PVDF热缩管为什么机械强度更高？

　　机械强度更大，一般是由多种因素引起的，并且是分子链结构、结晶行为、取向工艺、壁厚设计和应用定位等多方面因素共同起作用的结果。偏氟乙烯类材料的主链中含有多对极性强的氟原子和氢原子交替排列在一起，分子链之间的作用力比较大，因此该种材料很容易产生较高的结晶度，并呈现出半结晶态的特点。经过挤出、扩张和热缩取向之后，分子链沿着受力的方向排列，从而提高拉伸强度以及表面硬度。相比之下，含氟弹性体主要是通过柔顺链段以及交联网络来实现的，并且它更注重回弹、贴合的效果，模量和刚性一般都比较小。“机械强度更大”的说法是相对于而言的，在不同的配方、壁厚、收缩率以及测试的方向下，其机械强度可能会有所不同，并不能简单的认为所有的机械指标都会变好。从分子结构、结晶、取向、对照材料、表面结构、复合结构、打印载体和选型验收等方面进行阐述。

　　一、分子链结构和链间的作用力

　　机械强度的基础是分子链。偏氟乙烯类材料的链结构具有很高的规整性，链段上氟原子的电负性较强，分子间的偶极相互作用以及氢键作用使得链间的作用力比较大，因此在受到外力的情况下不容易出现链段滑移的情况。主链的刚性比较大，由于玻璃化转变以及结晶过程的存在，在常温下该材料具有较大的模量和表面硬度。含氟弹性体则是利用共聚的方式把柔顺链段和交联点引入其中，链段的活动能力比较强，在受到外力的作用之后容易产生形变，并且能够迅速地恢复原状，所以它的柔韧性很好但是刚性却不高。两种材料之间的区别并不是哪一个更加先进，而是在于链结构所决定的它对外力响应的方式不同。这样就可以知道机械强度的不同并不是简单的加了某种物质就堆出来的，而是在于材料本身的结构和加工的历史一起形成的结果。

　　二、结晶度和半结晶态

　　偏氟乙烯类材料容易形成半结晶形态，晶区像物理交联点一样限制着链段运动，从而提高了材料的模量、抗蠕变以及形状保持的能力。结晶度越大，则材料的刚性以及表层硬度一般会更加突出，但是断裂伸长率可能会降低。含氟弹性体的交联网络主要是通过化学交联的方式形成的，链段比较柔软，结晶倾向较小，所以回弹好、贴合性强，但是抗蠕变以及形状保持能力较弱。结晶过程还会受到冷却速度、加工温度以及热缩历史的影响：冷却慢的话可以得到比较完善的大晶区，而冷却快的话则会形成很多无定形的部分。在热缩的过程中，取向以及冷却的方式都会影响到最后形成的晶体结构，所以同一种材料用不同的工艺制作出来的机械强度也可能会有所不同。在谈论机械强度的时候，并不是单单依靠材料的名字就可以得出结论的，还需要考虑该种材料在结晶状态下以及成品加工的历史背景。

　　三、取向工艺和热缩的历史

　　热缩制品在制作的过程中一般要经过挤出、膨胀和冷却固化等几个过程，在这个过程中分子链会沿着膨胀的方向被拉伸取向。取向使得分子链沿着受到的作用力的方向排列起来，从而提高了该方向上的拉伸强度和模量，但是也带来了方向性的问题：沿着取向方向上强度比较高，而垂直于取向方向上可能会比较低。热缩过程中材料会收缩，取向度也会下降，但是残留取向以及冷却条件都会对最后的机械性能产生影响。偏氟乙烯类材料的刚性比较大，取向之后强度提高的效果会更好一些，热缩之后形状保持也比较好;含氟弹性体取向回缩之后更加突出回弹性能，但是模量提高的效果不如刚性材料明显。热缩温度过高或者冷却速度过快，会造成内部应力聚集，从而导致局部机械性能降低。因此，机械强度更高的原因不仅在于材料本身的特性上，还和扩张比、热缩工艺以及冷却方式有关。在评价的时候要按照实际情况的热缩状态来测试，并不是只看没有收缩的管材数据。

