隨著電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，廢舊電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）的產(chǎn)生量越來越大，通過機(jī)械方法對PCB進(jìn)行處理不僅可以回收有用金屬、樹脂、塑料等，而且還能夠避免其對環(huán)境的污染及對人類健康的危害。
破碎是廢舊電路板處理的一個重要環(huán)節(jié)。電路板主要是由一些不可降解的高分子材料和重金屬組成，材料組成和結(jié)合方式復(fù)雜，單體解離粒度小時不容易實(shí)現(xiàn)分離，使用常規(guī)破碎機(jī)很難達(dá)到理想效果，原因在于：一是廢舊電路板與礦石及采礦、化工部門可能遇到的材料有明顯的不同；二是廢舊電路板不易彎曲，在制造過程中，要求基板有良好的抗彎曲性能；三是廢舊電路板主要是由強(qiáng)化樹脂板和附著其上的銅線等金屬組成，硬度較高，韌性較大。本研究旨在開發(fā)一種適用廢舊電路板破碎的剪切破碎機(jī)。
1、國內(nèi)外廢舊電路板破碎研究的現(xiàn)狀
針對廢舊電路板的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，國內(nèi)外專家、學(xué)者進(jìn)行了廣泛深入的研究，研制成功了用于廢舊電路板破碎的新型破碎機(jī)，其中有代表性的有以下幾種。
(1)瑞典SR公司開發(fā)的旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)與日本NEC公司的剪切式破碎機(jī)均利用剪切作用破碎PCB．采用這種方法可減小解離后金屬的纏繞作用。NEC公司還使用了沖擊式磨碎機(jī)，將廢舊電路板粉碎成0.1~0.3mm左右的碎塊。特制的磨碎機(jī)中使用復(fù)合研磨轉(zhuǎn)子，并選用特種陶瓷作為研磨材料。德國Daimler Benz Ulm研究中心則在破碎階段用旋轉(zhuǎn)切刀將廢舊電路板切成20mm×20mm的碎塊，磁選后再用液氮冷卻，然后送入錘磨機(jī)碾壓成細(xì)小顆粒。
(2)北京航空航天大學(xué)開發(fā)了破碎PCB的設(shè)備，其基本原理是通過二次機(jī)械粉碎，使PCB成為金屬與非金屬的混合粉。中國礦業(yè)大學(xué)使用新型立軸錘式?jīng)_擊破碎機(jī)和普通的臥軸錘式?jīng)_擊破碎機(jī)對廢舊電路板進(jìn)行破碎‘引。臥軸錘式?jīng)_擊破碎機(jī)效率高，易于控制出料粒度；，立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)容易實(shí)現(xiàn)選擇性破碎。
綜上所述，目前國內(nèi)仍沒有技術(shù)成熟的可用于廢舊電路板粗碎的破碎機(jī)，而購買國外設(shè)備價格較r高。為此，決定自行研制對PCB進(jìn)行粗碎的ZKB剪切破碎機(jī)。
2、ZKB剪切破碎機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理
2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
破碎機(jī)的施力大小、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)等都同被破碎物料的強(qiáng)度密切相關(guān)。通常使用在靜載荷下測定的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎曲強(qiáng)度來表示物料的強(qiáng)度。本文從破碎機(jī)的設(shè)計(jì)考慮，對廢舊電路板進(jìn)行了層間剪切強(qiáng)度、沖擊韌性及彎曲強(qiáng)度測試：對廢舊主板（來自廢棄計(jì)算機(jī)）先拆除電子元器件和打磨處理，然后進(jìn)行力學(xué)測試；對廢舊線路板（來自生產(chǎn)電路板時產(chǎn)生的廢板）直接進(jìn)行測試。兩種PCB的平均厚度約1.5 mm，測試結(jié)果如表1所示。從表1數(shù)據(jù)可以看出，廢舊線路板的三項(xiàng)參數(shù)均高于廢舊主板：兩種廢舊電路板的層間剪切強(qiáng)度都小于其彎曲強(qiáng)度。
ZKB剪切破碎機(jī)樣機(jī)主要由電動機(jī)、減速系統(tǒng)、工作輥?zhàn)拥炔糠纸M成。主要的技術(shù)參數(shù)如表2所示。
2.2作用機(jī)理
