雾化硅油的性能及在锦纶6 FDY生产中的应用研究

毛行功，魏信强

(1.长乐恒申合纤科技有限公司，福建 福州 350208； 2.长乐力恒锦纶科技有限公司，福建 福州 350207)

雾化硅油，属于有机硅产品，无毒无味，具有良好的生理惰性及耐热性能、稳定的化学性能，可在320 ℃高温下长期使用，吸附性强、雾化效果好、剥离性佳，广泛应用于涤纶、锦纶、丙纶等纤维纺丝过程中喷丝板的清理修板，是化纤生产中的一种十分重要的助剂[1]。随着工业化的不断发展，现在化纤行业正朝着差别化纤维方向发展，特殊的纤维对雾化硅油的要求也相应提高，因此寻找合适的硅油适应特殊纤维的生产具有重要的意义[2-6]。

在熔融纺丝过程中，聚合物在加热至熔融时，其中所含的低聚物、聚合物热分解物质随聚合物通过喷丝板时挥发，附着在喷丝板面上而污染板面，在丝发生断头前务必使用雾化硅油清理喷丝板板面[7]。

锦纶6全拉伸丝(PA 6 FDY)切片纺丝的生产稳定性、满卷率高低主要取决于PA 6切片的质量、生产工艺和生产管理，但雾化硅油性能影响喷丝板板面的状态也是一个重要的因素[8]。优异的雾化硅油应具备以下性能[9]：(1)乳化性能好，雾化硅油搅拌后成乳化状态，乳液状态稳定；(2)雾化性能好，喷雾范围集中，容易喷满板面，产生的雾化颗粒小于60 μm；(3)吸附性能好，能够在喷丝板上迅速均匀成膜；(4)耐热性好，喷丝板上的雾化硅油在高温下能耐热24 h以上才会挥发完全，挥发时不产生有刺激性气体；(5)剥离性能强，雾化硅油喷上板面后，能够很好地清洗单体和熔体，不粘板。

为此，作者研究了3种不同的雾化硅油的性能，并探讨了雾化硅油对不同PA 6 FDY产品的铲板时间、生产满卷率的影响，以便找出性价比最优的雾化硅油使用方案。

1 实验

1.1 原料及试样

R14-1型雾化硅油：简称R14-1，桔花牌，属于甲基长链烷基硅油，浙江黄岩丰成纺织辅料厂生产；SY-600型雾化硅油：简称SY-600，森雅牌, 属于甲基苯基硅油,上海森雅润滑材料有限公司生产；M-16型雾化硅油：简称M-16，迈颂牌，属于甲基苯基含氢硅油，迈颂(上海)化工材料有限公司生产；PA 6 FDY：产品规格分别为44.4 dtex/12 f、44.4 dtex/34 f、77.7 dtex/48 f、77.7 dtex/68 f，其相应批号和产品所用相应原料如表1所示。

表1 PA 6 FDY产品及其相应原料Tab.1 PA 6 FDY products and raw materials

1.2仪器与设备

BL-F型电子天平：丹纳赫西特传感工业控制(天津)有限公司制；L-100型电子万用炉：凯胜电热科技有限公司制；WSS-481型触点式温度计，大连赛恩仪表有限公司制。

1.3 实验方法

1.3.1 雾化硅油的基本性能测试

热失重率(S)：将用电子天平精确称量后的3种雾化硅油放入洁净干燥的电热碗中，打开电子万用炉，迅速升温至320 ℃，加热电热碗，每隔1 h称取装有试样的电热碗的质量。加热5 h后，测其总失重。S的计算公式如下：

S=(M1-M2)/M1×100%

(1)

式中：M1为初始雾化硅油和电热碗的质量；M2为加热后雾化硅油和电热碗的质量。

成膜性能：选一块不锈钢板(长20 cm、宽20 cm、高0.3 cm)放置在电子万用炉上，打开电子万用炉进行加热，将不锈钢板加热到不同温度，用触点式温度计测试板面温度，然后将罐装的雾化硅油均匀地喷在不同温度的钢板上，开始计时，当雾化硅油在钢板上即将成膜的温度即为成膜温度，所用的时间即为成膜时间。

雾化性能：将定量的雾化硅油喷到280，300，320 ℃的平滑的电热金属板上，观察雾化硅油在电热金属板表面的现象。

1.3.2 雾化硅油的应用性能测试

铲板时间：计时铲一个纺位(12个喷丝板)品种所用的时间即为铲板时间，其结果取3次的平均值。

产品的满卷率：在生产 PA 6 FDY产品时，分别使用3种雾化硅油铲板7 d，铲板频率为1次/d，记录产品在使用不同雾化硅油时的满卷率。

保板时间：在生产PA 6 FDY产品时，将雾化硅油喷在喷丝板上，待其全部挥发完后喷丝板变得干燥，其所用时间即为保板时间。

2 结果与讨论

2.1 雾化硅油的基本性能

2.1.1 耐热性

由图1可看出，在320 ℃烘烤5 h后，R14-1、SY-600、M-16雾化硅油的S分别为4.15%，2.13%，0.97%，均在5%以下。且实验过程发现，3种雾化硅油在高温下均无明显的热分解现象，无刺激性气体产生。说明这3种雾化硅油适合化纤生产要求，能满足PA 6 FDY在270 ℃的喷丝板温度下长期使用。

