CN111286059A - 一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法，采用行星式机械球磨机将废旧线路板非金属粉进行球磨活化，使粉末粒径变小组分活化利于填料；再将粉末进行酸浸、过滤、烘干及筛分，将非金属粉末筛分呈不同粒径待填料。玻璃纤维增强复合材料，由如下质量份数的原料制备而成：环氧树脂100份，玻璃纤维布80‑100份，玻璃纤维短切毡80‑100份，辅料20‑35份，改性的线路板非金属粉末3‑25份添加到环氧树脂中，然后通过手工糊制的方式使玻璃纤维增强复合材料成型即得。通过在复合材料里加入改性的废旧线路板非金属粉，不仅能节约生产成本，而且并没有降低玻璃纤维增强复合材料产品的力学性能和使用质量。

Description

一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法

技术领域

本发明属于材料回收制备技术领域，具体涉及一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法。

背景技术

随着科技水平的不断进步和人们生活水平的快速提高，电子产品更新换代的速度也越来越快，被人们淘汰掉的前代电子电气设备的数量正在以惊人的速度增长。电子废弃物的大量产生不可避免的对我们的环境和身体健康造成严重威胁。在电子电器设备中，最为关键也最为基础的部分就是线路板。所以线路板的处理与资源化日益被人们重视。线路板按组成成分来分主要由两部分组成，金属部分与非金属部分。目前人们对金属部分的资源化处理已经日趋完善且已经可以工业化处理，而非金属部分由于其再利用价值低于金属，并且处理难度较大，目前主要是通过火法或湿法将金属组分提取，剩余的非金属部分直接被填埋处理或焚烧，由于非金属部分存在的玻璃纤维会导致焚烧产生的热量很低，而填埋又会造成非金属部分的资源和土地资源的浪费。因此，如何最大程度的利用废旧线路板非金属粉成为当下急需解决的问题。

作为玻璃钢制品的基体，环氧树脂具有良好的粘结性能、电绝缘性能和耐高、低温性能，并且其低廉的售价和简易的操作流程使它在电子电器设备及各类复合材料的制备中得到广泛的应用。线路板的非金属部分主要的组成部分为环氧树脂和玻璃纤维，与玻璃纤维增强复合板材的组成几乎完全相同，非金属粉末在经过酸溶液改性和球磨机械活化后做填料在理论上应具有更好的相容性。

目前针对线路板的非金属部分，主要的处理方式主要分为四种，最广泛常用但也是污染不容忽视的方法就是直接焚烧和填埋法。

非金属经焚烧会产生二噁英等大量对环境和身体有害的物质，而填埋法如处理不当又会破坏土壤生态平衡，对土壤环境产生严重的恶劣影响。

热解法可以从非金属粉中提取单体、低聚物，但由于热解法的组分难以分离，这也是制约热解法推广的一个重要因素。

化学溶液法虽然可以经过一系列过滤沉淀干燥过程得到高分子材料，但其产生的二次污染和较长的反应时间并不能适应大量产生的非金属粉。

物理填充法无需改变非金属粉的化学状态，可直接进行填充应用，具有可行性强、填充量大、工业化应用简单等优点。本专利所涉及到的填充方法正属于物理填充法，过程清洁、处理量大。

关于非金属的资源化方法很多，中国专利（CN102504491A）公开了一种废旧线路板非金属粉改性环氧玻璃钢复合材料的制备方法，该方法将非金属粉改性并添加到树脂中进行模压成型。此法添加了额外的纯净玻璃纤维且操作过于复杂，改性难度大。中国专利（CN107474385B）公开了一种废印刷线路板非金属粉/聚丙烯复合材料及其制备方法，将非金属粉进行二次改性并成功将材料造粒，但数量种类各异的偶联剂和改性剂的混合会对复合材料的力学性能产生不利的影响，并且简单的挤出造粒制备的材料不能完全体现材料工业应用时的力学性能。中国专利（CN109337209A）公开了一种印刷线路板非金属粉料制备的复合材料及其制备方法，添加各类改性剂制备的高分子PP基复合材料经过简单挤出造粒，并不能体现具体的工业化应用的力学性能，在一定程度上限制了材料的实际工业化应用。

