CN114517123A - 一种冷冻机油及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷冻机油及其制备方法和应用。根据本发明的冷冻机油，包括润滑添加剂和基础底油；所述润滑添加剂包括金刚石颗粒和石墨烯；所述金刚石颗粒的粒径在0.5～10nm之间；所述石墨烯的厚度在0.2～10nm之间。本发明的冷冻机油，通过制备原料的调整，能够显著提升润滑性能，当用于制冷压缩机时，可显著减小制冷压缩机中摩擦副的磨损，提高制冷压缩机的能效和可靠性。本发明还提供了上述冷冻机油的制备方法和应用。

Description

一种冷冻机油及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种冷冻机油及其制备方法和应用。
背景技术
为营造更舒适的生存、生产环境和更良好的储存条件，人工控温技术，特别是制冷技术的应用越来越广泛。目前，压缩机是空调器、冰箱等家用制冷电器工作的重要组成部件。压缩机可利用其中的电机带动运动的部件(滚动转子或往复运动活塞等)将机械能转变为压力能，实现对压缩机气缸内制冷剂的压缩，并将压缩的制冷剂排出进行制冷循环。压缩机的运动部件承受因高压气体带来的载荷，在往复运动的过程中易发生磨损，同时也容易造成能源浪费。因此，制冷用压缩机是制冷系统的核心，也是制冷系统最大的能耗单元；在全球碳达峰和碳中和的大背景下，急需进行技术升级，以降低往复式压缩机中运动部件在运转过程中的摩擦损失，以提高能效。
为解决上述摩擦、磨损与能源浪费严重的问题，传统的往复压缩机可通过泵油机构把冷冻机油、润滑油输送到摩擦副的对磨面之间并形成油膜，进而对其进行润滑、减少摩擦损失。实际工况下，尤其是对磨面的表面粗糙度较差时，冷冻机油、润滑油不足以对对磨面产生足够的润滑，摩擦损失和磨损依然比较严重。
综上，现有的冷冻机油的润滑性能不足，对往复式制冷压缩机中摩擦、磨损与能源浪费等问题的改善效果较差。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种冷冻机油，通过制备原料的调整，能够显著提升润滑性能，当用于制冷压缩机时，可显著减小制冷压缩机中摩擦副的磨损，提高制冷压缩机的能效和可靠性。
本发明还提出一种制备上述冷冻机油的方法。
本发明还提出一种具有上述冷冻机油的压缩机。
本发明还提出一种具有上述压缩机的温度调控系统。
本发明还提出一种具有上述压缩机的制冷设备。
根据本发明的一个方面，提出了一种冷冻机油，包括润滑添加剂和基础底油；其中，
所述润滑添加剂包括金刚石颗粒和石墨烯；
所述金刚石颗粒的粒径在0.5～10nm之间；
所述石墨烯的厚度在0.2～10nm之间。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
(1)由于金刚石颗粒和石墨烯在冷冻机油中的分散性较差，容易发生团聚、沉降等不利现象；在传统技术中，若要利用上述润滑添加剂的润滑性能，则需要先对其进行改性，以提升分散性能。而本发明中，润滑添加剂的尺寸为纳米级，在冷冻机油中会发生布朗运动，因此，即便不进行改性，也可实现良好的分散性，也就是通过制备原料的选择，简化了冷冻机油的制备流程。
(2)石墨烯具有优异的自润滑性能、极大的比表面积以及超高弹性模量和强度；金刚石颗粒可在摩擦表面形固体润滑膜；两者均可作为添加剂提升冷冻机油的润滑性能；但是单独添加石墨烯或单独添加金刚石颗粒，最终形成的摩擦均是滑动摩擦。本发明中，金刚石颗粒的粒径在0.5～10nm之间，石墨烯的厚度在0.2～10nm之间，虽然可形成分散稳定的胶体；但是小尺寸导致高表面能，从动力学角度看，当外界环境发生变化后(温度、磁场等)；两者间倾向于发生物理吸附，达到降低表面能，稳定存在的效果。又由于石墨烯具有片状结构，金刚石具有颗粒状结构，金刚石颗粒会倾向于吸附在石墨烯表面，而不是发生颗粒间团聚。因此，在冷冻机油中，润滑添加剂倾向于形成石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯的类三明治结构，在用于降低摩擦的过程中，上述三明治结构会在金刚石颗粒的作用下发生滚动摩擦；相较于传统的滑动摩擦，更有利于降低摩擦损失。由于结构破坏后的表面能大于类三明治结构的表面能；因此虽然在冷冻机油的使用过程中上述类三明治结构会被破坏，但会在高表面能的作用下迅速重组。进一步的由于金刚石颗粒和石墨烯的尺寸，上述类三明治结构的尺寸仍在纳米级别，可形成稳定分散。
(3)由于上述润滑添加剂的种类、尺寸优化，与不包含润滑添加剂的冷冻机油相比，本发明的冷冻机油应用于压缩机后，额定能效值可提升1～13％；500h加速寿命测试后，曲轴因磨损造成的轴径减少至少降低了10％。
在本发明的一些实施方式中，所述冷冻机油在20℃的密度在0.7～0.992g/cm3之间。
