制冷剂/压缩机油与PA6的相容性研究

210028） （南京利德东方橡塑科技有限公司，南京

PA6（聚酰胺6 6）的区别，不同规格PA6摘要：采用红外光谱分析和热重分析研究了不同规格 或尼龙 的红

外谱图有细微区别，PA6 350 ℃之前的热失重量不同，可见其增塑剂等小分子的含量不同，这不但影响PA6在 PA6 PA6在制冷剂、压缩机油、制冷剂/压缩机的耐热老化性能，还会明显影响 的挤出工艺和使用性能。通过

PA6油等介质中的热老化测试和测试后试样的热重分析，对比了不同 的体积变化和热失重曲线，结果表明不PA6与制冷剂/压缩机油等介质的相容性不同。同一规格的PA6在不同的制冷剂/压缩机油中体积同规格的变化不同，R1234YF/POE（2,3,3,3-四氟丙烯/多元醇脂）体系中体积变化率最小，并且在不同的制冷剂/压缩机油PA6共混体系对 性能的影响中制冷剂起决定性作用。关键词：PA6 制冷剂 压缩机油 相容性 汽车空调

中图分类号：TQ323.6 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20200232 DOI: Research on the Compatibility Between Refrigerant/compressor Lubricants and PA6

Guo Lei, Lai Qingling, Wang Anhang, Ma Yan, Wang Zonghao, Lu Cuie

（Nanjing Orientleader Technology Co., Ltd., Nanjing 210028） Abstract：the differences of PA6 (Polyamide 6 or Nylon 6) materials of different specifications are analyzed and studied with infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis. The infrared spectra of different PA6 materials are slightly different, thermal weight loss of PA6 before 350℃ is different, so it can be seen that the content of plasticizer and other small molecules is different, which not only affects the thermal aging performance of PA6, but also significantly affects the extrusion process and service performance of PA6. The volume changes and thermogravimetric curves of different PA6 are compared through the aging test of PA6 in refrigerant, compressor, refrigerant/compressor oil and the thermogravimetric analysis of the tested samples. The results show that the compatibility of PA6 of different specifications with refrigerant/compressor oil is different. The same PA6 varies in volume in different refrigerants/ compressor oils. The volume change rate is the lowest in R1234YF/POE (2,3,3,3-tetrafluoropropylene/polyol) systems. Moreover, the refrigerant plays a decisive role in the influence of refrigerant/compressor oil systems on the performance of PA6.

Key words: PA6, Refrigerant, Compressor lubricant, Compatibility, Automotive air conditioner

1 前言

受环保政策推动影响，制冷剂的开发与应用技

术不断提高， R134a（1,1,1,2--四氟乙烷）、R410a

（50%二氟甲烷+50%五氟乙烷）等制冷剂造成全球气候变暖日益成为焦点，技术领先的制冷解决方案

R1234y（f 2,3,3,3-四氟丙烯）、R774

供应商纷纷投入（二氧化碳）等新一代制冷剂的开发与应用中[1- 5]。对适用于新型制冷剂的空调软管的研究开发已成

为当务之急[6-7]

。

作者简介：郭磊（1986—），女，工程师，硕士学位，研究方向为高分子材料科学与工程。参考文献引用格式：郭磊，来庆玲，王安航，等.制冷剂/压缩机油与PA6的相容性研究[J].汽车工艺与材料，2021（3）：42-47. GUO L, LAI Q, WANG A, et al. Research on the Compatibility Between Refrigerant/compressor Lubricants and PA6 [J]. Automobile Technology & Material, 2021(3): 42-47.

PA6 1

是 种综合性能优异的工程塑料，以其性能稳定、耐渗透性能高、质量轻、易加工等优点[8-11]

，广泛应用在汽车空调管中。PA6

大多以纯尼龙管形式存在或作为阻隔层应用在橡胶软管中[12-13]，所

以新型制冷剂/压缩机油和PA6

的相容性研究是空1

调管物性研究的 个重要组成部分。通过模拟汽车空调胶管内部环境，采用不同制冷剂和压缩机油作为试验介质，通过测试试样耐介质实验前后的体积变化对制冷剂/压缩机油和PA6

