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电子级废玻纤回收再制GF/PA热塑增强料及工艺制程

  台湾玻璃纤维年产能已超过30万吨,以不良率6%计,其生产过程中产生的废弃物约达2万吨/年。综观国内外玻纤产业,对废丝处理无不力谋解决之道,日本Nittobo公司将废丝掺入新料中回炉熔融,因容易造成断丝,不良率提升,故效果有限。美国SATNT―GOBAIN VETEKTEX公司利用梳绵(Cardrd)纱及电子级玻璃纤维PP入PA补强材,长度约20-25mm,废丝再制过程中击断、打散、蓬松,反而使加工过程下料不易。从市场面来看,若将废丝回收再利用制成FRTP原料,不失为一个兼顾环保与经济效益的考量方向,目前常用的塑料基材包括: PA6及PA66、PBT、PP、ABC等,其经由单螺杆或双螺杆押出机等设备,予以混炼/捏合/分散后,再制成纤维强化塑料复合胶粒或板材,以供射出押出、冲压成型等,应用电子电机零件、家电电器、运动用品、汽机车与建材等。
  针对上述议题,台湾远东科技大学材料科学与工程系陈嘉勋教授率领的团队,成功研制出一套玻纤废料的回收再利用方法,利用电子级废丝再制FRT―PA复材原料。目前考虑将成果扩大,以达商业化效益。该项技术内容及制造过程如下。
  1、废玻纤前处理:采用台玻公司废弃电子级玻纤,电子级玻璃纤维生产过程中,因机头纱制程不良或崩纱等因素而遭弃置。此种废丝玻纤通常布满灰尘且表面残留浸润剂,因此要用清水反覆清洗去除。时约5min。
  2、回收玻纤表面处理:回收玻纤表面处理系采取湿式进行,以水为溶剂并混合比例0.5%-1.5%之Dow公司硅烷偶合剂,此外,添加1%之PU胶进行集束并加入醋酸调整其PH值于3-5,另经含浸的回收玻璃纤维,其批处理量约200kg,含浸时间3min。
  3、回收玻纤切股:由于玻璃纤维具有玻璃的刚性及纤维的柔软性,切股设备采用似纸类裁切的斜切方式设计制作,以减少回收玻纤握持时被夹碎的机率。
  4、混炼加工:将乾燥后的回收切股玻纤与尼龙基材进行混炼加工制程,实验采用泽机式双螺杆押出机(L/D=37.5、∮=32mm),加工温度240-260度、螺杆转速50r/min。另外,切股玻纤的添加量为30%。
  5、ASTM射出成型:所得之GF/PA复合胶粒以90度除湿干燥4小时以上,再利用全立发射出机(25HP、5KW、∮35螺杆)制造出ASTM标准试片,相关实验皆依照ASTM标准规范进行测试。
  该研究再制之GF/PA复材各项性能测试结果如下:
  1、表面形态观测:从再制的GF/PA复材的断裂横截面SEM分析,可看出其尼龙与回收玻纤之界面接着情形,回收玻纤经硅烷偶合剂改质后,可使其表面转变疏水性,并改良其对尼龙基材的含浸性及接着性,使得部分尼龙可附着于回收玻纤上且未有回收玻纤由尼龙基材中被抽离,进而有效益改善尼龙与回收玻纤间的界面问题。
  2、拉伸强度:其拉伸强度随偶合剂添加量的增加而逐渐上升,未经偶合剂改变的拉伸应力为1112kgf/cm2,经添加0.5%偶合剂可增至1265kgf/cm2,到添加剂1%,最大值为1502kgf/ cm2。偶合剂比例1.5%时,可能因偶合剂添加过量,导致偶合剂交联,使改质效果略低于最佳值。
  3、弯曲模数:其弯曲模数随偶合剂添加量的增加而有明显增加,至1%偶合剂添加量时,有最大值64338kgf/cm2,提升约20%。然而当偶合剂添加量达饱和值后又略微降低。
  4、冲击压强度:冲压强度随偶合剂添加量达到至1%时,可增加约34%的冲压强度。

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