1 概述
园林工具手柄传统上使用木制品，但随近年来森林资源的匮乏和国家对于资源保护意识的加强，采取了很多措施控制对木材的开采，尤其在出口退税上加大了管制力度，限制出口，且木质玻璃钢园林工具手柄有其本身固有的缺点，如重量大、易腐烂、强度低等。而拉挤成型玻璃钢铁锹手柄具有木制手柄不可比拟的优点，重量轻、耐腐蚀、强度高，近几年来尤其是欧美国家已经大批量从中国进口玻璃钢园林工具手柄。
拉挤工艺的基本过程为：在牵引装置的作用下,纤维增强材料以适当的速度连续通过浸胶槽、预成型模后，直接进入加热的拉挤模具。在模具内树脂基体完成固化反应，形成具有规定的横截面形状的复合材料制品，并按使用要求自动切成一定的长度。不难理解，浸渍树脂基体的纤维增强材料(拉挤物料)在加热模具内的连续运动和完成一系列物理变化和化学反应，是拉挤工艺的两个基本要素。
本文介绍的园林工具手柄是通过拉挤的成型方法，采用玻璃纤维缝编毡和拉挤表面毡作为增强材料，专用的拉挤树脂做为基体材料，通过高温的模腔加热而成。特别是在表面采用了表面毡，生产的产品表面光滑，持久耐用，不褪色，特别适合用做园林工具手柄。
2 拉挤园林工具手柄的成型
2.1 主要原材料
主要原材料为拉挤专用不饱和聚酯树脂，粘度为0.3~0.4Pa·s；
纤维纱，4800g/km；缝编毡,300g/m；碳酸钙，800目；固化剂，过氧化二苯甲酰，过氧化苯甲酰叔丁酯；脱模剂，有机硅类。
2.2 反应原理
拉挤工艺过程玻璃纤维从浸胶槽通过，经模具加热后，形成了具有一定形状的制品。在这个过程中树脂由液体变为固体，也就是不饱和聚酯树脂产生固化。
不饱和聚酯树脂的固化属于自由基共聚合反应。固化反应具有链引发、链增长、链终止、链转移四个游离基反应的特点。
不饱和聚酯树脂固化的启动是首先使不饱和C＝C双键断裂，由于化学键发生断裂所需的能量不同，对于C＝C键，其键能E＝350kJ/mol，需350~550℃的温度才能将其激发裂解。显然，在这样高的温度下使树脂固化是不实用的。因此人们找到了能在较低的温度下即可分解产生自由基的物质，这就是有机过氧化物。一些有机过氧化物的O-O键可在较低温度下分解产生自由基。其中一些能在50~150℃分解的过氧化物对树脂的固化有很大利用价值。我们可利用有机过氧化物的这一特性，选择其中的一些作为树脂的引发剂，或称为固化剂。
我们可以根据过氧化物的临界温度不同将过氧化物分为中温引发剂或高温引发剂。对于拉挤成型是依据所使用的过氧化物的临界温度来确定工作温度的。一般设定工作温度要稍高于引发剂的临界温度。在拉挤成型中,我们采用过氧化苯甲酰和过氧化二叔丁基作为引发剂，过氧化苯甲酰的临界温度是70℃，过氧化二叔丁基的临界温度为146℃。我们采用在模具方向分阶段固化的方法，共分三阶段，第一阶段为90℃，第三阶段为160℃，第二阶段我们选用中间值120℃。
不饱和聚酯树脂固化过程中分子结构产生了如下的变化：
UPR的固化过程是UPR分子链中的不饱和双键与交联单体(通常为苯乙烯)的双键发生交联聚合反应，由线型长链分子形成三维立体网络结构的过程。在这一固化过程中，存在三种可能发生的化学反应，即：
①苯乙烯与聚酯分子之间的反应；②苯乙烯与苯乙烯之间的反应；③聚酯分子与聚酯分子之间的反应。
值得注意的是，在聚酯分子结构中有反式双键存在时，易发生第三种反应，也就是聚酯分子与聚酯分子之间的反应，这种反应可以使分子之间结合的更紧密，因而可以提高树脂的各项性能。
不饱和树脂固化过程的表观特征有如下变化：
不饱和聚酯树脂的固化过程可分为三个阶段,分别为：
(1)凝胶阶段(A阶段)：从加入固化剂、促进剂后算起，直到树脂凝结成胶冻状而失去流动性的阶段。该结段中，树脂能熔融，并可溶于某些溶剂(如乙醇、丙酮等)中。这一阶段大约需要几分钟至几十分钟。
