● 摘要
印刷电路板是电子产品的重要组成部分，但是，随着当前电子产品更新换代的速度加快，也产生了大量的电子垃圾，废印刷电路板（Waste Printed Circuit Boards，简称WPCB）的数量也随之增加。WPCB的物理机械处理回收方法是目前被广泛采用的环保方法，回收得到的金属材料再利用技术已经很成熟。但采用这种处理方法在回收金属材料的同时，还会产生大量的非金属材料，如何有效地对WPCB非金属材料进行资源化再利用，已经成为当前关系到我国乃至全世界经济、社会、环境发展及再生资源回收利用所面临的一个新课题。本文采用实验与理论分析相结合的方法，开展了WPCB非金属材料作为填料在聚合物中的再利用研究，并对WPCB非金属材料在聚合物中的作用机理进行了分析研究。同时，设计并研制了一套从WPCB非金属材料中提取玻璃纤维的装置，并对提取玻璃纤维进行了理化性能分析和应用研究，以实现其高附加值再利用。主要研究工作包括如下四个方面：（1）分析了WPCB非金属材料的理化性能、颗粒特性等基本性能，并研究了WPCB非金属材料作为填料在聚丙烯中的力学性能、热性能和浸出毒性等。试验结果表明，WPCB非金属材料可同时改善PP复合材料的拉伸性能、弯曲性能、低温缺口冲击性能以及热性能等；WPCB非金属材料／PP复合材料浸出铜含量远远低于危险废物鉴别标准。综合考虑其力学性能、技术工艺、经济和环境等因素，认为WPCB非金属材料可作为PP的填料使用，这不仅可以减少环境污染，实现资源再利用，而且还可以降低复合材料的制造成本。（2）采用原位拉伸、原位弯曲试验与SEM等微观分析相结合的方法，分析研究了WPCB非金属填料在PP复合材料受力过程中的作用机理。结果表明，加入WPCB非金属粉后的PP复合材料在受外力作用时，裂纹的产生、发展、玻璃纤维的断裂、拔出消耗了大量的能量，使复合材料的力学性能得到了明显改善。认为，能量耗散是WPCB非金属粉／PP复合材料增强的主要原因。这为WPCB非金属材料在聚合物材料中的应用提供了理论指导，同时也可以用于解释一般微纳米颗粒在聚合物中的作用机理，具有重要的学术价值。（3）根据WPCB非金属材料中玻璃纤维含量高的特点，设计并研制了一套从WPCB非金属材料中提取玻璃纤维的装置。结果表明，在400-600 oC温度下，能够成功地从WPCB非金属材料中提取玻璃纤维，且具有较高的纯度和回收量，整个处理过程无二次污染，符合环保要求。从WPCB非金属材料中提取玻璃纤维，这在国内外都是第一次，具有重要的创新性。为WPCB非金属材料提供了一种高附加值的资源再利用方法，从而为高效广泛地利用WPCB非金属材料提供了一种新的技术和方法。（4）开展了三种温度（400 oC、500 oC、600 oC）下提取玻璃纤维在PP中的应用研究，并与磨碎玻璃纤维／PP复合材料的性能进行了比较。结果表明，在PP中加入在400 oC或500 oC下提取的玻璃纤维后，可以显著地提高其拉伸性能、弯曲性能、缺口冲击性能及热性能等。综合考虑多种因素，认为提取玻璃纤维的最佳温度为500 oC，此提取玻璃纤维可代替磨碎玻璃纤维作为PP的增强填料，具有较大的市场应用价值，使提取玻璃纤维成为一种宝贵的资源，真正实现了WPCB非金属材料高附加值再利用的目的。本文的研究结果，为开发和拓展WPCB非金属材料的资源再利用打下了理论基础，推动了WPCB非金属材料资源化的应用步伐，可以使WPCB非金属材料变废为宝、成为一种有用的资源，将会为社会创造出巨大的环境效益和经济效益。