废纸基印刷电路板的非金属材料特性研究

摘 要：文章主要对废纸基印刷电路板的非金属材料特性进行了研究。通过试验分别研究了PCB非金属粉的形貌特征、成份组成和热分解特性3个方面的特性。为PCB非金属材料的回收和资源化利用提供理论技术和试验数据，具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：废纸基印刷电路板；非金属材料特性；试验研究

1 概述

随着电子信息产业的发展，极大地加快了电子产品的更新换代的速度，从而产生了大量的电子废弃物，对环境和人体健康造成了巨大的潜在危险。印刷电路板是家用电器和信息电子产品最基本的构件。随着家用电器的大量报废淘汰，废纸基PCBs的产生量巨大，对于电子电器产品中的电路板进行有效地资源化回收处理，已经成为当前关系到我国经济、社会和环境的可持续发展，是我国再生资源回收利用的一个新课题。而对废纸基PCBs中所含非金属粉的非金属材料特性的研究是应用其作为填充材料的基础，也是回收利用印刷电路板的关键技术。

纸基印刷线路板非金属粉是经过冲击破碎、气流分选金属后得到的含有纸纤维、树脂以及各种添加剂和金属的混合物。过筛分选后，得到不同粒径的非金属材料。

文章主要通过试验对废纸基印刷电路板非金属材料的特性进行研究，以掌握纸基PCB非金属材料的基本性质，为纸基PCB回收利用做好充分的理论和试验准备。文章主要对PCB非金属粉的形貌特征、成份组成和热分解特性3个方面进行了研究。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

本实验采用去除金属以及电子元件的纸基PCB破碎后的粒料。为了增加试验对比效果，本研究选取0.08mm和0.25mm两个粒径的纸基PCBs非金属粉作为研究对象。为满足实验需要，将非金属粉用超微粉碎机（RT-25，台湾）进一步粉碎，过筛，得到0.08mm（180目）和0.25mm（60目）两个粒径的非金属粉。

2.2 试验方法

用扫描显微电镜观察0.08mm和0.25mm粒径非金属粉的形貌特征，并做能谱分析。在电镜扫描测试前，为增加其导电性，样品喷金处理。

非金属材料在900℃马弗炉内使有机材料挥发，通过称重分析挥发组分（有机组分）含量；使用X荧光光谱仪（XRF-1700）测定非金属粉和其灰分元素组成，归一化后分析元素含量。

采用型热重分析仪（STA409C/3/F，德国Netzsch公司）对非金属粉的分解温度进行测定，从而分析其热稳定性能。测定条件为：氮气流速为80ml/min；升温分两段，在100-160℃阶段升温速率为20℃/min，在160-600℃阶段升温速率为10℃/min。

3 试验结果分析

3.1 非金属粉的形貌特征分析

利用扫描显微电镜对0.08mm和0.25mm粒径非金属粉进行观察，得到的结果如图1，图2。

由扫描照片可见0.25mm粒径的非金属粉基本为颗粒状形态存在，而且颗粒粒径大小成不均匀分布，颗粒形态有纤维状、柱状、片状，但主要是以不规则颗粒状形态存在。图2是0.08mm粒径非金属粉的电镜扫描照片。由扫描照片可见颗粒粒径大小相对于0.25mm粒径的非金属粉分布较均匀，颗粒形态有纤维状、柱状，且纤维以单根形式存在，但颗粒形态也主要是以不规则颗粒状存在。

3.2 非金属粉的元素分析

将非金属粉在马弗炉内900℃加热至衡重，使其有机物以及挥发性物质挥发，取其灰分称重。将非金属粉和其灼烧灰分做X荧光光谱分析（XRF），归一化处理后，其组成元素组成及含量见表1、表2。

对比非金属粉与其灰分的XRF，可以看出所研究的非金属粉有机物含量约占79%，其中碳是木纤维和树脂的主要成份，溴是阻燃剂的成份。残留灰分量占其总量的21%，灰分主要成份为氧、硅、钙、铝、镁等以及锡、铅、铜等金属。灰分中所含金属可能为分选过程中，残余在非金属粉中的少量金属以及小电容陶瓷外壳、玻璃纤维等无机氧化物颗粒。

3.3 非金属粉的能谱分析

图3是非金属粉焚烧残渣的电镜扫描照片，选其1、2两个区域做能谱分析，能谱图如图4所示。

由能谱图谱、电镜扫描照片及灼烧灰分XRF可知，焚烧残渣纤维主要成份为SiO2、CaO、Al2O3等，可推断其为玻璃纤维，颗粒主要成份为SiO2、CaO、Al2O3、MgO等，这可能是分选过程中废电路板表面残留的小电容陶瓷外壳以及残留单质金属被氧化的结果。

3.4 非金属粉的热重分析

热重分析是在程序控温下，非金属粉的质量随温度的变化关系，获得的失重曲线可判断非金属粉的热稳定性。由试验结果可知，非金属粉在100℃之前为干燥阶段，失重的物质为水。依据国际标准局（ISO）的规定，把失重20%和50%的两点的直线与基线的延长线的焦点定义为起始分解温度，在100℃之前为失水阶段，故非金属粉热分解基线取100℃时的失重量，由此计算的两种粒径非金属粉的起始热分解温度以及由DTG曲线获得的最大失重速率温度如表3所示。

由表3可见两种粒径非金属粉的热分解特性有所不同，0.08mm粒径非金属粉的起始热分解温度略滞后于0.25mm粒径的非金属粉。破碎的非金属粉因粒径的不同，小粒径非金属粉中的阻燃剂能从热固性树脂中较完全的解离出来，而大粒径非金属粉中部分阻燃剂包裹树脂当中，阻燃剂的释放分解是随着热固性树脂分解释放起作用的，当温度升高到阻燃剂分解温度时，小粒径非金属粉单位体积里分解的阻燃剂的量大于大粒径非金属粉分解的阻燃剂的量，从而使不同粒径的非金属粉的热稳定性产生差异。

4 结束语

文章采用电镜扫描、能谱分析、X荧光光谱以及热重分析等分析手段研究了0.08mm和0.25mm两种粒径非金属材料的物理化学特性，结果表明：

（1）0.08mm和0.25mm两种粒径的非金属粉基本为颗粒状形态存在。

（2）在非金属粉中，热固性树脂-纸纤维复合体约占80%，无机颗粒约占20%，其中包含有少量的玻璃纤维，这些颗粒具有一定刚性和强度。

（3）0.08mm粒径的非金属粉热稳定性能优于0.25mm粒径的非金属粉。

参考文献

[1]阮培华.电子信息产品步入强制环保时代[J].高科技与产业化，2007，5：66-69.

[2]王浩东，尚兰福.废旧家电回收对策的研究[M].北京：中国环境科学出版社，2006：5-7.

[3]李金惠，温雪峰，等.电子废物处理技术[M].北京：中国环境科学出版社，2005：3-5.

[4]沈东升，朱荫湄.进口废电器拆解残余固体废物中污染物的溶出试验研究[J].环境科学学报，2001，21（3）：382-384.

[5]Ebert， J. Bahadir， M.. Formation of PBDD/F from flame-retarded plastic materials under thermal stress [J]. Environmental International，2003，29（6）：711-716.

[6]Menad N， Bjorkman B， Allain E G. Combustion of plastics contained in electric and electronic scrap [J]. Resources Conservation and Recycling，1998，24（1）：65-85.

作者简介：张媛（1979，07-），女，民族：汉族，籍贯：重庆长寿，职称：讲师，学历：硕士，单位：重庆工程职业技术学院，研究方向：化学。