氟橡胶热缩套管拉伸强度有多高？数据让人意外

　　8.5MPa，这是一个被人误解了的数据

　　查看氟橡胶热缩套管产品规格书时，“拉伸强度”这一项一般会标注为“≥8.5MPa”。当人们第一次接触到这个数据的时候，很多人都会不自觉地把它和其他常见的材料进行对比：钢材的抗拉强度往往能达到几百兆帕以上，就连一些工程塑料也能够轻易地达到几十兆帕左右。8.5MPa，听上去好像“不怎么厉害”吧?

　　但是对材料强度进行比较的时候，并不能忽略它所处的实际环境以及材料本身的种类。8.5MPa对一条壁厚不足1mm、要经过加热收缩贴合到基材上的一根弹性体管材而言，又代表了什么呢?它应该被放到热缩管的坐标系中去观察才对吧?更加令人惊讶的是，在老年人口增加的情况下，并没有出现下降的趋势，甚至有可能会上升。要想弄清楚这件事情的话，就要先了解一下拉伸强度究竟指的是什么东西了。

　　拉伸强度表示的是什么

　　拉伸强度就是指材料在断裂前可以承受的最大应力。在做实验的时候要把管材剪成长短一致的标准哑铃形试样，并且把两头夹到拉力试验机上面去，在保持一定的速度进行拉伸，当试样发生断裂的时候就得到了最大应力值了，然后再把这个最大应力值除以试样的原始横截面面积就可以算出拉伸强度了。

　　该指标表示的是材料抵抗拉伸破坏的能力。对于氟橡胶热缩套管来说，它的拉伸强度直接影响到它在受到轴向拉力的时候表现如何：电缆在使用或者运转的过程中可能会被拉扯，管道要承受这样的拉力而不会被拉断;当管道收缩之后紧紧地抱住基材，在基材直径随着温度的变化而改变的时候，管壁可能会被拉伸，而拉伸强度则决定着它是否能够承受这样的变化。

　　8.5MPa表示每平方毫米的管壁截面积能够承受大约8.5牛顿的拉力。一根壁厚为0.9mm、周长为10mm的钢管，它的横截面面积大约是9平方毫米，理论上该钢管可以承受的最大轴向压力约为76牛顿(约等于7.8公斤)。在大部分情况下，线束保护以及高温环境下绝缘防护的需求是可以得到满足的。

　　不同产品的数据差别

　　氟橡胶热缩套管的拉伸强度不是一成不变的，在不同的产品等级、规格上会有差别。

　　基本款产品的拉伸强度要大于等于8.5MPa、断裂伸长率要大于等于250%，经过老化之后的断裂伸长率还要大于等于200%。市场上最常见的是这个规格，在大部分常规应用中都可以使用到。部分产品的拉伸强度大于等于10MPa、断裂伸长率大于等于300%。所用的标准为ASTMD2671.产品抗拉强度标注为10.5MPa、断裂延伸率为最小500%、最低收缩温度+170℃、热老化后最小拉伸强度甚至标到了17MPa。

　　不同配方的设计、交联度以及检测方式等都会造成这些数据之间存在差异。拉伸强度大于等于8.5MPa就是行业的最低标准了，在这个程度上就表示该产品的正常使用下具有最基本的机械可靠性。大于等于10MPa的产品一般都会对交联度或者配方进行相应的修改来应对更加严格的机械应力环境。

　　老化之后的拉伸强度：这是一个出人意料的结果

　　氟橡胶热缩套管经过老化之后的拉伸强度的表现，在本文中是最出乎意料的地方。

　　通常认为：随着材料的老化，其性能也会随之降低。但是氟橡胶的数据表明，在250℃、168小时的高温老化试验之后，一些产品最小拉伸强度由原来的10.5MPa提高到现在的17MPa。老化之后的延伸率为420%，一直维持在较高水平上。

　　造成该现象的原因是由于氟橡胶在高温和紫外线的作用下所发生的氧化降解反应。研究表明，氟橡胶在热空气中的老化过程中，材料的交联密度先是增大然后减小，在热氧老化的初期阶段主要是由于交联造成的，在老化后期则主要表现为降解现象。老化初期的交联反应，在分子链之间形成新的化学键，分子网络的密度增大，材料在受力的情况下能够更好地保持形状和尺寸不变，从而提高了材料的抗拉强度。另外，交联度提高的同时也会使延伸率降低——这种材料就变得比较坚硬和刚性了，可以被拉伸的程度也就变小了。

　　“先升后降”这一过程可以解释为，在老化的统计数据里出现拉伸强度升高现象的原因。并不是因为材料的老化而使材料变得更强壮，并且也不是在材料老化的早期阶段发生了交联反应从而改变了材料的力学响应模式。在衰老进入到晚期的时候，分子链的降解起着主要的作用，拉伸强度也开始减弱了，而伸长率则更加地下降。因此，在老化的后期阶段得到的高强值属于某一时间段内的一种阶段性数据，并不是简单的把“越老化越结实”这样的说法当成是绝对正确的结论来接受。

　　和其它热缩管相比

　　将氟橡胶热缩套管的拉伸强度放到热缩管家族的坐标系中去的话，那么它所处的位置就会更加清楚了。

　　PVDF热缩管在这样的比较之下就非常显眼了。它的拉伸强度一般大于等于30MPa，有的可以达到34.5MPa或者更高一些。PVDF具有半结晶结构以及碳氟键骨架，因此它的刚性要比氟橡胶高很多，拉伸强度比氟橡胶热缩套管还要高出3-4倍。PVDF的断裂伸长率一般为150%-300%，小于氟橡胶的250%-500%，因此PVDF比较坚硬和刚性，但是它的韧性比氟橡胶差一些。