发明内容

目的：为解决现有技术的不足，克服上述非金属粉难以资源化利用及工业化应用过于复杂等问题，本发明提供一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法，包括：

步骤一：将填料所需的废旧线路板非金属粉末进行球磨机械活化，球磨后的非金属粉倒入无机酸中进行酸浸改性，将球磨酸浸后的非金属粉过滤洗至中性，烘干；

步骤二：将步骤一中得到的非金属粉进行筛分，得到不同粒径的非金属粉末待填料；

步骤三：将步骤二中筛分得到的非金属粉按照添加比例添加到作为玻璃钢复合材料基体的环氧树脂中，并混合均匀，再将一定比例的固化剂加入容器，混合均匀，最后将混合有非金属粉的环氧树脂进行消泡处理后待用；

步骤四：将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡裁剪成目标样品的大小，在准备好的模具上涂覆一层脱模剂，待脱模剂风干，按照预先准备的层铺叠方式将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡与步骤三制得的混合有非金属粉的环氧树脂充分浸润并铺层，直到达到设计的增强复合材料厚度即可；

步骤五：步骤四制备好的复合材料室温固化24小时以上，再将材料进行脱模；脱模后的板材烘干即得。

步骤一中，所述无机酸为硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种组合；

所述无机酸的浓度为1-5mol/L，优选为4mol/L；

步骤一中，球磨时间不低于四小时，球料比1:1。

步骤一中，非金属粉质量与无机酸的体积比为1g:20-50mL；

酸浸过程采用常温酸浸4～8小时以上，或55～65℃水浴酸浸两小时以上。

步骤三中，非金属粉添加添加比例为环氧树脂质量的3%-25%，

环氧树脂与固化剂的添加质量比例为质量比5:1-3:1；

真空消泡需要不少于10 min。

更为具体的，步骤三中，不同粒径的非金属粉按照不同添加比例：

40-80目粒径的非金属粉添加3-5份；

或，80-120目粒径的非金属粉添加5-9份；

或，120-160目粒径的非金属粉添加8-12份；

或，160-200目粒径的非金属粉添加12-15份；

或，200-300目粒径的非金属粉添加12-16份；

或，大于300目的非金属粉添加16-25份。

在步骤四中，玻璃纤维布与玻璃纤维短切毡的比例维持在1:1，并且保证交替铺层；每层铺设时确保环氧树脂浸润完全且无气泡；板材的最终厚度应保持在4mm-8mm；整个步骤四操作时间保持在40min之内。

在一些实施例中，环氧树脂型号E51，固化剂型号W593，脱模剂选用乙二胺。

本发明还提供一种玻璃钢，由上述的方法制备而成。

在一些实施例中，所述的玻璃钢，由如下质量份数的原料制备而成：环氧树脂100份，玻璃纤维布80-100份，玻璃纤维短切毡80-100份，辅料20-35份，改性的线路板非金属粉末3-25份添加到环氧树脂中，然后通过手工糊制的方式使玻璃纤维增强复合材料成型即得。

在一些实施例中，所述改性的线路板非金属粉末采用行星式机械球磨机将废旧线路板非金属粉进行球磨活化，使粉末粒径变小组分活化利于填料；再将粉末进行酸浸、过滤、烘干及筛分，将非金属粉末筛分呈不同粒径待填料；

所述辅料包括：固化剂、脱模剂，或还包括低收缩剂、颜料。

在一些实施例中，具体包括如下步骤：

准备如下各重量组分：不饱和树脂20-40%，短玻纤25-35%，玻纤短切毡25-35%，脱模剂和低收缩剂及颜料统称为辅料，辅料含量为7-10%，非金属粉按设计比例添加在环氧树脂中，制备增强复合材料。

步骤一：将填料所需的非金属粉末进行四个小时球磨机械活化，球磨后的非金属粉倒入4mol/L硝酸溶液中进行酸浸，酸浸过程分为常温酸浸两小时和55～65℃水浴酸浸两小时，将球磨酸浸后的非金属粉过滤洗至中性，102-105℃恒温鼓风烘箱中烘干至两次称重质量差小于0.1g，放入玻璃干燥器待用。

