霧化硅油的性能及在錦綸6 FDY生產中的應用研究

毛行功，魏信強

(1.長樂恒申合纖科技有限公司，福建 福州 350208； 2.長樂力恒錦綸科技有限公司，福建 福州 350207)

霧化硅油，屬于有機硅產品，無毒無味，具有良好的生理惰性及耐熱性能、穩定的化學性能，可在320 ℃高溫下長期使用，吸附性強、霧化效果好、剝離性佳，廣泛應用于滌綸、錦綸、丙綸等纖維紡絲過程中噴絲板的清理修板，是化纖生產中的一種十分重要的助劑[1]。隨著工業化的不斷發展，現在化纖行業正朝著差別化纖維方向發展，特殊的纖維對霧化硅油的要求也相應提高，因此尋找合適的硅油適應特殊纖維的生產具有重要的意義[2-6]。

在熔融紡絲過程中，聚合物在加熱至熔融時，其中所含的低聚物、聚合物熱分解物質隨聚合物通過噴絲板時揮發，附著在噴絲板面上而污染板面，在絲發生斷頭前務必使用霧化硅油清理噴絲板板面[7]。

錦綸6全拉伸絲(PA 6 FDY)切片紡絲的生產穩定性、滿卷率高低主要取決于PA 6切片的質量、生產工藝和生產管理，但霧化硅油性能影響噴絲板板面的狀態也是一個重要的因素[8]。優異的霧化硅油應具備以下性能[9]：(1)乳化性能好，霧化硅油攪拌后成乳化狀態，乳液狀態穩定；(2)霧化性能好，噴霧范圍集中，容易噴滿板面，產生的霧化顆粒小于60 μm；(3)吸附性能好，能夠在噴絲板上迅速均勻成膜；(4)耐熱性好，噴絲板上的霧化硅油在高溫下能耐熱24 h以上才會揮發完全，揮發時不產生有刺激性氣體；(5)剝離性能強，霧化硅油噴上板面后，能夠很好地清洗單體和熔體，不粘板。

為此，作者研究了3種不同的霧化硅油的性能，并探討了霧化硅油對不同PA 6 FDY產品的鏟板時間、生產滿卷率的影響，以便找出性價比最優的霧化硅油使用方案。

1 實驗

1.1 原料及試樣

R14-1型霧化硅油：簡稱R14-1，桔花牌，屬于甲基長鏈烷基硅油，浙江黃巖豐成紡織輔料廠生產；SY-600型霧化硅油：簡稱SY-600，森雅牌, 屬于甲基苯基硅油,上海森雅潤滑材料有限公司生產；M-16型霧化硅油：簡稱M-16，邁頌牌，屬于甲基苯基含氫硅油，邁頌(上海)化工材料有限公司生產；PA 6 FDY：產品規格分別為44.4 dtex/12 f、44.4 dtex/34 f、77.7 dtex/48 f、77.7 dtex/68 f，其相應批號和產品所用相應原料如表1所示。

表1 PA 6 FDY產品及其相應原料Tab.1 PA 6 FDY products and raw materials

1.2儀器與設備

BL-F型電子天平：丹納赫西特傳感工業控制(天津)有限公司制；L-100型電子萬用爐：凱勝電熱科技有限公司制；WSS-481型觸點式溫度計，大連賽恩儀表有限公司制。

1.3 實驗方法

1.3.1 霧化硅油的基本性能測試

熱失重率(S)：將用電子天平精確稱量后的3種霧化硅油放入潔凈干燥的電熱碗中，打開電子萬用爐，迅速升溫至320 ℃，加熱電熱碗，每隔1 h稱取裝有試樣的電熱碗的質量。加熱5 h后，測其總失重。S的計算公式如下：

S=(M1-M2)/M1×100%

(1)

式中：M1為初始霧化硅油和電熱碗的質量；M2為加熱后霧化硅油和電熱碗的質量。

成膜性能：選一塊不銹鋼板(長20 cm、寬20 cm、高0.3 cm)放置在電子萬用爐上，打開電子萬用爐進行加熱，將不銹鋼板加熱到不同溫度，用觸點式溫度計測試板面溫度，然后將罐裝的霧化硅油均勻地噴在不同溫度的鋼板上，開始計時，當霧化硅油在鋼板上即將成膜的溫度即為成膜溫度，所用的時間即為成膜時間。

霧化性能：將定量的霧化硅油噴到280，300，320 ℃的平滑的電熱金屬板上，觀察霧化硅油在電熱金屬板表面的現象。

1.3.2 霧化硅油的應用性能測試

鏟板時間：計時鏟一個紡位(12個噴絲板)品種所用的時間即為鏟板時間，其結果取3次的平均值。

產品的滿卷率：在生產 PA 6 FDY產品時，分別使用3種霧化硅油鏟板7 d，鏟板頻率為1次/d，記錄產品在使用不同霧化硅油時的滿卷率。

保板時間：在生產PA 6 FDY產品時，將霧化硅油噴在噴絲板上，待其全部揮發完后噴絲板變得干燥，其所用時間即為保板時間。

2 結果與討論

2.1 霧化硅油的基本性能

2.1.1 耐熱性

由圖1可看出，在320 ℃烘烤5 h后，R14-1、SY-600、M-16霧化硅油的S分別為4.15%，2.13%，0.97%，均在5%以下。且實驗過程發現，3種霧化硅油在高溫下均無明顯的熱分解現象，無刺激性氣體產生。說明這3種霧化硅油適合化纖生產要求，能滿足PA 6 FDY在270 ℃的噴絲板溫度下長期使用。