　　普通的聚乙烯热缩管、聚丙烯热缩管等产品的拉伸强度一般都大于等于10.4MPa，在氟橡胶热缩套管和上述几种聚烯烃热缩管之间具有相同的级别，一些中壁或者厚壁聚烯烃管可以达到14MPa以上。双壁热缩管的外层拉伸强度也大约为10.4MPa左右，而它的内层热熔胶并没有参与到这个拉伸强度中来。

　　氟橡胶热缩套管的主要优点并不是它的高强性，而是它良好的弹性以及优异的耐高温性能。其断裂伸长率一般大于250%，有的甚至能达到500%，也就是说，在断裂之前，管壁能够被拉伸到原来的两倍半到五倍。由于其具有很高的韧性和良好的耐温性(从-55℃到200℃)，以及优异的耐油和耐化学品性能，在需要经常弯曲、振动较大的场合或者接触到润滑油的地方时，它是无法被取代的选择。

　　花纹热缩管的基本材料为辐照交联聚乙烯或聚丙烯，在其表面增加了一层防滑纹路，但是该种材料本身在拉伸强度上并没有发生改变，和普通的聚乙烯或者聚丙烯管材差不多。纹路和纹理的加入并不会使材料的拉伸强度下降，这是因为纹路只是改变了表面几何形状，并没有改变分子层面上的交联密度。

　　高伸长率表示的是什么

　　氟橡胶热缩套管的断裂伸长率一般都大于250%，有的甚至可以达到500%。该数据属于热缩管家族中的高水准。PVDF热缩管的断裂伸长率一般为150%-300%，远远小于氟橡胶。

　　高断裂伸长率的实际意义在于，在管道受到外部应力的时候，它首先会出现明显的拉伸现象，并不会立刻发生破裂。变形的过程本身就是一种缓冲，在线束受到意外拉伸的时候，管道会提前伸展出来，并且吸收了一部分的能量。在需要经常弯曲、握住或者受到震动的应用场合中，断裂伸长率比拉伸强度更加重要。

　　氟橡胶热缩套管经过老化之后的伸长率和保持率也值得重视。标准规定了250℃、168小时热老化之后的断裂伸长率为大于等于200%的要求，也就是说，在如此苛刻的高温老化条件下，该材料依然保持有较好的韧性和强度。一些产品在热老化过程中伸长率达到420%左右，在这个阶段由于交联作用使材料变得比较坚硬，但是并没有失去韧性——至少是在一定的老化时期内如此。

　　在实际应用当中，拉伸强度代表了什么

　　8.5～10.5MPa的拉伸强度，在氟橡胶热缩套管最常使用的场合下，所给的是一个“余量感”。

　　工具手柄的包裹部分，主要受的是握持的压力以及手掌与管子之间的摩擦所造成的表面磨损，而轴向拉力非常小。对于航空液压系统中的管路保护工作来说，管道可能会受到油液的压力以及震动的影响，但是轴向拉力一般要比管道所能承受的最大载荷要小得多。线束保护场景下，线缆在安装过程中受到拖拽，在管道上可能会出现瞬间拉力的情况，当这种拉力达到8.5MPa以上的时候，并且与250%以上的断裂伸长率相结合之后，则可以有效地吸收掉这些瞬间的拉扯而不会造成断裂。

　　要特别注意拉伸强度的情况，在这些地方管道可能会受到持续的轴向应力。例如管子包裹着的线缆处在悬空的状态，或者是管道出现了由于温度变化引起的轴向移动。在上述的各种情况下，管子的拉伸强度决定着它是否能在基材位移的时候保持包裹而不会被拉长或者断裂。8.5MPa对大部分这样的情况来说已经足够了，但是如果基材的轴向位移量非常大，或者是管道要在高温下长时间承受拉力时，则PVDF热缩管更高一些的拉伸强度将会更加保险。氟橡胶热缩管和氟橡胶热缩套管都属于氟橡胶系列，它们在柔韧性、耐高温性能等方面是一致的，在拉伸强度方面也有相似之处。

　　在选择的时候可以作为参考的一些点

　　氟橡胶热缩套管的拉伸强度，基本级不小于8.5MPa，部分产品的拉伸强度可以达到10MPa以上。该数值属于热缩管家族中的中等偏上水平，在PVDF这种材料里显得比较软弱，但是比起它所显示出来的高延伸性来说更加稳固可靠。

　　在选择的时候，拉伸强度不能单独来看待。要与断裂伸长率一起评价的是：8.5MPa配合250%的伸长率，表示该材料在发生断裂之前可以被拉伸至原来的两倍多一点，这样的组合所表现出来的是一种“韧而不脆”的力学特性。相比之下，PVDF的30MPa和150%的延伸率，则是“刚而稍脆”的特点。两种性格适合不同的使用场景，并不存在好坏之分，只存在是否相配的问题。

　　经过老化之后的数据也需要放到具体的工况下去理解。250℃、168小时的热老化试验属于一种加速条件，在此条件下所得到的结果可以用来推测在更长时间内受到高温影响的情况。在这样的情况下，拉伸强度先是上升然后下降的现象，给人们提供了一个重要的信息：氟橡胶在老化初期的时候会出现交联反应，从而使得材料的力学性能发生变化。当应用环境中的温度远远小于250℃时，该现象实际产生的效果就会很小了。

　　一根氟橡胶热缩套管的价值，并不是由其拉伸强度的数据有多大决定的，而是要看在这段时间内，在需要使用它的时刻里，该套管能否继续保持足够好的力学性能去完成防护的功能。对8.5MPa这样的数据所蕴含的材料逻辑进行理解，要比仅仅记下它是一个“高”还是“低”的结论更加有意义。

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