为什么PVDF管壁摸起来更硬挺？结构决定的

　　把一根PVDF热缩管、一根普通的热缩管一起放在手上比一比，不用任何工具只靠手的感觉就可以判断出哪根是PVDF热缩管而另一根就是普通的热缩管了;后者的质地比较软绵一些，用手轻按就会很容易地塌陷下来。这样的触感差异并不是一种错觉或者仅仅是由于墙壁厚度的不同造成的，而是在于该种材料内部所具有的某种特性。本文将会在结构上对上述问题进行剖析，并探究那块坚硬的手感是从哪里来的。

　　一、手感本质是材料抵抗变形的能力

　　用手指去捏管道的时候，并不是在测管道本身的质量好坏，而是要检测出该种材料抵抗弯折的能力大小。当一个管道被捏的时候，它的内壁就会产生一种弯曲变形的现象来抵御这个过程中的变化，在这个过程中所施加出来的抵抗力越大，则该管道的手感也就越坚硬。

　　管壁抵抗弯矩能力是由哪些因素来决定的呢?在工程建设中有一条基本原则：它是由材料本身的刚性和管道外径决定的。刚度属于材料本身的特性，并不是由外部因素造成的;而几何尺寸则是从外观上对物体进行描述的一种方式。同一种壁厚的情况下，刚度不一样的话，手感就会大相径庭了;同一种材料，壁厚不一样的话，手里的感觉也会有所不同。PVDF管壁的硬挺是由两种原因造成的，并且其中的根本还是在于材料本身的刚性，而这种刚性的产生又是依赖于更加微小的结构来实现的。我们一层层往下看去。

　　第二部分的第一层结构是半结晶状的“钢筋骨架”

　　PVDF属于半结晶性的高分子材料。它在冷却成型时，一部分分子链会整齐地折叠排列起来，在其中形成了有序的晶体区域;其他的都保持无规则卷曲的状态，在形成一个不定形状区域。晶区内所占的比例就叫结晶度。

　　晶区具有很好的硬度和韧性，并且它的手感也非常好。在晶区内，分子链排列得非常紧密，距离很近，相邻分子之间的作用力也被很好地激发出来，在此形成的各个结构稳定的小型框架就是所谓的“微骨架”。这些骨架分布在整个材料之中，就如混凝土中的钢筋一般，在外力到来的时候首先担负起抵御的作用，所以该材料不容易发生形变。

　　与之相比，普通的聚乙烯和聚丙烯等材料的结晶度不一样，晶体结构也存在差异，并且由于分子链本身的极性较弱、链间的相互作用力也比较小，所以从宏观上来看就会显得比较柔软。也就是说，在相同的分子链数的情况下，PVDF把它们编织成了一张更加紧密的“网”，而普通的材料只是一团散乱无章的东西。

　　第三部分为第二层次结构：由于较强的极性而产生的链间的“黏合度”

　　如果把晶区比作框架的话，那么分子链之间的相互作用力就相当于给这个框架加上一层“胶水”，使整个结构得以牢固地结合在一起。PVDF的一个容易被人忽略的优点就是它的高极性。

　　PVDF分子链上的碳氟结构单元很多，氟原子的电负性强，所以分子链上形成了明显的偶极。相邻的分子链之间存在正负电荷互相吸引的现象，因此产生的分子间的吸引力要比普通的碳氢链之间的吸引力大很多倍。

　　以普通的聚乙烯为例，它的分子链就像被抹上一层蜡一样堆积起来，相互之间很容易移动;而PVDF分子链就像被无数个小魔术贴缠绕在一起的一根绳子一样，在链条和链条之间到处都是“咬合”的地方，想要让它们移动或者变形的话，就必须先克服这些“咬合”力。变形已经被控制住了，所以材料也就变得挺拔起来。由于极性的存在，在链之间的“粘合”作用下，再加上晶区效应的影响，从而形成了PVDF材料刚性的微观结构基础。

　　第四层结构为辐照交联而成的“三维网”。

　　原料的结构潜能需要通过一个重要的工艺来全部发挥出来，即用电子束照射进行交联。

　　高能电子束穿过管坯的时候，在相邻分子链之间产生化学交联点，并使原来各自独立的长链形成三维网络结构。该网络对于硬挺手感能力的作用主要表现在两个方面。

　　另一方面，在交联点处锁定住分子链之间的相对位置，在加热的时候链段不容易全部流动起来，在冷却固化之后管道外层的形状稳定程度大大提高，收缩以后的管子可以长期保持圆形、挺拔的状态，并不会随着时间流逝而逐渐松弛和变形。

　　另外一方面，交联网络使得在受到外力的时候，其形变更加具有弹性的特点。在外力的作用之下，形变会被整个网络所承担，在撤去外力之后，材料能够恢复原状，并不会留有永久性的压痕。这是由于PVDF管壁捏一下就会很快恢复原状的缘故，它很硬但是又不像是那种生冷坚硬的东西。