不同牌号 的相容性进行评价，以期能为空调管的研究和应用提供参考。

2 试验部分2.1 原材料

PA6，法国阿科玛公司、美国杜邦公司；制冷剂R134a，浙江巨化股份有限公司；制冷剂R410a，浙

R1234yf，浙

江巨化股份有限公司；制冷剂 江环新

PAG（聚醚），美国

氟材料股份有限公司；压缩机油

西匹埃（CPI）公司；压缩机油POE（多元醇酯），河

南冰熊制冷设备有限公司。其他材料均为橡胶工业市售品。

2.2 主要仪器与设备

老化箱（401A

型），东莞高铁检测仪器有限公司；

比重天平（XB-220A

型），瑞士普利赛斯；

红外光谱仪（IR-960），天津瑞岸科技有限公司；热重分析仪（Q50TGA TA

型），美国 仪器。

2.3 试样制备

3 PA6，分别为1#、2#、3#尼

选取其中 种规格的

龙颗粒。105 ℃干燥处理8h ，250 ℃条件下注塑成

型后制备成测试需求的试片。

2.4 性能测试

1 10 MPA

首先，将试样放置在 个至少能承受压力的容器中，室温下充装实验介质，充装量按容

70% ±3%计算；然后，冷却至-30 ℃以下，

器容积的使试样完全浸没到试验介质中。密封此容器后，

140±2）℃ 168 ±

将其置于（ 的恒温老化箱中保持（

2）h；最后，将其冷却至-30 ℃以下，打开容器，将

试样从试验介质中取出，待测[7]