步骤二：将步骤一中得到的非金属粉进行筛分，得到不同粒径的非金属粉末待填料。筛分的目的是将适合填料粒径的非金属粉快速富集。

步骤三：将步骤二中筛分成不同粒径的非金属粉按照不同添加比例添加到玻璃钢复合材料基体环氧树脂中，并充分混合均匀，再将一定比例的固化剂加入容器，充分混合均匀，最后将混合有非金属粉的环氧树脂进行消泡处理后待用。注意由于固化剂添加量的不同，环氧树脂的固化时间不同，要在环氧树脂固化前进行后期的手工糊制。真空消泡需要不少于10min，要确保环氧树脂中不存在气泡，制备的复合材料才能有更好的力学性能。

步骤四：将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡裁剪成目标样品的大小，在准备好的模具上涂覆一层脱模剂，待脱模剂风干，按照预先准备的层铺叠方式将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡与环氧树脂充分浸润并铺层，直到达到设计的增强复合材料厚度即可。

步骤五：步骤四制备好的复合材料室温固化24小时，再将材料进行脱模；脱模后的板材再经过60℃鼓风烘箱烘干8小时，复合材料制备完成。

步骤一中，所述硝酸溶液可以替换为相同浓度盐酸溶液或硫酸溶液的一种或多种组合。

所述步骤四中，玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡裁剪成目标样品的大小，按设计顺序铺层，直到达到设计的增强复合材料厚度即可。需要注意的是，增强复合材料制品厚度不宜小于4mm。过于薄的玻璃钢材料无法达到性能要求，而当材料大于6mm之后，其各项性能趋于平稳；玻璃纤维布与玻璃纤维短切毡的比例1:1，每层铺设时确保环氧树脂浸润完全且无气泡，整个步骤四操作时间保持在40min之内。

有益效果：本发明提供的废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法，具有以下优点：本发明通过利用无机酸一次改性非金属粉并协同球磨机械活化，改善非金属粉的表观化学形态使其更易与复合材料基体相结合，在几乎不添加其他改性剂的条件下制备的玻璃纤维增强复合材料拥有与成品玻璃钢相同的力学性能。废旧线路板非金属粉参与复合板的制作，从而得到了高效的利用。本发明提供废旧线路板非金属粉的资源化利用方法，通过在玻璃纤维增强复合材料里加入废旧线路板非金属粉，来节约复合材料中基体环氧树脂的用量，不仅能节约生产成本，而且不改变成品玻璃纤维复合材料的性能和质量，最大的效益在于充分利用废旧线路板的非金属组分，易于将此法进行规模化工业生产应用。为线路板非金属组分的资源化利用提供了一个很好的方法。

附图说明

图1为本发明一实施例废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。

实施例1

首先取已机械分选出的非金属粉末约200g，按球料比1:1进行4小时球磨，将磨好的粉末浸入4mol/L硝酸溶液中，55℃水浴加热四小时，期间不断搅拌。酸浸后的粉末取出用纯水洗涤过滤至中性，鼓风烘箱中105℃烘干两小时，然后用多孔筛将粉末筛分待用。准备大烧杯一个，加入E51环氧树脂100ml，W593固化剂20ml，混合均匀后加入6.375g制备好的120-160目非金属粉末，混合均匀后放入真空消泡机消泡10min。将消泡完成的环氧树脂基体与裁剪成设计试样大小的玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡按1:1质量比逐层手工糊制，糊至达到设计厚度即可。将模具连同板材室温固化24h，24h后将板材脱模，放入烘箱继续固化8h，非金属粉填充增强玻璃纤维复合材料制备完成。

实施例2

首先取已机械分选出的非金属粉末约200g，按球料比1:1进行6小时球磨，将磨好的粉末浸入4mol/L硝酸溶液中，55℃水浴加热四小时，期间不断搅拌。酸浸后的粉末取出用纯水洗涤过滤至中性，鼓风烘箱中105℃烘干两小时，然后用多孔筛将粉末筛分待用。准备大烧杯一个，加入E51环氧树脂100ml，W593固化剂25ml，混合均匀后加入6.375g制备好的80-120目非金属粉末，混合均匀后放入真空消泡机消泡10min。将消泡完成的环氧树脂基体与裁剪成设计试样大小的玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡按1:1质量比逐层手工糊制，糊至达到设计厚度即可。将模具连同板材室温固化24h，24h后将板材脱模，放入烘箱继续固化8h，非金属粉填充增强玻璃纤维复合材料制备完成。