　　第五层结构为致密屏蔽，从而保证了长期的工作效率

　　手感的硬挺要达到的是“刚出厂的时候就是这样”，并且还要做到“经过多年的使用之后仍然保持这样”。很多材料刚开始出厂的时候很坚硬挺拔，但是用了一段时间之后手感就会变得比较柔软和粗糙了，这是因为受到了外界环境的影响，在潮湿、寒冷或者高温等环境下都会对材料造成损害，并且还会导致材料表面出现各种各样的问题，比如水分渗透使得链间的作用力减弱;油脂溶解膨胀致使结构松弛;化学介质腐蚀使分子链断裂等等。

　　PVDF中的氟原子屏蔽层又在这一步中起作用了。氟原子集中分布在分子链之外，并且形成了一个非常坚固的屏障，水分子、油分子以及各种酸碱性物质都无法穿透到材料里面去。外部侵入进来不了，内部的晶区、极性作用力以及交联网络就可以长久地保持原来的状态，坚硬挺拔的手感也因此历久弥新。另外由于结构所造成的另外一个隐形的优势就是性能时间稳定性的提高。

　　第六部分：结构以外：壁厚的设计与配合

　　除了对材料本身的分析之外，也应该认可外部几何所做出的贡献。PVDF热缩管常用的壁厚规格里，大多数产品的壁厚都在中等偏实的程度上，再加上收缩之后管壁贴合得很紧，“管状梁”的效果也更加明显地提高了抗变形的能力，同一种材料，在管径越小时，“管状梁”的效果就越强，因此选择合适的PVDF热缩管对于提高管道系统的耐久性具有重要意义。壁厚越大、越实，则手摸起来就越硬朗。

　　另外氟塑料本身就有很低的摩擦系数，在表面上非常光滑、细腻，给人的感觉就是“挺括”。手感是由材料的刚性、几何尺寸和表面特性等因素共同影响而来的结果，但是从本质上讲，起主要作用的是前面所提到的各种微观结构，并且这也正是标题中所说的意思，“结构决定”的全部内涵。

　　第七条 家族对比：各种材料所具有的不同的特性

　　把PVDF放入到热缩管大家族里去的话，由于结构上的不同所造成的性格上的不同也就一清二楚了。

　　氟橡胶热缩管所走的道路正好是逆向的。它的主要成分是氟橡胶弹性体，在分子链之间只存在很少量的交联点，链段非常自由，所以它的手感很软，并且具有很高的回弹力。氟橡胶热缩套管同样是同族的产品，也以其柔软著称，在温度达到200℃以上的环境下依然能够保持良好的性能，并且具有很强的抗油能力，在发动机舱以及液压系统的高温高油脂环境里是最为合适的选择之一。氟橡胶比较柔软而PVDF比较坚硬，这些都是根据使用场合来决定的选择结果，并不存在高低贵贱的区别只存在适合不适合的问题。

　　双壁热缩管的主要卖点不在于它的材质上，而是在于它采用了内外两层管加上一层内层热熔胶的双壁结构，在收缩之后会把里面的胶液填入到缝隙中去形成一道密封防线来解决防水密封的问题。它的外层一般采用的是交联聚乙烯或者聚丙烯等材料，这些材料的刚性处于普通的单壁钢管和聚偏氟乙烯之间的水平，因此在结构的设计上以及所用到的各种材料的选择中都可以做到相互独立地进行选择。

　　花纹热缩管是在外表形态上进行差异化的设计，在外壁上有规律的纹理可以起到防滑和抓握的作用，在很多情况下被用作工具的手柄或者器材的握把等等地方，它属于一种功能性细分的产品，并且同坚硬柔韧这两个属性的话题一起并行不悖地存在。

　　第八条 硬挺的手感具有很强的实际应用价值

　　这份硬挺并不是仅仅因为触感良好而在使用过程中得到实际的好处。

　　第一点就是机械防护很到位。挺括的管壁具有很好的耐磨性、耐压性和防磕碰能力，在经常被拉扯和挤压的地方不容易损坏。二是施工服帖。管型比较稳定，在穿套的时候不会出现打折的情况，并且在收缩之后表面会变得非常平滑。第三是长期形态比较稳定。收缩之后抱住的力量很长久，并且很多年都不会松开。四、性能衰退减小。结构不会被外界环境所腐蚀破坏，在很长的时间内其电性能和机械性能都是比较稳定的。

　　结语

　　PVDF管壁摸起来更加坚硬挺拔，在层层叠叠的结构中可以找到答案：半结晶的晶区提供了骨架刚性，强极性的链间相互作用力编织出了分子网路，并且通过辐射交联的方式锁定了形态和回弹性。氟原子屏蔽层可以保证该种性能持久不变。材料性格的本质并不是因为某个原因造成的，而是在于分子排列的方式所决定的结果。掌握手感来推测结构、用结构去分析性能，在选择的时候就会拥有一双洞察本质的眼眸。

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