在本发明的一些实施方式中，所述冷冻机油在20℃的密度在0.820～0.992g/cm3之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述冷冻机油在20℃的密度在0.72～0.74g/cm3之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述冷冻机油在20℃的密度在0.905～0.910g/cm3之间。
在本发明的一些实施方式中，所述冷冻机油在40℃的运动粘度在2.8～26.5mm2/s之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述冷冻机油在40℃的运动粘度在5.0～5.05mm2/s之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述冷冻机油在40℃的运动粘度在17.8～18.3mm2/s之间。
在本发明的一些实施方式中，所述润滑添加剂含有石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯的类三明治结构。
在本发明的一些实施方式中，所述类三明治结构的整体厚度在4～13μm之间。
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述润滑添加剂包括90～99份的石墨烯，和1～10份的金刚石颗粒。
在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯的平面展开面积在0.5～1500μm2之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述石墨烯的平面展开面积在200～800μm2之间。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，所述石墨烯的平面展开面积在400～500μm2之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述石墨烯的厚度在1～5nm之间。
在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯包括未改性石墨烯和石墨烯衍生物中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯衍生物包括氟化石墨烯、氧化石墨、氨基化石墨烯、羟基化石墨烯、氮掺杂石墨烯和氮掺杂氧化石墨烯中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述金刚石颗粒的平均粒径在1～8nm之间。
在本发明的一些实施方式中，所述润滑添加剂还包括分散所述石墨烯和金刚石颗粒的溶剂。
在本发明的一些实施方式中，所述溶剂包括HAPBI-3，即苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和三乙烯四胺的反应产物。
在本发明的一些实施方式中，所述润滑添加剂的制备方法包括将所述石墨烯和所述金刚石颗粒混合。
在本发明的一些实施方式中，所述润滑添加剂的制备方法包括将所述石墨烯和所述金刚石颗粒在所述溶剂中混合分散。
在本发明的一些实施方式中，在所述冷冻机油中，所述金刚石颗粒和石墨烯的含量之和在0.001～6.008mg/mL之间。
在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯在所述冷冻机油中的含量在0.001～5.004mg/mL之间。
在本发明的一些实施方式中，所述润滑添加剂占所述冷冻机油的质量百分数在0.1～10％之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑添加剂占所述冷冻机油的质量百分数在0.5～3％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述冷冻机油的制备原料还包括分散剂。
在本发明的一些实施方式中，所述分散剂包括丁二酰亚胺类化合物、十二烷基苯磺酸钠、油酸、油酸酯、十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(HY105)和山梨醇脂肪酸酯(司盘，Span)中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述丁二酰亚胺类化合物包括聚异丁烯单丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、聚异丁烯多丁二酰亚胺和高分子量丁二酰亚胺(型号T161A，供应商锦州惠发天合化学有限公司)中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述山梨醇脂肪酸酯包括Span20(山梨醇酐单月桂酸酯)、Span40(山梨醇酐单棕榈酸酯)、Span60(山梨坦单硬脂酸酯)和Span80(山梨醇酐单油酸酯)中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述分散剂选自聚异丁烯单丁二酰亚胺和聚异丁烯双丁二酰亚胺的混合物。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和Span60的混合物。
