霧化硅油的性能及在錦綸6 FDY生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

毛行功，魏信強(qiáng)

(1.長(zhǎng)樂(lè)恒申合纖科技有限公司，福建 福州 350208； 2.長(zhǎng)樂(lè)力恒錦綸科技有限公司，福建 福州 350207)

霧化硅油，屬于有機(jī)硅產(chǎn)品，無(wú)毒無(wú)味，具有良好的生理惰性及耐熱性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能，可在320 ℃高溫下長(zhǎng)期使用，吸附性強(qiáng)、霧化效果好、剝離性佳，廣泛應(yīng)用于滌綸、錦綸、丙綸等纖維紡絲過(guò)程中噴絲板的清理修板，是化纖生產(chǎn)中的一種十分重要的助劑[1]。隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，現(xiàn)在化纖行業(yè)正朝著差別化纖維方向發(fā)展，特殊的纖維對(duì)霧化硅油的要求也相應(yīng)提高，因此尋找合適的硅油適應(yīng)特殊纖維的生產(chǎn)具有重要的意義[2-6]。

在熔融紡絲過(guò)程中，聚合物在加熱至熔融時(shí)，其中所含的低聚物、聚合物熱分解物質(zhì)隨聚合物通過(guò)噴絲板時(shí)揮發(fā)，附著在噴絲板面上而污染板面，在絲發(fā)生斷頭前務(wù)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(chǎn)穩(wěn)定性、滿卷率高低主要取決于PA 6切片的質(zhì)量、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)管理，但霧化硅油性能影響噴絲板板面的狀態(tài)也是一個(gè)重要的因素[8]。優(yōu)異的霧化硅油應(yīng)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(tài)，乳液狀態(tài)穩(wěn)定；(2)霧化性能好，噴霧范圍集中，容易噴滿板面，產(chǎn)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(huì)揮發(fā)完全，揮發(fā)時(shí)不產(chǎn)生有刺激性氣體；(5)剝離性能強(qiáng)，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(duì)不同PA 6 FDY產(chǎn)品的鏟板時(shí)間、生產(chǎn)滿卷率的影響，以便找出性價(jià)比最優(yōu)的霧化硅油使用方案。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及試樣

R14-1型霧化硅油：簡(jiǎn)稱R14-1，桔花牌，屬于甲基長(zhǎng)鏈烷基硅油，浙江黃巖豐成紡織輔料廠生產(chǎn)；SY-600型霧化硅油：簡(jiǎn)稱SY-600，森雅牌, 屬于甲基苯基硅油,上海森雅潤(rùn)滑材料有限公司生產(chǎn)；M-16型霧化硅油：簡(jiǎn)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(chǎn)；PA 6 FDY：產(chǎn)品規(guī)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(yīng)批號(hào)和產(chǎn)品所用相應(yīng)原料如表1所示。

表1 PA 6 FDY產(chǎn)品及其相應(yīng)原料Tab.1 PA 6 FDY products and raw materials

1.2儀器與設(shè)備

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

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 霧化硅油的基本性能測(cè)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(kāi)電子萬(wàn)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(zhì)量。加熱5 h后，測(cè)其總失重。S的計(jì)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(zhì)量；M2為加熱后霧化硅油和電熱碗的質(zhì)量。

成膜性能：選一塊不銹鋼板(長(zhǎng)20 cm、寬20 cm、高0.3 cm)放置在電子萬(wàn)用爐上，打開(kāi)電子萬(wàn)用爐進(jìn)行加熱，將不銹鋼板加熱到不同溫度，用觸點(diǎn)式溫度計(jì)測(cè)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(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)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(shí)間即為成膜時(shí)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(xiàn)象。

1.3.2 霧化硅油的應(yīng)用性能測(cè)試

鏟板時(shí)間：計(jì)時(shí)鏟一個(gè)紡位(12個(gè)噴絲板)品種所用的時(shí)間即為鏟板時(shí)間，其結(jié)果取3次的平均值。

產(chǎn)品的滿卷率：在生產(chǎn) PA 6 FDY產(chǎn)品時(shí)，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(chǎn)品在使用不同霧化硅油時(shí)的滿卷率。

