廢紙基電路板非金屬材料性質(zhì)及其復(fù)合材料性能分析

摘 要：在廢紙基電路板回收方面，還要掌握電路板非金屬材料性質(zhì)，并加強(qiáng)對利用該材料制備的復(fù)合材料的性能分析。基于這種認(rèn)識，本文對廢紙基電路板非金屬材料性質(zhì)及其復(fù)合材料性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，廢紙基電路板非金屬粉中聚合物多為不規(guī)則形狀，并且含有少量纖維顆粒。添加30%改性得到的0.08cm廢紙基電路板非金屬粉，能夠使復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度提高9.1MPa，耐熱性提高2℃，并且能夠使材料穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：廢紙基電路板；非金屬材料性質(zhì)；復(fù)合材料性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.242

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，大量的廢紙基電路板也隨之產(chǎn)生。為避免這些電子廢棄物給環(huán)境帶來威脅，還要實(shí)現(xiàn)對這些資源的回收和再利用。而就目前來看，廢紙基電路板非金屬材料可用于進(jìn)行復(fù)合材料的制備。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對廢紙基電路板非金屬材料性質(zhì)及其復(fù)合材料性能分析，以便更好的實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的回收利用。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

為對廢紙基電路板非金屬材料性質(zhì)及其復(fù)合材料性能進(jìn)行分析，在將廢紙基電路板上的金屬和電子元件去除后，對其進(jìn)行了破碎處理，從而得到了實(shí)驗(yàn)需要使用的粒料。為獲得非金屬粉，使用超微粉碎機(jī)對廢紙基電路板非金屬粉進(jìn)行了進(jìn)一步破碎。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用的粒料有兩種粒徑，分別為0.08cm和0.25cm。使用廢紙基電路板非金屬粉和聚丙烯，則能完成復(fù)合材料的制備。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

為確定非金屬材料的性質(zhì)，利用掃描顯微鏡對其形貌特征和能譜進(jìn)行了分析。在掃描前，通過噴金處理增強(qiáng)試樣導(dǎo)電性。為測定元素組成，使用900℃馬弗爐進(jìn)行材料處理，以確保有機(jī)材料能夠得到揮發(fā)。通過稱重，可確定材料中有機(jī)物質(zhì)的含量。在此基礎(chǔ)上，利用X熒光光譜儀對元素組成進(jìn)行測定，然后通過歸一化處理得到各元素含量。在復(fù)合材料性能測定上，利用熱重分析儀完成了擦了穩(wěn)定性的測定，即在80ml/min氮?dú)饬魉傧逻M(jìn)行測定，并且分別以20℃/min和10℃/min速度分別實(shí)現(xiàn)100-160℃和160-600℃階段的升溫。為測定材料彎曲性能，使用彎曲強(qiáng)度用萬能材料試驗(yàn)機(jī)，在室溫下分別以10mm/min和50mm/min速度進(jìn)行測試。為確定材料維卡轉(zhuǎn)化溫度，利用熱變形溫度測定儀在10N荷載和50℃/h加熱速率下進(jìn)行了測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 廢紙基電路板的非金屬材料性質(zhì)

（1）形貌特征觀察結(jié)果。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，非金屬材料在粒徑為0.08cm的條件下，其顆粒大小分布均勻，擁有柱狀和纖維狀形態(tài)，后一種形態(tài)更是以單體形式出現(xiàn)，但大多顆粒依然為不規(guī)則形態(tài)。而粒徑為0.25cm的顆粒大小分布并不均勻，擁有片狀、纖維狀和柱狀形態(tài)，顆粒形態(tài)不規(guī)則。

（2）能譜分析結(jié)果。二氧化硅、氧化鎂、氧化鈣等物質(zhì)為顆粒中的主要物質(zhì)。出現(xiàn)這種情況，主要是因?yàn)殡娐钒逶诜诌x的過程中表面存在單質(zhì)金屬氧化得到的物質(zhì)，同時(shí)也賦存有一些電容陶瓷外殼。

