工程師生產和維修中必不可少小小熱縮管
2025-3-11 13:38:22??????點擊：
熱縮管與膠帶和尼龍扎帶一樣，是工程師工具箱以及制造、生產和維修中必不可少的元素。它主要還是用于覆蓋和保護電線接頭，但用途遠不止于此。
熱縮管可以用來對不規則形狀的物體進行臨時甚至長期的修復，因為它可以與所包裹的物體完全貼合。熱縮管有許多優點，其中之一就是易于使用，只需將其滑到接頭或物體上，用熱風槍(或火柴或火焰，如果你只有這些)加熱，它就會神奇地縮小。
然而，就像我們常常使用的許多其他物品一樣，這種多功能管材的開發歷程、工作原理和用途以及可用的產品背后的故事也很復雜。請注意，即使我們這個行業常常會用縮寫，但熱縮管也很少被稱為“HST，而是直接用“heat shrink”。
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熱縮管由交聯聚合物制成，交聯聚合物中的單體單元交聯在一起形成三維網絡。這些熱固性和彈性聚合物的表現與熱塑性聚合物的表現截然不同。
交聯聚合物的機械行為與溫度的關系由其剪切模量(施加的應力與產生的應變之比)表示，圖1比較了高度交聯、粗交聯和非交聯聚合物之間的剪切模量。
請注意，眾所周知的彈性體具有橡膠的柔韌性和彈性，是松散交聯的聚合物。這些長而隨機卷曲的松散交聯材料可以輕松拉伸，但當力或應力消除時會恢復到其原始形狀(圖2)。
隨著管材直徑的收縮，它就會緊緊地與所覆蓋的物體相貼合。這是由于交聯熱固性聚合物的特性：受熱后，它會試圖恢復到原來的尺寸。
當用于覆蓋電線接頭時，它可提供物理保護并可保持接頭區域的絕緣。在某些情況下，套管“在其內部”用于保護接頭，然后還封裝整個組件(圖3)。
收縮過程是不可逆的。與電工膠帶不同，它不會開裂或老化，而且會形成更流線型、更貼合的保護殼(圖4)。
它還可用于將多根電線綁束在一起，改善電線和線束的外觀，并增加應力消除(圖5)。
與膠帶和扎帶一樣，熱縮管的用途非常廣泛。它可用于連接斷裂的木棍和包裹破損的物體。與膠帶不同，它不會在其覆蓋的物體上留下任何殘留物。也不同于粘合劑，它不需要干燥時間或化學性質，不會“融入”或影響其接觸的物體的表面，根據具體情況，這可能是好事，也可能是壞事。
熱縮管可由多種熱塑性塑料制成，包括聚烯烴、聚氯乙烯(PVC)、氟橡膠(用于高溫和腐蝕性環境)、氯丁橡膠、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)和Kynar樹脂。
熱縮管的歷史
第二次世界大戰后，人們發現輻射可用于改變某些塑料的分子結構并誘導交聯。因此，即使溫度升高，它們也不會熔化或流動，這與大多數會熔化或流動的聚合物形成了鮮明對比。20世紀50年代末，化學工程師兼Raychem公司創始人Paul Cook使用所謂的“輻射化學”(因此得名Raychem)開發了兩種產品：輕型飛機電纜和熱縮管。
在交聯過程中，將聚合物暴露在輻射下會在聚合物原子之間形成共價鍵。這些共價鍵使聚合物具有塑性記憶，這意味著一旦聚合物交聯并拉伸成膨脹形狀，當施加一定的熱量時，它就會自動收縮回其原始尺寸。
管材的制造來源于標準的擠出工藝。將基礎材料與其他添加劑(如著色劑和紫外線穩定劑)混合，然后擠出。為了轉化單體，交聯以形成聚合物是在擠出后通過輻射完成的，或者在塑料配方和擠出階段通過化學方法完成。
具體操作細節屬于商業機密。PVC、聚乙烯、聚酰胺等通常通過電子束處理進行交聯，而其他聚合物則需要α射線或γ射線，甚至紫外線或射頻輻射。
交聯后的管子被拉伸(通常通過氣壓)到所需尺寸，通常是其原始直徑的兩倍，此時，它處于膨脹狀態，具有記憶性。當管子暴露在高溫下(通常稱為收縮溫度或活化溫度)時，它會松弛回到其原始直徑并處于恢復狀態。
除了Raychem，全球還有許多此類管材供應商，包括Sumitomo、Alpha Wire和Elcon。雖然2:1是最常見的膨脹/恢復比，但其他標準比率也有3:1、4:1甚至6:1。一般而言，HST供應商建議使用適合應用的最小收縮比。
五花八門的品種
熱縮管有各種顏色(圖6)。有時，這些顏色用于顏色編碼，以幫助識別電纜，例如紅色代表電源、黑色代表接地、綠色代表低壓。在其他情況下，它用于增強產品的外觀和吸引力，例如用于游戲的“開放式”PC。甚至還有透明的HST，可以讓接合處或所有被覆蓋的部分清晰可見。
