废纸基电路板非金属材料性质及其复合材料性能分析

摘 要：在废纸基电路板回收方面，还要掌握电路板非金属材料性质，并加强对利用该材料制备的复合材料的性能分析。基于这种认识，本文对废纸基电路板非金属材料性质及其复合材料性能进行了实验研究。通过研究发现，废纸基电路板非金属粉中聚合物多为不规则形状，并且含有少量纤维颗粒。添加30%改性得到的0.08cm废纸基电路板非金属粉，能够使复合材料弯曲强度提高9.1MPa，耐热性提高2℃，并且能够使材料稳定性得到增强。

关键词：废纸基电路板；非金属材料性质；复合材料性能

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

0 引言

随着电子产品的更新换代，大量的废纸基电路板也随之产生。为避免这些电子废弃物给环境带来威胁，还要实现对这些资源的回收和再利用。而就目前来看，废纸基电路板非金属材料可用于进行复合材料的制备。因此，还应加强对废纸基电路板非金属材料性质及其复合材料性能分析，以便更好的实现电子废弃物的回收利用。

1 实验条件

1.1 实验材料

为对废纸基电路板非金属材料性质及其复合材料性能进行分析，在将废纸基电路板上的金属和电子元件去除后，对其进行了破碎处理，从而得到了实验需要使用的粒料。为获得非金属粉，使用超微粉碎机对废纸基电路板非金属粉进行了进一步破碎。在实验过程中，采用的粒料有两种粒径，分别为0.08cm和0.25cm。使用废纸基电路板非金属粉和聚丙烯，则能完成复合材料的制备。

1.2 实验方法

为确定非金属材料的性质，利用扫描显微镜对其形貌特征和能谱进行了分析。在扫描前，通过喷金处理增强试样导电性。为测定元素组成，使用900℃马弗炉进行材料处理，以确保有机材料能够得到挥发。通过称重，可确定材料中有机物质的含量。在此基础上，利用X荧光光谱仪对元素组成进行测定，然后通过归一化处理得到各元素含量。在复合材料性能测定上，利用热重分析仪完成了擦了稳定性的测定，即在80ml/min氮气流速下进行测定，并且分别以20℃/min和10℃/min速度分别实现100-160℃和160-600℃阶段的升温。为测定材料弯曲性能，使用弯曲强度用万能材料试验机，在室温下分别以10mm/min和50mm/min速度进行测试。为确定材料维卡转化温度，利用热变形温度测定仪在10N荷载和50℃/h加热速率下进行了测试。

2 实验结果

2.1 废纸基电路板的非金属材料性质

（1）形貌特征观察结果。通过观察可以发现，非金属材料在粒径为0.08cm的条件下，其颗粒大小分布均匀，拥有柱状和纤维状形态，后一种形态更是以单体形式出现，但大多颗粒依然为不规则形态。而粒径为0.25cm的颗粒大小分布并不均匀，拥有片状、纤维状和柱状形态，颗粒形态不规则。

（2）能谱分析结果。二氧化硅、氧化镁、氧化钙等物质为颗粒中的主要物质。出现这种情况，主要是因为电路板在分选的过程中表面存在單质金属氧化得到的物质，同时也赋存有一些电容陶瓷外壳。

（3）元素组成份析结果。从元素组成上来看，材料中78%的成份为碳，6.5%的成份为硅，而溴、铝、钙、铅、铁等元素的含量分别占3.5%、2.5%、2.5%、1.39%和0.7%，剩余锌、镁等元素含量不超过0.5%。在非金属粉中，有机物的含量约占79%，以树脂和木纤维中的碳为主要成份，残留灰分为非金属粉总量的21%。而灰分中的金属元素，主要存在于玻璃纤维和陶瓷外壳等氧化物颗粒中。

2.2 废纸基电路板的复合材料性能

（1）弯曲性能测试结果。通过添加改性非金属粉，能够使填料和树脂更加紧密的结合在一起，从而使颗粒得到均匀分布，继而使粉与树脂间相容性得到改善。而非金属粉粒径为0.08cm时，不断进行粉的添加，能够使复合材料的弯曲强度得到提高。在添加量达到30%时，弯曲强度能够提高9.1MPa。但在粒径为0.25cm的条件下，一开始进行非金属粉添加能够使复合材料弯曲强度得到提高。而在添加量超过20%时，材料弯曲强度变化幅度较小。从总体上来看，在非金属粉的添加量不超过20%时，相较于粒径为0.08cm的粉，使用粒径更大的粉获得的复合材料拥有更大的弯曲强度。但一旦超过20%，使用0.08cm的粉将获得更好的弯曲强度效果。出现这种情况，主要是由于材料充填初期使用大颗粒填充能够使材料性能在短时间内得到提高。在在充填后期，相较于大粒径，小粒径材料能够更好的与基体树脂接触，因此能够使界面结合强度得到提高。

（2）维卡软化温度测试结果。从维卡软化温度测试结果来看，通过添加废纸基电路板非金属粉，能够使复合材料的耐热性能得到提高。通过添加非金属粉，可以在基体与粉接触后产生界面作用。而在高分子链温度有所提高的情况下，这一作用能够对材料发生卷曲进行阻碍，所以能够使复合材料的耐热性得到改善。在高温的条件下，非金属粉的导热性能也将随之减小。因此增大非金属粉的添加量，能够使复合材料耐热性能得到提高。

（3）材料稳定性测试结果。从材料的稳定性测试结果来看，在250℃条件下，聚丙烯开始失重。在温度提高至483℃，样品接近完全分解状态。通过添加非金属粉，则能使复合材料失重曲线发生向后漂移的现象。非金属粉中存在有溴化阻燃剂，所以能够起到改善材料阻燃性能的作用。增加非金属粉的添加量，则可以增加复合材料中溴化阻燃剂的含量，进而使材料的稳定性得到增强。

3 结论

通过分析可以发现，废纸基电路板非金属粉中聚合物多为不规则形状，并且含有少量纤维颗粒。将经过改性后的废纸基电路板非金属粉与聚丙烯混合进行复合材料的制备，能够使材料的弯曲强度、耐热性能和稳定性得到提高，因此废纸基电路板非金属材料可用于改善复合材料性能。

参考文献：

[1]张媛.废纸基印刷电路板的非金属材料特性研究[J].科技创新与应用，2016（27）：31-32.

作者简介：李聪（1987-），女，湖南人，硕士研究生，实验员，研究方向：复合材料。