廢紙基印刷電路板的非金屬材料特性研究

摘 要：文章主要對廢紙基印刷電路板的非金屬材料特性進行了研究。通過試驗分別研究了PCB非金屬粉的形貌特征、成份組成和熱分解特性3個方面的特性。為PCB非金屬材料的回收和資源化利用提供理論技術和試驗數據，具有一定的理論意義和應用價值。

關鍵詞：廢紙基印刷電路板；非金屬材料特性；試驗研究

1 概述

隨著電子信息產業的發展，極大地加快了電子產品的更新換代的速度，從而產生了大量的電子廢棄物，對環境和人體健康造成了巨大的潛在危險。印刷電路板是家用電器和信息電子產品最基本的構件。隨著家用電器的大量報廢淘汰，廢紙基PCBs的產生量巨大，對于電子電器產品中的電路板進行有效地資源化回收處理，已經成為當前關系到我國經濟、社會和環境的可持續發展，是我國再生資源回收利用的一個新課題。而對廢紙基PCBs中所含非金屬粉的非金屬材料特性的研究是應用其作為填充材料的基礎，也是回收利用印刷電路板的關鍵技術。

紙基印刷線路板非金屬粉是經過沖擊破碎、氣流分選金屬后得到的含有紙纖維、樹脂以及各種添加劑和金屬的混合物。過篩分選后，得到不同粒徑的非金屬材料。

文章主要通過試驗對廢紙基印刷電路板非金屬材料的特性進行研究，以掌握紙基PCB非金屬材料的基本性質，為紙基PCB回收利用做好充分的理論和試驗準備。文章主要對PCB非金屬粉的形貌特征、成份組成和熱分解特性3個方面進行了研究。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

本實驗采用去除金屬以及電子元件的紙基PCB破碎后的粒料。為了增加試驗對比效果，本研究選取0.08mm和0.25mm兩個粒徑的紙基PCBs非金屬粉作為研究對象。為滿足實驗需要，將非金屬粉用超微粉碎機（RT-25，臺灣）進一步粉碎，過篩，得到0.08mm（180目）和0.25mm（60目）兩個粒徑的非金屬粉。

2.2 試驗方法

用掃描顯微電鏡觀察0.08mm和0.25mm粒徑非金屬粉的形貌特征，并做能譜分析。在電鏡掃描測試前，為增加其導電性，樣品噴金處理。

非金屬材料在900℃馬弗爐內使有機材料揮發，通過稱重分析揮發組分（有機組分）含量；使用X熒光光譜儀（XRF-1700）測定非金屬粉和其灰分元素組成，歸一化后分析元素含量。

采用型熱重分析儀（STA409C/3/F，德國Netzsch公司）對非金屬粉的分解溫度進行測定，從而分析其熱穩定性能。測定條件為：氮氣流速為80ml/min；升溫分兩段，在100-160℃階段升溫速率為20℃/min，在160-600℃階段升溫速率為10℃/min。

3 試驗結果分析

3.1 非金屬粉的形貌特征分析

利用掃描顯微電鏡對0.08mm和0.25mm粒徑非金屬粉進行觀察，得到的結果如圖1，圖2。

由掃描照片可見0.25mm粒徑的非金屬粉基本為顆粒狀形態存在，而且顆粒粒徑大小成不均勻分布，顆粒形態有纖維狀、柱狀、片狀，但主要是以不規則顆粒狀形態存在。圖2是0.08mm粒徑非金屬粉的電鏡掃描照片。由掃描照片可見顆粒粒徑大小相對于0.25mm粒徑的非金屬粉分布較均勻，顆粒形態有纖維狀、柱狀，且纖維以單根形式存在，但顆粒形態也主要是以不規則顆粒狀存在。

3.2 非金屬粉的元素分析

將非金屬粉在馬弗爐內900℃加熱至衡重，使其有機物以及揮發性物質揮發，取其灰分稱重。將非金屬粉和其灼燒灰分做X熒光光譜分析（XRF），歸一化處理后，其組成元素組成及含量見表1、表2。

對比非金屬粉與其灰分的XRF，可以看出所研究的非金屬粉有機物含量約占79%，其中碳是木纖維和樹脂的主要成份，溴是阻燃劑的成份。殘留灰分量占其總量的21%，灰分主要成份為氧、硅、鈣、鋁、鎂等以及錫、鉛、銅等金屬。灰分中所含金屬可能為分選過程中，殘余在非金屬粉中的少量金屬以及小電容陶瓷外殼、玻璃纖維等無機氧化物顆粒。

3.3 非金屬粉的能譜分析

圖3是非金屬粉焚燒殘渣的電鏡掃描照片，選其1、2兩個區域做能譜分析，能譜圖如圖4所示。

由能譜圖譜、電鏡掃描照片及灼燒灰分XRF可知，焚燒殘渣纖維主要成份為SiO2、CaO、Al2O3等，可推斷其為玻璃纖維，顆粒主要成份為SiO2、CaO、Al2O3、MgO等，這可能是分選過程中廢電路板表面殘留的小電容陶瓷外殼以及殘留單質金屬被氧化的結果。

3.4 非金屬粉的熱重分析

熱重分析是在程序控溫下，非金屬粉的質量隨溫度的變化關系，獲得的失重曲線可判斷非金屬粉的熱穩定性。由試驗結果可知，非金屬粉在100℃之前為干燥階段，失重的物質為水。依據國際標準局（ISO）的規定，把失重20%和50%的兩點的直線與基線的延長線的焦點定義為起始分解溫度，在100℃之前為失水階段，故非金屬粉熱分解基線取100℃時的失重量，由此計算的兩種粒徑非金屬粉的起始熱分解溫度以及由DTG曲線獲得的最大失重速率溫度如表3所示。

由表3可見兩種粒徑非金屬粉的熱分解特性有所不同，0.08mm粒徑非金屬粉的起始熱分解溫度略滯后于0.25mm粒徑的非金屬粉。破碎的非金屬粉因粒徑的不同，小粒徑非金屬粉中的阻燃劑能從熱固性樹脂中較完全的解離出來，而大粒徑非金屬粉中部分阻燃劑包裹樹脂當中，阻燃劑的釋放分解是隨著熱固性樹脂分解釋放起作用的，當溫度升高到阻燃劑分解溫度時，小粒徑非金屬粉單位體積里分解的阻燃劑的量大于大粒徑非金屬粉分解的阻燃劑的量，從而使不同粒徑的非金屬粉的熱穩定性產生差異。

4 結束語

文章采用電鏡掃描、能譜分析、X熒光光譜以及熱重分析等分析手段研究了0.08mm和0.25mm兩種粒徑非金屬材料的物理化學特性，結果表明：

（1）0.08mm和0.25mm兩種粒徑的非金屬粉基本為顆粒狀形態存在。

（2）在非金屬粉中，熱固性樹脂-紙纖維復合體約占80%，無機顆粒約占20%，其中包含有少量的玻璃纖維，這些顆粒具有一定剛性和強度。

（3）0.08mm粒徑的非金屬粉熱穩定性能優于0.25mm粒徑的非金屬粉。

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作者簡介：張媛（1979，07-），女，民族：漢族，籍貫：重慶長壽，職稱：講師，學歷：碩士，單位：重慶工程職業技術學院，研究方向：化學。