佘進娟，王承剛，何杰，李春松，張學鋒，任業(yè)偉，張蕊，高信康，劉蘇芹

(余姚中國塑料城塑料研究院有限公司，浙江寧波 315400)

粘扣帶又稱魔術貼，是以錦綸(即尼龍)、滌綸等合成纖維材料制成的機織織帶，由鉤面帶和毛面帶組成，兩帶接觸時，毛面帶上的纖維線圈與鉤面帶上的鉤結構形成勾合作用，形成粘接力[1]。在受到一定橫力作用下，具有彈性的鉤面射出鉤被拉直，從毛面上松掉而打開，恢復至原來鉤型，粘扣帶可自由黏合和分離，使用極為便利，成為繼紐扣、拉鏈后最為重要的箱包服飾連接輔料，已廣泛應用于服裝鞋帽、電子、醫(yī)療、包裝、軍工等領域。隨著聚合物成型工藝技術的發(fā)展，結構型片狀物擠出模壓技術成為粘扣鉤面帶的主要生產工藝[2]，衍生出單面鉤、雙面勾、蘑菇頭等眾多類型的鉤面帶產品。

傳統(tǒng)滌綸材質粘扣帶材質較硬，手感比較粗糙，易燃燒。尼龍材質粘扣帶不易燃燒，且非常柔軟，適用于服裝上，安全環(huán)保。目前市場上以尼龍為基體樹脂研制開發(fā)粘扣帶呈主導趨勢，且鉤面帶的制備方法以擠出模壓為主[3]。Zi等[4]研制了一種尼龍粘扣帶面料，可對織物或光滑表面進行自動機械抓取。

筆者以粘帶扣鉤面帶材料為應用背景，選取尼龍6為基體樹脂，分別添加不同比例的增韌劑、成核劑和脫模劑，制備優(yōu)選出一種射出鉤尼龍專用材料，同時探討分析了不同添加劑、不同比例對專用料熔體流動速率(MFR)、拉伸強度、抗疲勞性、耐酸堿性等性能影響，滿足市場上粘扣帶使用要求，為粘扣帶的研究探索提供了一種新的思路。

1 實驗部分

1.1 主要原料

尼龍6切片：YH-400，湖南岳化化工股份有限公司；

馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE)：WSL-50 J-6，自制；

羧酸鈣鹽：Licomont cav 102，科萊恩化工有限公司；

抗氧劑1010：汽巴精化有限公司；

硅酮：WSL-10L-1，自制；

乙撐雙硬脂酰胺：花王化工有限公司；

粘扣毛面帶：市售。

1.2 主要設備儀器

同向雙螺桿擠出機：CTE-35型，南京科倍隆機械有限公司；

注塑機：YH30型，寧波海天機電有限公司；

MFR試驗儀：XNR-400AM型，承德科承試驗機有限公司；

電子萬能試驗機：CMT5205型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司；

粘扣帶疲勞測試儀：GT-7082-E型，廣東艾斯瑞儀器科技有限公司；

數碼電子顯微鏡：B011型，深圳超眼科技有限公司。

1.3 試驗過程

(1) 試樣制備。

將尼龍6切片、增韌劑馬來酸酐接枝POE、成核劑羧酸鈣鹽、脫模劑硅酮等組分按比例稱取，見表1，高速混合，在同向雙螺桿擠出機熔融擠出造粒，制得粘扣帶尼龍專用料樹脂顆粒。擠出溫度220～255 ℃，螺桿轉速400 r/min。

表1 實驗原料各組分配比 %

將樹脂顆粒在100 ℃干燥4 h，采用擠出滾壓工藝制備粘扣帶鉤面帶。

(2) 拉伸強度試樣制備。

注塑制備拉伸強度試樣。

(3)抗疲勞性能試樣制備。

取0#，2#，5#，8#四種射出鉤樣品，分別剪取長650 mm、寬50 mm的鉤面帶及毛面帶2片，組成2組，得8組試樣。

圖2為粘扣帶疲勞試驗裝置中的上下滾輪示意圖。按0#，2#，5#，8#樣品順序選取0#的第一組試樣，將試樣鉤面帶和毛面帶分別環(huán)繞貼合在滾輪上，使得試樣與滾輪平行并吻合，調整計數器，使樣品離合1 000，2 000，3 000次，取下試樣。0#第二組試樣采用同樣方法處理。

