CN102294345A - 将废弃pcb加工成复合材料市政产品的方法 - Google Patents

Abstract

将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，包括步骤：将另行收集的废旧热塑性塑料制品破碎成小块或制成颗粒；按给定重量比称取废弃PCB之非金属粉末，以及废旧热塑性塑料小块或颗粒；将称量好的非金属粉末和所述塑料小块或颗粒投入密炼机中加热混炼；俟所述塑料小块或颗粒完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块或颗粒混合均匀后，将该熔融状物料倒出；称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料，将其放入模具中压制成为复合材料市政产品后出模。本发明工艺简单，投资少，成本低；原料来源广泛，可根据产品需求和经济需求选择不同的塑料进行生产。

Description

将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法

技术领域

本发明涉及回收塑料或含塑料废料之其它成分，尤其涉及利用废弃PCB（印刷印刷电路板）分离出来的非金属粉末，混合废旧热塑性塑料制品小块或颗粒，加工成为复合材料市政产品的方法，特别是采用加热混炼后进行模压工艺生产市政工程所需制品，包括井盖、水箅子等。

技术背景               

作为电子产品不可缺少的重要组成部件，印刷印刷电路板（printed circuit board，简称PCB）广泛地应用于大型计算机、办公和个人电脑、家用电器、娱乐电器等各种电子设备中。随着信息产业的高速发展，电子电器设备的更新换代速度不断提高，印刷印刷电路板的生产需求和废弃量也急剧增长。世界印刷印刷电路板工业的平均年增长率为8.7 % ,我国的年增长率为14.14 %。迄今为止,全球约40%的印刷电路板都在中国生产,我国已成为全球第二大印刷电路板生产国。

废弃印刷电路板数量大、潜在价值高和环境危害大等特点,使得废弃印刷电路板的资源化具有重要的经济回收价值和环境保护意义。国家发改委2004 年组织实施的资源综合利用关键技术国家重大产业技术开发专项中，印刷印刷电路板回收利用与无害化处理技术属于“再生资源综合利用技术”的重点开发内容之一。国家从政策上支持废弃印刷电路板的资源化研究,同时废弃印刷电路板所含的潜在价值无形中也促使社会各界积极开展相关的技术研究。

印刷电路板的组成包括基板和装配在基板上的多种电子元器件，印刷印刷电路板中通常含有约30％的塑料、30％的惰性氧化物和40％的金属。作为废弃印刷电路板资源化的主流回收方法，目前的机械回收处理技术仍处于不断发展阶段，现有的处理工艺还需得到进一步完善和改进，以提高物质的回收率和分选精度并尽可能降低能耗。另一方面，现有废弃印刷电路板的资源化技术较多关注于有价金属的回收，而对其中占总质量60％以上的非金属材料的资源化和无害化研究较少。这些以粉末状态存在的非金属颗粒堆积体积庞大，其中的残余金属和阻燃剂等有害物质易通过各种途径加速释放到环境中去。如果不能妥善处理这些非金属材料，不仅造成大量资源流失，而且还将会对环境造成严重污染。因此如何对非金属材料进行回收利用和安全处置成为废印刷电路板回收处理面临的新任务。

目前，处理废弃印刷电路板非金属材料的方法主要有填埋、焚烧、热解回收、化学回收和物理回收法，这些方法均存在着这样那样的不足，分述如下：

1、填埋：未能进行资源回收，对填埋场地渗漏液的收集处理费用较高。

2、焚烧：易造成大气污染，处理不彻底，尾渣还需进一步处理。

3、热解回收法：设备投资大；处理过程中易产生二噁英，造成二次污染；同时会产生大量炉渣，最终处置成本高。

4、化学回收方法：回收废环氧树脂所需溶解时间太长,难以实现规模化处理;溶剂使用量大,生产安全要求高;对于使用不同类型交联剂的环氧树脂复合材料,需要选择不同的溶剂,技术难度较大。

