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1、河北联合大学河北联合大学本科毕业论文开题报告本科毕业论文开题报告题目：题目：废弃环氧模塑料回收再利用的研究废弃环氧模塑料回收再利用的研究学学 院：院： 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 专专 业：业： 高分子材料与工程高分子材料与工程 班班 级：级： 0909 高分子（高分子（2 2）班）班 姓姓 名：名： 秦世若秦世若 学学 号：号： 200908090201200908090201 指导教师：指导教师： 张志明张志明 2013 年年 3 月月 12 日日一、题目来源背景（现状、前景）一、题目来源背景（现状、前景）1.11.1 环氧模塑料环氧模塑料环氧模塑料 （EMCEpoxy Mold
2、ing Compound）即环氧树脂模塑料、环氧塑封料，是由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料。塑料封装（简称塑封）材料95以上采用 EMC，塑封过程是用传递成型法将 EMC 挤压入模腔 ,并将其中的半导体芯片包埋，同时交联固化成型，成为具有一定结构外型的半导体器件1。1.21.2 环氧模塑料的特性及现状环氧模塑料的特性及现状环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，加上填料、促进剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂及其它微量组分，按一定的比例经过前混、挤出、粉碎、磁选、后混合、预成型（打饼）等工艺制成2。环氧树脂体系用作封
3、装材料有以下几方面的优点 :优良的粘接性 , 良好的耐腐蚀性 , 无固化副产物 , 优异的电性能 , 耐热性好, 很低的固化收缩 , 低吸湿性, 灵活性( 固化方式多 ,树脂种类多, 可改性范围宽 ) 。因此, 约有 80 %以上的半导体器件已采用环氧模塑料封装 , 其中包括晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路3。电子元器件 ( 如集成电路) 是各类电子产品中不可缺少的关键电子互联件, 几乎全部采用塑料封装 , 而塑封材料中 90 % 以上是环氧模塑料。随着电子产品更新换代的不断加快 , 电子元器件的产量也急剧增长 ,随之而来的是生产过程中产生的大量塑封材料边角料4。目前, 对其
4、处理以填埋为主 , 这样不但会造成潜在的环境危害 , 而且由于塑料源自石油 , 某种程度上也是对资源的极大浪费。1.31.3 聚乙烯聚乙烯聚乙烯具有优良的加工性能和使用性能，是合成树脂中应用最广泛的品种，其生产能力长期居各塑料品种的第一位。聚乙烯树脂主要包括低密度聚乙烯（LDPE） 、线性低密度聚乙烯（ LLDPE） 、高密度聚乙烯（ HDPE）及中密度聚乙烯（MDPE） 。聚乙烯在我国应用相当广泛，薄膜是其最大的用户，约消耗低密度聚乙烯77%，高密度聚乙烯的 18%，另外，注塑制品、电线电缆、中空制品等都在其消费结构中占有较大的比例。在五大通用树脂中PE 的消费量位居第一。截至到2005 年
5、底，我国聚乙烯实际产量已经突破500 万吨大关，达到 529.04 万吨，比 2004 年增长 17.1。1.41.4 高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPEHDPE）的性能特点及现状）的性能特点及现状HDPE 是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。虽然HDPE 在 1956 年就已推出，但这种塑料还没达到成熟水平。这种通用材料还在不断开发其新的用途和市场。HDPE 是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE 的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。 PE 具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE 具有很好的电性能，特别
