電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法
2024-04-09 23:45:05
專利名稱：電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於固體廢棄物綜合利用技術領域，具體涉及一種電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法。
背景技術：
隨著信息技術、信息載體和信息材料的飛速發展，電子產品的使用周期越來越短， 這些廢舊電子產品中含有大量可回收利用的物質，不合理的處置與回收不但會造成有用資源的大量流失，同時也會對環境和人類健康產生嚴重的危害。環氧樹脂是聚合物基複合材料中應用最廣泛的熱固性樹脂基體之一，具有優異的粘接性能、耐磨性能、力學性能、電絕緣性能、化學穩定性能、耐高低溫性能。環氧樹脂是一種環氧低聚物，與固化劑反應可形成三維網狀的熱固性塑料。環氧樹脂通常是在液態下成型，經常溫或加熱進行固化，達到最終的使用目的。作為一種液態體系的環氧樹脂具有在固化反應過程中收縮率小，固化物的粘接性、耐熱性、耐化學藥品性以及機械性能和電氣性能優良的特點，是熱固性樹脂中應用較大的一個品種。但環氧樹脂作為材料使用，又有其自身的缺點，最主要的缺點就是韌性差 (除部分特殊品種外)及玻璃化轉變溫度不高。這些缺點可以通過環氧低聚物和固化劑的選擇，或採用合適的改性方法在一定程度上加以克服和改進。玻璃纖維具有十分優異的力學性能，同時具有良好的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、低熱膨脹係數、電磁屏蔽性等，已經廣泛應用於航空航天、交通運輸、汽車電子等領域。但是由於玻璃纖維表面惰性大、表面能低，有化學活性的官能團少，反應活性低，與基體的粘結性差，複合材料界面中存在較多的缺陷， 界面粘接強度低，複合材料界面性能差的缺陷。利用偶聯劑處理的玻璃纖維改善玻璃纖維與樹脂基體的粘結性能，提高複合材料的界面粘結強度，利用玻璃纖維的強度和韌性強韌化基體樹脂，利用回收粉料和納米粒子填充改性樹脂基體，從而提高複合材料的整體性能，以此製備的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料，開闢了電路板回收粉料新的應用領域，同時也極大地拓寬了玻璃纖維和環氧樹脂的應用範圍，可以預見其前景將是非常廣闊的。
發明內容
本發明的目的在於提供一種電路板回收粉料和納米粒子填充玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法。本發明提出的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法是將玻璃纖維經過偶聯劑改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米粒子表面進行活性處理，再與環氧樹脂混合，得到電路板回收粉料和納米粒子填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體和電路板回收粉料納米粒子填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和納米粒子改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。具體步驟如下(1)稱取1 IXIO3g乾燥的玻璃纖維，在廣100°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入偶聯劑溶液劑中ι分鐘 48小時後過濾取出，在25 120°C下乾燥1 48小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；
(2)稱取1 IX10 乾燥的電路板回收粉料和0. 1 IX IO3g乾燥的納米粒子，在廣100°C下，將乾燥的電路板回收粉料和納米粒子浸入偶聯劑溶劑中，在磁力或機械攪拌分散0. 1 80小時後過濾，在25 120°C下乾燥1 48小時，得到經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米粒子；
(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米粒子1 1 X IO3g和環氧樹脂1 1 X IO3g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡0. 1 80小時， 得到電路板回收粉料和納米粒子改性的環氧樹脂基體；
(4)將步驟(1)所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體1 lX103g、步驟C3)所得的電路板回收粉料和納米粒子改性的環氧樹脂基體1 IXlO3g和固化劑1 IXlO3g經模壓複合成型，在溫度為25 180°C下真空除泡反應0. 5 48小時，得到電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。本發明中，步驟(1)中所述玻璃纖維為長纖維、短纖維纖維布中的任一種或其多種組合。本發明中，步驟(1)、(2)中所述偶聯劑均為鉻絡合物偶聯劑、鋯類偶聯劑、矽烷類偶聯劑、鈦酸脂類偶聯劑、鋁酸酯類偶聯劑、馬來酸酐及其接枝共聚物類偶聯劑、聚氨酯類偶聯劑、嵌段聚合物類偶聯劑中帶有活性氫的偶聯劑中任一種或其多種組合。本發明中，步驟O)中所述納米粒子為碳納米管、納米石墨、納米碳酸鈣、納米蒙脫土、納米二氧化矽、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米稀土氧化物、納米沸石、納米滑石、納米鋰蒙脫土、納米氧化鎂、納米氧化鐵、納米氮化矽、納米碳化矽、納米鐵、納米銀、納米銅、 納米鎳、納米鈷、納米矽、納米鎢銅、納米氧化鈰，納米氧化鑭、納米粘土中的任一種或其多種組合。本發明中，步驟(3)中所述的環氧樹脂均為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環族、環氧化烯烴類、醯亞胺環氧樹脂或海因環氧樹脂中的任一種或其多種組合。