(2)硬化阶段(B阶段)：从树脂凝胶后算起，直到变成具有足够硬度，达到基本不粘手状态的阶段。该阶段中，树脂与某些溶剂(如乙醇、丙酮等)接触时能溶胀但不能溶解，加热时可以软化但不能完全熔化。这一阶段大约需要几十分钟至几小时。
(3)熟化阶段(C阶段)：在室温下放置，从硬化以后算起，达到制品要求硬度，具有稳定的物理与化学性能可供使用的阶段。该阶段中，树脂既不溶解也不熔融。我们通常所指的后期固化就是指这个阶段。这个阶段通常是一个很漫长的过程，通常需要几天或几星期甚至更长的时间。
A阶段和B阶段在模腔内就已经完成，而C阶段是后固化处理的过程。
2.3 工艺过程
首先加热模具至所需温度，然后按照管的直径及厚度计算好穿纱量后将纱穿好，并通过模具和夹具，将纱固定好。将填料事先准备好加入树脂中，搅拌均匀后，加入固化剂、脱模剂、色糊并搅拌均匀后，倒入料槽。使树脂浸透纤维，然后开动机器，控制行车速度，并逐渐将毡加入直至纤维和毡都通过模具。观察制品的固化情况，根据固化状况随时调整速度。切割纤维管至所需长度。
2.4 拉挤玻璃钢园林工具手柄的技术指标
外观平整光滑，颜色均匀，切割面光顺无毛刺，纤维管在长度方向的挠度≤3mm/m,1m管简支梁试验在中点处承力≥200kg，在500mm处悬臂梁试验≥80kg.
3 结果与讨论
3.1 填料加量对于纤维管表面及强度的影响
不饱和聚酯树脂在反应过程中会产生收缩，对纤维管会产生两方面的影响，一方面是在长度方向的收缩会使纤维管产生挠度，进而影响产品质量；另一方面是产品表面的收缩会在产品表面留下玻璃纤维的痕迹，使产品表面粗糙。填料的加入会减少收缩，并且增加制品的韧性。当填料加量为5%时，对于纤维管收缩，上述两个方面的改善没有过大影响，当填料量为30%时，表面光洁度明显改善，收缩降低，挠度减小。但是试验强度影响过大，不能满足纤维管的强度试验，而且生产中粘度过大，影响生产。通过试验证明填料加量在10~20％时为最佳值。
3.2 各种纤维织物对纤维管表面和强度的影响
玻璃纤维是拉挤成型的主要增强材料。这类材料工艺性良好、质量均匀，能在纵向上赋予制品很高的强度和模量，但是其横向力学性能差，连续纤维原纱毡能够提高制品的横向强度，但是其重量分布不均匀，因此制品的表观质量、结构性能抗拉强度均受影响。表面毡能够在制品表面形成富树脂层，有利于提高表面质量及耐腐蚀、耐老化等性能，并且有利于提高制品的横向强度。试验结果表明，在园林工具手柄的成型中选用这三种纤维复合能够同时满足其表面、横向强度和纵向强度的要求。
3.3 成型温度和速度对于纤维管的性能及生产效率的影响
成型温度取决于固化剂的临界温度。我们选用过氧化苯甲酰和过氧化二叔丁基做为固化剂，过氧化苯甲酰的临界温度为70℃，过氧化二叔丁基的临界温度为146℃。我们在试验中对于三个阶段的固化温度分别选取:第一阶段:80℃,90℃,100℃;第二阶段：100℃,110℃,120℃;第二阶段:150℃,160℃,170℃。选用过低的温度会使拉挤的速度变得很慢，影响生产效率；选用过高的温度虽然加快了生产效率，但是在纤维管表面会有微裂纹。试验表面温度控制在90℃,120℃,160℃，速度控制在300mm/m能够获得很好的拉挤效率和产品质量。
4 结论
(1)拉挤成型园林工具手柄在成型时表面采用了表面毡，提高了光洁度，增加了横向强度。和连续纤维毡及玻璃纤维复合使用能够保证制品的强度；
(2)填料的加入，改善了制品的韧性，减少了收缩,降低了成本，并大大提高了制品的表面光洁度；
(3)成型温度和速度的合理选择能够使生产效率和产品质量达到最优值。
京ICP备14000539号