在本发明的一些实施方式中，所述分散剂占所述冷冻机油的质量百分数在0.01～20％之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述分散剂占所述冷冻机油的质量百分数在5～15％之间。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，所述分散剂占所述冷冻机油的质量百分数在7～13％之间。
由于分子间作用力(氢键、π键和范德华力中的至少一种)，所述分散剂会与所述石墨烯结合(例如分散剂缠绕、吸附在石墨烯表面)，为所述石墨烯提供足够的位阻，进一步避免所述石墨烯在所述冷冻机油中的团聚、沉降。又由于，所述金刚石颗粒吸附在所述石墨烯表面，因此分散剂也有利于所述类三明治结构在所述冷冻机油中的分散稳定性。
在制冷压缩机中，制冷剂分散在所述冷冻机油中；所述制冷剂的分散均匀性直接影响所述制冷压缩机的性能。
所述分散剂的存在还提升了所述润滑添加剂和所述制冷剂的相容性，使其更适用于制冷压缩机。
在本发明的一些实施方式中，所述基础底油包括基础油。
在本发明的一些实施方式中，所述基础油包括环烷基矿物油、烷基苯合成油和脂类合成油中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述基础油占所述冷冻机油的质量百分数在82.0～97.0％之间。
在本发明的一些实施方式中，在所述冷冻机油的应用工况下，所述基础油与石墨烯之间，以及所述分散剂与所述石墨烯之间不具备反应活性。
因此，在所述冷冻机油的制备、应用过程中，所述基础油、分散剂不会对所述石墨烯发生改性；所述石墨烯也不会因为所述基础油、分散剂的存在而产生新的官能团。
在本发明的一些实施方式中，所述基础底油的来源包括商购和实验室自制中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述商购的基础底油包括5号冷冻机油和22号冷冻机油中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述基础底油占所述冷冻机油的质量百分数在82.0～97.0％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述基础底油占所述冷冻机油的质量百分数在85～95％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述基础底油还包括挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述挤压抗磨剂包括磷酸酯和磷酸酯衍生物中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述磷酸酯衍生物包括酸性磷酸酯、磷酸酯胺盐、氯化磷酸酯和亚磷酸酯中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述挤压抗磨剂在所述冷冻机油中的重量百分数在0.05～1.95％之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述挤压抗磨剂在所述冷冻机油中的重量百分数在0.15～0.45％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述抗氧剂包括酚型抗氧剂和烷基胺型抗氧剂中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述酚型抗氧剂包括2，6-二叔丁基对甲酚、2，3-二叔丁基-4-甲酚，2，6-二叔丁基酚、对苯二酚和β-萘酚中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述烷基胺型抗氧剂包括烷基二苯胺和丁辛基二苯胺中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述抗氧剂占所述冷冻机油的重量百分数在0.15～0.45％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述抗泡剂包括有机硅氧烷、聚醚、硅-醚接枝物和有机胺中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述有机胺包括脂肪胺、醇胺、酰胺、脂环胺、芳香胺、萘系胺和其它胺中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述其它胺指未包括在脂肪胺、醇胺、酰胺、脂环胺、芳香胺和萘系胺中的亚胺和羟基胺。
在本发明的一些实施方式中，所述抗泡剂在所述冷冻机油中重量百分数在0.001～0.05％之间。
