CN101885258A - 用于层压基本为板形的工件的压力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在压力作用和热作用下层压基本为板形的工件的压力机，包括：下压力机半部(2)和上压力机半部(3)，它们借助密封部(12、13)在闭合状态下形成真空腔(14)；柔性隔膜(11)，其将真空腔(14)划分成用于接纳工件(1)的、能被抽真空的产品室(16)和能被抽真空和/或被加载压力的压力室(17)。隔膜(11)因压差将工件(1)直接或间接压在真空腔(14)下侧(2)上，该压差通过对产品室(16)抽真空和/或对压力室(17)加载压力而产生。柔性隔膜是一种织物或薄膜，其具有气密、可弯、完全平面地拉伸稳定、进而几乎无弹性的特性。柔性隔膜还被涂覆以低摩擦材料和/或由低摩擦材料制成。

Description

用于层压基本为板形的工件的压力机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于在压力作用和热作用下层压基本为板形的工件的压力机，以及一种用于这种压力机的柔性隔膜。

背景技术

据此，这种压力机包括能够为打开和闭合压力机而彼此相对运动的下压力机半部和上压力机半部。下压力机半部和上压力机半部在闭合状态下借助于环绕的、一体式或多件式的密封部形成一真空腔，在所述真空腔内层压一个或多个工件。一柔性隔膜将所述真空腔划分成用于接纳至少一个工件的、能被抽真空的产品室和能被抽真空和/或能被加载压力的压力室。由于通过对所述产品室抽真空和/或通过对所述压力室加载压力而在所述真空腔中产生的压差，所述隔膜被压靠在所述工件上，因此所述隔膜将工件直接或间接地压抵到真空腔的下侧上，从而向工件施加层压所必需的外加负荷。通常，真空腔的下侧由加热板构成，从而在压制过程中将层压所必需的工艺热直接导入工件。当然也可以采用其它方式来引入工艺热。

这种类型的压力机优选用于层压光电模块。这种光电模块通常包括太阳能电池层，该太阳能电池层连同其电接触元件一起设置在玻璃板与耐环境变化的薄膜之间或者设置在两块玻璃板之间，并且利用一层或多层粘合剂层与玻璃板或薄膜层压在一起，从而以防潮并耐环境变化的方式封装在一可透光的分层复合体中。

现在为了层压一个工件或者同时层压多个工件——简单起见下面分别仅针对一个工件的情况进行说明，将工件放入真空腔的产品室内并闭合真空腔。接下来，通常首先给真空腔的压力室抽真空，以使隔膜被向上拉向上半腔。此后，通常在一段时间后产品室也被抽真空，控制真空腔的两个室的抽真空以使压力室与产品室之间始终存在压差，该压差将隔膜保持在上半腔内，并且避免隔膜提前与工件接触。

如果压力机腔的产品室被抽真空至一通常低于1mbar的目标压力，那么给该压力室通风从而使压力室与产品室之间的压差反转并且使隔膜压向工件。这样，通过控制压力室内的压力而设定一希望的隔膜压制压力，从而在工件上产生层压所必需的外加负荷。

通常以如下方式向工件提供层压所必需的工艺热：将真空腔的下侧设计成加热板，工件被隔膜压在该加热板上。这样，压力和工艺热共同用于软化和/或活化粘合剂层、必要时也用于其硬化和/或交联。

尽可能在明显加热工件之前就迅速地对真空腔的尤其是产品室抽真空，使得可能存在的残留空气(在各工件层之间的空气)或可能在加热时产生自工件的气体被抽出，然后才开始在粘合剂层中的粘合剂硬化和/或交联。因为在制成的层压工件中的气泡对其使用寿命有极为严重的不利影响或者在极端不利的情况下造成工件立即失效，因此制造时要避免气泡。

在现有技术的压力机中采用的柔性隔膜，通常由具有500％至600％的弹性或者说断裂伸长率的高弹性材料制成，具体来说在大多数情况下由硅树脂制成、而在少数应用情况下由天然橡胶制成。在主要的应用场合中、即在层压光电模块时，此前没有这种柔性隔膜的替代品。原因在于绝大多数光电模块包括含太阳能电池的太阳能电池层，这些太阳能电池由晶体的硅晶片制成并且材料厚度通常不大于0.1mm至0.2mm。因此该该层极易破裂。在多数情况下这种光电模块的结构又包括分层复合体，该分层复合体包括玻璃基质、第一EVA粘合膜、太阳能电池层、第二EVA粘合膜和背侧膜。由于晶体的太阳能电池极易破裂，所以在本领域中认为，为了压紧上述各层而在层压时采用的柔性隔膜必须由高弹性且肖式硬度小于50的柔软材料制成。此处，高弹性的特性之所以如此重要，主要是因为隔膜应当补偿所有在模块结构中存在的不平整度、尤其是在各硅太阳能电池与其线路之间存在的不平整度。