。

GB/T 11547—2008《塑料耐

试样耐介质测试按液体化学试剂性能的测定》[15]测试。拉伸性能测试按

GB/T 1040.2—2018《塑料拉伸性能的测试》

[15]测试。

3结果与讨论

3.1 PA6材料分析

3.1.1

红外测试分析

1 3 PA6

图 为 种不同 的红外谱图。其中，

1 640 cm-1 1 540 cm-1分别为酰胺基第Ⅰ和 谱带和

Ⅱ 3300cm-1 NH吸收峰，1 260第 谱带吸收峰， 为

cm-1 -C-N- 2920cm-1 2850cm-1为为 吸收峰， 和

CH2 CH3

和 的吸收峰，均是尼龙的特征吸收峰，而

960 cm- 930 cm- PA6

且 1和 1强度差别不大，属于 的

峰值表现状态，3 PA6

种 谱图的峰值和强度基本重

1#PA6 1 734.96 cm- 1

合。但是 具有 1的 个吸收峰，

2#在此处峰值很弱，3#无此吸收峰；1 734.96 cm-

1

是-C=O伸缩振动峰，易受-C-N

键影响而偏移或消失。由此可见，3 PA6种 的具有不同的微观分子结构，和制冷剂/压缩机油接触时会表现出不同的相容性，对空调胶管的使用性能产生影响。3.1.2

热重测试分析

2 3

图 为 种不同尼龙的热重曲线图。从图中

可以看出，3 50～350 ℃区间的失重量不

种尼龙在

同，1#和2#的失重量相近，分别为2.4%、2.5%，3#的7.1%，约为1# 2# 3倍。0～350 ℃之

失重量是 和 的

PA6

间损失掉的成分是 材料中复合的增塑剂和混

3#PA6

杂的的小分子，所以 的增塑剂含量最高。

PA6

增塑剂的添加有助于改善 的挤出工艺性能并提高挤出产品外观的光滑度；而增塑剂也可能带来性能隐患，比如耐高温性能较差、易溶于极性相近的压缩机油而被抽出等。

3中，3 PA6 350～550 ℃区间均出现迅

图 种 在

PA6

速失重现象，这是由于 本身受热分解造成的，

而3种PA6的分解温度不同。在图3的导数热重

曲线中可得出， 3#PA6 的分解温度最高，达到

478 ℃ ；1#PA6 出现 2 个峰值，分别为 428 ℃、

466 ℃；这与PA6分子链段的长度以及合成过程有

PA6

关。这些微观差异均有可能影响到 的挤出工艺和使用性能。

3.2不同尼龙耐介质性能分析

3.2.1 不同尼龙耐介质测试分析无论是纯尼龙管还是作为阻隔层应用在橡胶

软管中，PA6

都长期接触制冷剂以及由制冷剂流动

PA6

带入的压缩机油等介质，所以分别探讨 和制冷

10∶1的

剂、压缩机油的相容性，并模拟实际工况，以

PA6和制冷剂/压比例混合制冷剂和压缩机油，分析

1缩机油混合物的相容性，具体数据如表 所示。1中数据可知，140 ℃条件下，浸泡在压缩由表PAG 168 h后，3

机油 中 种尼龙均变为黄色，体积变

3种尼龙均有析出。3#PA6小，可见在压缩机油中的断裂伸长率变化过大，变化率为-87%，材料的基3#PA6

本性能损失太大。这可能是由于 中的增塑

PAG

剂与 油极性相近而被抽出造成的。

R134a 中，1# 2#PA6

在制冷剂 和 体积膨胀，颜

色无变化；3#PA6体积变小，颜色无变化；可见，1#

2#PA6 R134a

和 在制冷剂 中无小分子析出，而3#PA6

存在小分子析出。

R134a/压缩机油PAG共混物中，3种

在制冷剂

R134A/PAG

尼龙的颜色均变成棕色，可见 共混物

对尼龙材料的腐蚀作用较大。1#和2#PA6

体积膨胀，表现和单独制冷剂介质中的规律一致，体积变

/压缩机油中制冷

化率的值也相近，可见在制冷剂

PA6的影响更大。3#PA6

剂对 的体积变小，仍有组分析出。析出的组分会被制冷剂和压缩机油流动过程中带进空调系统中，污染空调系统其他组件，

3#PA6

影响汽车空调的适用性能和寿命。所以 不适用于空调管的内层材料。

3.2.2

不同尼龙耐介质后成分分析

3 PA6 TGA（热

种不同 耐介质测试后，取样做

4

重分析仪）测试的曲线如图 所示。

1# 2#

和 尼龙耐介质后的失重趋势相同，在

0～350 ℃之间，耐压缩机油测试后的试样，1#PA6的质量损失稍高于原始材料，2#PA6

的质量损失和原始材料基本一致；而耐制冷剂测试和耐制冷

剂/压缩机油测试后的试样，1# 2#PA6

和 的质量损

PA6

失明显增大。这是因为在压缩机油中 有小分

TGA

子成分析出，继续做 测试时随温度提高小分子的失重量不会低于原始材料的失重量；而在制

冷剂中和在制冷剂/压缩机油中，1#和2#尼龙均表

现为体积膨胀，吸收了介质中的成分，所以再继续

TGA

测试后随温度升高，导致小分子成分挥发，

350 ℃之前的质量损失变大。在350～550 ℃温度区间，1#和2#尼龙的质量损失率变化不大，失重温

140 ℃高温

度无变化，可见压缩机油和制冷剂在

1# 2#

下对 和 尼龙材料的主要成分和耐热性能基本无影响。0～350 ℃之间，3#

在 尼龙耐压缩机油、制冷剂、制冷剂/压缩机油测试后试样的质量损失都明