在本发明的一些实施方式中，所述金属减活剂包括T551、T561、T826、T39和T701中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述金属减活剂占所述冷冻机油的重量百分数在0.01～0.15％之间。
在本发明的一些实施方式中，按占所述冷冻机油的重量百分数计，所述基础底油包括：
Figure BDA0003517032670000071
所述冷冻机油，是指可用于冷冻压缩机的机油，需要对冷冻压缩机中的制冷剂(冷媒)具有良好的分散性。
本发明采用的基础底油对所述润滑添加剂和所述制冷剂均具有良好的分散性，且酸度适中，因此具有良好的分散稳定性，可适应冷冻压缩机的工况，并降低所述冷冻机油对压缩机的腐蚀性。
根据本发明的再一个方面，提出了一种制备所述冷冻机油的方法，包括将所述冷冻机油的制备原料进行混合分散。
在本发明的一些实施方式中，所述方法中，所述石墨烯不需要进行改性。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的方法为机械搅拌、超声震荡和微波分散中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述超声震荡的频率在30～50kHz之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述超声震荡的频率约为40kHz。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的时长在40～70min之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合分散的时长在50～60min之间。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的温度在50～70℃之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合分散的温度约为60℃。
根据本发明的再一个方面，提出了一种压缩机，包含所述的冷冻机油。
根据本发明的一种优选的实施方式的压缩机，至少具有以下有益效果：
与包含普通冷冻机油的压缩机相比，包含本发明冷冻机油的压缩机，在相同工况下测试后，其能效比更优，磨损深度更浅，可靠性更高。
在本发明的一些实施方式中，所述压缩机还包括电机和泵体组件；
所述泵体组件包括依次相连的曲轴主轴、曲轴副轴、连杆和活塞；
所述曲轴主轴的另一端与所述电机相连。
在本发明的一些实施方式中，所述泵体组件还包括气缸，所述活塞在所述气缸的内壁往复运动。
在本发明的一些实施方式中，所述泵体组件还曲轴箱，所述曲轴箱容纳所述曲轴主轴。
在本发明的一些实施方式中，所述连杆和活塞之间还设置有活塞销，所述连杆和活塞之间通过活塞销活动连接。
在本发明的一些实施方式中，所述泵体组件中包括至少一对摩擦副的对磨面；
所述摩擦副的对磨面上分布有所述冷冻机油。
在本发明的一些实施方式中，所述摩擦副的对磨面至少包括：所述曲轴主轴和所述曲轴箱之间、所述曲轴副轴和所述连杆之间、所述连杆和所述活塞销之间、所述活塞和所述气缸之间。
在本发明的一些实施方式中，所述摩擦副的对磨面之间的摩擦包括滚动摩擦和滑动摩擦中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述压缩机还包括制冷剂，所述制冷剂分散于所述冷冻机油中。
在本发明的一些实施方式中，所述制冷剂包括R134a(四氟乙烷)、R600a(异丁烷)和R290(丙烷)中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述压缩机还包括壳体，所述壳体包裹所述电机和泵体组件。
所述压缩机工作时，所述电机驱动所述曲轴进行旋转运动，所述曲轴通过所述连杆带动所述活塞做往复运动，压缩所述制冷剂，进而产生制冷/制热作用；同时，所述冷冻机油在所述泵体组件中运行，其中的润滑添加剂不发生团聚。
在本发明的一些实施方式中，所述电机的工作频率在12～150kHz之间。
在本发明的一些实施方式中，所述压缩机包括往复式制冷压缩机。
根据本发明的再一个方面，提出了一种温度调节系统，包括所述的压缩机。
根据本发明的再一个方面，提出了一种制冷设备，包括所述的压缩机。
若无特殊说明，本发明中的“在……之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。
若无特殊说明，本发明中的“约”表示误差在±2％之间，例如，“约100℃”表示的含义是，温度为100℃±2℃。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例3、对比例3～4所得压缩机运行频率为27Hz的能效结果图；
图2为本发明实施例3、对比例3～4所得压缩机运行频率为72Hz的能效结果图；
