1 概述
      園林工具手柄傳統(tǒng)上使用木制品，但隨近年來森林資源的匱乏和國家對于資源保護意識的加強，采取了很多措施控制對木材的開采，尤其在出口退稅上加大了管制力度，限制出口，且木質玻璃鋼園林工具手柄有其本身固有的缺點，如重量大、易腐爛、強度低等。而拉擠成型玻璃鋼鐵鍬手柄具有木制手柄不可比擬的優(yōu)點，重量輕、耐腐蝕、強度高，近幾年來尤其是歐美國家已經大批量從中國進口玻璃鋼園林工具手柄。

      拉擠工藝的基本過程為：在牽引裝置的作用下,纖維增強材料以適當的速度連續(xù)通過浸膠槽、預成型模后，直接進入加熱的拉擠模具。在模具內樹脂基體完成固化反應，形成具有規(guī)定的橫截面形狀的復合材料制品，并按使用要求自動切成一定的長度。不難理解，浸漬樹脂基體的纖維增強材料(拉擠物料)在加熱模具內的連續(xù)運動和完成一系列物理變化和化學反應，是拉擠工藝的兩個基本要素。

      本文介紹的園林工具手柄是通過拉擠的成型方法，采用玻璃纖維縫編氈和拉擠表面氈作為增強材料，專用的拉擠樹脂做為基體材料，通過高溫的模腔加熱而成。特別是在表面采用了表面氈，生產的產品表面光滑，持久耐用，不褪色，特別適合用做園林工具手柄。

2 拉擠園林工具手柄的成型

       2.1 主要原材料

       主要原材料為拉擠專用不飽和聚酯樹脂，粘度為0.3~0.4Pa·s；
       纖維紗，4800g/km；縫編氈,300g/m；碳酸鈣，800目；固化劑，過氧化二苯甲酰，過氧化苯甲酰叔丁酯；脫模劑，有機硅類。

      2.2 反應原理

      拉擠工藝過程玻璃纖維從浸膠槽通過，經模具加熱后，形成了具有一定形狀的制品。在這個過程中樹脂由液體變?yōu)楣腆w，也就是不飽和聚酯樹脂產生固化。

      不飽和聚酯樹脂的固化屬于自由基共聚合反應。固化反應具有鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉移四個游離基反應的特點。

      不飽和聚酯樹脂固化的啟動是首先使不飽和C＝C雙鍵斷裂，由于化學鍵發(fā)生斷裂所需的能量不同，對于C＝C鍵，其鍵能E＝350kJ/mol，需350~550℃的溫度才能將其激發(fā)裂解。顯然，在這樣高的溫度下使樹脂固化是不實用的。因此人們找到了能在較低的溫度下即可分解產生自由基的物質，這就是有機過氧化物。一些有機過氧化物的O-O鍵可在較低溫度下分解產生自由基。其中一些能在50~150℃分解的過氧化物對樹脂的固化有很大利用價值。我們可利用有機過氧化物的這一特性，選擇其中的一些作為樹脂的引發(fā)劑，或稱為固化劑。

      我們可以根據過氧化物的臨界溫度不同將過氧化物分為中溫引發(fā)劑或高溫引發(fā)劑。對于拉擠成型是依據所使用的過氧化物的臨界溫度來確定工作溫度的。一般設定工作溫度要稍高于引發(fā)劑的臨界溫度。在拉擠成型中,我們采用過氧化苯甲酰和過氧化二叔丁基作為引發(fā)劑，過氧化苯甲酰的臨界溫度是70℃，過氧化二叔丁基的臨界溫度為146℃。我們采用在模具方向分階段固化的方法，共分三階段，第一階段為90℃，第三階段為160℃，第二階段我們選用中間值120℃。

      不飽和聚酯樹脂固化過程中分子結構產生了如下的變化：

      UPR的固化過程是UPR分子鏈中的不飽和雙鍵與交聯單體(通常為苯乙烯)的雙鍵發(fā)生交聯聚合反應，由線型長鏈分子形成三維立體網絡結構的過程。在這一固化過程中，存在三種可能發(fā)生的化學反應，即：

      ①苯乙烯與聚酯分子之間的反應；②苯乙烯與苯乙烯之間的反應；③聚酯分子與聚酯分子之間的反應。

      值得注意的是，在聚酯分子結構中有反式雙鍵存在時，易發(fā)生第三種反應，也就是聚酯分子與聚酯分子之間的反應，這種反應可以使分子之間結合的更緊密，因而可以提高樹脂的各項性能。