本發明中，步驟中所述的固化劑均為乙二胺、聚乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、1，2-丁二胺、1，3-丁二胺、1，6-己二胺、對苯二胺、環己二胺、間苯二胺、間苯二甲胺、 二胺基二苯基甲烷、孟烷二胺、氯化己二胺、氯化壬二胺、氯化癸二胺、十二碳二元胺、十三碳二元胺、三乙胺、丁三胺、N-胺乙基哌嗪、雙氰胺、己二酸二醯胼、N, N- 二甲基二丙基三胺、五甲基二乙烯三胺、N，N, N, N, N-五甲基二亞乙基三胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、五乙烯六胺或六乙烯七胺、間苯二甲胺、4，4』_ 二胺基二苯基碸、甲基四氫苯酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐與己內酯的加成物、苯酮四酸二酐、 苯酮四酸二酐與己內酯的加成物、二苯基碸-3，3』，4，4』-四酸二酐、二苯基碸-3，3』，4，4』-四酸二酐的加成物、N，N』-二酸酐二苯基甲烷或苯六甲酸三酐中的任一種或其多種組合。本發明利用偶聯劑處理的玻璃纖維改善玻璃纖維與樹脂基體的界面粘結性能，提高複合材料的界面粘結強度，利用玻璃纖維的強度和韌性強韌化樹脂基體，利用表面活性處理的回收粉料和納米粒子填充改性樹脂基體，從而提高複合材料的整體性能，可以顯著提高複合材料的界面粘結強度以及玻璃纖維複合材料的各項力學性能，廣泛應用於航空航天、汽車船舶、交通運輸以及機械電子等領域。
圖1為實施例2給出的電路板回收粉料和納米蒙脫土改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料斷面掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的範圍。實施例1 以玻璃纖維為最初原料，將玻璃纖維經過矽烷類偶聯劑KH550改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米粒子表面進行活性處理，再與雙酚A型環氧樹脂(E-44)混合，得到電路板回收粉料和納米粒子填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體和電路板回收粉料和納米粒子填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和納米粒子改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。步驟(1)稱取200g乾燥的玻璃纖維，在40°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入矽烷類偶聯劑KH550溶劑中1小時後取出，在60°C下乾燥5小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；
步驟O)稱取200g乾燥的電路板回收粉料和2g乾燥的納米碳酸鈣，在30°C下，將乾燥的電路板回收粉料浸入矽烷類偶聯劑KH550溶劑中，在機械攪拌分散10小時後過濾，在 60°C下乾燥8小時，得到表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米碳酸鈣；
步驟(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米碳酸鈣 200g和環氧樹脂200g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡1小時，得到電路板回收粉料和納米碳酸鈣改性的環氧樹脂基體；
步驟將步驟(1)所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體200g、步驟C3)所得的電路板回收粉料和納米碳酸鈣改性的環氧樹脂350g和固化劑25g經模壓複合成型，在溫度為180°C下真空除泡反應3小時，得到電路板回收粉料和納米碳酸鈣改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。力學性能測試結果表明電路板回收粉料和納米碳酸鈣改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的衝擊強度為33KJ.m_2，彎曲強度為821MPa，彎曲模量為38GPa。實施例2 以玻璃纖維為最初原料，將玻璃纖維經過矽烷類偶聯劑KH570改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米蒙脫土表面進行活性處理，再與雙酚A型環氧樹脂(E-51)混合，得到電路板回收粉料和納米蒙脫土填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體與電路板回收粉料和納米蒙脫土填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和納米蒙脫土改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。步驟(1)稱取600g乾燥的玻璃纖維，在50°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入矽烷類偶聯劑KH570溶劑中2小時後取出，在60°C下乾燥2小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；步驟O)稱取200g乾燥的電路板回收粉料和納米蒙脫土 2g，在50°C下，將乾燥的電路板回收粉料浸入矽烷類偶聯劑KH570溶劑中，在機械攪拌分散2小時後過濾，在60°C下乾燥5小時，得到表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米蒙脫土；
步驟(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米蒙脫土 200g和環氧樹脂600g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡4小時，得到電路板回收粉料和納米蒙脫土改性的環氧樹脂基體；