图3为本发明实施例3、对比例3～4所得压缩机曲轴的磨损结果；
图4为本发明实施例6和对比例5所得压缩机的能效结果图；
图5为本发明实施例6和对比例5所得压缩机曲轴的磨损结果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的第一方面提供了一种冷冻机油，包括润滑添加剂和基础底油；其中，
润滑添加剂包括金刚石颗粒和石墨烯；
金刚石颗粒的粒径在0.5～10nm之间；
石墨烯的厚度在0.2～10nm之间。
石墨烯和金刚石颗粒本身具有的良好的自润滑性能；石墨烯的片状结构，与具有高表面能的金刚石颗粒混合后，金刚石颗粒会吸附在石墨烯表面，进而形成石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯的类三明治结构，在用于降低摩擦的过程中，上述三明治结构会在金刚石颗粒的作用下发生滚动摩擦；相较于单纯的石墨烯和金刚石颗粒带来的滑动摩擦，更有利于降低摩擦损失。
通过尺寸的优化，即可实现良好的分散性，即通过制备原料的选择，简化了冷冻机油的制备流程。
最终所得冷冻机油应用于压缩机后，与不包含润滑添加剂的冷冻机油相比，额定能效值可提升1～13％；500h加速寿命测试后，曲轴因磨损造成的轴径减少至少降低了10％。
在本发明的一些实施方式中，上述冷冻机油在40℃的运动粘度在2.8～26.5mm2/s之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述冷冻机油在40℃的运动粘度在5.0～5.05mm2/s之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述冷冻机油在40℃的运动粘度在17.8～18.3mm2/s之间。
在本发明的一些实施方式中，上述润滑添加剂具有石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯的类三明治结构。
在本发明的一些实施方式中，上述类三明治结构的厚度在4～13μm之间。
在本发明的一些实施方式中，在上述冷冻机油中，所述金刚石颗粒和石墨烯的含量之和在0.001～6.008mg/mL之间。
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，上述润滑添加剂包括90～99份的石墨烯，和1～10份的金刚石颗粒。
在本发明的一些实施方式中，上述石墨烯的平面展开面积在0.5～1500μm2之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述石墨烯的平面展开面积在200～800μm2之间。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，上述石墨烯的平面展开面积在400～500μm2之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述石墨烯的厚度在1～5nm之间。
在本发明的一些实施方式中，石墨烯包括未改性石墨烯和石墨烯衍生物中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，上述石墨烯衍生物包括氟化石墨烯、氧化石墨、氨基化石墨烯、羟基化石墨烯、氮掺杂石墨烯和氮掺杂氧化石墨烯中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，上述石墨烯在冷冻机油中的含量在0.001～5.004mg/mL之间。
在本发明的一些实施方式中，上述金刚石颗粒的平均粒径在1～8nm之间。
在本发明的一些实施方式中，上述润滑添加剂的制备方法包括将石墨烯和金刚石颗粒混合。
在本发明的一些实施方式中，上述冷冻机油的制备原料还包括分散剂。
在本发明的一些实施方式中，上述分散剂包括丁二酰亚胺类化合物、十二烷基苯磺酸钠、油酸、油酸酯、十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(HY105)和山梨醇脂肪酸酯(司盘，Span)中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，上述丁二酰亚胺类化合物包括聚异丁烯单丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、聚异丁烯多丁二酰亚胺和高分子量丁二酰亚胺中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，上述山梨醇脂肪酸酯包括Span20(山梨醇酐单月桂酸酯)、Span40(山梨醇酐单棕榈酸酯)、Span60(山梨坦单硬脂酸酯)和Span80(山梨醇酐单油酸酯)中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述分散剂选自聚异丁烯单丁二酰亚胺和聚异丁烯双丁二酰亚胺的混合物。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和Span60的混合物。
