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氟橡胶热缩套管撕裂后还能用吗?空气通道比材料更麻烦

作者:超级管理员时间:2026-11-080 次浏览

信息摘要:

撕裂之后能否使用的界限,就是裂口是否在壁厚的方向上形成了一个贯通的空气通道。一旦形成之后,麻烦就不是“氟橡胶少了一块”,而是在于“电场找到了一条比氟橡胶好走的路...

  撕裂之后能否使用的界限,就是裂口是否在壁厚的方向上形成了一个贯通的空气通道。一旦形成之后,麻烦就不是“氟橡胶少了一块”,而是在于“电场找到了一条比氟橡胶好走的路”——空气的击穿场强远远小于氟橡胶本身,局部放电首先在空气通道中发生,裂口尖端在应力的作用下不断扩展,通道有效截面积随着振动、温度循环的变化而变化,损伤自己就会向前发展。材料还存在,但是导电的物理路径已经更换了。

  把撕裂看作是“材料缺损”的话,就容易忽略真正发生改变的事情

  氟橡胶热缩套管被扎带勒出裂缝、被棱角刺穿、或者因老化而产生龟裂,最先引起注意的就是“管壁破了一块”。顺理成章地发问就是:剩余的壁厚是否足够进行绝缘呢?这个追问本身并没有什么问题,但是它把人们的注意力集中在了氟橡胶上,并且在裂口之后真正改变了绝缘状态的是,在裂口内部新出现的一层介质——空气。氟橡胶的体积电阻率为10¹⁴Ω·cm左右,在材料完整的条件下具有良好的绝缘保证;但是裂口如果穿过壁厚的话,导体和外部环境之间就不会再是单一连续的氟橡胶了,而会变成“氟橡胶-空气-氟橡胶”或者“氟橡胶-空气-外界”的串联结构。空气的击穿场强大约为3kV/mm左右,远远小于氟橡胶本身的击穿场强,在相同的电压梯度之下,电场将会首先在空气中找到裂口。更糟糕的是,这个突破口并不是一个固定的洞:裂口两边的管壁在振动的时候会打开或者关闭,裂纹尖端在残余应力的作用下向外扩展,空气通道有效截面积也在不断地变化。材料缺损是指已经发生的事件,而空气通道的演化则是正在发生的事件;后一种要比前一种更容易停下来。

  答案:撕裂之后的绝缘判断,首先要看“通道是否贯通”,然后再看“通道是否会变大”

  第一层判据为裂口是否沿着壁厚方向贯通。只停留在表面的浅表划伤或者压痕,连续的氟橡胶仍然横亘在导体和外界之间,管壁的有效厚度减小了,但是绝缘的物理路径并没有被“打开”。氟橡胶的弹性网络对于钝性的挤压和反复弯曲有较好的吸收能力,浅表损伤不会很快自发地长成贯穿裂纹。贯穿性的裂口就完全不一样了:空气通道由内壁延伸至外壁,在导体和外部之间形成一条介电常数大约为1的低阻抗路径,电场在此处聚集得非常厉害,在导体内首先出现了局部放电现象。此时,“氟橡胶能不能继续绝缘”的问题就不再合适了——虽然氟橡胶本身仍然可以绝缘,但是电场已经不需要再通过它来传递了。

  第二层判据是通道所在的空间位置,决定了它多快地由“存在”变为“失效”。落在端部切口附近贯穿或者非贯穿的裂口,其结果最为直接:端部就是整个管段上密封性和沿面爬电最敏感的地方,在这里裂口同时打开界面进水和沿面泄漏两条途径。水汽沿着裂缝渗入之后,绝缘电阻就会一直降低下去。在弯折的地方或者固定的部位出现的裂口,包含了安装时残留的应力以及外部弯曲力的作用,裂口尖端处的应力集中使得通道的扩展速度加快。落在管身自由平直段的浅表裂口,周围没有其他的应力集中叠加在一起,才算是“可以观察或者限制使用的”少数情况。位置不同,“一条缝”在安静的地方待着,在一个每天都被推拉的地方被反复撑开。

