“看着贴了”与“推不动”的之间有一层肉眼看不见的力学现实。一根氟橡胶热缩套管,在热风枪的作用下完成径向回缩,管壁外表面光滑服帖、无气泡、无翘边,从视觉上看几乎无可挑剔。但是手指轻轻一推,管段就从基材上滑了出来——这就说明,在视觉上看来的“贴合”,并没有转化成力学上的“箍紧”。收缩完成、抱紧力到位这两件事都是要分开来做的,“一推就滑”就是后者不出现的时候产生的最直接的表现。
第一部分:要区分出哪些滑动是正常的,哪些不是
滑动本身并不是完全一样的故障。决定性的因素有两点:冷却的状态以及滑动的程度。当管子刚刚被加热过但是还没有完全冷却的时候,材料比较柔软,抱紧力还没有形成最后的结果,在这个时候稍微移动一下是暂时性的,等它冷却之后就会消失了。如果基材非常光滑(如抛光过的金属、玻璃或者光滑的塑料),那么即使收缩到位了,表面摩擦系数本来就很小,稍微转动或者滑动也有可能在可以接受的程度内;单壁结构没有胶层粘接,在光滑基材上出现小幅度滑动,只要端部收口和绝缘完好,一般不需要按照故障来处理。
需要调查的情况是另外一种:当管道自然冷却到常温后,管段依然很容易地轴向推动或者周向转动,并且管口和基材之间可以用肉眼或者探针感觉到缝隙。此时的“看着贴了”只是一种视觉上的外壳,并没有真正地把管壁和基材连接在一起,所以它所形成的抱紧力是不能够抵挡住一个微小的外力的。氟橡胶热缩套管的壁厚和挺度比较大,如果收缩没有完全到位的话,“弹性箍紧力”就无法得到充分的表现,表面看上去很服帖,但是实际上却存在着松弛的问题。
“看着贴了”为什么会产生:视觉贴合和力学箍紧这两条线
抱紧力并不是由一种原因产生的。它的形成主要是由于材料收缩产生的应力、管壁和基材之间摩擦力以及双壁结构中的内层橡胶与基材之间的粘接作用所造成的。回缩应力由交联网络的弹性回复能力决定,而摩擦力则是由于基材表面的状态以及接触面积所造成的,粘接力只有在有胶层的结构中才会存在。其中任何一个条件不满足的话,都会使管壁在冷却之后还能够滑动。
“看着贴了”的原因和“推得动”的同时出现有关,因为径向收缩的视觉完成并不意味着回缩应力已经被充分释放并且转化成了持久的箍紧力。氟橡胶热缩套管的回缩是由于弹性网络的熵弹性所引起的:分子链在膨胀的时候会被拉伸取向,在加热之后会回弹,管壁径向收缩。但是如果加热只能使外层完成收缩,而内层以及界面处的分子链仍然处于较低的活动水平时,尽管管壁已经“粘上”了,但是网络内部的应力分布却并不均匀。实际作用到基材上径向的压力没有达到材料在这种壁厚、收缩率的情况下应该达到的程度。冷却之后,这样的不均匀就被固定住了,手指轻轻一推,管壁就会在界面间隙里滑动。
三、氟橡胶热缩套管:回缩温度不是一点事儿,而是要走一段路才能到达的地方
氟橡胶热缩套管的收缩温度一般会被误认为是一个固定的临界点。它的起始收缩温度大约为175℃左右,但是从“开始收缩”到“完全收缩”的过程中存在一个很大的范围。如果热风枪的设置温度仅仅在起始收缩附近,或者是加热的时间只能使外层软化回缩,那么管子就会出现“缩了”的外表,但是内部以及表面并没有得到足够大的能量来进行充分的应变释放。收缩完毕并不意味着已经收缩到位,后者要保证热量能够渗透到整个壁厚中去,在径向和轴向方向上都能够达到比较均匀的回弹效果。
容易被人忽视的一个小细节就是,在冷却之前要有一个停顿的时间段。氟橡胶的弹性回缩速度非常快,在短时间内就可以达到视觉上的贴合效果,操作人员会在信号出现的时候就停止加热。但是此时内层的分子链仍然在缓慢地调整中,如果马上把热源移走,并让其自然冷却下来,在这种“半松弛”状态之下,内层就会被固定住。冷却之后管壁的箍紧力小于预期值,从而导致了滑动现象的发生。判断回缩是否真的完成,并不是仅仅看“缩了没有”就可以了,还要看表面是不是光滑、端部是不是收圆、以及冷却之后推拉时所感受到的阻力是否均匀明确。
四、尺寸和收缩率:选择大一号尺寸所付出的成本,在冷却之后才会表现出来
“套得进去”与“箍得住”的意思是对于管材内径的要求,并不是完全一样的。在选择型号的时候,仅仅为了保证穿套顺畅而使用了收缩前内径远远大于基材最大外径的规格,穿套很容易,但是收缩的时候要跨越更大的直径差。当该跨度接近或者大于管材收缩比所能够保持稳定的覆盖范围的时候,冷却之后的管壁和基材之间就会留出一圈肉眼难以察觉的空隙,用手指轻轻一推就可以移动。
这里的重点并不是“收缩比越大越好”,而是在于收缩之后的内径是否小于基材需要被箍住的最细段的外径。一根2:1的管子,如果基材粗端已经接近它的穿套极限,细端就有可能落在这它收缩之后不能够可靠抱住的范围之内。对于直径变化大的接头或者线束分支,在2:1的跨度不够的情况下,滑动一般会集中到细端上,并不是整根管子都均匀地松开。PVDF热缩管也按照同样的逻辑来设计,但是它具有半结晶硬质的特点,在“欠缩”的情况下,滑动的表现会和普通的热缩管有所不同:PVDF冷却之后回弹的能力比较差,当管壁和基材之间出现空隙的时候,不会像弹性体一样,在之后稍微加热的时候自己收缩起来,滑动的状态更加倾向于被固定住。