　　四、和氟橡胶热缩套管进行比较

　　将偏氟乙烯类材料和氟橡胶热缩套管进行比较，就可以更加明了地看出机械强度的不同原因。氟橡胶热缩套管是以含有氟的弹性体作为基材，并经过交联网络和柔顺链段来使它在套入大线束之后依靠回弹形成包覆，在热缩之后贴合复杂的形状，弯折适应性强。但是弹性体的模量、表面硬度一般都比较小，抗蠕变性和形状保持能力也比半结晶刚性的材料差一些。氟橡胶热缩套管在受到压力或者长时间捆绑之后可能会出现应力松弛、回弹降低的现象;由于摩擦、刮擦等原因，在表面容易受到磨损。偏氟乙烯类材料通过结晶和取向来获得较好的刚性和耐磨性以及抗压能力，但是柔韧性较差，在套入或者弯曲的时候需要更多的余地。对照的目的并不是去评判哪一种材料好一些，而是在于说明机械强度的不同以及对弹性的要求之间所进行的选择：对于需要贴合、回弹的地方，弹性体比较合适;对于需要抗磨、形状保持的地方，刚性的材料会更占优势。

　　五、花纹热缩管表面结构和强度分布

　　表面结构的变化会影响机械强度在各个方向上的分布。花纹热缩管的凸起部分材料的厚度可能会大于名义壁厚，在凹陷处比较薄，在受到外力的时候，凸起的部分会先接触到外界物体，而凹陷处就有可能成为薄弱环节。凸出边缘在摩擦、弯曲的过程中容易出现应力集中现象，如果材料本身的刚性比较大，那么边缘就有可能出现细小的裂缝或者开裂的情况;如果材料比较柔软的话，凸起可能会被压扁但是不容易开裂。花纹热缩管的机械强度不能仅仅依靠基材来判断，还需要考虑纹路形态、壁厚均匀性以及热缩后是否会出现变形等问题。对于要防滑、耐磨的地方，凸起可以增加接触面积，但是凹陷部分的清洁与损坏检测也非常重要。在评价的时候可以进行摩擦、挤压和弯曲等试验，看凸起部分是否被磨平了，边缘有没有起毛的现象，凹陷的地方是不是太薄了。表面纹理属于结构变量，它可以使得机械强度在制品表面上呈现出不均匀分布的情况，并不能用一个平均值来概括。

　　六、双壁热缩管的外层和胶层各司其职

　　复合结构的机械强度需要分别来看外层和胶层。双壁热缩管的外层起机械保护、绝缘以及形状保持的作用，而胶层则起到填充、密封和防潮的作用;外层强度高并不等于整个结构具有很高的抗压能力，在高温或者受到压力的情况下，胶层可能会发生流淌现象，从而使得外层失去内部的支持。偏氟乙烯类外层刚性较大，抗磨性和形状保持都比较好，但是弯曲的时候可能会把应力传给胶层;弹性外层的贴合性很好，但是它的抗压、抗蠕变能力比较差。双壁热缩管在分支和连接器尾部，胶层填充不规则间隙，外层的机械约束会使得胶层流动性和界面贴合性受到影响。在评价的时候要分别对外层表面缺陷、胶层连续性以及端部密封进行检测，并不是仅仅测量外层拉伸强度就可以的。复合结构的机械可靠性主要由外层、胶层以及安装工艺三者之间的相互配合来决定，并非某一种材料强度大就可以保证整个结构的耐久性。

　　第七条 偏氟乙烯类材料的刚性来源

　　回到主题材料上，机械强度高的原因主要是三个方面的因素：链间的相互作用力比较大、半结晶态提供了物理交联、取向工艺提高了受力方向的强度。偏氟乙烯类材料的表面硬度和模量一般大于弹性体，耐磨性和抗压性都比较好，热缩之后形状保持稳定，适用于需要机械约束、尺寸稳定的地方。但是刚性的同时也带来了限制：套入阻力大、弯折半径小的时候可能会出现应力发白或者细纹的情况，在低温下更加明显。偏氟乙烯类材料的断裂伸长率可能会小于弹性体，在受到冲击或者强行扩口的时候容易损坏。所以“机械强度更高”的意思是，在一定的方向上、用一定的方法进行检测以及处于某种工作状态之下所表现出的优势，并不是所有的机械性能都比其他产品好。在选择的时候要核对拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐磨性和弯折后的状态，并根据实际情况来判断安装路径。

