回收利用VT粉填充PP的改性研究

发表于:2015-01-28 来源:广州市聚赛龙工程塑料有限公司
关键词: VT粉

  摘要:本文研究了将VT粉(废旧印刷线路板非金属粉末)作为填料填充到PP中对复合材料物理性能的影响。实验结果发现,VT粉对聚丙烯(PP)可以起到一定的增强作用,当VT粉含量为50%时,复合材料的弯曲模量增加幅度约137%。同时还发现在VT粉/PP复合材料中加入5%的PP相容剂可以明显提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度。

  关键词:回收利用;VT粉;废旧印刷线路板;PP;

Modified Research of Recycling and Use of VT Powder Filled PP

Haibing Yuan

(Guangzhou Super Dragon Engineering Plastics Co., Ltd. Guangzhou 510945 China)

Abstract: The effect of VT powder(nonmetal powder of waste PCB) as filler filled PP on composite material physical property was studied in this paper. The result shows the VT powder could enhance the mechanical properties of composite material. Flexural modulus increased by 173% when the VT powder content is 50%. Another result shows tensile strength and flexural strength of composite material effectively increased when 5% PP compatilizer was added in PP composite.

Keywords: Recycling and Use; VT Powder; Waste printed circuit board; Polypropylene (PP)


  目前,随着电子产品的应用日益普及与广泛,电子产品的更新换代速度不断加快,产生了越来越多的废旧电子产品。其中作为废旧电子产品重要组成部分的 印刷线路板(PCB)主要由基板及其上各种电子元器件组成,基板材料主要是玻璃纤维强化的酚醛树脂或环氧树脂,其中玻璃纤维布作为增强材料,环氧树脂和酚醛树脂作为绝缘胶粘材料。基板上有蚀刻、焊接的金属,所含的金属种类较多,主要有铜、铝、金、铂等和一些稀有金属。如果不妥善处理与处置,不但会造成资源的浪费,还会增加环境的负担,故废旧印刷电路板的回收,既具有一定的经济价值,又具有一定的环境效益[1,2]。

  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。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[3]。本文通过将回收线路板非金属粉末(VT粉)作为填料填充到聚丙烯(PP)中进行性能研究,希冀提供一种新的应用途径,同时也为塑料改性领域提供一种新类型的填料。

   1实验部分

   1.1实验原料

  PP树脂,牌号:HP500N,中海壳牌石油化工有限公司;

  电路板非金属粉末(VT粉),约80~120目,东莞万容环保技术有限公司;

  滑石粉,800目,广西龙胜华美滑石开发有限公司;

  碳酸钙,1500目,佛山太迪化工有限公司;

  PP相容剂,佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司;

  抗氧剂1010和168,汽巴公司;

  硬脂酸钙,市售;

   1.2主要设备

  高速混合机,SHR-25A,江苏联冠科技发展有限公司;

  平行双螺杆挤出机,SJSH-30,南京橡塑机械厂;

  注塑机,NB500B-F3,宁波市海曙南北机械有限公司;

  万能拉力试验机,GT-AI7000-M,高铁检测仪器(东莞)有限公司;

  冲击试验机,GT-7045-I,高铁检测仪器(东莞)有限公司;

   1.3试样的制备和性能测试

  按一定的配比,将PP树脂、VT粉、抗氧剂和硬脂酸钙准确称量后,在高速混合机中搅拌均匀,然后通过平行双螺杆挤出机进行挤出切粒,制得VT粉/PP复合材料;再通过注塑机制得符合ISO相关标准的力学性能测试样条,然后进行相关性能的检测。

   2结果与分析

   2.1VT粉含量对复合材料力学性能的影响

  将VT粉以质量百分数20%,30%,40%,50%填充到PP中,制得VT粉/PP复合材料,并对其冲击性能和弯曲性能进行了测试,其变化趋势如图1-3所示。

图1复合材料弯曲强度随VT粉含量的变化关系
Fig1.RelationbetweenflexuralstrengthofcompositematerialandVTpowdercontent

图2复合材料弯曲模量随VT粉含量的变化关系
Fig2.RelationbetweenflexuralmodulusofcompositematerialandVTpowdercontent

图3复合材料冲击强度随VT粉含量的变化关系
Fig3.RelationbetweenimpactstrengthofcompositematerialandVTpowdercontent

  从图1中可以看出,随着VT粉含量的增加,复合材料的弯曲强度先增加后减小,总体变化幅度不太大。在图2中,复合材料的弯曲模量随着VT粉含量的增加几乎呈直线增加的趋势,当VT粉含量为50%时,复合材料的弯曲模量达2987MPa,增加幅度约137%。从图3中可以看出,随着VT粉含量的增加,复合材料的冲击强度呈逐渐下降的趋势,当VT粉含量为30%时,冲击强度降低约37%。VT粉对复合材料物理机械性能的这种影响规律可能与其形态结构有关,如图4所示为VT粉的光学显微镜照片,从照片中可以看出,VT粉中含有大量的短玻璃纤维,尺寸约70~600um,正是这种短玻璃纤维对复合材料起到了很好的增强作用,使复合材料的刚性得到大幅提升,强度增加幅度不明显,可能与玻纤与基体的界面粘结力较差有关,但同时使复合材料的抗冲击韧性降低。