①剪切強度試樣制備。

按試樣順序，將經上述疲勞試驗步驟所得的8組試樣，每種序號取第一組試樣，在其上裁取長度為100 mm，有效寬度為20 mm的4片鉤面試樣，再從毛面粘扣帶上裁取同樣長度大小的4片毛面試樣，組成4組試樣，每組試樣包含一段鉤面帶和一段毛面粘扣帶。

將鉤面帶鉤面朝上放在平臺上，毛面帶毛面朝下放在鉤面帶上，使鉤面帶和毛面帶兩端錯開，沿長邊方向輕輕壓合，并使其有效寬度為50 mm (如圖3所示)。

用拉力試驗機滾筒沿長度方向來回滾過試樣共計10次，然后將試樣翻面，防止試樣彎曲。

②剝離強度試樣制備。

取四種粘扣帶中經疲勞試驗后的第二組試樣，參照剪切強度試樣制備方法獲得試樣，且在黏合時將鉤面帶和毛面帶的一端對齊，再輕輕壓合，并使其有效長度為50 mm (如圖4所示)。

(4) 耐酸堿性能試樣制備。

取0#～9#尼龍6專用料樹脂顆粒，按拉伸樣條制備，每種試樣制備6根，平分為兩組，制得30根，統(tǒng)一編號。

①配置酸液 配置pH為3的硫酸溶劑。

②配置堿液 配置pH為11的氫氧化鉀溶劑。

1.4 性能測試與表征

MFR按GB/T 3682-2018測試；

拉伸強度按GB/T 1040-2022測試，拉伸速率50 mm/min，1 A型試樣；

剪切強度按GB/T 23315-2009測試，設定夾持距離75 mm，拉伸速度100 mm/min；

剝離強度按GB/T 23315-2009測試，設定夾持距離75 mm，拉伸速度50 mm/min。

2 結果與討論

2.1 熔體流動性影響因素分析

0#～9#試樣在230 ℃，2.16 kg測試條件下的MFR測試結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著增韌劑馬來酸酐接枝POE添加量的增加，粘扣帶尼龍專用料的MFR呈下降趨勢。這是因為增韌劑結構中的馬來酸酐基團與尼龍6樹脂發(fā)生原位化學反應，產生部分交聯[5]，分子間作用力增強，且增韌劑本身黏度較高特性，導致材料的流動性變差，但大大增加了射出鉤的韌性，抗撕裂性能增加。

從添加相同含量增韌劑的試樣測試結果可得，成核劑羧酸鈣鹽的添加，對MFR有少量提升作用。這是因為在熔融狀態(tài)下，由于成核劑提供尼龍6基體樹脂所需的晶核，聚合物由原來的均相成核轉變成異相成核[6]，從而加速了結晶速度，使晶粒結構細化，從而增加了射出鉤尼龍6專用料的流動性[7]。脫模劑在復配作用下，對MFR影響不大[8]。

2.2 拉伸強度影響分析

0#～9#拉伸強度與斷裂伸長率測試結果如圖6所示，因成核劑和脫模劑對專用料拉伸性能影響不大，故主要考察不同添加量增韌劑對射出鉤尼龍6專用料性能的影響。由圖6可知，隨著增韌劑添加量增加，粘扣帶尼龍專用料的拉伸強度呈下降趨勢[9]。這是由于增韌劑作為分散相，強度遠低于尼龍6基體樹脂，增韌劑的加入使尼龍6基體樹脂相對比例減少，故射出鉤尼龍6專用料拉伸強度降低。