      不飽和樹脂固化過程的表觀特征有如下變化：
      不飽和聚酯樹脂的固化過程可分為三個階段,分別為：
      (1)凝膠階段(A階段)：從加入固化劑、促進劑后算起，直到樹脂凝結成膠凍狀而失去流動性的階段。該結段中，樹脂能熔融，并可溶于某些溶劑(如乙醇、丙酮等)中。這一階段大約需要幾分鐘至幾十分鐘。

      (2)硬化階段(B階段)：從樹脂凝膠后算起，直到變成具有足夠硬度，達到基本不粘手狀態(tài)的階段。該階段中，樹脂與某些溶劑(如乙醇、丙酮等)接觸時能溶脹但不能溶解，加熱時可以軟化但不能完全熔化。這一階段大約需要幾十分鐘至幾小時。

      (3)熟化階段(C階段)：在室溫下放置，從硬化以后算起，達到制品要求硬度，具有穩(wěn)定的物理與化學性能可供使用的階段。該階段中，樹脂既不溶解也不熔融。我們通常所指的后期固化就是指這個階段。這個階段通常是一個很漫長的過程，通常需要幾天或幾星期甚至更長的時間。

      A階段和B階段在模腔內就已經完成，而C階段是后固化處理的過程。

       2.3 工藝過程

      首先加熱模具至所需溫度，然后按照管的直徑及厚度計算好穿紗量后將紗穿好，并通過模具和夾具，將紗固定好。將填料事先準備好加入樹脂中，攪拌均勻后，加入固化劑、脫模劑、色糊并攪拌均勻后，倒入料槽。使樹脂浸透纖維，然后開動機器，控制行車速度，并逐漸將氈加入直至纖維和氈都通過模具。觀察制品的固化情況，根據固化狀況隨時調整速度。切割纖維管至所需長度。

       2.4 拉擠玻璃鋼園林工具手柄的技術指標

       外觀平整光滑，顏色均勻，切割面光順無毛刺，纖維管在長度方向的撓度≤3mm/m,1m管簡支梁試驗在中點處承力≥200kg，在500mm處懸臂梁試驗≥80kg.

3 結果與討論

      3.1 填料加量對于纖維管表面及強度的影響

      不飽和聚酯樹脂在反應過程中會產生收縮，對纖維管會產生兩方面的影響，一方面是在長度方向的收縮會使纖維管產生撓度，進而影響產品質量；另一方面是產品表面的收縮會在產品表面留下玻璃纖維的痕跡，使產品表面粗糙。填料的加入會減少收縮，并且增加制品的韌性。當填料加量為5%時，對于纖維管收縮，上述兩個方面的改善沒有過大影響，當填料量為30%時，表面光潔度明顯改善，收縮降低，撓度減小。但是試驗強度影響過大，不能滿足纖維管的強度試驗，而且生產中粘度過大，影響生產。通過試驗證明填料加量在10~20％時為最佳值。

      3.2 各種纖維織物對纖維管表面和強度的影響

      玻璃纖維是拉擠成型的主要增強材料。這類材料工藝性良好、質量均勻，能在縱向上賦予制品很高的強度和模量，但是其橫向力學性能差，連續(xù)纖維原紗氈能夠提高制品的橫向強度，但是其重量分布不均勻，因此制品的表觀質量、結構性能抗拉強度均受影響。表面氈能夠在制品表面形成富樹脂層，有利于提高表面質量及耐腐蝕、耐老化等性能，并且有利于提高制品的橫向強度。試驗結果表明，在園林工具手柄的成型中選用這三種纖維復合能夠同時滿足其表面、橫向強度和縱向強度的要求。

       3.3 成型溫度和速度對于纖維管的性能及生產效率的影響

      成型溫度取決于固化劑的臨界溫度。我們選用過氧化苯甲酰和過氧化二叔丁基做為固化劑，過氧化苯甲酰的臨界溫度為70℃，過氧化二叔丁基的臨界溫度為146℃。我們在試驗中對于三個階段的固化溫度分別選取:第一階段:80℃,90℃,100℃;第二階段：100℃,110℃,120℃;第二階段:150℃,160℃,170℃。選用過低的溫度會使拉擠的速度變得很慢，影響生產效率；選用過高的溫度雖然加快了生產效率，但是在纖維管表面會有微裂紋。試驗表面溫度控制在90℃,120℃,160℃，速度控制在300mm/m能夠獲得很好的拉擠效率和產品質量。

4 結論

      (1)拉擠成型園林工具手柄在成型時表面采用了表面氈，提高了光潔度，增加了橫向強度。和連續(xù)纖維氈及玻璃纖維復合使用能夠保證制品的強度；

      (2)填料的加入，改善了制品的韌性，減少了收縮,降低了成本，并大大提高了制品的表面光潔度；

      (3)成型溫度和速度的合理選擇能夠使生產效率和產品質量達到最優(yōu)值。