氟橡胶热缩套管低温安装要注意什么？先让材料回到能变形的状态

　　低温安装氟橡胶热缩套管，最大的问题并不是管子怕冷，而是操作人员把低温下变得坚硬的东西当作坏了来处理，并且用硬套、硬拉、猛火快烤的方式来对抗材料的物理状态。在低温的情况下，正确的顺序只有一个：首先使管材和基材回到可以均匀变形的温度，然后让收缩处在窄而可控的加热窗口内完成，最后等到冷却完毕之后才允许受力。

　　问题：在低温下形成的“硬”，为什么不可以把它当作“脆”的情况来对待呢?

　　冬天把氟橡胶热缩套管从库房里拿出来，感觉很硬实，弯曲之后会回弹得很慢，大多数人第一反应就是“冻脆了，要小心”，或者是“产品质量不好”。该判断把两种不同的物理状态混为一谈：低温硬化是指分子链段活动能力降低的一种可逆现象，并没有发生化学降解或者相结构破坏;脆化是指材料在冲击或者强迫变形的情况下不能够通过弹性变形来分散应力，只能以断裂的方式来释放。氟橡胶的玻璃化转变温度一般在-31℃至-39℃之间，TR10(10%回缩温度)约为-19℃～-21℃左右，也就是说，在一般的冬季施工温度区间内，它的确要比常温更加坚硬。回弹速度比较慢，但是“硬”的本身并不是指一碰就会裂开。造成低温安装出现问题的原因，在于在材料还没有恢复到可以变形的状态的时候，就已经使用了拉伸、弯曲、硬套或者局部猛加热的方式来施加应力——裂口并不是被冻出来的，而是因为“硬来”而产生的。把“硬”当作“脆”，那么操作就容易走极端：一种是不敢预热直接硬套，另一种则是用明火或者近距离高温来“软化”，前一种会把机械损伤埋在管壁里，后一种则会使热损伤和收缩应力一起被锁定。

　　答案：低温安装要做的是，在收缩之前就把材料“唤醒”，而不能等到收缩时再去“补救”。

　　低温安装的主要工作就是把管材和基材由原来的“低活动状态”恢复到现在的“可以均匀变形、均匀受热”的状态，在一个很窄且明确的加热窗口中完成收缩。可以把该任务分解为三个具有前后顺序的动作，如果其中任何一个被跳过的话，那么其他两个动作所起到的效果就会受到影响。

　　第一、回温和预热要分开放置，并且顺序不能颠倒。回温就是把管材整体调到接近室温的状态，使它恢复到原来的柔软度和可弯曲程度;预热是套入之前或者套入初期，让管材和基材同时达到接近收缩温度区间内的“热态”，从而使得后续收缩从内到外同步进行。回温不充分就进行套管操作，在低温状态下对管材施加拉伸力，此时壁厚会逐渐减少，并且还会产生残余应力，在穿套的时候就已经开始积累起来;预热不充分就会集中加热，在管材表面先收缩，而内部仍然保持硬态状态，应力被包裹在了管壁之中，当时看上去很贴合，但是后来却出现了弯曲或者端部出现裂纹的情况。低温环境下使这两个动作显得更加重要：当管材从低温环境中取出来之后，在自然回温的过程中需要足够长的时间来使得热量传递到管壁内侧，而不能仅仅停留在表层感觉不到冷而已;基材本身在低温下也是“冷端”，如果只加热管子而不加热基材，收缩之后的管壁会接触到一个冷表面，热量会被很快地抽走，收缩过程可能会在还没有完全进行的时候就中断了。

　　第二，在低温环境下加热窗口会变小，所以要做的就是“整体预热加均匀收缩”而不能是“提高温度去硬攻”。氟橡胶热缩套管的完全收缩温度一般都在175℃左右，使用时要根据实际情况来调节加热温度，在200℃～250℃之间比较合适，这样可以确保管体自身也达到了收缩温度。低温环境下出现的问题是两方面的：管材开始时的温度较低，要吸收更多的热量才能进入到收缩区间;热量在空气中的散发速度要比在常温环境中快很多，同一种枪口温度、距离以及到达管道表面的实际温度，在常温环境下要高于这个数值。常见的错误补偿方法就是把枪口再往前拉一些，并且把设定好的温度调得更高一点，然后对准一个目标猛吹一气，这样做出来的效果就是外层局部过烧变脆、内层还没有收缩，由于收缩不一致所产生出来的应力要比“温度不够”本身更加危险。比较安全的方法是，在正式收缩之前用较低的温度对整个管材以及基材进行整体预热，使材料由外向内进入可塑性状态之后再用移动热源沿着轴向和圆周方向均匀推进收缩;烘箱整体加热在该种情况下要比手持热风枪更有利于保证内外同步，因为热量是通过整个表面同时进入到里面的，不需要依靠操作者的移动来实现均匀性。

　　第三，在冷却前管段要处于自由状态，在低温环境下容易忽略这一环节。收缩完毕之后管壁的温度依然很高，材料处在软化的状态下，在此之前所有的弯曲、拉伸或者固定的动作都会在冷却定型的过程中被记录到在管壁上。在低温环境下的操作人员往往会急于回到室内或者进行下一道装配工作，在管道仍然发热的情况下就去弯曲它、捆绑它、拉动它，等到冷却之后这些外力留下的痕迹就会成为折痕、白色斑点或者是细微裂缝的起始点。判断是否可以承受外力的标准并不是“感觉不到热”，而是在管段恢复到接近室温的状态之后，回弹充分，并且表面没有软化的感觉;在低温环境下，该等待时间要比常温下要长一些，这是因为管壁向外散热的速度会受到周围环境温度的影响。

