廢紙基電路板非金屬材料性質及其復合材料性能分析

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，并加強對利用該材料制備的復合材料的性能分析。基于這種認識，本文對廢紙基電路板非金屬材料性質及其復合材料性能進行了實驗研究。通過研究發現，廢紙基電路板非金屬粉中聚合物多為不規則形狀，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，能夠使復合材料彎曲強度提高9.1MPa，耐熱性提高2℃，并且能夠使材料穩定性得到增強。

關鍵詞：廢紙基電路板；非金屬材料性質；復合材料性能

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

0 引言

隨著電子產品的更新換代，大量的廢紙基電路板也隨之產生。為避免這些電子廢棄物給環境帶來威脅，還要實現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行復合材料的制備。因此，還應加強對廢紙基電路板非金屬材料性質及其復合材料性能分析，以便更好的實現電子廢棄物的回收利用。

1 實驗條件

1.1 實驗材料

為對廢紙基電路板非金屬材料性質及其復合材料性能進行分析，在將廢紙基電路板上的金屬和電子元件去除后，對其進行了破碎處理，從而得到了實驗需要使用的粒料。為獲得非金屬粉，使用超微粉碎機對廢紙基電路板非金屬粉進行了進一步破碎。在實驗過程中，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，則能完成復合材料的制備。

1.2 實驗方法

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

2 實驗結果

2.1 廢紙基電路板的非金屬材料性質

（1）形貌特征觀察結果。通過觀察可以發現，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，后一種形態更是以單體形式出現，但大多顆粒依然為不規則形態。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，顆粒形態不規則。

（2）能譜分析結果。二氧化硅、氧化鎂、氧化鈣等物質為顆粒中的主要物質。出現這種情況，主要是因為電路板在分選的過程中表面存在單質金屬氧化得到的物質，同時也賦存有一些電容陶瓷外殼。

（3）元素組成份析結果。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 廢紙基電路板的復合材料性能

（1）彎曲性能測試結果。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，不斷進行粉的添加，能夠使復合材料的彎曲強度得到提高。在添加量達到30%時，彎曲強度能夠提高9.1MPa。但在粒徑為0.25cm的條件下，一開始進行非金屬粉添加能夠使復合材料彎曲強度得到提高。而在添加量超過20%時，材料彎曲強度變化幅度較小。從總體上來看，在非金屬粉的添加量不超過20%時，相較于粒徑為0.08cm的粉，使用粒徑更大的粉獲得的復合材料擁有更大的彎曲強度。但一旦超過20%，使用0.08cm的粉將獲得更好的彎曲強度效果。出現這種情況，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間內得到提高。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，因此能夠使界面結合強度得到提高。

（2）維卡軟化溫度測試結果。從維卡軟化溫度測試結果來看，通過添加廢紙基電路板非金屬粉，能夠使復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，這一作用能夠對材料發生卷曲進行阻礙，所以能夠使復合材料的耐熱性得到改善。在高溫的條件下，非金屬粉的導熱性能也將隨之減小。因此增大非金屬粉的添加量，能夠使復合材料耐熱性能得到提高。

（3）材料穩定性測試結果。從材料的穩定性測試結果來看，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。通過添加非金屬粉，則能使復合材料失重曲線發生向后漂移的現象。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，則可以增加復合材料中溴化阻燃劑的含量，進而使材料的穩定性得到增強。

3 結論

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

參考文獻：

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

作者簡介：李聰（1987-），女，湖南人，碩士研究生，實驗員，研究方向：復合材料。