保板時(shí)間：在生產(chǎn)PA 6 FDY產(chǎn)品時(shí)，將霧化硅油噴在噴絲板上，待其全部揮發(fā)完后噴絲板變得干燥，其所用時(shí)間即為保板時(shí)間。

2 結(jié)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(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，3種霧化硅油在高溫下均無(wú)明顯的熱分解現(xiàn)象，無(wú)刺激性氣體產(chǎn)生。說(shuō)明這3種霧化硅油適合化纖生產(chǎn)要求，能滿足PA 6 FDY在270 ℃的噴絲板溫度下長(zhǎng)期使用。

圖1 烘烤時(shí)間對(duì)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(jié)構(gòu)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(kāi)，生成小分子物質(zhì)。

R14-1是甲基長(zhǎng)鏈烷基硅油，在320 ℃溫度下，長(zhǎng)鏈烷基會(huì)優(yōu)先發(fā)生斷裂，當(dāng)長(zhǎng)鏈烷基幾乎斷裂完后，主鏈的Si—O開(kāi)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(tuán)，增強(qiáng)了分子鏈的剛性，也增加了分子鏈的空間位阻效應(yīng)，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(wěn)定性與苯基數(shù)目有關(guān)，苯基數(shù)目越多，甲基苯基硅油的熱穩(wěn)定性越好；M-16表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性，這是因?yàn)镸-16屬于甲基苯基含氫硅油，分子結(jié)構(gòu)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(xiàn)比另外兩種硅油更強(qiáng)的極性，分子極性越強(qiáng)，穩(wěn)定性越好，破壞分子結(jié)構(gòu)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(shí)成膜時(shí)間比較慢，約22 s；當(dāng)溫度升高后，成膜時(shí)間呈對(duì)數(shù)趨勢(shì)減少，當(dāng)溫度達(dá)到235 ℃時(shí)，成膜時(shí)間小于1 s。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，3種霧化硅油在230 ℃以下時(shí)，隨著溫度降低，黏度增大，成膜時(shí)間長(zhǎng)；當(dāng)溫度高于230 ℃時(shí)，黏度很?。浑S著溫度進(jìn)一步增加，黏度變化不大，達(dá)到極限值，能快速成膜。這說(shuō)明3種霧化硅油成膜性能優(yōu)異，能滿足PA 6 FDY生產(chǎn)時(shí)在270 ℃溫度下的噴絲板鏟板過(guò)程快速成膜清潔要求。

圖2 溫度對(duì)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(jié)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(wú)流淌現(xiàn)象，起泡性好，無(wú)結(jié)焦；用鏟刀鏟除板面上的霧化硅油時(shí)，不粘板，無(wú)固體殘留，剝離性能好。說(shuō)明這3種霧化硅油在霧化性能方面表現(xiàn)優(yōu)異。

2.2 霧化硅油的應(yīng)用性能

2.2.1 鏟板時(shí)間

從表2可以看出：對(duì)于10種批號(hào)的PA 6 FDY, 比較3種霧化硅油的鏟板時(shí)間,M-16最短， SY-600其次， R14-1的鏟板時(shí)間最長(zhǎng)，說(shuō)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(duì)于BRF4412、BRF4434批號(hào)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(tuán)對(duì)有光切片的影響不大，即其鏟板時(shí)間差不多；對(duì)于批號(hào)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(duì)于半消光少孔產(chǎn)品的PA 6 FDY，3種霧化硅油的鏟板時(shí)間相同，只在SF7768產(chǎn)品上才明顯區(qū)分出來(lái)；對(duì)比孔數(shù)為12 f的各種纖維產(chǎn)品，3種霧化硅油鏟板時(shí)間一致，說(shuō)明3種霧化硅油的官能團(tuán)對(duì)少孔產(chǎn)品的剝離性能沒(méi)有影響；對(duì)于全消光多孔產(chǎn)品PA 6 FDY，M-16霧化硅油表現(xiàn)出優(yōu)異的剝離效果，其鏟板時(shí)間較R14-1和SY-600霧化硅油低，這是因?yàn)槿馇衅ざ雀?，鏟板時(shí)熔體容易粘板，當(dāng)使用R14-1和SY-600時(shí)，由于R14-1為非極性大分子，SY-600大部分體現(xiàn)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(shí)間較長(zhǎng)；而M-16中的Si—H鍵中的氫極易與空氣中的水蒸氣結(jié)合，在噴絲板表面形成防水層，正是這個(gè)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(yīng)用在不同PA 6 FDY產(chǎn)品時(shí)的鏟板時(shí)間Tab.2 Shovel time of atomized silicone oil used in different PA 6 FDY products

