北方冬天常见的事情

　　在零下四十度的北极高海拔地区，变电站、冷链物流的制冷设备、极地科考站的仪器接线等都会面临这样的低温环境。一根氟橡胶热缩套管，在这样恶劣的环境下，还能不能保持它应有的防护作用呢?

　　有一个简单的方法可以验证这个现象：将一段氟橡胶热缩套管投入零下四十摄氏度的冷冻室中过一夜之后再取出来，用手指轻轻按压一下——你会发现管子会变得比较坚硬一些，但是它的外表依然完好无损，并没有出现自行破裂的情况。之后用手套戴上的一只手去轻轻地弯曲了一下那个地方，在那里就出现了一些微小的裂缝。同样大小的力量来折断一个常温下没有问题的管道，也不会有任何反应。

　　该次试验结果所体现出来的最关键的一点就是，在零下四十摄氏度的情况下，氟橡胶热缩套管是不会自行破裂的，但是当它变得坚硬、脆弱的时候，一旦受到外力作用就会出现裂缝。变脆、冻裂这两者之间是有区别的，前者属于物理变化，而后者则是失效的结果。真正的难题并不是“能否承受零下40度”的考验，而是你在这低温环境下给它做了些什么?

　　玻璃化转变：掌握低温性能的关键

　　氟橡胶热缩套管在低温下会变得坚硬、易碎，其根本原因就是它具有玻璃态转变温度。

　　氟橡胶属于高分子材料，在常温下分子链具有一定的运动能力，因此该材料表现出了弹性的特点。当温度下降的时候，分子链的运动速度会减慢，并且有的分子链还会被“冻结”起来，使材料由原来的柔软的弹性体变成了类似于玻璃态的坚硬脆性状态。该温度点即为玻璃化转变温度(Tg)。

　　通用牌号氟橡胶的Tg一般为-20～-30℃左右。有的资料给出的数据更小一些，有些产品的Tg被控制在了-30℃~-40℃之间，并且加入了20%-40%摩尔比的全氟烷基乙烯基醚单体来抑制结晶，使得材料在较低的温度下仍然具有一定的弹性和韧性。而氟橡胶热缩套管产品规格中的低温柔韧性的测试条件一般都设定了零下75℃、4小时无裂纹等要求，在此之后所规定的低温柔韧性测试温度远远低于零下40℃。说明在标准化的测试条件之下，在远远低于零下四十摄氏度的环境里放置几个小时之后，并没有发生自行破裂的情况。

　　零下40℃正好处于氟橡胶Tg附近或者之下。在这样的温度之下，非晶区的分子链已经丧失了绝大部分的运动能力，材料进入了玻璃态，在弹性方面也大幅度降低，手感由常温下软绵绵的感觉变成了硬塑料一样的冰冷感。这样的改变是可以逆转的，在升温至常温之后，分子链又会重新获得运动的能力，从而使材料恢复弹性、柔软性。这是物理变化，并没有造成永久性的伤害。

　　在零下四十度的实际状况中所表现出的情况

　　产品规格书中关于氟橡胶热缩套管在低温下标准的表现的数据，在产品规格书里有氟橡胶热缩套管在低温下的标准化表现的数据。产品的各项参数都表明，在低温、柔性和耐久性的测试条件下是零下75摄氏度、持续四个小时，并且不允许出现任何裂缝，而实际上经过测试后并没有发现任何问题。零下75℃比零下40℃低了35℃，也就是说，在标准测试条件之下，氟橡胶热缩套管在零下40℃的环境里能够保持在一个比较宽松的状态中。

　　但是“静置不裂”与“受力不裂”是两个概念。氟橡胶热缩套管在零下40℃时的表现如何呢?可以从三个方面来分析。

　　在静止的状态下，管道是不会自行破裂的。不管是产品的测试数据还是真实的案例，都会得出同样的结论。一根已经安装好并且处在不受力的状态下的氟橡胶热缩套管，在零下四十摄氏度的情况下能够长时间地使用，并且管壁也不会因为在低温下自行产生裂缝。热缩管的作用是靠径向回弹抱紧力来实现的，在低温的情况下，材料的模量会上升，回弹应力就会变大，从而使得抱紧力增强。如果没有外界力量来弯曲或者拉伸它，在低温之下就会保持稳定的状态。

　　在受力状态之下，脆性就变成了一个风险因素。在零下40摄氏度的情况下，氟橡胶会变成玻璃态，在这种状态下分子链的构象调整能力非常差。当这时弯折管子、受到外力冲击或者管子自身有应力集中点的时候，管壁就会在远远低于常温下所能承受的压力的情况下就开始出现裂缝。在弯曲的时候表现得非常突出：常温下的氟橡胶很容易被弯过来，而低温下它就会发出“啪”的声音，在弯折的地方断裂开来。有一些真实的案例可以证明，在零下二十几度的低温环境下，把管道从车上取出来之后就直接把它放在电线电缆上面去套，一用力就会在弯曲的地方爆开。

　　温度回升之后，性能也得到了恢复。氟橡胶在低温下会变得硬化、脆化，这是可以恢复的。当管道温度回升至常温之后，分子链又获得了活动的能力，材料也就恢复了柔软性。也就是说，只要有一根管道，在低温环境下放置一段时间，并且没有受到外界的力量破坏，那么当这个管道恢复到常温之后，它的性能跟新的管道是一样的。但是如果该材料在低温时就出现了裂缝，在加热之后这些裂缝也不会自行闭合。