在本发明的一些实施方式中，上述分散剂在上述冷冻机油中的质量百分数在0.01～20％之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述分散剂在上述冷冻机油中的质量百分数在5～15％之间。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，上述分散剂在上述冷冻机油中的质量百分数在7～13％之间。
由于分子间作用力(氢键、π键和范德华力中的至少一种)，分散剂会与石墨烯结合(例如分散剂缠绕、吸附在石墨烯表面)，为石墨烯提供位阻效应，进一步避免润滑添加剂在冷冻机油中的团聚、沉降。
上述分散剂的存在还提升了上述润滑添加剂和制冷剂的相容性，提升所述冷冻机油的分散均匀性和稳定性。
在本发明的一些实施方式中，基础底油包括基础油；上述基础油包括环烷基矿物油、烷基苯合成油和脂类合成油中的至少一种。
由于应用过程中冷冻机油需要与制冷剂混合，因此与传统润滑油相比，本发明选用的基础油需具有一定的化学惰性(不与制冷剂反应)、适中的酸碱性(不腐蚀压缩机)，还需对制冷剂具有较高的溶解性。
在本发明的一些实施方式中，基础底油还包括挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂中的至少一种。
挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂之间发生协同作用后，可优化所得冷冻机油的综合性能。
本发明的第二方面提出了制备上述冷冻机油的方法，包括将冷冻机油的制备原料进行混合分散。
由于制备原料的选择，本发明提供的方法仅通过简单的混合即可实现均匀分散，省略了润滑添加剂改性的过程。制备方法简单，易于工业化。
本发明的第三方面提出了一种压缩机，其中包括上述冷冻机油。
本发明的第四方面提出了一种温度调节系统，其中包括上述压缩机。
本发明的第五方面提出了一种制冷设备，其中包括上述制冷设备。
综上，本发明的冷冻机油通过原料之间的协同作用，可提升其分散稳定性、润滑性，同时简化制备流程；最终应用于各型号压缩机后，可显著提升压缩机的能效，降低压缩机的磨损，提升其可靠性。
实施例1
本实施例提供了一种冷冻机油，按重量份计，制备原料为：
Figure BDA0003517032670000131
其中润滑添加剂为包括石墨烯和金刚石颗粒的分散液，润滑添加剂的溶剂为HAPBI-3，该溶剂是苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和三乙烯四胺的反应产物。
本实施例所得冷冻机油中，石墨烯和金刚石颗粒的含量之和为0.003mg/mL；
润滑添加剂中石墨烯与金刚石颗粒的重量比为9:1；石墨烯与金刚石颗粒均购自Advanced Graphene Ltd(深圳市先进石墨烯有限公司)，前者的牌号为KST-6，平均厚度为8nm；后者牌号为SGT-8，平均粒径为2nm；
石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯形成的三明治结构的厚度在4～12nm之间，石墨烯的平面展开面积在200～400μm2之间；
本实施例中5号机油购自瑞孚化工(上海)有限公司，牌号为ZEROLRL5S，其中含有基础油、挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂。
本实施例所得的冷冻机油在20℃的密度在0.720～0.740g/cm3之间，在40℃的运动粘度在5.0～5.05mm2/s之间。
其中密度的测试参考标准文件GB/T1884中的方法进行；
运动粘度的测试参考标准文件GB/T265中的方法进行。
实施例2
本实施例制备了一种冷冻机油，具体过程为：
S1.按照实施例1所示比例称取所有制备原料；
S2.将步骤S1所得制备原料进行超声波分散；
其中超声波分散的频率为40kHz，温度为60℃，超声波分散的时长为1h。
实施例3
本实施例提供了一种压缩机，具体型号为DZ75V1W-4QPL；
其中封存有100重量份的，实施例2所得冷冻机油；以及制冷剂R600a。
压缩机含有泵体组件，在压缩机运行过程中，上述冷冻机油在泵体组件各个零件表面形成润滑膜，而不发生团聚，进而降低压缩机的磨损。
实施例4
本实施例提供了一种冷冻机油，按重量份计，制备原料为：
Figure BDA0003517032670000141
其中润滑添加剂为包括石墨烯和金刚石颗粒的分散液，润滑添加剂的溶剂为HAPBI-3，该溶剂是苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和三乙烯四胺的反应产物。
本实施例所得冷冻机油中，石墨烯和金刚石颗粒的含量之和为0.025mg/mL；
