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，通過機械方法對PCB進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)合方式復雜，單體解離粒度小時不容易實現(xiàn)分離，使用常規(guī)破碎機很難達到理想效果，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。
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)構特點，國內(nèi)外專家、學者進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，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)式破碎機與日本NEC公司的剪切式破碎機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，將廢舊電路板粉碎成0.1~0.3mm左右的碎塊。特制的磨碎機中使用復合研磨轉(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，然后送入錘磨機碾壓成細小顆粒。
    (2)北京航空航天大學開發(fā)了破碎PCB的設備，其基本原理是通過二次機械粉碎，使PCB成為金屬與非金屬的混合粉。中國礦業(yè)大學使用新型立軸錘式?jīng)_擊破碎機和普通的臥軸錘式?jīng)_擊破碎機對廢舊電路板進行破碎‘引。臥軸錘式?jīng)_擊破碎機效率高，易于控制出料粒度；，立軸式?jīng)_擊破碎機容易實現(xiàn)選擇性破碎。
    綜上所述，目前國內(nèi)仍沒有技術成熟的可用于廢舊電路板粗碎的破碎機，而購買國外設備價格較r高。為此，決定自行研制對PCB進行粗碎的ZKB剪切破碎機。
2、ZKB剪切破碎機結(jié)構特點及作用機理
2.1結(jié)構特點
    破碎機的施力大小、機構設計、性能指標等都同被破碎物料的強度密切相關。通常使用在靜載荷下測定的抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、抗彎曲強度來表示物料的強度。本文從破碎機的設計考慮，對廢舊電路板進行了層間剪切強度、沖擊韌性及彎曲強度測試：對廢舊主板（來自廢棄計算機）先拆除電子元器件和打磨處理，然后進行力學測試；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，廢舊線路板的三項參數(shù)均高于廢舊主板：兩種廢舊電路板的層間剪切強度都小于其彎曲強度。
    ZKB剪切破碎機樣機主要由電動機、減速系統(tǒng)、工作輥子等部分組成。主要的技術參數(shù)如表2所示。
2.2作用機理
    根據(jù)物料破碎時的受力分析，研究ZKB剪切破碎機的作用機理。兩個轉(zhuǎn)動的輥子相向運動，嚙合距離通過調(diào)整輥間距實現(xiàn)。破碎過程分為兩個階段：一是物料下落與輥子接觸，在重力的作用下進入破碎腔；二是物料在破碎腔中被破碎。
    板形PCB的破碎機理如圖l所示（圖中只畫出一個輥子上的作用力，另一輥子上的作用力與此對稱），輥子的半徑為r，直徑為∮，輥間距為e，輥子對物料的正壓力為F，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。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)的輥子卷入破碎腔。圖2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推動物料向下運動。物料從破碎腔中排出，達到破碎效果。使用純剪切力的作用對廢舊電路板進行破碎是ZKB剪切破碎機的顯著優(yōu)點。
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剪切破碎機的適用性，對計算機廢舊主板及廢舊線路板進行破碎試驗。從試驗結(jié)果看出，該破碎機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）。當人料上有電子元器件時，破碎后的形狀不規(guī)則（圖3d）。因為實驗樣機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剪切破碎機生產(chǎn)能力研究
    對廢舊電路板進行破碎時，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)能力的計算比較簡單，處于正常破碎狀態(tài)時，處理量主要與輥子轉(zhuǎn)速有關，計算公式如下：按上式，取物料填充系數(shù)K為0.8，分別計算不
同功率下的破碎機生產(chǎn)能力和單位功耗，計算結(jié)果如表3所示。隨輥子轉(zhuǎn)速增加，單位功耗降低。
    值得注意的是，由生產(chǎn)能力的計算公式可以看出，提高輥子的轉(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，增加輥子的有效長度來增加處理量。綜合考慮以上因素，ZKB剪切破碎機工作頻率以20~30Hz為宜。
4、結(jié)語
    在對廢舊電路板性質(zhì)研究的基礎上，采用ZKB剪切破碎機對廢舊電路板進行粗碎，并根據(jù)相關試驗結(jié)果，提出了ZKB剪切破碎機的生產(chǎn)能力計算公式，可以得到如下結(jié)論：①ZKB剪切破碎機使用純剪切力對廢舊主板與廢舊線路板進行破碎，效率比較高，基本上沒有粉塵污染，證明該破碎機的研制是成功的；②隨著ZKB剪切破碎機轉(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剪切破碎機的工作頻率以20~30Hz為宜。