　　第八条 弹性材料的柔顺和回弹的优点

　　再看下氟橡胶热缩管，可以发现弹性材料的优点并不是在绝对强度上，在柔软性、反弹性和贴合度方面更有优势。氟橡胶热缩管在变径、分支和弯折路径上容易贴合，套入的时候可以适当膨胀来适应线束外径，热缩之后依靠回弹形成过盈。低模量可以使得应力分布更加均匀，从而减少局部硬点对线束的压力;但是低模量也表示了它的抗蠕变性和形状保持能力比较差，在长时间受到压力之后可能会出现松弛的情况。氟橡胶热缩管在摩擦、刮擦的情况下，表面容易磨损，但是它的柔韧性可以降低脆性断裂的发生率。在选择的时候不能把“强度大”作为唯一的标准，在需要缓冲、密封和贴合的地方，柔软的材料可能会比硬朗的材料更加可靠。掌握好弹性与刚性之间的选择，才有可能把材料上的差别转化成工作环境上的相容性。

　　九、线缆标识的机械防护和打印表面

　　线缆标识的机械强度除了和管体有关外，还包括打印面。线缆标识在安装和使用过程中可能会因为摩擦、刮擦、弯曲以及清洗等原因而受损，虽然管体强度很高，并不能保证字符耐磨损;当打印层附着力不够的时候，即使表面强度很高也有可能造成字符脱落。偏氟乙烯类管体表面比较坚硬，耐磨性好，但是如果打印层和表面能量不匹配的话，附着力就会不足;弹性管体柔软，打印面可能会因为回弹而稍微变形，但是它的贴合性很好。线缆标识的机械保护应该把管体、打印层和安装位置一起进行评价：字符是否在弯曲区域出现，并且没有受到扎带或者连接器的摩擦;清洁的方式是否过于激烈。可以用来进行摩擦和弯曲之后的检查，看字符是否还能被识别或者打印面上是否有气泡或者脱落的情况。线缆标识可靠性的提高是由管体强度和打印匹配共同达到的结果。

　　十、标识管的薄壁强度和端部

　　标识管一般壁厚较小，机械强度受到壁厚以及端部的状态的影响更大一些。偏氟乙烯类薄壁标识管形状保持得比较好，耐磨性和抗压性都比弹性薄壁好一些，但是套进去的时候容易出现折痕或者表面损坏的情况，在被夹持之后可能会出现发白的现象。弹性薄壁标识管容易套入和贴合，但是它的端部很容易被过度拉伸或者夹伤，抗磨性较差。标识管的机械强度并不是单单依靠材料来决定的，还需要考虑壁厚均匀性、热缩工艺以及端部防护等多方面因素。对于密集布线或者经常需要维修的地方，薄壁端部就是薄弱环节了，不能用尖锐的东西扩口，也不能用热缩管进行处理，在热缩之后要仔细检查端部是否有翘起或者开裂的情况。标识管的选择要根据线束外径、弯曲路线以及打印区域来决定，并不是只有比较材料强度这一种方式。把端部、壁厚以及打印的状态都放在同一个验收表里，才能够知道薄壁载体是否达到了机械防护的要求。

　　结语

　　机械强度更大，是由分子链结构、结晶形态、取向工艺和制品结构等因素共同起作用的结果，并不能简单的把原因归结到某个单一的物质上。偏氟乙烯类材料通过链间的相互作用力、半结晶以及取向来得到较高的刚性、耐磨性和形状保持能力;含氟弹性体通过柔顺链段以及交联网络来实现回弹、贴合和缓冲的效果。两者的优缺点各不相同，在不同的工作状态下都有其适用性，选择时要根据主要失效模式来决定，磨损、挤压、弯折、密封或者绝缘等都是可能的失效形式。表面纹理、复合胶层、打印标识以及薄壁结构都会增加更多的因素。比较稳妥的办法是把材料的数据、成品的试验以及实际安装的状态一起进行比较，并不能仅仅根据“强度更大”的一个结论来做决定。