PVDF热缩管为什么会“热缩不熔流”？原理罕见公开

　　热缩管有一种很有趣的现象，“矛盾行为”，它明明是由塑料制成的，在加热点之后竟然可以像被施了魔法一样的样子收缩起来;更加神奇的是，在较高的加热温度下，它也不会像普通的塑料一样熔化流淌出来，而会一直保持着管道形状，并且随着温度的降低越来越细小。普通的塑料薄膜在加热的情况下会变软、弯曲或者融化成一团，而热缩管则可以做到“热缩不熔流”，这其中的原因是什么呢?本文要介绍的一套很少人公开讲解清楚的机制，在此一次说清。

　　首先看一下异常情况：即不符合塑料通常所遵循的操作规程

　　普通的热塑性塑料在受热的情况下会逐渐变软、融化甚至流淌出来，在更高的温度下还会发生分解反应，并且随着温度的降低又会恢复原来的形状和状态。塑料袋和塑料膜也是一样，在受到高温之后就会发生收缩变形以及边缘卷曲粘连的现象，根本不能够掌控其形态。

　　假如PVDF热缩管也按照这样的规律来设计的话，那么它的实际用途就会变得非常渺茫——在收缩的过程中，管体会因为温度升高而变软并塌陷，在熔融的情况下还会从管道中流淌出来，根本无法包裹住电线电缆。但是实际情况是：当它被加热的时候只会收缩而不会粘结或者流淌，在收缩到一定程度之后会马上固定下来，并且在局部短时间内的高温也不会使材料融化成一体。“热缩不熔流”这一特点是由两种机制一起起的作用造成的：一种使它收缩，另一种则防止其熔流。

　　二、收缩的原因是被冻结的应变和分子的记忆

　　热缩管的收缩性能来自于在制作的过程中把应力“固化”到材料中去。

　　制作热缩管需要经历一个“扩张”的过程：把管坯加热至高弹性状态后，利用机械方法或者气体压力使管径增大数十倍，在此过程中保持膨胀的状态，并迅速降温。在冷却的过程中，分子链本来想要恢复到原来卷曲的状态，但是由于迅速降温使得链段运动受到了“冻结”的影响，膨胀出来的形态也被强制性的固定住了，在材料内部就产生了大量的弹性应力。

　　这就如同把一条被拉伸了的橡皮筋突然冷冻起来一样，橡皮筋想要收缩下去的力量仍然存在，但是暂时不能发挥作用。当管道再一次被加热至链段恢复运动的温度的时候，被冻结下来的应力就会立刻苏醒了，分子链也都会重新回到没有扩展的状态下所具有的结构形态上去了，从而使得宏观的表现就是管道直径会很快地收缩回来。热缩的本质就是塑料在受热之后会因为分子的记忆而发生收缩现象，并非是塑料遇到高温后就会出现“缩水”的情况。

　　第三部分 不熔流关键点：辐照交联形成的三维网

　　仅仅有上面提到的应力机制的话，那么管道在收缩到高温的时候应该早就软塌熔化了吧?让其“站得住”第二个办法就是辐照交联。

　　管坯在膨胀之前需要进行电子束照射处理。高能电子束穿入物质的时候，在相邻分子链之间会形成共价交联点，并且把原来各自独立的长链编织成了三维网络。该网络从根本上改变着材料在加热过程中的表现形式。

　　普通的热塑性塑料在加热的时候，它的分子链是相互独立并且能够整体滑动流动的，因此就会出现熔融流淌的现象。经过交联之后的材料中，分子链已经通过共价键连接成了一个网状结构，在任何情况下都不会出现宏观上的滑动现象——没有了这种滑动现象，也就不存在所谓的流动问题了。因此交联聚合物并没有真正意义上的“熔点”，在加热的过程中只是会慢慢变软，并且表现出类似于橡胶一样的弹性和韧性，而不会发生融化流淌的现象。

