一、行业背景与技术挑战

  信息化技术的发展与市场竞争的加剧使得电子设备更新频繁，从而导致电子废弃物数量剧增。在电子废弃物处理过程中，废旧印刷电路板是造成二次污染的主要因素，因其极难降解，常通过填埋或焚烧进行处理，但填埋会污染土壤和地下水，而焚烧则会产生大量有害气体与致癌物。目前，尚未找到科学的回收方法，尤其是针对其非金属粉的处理利用成为亟待解决的技术难题。

  《2026-2031年中国印刷电路板行业竞争格局及投资规划深度研究分析报告》废旧印刷电路板通常采取拆解后再粉碎分离的方法对电路板中的金属材料进行有效回收，但针对电路板中占比40%~90%的非金属粉还没有很好的处理方案。现有的非金属粉处理方法主要有化学降解、热处理和制备复合材料等，但回收利用率较低。目前，主要采取填埋的方式对非金属粉进行处理，这不仅会占用土地资源，而且会侵蚀土壤、污染地下水，因此，必须积极探索综合利用非金属粉的新方法。

  非金属粉中含有大量的短玻璃纤维，可作为聚合物基复合材料的填料应用于聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料等树脂基体中。然而，非金属粉中含有的部分残余重金属会对人类和自然环境造成威胁。相关检测表明，铁、铜、铬等重金属的含量均低于相关标准规定，这证明了非金属粉可用于填充聚合物复合材料。非金属粉的来源十分丰富，可实现更高的填充量，从而达到减少塑料用量和控制成本的目的。并且，非金属粉中含有大量的玻璃纤维，可在一定范围的添加量内提升高分子复合材料的性能。因此，在降低复合材料生产成本的同时开拓新的非金属粉回收利用方案，具有良好的经济与环保价值。

  二、印刷电路板非金属粉的预处理与实验设计

  本研究选用高密度聚乙烯作为树脂基体、废旧印刷电路板非金属粉作为增强填料制备改性高密度聚乙烯复合材料。实验采用型号为5000S的高密度聚乙烯树脂，密度为0.954克/立方厘米，熔体流动速率为0.9克/10分钟。非金属粉为粉末状，由清远市进田企业有限公司提供。

  非金属粉过筛分为两种方式：一次过筛分别使用20、40、60、80、100、120目过筛网对非金属粉进行过筛，取通过过筛网的粉体;二次过筛先分别使用20、40、60、80、100目过筛网对非金属粉进行过筛，取通过过筛网的粉体，再分别使用40、60、80、100、120目过筛网进行二次过筛，取未通过过筛网的粉体，分别命名为20-40目、40-60目、60-80目、80-100目、100-120目非金属粉。

  试样制备流程为：将过筛后的非金属粉与高密度聚乙烯按照1:9的质量比加入到热式炼胶机中进行混炼，混炼时间为5分钟，前辊温度为160℃，后辊温度为133℃;接着使用平板硫化机进行硫化，热压温度为190℃，热压时间为3分钟;然后进行冷压，冷压时间为7分钟;最后使用万能裁样机进行裁样，得到标准测试样条。

  三、印刷电路板非金属粉过筛方式对复合材料力学性能的影响机制

  由一次过筛的非金属粉对复合材料力学性能的影响可知，非金属粉的加入使复合材料的拉伸强度降低。非金属粉的加入使得复合材料的冲击强度降低，且随着非金属粉粒径的减小，复合材料的冲击强度明显降低，从而导致韧性下降。此外，非金属粉的加入使得复合材料的弯曲强度和弯曲模量得到了一定程度的增加。随着非金属粉粒径的减小，复合材料的弯曲强度反而呈现出逐渐上升的趋势，弯曲模量则呈现出先上升后下降的趋势，其中40目过筛体系的弯曲强度最佳。这说明非金属粉的加入能在一定程度上提高复合材料的刚度。总体来说，只经过一次过筛的非金属粉不仅对复合材料力学性能的提升不理想，而且使得复合材料的拉伸强度与冲击强度有所下降。

