这道题看上去像是一个小实验,但是它的答案并不是固定的。把一段PVDF热缩管扔到水中去,它可能会漂浮于水面之上,也有可能慢慢沉入水底之中,甚至会先浮后沉或者悬浮于水中。决定浮沉的是整个平均密度、管腔中的空气、开口的方向、表面张力、壁厚和长度的比例,以及水是否能进入管腔并将空气排出。实心PVDF树脂的密度一般为1.75~1.78克/立方厘米左右,而水的密度约为1.0克/立方厘米,因此纯实心PVDF一定会上浮。但是热缩管为空心结构,在其内部空腔中充满了空气,由于空气中分子间的距离较大,所以空气的密度很低,整个空心部分的平均密度也因此而大大降低。当空气被堵住的时候,管段就会浮起来;当水进入到管道中去的时候,空气就会被排出去了,整个管道的平均密度就会升高起来,那么这个管道就有可能会下沉。所以,在没有确定结果之前,不能随便用浮沉来辨别材料真伪,要看看实验条件是否一致。
氟橡胶热缩套管:密度大但是空心部分可以影响结果
氟橡胶热缩套管的材料密度一般大于水,实心状态时会漂浮在水面之上。该分子链是由碳氟键组成的,原子量大,填充体系中一般也会有比较重的无机填料存在,所以这种材料本身并没有浮水的优势。但是有一段氟橡胶热缩套管掉进了水中,如果两端开口向上,则管腔内空气被水封闭,在整个过程中,管子的平均密度可能会小于水,从而使得管段浮起。但是当开口向下,或者水流由一端流入然后逐渐流出空气时,氟橡胶热缩套管的平均密度就会很快升高,并且最后会沉到水中去。表面张力在其中也起到了一定的作用:细管径的管腔中,水不能马上进去,气泡可以稳定的存留一段时间;当管径大、水温高或者加入表面活性剂的时候,水就容易润湿内壁并且把里面的空气排出去了,所以浮沉的结果就会发生变化。因此,氟橡胶热缩套管掉到水中会沉还是浮,并不是由它的密度决定的,而是要看它所处的环境是否能够保持空气流通。
花纹热缩管:表面纹理和凹槽可以保持住气泡
花纹热缩管表面有油墨印刷或者激光雕刻而成的纹路,这些凸起、凹陷都会影响到它和水之间的接触状况。光滑的管壁,在水中很容易让水铺展开来,而有花纹的热缩管粗糙的外表以及凹槽可以捕捉到细微的气泡,这些气泡附着在管壁之外的部分上,就相当于给该管道段增加了一个低密度层,从而使它更易漂浮于水面之上。如果花纹油墨中含有的颜料或者填充物比较重的话,那么油墨层的密度就会稍微大于基材,但是这样的差别一般不大,不会单独起到使浮沉的作用。决定结果的是花纹热缩管整体结构的好坏:管腔有没有把空气堵住、端部有没有漏水、管段长度和壁厚的比例是多少。短而壁厚的花纹热缩管,材料占比较大,空气中所占比例较小,可能会比较重一些;长而壁薄的花纹热缩管,空腔体积很大,空气浮力占优势,可能会漂浮起来。在将花纹热缩管放入水中之前,可以先看它的表面是不是很容易吸附空气泡,这样比直接询问材料密度更有实际意义。
双壁热缩管:内层胶和空气夹层一起起作用
双壁热缩管是由外层绝缘管壁和内层热熔胶构成的,内层胶的密度一般不同于氟聚合物,但是仍然大于水。在没有加热的情况下,双壁热缩管的内层胶是固态的,管腔中心还存在着空气通道,如果两端封闭起来的话,里面的空气就会被困住,在这种情况下,整个管段的平均密度可能会小于水的密度,从而使得管段浮起。加热收缩之后,内层胶液开始熔化并流出来,在管腔中形成一层均匀的胶膜,把空气排出去之后,双壁热缩管的平均密度就和它的材质差不多了,一般都会比较重。未加热的双壁热缩管如果有端部开口的话,水就会顺着内层胶和管壁之间形成的缝隙进入到管道中去,并逐渐地把空气排出去,这样就有可能使管段先浮然后沉下去。如果内层胶中含有的轻质填料或者发泡成分比较多的话,那么它的密度就会稍微小一点,但是大多数热熔胶还是比水重。双壁热缩管的浮沉,其实就是一个空气和水分相互转换的过程:空气停留的时间越长,就越容易上浮;水进的速度越快,就越容易下沉。在做这个实验的时候,如果用手指去压管段,并且把里面的空气挤出来一些之后再扔到水中,那么得到的结果就会有很大的差别。
PVDF热缩管:材料密度和空腔体积之间的关系
PVDF热缩管所用材料的密度一般为1.75~1.78克/立方厘米,远远大于水的密度。把实心棒当成实心物体来考虑的话,它就会直接沉到底部了。但是作为热缩管,它的内部有一个贯穿的管腔,这个管腔所占的整体体积比例越大,则该热缩管的平均密度就越小。假设一段PVDF热缩管外径为10mm,内径为8mm,壁厚为1mm,该材料体积占总体积的比例大约是36%,空气中所占比例约为64%,整个材料的平均密度约为0.64克/立方厘米,小于水,所以它会浮起来。外径为10mm,内径为4mm,壁厚为3mm,材料体积占总体积的比例约为84%,平均密度大约是1.5克/立方厘米,仍然有可能下沉。如果是管段比较短、两端封闭的情况,那么空气被困住,浮力可能会占据优势;如果是长管子,开口向下,水进去,空气出来,PVDF热缩管就会沉下去。表面张力也会延缓进水的速度,在细管腔中表现得更加突出。所以PVDF热缩管掉到水中会沉还是浮,并没有一个固定的答案。它的大小由壁厚、内径、长度、开口方向、水温以及表面张力等因素决定。实心PVDF沉,空心PVDF热缩管可能会浮也会会沉。