图4VT粉的光学显微镜照片(×100)
Fig4.OpticalmicrographofVTpowder(×100)

   2.2PP相容剂对复合材料物理性能的影响

  由于VT粉主要是热固性树脂粘附的短玻璃纤维,粉体与PP基材的相容性较差,为了改善VT粉与PP基材的相容性,我们加入了不同份量的PP相容剂,考察了当VT粉含量为20%时,不同含量PP相容剂时复合材料的物理性能,如表1所示。

表1PP相容剂对复合材料物理性能的影响

Table1EffectofPPgraftedmaterialonmechanicalpropertyofcompositematerial

MFR
[g/10min]

冲击
强度
[KJ/m2]

拉伸
强度[MPa]

伸长率[%]

弯曲
强度[MPa]

弯曲
模量[MPa]

PP+VT

8.5

2.9

25.2

121

34.6

1873

PP+VT+3PP相容剂

8.7

2.6

28.1

93

39.6

1932

PP+VT+5PP相容剂

8.8

2.8

31.2

73

42.2

1954

PP+VT+10PP相容剂

9.1

2.9

32.6

54

43.7

1998


  从表1中可以看出,PP相容剂的加入对复合材料的熔融指数(MFR)、冲击强度、断裂伸长率、弯曲模量的影响幅度都不大,而且在本实验的添加范围内,PP相容剂含量的增加对这些性能指标的影响相差不大。从表中还可以看出,随着PP相容剂含量的增加,复合材料拉伸强度和弯曲强度都呈逐渐增加的趋势,当PP相容剂添加量为5%时,拉伸强度增加约24%,弯曲强度增加约22%,继续增加PP相容剂的含量达10%时,强度的增加幅度不大,说明PP相容剂的加入,大大改善了PP树脂和VT粉之间的界面相容性,对增加复合材料的强度有很大帮助,而且添加量为5%时即可达到较好的增容效果。

   2.3VT粉与其它无机填料对PP的填充改性效果对比

  在PP的填充改性剂中,滑石粉和碳酸钙是用量最大的两类无机填充物,表2对比分析了VT粉与滑石粉、碳酸钙在相同的添加分量情况下(20%)对复合材料物理力学性能的影响。

表2三种不同填充物对复合材料物理性能的影响

Table2Effectofthreefilleronmechanicalpropertyofcompositematerial

MFR
[g/10min]

冲击
强度
[KJ/m2]

拉伸
强度[MPa]

伸长率[%]

弯曲
强度[MPa]

弯曲
模量[MPa]

PP+VT+5PP相容剂

8.8

2.8

31.2

73

42.2

1954

PP+碳酸钙

10

3.1

31

93

38.3

1965

PP+滑石粉

11

3.2

34.2

78

43.5

2476


  从表2的测试结果可以看出,在PP材料分别加入相同分量的VT粉(含5%PP相容剂)、碳酸钙、滑石粉后,滑石粉对复合材料的增强增刚效果最好,VT粉对PP复合材料弯曲强度的增加幅度比碳酸钙要大,对其它物理力学性能的影响与碳酸钙比较接近,因此从改善PP材料物理力学性能的角度来看,可以采用VT粉取代碳酸钙对PP复合材料进行改性,从而减少矿石开采,实现废物利用,减少环境污染。

   3结论

  (1)将线路板回收过程中产生的非金属粉末(VT粉)填充到PP中可以起到一定的增强作用,当VT粉含量为50%时,复合材料的弯曲模量达2987MPa,增加幅度约137%。但复合材料的冲击强度同时也有较大幅度地降低。

  (2)在复合材料中加入PP相容剂可以起到较好的增容作用,添加量为5%时材料的综合物性较佳,此时拉伸强度增加约24%,弯曲强度增加约22%。

  (3)VT粉对复合材料综合物理力学性能的影响与碳酸钙比较接近,可望取代碳酸钙作为填料填充到PP或其它热塑性树脂中,不仅可以改善复合材料的力学性能,降低材料成本,还可以起到减少环境污染,实现资源循环利用的目的。

   参考文献

  [1]沈志刚,蔡楚江,邢玉山等.废印刷电路板中非金属材料的回收与利用[J].化学工程,2006,34(10):59~62.

  [2]王玉香,聂永丰.废印刷电路板回收利用探讨[J].污染防治技术,2003,16(4):157~159.

  [3]张宗科,周玉敬,吴国清等.废旧线路板粉末增强复合材料的制备与性能[J].玻璃钢/复合材料,2008(2):20~22.

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