊不清。当标识管要穿过去扎带或者固定夹的时候,管子端部到固定的距离也应当被考虑到。线缆标识用管一般管径小、壁厚薄,轴向收缩率可能会小于大口径防护管,但是仍然需要进行实际测量来确定。
氟橡胶热缩套管在高温下的使用情况。在高温环境下,管材和基材都会发生热胀冷缩现象,在长度方向上尺寸的变化更为复杂。氟橡胶热缩套管在高温下收缩之后,如果工作的温度一直很高的话,那么管材可能会出现轻微的轴向回缩。长度预留要根据工作温度来确定,在常温下收缩之后再进行长度预留是不正确的做法。对于温度变化较大的情况,可以在计算出的结果上再加上10%左右的安全系数,以避免长时间使用之后管端外露的问题。
五、PVDF热缩管和氟橡胶热缩管的长度注意点
PVDF热缩管的轴向收缩率一般小于聚烯烃管材,这是因为PVDF分子链的刚性比较大,在回弹的时候轴向分量较小。但是PVDF管材在收缩之后冷却的过程中,如果冷却不均,则会产生内应力,从而使管材在以后的时间里慢慢变形,长度也会出现轻微的变化。在长度预留的时候要考虑到这个因素,在使用透明PVDF管做观察窗口的情况下,管端位置的变化会影响到观察范围。另外,PVDF管材比较硬,在裁剪的时候很容易出现毛刺或者细微裂缝,因此在使用裁剪工具时一定要保证其锋利程度,并且要求切割后的边缘要光滑无损。
氟橡胶热缩管的轴向收缩率会受到加热温度的影响比较大。氟橡胶的全缩温度比较高,在加热到刚好达到收缩起点的时候,轴向收缩可能会不完全;当加热温度接近于材料所能承受的最大值时,轴向收缩量就会变得很大。在长度预留的时候要清楚地知道施工时的加热温度范围,并按照较高的温度下所测得的收缩率来进行估算。氟橡胶管材在收缩之后如需再次加热(例如安装完毕后需要局部修复)),则第二次加热会使得材料发生更大的轴向缩短,这一点在精密的应用场合下应当引起重视。
六、在实际操作中容易出现的一些误区以及改正的方法
误区一:按照基材的长度进行等长裁剪。最常见的是把“是”和“不是”搞混了。等长裁切之后的结果一定是收缩之后两边露出来。纠正的方法就是按照轴向收缩率来计算裁剪长度,并且要留出一定的保险余量。
误区二:仅仅关注径向收缩而忽视了轴向。在选择的时候仅仅考虑了内径以及收缩率这两个因素,并没有去查阅有关于轴向收缩的数据,在施工过程中才发现在长度上不足。纠正措施是,在选型阶段就将轴向收缩率作为必须的参数,并且与供应商沟通或者自己进行测试。
误区三:所有的规格都使用相同的预留比例。不同的管径、不同的壁厚、不同的材质,在轴向收缩的时候所表现出的收缩率是不一样的,如果使用一个相同的比例来估算的话就会出现大口径管材余量不足或者小口径管材浪费的情况。纠正的方法是对每一个规格都进行收缩率确认,或者是至少在相似规格之间做实际测量验证。
误区四:加热的方式没有限制,也不顾及到轴向收缩的问题。使用火焰喷枪进行快速烧烤或者用热风枪以恒定的速度对物体进行加热,在轴向上产生的收缩量可能会相差几个百分点。纠正的方法就是固定施工工艺,在实际使用加热方式的时候要做收缩率测试,并且在施工过程中要保持一致的加热手法。
误区五:收缩之后才发觉长度不足,只好再进行一次拉伸来弥补。管材收缩之后已经固定下来了,如果强行拉伸的话就会破坏分子链的取向,造成管壁变薄、图案变形或者开裂。改正的方法是,在裁切之前就已经算好了,宁可稍微长一点也不要稍微短一点。如果是过长的话,在收尾的时候可以修剪一下末端,但是如果太短就无药可救了。
长度预留是花纹热缩管施工过程中一个表面上看起来很简单但实际上对整个工程起着决定性作用的小环节。轴向收缩的规律会根据所用材料、规格以及工艺的不同而有所不同,并不存在一个通用的数值。正确的做法就是:查数据、做测试、留余量、固定工艺。计算好管材的长度,在需要覆盖的地方稳稳地包裹住,不留空隙也不浪费材料。

