PVDF热缩管在潮湿环境下绝缘性能下降吗？

　　要分开看的一个问题

　　在潮湿环境中，绝缘性能是否会降低?这个问题不能简单的用“会”或者“不会”来回答。由于绝缘性能降低的原因可能是两种截然不同的方面造成的：一种是材料自身被水分子所浸润，从而导致体积电阻率发生无法逆转的变化;二是材料表面或者界面处形成了水膜，造成所测得的绝缘电阻短时间内变小。前者的材料原因，后者的系统密封问题。PVDF热缩管在上面和下面两方面都表现出了完全不同的特点，如果把它们混为一谈的话就有可能得出错误的结果。

　　PVDF的疏水性基础：它的吸水率到底有多大

　　先看材料本身。PVDF的吸水率的数据，在不同的测试标准之下会有一定的差别，但是总的来看它的水平很低。经过24小时浸渍试验后，其吸水率为0.04%左右。按照标准测定得到的吸水率为小于0.4%。在氟聚合物材料比较的时候，PVDF的吸水率一般是在0.02%-0.07%之间。氟橡胶热缩管的吸水率一般控制在0.5%以下，而聚烯烃类材料的吸水率要高得多。

　　0.04%，这代表什么呢?厚度为0.5mm的PVDF热缩管，在24小时内浸水之后所吸收的水量的质量约占该管壁质量的万分之四左右。水分子进入到的是非晶区的自由体积，并不是和分子链发生了化学反应。PVDF分子链上碳氟键所具有的很强的疏水性使得水分子难以在分子层面上被“挂住”。材料吸水的时候，吸收的是物理空隙中的水分，并不是分子结构里面的水分。

　　低吸水率直接影响到PVDF在湿气环境中所表现出的体积电阻率。PVDF的体积电阻率为10¹⁴Ω·cm左右，在一些情况下可以达到10¹⁵Ω·cm。体积电阻率是表示材料内部阻碍电流流动能力的一个物理量，它的大小主要受分子结构以及材料纯净程度的影响，并且不随表面状况的变化而变化。即使PVDF热缩管表面全部被水膜所覆盖的情况下，该管壁内部分子间的电阻率依然处在同一级别的范围内。由于水分子不能进入到分子链之间的空隙中去，所以也就不能给载流子提供一个新的迁移途径了。

　　绝缘电阻“降低”真正的原因

　　那么，在实际检测的时候，如果是在潮湿环境下使用PVDF热缩管的话，有时候就会出现测量出来的绝缘电阻比较低的情况吗?一般情况下，并不是在管壁内侧发生的问题，在管壁外表面以及两端处也存在一些问题。

　　热缩管收缩之后，管壁和里面的基材之间会形成一个非常薄的空气层。在湿度大的地方，空气中的水分就会渗透到这个空隙里并凝结起来。水的相对介电常数大约为80.比空气大了八十多倍。凝结的水层大大提高了导体和外界之间有效的电容量。兆欧表在测绝缘电阻的时候，随着电容的增大，会使得充电时间常数变大，从而造成初次读取到的绝缘电阻偏低的现象，并且之后才会慢慢接近稳定状态下的数值。低读数表示界面存在水汽层，并不是因为PVDF材料本身体积电阻出现劣化。

　　另外一个来源就是端部了。热缩管两端切口的地方没有被封住的话，水份就会沿着管壁和基材之间形成的缝隙渗透进去。在潮湿环境里，没有封好的热缩管里面可能会产生一层导电的水分薄膜，这一层水分薄膜会沿着界面蔓延开来，在表面泄露电流上形成一条低电阻通道。在这种情况下，测得的绝缘电阻降低是由表面泄漏路径引起的，并且和管壁材料的绝缘性能没有关系。一种简单的方法来验证上述结论：即当绝缘电阻降低的主要原因是在于端部侵入时，则在拆除端部之后重新进行干燥和密封处理之后，绝缘电阻应该会恢复到原来的水平。即使经过干燥之后依然偏高，则可以推断出该材料内部可能存在实质性改变。

　　为什么PVDF不会出现“实质性的”绝缘劣化

　　聚乙烯醇纤维素(PVDF)没有的问题，在潮湿环境中会出现一个隐患：水树。水树是由于电场、水分以及它们之间的相互作用，在聚合物绝缘体中形成的一种树枝状微通道。由缺陷点开始，逐渐深入到材料内部，最后有可能贯通整个绝缘层，并造成击穿现象。水树是交联聚乙烯电缆绝缘老化的最主要原因。

　　PVDF对于水树枝的抵抗力来自于它半结晶的结构。水树的萌生要依靠材料内部有足够的非晶区以及自由空间来使水分子在电场的作用下逐渐聚集成团并不断扩大。PVDF的结晶度比较高，分子链排列得很紧密，在非晶区中自由体积很小，水分子很难在那里形成一个连续的迁移通道。另外，PVDF中的碳氟键本身就具有一定的疏水性，在分子链表面被水分子所吸附的能力比较小，远远小于碳氢键对水分子的吸附能力。两个因素相加之后，在湿度以及电场的作用之下，PVDF发生水树枝状降解的可能性远远小于聚烯烃材料。