6、是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。随着建筑业和节水工程等的迅速发展，我国HDPE 管材市场颇具发展潜力。据预测，国内塑料管的消费年均增长速度将达到9%以上。但国内只有少数树脂生产厂能生产管材专用料，上海金菲公司是国内HDPE 管材产量最大的生产商，其次是燕化、大庆及扬子石化公司，主导牌号6100M。目前，我国燃气管全部采用进口专用料，我国给水管基本采用国产料，其中50%用于农村改水工程，2005 排水管需求量达 4 万吨以上。由于聚乙烯管独特的性能，近年来发展明显快于聚氯乙烯管，尤其是高密度聚乙烯管的应用发展迅速5。在欧洲市场上，高密度聚乙烯管在各种管材中所占比例已近30%。与国外相比，
7、我国高密度聚乙烯管材的开发应用还有较大的差距，目前我国给水管、燃气管、油水管、矿山管等使用聚乙烯树脂，特别是高密度聚乙烯树脂的用量还不多，因此，应积极开发高密度聚乙烯管材专用料。1 1. .5 5. .环环氧氧模模塑塑料料封封装装的的研研究究与与应应用用当今电子产品正朝着微型化便携式低成本、低功耗、环保型和高可靠性方向发展, 这对芯片的制造提出了越来越高的要求 , 在芯片制造中封装这一环节越来越显得举足轻重 , 电子封装已从以往的附属地位而成为独立高速发展的封装产业6。塑料封装属于非气密性封装 , 材料成本低 , 成型工艺相对简单 , 而且随着材料成型工艺技术的进步和新材料的不断开发, 塑料封
8、装的可靠性得到大大的提高 , 塑料封装已成为目前市场的主流 , 它主要用于民用消费类电子产品领域,目前在全世界集成电路用塑料封装最适合的材料是环氧模塑料。大多数半导体设备都封装在环氧模塑料材料7。 环氧塑封料是微电子工业和技术发展的基础材料，作为IC 后道封装三大主材料之一，随着 IC 封装技术的发展，对其特性的要求愈来愈严格，对应力、黏度等性能的要求更高。应力是影响环氧塑封料封装的主要因素，随着线宽的缩小要求应力越来越低。黏度也一直是影响环氧塑封料封装性能的一个重要因素，在塑封过程中环氧塑封料对金丝冲击力的大小，直接影响到集成电路的性能。环氧模塑料的吸水率是衡量环氧模塑料性能的另一重要指标8
9、。由于交联的环氧树脂对水分子没有封闭作用 , 在一定的环境湿度以及温度下 , 水分子可以通过扩散的方式从外界通过模塑料进入封装器件内部 , 对封装器件造成破坏。环氧模塑料以其低成本、高生产效率以及合理的可靠性等特点, 已经成为现代半导体封装最常见最重要的封装材料之一9。它是紧跟半导体技术以及半导体封装技术的发展而发展, 同时环氧模塑料技术的发展也促进了半导体技术和半导体封装技术的发展。1 1. .6 6 废废弃弃环环氧氧模模塑塑料料的的回回收收再再利利用用随着电子信息等高科技产业迅猛发展, 电子废弃物的产生量迅速增大。另一方面, 国内电子废物的飞速增长和国外电子废物的大量涌入, 成为中国环境安
10、全重大隐患。电子垃圾成分复杂且其污染物众多, 不恰当处理势必造成了严重的环境污染,而其中最难以无害化和资源化, 且所占比例最高( 大于 50%) 的材料是环氧树脂10。在生产、使用和报废过程产生的板状废弃物和碎屑, 通常分为三大类型, 即:废覆铜板、线路板边角料、废电路板。其中废覆铜板、线路板边角料是生产线路板过程中产生的下脚料和残次品, 特点是相对集中, 收集较为容易, 也是目前国内外废线路板再生利用的主要对象。废电路板来源渠道多, 物质组成较其他两类废线路板复杂, 因而处理难度较大, 主要表现为资源再生利用过程中的资源利用率较低,二次污染严重11。国内外对报废线路板等的处置方法主要有两种:
11、 一是通过焚烧方式, 将包括环氧树脂在内的大部分有机物变成气体, 从焚烧渣中提炼铜等有色金属。由于焚烧不完全, 排放的烟尘中含有大量有毒有害物质, 严重污染环境。同时焚烧过程本身所耗能源较大;二是通过机械粉碎, 将大部分金属从环氧树脂等非金属材料中分离出来。环氧树脂等非金属粉末填埋或者送到当地固废中心进行焚烧处理12。目前, 国内外报道的关于电子产品中环氧模塑料废料回收利用的研究仍较少,研究趋势是将其作为填料再利用, 制备具有较高附加值的复合材料。环氧模塑料是热固性塑料, 由于其独特的三维网状结构, 无法像热塑性塑料那样二次熔融再生利用, 因此对其回收利用具有一定的困难。近几年来研究表明, 以
12、工业固体废弃物作为增强体, 废旧热塑性材料为基体采用模压成型方法制成复合材料成为新的资源。目前这些方法多是针对热塑性材料。废弃线路板（主要是环氧模塑料）是热固性材料, 不能再作为基体材料, 但由于粉碎分离后非金属粉末中增强体与树脂并没有完全分离, 可以整体作为复合材料的增强填料使用13。如何有效地回收利用废弃线路板粉料一直为社会所关注，本实验研究了采用废弃环氧模塑料粉作为填料高比例填充 HDPE 制备复合材料的可行性, 探究废弃环氧模塑料再生利用的最佳条件，以期提高废弃环氧模塑料粉的再利用率。二、主要研究内容、应用价值、改进及创新二、主要研究内容、应用价值、改进及创新2.12.1 研究内容研究
13、内容本实验以高密度聚乙烯为基材，废弃环氧模塑料为填料，通过物理共混和熔融共混的方法经注塑成型或模压成型制备环氧模塑料/聚乙烯复合材料制品，并探究废弃环氧模塑料再生利用的最佳条件。同时对复合材料制品的机械性能进行测试和比较。2.22.2 应用价值应用价值废弃环氧模塑料粉末具有一定的活性, 共混时，能与聚乙烯发生物理或化学作用，又因为聚乙烯具有优良的加工性能和使用性能，因此由这两种原料共混而得来的复合材料制品应具有良好的抗拉伸强度和抗弯曲强度等性能。2.32.3 改进与创新改进与创新通过熔融共混的方法回收废弃环氧模塑料制备环氧模塑料/聚乙烯复合材料，根据改变它们不同的物料配料比、温度和转速，把得到
14、相应的复合材料经注塑或模压成型，然后对所得到制品的机械性能进行测试。三、拟采用的研究方法、手段及实验准备情况三、拟采用的研究方法、手段及实验准备情况3.13.1 研究方法及手段研究方法及手段研究方法分为物理共混和熔融共混两种。通过改变两种物料的比例及转矩流变仪的温度和转速来探究不同条件对废弃环氧模塑料填入量及所制备复合材料力学性能的影响，并分析出最佳性能的条件。3.23.2 实验准备实验准备3.2.1 实验原料高密度聚乙烯，环氧模塑料废料。3.2.2 主要设备单螺杆注塑机，双螺杆挤出机，转矩流变仪，高速混合机，熔融流动速率测试仪，冲击实验机，电子拉力实验机，红外光谱仪，SEM 扫描电镜仪,ES
15、T121 型数字高阻计。3.33.3 实验步骤实验步骤（1）采用双螺杆挤出机将高密度聚乙烯切割成细小的物料。（2）将高速混合机对环氧模塑料废料回收并打碎，然后经过筛分过滤得到粉状的黑胶。（3）利用高速混合机将两种不同比例的原料进行混合，并计算出环氧模塑料的净进料量；（4）根据不同的物料比例、转矩流变仪的温度和转速制定出正交实验方案。利用转矩流变仪对两种物料进行熔融共混；（5）利用熔融流动速率测试仪测出复合材料的熔融指数。根据其熔融指数将共混后的复合材料进行注塑或者模压成型，得到相应的复合材料制品。(6）最后对复合材料制品进行抗冲击、抗拉伸、表面电阻和耐酸碱等性能的测试，通过红外、SEM 等进行
16、表征其结构及形貌并分析。四、进度安排四、进度安排12 周：查阅资料，初步探究环氧模塑料的成份及回收方法，筹备实验所需材料和设备，并拟定出实验方案，做好初步实验准备；36 周：根据拟定好的实验方案进行实验。即将回收的环氧模塑料经过打碎、过筛后与高密度聚乙烯进行物理共混和熔融共混，并测出其熔融指数，然后进一步注塑或模压成复合材料制品；7 周：利用冲击实验机和拉伸试验机测出它们的抗冲击和抗拉伸强度，并测出它们的耐酸碱性和表面电阻，然后通过红外、SEM 等进行表征其结构及形貌；8 周：整理实验数据并撰写中期报告；914 周：撰写毕业论文；15 周：答辩准备；16 周：毕业答辩。五、主要参考文献（外文参考文献不少于五、主要参考文献（外文参考文献不少于 2 篇）篇）1 环氧树脂：百度百科：htt