  第三种判断标准就是通道是不是正在被主动扩大。这就是“空气通道比材料还要难处理”的根本所在。氟橡胶具有很好的弹性和韧性,在受到外力作用时可以产生较大的形变而不破裂;在振动、温度循环的过程中,裂口时开时合,通道的等效截面积也在发生变化。裂纹尖端在收缩残余应力以及外加载荷的作用下一直向着四周发展,裂口并不是在“平滑地坏掉”中进行的,在一个加速的过程当中恶化。也就是说撕裂之后的绝缘状态不是一种可以一次就判断出来的静态值,而是一条下行的趋势线;今天的绝缘电阻测试结果是合格的,并不能保证该曲线在下次温度循环或者下一次振动之后不会把读数拉低。

  根据的是空气击穿阈值、电场在空气通道边缘聚集的特点,“通道打开之后材料参数不再作为评判标准”。

  第一层根据来自于空气和氟橡胶击穿场强的量级差异来确定。氟橡胶的介电强度标称不小于7.9kV/mm,典型的介电强度大于等于8kV/mm。空气的击穿场强约为3kV/mm,大约是氟橡胶的一半到四分之一左右。在裂口形成串联介质结构的情况下,电压会根据介电常数、几何分布以及空气通道的“击穿门槛低”的特点来确定,但是空气通道所承受的场强并不会因此而自行降低;但是由于空气的低介电常数,在空气和氟橡胶之间形成了很强的电场,局部场强甚至能达到正常值的3~5倍。因此,空气通道在“耐压能力”的方面比氟橡胶差很多,并且它会主动把周围环境中的电场吸引到自己的身上来,从而使得局部放电首先发生在空气通道的边缘处。局部放电一旦开始,就会逐渐侵蚀通道周围氟橡胶表面,形成树枝状放电通道,使得击穿电压在累积损伤的过程中下降了五成以上。材料本身并没有发生变化,但是材料和空气之间的界面正一点一滴地被放电所侵蚀。

  第二层根据来自裂纹尖端的应力集中和通道演变来确定。氟橡胶热缩管收缩成型之后,管壁内侧还存在没有完全消散的收缩应力;一旦出现裂口之后,应力会在裂口尖端集中,在温度的变化、振动或者轻微的外部力量的作用下,裂口沿着应力的方向不断扩展。和气泡缺陷的发展规律是一致的:由于材料在收缩过程中出现不均匀现象而产生的应力集中,在正常区域中的应力值可以达到2~3倍左右,微裂纹扩展的速度要比没有缺陷的地方快5~10倍。裂口为“长条形的人工通道”,其边缘为应力集中点,其内部为电场集中区;应力、电场在同一点处叠加之后,通道的扩大并不需要额外的驱动力,在安装的时候就已经留下了剩余应力。

  第三层根据的是“材料参数仍然合格,但是功能已经被通道所决定”的这一事实本身。撕裂之后,氟橡胶的体积电阻率可能会保持在10¹⁴Ω·cm左右,介电强度也有可能维持在8kV/mm附近——这些都是对材料本身进行测试的结果,并非指带有通道的管道。影响绝缘行为的因素有:通道几何形状、通道内介质种类和性质、通道两端电位差大小以及通道是否处于扩展状态等。把材料参数当作撕裂之后的判据,就是用一个不变的读数来回答一个问题,而这个被问到的问题本身却已经发生了改变。有关裂纹形成的资料中说得很直接:裂纹产生之后变成一个空气通道,在空气中产生的电弧强度远远小于氟橡胶本身所能承受的最大击穿场强;此时绝缘失效的原因已经不是“氟橡胶本身能不能导电”了,而变成了“电场找到了一条比氟橡胶更容易穿透的道路”。如果有一条路的存在,那么材料参数的“合格”,只是一旁的好材料而已,并不是导体和外界之间有效的屏障。