　　正是因为有了这张网，在一定的温度之下就可以使PVDF热缩管保持原来的形状而不发生变形：应力使得PVDF热缩管向内收缩，而交联网络则支撑着PVDF热缩管的身体结构;两者之间互相推动、相互扶持，从而形成了“热缩不熔流”这一独特的现象。

　　第四部分是PVDF的作用：晶区内和较强的化学键相结合的一种保障

　　交联作用是所有的辐照热缩管都具有的特性，而PVDF则具有双重自身的优势。

　　第一种是半结晶状。PVDF晶体区的熔点很高、结构非常致密，在正常的收缩温度范围内，晶体区就犹如分布在网状结构中的一万个“刚性节点”一样，从而起到抑制变形的作用，并使管道在加热过程中始终保持挺括状态，收缩过程十分顺畅。

　　第二个就是碳氟键非常稳定的特性。PVDF分子骨架是由键能很高的碳氟键组成，在常温下对于它来说没有任何影响。即使是局部短时间过热，材料也不会发生分解或者碳化现象，并不会产生粘连的情况，这也是很多普通的建筑材料所不能做到的事情。

　　三层防护并举——交联网络防止熔流、晶区节点抵抗变形、强化学键避免分解——PVDF热缩管的“热缩不熔流”的可靠性就非常高了。

　　第五种情况是把同一个道理放到不同的人身上就会有不同的表现形式了

　　该套“应力+交联”原理属于热缩管家族通用底层逻辑，在此基础上各种材质会表现出不一样的特性。

　　氟橡胶热缩管使用的是弹性体交联体系，在这种体系中，交联点稀少而链段自由度较高，所以它具有很好的柔性和高温性能，并且在长时间的工作过程中可以达到200℃以上的高温而不变形或者损坏。氟橡胶热缩套管是同系列的产品，在发动机舱和液压系统的周围等严苛的地方起着主要的作用。双壁热缩管是在交联聚乙烯外套的基础上加一层内衬，并用热熔胶粘合在一起，在收缩的时候外层会紧紧包裹住内部，而内层则会被加热融化并形成一个密封圈来保护内部结构不受外界的影响。花纹热缩管是表面形态上有所区别的产品，在纹路上可以起到防滑的作用，并且也依靠着交联所带来的一种形状记忆效果。

　　原理一样，但是性格不同，在选择型号的时候要根据实际情况来挑选合适的型号。

　　第六条 施工告知：掌握原理之后再使用相应的办法

　　了解了其中的道理之后，在施工过程中的一些所谓的“讲究”，也就很容易明白了。

　　为什么要推广使用热风枪来对称地加热，并不是用明火烧呢?由于收缩依靠应力的有序释放来实现，在整个过程中都要保持均匀加热的状态下使管道一起收缩并紧贴肌肤;如果明火局部过热的话，则有可能对材料表面造成损害，虽然交联网络本身是不会熔化的，但是它的外观和性能还是会受到影响。

　　为什么收缩需要加热充分呢?应力释放要使链段达到足够大的活动温度，在加热不够的情况下，收缩不彻底，残留应力留存在管道内，之后遇到高温可能会继续回缩从而造成松动。

　　收缩之后尺寸是稳定的吗?当应力被完全释放出来之后，交联网络就已经形成了，在不超出材料长时间使用的最高温度的情况下，管状结构就可以长久地保持不变。

　　结语

　　PVDF热缩管“热缩不熔流”，表面上看去似乎违背了塑料的基本规律，其实这是由于分子的记忆和交联网络的作用所造成的：在膨胀的过程中被冻结下来的应力来承担收缩的行为，在辐射交联形成的三维网络上守护住形状的安全底线。晶区和碳氟键又增加了两层保障。掌握了这一套原理之后，并不是说就明白它的可靠性从何而来以及应该如何去正确地运用它了。材料的奇妙之处就在于它的结构，在于你能否读懂这个结构。只有这样，热缩管的所有动作才会在你的预料之中。