5、物理回收工艺：废印刷电路板通常被粉碎成50～800目的粒子,再用重力分选或静电分选,将金属和非金属分开。非金属粉末成分主要为玻璃纤维、热固性环氧树脂和各种添加剂,这些粉末可作为填料,用于制备再生产品。但是此方法多停留在实验研究阶段，很少有投入生产的技术。

鉴于上述现有技术处理废弃印刷电路板非金属材料方法所存在的各种缺点，发明一种环保同时具有一定经济效益的利用废弃印刷电路板非金属粉末的方法，对废弃印刷电路板的资源化的可持续发展有着至关重要的意义。

发明内容         

本发明所要解决的技术问题在于避免所述现有技术的不足之处而提供一种将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法。常规的市政产品的材质多为钢、铁，或者是带有钢筋的水泥制品。一方面，金属和水泥的加工都需要消耗资源，同时向环境中排放一定的污染，另一方面，带有金属的市政产品被盗是确实存在的一个社会现象，由此带来的安全问题也时有发生。将本发明涉及的印刷电路板非金属制成市政产品应用于市政工程领域，能有效解决市政产品被盗的问题，更重要的是，在资源储备不断减少，资源需求又日益紧张的当今社会，将废弃的印刷电路板变废为宝，不仅回收了资源，又利于环境保护。

本发明解决所述技术问题所采取的技术方案为：

一种将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，以现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末为基础材料；包括步骤：

B、将另行收集的废旧热塑性塑料制品破碎成小块或制成颗粒；

C、按给定重量比例称取现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末，以及经步骤B所获之废旧热塑性塑料小块或颗粒；

D、将实施步骤C称量好的非金属粉末和所述塑料小块或颗粒投入密炼机中加热混炼；

E、实施步骤D俟所述塑料小块或颗粒完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块或颗粒混合均匀后，将该熔融状物料倒出；

F、称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料，将其放入模具中压制成为复合材料市政产品后出模。

在所述步骤B或C之前还包括步骤:将现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末进行干燥处理，务必使其水分含量不高于5％。

所述步骤B另行收集的废旧热塑性塑料制品包括聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，以及聚乙烯PE塑料制品，其破碎后的单块直径小于3cm 。

所述步骤 C 中处理废弃PCB所获之非金属粉末和所述废旧热塑性塑料小块或颗粒之重量比为1.0～2.5 :1 。

所述步骤 D 在密炼机中加热混炼的平均温度为140～180℃。

所述步骤 E 中压制方式为：以4000 kN 压力压制2～10分钟,然后在500～1000 kN 压力下保持 7～70分钟。

所述复合材料市政产品包括各类井盖和水箅子。

在本发明中，各操作步骤都有较大的灵活性。根据原料的成分和状态不同、产品要求不同，可适当调整工艺，使生产符合经营需求。本发明的技术方案中，需要控制废弃印刷电路板非金属粉末的水份含量不高于5%，根据产品使用要求决定物料配比，废弃印刷电路板非金属粉末和另行收集的废塑料之重量比为1～2.5:1、密炼时间20-40分钟、密炼温度140-180℃、产品压制压力4000 kN和保压时间（7-70分钟）。本发明主要应用但不限于市政产品的生产。

本发明专利中所述的废弃印刷电路板非金属粉末是指，将废弃印刷电路板经过拆解去除电子元器件后的光板经过机械破碎、分选后得到分离后的金属粉末和非金属粉末，此非金属粉末即本发明中的废旧印刷电路板非金属粉末。处理印刷电路板的方法比较多，其中物理方法处理印刷电路板后，非金属粉末在50-800目不等，这部分粉末是可以作为填料利用的。对于采用湿法分选技术处理印刷电路板产生的非金属粉末和纯环氧树脂非金属粉末，都需要进行干燥处理。若粉末的含水率不高，也可以不经干燥直接进入密炼机。

另行收集的塑料按形态可分为破碎料和造粒料，破碎料的颗粒度稍大，但是纯度比造粒料高，企业可根据自身需要选择。需要指出的是，废电器拆解企业在应用本发明时，有其得天独厚的优势：拆解废电器所得的废塑料，经粗碎后可直接作为粘接剂应用于本发明中，可以节省大笔的原料采购和运输费用。