步驟⑷將步驟⑴所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體400g、步驟⑶所得的電路板回收粉料和納米蒙脫土改性的環氧樹脂700g和固化劑55g經模壓複合成型，在溫度為120°C下真空除泡反應8小時，得到電路板回收粉料和納米蒙脫土改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。力學性能測試結果表明電路板回收粉料和納米蒙脫土改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的衝擊強度為32KJ.m_2，彎曲強度為846MPa，彎曲模量為41GPa。圖1給出電路板回收粉料和納米蒙脫土改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料斷面掃描電鏡圖。實施例3 以玻璃纖維為最初原料，將玻璃纖維經過矽烷類偶聯劑KH560改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化矽表面進行活性處理，再與雙酚A型環氧樹脂(E-54)混合，得到電路板回收粉料和納米二氧化矽填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體與電路板回收粉料和納米二氧化矽填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和納米二氧化矽改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。步驟(1)稱取IOOg乾燥的玻璃纖維，在40°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入矽烷類偶聯劑KH560溶劑中3小時後取出，在80°C下乾燥4小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；
步驟(2)稱取200g乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化矽2g，在40°C下，將乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化矽浸入矽烷類偶聯劑KH560溶劑中，在機械攪拌分散12小時後過濾，在70°C下乾燥4小時，得到表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米二氧化矽；
步驟(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米二氧化矽200g和環氧樹脂500g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡3小時，得到電路板回收粉料和納米二氧化矽改性的環氧樹脂基體；
步驟將步驟(1)所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體100g、步驟C3)所得的電路板回收粉料和納米二氧化矽改性的環氧樹脂700g和固化劑65g經模壓複合成型，在溫度為100°C下真空除泡反應10小時，得到電路板回收粉料和納米二氧化矽改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。力學性能測試結果表明電路板回收粉料改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的衝擊強度為3 πΓ2，彎曲強度為839MPa，彎曲模量為41GPa。實施例4 以玻璃纖維為最初原料，將玻璃纖維經過鈦酸脂類偶聯劑改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化鈦表面進行活性處理，再與雙酚A型環氧樹脂(E-51)混合，得到電路板回收粉料和納米二氧化鈦填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體和電路板回收粉料和納米二氧化鈦填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和和納米二氧化鈦改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。步驟(1)稱取500g乾燥的玻璃纖維，在30°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入鈦酸脂類偶聯劑溶劑中5小時後取出，在60°C下乾燥4小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；
步驟O)稱取400g乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化鈦4g，在30°C下，將乾燥的電路板回收粉料和納米二氧化鈦浸入鈦酸脂類偶聯劑溶劑中，在機械攪拌分散8小時後過濾，在60°C下乾燥8小時，得到表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米二氧化鈦； 步驟(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米二氧化鈦400g和環氧樹脂900g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡5小時，得到電路板回收粉料和納米二氧化鈦改性的環氧樹脂基體；