根據(jù)物料破碎時的受力分析，研究ZKB剪切破碎機(jī)的作用機(jī)理。兩個轉(zhuǎn)動的輥?zhàn)酉嘞蜻\(yùn)動，嚙合距離通過調(diào)整輥間距實(shí)現(xiàn)。破碎過程分為兩個階段：一是物料下落與輥?zhàn)咏佑|，在重力的作用下進(jìn)入破碎腔；二是物料在破碎腔中被破碎。
板形PCB的破碎機(jī)理如圖l所示（圖中只畫出一個輥?zhàn)由系淖饔昧Γ硪惠佔(zhàn)由系淖饔昧εc此對稱），輥?zhàn)拥陌霃綖閞，直徑為∮，輥間距為e，輥?zhàn)訉ξ锪系恼龎毫镕，由壓力產(chǎn)生的摩擦力為f，物體的重力與正壓力相比較小，忽略不計(jì)。分別將F與分解為圖1所示的力，只有在滿足一定條件下，物料才不在輥面上打滑，被兩個相向旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)泳砣肫扑榍弧D2所示為物料在破碎腔中被破碎的過程，破碎輥對物料的作用力F形成一對剪切力，當(dāng)該剪切力大于廢舊電路板的破碎極限時，物料被破碎，摩擦力fF推動物料向下運(yùn)動。物料從破碎腔中排出，達(dá)到破碎效果。使用純剪切力的作用對廢舊電路板進(jìn)行破碎是ZKB剪切破碎機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)。
3、廢舊電路板的破碎結(jié)果研究
3.1破碎效果
為了研究ZKB剪切破碎機(jī)的適用性，對計(jì)算機(jī)廢舊主板及廢舊線路板進(jìn)行破碎試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看出，該破碎機(jī)對廢舊線路板的破碎效果很好。經(jīng)過一次破碎后，廢舊線路板被破碎成寬度為20mm的長條狀物（圖3a）；然后對長條進(jìn)行二次破碎，在入料不傾斜的情況下，可破碎成規(guī)則20mm×20mm的方塊（圖3b、圖3c）。當(dāng)人料上有電子元器件時，破碎后的形狀不規(guī)則（圖3d）。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)樣機(jī)破碎輥的嚙合角較小，要保證人料平衡，且入料厚度不宜過大。
3.2 ZKB剪切破碎機(jī)生產(chǎn)能力研究
對廢舊電路板進(jìn)行破碎時，由于電路板是成塊給入的，因此不可能充滿整個破碎腔，其生產(chǎn)能力的計(jì)算比較簡單，處于正常破碎狀態(tài)時，處理量主要與輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速有關(guān)，計(jì)算公式如下：按上式，取物料填充系數(shù)K為0.8，分別計(jì)算不
同功率下的破碎機(jī)生產(chǎn)能力和單位功耗，計(jì)算結(jié)果如表3所示。隨輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速增加，單位功耗降低。
值得注意的是，由生產(chǎn)能力的計(jì)算公式可以看出，提高輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速，破碎功耗降低，并在一定程度上提高了生產(chǎn)能力，但破碎速度不宜太大。
ZKB剪切破碎機(jī)轉(zhuǎn)速較大時，破碎斷面不整齊，對入料的平衡性要求高；但是速度降低，單位功耗增加。因此可通過在低速下，增加輥?zhàn)拥挠行чL度來增加處理量。綜合考慮以上因素，ZKB剪切破碎機(jī)工作頻率以20~30Hz為宜。
4、結(jié)語
在對廢舊電路板性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，采用ZKB剪切破碎機(jī)對廢舊電路板進(jìn)行粗碎，并根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，提出了ZKB剪切破碎機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算公式，可以得到如下結(jié)論：①ZKB剪切破碎機(jī)使用純剪切力對廢舊主板與廢舊線路板進(jìn)行破碎，效率比較高，基本上沒有粉塵污染，證明該破碎機(jī)的研制是成功的；②隨著ZKB剪切破碎機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，其生產(chǎn)能力提高，單位功耗降低；③綜合考慮生產(chǎn)能力、單位功耗以及破碎效果，ZKB剪切破碎機(jī)的工作頻率以20~30Hz為宜。