  为更加准确地确定复合材料的最佳粒径，对非金属粉进行二次过筛。由二次过筛的非金属粉对复合材料力学性能的影响可知，二次过筛后，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量随非金属粉粒径的变化趋势与一次过筛实验结果的变化趋势基本一致，但复合材料的冲击强度较一次过筛体系有较大程度的提升。这说明非金属粉的过筛次数对复合材料性能的影响较大。

  在不同过筛体系的非金属粉对复合材料冲击性能的影响对比中，在粒径上限相同的情况下，非金属粉粒径分布范围越窄，复合材料的冲击强度越大。二次过筛后，复合材料的冲击强度随着非金属粉粒径的增大呈先上升后下降的趋势，其中40-60目过筛的复合材料冲击强度最佳。由此可见，通过二次过筛控制非金属粉粒径分布，可有效改善复合材料的冲击强度。若非金属粉粒径分布范围较宽，则填充高密度聚乙烯基体后会使复合材料韧性变差。若能将非金属粉粒径分布控制在较窄范围，则复合材料的韧性可得到较为明显的提高。由此可知，通过二次过筛能够筛选出更适合填充到高密度聚乙烯的非金属粉尺寸。

  四、印刷电路板非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的微观结构分析

  由一次过筛的非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的扫描电镜照片观察到，非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的冲击断面非常粗糙，出现了韧性断裂的情况，与纯高密度聚乙烯材料表现一致。随着过筛目数的增大，非金属粉尺寸逐渐减小。在一次过筛的非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料中，非金属粉粒径差异较大，其中粒径较小的非金属粉占比较大，多呈现单根或单束玻璃纤维的形貌。单根或单束玻璃纤维的强度较小，难以承受较大的应力。而且，当过多尺寸较小的玻璃纤维分布在基体中时，由于玻璃纤维与高密度聚乙烯基体的相容性较差，容易从基体脱落，因此，当复合材料受到冲击时，脱落处容易发生应力集中现象，从而造成复合材料易发生断裂，这可能是导致复合材料冲击性能下降的原因。

  二次过筛的非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的扫描电镜照片显示，在二次过筛体系中，非金属粉内的玻璃纤维并不是以单根的形式存在，而是多根结合在一起形成束状结构。随着过筛目数的增大，非金属粉的尺寸逐渐减小。对比一次过筛体系的非金属粉，二次过筛体系的非金属粉粒径更大，长度更长。玻璃纤维束的强度明显高于单根玻璃纤维，当复合材料在承受冲击力时，玻璃纤维束能够有效地吸收应力，起到支撑骨架的作用，从而使得复合材料的冲击性能得到提升。

  令非金属粉用量为10%，不同过筛目数的复合材料表观形貌观察显示，非金属粉的加入导致材料变成黄绿色，其中20目与40目过筛体系制备的复合材料表面有未完全破碎的黄褐色树脂粉末，严重影响了制品外观。随着非金属粉目数的增大，复合材料的颜色变深，质地更加均匀，表观可见的固体杂质逐渐减少。非金属粉的粒径对高密度聚乙烯复合材料的性能影响较大。随着非金属粉过筛目数的增大，复合材料的冲击强度大幅度降低，加工性能也有所下降，但表观形貌有所改善。综合看来，当非金属粉过筛目数为60目时，复合材料的各项性能保持平均水平，制品外观较好。

  五、印刷电路板非金属粉用量对高密度聚乙烯复合材料性能的影响规律

  在二次过筛的基础上，进一步探究非金属粉用量对高密度聚乙烯复合材料力学性能的影响。不同粒径非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的拉伸强度和冲击强度均会随着非金属粉用量的增大而降低。这可能是因为非金属粉与高密度聚乙烯的相容性较差，大量非金属粉填充到高密度聚乙烯复合材料后形成了较多空隙，而这些空隙在外力的作用下容易发展成裂痕进而使材料断裂。

