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(hù)意識的加強(qiáng)，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(zhì)玻璃鋼園林工具手柄有其本身固有的缺點(diǎn)，如重量大、易腐爛、強(qiáng)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(diǎn)，重量輕、耐腐蝕、強(qiáng)度高，近幾年來尤其是歐美國家已經(jīng)大批量從中國進(jìn)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(qiáng)材料以適當(dāng)?shù)乃俣冗B續(xù)通過浸膠槽、預(yù)成型模后，直接進(jìn)入加熱的拉擠模具。在模具內(nèi)樹脂基體完成固化反應(yīng)，形成具有規(guī)定的橫截面形狀的復(fù)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(qiáng)材料(拉擠物料)在加熱模具內(nèi)的連續(xù)運(yùn)動和完成一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)，是拉擠工藝的兩個(gè)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(qiáng)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(chǎn)的產(chǎn)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(jī)硅類。

      2.2 反應(yīng)原理

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

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

      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(xué)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(shí)用的。因此人們找到了能在較低的溫度下即可分解產(chǎn)生自由基的物質(zhì)，這就是有機(jī)過氧化物。一些有機(jī)過氧化物的O-O鍵可在較低溫度下分解產(chǎn)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(jià)值。我們可利用有機(jī)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(jù)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(jù)所使用的過氧化物的臨界溫度來確定工作溫度的。一般設(shè)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(jié)構(gòu)產(chǎn)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(lián)單體(通常為苯乙烯)的雙鍵發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，由線型長鏈分子形成三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程。在這一固化過程中，存在三種可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，即：

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

      值得注意的是，在聚酯分子結(jié)構(gòu)中有反式雙鍵存在時(shí)，易發(fā)生第三種反應(yīng)，也就是聚酯分子與聚酯分子之間的反應(yīng)，這種反應(yīng)可以使分子之間結(jié)合的更緊密，因而可以提高樹脂的各項(xiàng)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(gè)階段,分別為：
      (1)凝膠階段(A階段)：從加入固化劑、促進(jìn)劑后算起，直到樹脂凝結(jié)成膠凍狀而失去流動性的階段。該結(jié)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(dá)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(shí)能溶脹但不能溶解，加熱時(shí)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(shí)。

      (3)熟化階段(C階段)：在室溫下放置，從硬化以后算起，達(dá)到制品要求硬度，具有穩(wěn)定的物理與化學(xué)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(gè)階段。這個(gè)階段通常是一個(gè)很漫長的過程，通常需要幾天或幾星期甚至更長的時(shí)間。

      A階段和B階段在模腔內(nèi)就已經(jīng)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(jì)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(zhǔn)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(jī)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(jù)固化狀況隨時(shí)調(diào)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(shù)指標(biāo)

       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(yàn)在中點(diǎn)處承力≥200kg，在500mm處懸臂梁試驗(yàn)≥80kg.

3 結(jié)果與討論

      3.1 填料加量對于纖維管表面及強(qiáng)度的影響

      不飽和聚酯樹脂在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生收縮，對纖維管會產(chǎn)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(chǎn)生撓度，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面是產(chǎn)品表面的收縮會在產(chǎn)品表面留下玻璃纖維的痕跡，使產(chǎn)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(dāng)填料加量為5%時(shí)，對于纖維管收縮，上述兩個(gè)方面的改善沒有過大影響，當(dāng)填料量為30%時(shí)，表面光潔度明顯改善，收縮降低，撓度減小。但是試驗(yàn)強(qiáng)度影響過大，不能滿足纖維管的強(qiáng)度試驗(yàn)，而且生產(chǎn)中粘度過大，影響生產(chǎn)。通過試驗(yàn)證明填料加量在10~20％時(shí)為最佳值。

      3.2 各種纖維織物對纖維管表面和強(qiáng)度的影響

      玻璃纖維是拉擠成型的主要增強(qiáng)材料。這類材料工藝性良好、質(zhì)量均勻，能在縱向上賦予制品很高的強(qiáng)度和模量，但是其橫向力學(xué)性能差，連續(xù)纖維原紗氈能夠提高制品的橫向強(qiáng)度，但是其重量分布不均勻，因此制品的表觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能抗拉強(qiáng)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(zhì)量及耐腐蝕、耐老化等性能，并且有利于提高制品的橫向強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，在園林工具手柄的成型中選用這三種纖維復(fù)合能夠同時(shí)滿足其表面、橫向強(qiáng)度和縱向強(qiáng)度的要求。

       3.3 成型溫度和速度對于纖維管的性能及生產(chǎn)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(yàn)中對于三個(gè)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(chǎn)效率；選用過高的溫度雖然加快了生產(chǎn)效率，但是在纖維管表面會有微裂紋。試驗(yàn)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(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

      (1)拉擠成型園林工具手柄在成型時(shí)表面采用了表面氈，提高了光潔度，增加了橫向強(qiáng)度。和連續(xù)纖維氈及玻璃纖維復(fù)合使用能夠保證制品的強(qiáng)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)值。