　　这一点也体现在了湿热试验的标准当中。根据GB/T 7113.2的规定，在40℃、93%相对湿度下进行96个小时的湿热处理后，在此条件下测得的绝缘电阻值即为所要求的试验结果。该试验所模拟的是非常潮湿的环境，要求绝缘电阻要大于等于产品的规定标准中的最小值。PVDF热缩管在该次试验中一般都能保持稳定的性能，因为它的材料吸水率很低、结构非常紧密，所以水分很难渗透到管壁内形成实际的导电路径。

　　氟橡胶、PVDF等材料之间的比较：不同的湿气处理方法

　　对于湿气较大的地方来说，氟橡胶热缩管、PVDF热缩管所采用的方法是不一样的。

　　氟橡胶分子结构的柔韧性更好，非晶区域的比例也更大一些，在0.5%左右。它的好处是具有良好的韧性以及较高的耐温性，在潮湿环境中的管道内壁可以保持一定的弹力来紧贴在管道上，并且不会产生过多的缝隙。但是氟橡胶的吸水率还是比PVDF高出很多，在长时间浸湿或者高湿度环境下，水分渗透到非晶态区域的程度也会稍微重一些。氟橡胶在潮湿环境中的绝缘性能一般仍然可以使用，但是它的体积电阻率以及吸水率都比PVDF要差一些，“干燥”程度不及。

　　而PVDF正好相反。它具有半硬质的特点，在收缩之后会形成更加紧密的贴合，管壁和基材之间界面处的空隙更少，水分可以聚集的地方也就少了。再加上非常低的吸水性，在潮湿环境中PVDF材料的绝缘电阻保持率一般会更加稳定。有关文献表明，在潮湿环境中使用PVDF热缩管时，其绝缘性能不会出现明显的降低。该判断所依据的就是材料本身具有良好的憎水性以及较高的密度。

　　花纹热缩管在湿气较大的环境中使用时要特别注意。它的表面纹路加大了表面积，并且使水分以及各种污染物质更容易聚集的地方。花纹凹槽中积水，在电场的作用下可能会产生局部表面泄露路径，但是不会影响到管壁内侧的体积电阻，但是会使整个系统绝缘电阻测试的结果变差。双壁热缩管的内层胶层如果吸水率没有得到很好的控制，在长时间处于潮湿环境之下，该胶层就有可能出现溶胀或者界面分离的情况，从而形成一个让水分渗透进去的途径。从结构的角度来看，在对湿度过高的地方所用到的绝缘性进行评价的时候，和材料本身一样也是很重要的因素。

　　在实际操作中所做出的判断和处置

　　对于一根在潮湿环境下使用的PVDF热缩管来说，要判断它的绝缘性能是否可靠，则必须把“材料体积电阻率”与“系统绝缘电阻”分离开来分别测量、分开观察。

　　当在现场测量到的绝缘电阻比较低的时候，第一件事情就是检查一下测试条件是否正确。兆欧表的读数会受到温度的影响很大，很多聚合物绝缘材料，在高温下其绝缘电阻比20℃的标准值低50%-80%。测试的结果要经过温度校正图来归一化到参考温度之后再进行判断。在进行测试的时候，如果管壁温度比较高的话，那么读数就会偏低，这主要是由于温度的影响，并不是因为材料本身的问题。

　　第二步就是检验两端的密封情况。端部切口的地方有没有翘起来、有裂缝或者能看到水印的情况。如果有端部没有被密封好的缝隙，水份会渗进去造成表面泄露，则低读数就是最有可能的原因。使用干燥、无绒布对端部进行擦拭之后再重新测量一下，看看读数有没有好转。如果是这样一种情况的话，那么问题就出在了末端密封上，并不是因为管壁所用的材料有问题。

　　第三步才对材料进行评价。如果端部密封良好、清洁干燥之后绝缘电阻依然很低，并且使用高阻计测量体积电阻率也小于10¹² Ω·cm这个量级的话，则可以推测出管壁内部可能存在实质性吸湿或者老化的情况。PVDF在正常的条件下，其体积电阻率应该大于等于10¹⁴Ω·cm，小于10¹²Ω·cm就表示该材料内部已经形成了一条明显的离子传导通道。因为该管道已经不适合再做为绝缘材料使用了。

　　在安装过程中很容易忽视的一个操作细节就是环境控制，在安装的时候要保证良好的通风条件。当空气相对湿度大于80%的时候，用热风枪对热缩管进行加热收缩时，热风吹入到管壁和基材之间形成的缝隙中去。收缩完毕之后，这些水分就被固定在了界面上面，形成了最初的湿层。安装的时候要保证工作区的相对湿度低于80%，如果是在户外作业的话，应该搭建一个临时防护棚来减少之后出现绝缘电阻低的情况概率。

　　PVDF热缩管在潮湿环境中绝缘性能会否降低，这要根据你的提问来判断了。管壁内侧的体积电阻率，在PVDF这种化学结构面前，湿气并没有什么大的作用。要引起注意的是界面与端部处，这些除了材料性能以外的“空隙”就是水最容易渗透的地方。了解了这种区别之后要比记住一个“会”或者“不会”的结论更加有用。