浅析废弃线路板的力学实验范文

摘要:从力学角度分析，废弃线路板作为一种复合材料具有各向异性和非均质性的特点，而常规材料是则均质的和各向同性的，这就是复合材料与常规材料的显著区别。所谓均质就是物体内各点的性能相同，也就是说，物体的性能不是物体内位置的函数，而非均质正好与此相反。所谓各向同性就是在物体内一点的各个方向上都具有相同的性能，而各向异性则表明某点的性能是该点方向的函数。研究废弃线路板在不同外力作用下的破坏规律，有助于掌握其力学特性，为选择合适的机械破碎方式提供理论依据，从而进一步改善资源化工艺。

关键词:废弃线路板力学实验

1废弃线路板的抗弯实验研究

1．1实验材料与仪器选用电脑主板作为试验用材。主板上的元器件已拆除，考虑到线路板内金属布线对复合材料力学性能的影响，裁剪的线路板布线分为纵向和横向两种方式，线路板样品的尺寸为100×30×1．7mm，如图1－1所示。力学测试仪器采用MTS810材料力学实验机，根据其操作参数，选取载荷为10mm/min，计算机数据采集速率为5个/秒，架具的跨度为26mm。线路板三点弯曲的受力分析如图1－2所示。图1－1废弃线路板弯曲实验样品图1－2线路板三点弯曲受力图

1．2实验结果分析电脑主板集中应力与挠度的变化关系如图1－3所示，当应力增大到641N时，线路板断裂的最大挠度为1．70mm。线路板的整个压载过程可分为材料断裂之前和材料破坏之后两个过程。材料破坏之前，线路板经历了弹性弯曲、屈服态、塑性极限态和断裂四个阶段。线路板受压力载荷作用首先进入弹性弯曲阶段，此时如撤去外力，变形可消失恢复原状。当板上距离中面最远的面达到最大应力时，进入屈服态。这个阶段的主要特征是弯矩继续增加，进入屈服状态点的应力不再增大;而附近点的应力增大并达到屈服点，当界面上各点应力增大均达到屈服点时，线路板弯曲进入塑性极限态。线路板从与中面最远面开始断裂，逐渐发展为整个线路板的断裂。在这个过程，机械能转换为裂纹增长引起的新生表面能及线路板弯曲储存的弹性能。线路板断裂之后，线路板不可能保持断裂时刻的状态，线路板弯曲储存的弹性能将释放出来，线路板的集中应力—挠度为非线性变化关系。板层间的裂纹沿离中面最远的面开始，并逐渐向纵向扩展，存在塑性变形区，属于韧性断裂。对线路板断裂之前和断裂之后应力—挠度变化关系进行拟合，其拟合曲线如图1－4，1－5所示。分析可知，线路板断裂之前可近似认为是线性变化，其拟合曲线为：y=331．23x－134．54，其中相关系数R2=0．9764。断裂之后变化复杂，可用多项式进行拟合。其拟合曲线为:y=－329．69x3－2774．9x2－7794．1x－7462．6，相关系数R2=0．9384。

2废弃线路板的抗剪实验研究

2．1实验材料与仪器实验材料选用电脑主板。主板上的元器件已拆除，并经过砂纸打磨表面，已保证和模具压头尽可能完全的接触。实验仪器采用CSS－55500电子万能实验机。载荷为3mm/min，剪切模具压头的直径为25mm。板卡水平放置在剪切模具内，与剪切模具的压头平行接触。万能实验机对压头均匀加压，数据由传感器记录到电子万能实验机中，当材料发生断裂之后，卸载压头。剪切模具的受力示意图如图2－1所示。以高斯函数对线路板剪切破坏应力———位移进行曲线拟合，其数学模型为:Chi2/Dof=0．4537，相关系数R2=0．96435。从上述分析可知线路板在剪碎得过程中表现了较强的韧性。

2．2实验结果分析图2－2为电脑主板的应力—位移曲线，当位移为2．96mm时，最大应力为16．14kN，线路板被破坏。与弯曲实验结果相比，剪切破坏的应力远大于弯曲破坏的应力。因而剪切方式比弯曲方式对线路板的破坏更为有效。为了考察板卡剪切破坏的规律，对线路板破坏之前应力———位移的变化关系进行曲线拟合，得到线路板的拟合曲线为图2－3所示。

3废弃线路板的抗压实验研究

对废弃线路板的基板沿长度方向和宽度方向施压压力，达到破坏所需的力是不同的，在施加压力的过程中，基板更容易沿着基板中间的引脚处断裂。如图3－1，3－2所示。从上述线路板的弯曲、剪切、压力实验可知，电脑主板有较强的韧性，静态实验可以破坏基板及元器件，但无法实现金属和非金属的有效分离。

4废弃线路板的单摆冲击实验研究

对基板、ISA插槽及PCI插槽进行了单摆冲击实验。试验的示意图如图4－1所示。实验的结果可反应材料的抗冲剪能力。结果如表4－1所示。ISA插槽和PCI在冲击之后，金属由于是嵌入到非金属中，金属和非金属发生解离。基板中金属铜箔和非金属是粘和压制而成，接合非常致密，在实际破坏中不易解离。由上述分析可知，冲击载荷对线路板的破碎效果要好于静载荷。因为冲击作用是仅在短时间间隔内作用的力，从碰撞开始应力即突然升高，到脱离接触的瞬间又突然降低到几乎为零。冲击作用在很短的一瞬间使物料承受很大的应力，应力在介质内以超声波传播，形成冲击波。物料受到入射和反射的应力波的反复作用，材料的应变速率很大，裂纹得以加速扩展，材料易于发生脆性破坏。冲击作用粉碎物料比单纯加压更为有效。

5小结

为了研究废弃线路板破碎过程的特性，对线路板进行了抗弯、抗剪、抗压和抗冲击的力学试验，考察了不同施力方式对材料破坏的影响。对于线路板抗弯实验，集中应力与挠度的变化关系符合线性变化;对于线路板抗剪实验，集中应力与挠度的变化关系符合高斯模型。单摆冲击试验表明，冲击载荷易于实现插槽中金属和非金属的破碎解离;基板中金属和非金属的结合界面在冲击作用下，有被破坏的趋势;因为冲击作用在很短的时间内使物料承受很大的应力，物料内的裂缝能够加速扩展，材料易于发生脆性破坏。冲击作用破碎物料比静态破坏更为有效，因而选择冲击式破碎机对于线路板的破碎解离更加有效。

参考文献

［1］吴彩斌．废弃线路板可资源化基础实验研究科研报告．2008年10月．

［2］赵跃民，温雪峰，何亚群，等．废弃线路板中金属富集体的物理回收工艺［P］．中国专利，CN1563440A，2005－01－12．

［3］段广洪，向东．一种经济、绿色的废弃线路板再资源化技术［J］．中国粉尘技术，2005，vol．(1):10－12．

［4］温雪峰．废弃线路板的资源化研究．中国矿业大学硕士学位论文，2001:12－22．

作者：敖永波 单位：紫金道合环保产业技术研究院有限公司