其他變化還涉及襯里。有一種雙層塑料襯里，內襯在外襯收縮時熔化，從而封裝電線接頭。還有的襯里具有與熱熔膠非常相似的可熔粘合劑，當管材加熱收縮時，粘合劑粘附在電線上并形成防水、耐腐蝕的覆蓋層。當電纜(HST覆蓋)需要穿過導管和管道或受到物理損壞時，需要使用具有額外耐磨性的HST。
在溫度方面，標準套管在約90℃至100℃時收縮。但是，有些型號的套管本身可以承受更高的溫度，因此收縮溫度也更高，額定值為150℃和200℃。甚至還有基于特氟龍的HST，有250℃的收縮溫度并且壁極薄，因此，它幾乎是一層看不見的“皮膚”，不會干擾電纜的滑動，并能最大限度地減少電纜的體積。
還有符合UL VW-1耐燃測試標準的型號，該測試定義并限制了材料對持續燃燒的支持。這種“垂直火焰”測試評估了材料沿垂直懸掛的電線抵抗火焰的能力，其目標是防止火焰蔓延，尤其是在通風系統和管道中。
管材易于收縮是另一個優點。雖然不建議使用，但對于小而薄的管材，可以使用火柴，對于較大的管材，可以使用丁烷燃料噴燈。然而，明火會帶來明顯的風險，因此最好使用電動或封閉火焰的熱風槍。
這些熱風槍可以是直接的“手槍”式熱風槍，類似于電吹風(如果溫度足夠高并且管材是低溫型號，也可以使用)，或者是具有彎曲氣流路徑的熱風源，以達到更好的覆蓋效果(圖7)。與管道焊接不同，管道焊接需要高溫和大量熱能，因此需要火焰作為熱源，而熱縮管不需要太多熱能，因此可以使用更安全的熱風槍。
薄壁、大眾化的HST在五金店和家裝店中隨處可見。它不需要特殊技能、培訓或使用技巧——這也是HST的眾多優點之一。一包六根6英寸長的?英寸黑色聚烯烴管零售價約為3美元，而四英尺長的?英寸雙壁粘合劑襯里管零售價約為10美元。
方便、簡單、易于使用
熱縮管和透明膠帶、拉鏈袋和創可貼(僅舉幾例)一樣，對于我們的生活不可或缺，并且看上去簡單、使用方便，而且能解決很多問題，這些產品有的符合最初的設計初衷，有的則不符合。不過，不管是哪一種產品都需要大量的材料科學和生產專業知識，才能使其低成本、廣泛的普及
熱縮管可以用來對不規則形狀的物體進行臨時甚至長期的修復，因為它可以與所包裹的物體完全貼合。熱縮管有許多優點，其中之一就是易于使用，只需將其滑到接頭或物體上，用熱風槍(或火柴或火焰，如果你只有這些)加熱，它就會神奇地縮小。
然而，就像我們常常使用的許多其他物品一樣，這種多功能管材的開發歷程、工作原理和用途以及可用的產品背后的故事也很復雜。請注意，即使我們這個行業常常會用縮寫，但熱縮管也很少被稱為“HST，而是直接用“heat shrink”。
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熱縮管由交聯聚合物制成，交聯聚合物中的單體單元交聯在一起形成三維網絡。這些熱固性和彈性聚合物的表現與熱塑性聚合物的表現截然不同。
交聯聚合物的機械行為與溫度的關系由其剪切模量(施加的應力與產生的應變之比)表示，圖1比較了高度交聯、粗交聯和非交聯聚合物之間的剪切模量。
請注意，眾所周知的彈性體具有橡膠的柔韌性和彈性，是松散交聯的聚合物。這些長而隨機卷曲的松散交聯材料可以輕松拉伸，但當力或應力消除時會恢復到其原始形狀(圖2)。
隨著管材直徑的收縮，它就會緊緊地與所覆蓋的物體相貼合。這是由于交聯熱固性聚合物的特性：受熱后，它會試圖恢復到原來的尺寸。
當用于覆蓋電線接頭時，它可提供物理保護并可保持接頭區域的絕緣。在某些情況下，套管“在其內部”用于保護接頭，然后還封裝整個組件(圖3)。
收縮過程是不可逆的。與電工膠帶不同，它不會開裂或老化，而且會形成更流線型、更貼合的保護殼(圖4)。
它還可用于將多根電線綁束在一起，改善電線和線束的外觀，并增加應力消除(圖5)。
與膠帶和扎帶一樣，熱縮管的用途非常廣泛。它可用于連接斷裂的木棍和包裹破損的物體。與膠帶不同，它不會在其覆蓋的物體上留下任何殘留物。也不同于粘合劑，它不需要干燥時間或化學性質，不會“融入”或影響其接觸的物體的表面，根據具體情況，這可能是好事，也可能是壞事。