实施例3

首先取已机械分选出的非金属粉末约200g，按球料比1:1进行8小时球磨，将磨好的粉末浸入4mol/L硝酸溶液中，55℃水浴加热四小时，期间不断搅拌。酸浸后的粉末取出用纯水洗涤过滤至中性，鼓风烘箱中105℃烘干两小时，然后用多孔筛将粉末筛分待用。准备大烧杯一个，加入E51环氧树脂100ml，W593固化剂15ml，混合均匀后加入3.75g制备好的120-160目非金属粉末，混合均匀后放入真空消泡机消泡10min。将消泡完成的环氧树脂基体与裁剪成设计试样大小的玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡按1:1质量比逐层手工糊制，糊至达到设计厚度即可。将模具连同板材室温固化24h，24h后将板材脱模，放入烘箱继续固化8h，非金属粉填充增强玻璃纤维复合材料制备完成。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废旧线路板非金属粉作填料制备玻璃钢的方法，其特征在于，包括：

步骤一：将填料所需的废旧线路板非金属粉末进行球磨机械活化，球磨后的非金属粉倒入无机酸中进行酸浸改性，将球磨酸浸后的非金属粉过滤洗至中性，烘干；

步骤二：将步骤一中得到的非金属粉进行筛分，得到不同粒径的非金属粉末待填料；

步骤三：将步骤二中筛分得到的非金属粉按照添加比例添加到作为玻璃钢复合材料基体的环氧树脂中，并混合均匀，再将一定比例的固化剂加入容器，混合均匀，最后将混合有非金属粉的环氧树脂进行消泡处理后待用；

步骤四：将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡裁剪成目标样品的大小，在准备好的模具上涂覆一层脱模剂，待脱模剂风干，按照预先准备的层铺叠方式将玻璃纤维布和玻璃纤维短切毡与步骤三制得的混合有非金属粉的环氧树脂充分浸润并铺层，直到达到设计的增强复合材料厚度即可；

步骤五：步骤四制备好的复合材料室温固化24小时以上，再将材料进行脱模；脱模后的板材烘干即得。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述无机酸为硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种组合；

所述无机酸的浓度为1-5mol/L，优选为4mol/L；

和/或，步骤一中，球磨时间不低于四小时，球料比1:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，非金属粉质量与无机酸的体积比为1g:20-50mL；

和/或，酸浸过程采用常温酸浸4～8小时以上，或55～65℃水浴酸浸两小时以上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，非金属粉添加添加比例为环氧树脂质量的3%-25%，

环氧树脂与固化剂的添加质量比例为质量比5:1-3:1；

真空消泡需要不少于10 min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，不同粒径的非金属粉按照不同添加比例：

40-80目粒径的非金属粉添加3-5份；

或，80-120目粒径的非金属粉添加5-9份；

或，120-160目粒径的非金属粉添加8-12份；

或，160-200目粒径的非金属粉添加12-15份；

或，200-300目粒径的非金属粉添加12-16份；

或，大于300目的非金属粉添加16-25份。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤四中，玻璃纤维布与玻璃纤维短切毡的比例维持在1:1，并且保证交替铺层；每层铺设时确保环氧树脂浸润完全且无气泡；板材的最终厚度应保持在4mm-8mm；整个步骤四操作时间保持在40min之内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，环氧树脂型号E51，固化剂型号W593，脱模剂选用乙二胺。

8.一种玻璃钢，由权利要求1-7任一项所述的方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的玻璃钢，其特征在于，由如下质量份数的原料制备而成：环氧树脂100份，玻璃纤维布80-100份，玻璃纤维短切毡80-100份，辅料20-35份，改性的线路板非金属粉末3-25份添加到环氧树脂中，然后通过手工糊制的方式使玻璃纤维增强复合材料成型即得。

10.根据权利要求9所述的玻璃钢，其特征在于，所述改性的线路板非金属粉末采用行星式机械球磨机将废旧线路板非金属粉进行球磨活化，使粉末粒径变小组分活化利于填料；再将粉末进行酸浸、过滤、烘干及筛分，将非金属粉末筛分呈不同粒径待填料；

所述辅料包括：固化剂、脱模剂，或还包括低收缩剂、颜料。

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