废旧印刷电路板基材填充聚丙烯复合材料的性能研究

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随着科技的飞速发展和社会的进步,电子产品的更新速度加快,导致了大量的电子废旧垃圾的产生,而印刷电路板是各类电子产品中不可缺少的重要组成部分,数量巨大的废旧印刷电路板造成了严重的环境污染。当前对于废旧印刷电路板的回收大都注重于金属成分的回收,而对有着高回收价值的废旧电路板基材(WPCBB)则多采用焚烧填埋处理,造成了严重的资源浪费和污染。  本文首先研究了废旧印刷电路板基材(WPCBB)的成分组成和形貌,并以经表面处理的WPCBB作为增强材料,以聚丙烯(PP)作为基体树脂,采用熔融共混的方法制备PP/WPCBB复合材料,一方面实现了WPCBB的高值化回收,一方面减少了对环境的污染。  本文的主要研究结果如下:  1.WPCBB成分组成及形貌表征:  采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、马弗炉烧结和扫描电镜(SEM)对WPCBB进行了成分组成和形貌表征,结果表明,WPCBB主要是由玻璃纤维和环氧、酚醛等热固性树脂组成,其玻纤直径约为8μm,玻纤的长度范围为180~360μm,平均长径比为35。  2.WPCBB含量对复合材料力学性能、动态力学性能的影响:  复合材料的力学性能随着WPCBB加入量的增加呈现先增大后减小的趋势,当WPCBB含量为20%时,复合材料的力学性能最优,冲击强度为4.5KJ/m2,弯曲强度为62.47MPa,拉伸强度为54.5MPa,相对于纯PP分别提高了70%、50%和30%。  由DMA分析可知,在测试温度范围内,相比于纯PP,复合材料的储能模量(M′)和损耗模量(M″)均有所增加,且储能模量(M′)随着温度的升高呈现下降趋势;损耗因子tanδ和玻璃化转变温度Tg均有所减小。  3.WPCBB含量对复合材料流变性能的影响:  随着WPCBB含量的增加,复合材料的熔融指数逐渐减小,黏度逐渐增大。添加了WPCBB之后,复合材料仍属于假塑性流体。在同一温度下,复合材料的非牛顿指数随着WPCBB含量的增加大致呈下降趋势;随温度的升高,复合材料的非牛顿指数逐渐增大。在同一剪切应力下,随着WPCBB含量的增加,复合材料的黏流活化能呈现先减小后增大的趋势,在WPCBB含量为20%时,黏流活化能最小;相对于温度的变化,复合材料的黏度对剪切应力的变化更为敏感。  4.WPCBB含量对复合材料结晶行为的影响:  WPCBB加入后,PP由单一的α晶型转变为α和β两种晶型并存,黑十字消光现象逐渐变得不明显,球晶结构遭到破坏,球晶数目增多尺寸减小最终消失。WPCBB的加入还提高了PP的结晶度和结晶速率,结晶起始温度有所提高,说明WPCBB起到了异相成核的作用。利用Avrami方程和Mo法可以很好地描述复合材料的等温结晶和非等温结晶动力学过程,并通过拟合得到了PP及PP/WPCBB复合材料的结晶动力学各项参数。
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