废弃印刷电路板非金属粉末作为填充料，其填充量直接影响产品的性能。填充量过多或过少时，产品强度都不够理想。填充量过多时，产品表面较粗糙，视觉效果很差。通过实验研究，本发明废弃印刷电路板非金属粉末和另行收集的废塑料之较为合适的填充比例为1～2.5:1。

混合、加热均在密炼机中进行。密炼机为带有加热效果的密封式混合搅拌设备，多应用于塑胶制品的生产、加工业。本发明采用密炼机对物料进行混合、加热，有如下优点：1、物料在密闭空间内混合时，便于收集粉尘和挥发物，能有效避免环境污染；2、物料在密炼机内处于受压、受热状态，物料自摩擦也能产生较大热量，相对仅采用加热方式升温的设备而言，密炼机加热效果更为理想。

密炼过程中，物料投加的顺序是比较灵活的：1、对于含有少量水份的印刷电路板非金属粉末，需要先加入印刷电路板非金属粉末密炼，待水份挥发掉后再投入另行收集的塑料。这样可以避免产品中含有水蒸汽导致产品开裂；2、先投入另行收集的塑料，待塑料熔融后再逐步投加印刷电路板干粉，可以在一定程度上避免粉尘逸散；3、在物料较少时，可同时投加另行收集的塑料和印刷电路板非金属粉末进行密炼，增强密炼时的摩擦，以减少密炼时间。密炼时，密炼机的加热板温度通常在200～300℃，局部温度可能更高，因此，对于部分燃点较低的塑料（如聚苯乙烯，燃点346℃），要避免采用先加塑料，后加印刷电路板粉末的操作方式，否则低燃点塑料可能起火，带来安全事故。通常，密炼室内的平均温度升在140℃～180℃时，大部分塑料都会熔融并与印刷电路板非金属粉末混合成团。

物料经密炼后，进入模具中进行压制。根据塑料的收缩性质和产品使用要求不同，保压时间可做适当调整。产品厚度较薄时，保压7-10分钟即可出模；产品厚度较厚时，保压时间可延长至50-70分钟，避免过早出模引起产品表面膨胀变形；在用收缩率较大的塑料（如聚丙烯，收缩率1.0～2.5）作为粘接剂时，需要适当减少保压时间，避免产品在模具内收缩过度导致产品开裂。

与现有技术相比，本发明所述利用废弃印刷电路板非金属粉末制备复合材料的方法，具有以下有益效果：

1、充分利用废弃印刷电路板中的非金属粉末制备复合材料，促进了废弃印刷电路板的资源化。

2、可以有效弥补现有技术的各种不足，具有较好的环境保护效益。

3、本发明采用的工艺简单，投资少，成本低。

4、本发明涉及的原料来源广泛，可根据产品需求和经济需求选择不同的塑料进行生产。

具体实施方式  

下面结合具体的实施案例对本发明进行更加详细的说明，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例。

实施例1：

一家废电器拆解企业采用干法处理废弃印刷电路板得到的非金属粉末和电脑显示器塑料外壳生产普型井盖。其中，印刷电路板非金属粉末的主要成分为环氧树脂和玻璃纤维；电脑显示器的塑料外壳主要为加入阻燃剂的ABS塑料。具体实施方法如下：

A、将电脑显示器的塑料外壳破碎成直径小于3cm的小块；

B、称取现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末28kg，以及经步骤A所获之废旧热塑性塑料小块28kg；

C、将实施步骤B称量好的非金属粉末和所述塑料小块投入密炼机中加热混炼；

D、将实施步骤C所述塑料小块加热至180℃使其完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块混合均匀后，将该熔融状物料倒出；

E、称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料放入普型井盖模具中，先用4000 kN压力将产品压制成型，10分钟后将压力缓慢减至1000 kN，保压70分钟后，产品出模。

出模后普型井盖直径70cm，加强筋高17cm。表面有不明显小凹点，总体外形比较平整。经检测该产品承载性能可达25t以上，因ABS塑料具有强度高、韧性好、耐腐蚀等特点，印刷电路板非金属粉末中的玻璃纤维在填充后，进一步增强了产品的承载性能。产品符合聚合物基复合材料检查井盖（CJ/T 211—2005）的标准，可做为市政工程的雨、污水管道的检测井盖使用。