  不同粒径非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的弯曲强度和弯曲模量均随着非金属粉用量的增大而提高，但20-40目过筛体系的弯曲强度随着非金属粉用量的增大而出现先升后降的趋势。由此可知，高密度聚乙烯复合材料的刚度随着非金属粉用量的增大而提升。当非金属粉用量为10%时，高密度聚乙烯复合材料的综合力学性能最佳。

  六、印刷电路板非金属粉粒径对高密度聚乙烯复合材料热性能与加工性能的影响

  本次研究选取维卡软化温度作为非金属粉填充高密度聚乙烯复合材料的热性能评价指标。维卡软化温度是指在一定载荷和升温速率下，材料被1平方毫米的针头压入1毫米时的温度。维卡软化温度越高，表明材料受热时的尺寸稳定性越好，热变形越小，即耐热变形能力越好。随着过筛目数的增大，高密度聚乙烯复合材料的维卡软化温度逐渐提升;高密度聚乙烯纯样的维卡软化温度为77.7℃，60-80目过筛体系的维卡软化温度为86.8℃，说明非金属粉的加入对高密度聚乙烯复合材料的耐热变形能力有一定的提升。这是因为加入的非金属粉粒径越小，其比表面积越大，在基体中的分散越均匀，起到了阻隔热传递的作用，从而增强了高密度聚乙烯复合材料的耐热性能;但当非金属粉粒径小到一定程度时，继续缩小粒径对提高高密度聚乙烯复合材料维卡软化温度的效果不明显。

  本次研究选取熔体流动速率作为高密度聚乙烯复合材料加工性能的评价指标。熔体流动速率是指热塑性塑料在一定的载荷、温度和时间条件下通过指定面积的克数。随着非金属粉用量的增大，高密度聚乙烯复合材料的熔体流动速率逐渐降低，加工性能不如纯高密度聚乙烯。这是因为非金属粉是刚性填料，会对复合材料的流动性能产生负面影响，且刚性因子的负面影响随着非金属粉用量的增大而加剧，从而导致高密度聚乙烯复合材料的熔体流动速率降低。20-40目过筛体系下的高密度聚乙烯复合材料流动性最好，熔体流动速率达5.52克/10分钟。

  由非金属粉粒径对高密度聚乙烯复合材料流变性能的影响可知，高密度聚乙烯复合材料的流变行为跟假塑性流体一致。在相同剪切速率下，高密度聚乙烯复合材料的剪切黏度随着过筛目数的增大而增加，这与熔体流动速率的分析结果一致。

  七、全文总结

  本次研究分析了废旧印刷电路板非金属粉对高密度聚乙烯复合材料结构与性能的影响，研究表明非金属粉的加入会对高密度聚乙烯的力学及相关性能产生影响。单一目数的非金属粉可使高密度聚乙烯复合材料的拉伸强度和冲击强度出现不同程度的降低、弯曲强度和弯曲模量有所增加，冲击强度的变化最为明显且非金属粉粒径越小下降越显著。当非金属粉用量为10%时，60目非金属粉的综合改性效果最优。某一目数范围内的非金属粉改性高密度聚乙烯复合材料的力学性能变化趋势与单一目数体系一致，即粒径减小会导致拉伸强度和冲击强度下降、弯曲强度和弯曲模量上升，但改性效果明显更优。当非金属粉用量为10%时，40-60目非金属粉的综合效果最好。加入非金属粉后高密度聚乙烯复合材料的维卡软化温度明显上升，而熔体流动速率有所下降，且非金属粉粒径越大，熔体流动速率下降越明显。本研究为2026年印刷电路板行业的废弃物资源化利用提供了技术路径和数据支撑，对推动电子废弃物非金属组分的高值化利用具有重要的工程应用价值和环保意义。