淺析廢棄線路板的力學實驗范文

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摘要:從力學角度分析，廢棄線路板作為一種復合材料具有各向異性和非均質性的特點，而常規材料是則均質的和各向同性的，這就是復合材料與常規材料的顯著區別。所謂均質就是物體內各點的性能相同，也就是說，物體的性能不是物體內位置的函數，而非均質正好與此相反。所謂各向同性就是在物體內一點的各個方向上都具有相同的性能，而各向異性則表明某點的性能是該點方向的函數。研究廢棄線路板在不同外力作用下的破壞規律，有助于掌握其力學特性，為選擇合適的機械破碎方式提供理論依據，從而進一步改善資源化工藝。

關鍵詞:廢棄線路板力學實驗

1廢棄線路板的抗彎實驗研究

1．1實驗材料與儀器選用電腦主板作為試驗用材。主板上的元器件已拆除，考慮到線路板內金屬布線對復合材料力學性能的影響，裁剪的線路板布線分為縱向和橫向兩種方式，線路板樣品的尺寸為100×30×1．7mm，如圖1－1所示。力學測試儀器采用MTS810材料力學實驗機，根據其操作參數，選取載荷為10mm/min，計算機數據采集速率為5個/秒，架具的跨度為26mm。線路板三點彎曲的受力分析如圖1－2所示。圖1－1廢棄線路板彎曲實驗樣品圖1－2線路板三點彎曲受力圖

1．2實驗結果分析電腦主板集中應力與撓度的變化關系如圖1－3所示，當應力增大到641N時，線路板斷裂的最大撓度為1．70mm。線路板的整個壓載過程可分為材料斷裂之前和材料破壞之后兩個過程。材料破壞之前，線路板經歷了彈性彎曲、屈服態、塑性極限態和斷裂四個階段。線路板受壓力載荷作用首先進入彈性彎曲階段，此時如撤去外力，變形可消失恢復原狀。當板上距離中面最遠的面達到最大應力時，進入屈服態。這個階段的主要特征是彎矩繼續增加，進入屈服狀態點的應力不再增大;而附近點的應力增大并達到屈服點，當界面上各點應力增大均達到屈服點時，線路板彎曲進入塑性極限態。線路板從與中面最遠面開始斷裂，逐漸發展為整個線路板的斷裂。在這個過程，機械能轉換為裂紋增長引起的新生表面能及線路板彎曲儲存的彈性能。線路板斷裂之后，線路板不可能保持斷裂時刻的狀態，線路板彎曲儲存的彈性能將釋放出來，線路板的集中應力—撓度為非線性變化關系。板層間的裂紋沿離中面最遠的面開始，并逐漸向縱向擴展，存在塑性變形區，屬于韌性斷裂。對線路板斷裂之前和斷裂之后應力—撓度變化關系進行擬合，其擬合曲線如圖1－4，1－5所示。分析可知，線路板斷裂之前可近似認為是線性變化，其擬合曲線為：y=331．23x－134．54，其中相關系數R2=0．9764。斷裂之后變化復雜，可用多項式進行擬合。其擬合曲線為:y=－329．69x3－2774．9x2－7794．1x－7462．6，相關系數R2=0．9384。

2廢棄線路板的抗剪實驗研究

2．1實驗材料與儀器實驗材料選用電腦主板。主板上的元器件已拆除，并經過砂紙打磨表面，已保證和模具壓頭盡可能完全的接觸。實驗儀器采用CSS－55500電子萬能實驗機。載荷為3mm/min，剪切模具壓頭的直徑為25mm。板卡水平放置在剪切模具內，與剪切模具的壓頭平行接觸。萬能實驗機對壓頭均勻加壓，數據由傳感器記錄到電子萬能實驗機中，當材料發生斷裂之后，卸載壓頭。剪切模具的受力示意圖如圖2－1所示。以高斯函數對線路板剪切破壞應力———位移進行曲線擬合，其數學模型為:Chi2/Dof=0．4537，相關系數R2=0．96435。從上述分析可知線路板在剪碎得過程中表現了較強的韌性。

2．2實驗結果分析圖2－2為電腦主板的應力—位移曲線，當位移為2．96mm時，最大應力為16．14kN，線路板被破壞。與彎曲實驗結果相比，剪切破壞的應力遠大于彎曲破壞的應力。因而剪切方式比彎曲方式對線路板的破壞更為有效。為了考察板卡剪切破壞的規律，對線路板破壞之前應力———位移的變化關系進行曲線擬合，得到線路板的擬合曲線為圖2－3所示。

3廢棄線路板的抗壓實驗研究

對廢棄線路板的基板沿長度方向和寬度方向施壓壓力，達到破壞所需的力是不同的，在施加壓力的過程中，基板更容易沿著基板中間的引腳處斷裂。如圖3－1，3－2所示。從上述線路板的彎曲、剪切、壓力實驗可知，電腦主板有較強的韌性，靜態實驗可以破壞基板及元器件，但無法實現金屬和非金屬的有效分離。

4廢棄線路板的單擺沖擊實驗研究

對基板、ISA插槽及PCI插槽進行了單擺沖擊實驗。試驗的示意圖如圖4－1所示。實驗的結果可反應材料的抗沖剪能力。結果如表4－1所示。ISA插槽和PCI在沖擊之后，金屬由于是嵌入到非金屬中，金屬和非金屬發生解離。基板中金屬銅箔和非金屬是粘和壓制而成，接合非常致密，在實際破壞中不易解離。由上述分析可知，沖擊載荷對線路板的破碎效果要好于靜載荷。因為沖擊作用是僅在短時間間隔內作用的力，從碰撞開始應力即突然升高，到脫離接觸的瞬間又突然降低到幾乎為零。沖擊作用在很短的一瞬間使物料承受很大的應力，應力在介質內以超聲波傳播，形成沖擊波。物料受到入射和反射的應力波的反復作用，材料的應變速率很大，裂紋得以加速擴展，材料易于發生脆性破壞。沖擊作用粉碎物料比單純加壓更為有效。

5小結

為了研究廢棄線路板破碎過程的特性，對線路板進行了抗彎、抗剪、抗壓和抗沖擊的力學試驗，考察了不同施力方式對材料破壞的影響。對于線路板抗彎實驗，集中應力與撓度的變化關系符合線性變化;對于線路板抗剪實驗，集中應力與撓度的變化關系符合高斯模型。單擺沖擊試驗表明，沖擊載荷易于實現插槽中金屬和非金屬的破碎解離;基板中金屬和非金屬的結合界面在沖擊作用下，有被破壞的趨勢;因為沖擊作用在很短的時間內使物料承受很大的應力，物料內的裂縫能夠加速擴展，材料易于發生脆性破壞。沖擊作用破碎物料比靜態破壞更為有效，因而選擇沖擊式破碎機對于線路板的破碎解離更加有效。

參考文獻

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［2］趙躍民，溫雪峰，何亞群，等．廢棄線路板中金屬富集體的物理回收工藝［P］．中國專利，CN1563440A，2005－01－12．

［3］段廣洪，向東．一種經濟、綠色的廢棄線路板再資源化技術［J］．中國粉塵技術，2005，vol．(1):10－12．

［4］溫雪峰．廢棄線路板的資源化研究．中國礦業大學碩士學位論文，2001:12－22．

作者：敖永波 單位：紫金道合環保產業技術研究院有限公司