图1 烘烤时间对雾化硅油S的影响Fig.1 Effect of baking time on S of atomized silicone oil■—R14-1；●—SY-600；▲—M-16

雾化硅油是主链Si—O交替排列的聚硅氧烷，分子结构中Si—O键的键能为460 kJ/mol，Si—C键的键能为347 kJ/mol，Si—H键的键能为377 kJ/mol，C—H键的键能为414 kJ/mol[10]。在喷丝板的板面温度下，附着在喷丝板上的R14-1、SY-600、M-16雾化硅油中的Si—C、Si—H、Si—O键断开，生成小分子物质。

R14-1是甲基长链烷基硅油，在320 ℃温度下，长链烷基会优先发生断裂，当长链烷基几乎断裂完后，主链的Si—O开始断裂，所以在3 h后，R14-1的S快速上升；SY-600属于甲基苯基硅油,相比于R14-1，其分子链中含有的苯基基团，增强了分子链的刚性，也增加了分子链的空间位阻效应，从而使得破坏SY-600的分子链需要更大的能量。研究表明[10-12]，甲基苯基硅油的热稳定性与苯基数目有关，苯基数目越多，甲基苯基硅油的热稳定性越好；M-16表现出优异的耐热性，这是因为M-16属于甲基苯基含氢硅油，分子结构上相比R14-1、SY-600雾化硅油多了Si—H键，Si—H键分布在甲基与苯基之间，使得甲基苯基含氢硅油M-16表现比另外两种硅油更强的极性，分子极性越强，稳定性越好，破坏分子结构就需更多能量[13-15]。另外Si—H键的键能为377 kJ/mol，破坏Si—H键所需能量比破坏Si—C键高。

2.1.2 成膜性能

由图2可看出：3种雾化硅油在200 ℃时成膜时间比较慢，约22 s；当温度升高后，成膜时间呈对数趋势减少，当温度达到235 ℃时，成膜时间小于1 s。同时实验过程发现，3种雾化硅油在230 ℃以下时，随着温度降低，黏度增大，成膜时间长；当温度高于230 ℃时，黏度很小；随着温度进一步增加，黏度变化不大，达到极限值，能快速成膜。这说明3种雾化硅油成膜性能优异，能满足PA 6 FDY生产时在270 ℃温度下的喷丝板铲板过程快速成膜清洁要求。

图2 温度对雾化硅油成膜性能的影响Fig.2 Effect of temperature on film formation property of atomized silicone oil■—R14-1；●—SY-600；▲—M-16

2.1.3 雾化性能

3种雾化硅油在280，300，320 ℃的平滑电热金属板上雾化性能结果表明：3种雾化硅油喷出后成乳白色的雾状，喷雾范围集中，容易喷满板面，在板面上基本无流淌现象，起泡性好，无结焦；用铲刀铲除板面上的雾化硅油时，不粘板，无固体残留，剥离性能好。说明这3种雾化硅油在雾化性能方面表现优异。

2.2 雾化硅油的应用性能

2.2.1 铲板时间

从表2可以看出：对于10种批号的PA 6 FDY, 比较3种雾化硅油的铲板时间,M-16最短， SY-600其次， R14-1的铲板时间最长，说明3种雾化硅油的剥离性能由大到小依次为M-16， SY-600， R14-1；对于BRF4412、BRF4434批号的PA 6 FDY，由于其原料为有光切片，其切片的黏度小，3种雾化硅油的官能团对有光切片的影响不大，即其铲板时间差不多；对于批号为SF4412、SF4434、SF7768的PA 6 FDY，由于其原料为半消光切片，其切片的黏度适中，故对于半消光少孔产品的PA 6 FDY，3种雾化硅油的铲板时间相同，只在SF7768产品上才明显区分出来；对比孔数为12 f的各种纤维产品，3种雾化硅油铲板时间一致，说明3种雾化硅油的官能团对少孔产品的剥离性能没有影响；对于全消光多孔产品PA 6 FDY，M-16雾化硅油表现出优异的剥离效果，其铲板时间较R14-1和SY-600雾化硅油低，这是因为全消光切片黏度高，铲板时熔体容易粘板，当使用R14-1和SY-600时，由于R14-1为非极性大分子，SY-600大部分体现非极性特性，而熔体亦为非极性大分子，这就容易造成粘板，铲完板后还需修板，从而造成铲板时间较长；而M-16中的Si—H键中的氢极易与空气中的水蒸气结合，在喷丝板表面形成防水层，正是这个防水层作用，使得熔体极易剥离喷丝板板面[10]。