2.2.2 保板時(shí)間

由表3可見(jiàn)，3種霧化硅油的保板時(shí)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(shí)間最長(zhǎng)，SY-600次之，R14-1最少，這是因?yàn)?種霧化硅油的分子結(jié)構(gòu)不同所致。

表3 霧化硅油應(yīng)用在不同PA 6 FDY產(chǎn)品時(shí)的保板時(shí)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(duì)PA 6 FDY有光品種的滿卷率影響不大，半消光、全消光產(chǎn)品隨著孔數(shù)的增加，使用R14-1霧化硅油的產(chǎn)品滿卷率分別下降了1.41%、1.42%；使用SY-600霧化硅油的產(chǎn)品滿卷率分別下降了0.98%，0.69%；而使用M-16霧化硅油的產(chǎn)品滿卷率分別下降了0.69%，0.58%。

表4 不同PA 6 FDY產(chǎn)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(hào)為SF7768、DF7768的PA 6 FDY產(chǎn)品滿卷率保持在98%以上，SY-600只能使批號(hào)為SF7768的PA 6 FDY產(chǎn)品滿卷率保持在98%以上；對(duì)于多孔68 f的PA 6 FDY產(chǎn)品，使用R14-1霧化硅油其滿卷率均低于98%，說(shuō)明R14-1霧化硅油不適合在全消光多孔68 f的PA 6 FDY產(chǎn)品上使用；對(duì)于批號(hào)為SF4412H和DF4412ZS的PA 6 FDY產(chǎn)品，其滿卷率均比其他產(chǎn)品的低，這是因?yàn)槠湓鲜褂玫氖呛谏衅驮偕衅?，噴絲板面相對(duì)于常規(guī)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(chǎn)品中的霧化硅油的最佳匹配

根據(jù)霧化硅油的成本(R14-1單價(jià)為12.5元/罐、SY-600為23元/罐、M-16單價(jià)為35元/罐)，再結(jié)合表2、表3、表4的結(jié)果，在合適的鏟板時(shí)間和保板時(shí)間內(nèi)，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(jié)果如表5所示。

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

從表5可看出：對(duì)于半消光少孔、全消光少孔(34 f及以下)、大有光PA 6 FDY產(chǎn)品，使用R14-1霧化硅油，能達(dá)到98%以上的滿卷率，鏟板時(shí)間短，能達(dá)到1 d保板時(shí)間的要求，且其價(jià)格最低，性價(jià)比最優(yōu)；對(duì)于半消光多孔(34 f以上)、全消光再生PA 6 FDY產(chǎn)品，使用SY-600霧化硅油，有較高的滿卷率及較低的鏟板時(shí)間和較長(zhǎng)的保板時(shí)間，能滿足這兩個(gè)品種的生產(chǎn)穩(wěn)定要求，并減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度；對(duì)于全消光多孔(34 f以上)、半消光黑色PA 6 FDY產(chǎn)品，使用M-16霧化硅油，雖然其價(jià)格較貴，但相對(duì)于另外兩種霧化硅油，相同條件下其鏟板時(shí)間較短，保板時(shí)間較長(zhǎng)，且滿卷率較高，這有利于減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

a.R14-1、SY-600、M-16霧化硅油在320 ℃下熱損失質(zhì)量均小于5%； 235 ℃時(shí)，3種霧化硅油的成膜時(shí)間小于1 s；在280，300，320 ℃時(shí)具有優(yōu)異的霧化性能；高溫下均無(wú)明顯的熱分解現(xiàn)象，無(wú)刺激性氣體產(chǎn)生，能滿足PA 6 FDY的生產(chǎn)要求。

b.對(duì)于不同品種的PA 6 FDY, 比較3種霧化硅油的鏟板時(shí)間， M-16最短， SY-600其次， R14-1最長(zhǎng)。

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

d.3種霧化硅油對(duì)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(chǎn)品上使用。

e.綜合鏟板時(shí)間、保板時(shí)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品。