步驟將步驟(1)所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體500g、步驟C3)所得的電路板回收粉料和納米二氧化鈦改性的環氧樹脂IOOOg和固化劑120g經模壓複合成型，在溫度為160°C下真空除泡反應8小時，得到電路板回收粉料和納米二氧化鈦改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。力學性能測試結果表明電路板回收粉料和納米二氧化鈦改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的衝擊強度為MKJ.nT2，彎曲強度為842MPa，彎曲模量為40GPa。上述對實施例的描述是為了便於該技術領域的普通技術人員理解和應用本發明。 熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於具體步驟如下(1)稱取1 IXIO3g乾燥的玻璃纖維，在廣100°C下，將乾燥的玻璃纖維浸入偶聯劑溶液劑中ι分鐘 48小時後過濾取出，在25 120°C下乾燥1 48小時，得到表面經偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體；(2)稱取1 IX10 乾燥的電路板回收粉料和0. 1 IX IO3g乾燥的納米粒子，在廣100°C下，將乾燥的電路板回收粉料和納米粒子浸入偶聯劑溶劑中，在磁力或機械攪拌分散0. 1 80小時後過濾，在25 120°C下乾燥1 48小時，得到經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米粒子；(3)將步驟( 所得的表面經偶聯劑改性處理的電路板回收粉料和納米粒子1 1 X IO3g和環氧樹脂1 1 X IO3g混合，在磁力或機械攪拌分散並真空除泡0. 1 80小時， 得到電路板回收粉料和納米粒子改性的環氧樹脂基體；(4)將步驟(1)所得的偶聯劑改性處理的玻璃纖維增強體1 lX103g、步驟C3)所得的電路板回收粉料和納米粒子改性的環氧樹脂基體1 IXlO3g和固化劑1 IXlO3g經模壓複合成型，在溫度為25 180°C下真空除泡反應0. 5 48小時，得到電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。
2.根據權利要求1所述的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述玻璃纖維為長纖維、短纖維或纖維布中的任一種或其多種組合。
3.根據權利要求1所述的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於步驟(1)、(2)中所述偶聯劑均為鉻絡合物偶聯劑、鋯類偶聯劑、矽 烷類偶聯劑、鈦酸脂類偶聯劑、鋁酸酯類偶聯劑、馬來酸酐及其接枝共聚物類偶聯劑、聚氨酯類偶聯劑、嵌段聚合物類偶聯劑中帶有活性氫的偶聯劑中任一種或其多種組合。
4.根據權利要求1所述的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於步驟O)中所述納米粒子為碳納米管、納米石墨、納米碳酸鈣、納米蒙脫土、納米二氧化矽、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米稀土氧化物、納米沸石、納米滑石、納米鋰蒙脫土、納米氧化鎂、納米氧化鐵、納米氮化矽、納米碳化矽、納米鐵、納米銀、納米銅、納米鎳、納米鈷、納米矽、納米鎢銅、納米氧化鈰，納米氧化鑭或納米粘土中的任一種或其多種組合。
5.根據權利要求1所述的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於步驟(3)中所述的環氧樹脂為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環族、環氧化烯烴類、醯亞胺環氧樹脂或海因環氧樹脂中的任一種或其多種組合。
6.根據權利要求1所述的電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於步驟中所述的固化劑為乙二胺、聚乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、1，2-丁二胺、1，3-丁二胺、1，6-己二胺、對苯二胺、環己二胺、間苯二胺、間苯二甲胺、二胺基二苯基甲烷、孟烷二胺、氯化己二胺、氯化壬二胺、氯化癸二胺、十二碳二元胺、十三碳二元胺、三乙胺、丁三胺、N-胺乙基哌嗪、雙氰胺、己二酸二醯胼、N，N-二甲基二丙基三胺、五甲基二乙烯三胺、N, N, N, N, N-五甲基二亞乙基三胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、五乙烯六胺或六乙烯七胺、間苯二甲胺、4，4』_ 二胺基二苯基碸、甲基四氫苯酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐與己內酯的加成物、苯酮四酸二酐、苯酮四酸二酐與己內酯的加成物、二苯基碸-3，3』，4，4'-四酸二酐、二苯基碸-3， 3』，4，4'_四酸二酐的加成物、N，N'-二酸酐二苯基甲烷或苯六甲酸三酐中的任一種或其多種組合。
全文摘要
本發明屬於固體廢棄物綜合利用技術領域，具體涉及一種電路板回收粉料和納米粒子改性玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料的製備方法。本發明將玻璃纖維經過偶聯劑改性處理，得到表面活性的玻璃纖維增強體；將乾燥的電路板回收粉料和納米粒子表面進行活性處理，再與環氧樹脂混合，得到電路板回收粉料和納米粒子填充改性的環氧樹脂基體；最後將以上得到的偶聯劑改性的玻璃纖維增強體和電路板回收粉料和納米粒子填充改性的環氧樹脂基體複合，得到電路板回收粉料和納米粒子改性的玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料。本發明利用偶聯劑處理的玻璃纖維改善玻璃纖維與樹脂基體的界面粘結性能，提高複合材料的界面粘結強度，利用玻璃纖維的強度和韌性強韌化樹脂基體，利用表面活性處理的回收粉料和納米粒子填充改性樹脂基體，從而提高複合材料的整體性能，可以顯著提高複合材料的界面粘結強度以及玻璃纖維複合材料的各項力學性能，廣泛應用於航空航天、汽車船舶、交通運輸以及機械電子等領域。
文檔編號C08K3/26GK102226034SQ20111011919
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者王宗明, 邱軍 申請人:同濟大學