3

显小于原始材料。这是因为在这 种介质中

3#PA6 TGA

都有小分子成分析出，继续做 测试时随温度提高小分子的失重量小于原始材料的失重

量。这与3#PA6耐介质后的体积变化规律一致，与其增塑剂含量较高有关。

在350～550 ℃温度区间，3#尼龙的质量损失

率变化不大，失重温度明显降低，由478 ℃降至

453 ℃，可见压缩机油和制冷剂在140 ℃高温下对3#尼龙材料的耐热性能影响较大。对3#PA6及耐

5

介质后的试样进行红外分析测试，谱图如图 所

3 140 ℃高温下并未改变3#尼龙

示，可见 种介质在的微观分子结构。3.3尼龙与不同制冷剂和压缩机油的相容性测试分析

3.3.1

尼龙与不同制冷剂的相容性测试分析目前市场广泛应用的制冷剂有很多，针对

R134a、r410a R1234yf

和 做尼龙的相容性分析，其

R134a 1,1,1,2-四氟乙烷，制冷

中，制冷剂的成分是

R410a的成分是二氟甲烷和五氟乙烷（50∶50），

剂

R1234yf 2,3,3,3-四氟丙烯。

制冷剂 的成分是

1#PA6

以 为研究对象，对不同制冷剂的耐久

2

性测试数据如表 所示。140 ℃老化168 h 后，PA6

在不同制冷剂中 试样表面无颜色变化，吸收部分制冷剂成分而产生

R134a R410a

体积膨胀；在制冷剂 和 中体积变化率

3.9%和4.1%，在制冷剂R1234yf

相近，分别为 制冷

0.4%；可见不同制冷

剂中，体积变化率很小，仅有

PA6

剂成分对 的影响差别很大。主要原因应该是

R1234yf

制冷剂主要成分的分子大小不同，制冷剂

3 PA6

主链含 个碳原子，分子相对较大，对 的渗透量和渗透速率较小。

3.3.2

尼龙与不同压缩机油的相容性测试分析汽车空调系统中，制冷剂和压缩机油都是配

套使用的。PAG 1

是 种合成的聚（乙）二醇类润滑

HFC

油，可用于 类、烃类和氨作为制冷剂的制冷系

统中的润滑油。POE

又称聚酯油，它是一类合成

HFC

的多元醇酯类油，不仅能良好地用于 类制冷剂系统中，也能用于烃类制冷。一般不同制冷剂

所配套的压缩机油不同，R134a

使用的压缩机油为

PAG R410a R1234yf

油， 和 使用的压缩机油均为

POE油，1#PA6

对不同压缩机油的耐久性试验结果

3

如表 所示。

PA6 PAG POE

在压缩机油 和 中的体积变化截

PAG油中体积变化率为-1.0%，试样表面然相反，在

POE 1.1%，试颜色变为黄色，在 油中体积变化率为

样表面颜色变为棕色。可见，PAG PA6

油使 中的小

POE PA6

分子析出，而 油会渗入 中使其体积膨胀。

PAG（或POE）压当然，不同牌号的 缩机油的

PA6粘度、主要成分含量等不同，与 的相容性也不尽相同，在此不做详细论述。

3.3.3 尼龙与不同制冷剂/压缩机油的相容性测试分析

1#PA6对不同制冷剂/压缩机油混合物的耐久

4所示。PA6在不同制冷剂/压缩性试验结果如表机油介质中均发生体积膨胀，规律和在制冷剂介质中表现一致，而颜色变化各不相同，可见压缩机油也起到不同的腐蚀作用。R1234YF/POE R134a/

在 中试样的颜色变化比

PAG 3.8%。同为

中更明显，而体积变化率较小为

POE 压缩机油，R1234yf R410a PA6

和 对 的影响大不相同，虽然试样的体积变化率相近，但是在

R410A/POE

体系中，试样表面变为白色。可见在制

冷剂/压缩机油共混体系中，PA6

的变化不仅仅是

2

单独在制冷剂和压缩机油 种介质中的简单加和，

2 PA6

而是存在 种介质对 材料的共同作用和相互影响。

4 结论

a.1#、2# 3#PA6 的主要成分相同，1#PA6

和 具1 734.96 cm-1 1个红外吸收峰，428 ℃、466℃2

有 的

3 PA6

个导数热重峰，可见 种 的合成过程和微观结构有所不同，3#PA6

的增塑剂含量最高，这些不同PA6和制冷剂/压缩机油相容性。点都会影响b.1#和2#PA6

在压缩机油中有小分子被抽出，在制冷剂、制冷剂/压缩机油中体积膨胀，热失重曲线也补充说明了这一现象。所以在制冷剂/压缩机油共混体系中，PA6

的变化不仅仅是单独在制冷剂2 2种

和压缩机油 种介质中的简单加和，而是存在

PA6

介质对 材料的共同作用和相互影响，制冷剂PA6

对 的影响更大。

C.3#PA6

在制冷剂中断裂伸长率变化过大，材料的基本性能损失大。在制冷剂、压缩机油、制冷剂/压缩机油3

种介质中均有小分子成分析出，这3#PA6

与 中的增塑剂含量较高有关，且增塑剂与介质极性相近而被抽出。

在不同制冷剂介质中，R1234yf PA6 d. 对 的影响最小；PA6 PAG POE

在压缩机油 和 中的体积变化截然相反；在不同的制冷剂/压缩机油共混体系PA6

对 性能的影响中，制冷剂起决定性作用。参考文献：

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