由圖6可以看出，相比于增韌劑添加量為0的純尼龍6原料，加入增韌劑的射出口尼龍專用料斷裂伸長率顯著提高[10]。這是因為尼龍6聚合物結構中的酰胺基團與增韌劑結構中的馬來酸酐基團進行化學反應，形成結構穩(wěn)定的共價鍵[11]，使得射出鉤尼龍6專用料的斷裂伸長率增加。當增韌劑的添加質量分數大于15%時，斷裂伸長率增幅放緩。

2.3 抗疲勞性影響分析

取每種樣品4組分別測試其剪切強度、剝離強度，結果取平均值，試驗結果如圖7和圖8所示。

由圖7～圖8可知，隨著射出鉤耐疲勞次數的增加，4種射出鉤尼龍6專用料剪切強度和剝離強度呈下降趨勢，剝離強度降低趨勢更為明顯[12]。這是由于尼龍6基體樹脂彎曲剛度相對較大，但耐疲勞性較差，射出鉤專用料在耐疲勞次數為2 000時，部分射出鉤已發(fā)生斷裂，所以剪切強度和剝離強度呈下降趨勢[13]。添加增韌劑后，材料的斷裂伸長率增加，抗疲勞性能較純尼龍樹脂高。參照GB/T 23315-2009標準，耐疲勞次數為1 000時，普通型粘扣剪切強度標準值大于等于7.5 N/cm2，剝離強度標準值大于等于1.6 N/cm，本試驗研究中制得的射出鉤尼龍6專用料均達到標準要求，其中5#試樣性能最優(yōu)。

2.4 耐酸堿性影響分析

取10組樣條浸泡酸性液體中，另10組樣條浸泡堿性液體中，均放置24 h后，取出在25 ℃、相對濕度65%條件下懸晾1 h，分別測試其拉伸強度，如圖9所示。由圖9可知，未浸泡酸堿液的試樣拉伸性能高于浸泡酸液或堿液的試樣性能，但隨著增韌劑含量的增加，拉伸強度性能降低緩慢，最后趨于接近。這是因為隨著增韌劑含量的增加，分子結構中飽和鍵比例提升[14]，交聯密度變大，化學穩(wěn)定性增強，耐酸堿性能增加。說明射出鉤尼龍6專用料具有一定的耐酸堿性，且試樣耐堿性能優(yōu)于耐酸性能。

2.5 射出鉤表觀形貌分析

圖10為0#，5#粘扣帶射出鉤在電子顯微鏡下呈現的形貌特征，從圖10可看出，耐疲勞次數為1 000時，射出鉤部分產生拉伸形變；達2 000時，射出鉤已產生斷裂現象；達3 000時，局部射出鉤已脫落，出現空缺區(qū)域。

圖1 鉤面帶、毛面帶及兩面扣合圖

圖2 粘扣帶疲勞試驗裝置

圖3 剪切強度測試試樣

圖4 剝離強度測試試樣

圖5 射出鉤尼龍6專用料的MFR

圖6 射出鉤尼龍6專用料的拉伸強度與斷裂伸長率

圖7 4種射出鉤尼龍6專用料剪切強度

圖8 4種射出鉤尼龍6專用料剝離強度

圖9 酸堿性對射出鉤尼龍6專用料拉伸強度的影響

圖10 射出鉤顯微形貌特征

3 結論

(1)隨著增韌劑含量的增加，粘扣帶射出鉤尼龍6專用料MFR減小。成核劑及脫模劑對專用料MFR影響稍小。

(2)粘扣帶射出鉤尼龍6專用料拉伸性能隨著增韌劑馬來酸酐接枝POE含量的增加呈下降趨勢。

(3)耐疲勞次數達1 000時，粘扣帶射出鉤尼龍6專用料剪切強度高于標準值7.5 N/cm2，剝離強度高于標準值1.6 N/cm。

(4)隨增韌劑馬來酸酐接枝POE含量的增加，粘扣帶射出鉤尼龍6專用料耐化學性能增強，且耐堿性優(yōu)于耐酸性。

(5)馬來酸酐接枝POE比例15%、成核劑羧酸鈣鹽0.4%、脫模劑硅酮1.5%為最優(yōu)配比。