五、加热不均:圆周上的某一部分比较紧,另一部分比较松,在推动时就会出现移动的情况
即使是总的热量充足了,但是加热的空间分布又会影响到抱紧力是否均匀。当热风吹入的一侧朝向风源的时候,该侧管壁会先软化、先收缩;而背向风源的一侧则升温滞后,并且圆周方向上收缩启动的时间也不一样。冷却之后,管壁在圆周上呈现一边被紧紧箍住、另一边还有微微空隙的状态。手指推动的时候,管段不需要克服整个圆周上均匀分布的摩擦力,只需要从比较松弛的一边“滑开”即可,所以滑动要比预期中容易得多。
花纹热缩管的纹路几何把问题扩大了。凸出的棱线壁厚比较小,热容量也较小,在凹槽处壁厚比较大,升温速度也比较慢;如果加热速度按照光面管的经验来控制的话,凸纹可能会因为过度收缩或者开始失去稳定性而变形,但是凹槽处的材料却没有足够的时间软化贴合。因此,抱紧力会在不同位置上的纹理处分布不均,滑动一般是从纹理变形最大的地方开始的。纹理的机械咬合本来也可以提供一些摩擦阻力,但是前提条件是凸起的部分在收缩的时候能够被充分地压入到基材表面的微小凹陷中去,并不是在“半软不软”状态下的时候就被草率地定了型。
六、双壁热缩管:外面一层已经收缩好了,但是里面的胶水却没有流动起来,这就相当于只完成了任务的一半
双壁热缩管的“看着贴了但是推不动”,有一个独立于外壁之外的原因:内层热熔胶没有熔化流动。双壁结构的抱紧力是由两个部分叠加起来的,一个是外层的径向回缩力,另一个是内层胶与基材之间形成的粘接力。加热只能使外层完成收缩,胶层仍然处于软化但是没有液体的状态中,它就无法充分润湿基材表面,并不能填补管道壁和基材之间微小的空隙,粘接层也就不会形成。管段的抱紧力只有一条腿——就是外层的弹性回缩。
从视觉上看,在这种状态下管子外层管壁可以收得很平整光滑,并且端部没有明显的翘起,但是管子内部却有一条“干带”,即胶层从来没有湿润过基材,只被外层箍在了一旁。判断胶层是不是真的参与到抱紧的过程中来的一个比较实际的方法就是看两端有没有少部分胶被挤出来。两端非常干净,并且没有胶珠或者胶环出现,一般表示胶层没有完全流动到位,即使外表看起来很完美,但是滑动只是时间的问题。加热的时候外层先收缩形成死胶,然后内层才开始加热,或者是热量没有渗透到内层中去,在一个没有流动性的空间里被封闭起来。
第七个方面是界面处的“隐形润滑层”,即基材表面的状态发生变化之后摩擦系数也会随之改变
在抱紧力中所包含的摩擦力分量,是由管壁和基材之间实际接触的状态决定的。如果基材表面有油污、脱模剂残留、手汗或者灰尘等物质,在收缩之后会在界面处形成一层低剪切强度的夹层,相当于在管壁和基材之间涂抹了一层“隐形润滑剂”。氟橡胶热缩套管本身摩擦系数不高,如果界面被污染的话,摩擦分量会进一步减小,滑动阈值也会随之降低。
对于双壁热缩管来说,表面污染带来的影响更加深远:即使胶层已经熔化并开始流动了,但是它接触到的是一个油膜而并不是干净的基材表面的话,那么胶体会不能够和基材形成有效分子级别的结合呢?粘接力就会接近于零了。此时,“看到贴了”的描述是指外壁的视觉状态,但是界面上的粘接层已经和污染层隔离开来。花纹热缩管的沟槽,在这里特别需要注意的是:沟底和凸纹根部容易在存放、搬运过程中积累灰尘,收缩之前如果不进行清理,这些附着物就会集中于纹理与基材相接处,成为局部滑移的起始点。线缆标识、标识管等虽然不是主要以抱紧力来工作的,但是如果安装在需要管壁固定的部位上的话,那么基材表面的清洁程度就会对这些线缆标识、标识管能否在字符区内被推移或者旋转产生影响。
把线索收拢起来,“看到贴了但是轻轻一推就会下滑”的现象就是由于视觉上径向闭合和力学上的界面锁定发生分离造成的。氟橡胶热缩套管的回缩温度区间要全部走过,并不是一出现“开始收缩”信号就停下来;尺寸选择的核心并不是穿套顺畅,而是在于收缩后内径是否在可以对基材最细部分形成有效的箍紧范围之内;加热后的圆周均匀性决定着抱紧力是否整个一圈都存在或者只是局部缺少;双壁热缩管的胶层要真正地熔化、流动起来,不然的话,外壁的服帖只是外表上的一层没有粘接支撑的壳;基材表面的油污、脱模剂等,在界面处形成一条不需要很大的外力就可以使管段滑开的通道。PVDF热缩管具有硬质回弹的特点,花纹热缩管则有纹理壁厚不均的问题,而线缆标识和标识管之间的界面清洁程度也有所不同,这些都从不同的角度反映出一件事情:被推动的那一瞬间,并不是检验管子是否“缩了”或者“没有缩”。而是要检查管壁和基材之间是否形成了一个完整的、具有足够的剪切强度的锁定界面。冷却之后推拉阻力明显且一致,这就表示那层看上去很贴合的实际情况下,抱紧力已经到位了。