  延伸:花纹、双壁和PVDF的撕裂逻辑,反过来校正“通道优先于材料”的说法,并非只有氟橡胶才会有这样的判断

  花纹热缩管把“通道从哪里开始”这个问题推到几何学上去了。花纹的凸起和凹槽壁厚不一样,凸起的地方比较薄,凹槽的地方比较厚,撕裂一般是从字符边缘、色带交接处或者凹槽底部开始,并沿着管道向外扩展。在凸起表面上看去,“没有贯穿”的裂口,如果其深度已经到达凹槽底部的薄区,则剩余的有效壁厚很可能远远小于同尺寸光壁管的安全裕度。花纹管的空气通道不需要等到“裂口贯穿全壁厚”的时候就形成了,它可以从最薄的地方最先贯通;判断花纹管的撕裂情况,壁厚最薄的地方要比裂口表面宽一些更有诊断意义。

  双壁热缩管的撕裂使空气通道由原来的管壁扩展到管壁和管体交界处。外层管壁和内层热熔胶的模量、韧性以及热膨胀系数都不一样,在撕裂的时候会有一条另外的路径:当界面粘接力不够的情况下,裂口就会沿着界面分层发展开来,而外层则会呈现出只裂一道缝的样子。胶层和基材之间已经打开了。双壁管的“空气通道”有两种选择:一种是穿出外层管壁,另一种则是沿外层和胶层之间的界面进行;第二条道路在外形上更加隐秘一些,但是水汽以及电场沿着界面推进所造成的后果跟末端进水是一样的。双壁管撕裂判断不能仅仅看外层有没有裂透,还要看胶层是不是连续的,界面是不是被打开。

  PVDF热缩管根据材料刚性的不同来标定出“通道演化速度”上的差别。PVDF的介电强度标称可以达到30kV/mm量级,远远大于氟橡胶的8kV/mm量级,但是它的弹性回复能力比较差,裂口一出现就很难像氟橡胶那样通过变形来自动贴合,通道一般会维持打开的状态。氟橡胶的弹性在撕裂之后的作用是双刃剑:它可以使得浅表裂口在不受力的时候闭合,减小空气通道的即时截面积;但是它不能把已经贯穿的裂口“夹紧”到电气上可以忽略不计的程度,裂口两边在振动中打开闭合的行为反而使通道的有效截面积随着时间的变化而变化,增加了局部放电起始条件的不确定性和不可控性。PVDF通道“开得干脆、保持得稳定”,氟橡胶通道“可能会暂时关闭,但是仍然在移动”;两种材料撕裂之后判读共享“空气通道优先”的框架,但是通道时间的行为不一样,不能用同一个静态判据来套。

  回到氟橡胶热缩套管撕裂后的情况判断中,可以复核的一个顺序是:第一步骤为使用强光源或者放大镜沿着裂口来回检查,以确定是否有由内壁向外壁贯通的路径;有了贯通、体积绝缘的物理基础已经不存在了,不管裂口有多细。第二步就是观察裂口所在的位置:端部、弯折处、固定点或者花纹凹槽薄区的裂口,按照最保守的边界来处理,因为在这些地方空气通道既是进水通道也是应力扩展通道;只有管身自由段的浅表非贯通裂口才具有进入到“限制使用并定期复测”的讨论中去的资格。第三步是把“已经停止生长”的裂缝和“仍在生长”的裂缝区分开来:用手轻轻拨动裂缝边缘,并观察其振动或者温度循环之后裂缝长度和张开程度的变化情况,如果裂缝在扩大的话,则说明该裂缝处于下行趋势中。不可以使用一次得到的结果来保证以后。撕裂之后,材料仍然存在,但是导体和外部世界之间联系的方式不再由材料决定;首先要看这条路是否畅通无阻,是否会越来越宽广,然后再看还剩下哪些材料没有用上,这样的顺序不能颠倒。


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