圖1 烘烤時間對霧化硅油S的影響Fig.1 Effect of baking time on S of atomized silicone oil■—R14-1；●—SY-600；▲—M-16

霧化硅油是主鏈Si—O交替排列的聚硅氧烷，分子結構中Si—O鍵的鍵能為460 kJ/mol，Si—C鍵的鍵能為347 kJ/mol，Si—H鍵的鍵能為377 kJ/mol，C—H鍵的鍵能為414 kJ/mol[10]。在噴絲板的板面溫度下，附著在噴絲板上的R14-1、SY-600、M-16霧化硅油中的Si—C、Si—H、Si—O鍵斷開，生成小分子物質。

R14-1是甲基長鏈烷基硅油，在320 ℃溫度下，長鏈烷基會優先發生斷裂，當長鏈烷基幾乎斷裂完后，主鏈的Si—O開始斷裂，所以在3 h后，R14-1的S快速上升；SY-600屬于甲基苯基硅油,相比于R14-1，其分子鏈中含有的苯基基團，增強了分子鏈的剛性，也增加了分子鏈的空間位阻效應，從而使得破壞SY-600的分子鏈需要更大的能量。研究表明[10-12]，甲基苯基硅油的熱穩定性與苯基數目有關，苯基數目越多，甲基苯基硅油的熱穩定性越好；M-16表現出優異的耐熱性，這是因為M-16屬于甲基苯基含氫硅油，分子結構上相比R14-1、SY-600霧化硅油多了Si—H鍵，Si—H鍵分布在甲基與苯基之間，使得甲基苯基含氫硅油M-16表現比另外兩種硅油更強的極性，分子極性越強，穩定性越好，破壞分子結構就需更多能量[13-15]。另外Si—H鍵的鍵能為377 kJ/mol，破壞Si—H鍵所需能量比破壞Si—C鍵高。

2.1.2 成膜性能

由圖2可看出：3種霧化硅油在200 ℃時成膜時間比較慢，約22 s；當溫度升高后，成膜時間呈對數趨勢減少，當溫度達到235 ℃時，成膜時間小于1 s。同時實驗過程發現，3種霧化硅油在230 ℃以下時，隨著溫度降低，黏度增大，成膜時間長；當溫度高于230 ℃時，黏度很小；隨著溫度進一步增加，黏度變化不大，達到極限值，能快速成膜。這說明3種霧化硅油成膜性能優異，能滿足PA 6 FDY生產時在270 ℃溫度下的噴絲板鏟板過程快速成膜清潔要求。

圖2 溫度對霧化硅油成膜性能的影響Fig.2 Effect of temperature on film formation property of atomized silicone oil■—R14-1；●—SY-600；▲—M-16

2.1.3 霧化性能

3種霧化硅油在280，300，320 ℃的平滑電熱金屬板上霧化性能結果表明：3種霧化硅油噴出后成乳白色的霧狀，噴霧范圍集中，容易噴滿板面，在板面上基本無流淌現象，起泡性好，無結焦；用鏟刀鏟除板面上的霧化硅油時，不粘板，無固體殘留，剝離性能好。說明這3種霧化硅油在霧化性能方面表現優異。

2.2 霧化硅油的應用性能

2.2.1 鏟板時間

從表2可以看出：對于10種批號的PA 6 FDY, 比較3種霧化硅油的鏟板時間,M-16最短， SY-600其次， R14-1的鏟板時間最長，說明3種霧化硅油的剝離性能由大到小依次為M-16， SY-600， R14-1；對于BRF4412、BRF4434批號的PA 6 FDY，由于其原料為有光切片，其切片的黏度小，3種霧化硅油的官能團對有光切片的影響不大，即其鏟板時間差不多；對于批號為SF4412、SF4434、SF7768的PA 6 FDY，由于其原料為半消光切片，其切片的黏度適中，故對于半消光少孔產品的PA 6 FDY，3種霧化硅油的鏟板時間相同，只在SF7768產品上才明顯區分出來；對比孔數為12 f的各種纖維產品，3種霧化硅油鏟板時間一致，說明3種霧化硅油的官能團對少孔產品的剝離性能沒有影響；對于全消光多孔產品PA 6 FDY，M-16霧化硅油表現出優異的剝離效果，其鏟板時間較R14-1和SY-600霧化硅油低，這是因為全消光切片黏度高，鏟板時熔體容易粘板，當使用R14-1和SY-600時，由于R14-1為非極性大分子，SY-600大部分體現非極性特性，而熔體亦為非極性大分子，這就容易造成粘板，鏟完板后還需修板，從而造成鏟板時間較長；而M-16中的Si—H鍵中的氫極易與空氣中的水蒸氣結合，在噴絲板表面形成防水層，正是這個防水層作用，使得熔體極易剝離噴絲板板面[10]。