润滑添加剂中石墨烯与金刚石颗粒的重量比为9:1；石墨烯与金刚石颗粒均购自Advanced Graphene Ltd(深圳市先进石墨烯有限公司)；前者的牌号为KST-6，平均厚度为8nm；后者牌号为SGT-8，平均粒径为2nm；
石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯形成的三明治结构的厚度在4～12nm之间，石墨烯的平面展开面积在500～800μm2之间；
本实施例中22号机油购自美国冰熊，具体型号为RL22H冷冻机油，其中含有基础油、挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂。
本实施例所得的冷冻机油在20℃的密度在0.905～0.910g/cm3之间，在40℃的运动粘度在17.8～18.3mm2/s之间。
其中密度的测试参考标准文件GB/T1884中的方法进行；
运动粘度的测试参考标准文件GB/T265中的方法进行。
实施例5
本实施例制备了一种冷冻机油，具体过程为：
S1.按照实施例4所示比例称取所有制备原料；
S2.将步骤S1所得制备原料进行超声波分散；
其中超声波分散的频率为40kHz，温度为60℃，超声波分散的时长为50min。
实施例6
本实施例提供了一种压缩机，具体型号为PA140L1F；
其中封存有100重量份的，实施例5所得冷冻机油；以及制冷剂R290。
压缩机含有泵体组件，在压缩机运行过程中，上述冷冻机油在泵体组件各个零件表面形成润滑膜，而不发生团聚，进而降低压缩机的磨损。
对比例1
本对比例提供了一种冷冻机油，按重量份计，制备原料为：
Figure BDA0003517032670000151
Figure BDA0003517032670000161
其中润滑添加剂为包括石墨烯和金刚石颗粒的分散液，润滑添加剂的溶剂为HAPBI-3，该溶剂是苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和三乙烯四胺的反应产物。
本实施例所得冷冻机油中，石墨烯和金刚石颗粒的含量之和为0.003mg/mL；
润滑添加剂中石墨烯与金刚石颗粒的重量比为9:1；石墨烯与金刚石颗粒均购自Advanced Graphene Ltd(深圳市先进石墨烯有限公司)；
石墨烯-金刚石颗粒-石墨烯形成的三明治结构的厚度约为60nm，其中金刚石颗粒的平均粒径约为20nm，石墨烯的平均厚度约为20nm，石墨烯的平面展开面积在400～600μm2之间；
本实施例中5号机油购自瑞孚化工(上海)有限公司，牌号为ZEROLRL5S，其中含有基础油、挤压抗磨剂、抗氧剂、润滑剂、金属减活剂和抗泡剂。
本实施例所得的冷冻机油在20℃的密度在0.520～0.580g/cm3之间，在40℃的运动粘度在4.54～4.61mm2/s之间。
其中密度的测试参考标准文件GB/T1884中的方法进行；
运动粘度的测试参考标准文件GB/T265中的方法进行。
对比例2
本对比例制备了一种冷冻机油，与实施例2的区别在于：
冷冻机油的制备原料来自对比例1。
对比例3
本对比例提供了一种压缩机，与实施例3的区别在于：
采用的冷冻机油来自对比例2。
对比例4
本对比例提供了一种压缩机，与实施例3的区别在于：
采用的冷冻机油为纯5号机油，其中不含实施例1添加的分散剂和润滑填料。
对比例5
本对比例提供了一种压缩机，与实施例6的区别在于：
采用的冷冻机油为纯22号机油，其中不含实施例4添加的分散剂和润滑填料。
试验例
本试验例测试了实施例3、实施例6和对比例3～5提供的压缩机的性能。其中：
能效(COP)的测试工况为美国采暖、制冷与空调工况标准(ASHRAE-LBP)；测试工况为：
实施例3、对比例3～4中，测试频率为27Hz和72Hz；
实施例6和对比例5的测试频率为50Hz。
加速寿命磨损可靠性试验的测试工况为：
实施例3、对比例3～4中，1.8MPa～0.01MPa(分别代表排气压力和吸气压力)，100℃运行500h；运行频率为75Hz。
实施例6和对比例5中，4.01MPa～0.2MPa(分别代表排气压力和吸气压力)，100℃运行500h；运行频率为60Hz。
加速寿命磨损测试前以及测试结束后，均取出曲轴并用乙醇洗净(去除其上附着的冷冻机油)、烘干，测量磨损深度。
上述能效测试和加速寿命测试，每组试验各进行三组平行试验，表1～2中的±值，是三组试验的测试误差范围。
实施例3、对比例3～4的测试结果如表1所示。
实施例6和对比例5的测试结果如表2所示。
表1实施例3、对比例3～4所得压缩机的性能结果
Figure BDA0003517032670000171
表2实施例6和对比例5所得压缩机的性能结果
频率 实施例6 对比例5
能效 50Hz 1.65±0.02 1.51±0.02
磨损深度/μm 60Hz 1.721±0.152 5.012±0.569
实施例3、对比例3～4均采用DZ75V1W-4QPL型号的冷冻压缩机，采用相同的测试工况，结果显示(表1)：