熱縮管可由多種熱塑性塑料制成，包括聚烯烴、聚氯乙烯(PVC)、氟橡膠(用于高溫和腐蝕性環境)、氯丁橡膠、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)和Kynar樹脂。
熱縮管的歷史
第二次世界大戰后，人們發現輻射可用于改變某些塑料的分子結構并誘導交聯。因此，即使溫度升高，它們也不會熔化或流動，這與大多數會熔化或流動的聚合物形成了鮮明對比。20世紀50年代末，化學工程師兼Raychem公司創始人Paul Cook使用所謂的“輻射化學”(因此得名Raychem)開發了兩種產品：輕型飛機電纜和熱縮管。
在交聯過程中，將聚合物暴露在輻射下會在聚合物原子之間形成共價鍵。這些共價鍵使聚合物具有塑性記憶，這意味著一旦聚合物交聯并拉伸成膨脹形狀，當施加一定的熱量時，它就會自動收縮回其原始尺寸。
管材的制造來源于標準的擠出工藝。將基礎材料與其他添加劑(如著色劑和紫外線穩定劑)混合，然后擠出。為了轉化單體，交聯以形成聚合物是在擠出后通過輻射完成的，或者在塑料配方和擠出階段通過化學方法完成。
具體操作細節屬于商業機密。PVC、聚乙烯、聚酰胺等通常通過電子束處理進行交聯，而其他聚合物則需要α射線或γ射線，甚至紫外線或射頻輻射。
交聯后的管子被拉伸(通常通過氣壓)到所需尺寸，通常是其原始直徑的兩倍，此時，它處于膨脹狀態，具有記憶性。當管子暴露在高溫下(通常稱為收縮溫度或活化溫度)時，它會松弛回到其原始直徑并處于恢復狀態。
除了Raychem，全球還有許多此類管材供應商，包括Sumitomo、Alpha Wire和Elcon。雖然2:1是最常見的膨脹/恢復比，但其他標準比率也有3:1、4:1甚至6:1。一般而言，HST供應商建議使用適合應用的最小收縮比。
五花八門的品種
熱縮管有各種顏色(圖6)。有時，這些顏色用于顏色編碼，以幫助識別電纜，例如紅色代表電源、黑色代表接地、綠色代表低壓。在其他情況下，它用于增強產品的外觀和吸引力，例如用于游戲的“開放式”PC。甚至還有透明的HST，可以讓接合處或所有被覆蓋的部分清晰可見。
其他變化還涉及襯里。有一種雙層塑料襯里，內襯在外襯收縮時熔化，從而封裝電線接頭。還有的襯里具有與熱熔膠非常相似的可熔粘合劑，當管材加熱收縮時，粘合劑粘附在電線上并形成防水、耐腐蝕的覆蓋層。當電纜(HST覆蓋)需要穿過導管和管道或受到物理損壞時，需要使用具有額外耐磨性的HST。
在溫度方面，標準套管在約90℃至100℃時收縮。但是，有些型號的套管本身可以承受更高的溫度，因此收縮溫度也更高，額定值為150℃和200℃。甚至還有基于特氟龍的HST，有250℃的收縮溫度并且壁極薄，因此，它幾乎是一層看不見的“皮膚”，不會干擾電纜的滑動，并能最大限度地減少電纜的體積。
還有符合UL VW-1耐燃測試標準的型號，該測試定義并限制了材料對持續燃燒的支持。這種“垂直火焰”測試評估了材料沿垂直懸掛的電線抵抗火焰的能力，其目標是防止火焰蔓延，尤其是在通風系統和管道中。
管材易于收縮是另一個優點。雖然不建議使用，但對于小而薄的管材，可以使用火柴，對于較大的管材，可以使用丁烷燃料噴燈。然而，明火會帶來明顯的風險，因此最好使用電動或封閉火焰的熱風槍。
這些熱風槍可以是直接的“手槍”式熱風槍，類似于電吹風(如果溫度足夠高并且管材是低溫型號，也可以使用)，或者是具有彎曲氣流路徑的熱風源，以達到更好的覆蓋效果(圖7)。與管道焊接不同，管道焊接需要高溫和大量熱能，因此需要火焰作為熱源，而熱縮管不需要太多熱能，因此可以使用更安全的熱風槍。
薄壁、大眾化的HST在五金店和家裝店中隨處可見。它不需要特殊技能、培訓或使用技巧——這也是HST的眾多優點之一。一包六根6英寸長的?英寸黑色聚烯烴管零售價約為3美元，而四英尺長的?英寸雙壁粘合劑襯里管零售價約為10美元。
方便、簡單、易于使用
熱縮管和透明膠帶、拉鏈袋和創可貼(僅舉幾例)一樣，對于我們的生活不可或缺，并且看上去簡單、使用方便，而且能解決很多問題，這些產品有的符合最初的設計初衷，有的則不符合。不過，不管是哪一種產品都需要大量的材料科學和生產專業知識，才能使其低成本、廣泛的普及
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