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氟橡胶热缩管低温压缩后会回弹吗?

作者:超级管理员时间:2026-10-060 次浏览

信息摘要:

在北方冬天进行线缆施工、冷链设备保养和高海拔地区电气安装时,氟橡胶热缩管常常要在零下二十多到三十多摄氏度的低温环境下完成安装工作。安装好之后,热缩管紧紧地套在被包裹物体上,并且受到···...

  在北方冬天进行线缆施工、冷链设备保养和高海拔地区电气安装时,氟橡胶热缩管常常要在零下二十多到三十多摄氏度的低温环境下完成安装工作。安装好之后,热缩管紧紧地套在被包裹物体上,并且受到收缩产生的持续压缩应力。当环境温度继续下降,或者设备由常温环境转入低温工作状态的时候,一个问题就会出现:氟橡胶热缩管在低温状态下被压缩之后,能否恢复到原来的弹性呢?该问题直接影响到密封、绝缘等长期可靠性的判断。答案要从分子运动、材料指标以及结构形式这三个方面去认识。

  一、回弹本质是分子链运动的能力

  氟橡胶热缩管能够收缩之后紧紧地包裹住被包裹物体的原因是由于材料内部交联网络所赋予的弹力。弹性实质上就是分子链在外力作用下产生结构上的改变,在外力去除之后分子链又会因为热运动而回到比较无序的状态,从而促使材料恢复到原来的形态。分子链的运动能力和温度有着直接的关系。温度越高,分子链的热运动就越激烈,回弹的速度也就越快;当温度降低的时候,分子链的运动就会慢慢被冻结住,它的反弹能力也会随之减弱。

  当温度降到玻璃化转变温度以下的时候,氟橡胶由高弹态转为玻璃态,分子链的运动受到很大的限制,材料变得非常坚硬,几乎不能发生弹性形变,更不用说回弹了。所以,玻璃化转变温度就是衡量氟橡胶热缩管在低温下回弹的能力的第一道关卡。一般的氟橡胶的玻璃化转变温度大约为零下二十摄氏度左右,经过配方优化后的低温氟橡胶可以把这个温度降到零下三十摄氏度以下。

  二、TR-10温度——低温回弹的工程判据

  玻璃化转变温度是材料由高弹态转变为玻璃态时的热力学临界点,在工程实践当中更为常用的则是TR-10温度,也就是低温弹性恢复试验中试样的回缩10%所对应的温度。按照ASTM D1329标准的要求,在把试样拉伸之后进行冷冻固定,并且以恒定的速度加热,直到试样的恢复到10%的变形量为止的时候来测量温度。TR-10一般用来找出弹性体所能承受的最低工作温度。

  对于氟橡胶热缩管来说,TR-10温度所代表的意义是,在环境温度接近或者低于TR-10的时候,材料在压缩状态下的主动回弹能力几乎消失殆尽。普通的氟橡胶的TR-10一般是在零下十摄氏度到零下二十摄氏度之间,而低温型氟橡胶的TR-10可以达到零下三十摄氏度甚至更低。研究发现,氟橡胶胶料的TR-10温度基本上不受补强体系、硫化体系以及吸酸体系的影响,主要由氟橡胶基体的玻璃化温度来决定。因此,在低温环境下的回弹性要求很高时,关键不在于能否通过配方改良来大幅度提高回弹性,而是在于是否能选择到具有足够低的玻璃化转变温度的氟橡胶基体。

  第三部分是低温压缩之后的回弹过程到底发生了些什么

  明白了上面的基础之后,就可以回答出主要的问题:氟橡胶热缩管在低温下被压缩之后,它的回弹过程又是怎样呢?实验的数据也画出了一个很明显的图象。对于密封材料在低温下的性能研究发现,在温度降低的过程中,材料的回弹能力会不断减弱。在低温条件下,密封圈的压缩率远远小于常温下的设计值,这说明材料在被压缩之后不能恢复到设计预期的厚度,接触应力也随之降低,密封性能也受到了很大的影响。

  对于氟橡胶热缩管来说,在低温压缩之后的回弹过程中可以分为主动收缩、被动收缩和回弹三个阶段。第一阶段为快速回弹,在卸载后最初的几分钟之内发生,此时分子链中的较短链段仍然可以进行局部运动来恢复一部分变形。第二阶段为缓慢反弹,在几十分钟至几小时之间进行,并且涉及到长链片段之间的相互作用。第三阶段为弹性冻结,在温度低于TR-10的情况下,剩下的变形量几乎不能恢复,材料处于“被压扁”的状态中。对热缩管而言,这表示它可能会不能够恢复到足够大的径向压力来保持密封。

  四、花纹热缩管的低温回弹特性

  花纹热缩管因为表面有凹凸不平的纹路,在低温回弹上和光滑的管材有所不同。花纹的凸起部分在收缩之后所承受的压缩应力大于凹陷部分,在低温的情况下,凸起区域是回弹需求最迫切的地方,也是回弹能力最先减弱的地方。当环境温度接近TR-10的时候,花纹凸起的地方的材料可能会进入到玻璃态中去,失去回弹的能力了,在凹陷的地方由于应力比较小,所以还能保持一定的弹性。