与不包括润滑添加剂的冷冻机油(对比例4)相比，本发明提供冷冻机油应用于冷冻压缩机后(实施例3)，可将能效提升5.8％(27Hz)～4.8％(72Hz)；能将磨损深度降低20.5％。
若润滑添加剂中，石墨烯和金刚石颗粒的尺寸大于本发明要求的范围(对比例3)，则其相互间会发生团聚、沉降，且由于大颗粒的金刚石颗粒的表面能下降，倾向于直接沉淀，而不是在石墨烯表面吸附、组装；因此形成类三明治结构的几率也下降；最终导致滚动摩擦的比例下降，滑动摩擦的几率上升，更可能导致压缩机在使用过程中卡死。由此可知润滑添加剂的尺寸选择，对冷冻机油的性能有明显影响，若超出本发明要求的范围，则其润滑性能会明显下降，对应的能效降低约5％，磨损深度提升约60％。
采用DZ75V1W-4QPL型号的冷冻压缩机时，能效对应的统计结果如图1～2所示；磨损深度对应的统计结果图如图3所示。图中可以明显看出，机油添加剂中润滑添加剂的尺寸(对比例3)不合适会明显影响所得冷冻机油的润滑效果。
实施例6和对比例5均采用PA140L1F型号的冷冻压缩机，采用相同的测试工况，结果显示(表2)：
即便更换了压缩机型号，更换了分散剂和接枝剂的种类，实施例6也能得到与实施例3相当的技术效果；即与冷冻压缩机采用不含润滑添加剂的冷冻机油时，可显著优化能效，并降低磨损性能。采用PA140L1F型号冷冻压缩机测试时，能效对应的统计结果如图4所示；磨损深度对应的统计结果如图5所示。图中显示与对比例5相比，实施例6所得压缩机的能效显著提升，磨损深度显著下降。
综上，本发明中选用合适种类、尺寸的润滑添加剂，其分散在基础底油中，形成冷冻机油；其中润滑添加剂可形成类三明治的结构，进而将滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低了包含该冷冻机油的压缩机的磨损，提升了能效和可靠性；
又因为润滑添加剂的种类选择，搭配合适种类的分散剂，提升了润滑添加剂在所得冷冻机油中的分散稳定性，使其在存储、应用过程中保持均匀，不发生团聚；
最后，本发明所得的冷冻机油具有普适性，可适用于多种型号的冷冻压缩机。因此，本发明制备的冷冻机油还有望用于其它种类的人工控温系统中。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (17)

1.一种冷冻机油，其特征在于，包括润滑添加剂和基础底油；其中，
所述润滑添加剂包括金刚石颗粒和石墨烯；
所述金刚石颗粒的粒径在0.5～10nm之间；
所述石墨烯的厚度在0.2～10nm之间。
2.根据权利要求1所述的冷冻机油，其特征在于，在所述冷冻机油中，所述金刚石颗粒和石墨烯的含量之和在0.001～6.008mg/mL之间。
3.根据权利要求1所述的冷冻机油，其特征在于，按重量份计，所述润滑添加剂包括90～99份的石墨烯，和1～10份的金刚石颗粒。
4.根据权利要求1所述的冷冻机油，其特征在于，所述石墨烯的平面展开面积在0.5～1500μm2之间。
5.根据权利要求1所述的冷冻机油，其特征在于，所述石墨烯包括未改性石墨烯和石墨烯衍生物中的至少一种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的冷冻机油，其特征在于，所述冷冻机油中还包括分散剂。
7.根据权利要求6所述的冷冻机油，其特征在于，所述分散剂包括丁二酰亚胺类化合物、十二烷基苯磺酸钠、油酸、油酸酯、十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯和山梨醇脂肪酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的冷冻机油，其特征在于，所述分散剂占所述冷冻机油的质量百分数在0.01～20％之间。
9.根据权利要求1～5任一项所述的冷冻机油，其特征在于，所述基础底油包括基础油。
10.一种制备如权利要求1～9任一项所述冷冻机油的方法，其特征在于，包括将所述冷冻机油的制备原料进行混合分散。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述混合分散的方法为机械搅拌、超声震荡和微波分散中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述超声震荡的频率在30～50kHz之间。
13.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，所述混合分散的时长在40～70min之间。
14.一种压缩机，其特征在于，包含权利要求1～9任一项所述的冷冻机油。
15.根据权利要求14所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括往复式制冷压缩机。
16.一种温度调节系统，其特征在于，包括如权利要求14或15所述的压缩机。
17.一种制冷设备，其特征在于，包括如权利要求14或15所述的压缩机。
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