废旧线路板粉末增强复合材料的制备与性能
随着信息产业的高速发展,电子产品更新换代不断加快,线路板数量急剧增长。线路板主要由基板及其上各种电子元器件组成,它不仅含有铜、铝、金、铂等金属元素,还含有溴化阻燃剂等有毒有害物质。如果不妥善处理与处置,不但会造成有用资源的流失,还会增加环境的负担[1,2]。废旧线路板基板主要由覆铜箔板纸经浸渍、干燥、覆铜箔、热压成型制成,约占废弃线路板的30%[3,4]。按使用原料分类,覆铜箔板纸分为植物纤维纸、玻璃纤维纸和合成纤维纸,通常以酚醛树脂、环氧树脂或不饱和聚酯等热固性塑料为粘结剂[5]。由于热固性塑料本身的特点,废弃线路板回收处理得到的基板粉末一般通过焚烧回收热值,或作为粉末用于涂料、铺路材料[6]。上述方法得到的再生产品档次不高,在经济投资和资源利用方面处于劣势,对环境的影响缺乏考虑。
近几年来研究表明,以工业固体废弃物作为增强体,废旧热塑性材料为基体采用模压成型方法制成复合材料成为新的资源[7,8]。目前这些方法多是针对热塑性材料。废弃线路板是热固性材料,不能再作为基体材料,但由于粉碎分离后非金属粉末中增强体与树脂并没有完全分离,可以整体作为复合材料的增强填料使用。这些非金属粉体松散性较大,在成型过程中成型压力和温度下对试样的性能影响很大。本文采用模塑料热压成型工艺[9]制备复合材料,以粉碎后的废弃线路板粉末为增强填料,选择经济性较强并广泛应用的不饱和聚酯为基体,探讨模压工艺参数以及废弃物粉末填料配比等对复合材料力学性能的影响规律,优化工艺参数,并对废弃物复合材料的应用进行展望。[-page-]
1 实验部分
1.1 样品的组成设计和实验用原材料
本文将粉末(纤维状)按不同配比分别添加到不饱和聚酯中制备预混料,不饱和聚酯模塑料试样的基本组成如表1所示。

实验所用的基体树脂是DS988通用型不饱和聚酯,具有良好工艺性能,固化后性能良好,价格较低;AR型过氧化苯甲酰做固化剂;实验所用的增强填料为由杭州大地环保有限公司提供的纤维状废旧线路板塑料粉末。
1.2 样品的制备和性能测试
将废弃线路板粉末与不饱和聚酯按表1配比称取各组分,置于GH-100Y型高速混合机混合2min,将称好的预混料填入钢模具中,在147℃、6MPa条件下热压成型。
在MTS880型机械万能试验机上进行冲击试验,试样尺寸为55×6×4mm,压头位移速度为2mm/min(GB1042-79);在JB6型简支梁式摆锤冲击试验机上进行冲击试验,试样尺寸为50×6×4mm(GB/T1043-1993);在TGHM型体视显微镜和JSM-5800型扫描电子显微镜下对复合材料试样的断口形貌进行观察分析。
2 结果与讨论
2.1 模压工艺参数对复合材料性能的影响
通过改变模压温度、压强和时间,研究模压工艺参数对复合材料性能的影响规律。试验结果表明,随着模温度的升高,复合材料的弯曲强度先增加后减小,在模具温度为147℃时,复合材料获得高弯曲强度,如图1(a)所示。在一定的温度范围内,模具温度升高,物料流动性提高,充模顺利,对应较高的材料性能;当模具温度过低时,树脂固化不完全,流动性差,对应较低的复合材料性能。当模压温度过高时,在非密闭模压条件下容易引起树脂膨胀,造成树脂大量损失,降温后复合材料的体积回缩造成试样表面不平整,影响试样的弯曲性能,这与文献[10]中的结论一致。同时,由于树脂是热的不良导体,表面树脂过热分解,也会导致复合材料力学性能的下降[11]。
随着压强的增加,弯曲强度先增加,然后又随压强的增加而下降,如图2(b)所示,当压强为6MPa时,弯曲强度达到107MPa。模压压强主要是克服模压料在模内流动时的内摩擦力、模压料与模腔内壁之间的摩擦力,使模压料充满模腔,从而得到结构密实的制品。由于废弃线路板粉料制得的团状模塑料中,非金属粉末的颗粒大、流动性差,松散性较大,模压料所受的摩擦力较大,必须施加一定的压力才能使树脂与填料较好的粘结。压力较小时,充模不完全,不能得到密实的复合材料;压强过高,树脂不能充分流平,制品表面的规整性不好,弯曲性能下降,同时,高聚物产生形变热而导致预成型件温度提高,产生热积聚现象,导致被压制的材料表面炭化,也影响了复合材料性能。
模压时间过短时反应不够充分,填料与树脂不能很好的粘结,因此力学性能不佳;保温时间过长,根据时温等效原理,相当于提高了成型温度,且随时间增加使树脂发生热降解,试样表面变暗,使压制的复合材料力学性能下降,如图1(c)所示。[-page-]


2.2 粉料加入量对复合材料力学性能的影响
粉料的加入量对复合材料的性能有重要影响。废旧线路板基板是纤维增强热固性树脂,其弯曲强度可达600MPa,因此废旧线路板基板粉末填料的加入在一定范围内可以改善复合材料的性能,本实验选用的是纤维状粉料见图2。纤维状粉料中颗粒大小服从γ分布如图3所示,粉体主要集中在1.0~3.0mm之间。

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结果表明,当粉体(纤维状)质量分数低于75%,随着粉末含量的增加,抗弯强度和冲击性能提高,分别为107MPa和10kJ/








