（3）元素組成份析結(jié)果。從元素組成上來看，材料中78%的成份為碳，6.5%的成份為硅，而溴、鋁、鈣、鉛、鐵等元素的含量分別占3.5%、2.5%、2.5%、1.39%和0.7%，剩余鋅、鎂等元素含量不超過0.5%。在非金屬粉中，有機(jī)物的含量約占79%，以樹脂和木纖維中的碳為主要成份，殘留灰分為非金屬粉總量的21%。而灰分中的金屬元素，主要存在于玻璃纖維和陶瓷外殼等氧化物顆粒中。

2.2 廢紙基電路板的復(fù)合材料性能

（1）彎曲性能測試結(jié)果。通過添加改性非金屬粉，能夠使填料和樹脂更加緊密的結(jié)合在一起，從而使顆粒得到均勻分布，繼而使粉與樹脂間相容性得到改善。而非金屬粉粒徑為0.08cm時(shí)，不斷進(jìn)行粉的添加，能夠使復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度得到提高。在添加量達(dá)到30%時(shí)，彎曲強(qiáng)度能夠提高9.1MPa。但在粒徑為0.25cm的條件下，一開始進(jìn)行非金屬粉添加能夠使復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度得到提高。而在添加量超過20%時(shí)，材料彎曲強(qiáng)度變化幅度較小。從總體上來看，在非金屬粉的添加量不超過20%時(shí)，相較于粒徑為0.08cm的粉，使用粒徑更大的粉獲得的復(fù)合材料擁有更大的彎曲強(qiáng)度。但一旦超過20%，使用0.08cm的粉將獲得更好的彎曲強(qiáng)度效果。出現(xiàn)這種情況，主要是由于材料充填初期使用大顆粒填充能夠使材料性能在短時(shí)間內(nèi)得到提高。在在充填后期，相較于大粒徑，小粒徑材料能夠更好的與基體樹脂接觸，因此能夠使界面結(jié)合強(qiáng)度得到提高。

（2）維卡軟化溫度測試結(jié)果。從維卡軟化溫度測試結(jié)果來看，通過添加廢紙基電路板非金屬粉，能夠使復(fù)合材料的耐熱性能得到提高。通過添加非金屬粉，可以在基體與粉接觸后產(chǎn)生界面作用。而在高分子鏈溫度有所提高的情況下，這一作用能夠?qū)Σ牧习l(fā)生卷曲進(jìn)行阻礙，所以能夠使復(fù)合材料的耐熱性得到改善。在高溫的條件下，非金屬粉的導(dǎo)熱性能也將隨之減小。因此增大非金屬粉的添加量，能夠使復(fù)合材料耐熱性能得到提高。

（3）材料穩(wěn)定性測試結(jié)果。從材料的穩(wěn)定性測試結(jié)果來看，在250℃條件下，聚丙烯開始失重。在溫度提高至483℃，樣品接近完全分解狀態(tài)。通過添加非金屬粉，則能使復(fù)合材料失重曲線發(fā)生向后漂移的現(xiàn)象。非金屬粉中存在有溴化阻燃劑，所以能夠起到改善材料阻燃性能的作用。增加非金屬粉的添加量，則可以增加復(fù)合材料中溴化阻燃劑的含量，進(jìn)而使材料的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，廢紙基電路板非金屬粉中聚合物多為不規(guī)則形狀，并且含有少量纖維顆粒。將經(jīng)過改性后的廢紙基電路板非金屬粉與聚丙烯混合進(jìn)行復(fù)合材料的制備，能夠使材料的彎曲強(qiáng)度、耐熱性能和穩(wěn)定性得到提高，因此廢紙基電路板非金屬材料可用于改善復(fù)合材料性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張媛.廢紙基印刷電路板的非金屬材料特性研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（27）：31-32.

作者簡介：李聰（1987-），女，湖南人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)員，研究方向：復(fù)合材料。