空气源热泵热水器压缩机PET材料分析

空气源热泵热水器压缩机PET材料分析

商孟莹1,2，廖熠1,2

1 珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519000；2 珠海凌达压缩机有限公司，广东珠海 519000

摘要：本文通过对PET 降解原理的分析，确认堵塞四通阀物质小分子PET 的来源，通过萃取试验、耐氟、

试验等分析PET 小分子残留物及降解产物，设计了一种新的降解试验方法，有效鉴别各种PET 的抗降解性

能，开发了一种改进绑扎绳材质，其抗降解性能明显提高，能满足使用要求。

关键词：PET，降解，萃取，耐氟

Analysis of PET Material for Air-Source Heat Pump Water Heater Compressor

Shang Mengying1,2, Liao Yi1,2

（1 Gree Electric Appliances. Inc. of Zhuhai, Zhuhai Guangdong 519000;   2 Zhuhai Landa Compressor Co., Ltd,  Zhuhai Guangdong  519000）

Abstract: Through the analysis of the PET degradation principle, the present paper confirms the source of PET, the small molecule that blocks the four-way valve. Addition to this, a new degradation test method was designed by analyzing the residues of PET small molecule and degradation products through extraction test and fluorine resistance test. This method effectively identifies the anti-degradation properties of various PETs, contributing to the development of an improved lashing rope material, whose anti-degradation property is significantly promoted and meet the requirements of use.

Keywords: PET, Degradation , Extraction, Fluorine Resistance

1 背景

客户反馈在家用、商用热泵热水器机型上出现四通阀堵塞的情况高于常规家用空调系统。对堵塞物进行检验，确认为 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），采用排除法分析认为其来源为压缩机电机绝缘材料，即绑扎绳、聚酯薄膜等。

2原理分析

根据析出物的形态及形成条件判断，堵塞物为小分子PET（低聚物）。绝缘材料中小分子 PET的来源可主要分为两部分：1.材料在生产、加工过程中残留的小分子 PET的部分；2.工作过程中由于环境、介质等因素的作用由聚合物PET降解为小分子PET的部分。

对于上述第1部分的小分子PET可通过萃取的方法从成品中检测出来，可直接控制其萃取率来控制其含量。

对于上述第 2部分的小分子 PET，其形成过程分析如下：

PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）材料含有酯基，易于在酸、碱条件下发生水解反应；高温高压下，还可能发生热解。发生水解、热解等解聚反应后，PET材料分子量降低，生成端羧基和乙烯基，乙烯基进一步反应可生成端酯基和端醛基，如图1。在 Tg（玻璃化温度）以上，聚合物材料分子链活动能力大大增强，体积增大，孔隙率增大，并且温度越高，分子链活动能力越强。

绑扎绳和绝缘纸与电机绕组紧密接触，在压缩机运转过程中处于高温、高压、冷冻油蒸汽及气态冷媒的恶劣环境中。冷冻油对

PET有溶胀作用，同时冷冻油优先进入孔隙率较大的非晶区，这进一步增大了非晶区的

图1 PET分解反应

孔隙率。高温高压、酸性物质存在的条件下，解聚反应发生，主要在PET表面的非晶区中，结果会产生一些分子量较低的PET，冷冻油可以溶解或者粘附这些低聚物。更重要的是PET表面的晶区（宏观上是白色颗粒），因为非晶区连接作用的消失或弱化，同时在高速冷媒气流的不断冲刷下脱离基体。最终，压缩机排出的将是混有 PET低聚物、PET小颗粒、冷冻油蒸汽的冷媒。在温度较低或者拐角处，PET低聚物析出，PET小颗粒沉降，形成足以堵塞毛细孔的物质。

3 萃取率试验及控制标准

对各厂家聚酯薄膜及绑扎绳进行萃取率试验，发现国产聚酯薄膜及绑扎绳萃取率较大，如表1。为尽量降低析出物，我们将萃取率要求由小于0.85%改为小于0.6%，减少上述第1部分的析出物来源。且原质量较差的厂家已经过整改将萃取率控制在0.6%以内。

表1 萃取试验结果

4降解试验及分析

4.1常规耐氟试验

本试验主要验证绝缘材料在高温、高压，

冷媒和冷冻油共存的环境下的降解情况，试验条件：冷冻油与制冷剂质量比1：1，2.5MPa，150℃，336h，试验结果如表2。

表2 常规耐氟试验

4.2加水耐氟试验

本试验主要验证绝缘材料在冷媒、冷冻

油和水共存的高温环境下的降解情况，试验

条件及试验结果如表3。

表3 加水耐氟试验

4.3试验结果分析

分析以上两个耐氟试验主要区别在于，试验 1未加水，且采用高压釜试验，保证试验过程中无水（仅冷媒和冷冻油中原本含有的少量水分，小于50PPM）、真空，且试验后酸值仍保持在较低水平。而试验2加水，未使用专业试验设备——高压釜，无法保证试验过程中水分和空气的含量，水分与冷媒及冷冻油反应后生成大量的酸，试验后发现，生成的酸足以把不锈钢试验容器表面完全腐蚀。通过对 PET降解原理的分析可知，PET材料易于在酸、碱条件下发生水解反应；高温高压下，发生热解。因此，试验 1中主要发生的是热解，而试验 2中主要发生的是水解。实际情况是，空调系统及压缩机内部的水分和空气含量都得到严格控制，PET的降解是以热解为主。

4.4降解试验设计

试验 2样品已出现严重降解，分析主要是水解原因，与压缩机实际运行情况不符，属于加速应力选择不当，失效模式与实际不符，该试验结果不可代表样品的实际失效情况。试验 1与压缩机实际运行情况较相符，但试验未出现析出物，分析认为由于试验时间较短，需加大加速应力，设计高加速应力试验，才能在短期内模拟出样品的实际失效情况。

加大温度、压力加速应力，设计降解试验条件：冷冻油与制冷剂质量比1：1，

3.0MPa，155℃，48h，试验结果如表4。

表4降解试验

   本试验通过改变加速应力，使用高加速寿命试验的方法，鉴别出各种材质抗降解性能。试验结果显示，引起四通阀堵塞的降解物质主要来源于目前使用的绑扎绳材料中，改进台湾产的绑扎绳抗降解性能明显提高。

5 总结

经过上述理论分析及试验，得出以下结论：

1、堵塞四通阀毛细孔的物质为小分子PET（低聚物）。其来源主要分为，材料在生产、加工过程中残留的小分子 PET和工作过程中由于环境、介质等因素的作用由聚合物 PET降解的小分子PET。

2、将萃取率标准要求提高至0.6%，控制材料生产过程中残留的小分子 PET的量。

3、PET的降解主要分为水解和热解，压缩机内部主要发生的是热解。改善绝缘材料的工作环境，降低引起其降解的因素——温度，并严格控制空调系统及压缩机中的水分含量可有效改善PET材料在空调压缩机中的降解问题。

4、新设计的降解试验能有效鉴别各种PET的抗降解性能。

5、改进台湾产的绑扎绳抗降解性能明显提高，能满足使用要求。

参 考 文 献

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作者简介：商孟莹，1988年生，硕士研究生，中级工程师，主要从事空调压缩机结构设计和材料研究。