  在实际施工过程中,花纹热缩管在冬季低温环境下安装就存在很大的困难。材料在低温下会变得坚硬,当把它套到电线电缆上时就需要用更大的力量来固定住它,在这个过程中机械拉伸可能会在花纹根部造成细微的损伤。正确的做法是在常温下对管材进行回温十分钟至二十分钟左右之后再进行安装,使分子链恢复运动的能力,在此基础上再进行套入和加热收缩。经过回温之后的花纹热缩管,在收缩的时候会更加均匀,收缩之后里面的残余应力分布也会更加合理,从而能够在以后的低温运行中保持较好的回弹能力。

  五、双壁热缩管的回弹问题不只在最外层

  双壁热缩管是由外层热缩材料、内层热熔胶组成的,低温回弹的问题要从两个方面来考虑。外层材料一般为聚烯烃类热缩材料,它的低温回弹性能和氟橡胶不一样,在零下三十摄氏度到零下四十摄氏度之间才会比较明显的变脆。真正薄弱的地方是内层热熔胶。热熔胶的玻璃化转变温度一般要高于外层材料,在低温的时候就会比外层更快地进入到脆性状态。当双壁热缩管在低温下收缩之后,内胶层可能会因为在环境温度下降之前就失去了弹性的缘故,在没有被包物表面的小缝隙可以填满的情况下而失效。尽管外层材料仍然具有一定的回弹性,但是内胶层已经失效,从而使得整个密封结构从内部开始崩溃。在零下二十摄氏度及以下的环境里使用双壁热缩管的时候,要保证内胶层的低温脆化温度符合工作条件的要求。

  六、PVDF热缩管在低温下的回弹比较

  PVDF热缩管是由聚偏氟乙烯组成的,它的分子链排列得很整齐,并且结晶度很高,这种结构上的特点使得它在低温回弹上和氟橡胶有着完全不同的表现形式。PVDF热缩管工作温度下的最低值一般都标示为零下五十五摄氏度,在进行低温冲击试验时要保证没有裂纹出现。由于PVDF具有很高的结晶度,在受到外力作用的时候,材料中的结晶部分会先发生塑性变形,而结晶区则起着物理交联点的作用。在低温条件下,尽管无定形区中的分子链运动变缓了,但是结晶区的刚性骨架依然保持住材料整体的形态,并没有像氟橡胶一样表现出明显的弹性下降现象。

  但是PVDF的“回弹”和氟橡胶的“回弹”在本质上有很大的不同。氟橡胶的回弹性属于高弹态下的分子链熵弹性所表现出来的回弹性,它的回弹性比较大、恢复能力很强;PVDF回弹主要依靠结晶骨架的刚性恢复来实现,因此回弹量比较小。当需要对不规则形状接头或者补偿被包物热胀冷缩的情况进行处理时,氟橡胶的回弹性会更加突出;当要维持形状稳定性的时候,PVDF表现会更好一些。

  第七条 线缆标识的低温回弹性和长期可靠性

  线缆标识在低温环境下可靠性的高低也和回弹力有关。热缩式线缆标识收缩之后依靠材料的回弹性来保持原来的位置,但是如果标识材料的TR-10温度高于所处环境的最低温度,则该标识管会在经历低温之后慢慢失去对电缆的夹持力,从而导致电缆沿着标识管滑动。滑移一旦出现之后,标识所处的位置就不再和实际存在的线缆相符合了,从而导致可追溯性的丧失。

  根据工程实践的情况来判断线缆标识是否还具有足够的回弹性,在低温环境下稳定一段时间之后,可以用以下一种方法来进行验证:用手轻转标识管,如果可以很容易地转动,则说明该线缆标识依然具有足够的回弹性。说明回弹力已经不能够保持物体的位置不变了,所以要换新的。对于要在低温环境下使用到的线缆标识,在选择TR-10温度低于环境最低温度的材料时就是最基本的条件了,在安装之前要进行回温处理也是不能忽视的。

  因此,氟橡胶热缩管在低温压缩之后是否能够恢复原状,要根据环境温度和材料TR-10温度之间的关系来判断。当温度大于TR-10的时候,回弹的过程虽然变慢了但是仍然可以完成;当温度达到或者低于TR-10的时候,回弹能力会迅速减弱,密封压力也很难恢复过来。花纹热缩管的凸起部分由于回弹能力最开始就减弱了,所以双壁热缩管的内胶层要比外层更容易失去弹性,而PVDF热缩管因为其高结晶度,在低温形状保持上有着明显的优势但是回弹幅度较小。线缆标识滑移的问题和低温回弹、衰减有关。在实际选择的时候要确定材料TR-10的温度范围是否包括了工况最低的温度,这样比单纯的比较耐温上限更有工程上的意义。


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