氟橡胶热缩管:高密度材料和气穴之间的斗争
氟橡胶热缩管的材料密度一般大于水,在实心状态下会下沉。它的表面能低,水不能润湿它,在管腔内形成的气泡能够长期保持稳定状态,因此一段两端向上翘起的氟橡胶热缩管有可能漂浮于水面之上。但是如果管段以水平的方式放入水中,水会从小端慢慢流入大端,空气随之排出,氟橡胶热缩管的平均密度会上升,最后可能会沉下去。如果管壁很厚、内径很小,材料占的比例大,即使空气中没有完全排尽,整个管道的密度也可能会大于水,从而导致管段直接沉底。当管壁较薄、内径较大时,空气占据的空间比例会大于水,因此浮力可以支持整个管段。随着水温的上升,水的表面张力和黏度都会降低,从而使水更容易进入到管道中去,气泡也容易破裂,浮转沉的速度就会变快。加入一些洗涤剂也可以达到同样的效果。氟橡胶热缩管和PVDF热缩管在密度方面相近,但是浮沉差别主要来自于管腔结构以及表面润湿性等方面,并不是因为材料名称不同造成的。在做判断的时候最好使用相同的长度和相同的开口方向的样品进行比较,否则得出的结果就没有可比性了。
线缆标识:标识层对于浮沉的影响很小
线缆标识一般用油墨印刷或者用激光打标来形成,标识层的厚度很小,和管材的密度相差不大,对于整段管材的平均密度的影响很小。线缆标识表面如果有一定的粗糙度的话,在上面可能会有一些气泡附着,从而给线缆标识带来一些浮力,但是这种浮力一般不会对线缆标识的沉浮产生影响。影响线缆标识管段浮沉的主要因素是基材管腔有没有被封闭住空气。线缆标识管段两端开口向上,空气被堵在里面,管段就会浮起来;如果是倒过来的话,水就会进入到管道里面去,而空气则会从管道中排出,这样可能会导致整个管道下沉。线缆标识是用来进行维护以及故障排查的,浮沉实验不能当作检验标识质量的标准。把线缆标识扔到水中,还会使油墨吸收水分、褪色,在激光打标区域也会由于水的折射而导致对比度降低。如果是想要知道材料的密度的话,可以用实心切片或者已经知道体积的样品来测量,而不能用带有标记的管段进行浮沉试验。线缆标识的浮沉结果主要体现为空腔的状态,并不是对标识工艺或者材料真伪的判断。
综合分析:怎样来解释浮沉的结果
要确定一段PVDF热缩管掉入水中之后是下沉还是上浮,可以根据如下步骤来推理。第二,看是不是实心的。实心PVDF的密度比水大,所以会下沉。第二步是计算空心管腔体积占总体积的比例。壁很薄,内径很大,管段很长,空气中有很多灰尘,很容易飘起来;壁厚、内径小、管段短,材料多,容易沉。第三个方面就是看开合的方向。开口向上,空气被堵住,沉;开口向下,水流进来,下沉。第四、看表面张力。细管腔、低表面能材料,水不容易进去,气泡比较稳定,浮的时间长;加入表面活性剂或者升高水温,水就会很容易地进入到水中去,并且下沉的速度也会加快。第五、检查是否有挤压或者抽真空的情况。挤压排气之后,管段就比较容易下沉了。第六、查看材料中的添加剂。重质填料提高密度,轻质填料降低密度,但是大多数热缩管材料的密度仍然大于水。第七、检查两端是否闭合。封闭端部形成气室,浮力比较大;开放两端的水可以进可以出,浮沉也会随之改变。
如果实验结果表明PVDF热缩管漂浮于水面上,而不能直接得出结论认为它是PVDF。即使结果表明其下沉,则不能直接得出该物体为实心PVDF的结论。浮沉只表示整个系统的平均密度和水相比的关系,并不能说明分子结构或者材料类型。为了确定材料,就要查看它的密度、热性能以及和其它物质相容的情况等等更加可靠的数据。对于一般的用户来说,想要快速地知道一段热缩管是不是很容易漂浮起来的话,可以把这段热缩管水平放人到水中去观察一下它的端部有没有出现气泡逸出的情况。气泡多表示空气排出来的速度也快,下沉的速度也就更快一些。如果有气泡的话,那么这个管段就会长时间地漂浮在水面上。
结语
PVDF热缩管掉到水中是沉下去还是浮上来,这要根据整个物体的平均密度来判断,并不是单个材料的密度决定的。实心PVDF沉,空心PVDF热缩管可能会浮也会会沉。管腔中的空气是产生浮力的主要因素,当水进入到管腔中并且把里面的空气排出去之后,该管段就会下陷。氟橡胶热缩套管、花纹热缩管、双壁热缩管、PVDF热缩管、氟橡胶热缩管和线缆标识,各自有不同的结构特点,因此在浮沉的过程中会有不同的结果,但是它们所共有的一个规律就是:如果有空气存在就会浮起来,如果没有空气存在就会沉下去。表面张力、水温、开口方向、壁厚和内径都会对空气保留的时间产生影响。把浮沉作为材料鉴别的一种方式并不可靠,而用这种方法来解释空心结构和密度之间的关系则比较合适。在做这个实验的时候要控制好变量,观察到气泡以及进水的过程,并且比单纯的提问“沉还是浮”更有意义。