　　根据上述内容可以知道，低温硬化具有可逆性，在加热窗口变窄的情况下，“硬套”所造成的影响是不可逆的

　　第一层根据来自氟橡胶低温行为的可逆边界来确定。低温下变硬是分子链段活动能力下降的表现，在温度回升到Tg以上的足够距离之后，链段活动能力就会恢复过来，材料也会重新获得弹性变形的能力，而硬化本身并不会留下永久性的损伤。这说明“先回温后操作”的做法，在材料科学中是有效的，“回温”并不是一种心理安慰，而是在于使材料恢复到它被设计出来之后可以正常使用的状态。但是可逆性的条件是，在硬化状态之下并没有受到大于它目前变形能力的强制力的作用。当冷态下被强行拉伸、弯曲或套住的时候，在管壁局部产生拉伸应变和微损伤，并且这些应力会随着温度升高而增大，在之后的加热收缩过程中还会进一步加大。PVDF提供了另一个相反的对比：PVDF的低温脆化标称温度虽然能够降到-55℃到-62℃之间，但是常温下的刚性要好很多，回弹量也较小。在低温条件下，“硬”程度更大、“脆”的风险窗口也更大，但是它的收缩温度要高一些(起始约155℃，完全约175℃)。在低温安装的时候，加热窗口的绝对温度区间反而更远离环境温度。热量补偿更加困难。两者在低温安装上的逻辑是一致的，在这个起始点上就是先把材料恢复到可以变形的状态，然后再来讨论收缩的问题。

　　第二层根据来自低温对加热窗口的压缩效应。热缩管的安装窗口是“起始收缩温度”到“完全收缩温度”的区间，这个区间的宽度越小，对于热量输入均匀性的要求就越高。氟橡胶热缩套管的完全收缩温度大约为175℃左右，在这个范围内就属于一个较高的标准了;低温环境下，管材起始温度更低，达到窗口下限时所需要的热量更多，再加上环境对流散热速度较快，“有效加热时间”就会被压缩。这就解释了冬天施工时经常出现的一个问题：按照常温手感调整好枪口距离和移动速度，在低温下看起来像是“吹了很久”，但是管材表面只是一些地方发亮、整体收缩不彻底。操作人员又把单点加热的时间拉长了，局部过烧、内层欠收缩的现象一起出现了。花纹热缩管在此更加敏感：花纹部分由于壁厚不均，在高温下厚的部分会比薄的部分先收缩，从而导致应力集中在花纹边缘。从材料的行为上可以知道，低温安装的关键不在于“把温度调高一些”，而是在于在收缩开始之前就把整个管材放入一个温差尽量小的热态起始点。

　　延伸：双壁和花纹的低温安装可以反向证明，“先回温、后收缩”这个顺序不能颠倒

　　双壁热缩管在低温环境下使用时多了内层胶的限制。外层聚烯烃的收缩温度一般比氟橡胶低，但是内层热熔胶要在收缩窗口内同时完成熔化、流动和润湿;低温环境下，外层很难做到均匀收缩，而内层胶的流动性也会降低，使得胶液只能软化不能液体化，因此无法填补接头处的空隙。实践中所用的低温补偿方法是对于基材进行50℃～60℃的预热之后再进入正常的加热过程，并不是为了让胶体提前流动，而是为了减小“冷基材”从熔融胶液中抽取热量的速度，使胶液在流动窗口中具有足够的流动性时间。双壁管的顺序因此变得更加严格：回温管材、预热基材、再加热收缩，三者之间不能有遗漏或者跳过的情况，否则胶层的密封性能会在冷却之后以缺胶或者界面未润湿的形式表现出来。关于花纹热缩管的低温问题主要集中在“回温不等于预热”的这一条界线上：回温使管材变软、套得进去，但是花纹的凹槽在收缩的时候仍然会是热量容易散失、收缩容易滞后的区域。如果回温之后再对花纹面进行集中加热，凸起的地方会先收缩，而凹槽的地方则会后收缩，这样在冷却之后就会留下应力集中。花纹管的经验正好可以证明，回温解决的是“能不能套进去”的问题，预热和均匀收缩解决的是“缩完之后裂不裂”的问题，两者不能互相替代。

　　回到氟橡胶热缩套管的低温安装现场，可以进行操作顺序复核：在安装之前要确认管材在常温下回温至整体柔软、不再僵硬;在套入之前要对管材、基材进行整体预热，使两者处于一个温差很小的热态起始点;收缩的时候要使用移动热源来均匀地推进，不能用定点猛攻的方式;宁可延长整个加热的时间也不要使用局部高温来“催”某一段先缩;收缩完毕后，在自由状态下自然冷却至室温附近，冷却前不得弯曲、捆绑、牵拉。低温安装带来的麻烦，大多数并不是因为氟橡胶“不耐冷”，而是人处在寒冷环境中想要快速完成工作——把“使材料恢复到可以变形的状态”的这一环节省略了之后每一项都为了这个被省去的步骤而付出代价。