实施例2：

采用湿法处理废弃印刷电路板得到的非金属粉末和PP塑料造粒料生产轻型井盖。具体实施方法如下：

A、将现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末进行干燥处理，务必使其水分含量不高于5％。

B、称取现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末33kg，以及PP塑料造粒料20kg；

C、将实施步骤B称量好的非金属粉末和所述塑料小块投入密炼机中加热混炼；

D、将实施步骤C所述塑料小块加热至165℃使其完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块混合均匀后，将该熔融状物料倒出；

E、称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料放入轻型井盖模具中，先用3000 kN压力将产品压制成型，5分钟后将压力缓慢减至750 kN，保压40分钟后，产品出模。

出模后轻型井盖直径70cm，加强经高度7cm。产品表面光滑平整，承载性能可达9吨，产品符合聚合物基复合材料检查井盖（CJ/T 211—2005）的标准。因PP塑料收缩率较大，因此保压时间不宜太长，否则井盖会在模具中开裂。此类产品多用于光线、电力等线路的检查井盖。

实施例3：

采用干法处理废弃印刷电路板所得的非金属粉末和PS塑料造粒料生产水箅子。具体实施方法如下：

A、称取现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末40kg，以及PS塑料造粒料16kg；

B、将实施步骤A称量好的非金属粉末和所述塑料小块投入密炼机中加热混炼；

C、将实施步骤B所述塑料小块加热至140℃使其完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块混合均匀后，将该熔融状物料倒出；

D、称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料放入水箅模具中，先用4000 kN压力将产品压制成型，2分钟后将压力缓慢减至500 kN，保压7分钟后，产品出模。

此项产品符合聚合物基复合材料检查井盖（CJ/T 211—2005）的标准。需要注意的是，PS塑料燃点较低，须在投加非金属粉末之后方可进入密炼室，否则易起火引发安全事故。与井盖产品相比，水箅子体积小、厚度小、产品轻，产品冷却快，因此保压时间不宜过长，否则易卡住模具并收缩开裂。由于PS塑料较脆，易受应力开裂，所以此类产品多用于较少收到车辆冲压的地带。

Claims (7)

1.一种将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，以现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末为基础材料；包括步骤：

B、将另行收集的废旧热塑性塑料制品破碎成小块或制成颗粒；

C、按给定重量比例称取现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末，以及经步骤B所获之废旧热塑性塑料小块或颗粒；

D、将实施步骤C称量好的非金属粉末和所述塑料小块或颗粒投入密炼机中加热混炼；

E、实施步骤D俟所述塑料小块或颗粒完全熔融，将其充分搅拌使所述非金属粉末和熔融状态的所述塑料小块或颗粒混合均匀后，将该熔融状物料倒出；

F、称取指定重量的所述混炼后的熔融状物料，将其放入模具中压制成为复合材料市政产品后出模。

2.根据权利要求1所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：在所述步骤B或C之前还包括步骤:

A、将现有技术处理废弃PCB所获之非金属粉末进行干燥处理，务必使其水分含量不高 于5％。

3.根据权利要求1所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：所述步骤B另行收集的废旧热塑性塑料制品包括聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，以及聚乙烯PE塑料制品，其破碎后的单块直径小于3cm 。

4.根据权利要求1所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：所述步骤 C 中处理废弃PCB所获之非金属粉末和所述废旧热塑性塑料小块或颗粒之重量比为1.0～2.5 :1 。

5.根据权利要求 1 所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：所述步骤 D 在密炼机中加热混炼的平均温度为140～180℃。

6.根据权利要求1所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：所述步骤 E 中压制方式为：以4000 kN 压力压制2～10分钟,然后在500～1000 kN 压力下保持 7～70分钟。

7.   根据权利要求1至6之任一项所述的将废弃PCB加工成复合材料市政产品的方法，其特征在于：所述复合材料市政产品包括各类井盖和水箅子。