随着电子产品更新换代的加快，废旧电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）的产生量越来越大，通过机械方法对PCB进行处理不仅可以回收有用金属、树脂、塑料等，而且还能够避免其对环境的污染及对人类健康的危害。
破碎是废旧电路板处理的一个重要环节。电路板主要是由一些不可降解的高分子材料和重金属组成，材料组成和结合方式复杂，单体解离粒度小时不容易实现分离，使用常规破碎机很难达到理想效果，原因在于：一是废旧电路板与矿石及采矿、化工部门可能遇到的材料有明显的不同；二是废旧电路板不易弯曲，在制造过程中，要求基板有良好的抗弯曲性能；三是废旧电路板主要是由强化树脂板和附着其上的铜线等金属组成，硬度较高，韧性较大。本研究旨在开发一种适用废旧电路板破碎的剪切破碎机。
1、国内外废旧电路板破碎研究的现状
针对废旧电路板的组成与结构特点，国内外专家、学者进行了广泛深入的研究，研制成功了用于废旧电路板破碎的新型破碎机，其中有代表性的有以下几种。
(1)瑞典SR公司开发的旋转式破碎机与日本NEC公司的剪切式破碎机均利用剪切作用破碎PCB．采用这种方法可减小解离后金属的缠绕作用。NEC公司还使用了冲击式磨碎机，将废旧电路板粉碎成0.1~0.3mm左右的碎块。特制的磨碎机中使用复合研磨转子，并选用特种陶瓷作为研磨材料。德国Daimler Benz Ulm研究中心则在破碎阶段用旋转切刀将废旧电路板切成20mm×20mm的碎块，磁选后再用液氮冷却，然后送入锤磨机碾压成细小颗粒。
(2)北京航空航天大学开发了破碎PCB的设备，其基本原理是通过二次机械粉碎，使PCB成为金属与非金属的混合粉。中国矿业大学使用新型立轴锤式冲击破碎机和普通的卧轴锤式冲击破碎机对废旧电路板进行破碎‘引。卧轴锤式冲击破碎机效率高，易于控制出料粒度；，立轴式冲击破碎机容易实现选择性破碎。
综上所述，目前国内仍没有技术成熟的可用于废旧电路板粗碎的破碎机，而购买国外设备价格较r高。为此，决定自行研制对PCB进行粗碎的ZKB剪切破碎机。
2、ZKB剪切破碎机结构特点及作用机理
2.1结构特点
破碎机的施力大小、机构设计、性能指标等都同被破碎物料的强度密切相关。通常使用在静载荷下测定的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯曲强度来表示物料的强度。本文从破碎机的设计考虑，对废旧电路板进行了层间剪切强度、冲击韧性及弯曲强度测试：对废旧主板（来自废弃计算机）先拆除电子元器件和打磨处理，然后进行力学测试；对废旧线路板（来自生产电路板时产生的废板）直接进行测试。两种PCB的平均厚度约1.5 mm，测试结果如表1所示。从表1数据可以看出，废旧线路板的三项参数均高于废旧主板：两种废旧电路板的层间剪切强度都小于其弯曲强度。
ZKB剪切破碎机样机主要由电动机、减速系统、工作辊子等部分组成。主要的技术参数如表2所示。
2.2作用机理
根据物料破碎时的受力分析，研究ZKB剪切破碎机的作用机理。两个转动的辊子相向运动，啮合距离通过调整辊间距实现。破碎过程分为两个阶段：一是物料下落与辊子接触，在重力的作用下进入破碎腔；二是物料在破碎腔中被破碎。
板形PCB的破碎机理如图l所示（图中只画出一个辊子上的作用力，另一辊子上的作用力与此对称），辊子的半径为r，直径为∮，辊间距为e，辊子对物料的正压力为F，由压力产生的摩擦力为f，物体的重力与正压力相比较小，忽略不计。分别将F与分解为图1所示的力，只有在满足一定条件下，物料才不在辊面上打滑，被两个相向旋转的辊子卷入破碎腔。图2所示为物料在破碎腔中被破碎的过程，破碎辊对物料的作用力F形成一对剪切力，当该剪切力大于废旧电路板的破碎极限时，物料被破碎，摩擦力fF推动物料向下运动。物料从破碎腔中排出，达到破碎效果。使用纯剪切力的作用对废旧电路板进行破碎是ZKB剪切破碎机的显著优点。
3、废旧电路板的破碎结果研究
3.1破碎效果
为了研究ZKB剪切破碎机的适用性，对计算机废旧主板及废旧线路板进行破碎试验。从试验结果看出，该破碎机对废旧线路板的破碎效果很好。经过一次破碎后，废旧线路板被破碎成宽度为20mm的长条状物（图3a）；然后对长条进行二次破碎，在入料不倾斜的情况下，可破碎成规则20mm×20mm的方块（图3b、图3c）。当人料上有电子元器件时，破碎后的形状不规则（图3d）。因为实验样机破碎辊的啮合角较小，要保证人料平衡，且入料厚度不宜过大。
3.2 ZKB剪切破碎机生产能力研究
对废旧电路板进行破碎时，由于电路板是成块给入的，因此不可能充满整个破碎腔，其生产能力的计算比较简单，处于正常破碎状态时，处理量主要与辊子转速有关，计算公式如下：按上式，取物料填充系数K为0.8，分别计算不
同功率下的破碎机生产能力和单位功耗，计算结果如表3所示。随辊子转速增加，单位功耗降低。
值得注意的是，由生产能力的计算公式可以看出，提高辊子的转速，破碎功耗降低，并在一定程度上提高了生产能力，但破碎速度不宜太大。
ZKB剪切破碎机转速较大时，破碎断面不整齐，对入料的平衡性要求高；但是速度降低，单位功耗增加。因此可通过在低速下，增加辊子的有效长度来增加处理量。综合考虑以上因素，ZKB剪切破碎机工作频率以20~30Hz为宜。
4、结语
在对废旧电路板性质研究的基础上，采用ZKB剪切破碎机对废旧电路板进行粗碎，并根据相关试验结果，提出了ZKB剪切破碎机的生产能力计算公式，可以得到如下结论：①ZKB剪切破碎机使用纯剪切力对废旧主板与废旧线路板进行破碎，效率比较高，基本上没有粉尘污染，证明该破碎机的研制是成功的；②随着ZKB剪切破碎机转速的增加，其生产能力提高，单位功耗降低；③综合考虑生产能力、单位功耗以及破碎效果，ZKB剪切破碎机的工作频率以20~30Hz为宜。