表2 雾化硅油应用在不同PA 6 FDY产品时的铲板时间Tab.2 Shovel time of atomized silicone oil used in different PA 6 FDY products

2.2.2 保板时间

由表3可见，3种雾化硅油的保板时间平均值都大于等于24 h，能满足24 h铲板1次的要求。M-16的保板时间最长，SY-600次之，R14-1最少，这是因为3种雾化硅油的分子结构不同所致。

表3 雾化硅油应用在不同PA 6 FDY产品时的保板时间Tab.3 Plate keeping time of atomized silicone oil used in different PA 6 FDY products

2.2.3 满卷率

从表4可看出：3种雾化硅油对PA 6 FDY有光品种的满卷率影响不大，半消光、全消光产品随着孔数的增加，使用R14-1雾化硅油的产品满卷率分别下降了1.41%、1.42%；使用SY-600雾化硅油的产品满卷率分别下降了0.98%，0.69%；而使用M-16雾化硅油的产品满卷率分别下降了0.69%，0.58%。

表4 不同PA 6 FDY产品的满卷率Tab.4 Full-package rate of different PA 6 FDY products

另外，M-16雾化硅油可使批号为SF7768、DF7768的PA 6 FDY产品满卷率保持在98%以上，SY-600只能使批号为SF7768的PA 6 FDY产品满卷率保持在98%以上；对于多孔68 f的PA 6 FDY产品，使用R14-1雾化硅油其满卷率均低于98%，说明R14-1雾化硅油不适合在全消光多孔68 f的PA 6 FDY产品上使用；对于批号为SF4412H和DF4412ZS的PA 6 FDY产品，其满卷率均比其他产品的低，这是因为其原料使用的是黑色切片和再生切片，喷丝板面相对于常规品种容易变脏，从而使断头率增加、满卷率降低的缘故。

2.3 不同PA 6 FDY产品中的雾化硅油的最佳匹配

根据雾化硅油的成本(R14-1单价为12.5元/罐、SY-600为23元/罐、M-16单价为35元/罐)，再结合表2、表3、表4的结果，在合适的铲板时间和保板时间内，保证丝饼满卷率情况下，可以得出不同PA 6 FDY品种使用的雾化硅油的最佳选择，其结果如表5所示。

表5 雾化硅油在不同产品中使用的最佳匹配结果Tab.5 Optimum matching results of atomized silicone oil used in different products

从表5可看出：对于半消光少孔、全消光少孔(34 f及以下)、大有光PA 6 FDY产品，使用R14-1雾化硅油，能达到98%以上的满卷率，铲板时间短，能达到1 d保板时间的要求，且其价格最低，性价比最优；对于半消光多孔(34 f以上)、全消光再生PA 6 FDY产品，使用SY-600雾化硅油，有较高的满卷率及较低的铲板时间和较长的保板时间，能满足这两个品种的生产稳定要求，并减轻员工的劳动强度；对于全消光多孔(34 f以上)、半消光黑色PA 6 FDY产品，使用M-16雾化硅油，虽然其价格较贵，但相对于另外两种雾化硅油，相同条件下其铲板时间较短，保板时间较长，且满卷率较高，这有利于减轻员工的劳动强度，提高生产的稳定性。

3 结论

a.R14-1、SY-600、M-16雾化硅油在320 ℃下热损失质量均小于5%； 235 ℃时，3种雾化硅油的成膜时间小于1 s；在280，300，320 ℃时具有优异的雾化性能；高温下均无明显的热分解现象，无刺激性气体产生，能满足PA 6 FDY的生产要求。

b.对于不同品种的PA 6 FDY, 比较3种雾化硅油的铲板时间， M-16最短， SY-600其次， R14-1最长。

c.3种雾化硅油的保板时间都大于等于24 h，能满足生产PA 6 FDY时24 h铲板1次的要求。其中，M-16的保板时间最长，SY-600次之，R14-1最短。

d.3种雾化硅油对PA 6 FDY有光品种的满卷率影响不大，R14-1雾化硅油不适合在全消光多孔68 f的PA 6 FDY产品上使用。

e.综合铲板时间、保板时间、满卷率及雾化硅油的成本，R14-1雾化硅油适用于半消光少孔、全消光少孔(34 f及以下)PA 6 FDY产品，SY-600雾化硅油适用于半消光多孔(34 f以上)和全消光再生PA 6 FDY产品，M-16雾化硅油适用于全消光多孔(34 f以上)和半消光黑色PA 6 FDY产品。