　　在零下四十度的时候会出现裂缝

　　在零下40℃的情况下，氟橡胶热缩套管是不会自行破裂的，但是受到外力的作用时就会出现裂缝。一些典型的风险情况要引起注意。

　　低温硬套。当管道从低温环境中取出来之后，它的表面就会变成一种脆性材料。此时如果直接把电线穿进去，并且用力弯曲或者想要移动它的话，在管子弯折的地方或者受到外力的地方很容易产生裂缝甚至破裂。有过操作经验的人说，在环境温度为零下10℃的时候还没有预热，管子端口就会出现收不到位、翘边的情况。在零下四十度的极低气温之下，该种风险又得到了一次倍增。

　　安装应力会在低温的时候集中释放出来。当管道安装的时候收缩没有完全到位，在管壁内侧就会留下没有释放出来的收缩应力，这些应力区域在低温下要比正常的收缩区域更易产生裂纹。基材表面的尖锐棱边、切口毛刺，在低温之下会变成应力集中点，裂纹有可能首先从这些地方萌生出来。

　　由于温度循环所造成的累计影响。当环境温度从-40℃降到常温时，管道内壁就会不断地发生收缩与膨胀的过程。在高低温循环条件下，氟橡胶最大拉伸强度、拉断伸长率都会随着循环次数增多而减小。长时间积累之后，材料对于低温脆性抵抗力就会减弱。一根使用了多年的旧管道，在零下四十摄氏度时其韧性要比新的管道要差一些。

　　与PVDF热缩管相比，在低温下有什么不一样的地方

　　从低温性能的角度来看，氟橡胶热缩套管、PVDF热缩管等产品所采用的技术路线是不一样的。

　　PVDF的玻璃化转变温度一般为-50～-35℃之间，低于氟橡胶。在零下40℃的时候，PVDF处在Tg附近或者更高处，材料变得比较坚硬但是还没有完全脆化。它在低温下的脆性转变温度标称值更小一些，有些产品的低温脆性转变温度可以达到零下55摄氏度或者零下60摄氏度左右。当处于静止状态时，在零下四十摄氏度的情况下，PVDF要比氟橡胶更加耐寒。

　　但是PVDF是一种半结晶氟塑料，并且它本身是没有弹性的。在零下40℃的情况下，PVDF的柔韧性会比氟橡胶更低一些。当要进行低温弯曲或者受到机械冲击时，PVDF相比于氟橡胶来说脆性更大一些。氟橡胶属于弹性体，在变硬的过程中仍然具有一定的弹性和缓冲作用。两者在低温下的表现各不相同，这要根据使用场景来判断，“静置”还是“受力”。

　　双壁热缩管在低温环境下要特别留意内部热熔胶的情况。胶层在低温下会变得坚硬而失去粘性，外层和内层都比较脆，两种因素一起作用会使整个体系的低温韧性下降。花纹热缩管表面的纹理结构，在低温的情况下不会影响到材料本身所具有的性能，但是它的防滑握持的功能，在非常寒冷的环境里一般并不是最重要的需求。

　　在低温环境下进行的操作要领

　　在零下40摄氏度或者接近该温度的地方使用氟橡胶热缩套管时，所采取的操作方法要进行相应的改变。

　　回温之后再进行操作是最重要的一个步骤。当管道从低温环境中取出来之后，在将其放入常温环境之前要先让它在室温下静置半个小时左右的时间，使材料回到常温状态下应有的柔软度，然后再进行套入和收缩的操作。不能使管道处在低温、脆性状态下强行弯曲或者套入。对于不能恢复温度的施工现场，可以使用保温箱或者加热垫来给管道做临时预热。

　　收缩的时候要保证温度足够高。在低温环境中的热风枪散热速度会加快很多，在管壁达到完全收缩温度所需要的时间要比常温下的要长得多。氟橡胶热缩套管的全收温度大约为175℃，当环境温度降低时，热量散发的速度会变慢，因此要对这部分热量进行补充。要适当的增加加热的时间，在这个过程中要注意观察到管壁收缩的状态，不能只做到部分收缩而不完全收缩。有一个例子是这样的，在冬天车间门口施工的时候，风吹过来把热风枪产生的热量带走了一部分，局部没有达到收缩所需要的温度，所以端口不能完全收缩回来，就会出现翘边的情况。

　　安装之后要防止在低温下受到机械冲击。当管子收缩完毕并且降温之后，在环境温度比较低的情况下，不要给管子施加弯曲、拉伸或者碰撞的压力。由于安装应力造成的裂纹，在低温条件下容易产生并蔓延。

　　在选择的时候要留有一定的温度余地。当预期的工作温度将会降到零下40摄氏度以下时，选择标称最低使用温度为零下55摄氏度或者更低的产品更为安全。规格书中所列的数据为边界值，在实际应用时要留有一定的裕度来应对温度变化以及材料的老化导致的性能下降。

　　回到那个问题

　　在零下40摄氏度的极端低温条件下，氟橡胶热缩套管会变得脆弱吗?会。其分子链在低温之下凝固了，原来的软质材料变成了坚硬的塑料状。但是它不会自己被冻裂。一根已经安装完毕并且处于静止状态下的氟橡胶热缩套管，在零下四十摄氏度的情况下可以一直使用下去，并且它的管壁是不会自己出现裂缝的，它所具有的抱紧力也不会消失。

　　真正存在的风险是，在这个温度下触动了它。趁着它的柔软时期进行操作，在没有受到任何外力的情况下使用它，零下四十摄氏度对于它而言只是一般的低温工作环境而已。当它被冻得坚硬时强行掰、折，不管管子本身的低温性能如何优秀，最终的结果都不是很理想。氟橡胶热缩套管在极低温环境下工作的状况，其实质上就是对“何时去触动它”这一问题的一种探讨。材料本身的性能极限是一个问题，而使用者怎样去使用它又是一个问题。