表2 霧化硅油應用在不同PA 6 FDY產品時的鏟板時間Tab.2 Shovel time of atomized silicone oil used in different PA 6 FDY products

2.2.2 保板時間

由表3可見，3種霧化硅油的保板時間平均值都大于等于24 h，能滿足24 h鏟板1次的要求。M-16的保板時間最長，SY-600次之，R14-1最少，這是因為3種霧化硅油的分子結構不同所致。

表3 霧化硅油應用在不同PA 6 FDY產品時的保板時間Tab.3 Plate keeping time of atomized silicone oil used in different PA 6 FDY products

2.2.3 滿卷率

從表4可看出：3種霧化硅油對PA 6 FDY有光品種的滿卷率影響不大，半消光、全消光產品隨著孔數的增加，使用R14-1霧化硅油的產品滿卷率分別下降了1.41%、1.42%；使用SY-600霧化硅油的產品滿卷率分別下降了0.98%，0.69%；而使用M-16霧化硅油的產品滿卷率分別下降了0.69%，0.58%。

表4 不同PA 6 FDY產品的滿卷率Tab.4 Full-package rate of different PA 6 FDY products

另外，M-16霧化硅油可使批號為SF7768、DF7768的PA 6 FDY產品滿卷率保持在98%以上，SY-600只能使批號為SF7768的PA 6 FDY產品滿卷率保持在98%以上；對于多孔68 f的PA 6 FDY產品，使用R14-1霧化硅油其滿卷率均低于98%，說明R14-1霧化硅油不適合在全消光多孔68 f的PA 6 FDY產品上使用；對于批號為SF4412H和DF4412ZS的PA 6 FDY產品，其滿卷率均比其他產品的低，這是因為其原料使用的是黑色切片和再生切片，噴絲板面相對于常規品種容易變臟，從而使斷頭率增加、滿卷率降低的緣故。

2.3 不同PA 6 FDY產品中的霧化硅油的最佳匹配

根據霧化硅油的成本(R14-1單價為12.5元/罐、SY-600為23元/罐、M-16單價為35元/罐)，再結合表2、表3、表4的結果，在合適的鏟板時間和保板時間內，保證絲餅滿卷率情況下，可以得出不同PA 6 FDY品種使用的霧化硅油的最佳選擇，其結果如表5所示。

表5 霧化硅油在不同產品中使用的最佳匹配結果Tab.5 Optimum matching results of atomized silicone oil used in different products

從表5可看出：對于半消光少孔、全消光少孔(34 f及以下)、大有光PA 6 FDY產品，使用R14-1霧化硅油，能達到98%以上的滿卷率，鏟板時間短，能達到1 d保板時間的要求，且其價格最低，性價比最優；對于半消光多孔(34 f以上)、全消光再生PA 6 FDY產品，使用SY-600霧化硅油，有較高的滿卷率及較低的鏟板時間和較長的保板時間，能滿足這兩個品種的生產穩定要求，并減輕員工的勞動強度；對于全消光多孔(34 f以上)、半消光黑色PA 6 FDY產品，使用M-16霧化硅油，雖然其價格較貴，但相對于另外兩種霧化硅油，相同條件下其鏟板時間較短，保板時間較長，且滿卷率較高，這有利于減輕員工的勞動強度，提高生產的穩定性。

3 結論

a.R14-1、SY-600、M-16霧化硅油在320 ℃下熱損失質量均小于5%； 235 ℃時，3種霧化硅油的成膜時間小于1 s；在280，300，320 ℃時具有優異的霧化性能；高溫下均無明顯的熱分解現象，無刺激性氣體產生，能滿足PA 6 FDY的生產要求。

b.對于不同品種的PA 6 FDY, 比較3種霧化硅油的鏟板時間， M-16最短， SY-600其次， R14-1最長。

c.3種霧化硅油的保板時間都大于等于24 h，能滿足生產PA 6 FDY時24 h鏟板1次的要求。其中，M-16的保板時間最長，SY-600次之，R14-1最短。

d.3種霧化硅油對PA 6 FDY有光品種的滿卷率影響不大，R14-1霧化硅油不適合在全消光多孔68 f的PA 6 FDY產品上使用。

e.綜合鏟板時間、保板時間、滿卷率及霧化硅油的成本，R14-1霧化硅油適用于半消光少孔、全消光少孔(34 f及以下)PA 6 FDY產品，SY-600霧化硅油適用于半消光多孔(34 f以上)和全消光再生PA 6 FDY產品，M-16霧化硅油適用于全消光多孔(34 f以上)和半消光黑色PA 6 FDY產品。