此外，必须为柔性隔膜使用高弹性材料的原因还在于，柔性隔膜必须被以机械方式预张紧以能够在任何情况下无褶皱地压在光电模块上。因为在层压过程中特别是前述类型的、即具有背侧膜的光电模块具有在层压过程中柔软的背侧，因此在压制过程中隔膜绝不会留下任何的褶皱、凹痕或者压痕。然而，为了能够使预张紧的隔膜实施一垂直于其表面的、层压过程所必须的运动、从而压靠在光电模块上，该隔膜必须具有高弹性特性。

由于柔性隔膜具有气密地将真空腔划分成压力室和产品室的功能，所以对柔性隔膜提出了另外的要求：该隔膜的材料必须是气密的。此外，由于层压过程的传热，该材料的温度耐受性必须高达约180℃至200℃。最后还必须对光电模块所用的薄膜和粘合材料具有一定的化学耐受性。

目前，按照现有技术中的主流观点一柔性隔膜必须具有的所有这些特性，由硅树脂或天然橡胶最佳地满足，而没有真正意义上的替代品。而其缺点在于，由这些材料制成的隔膜比较昂贵。而且，通常仅能实现数千次循环的使用寿命。除机械影响外的主要原因在于，在层压过程中由光电模块中最常用的粘合膜、EVA释放出的反应物。尤其是过氧化物和乙酸对由硅树脂和天然橡胶制成的隔膜造成不可忽视的腐蚀，从而降低其使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种用于前述类型的压力机的柔性隔膜以及具有这种柔性隔膜的压力机，其廉价和/或能达到更长的使用寿命。

该目的通过具有权利要求1的特征的压力机以及通过具有权利要求10的特征的柔性隔膜来实现。

权利要求2至9给出了根据本发明的压力机的优选实施方式；权利要求11和12列出了根据本发明的柔性隔膜的有利实施方式。

与此前的现有技术不同，本发明的柔性隔膜是一种织物或薄膜，所述织物或薄膜具有气密、可弯(biegweich)、完全平面地拉伸稳定、进而无弹性的特性。根据本发明的柔性隔膜的无弹性的特性优选通过选用断裂伸长率优选小于60％、优选小于50％、更优选小于15％的材料来实现。根据本发明的柔性隔膜的断裂伸长率优选低于现有技术的高弹性隔膜的1/10。

根据本发明认识到，根本无需此前强制要求的隔膜高弹性材料特性，来实现在层压优选光电模块时的良好结果。如根据本发明的认识，为了在层压时得到良好结果，仅气密性、温度耐受性、和在隔膜平面内的可弯曲性的意义上的可弯柔性便完全足够，而无需使材料具有不可忽略的延展性。

申请人的试验表明，当在闭合的压力机中给压力室通风时，此时柔性隔膜贴靠在工件上以便向该工件施加层压所需的外加负荷，由于此前采用的硅树脂或天然橡胶的橡胶式表面的良好摩擦接合，隔膜几乎不可移动地附着在与工件初次接触的位置上、或者也可能是与位于中间的隔离膜初次接触的位置上。于是，隔膜每朝向工件进一步运动便在隔膜中造成局部延展，这种局部延展可能在待层压的模块边缘上造成很大的弹性力；因此，一旦粘合剂层被加热到超出其软化温度，各模块层便会相对移动。尤其是，当在高柔性隔膜的外加负荷下超过粘合剂层的软化温度时，光电模块的太阳能电池经常开始在模块中“游动/浮动”。

使用根据本发明的、无弹性的柔性隔膜来在层压过程中向工件施加压紧力，便减小了作用在工件边缘上的力，其原因在于无弹性的柔性隔膜不像高弹性隔膜那样地容易并且自然地贴靠在工件棱边上。同时还惊奇地发现，与利用根据现有技术的、高弹性的柔性隔膜所达到的层压结果相比，只要根据本发明地为隔膜涂覆以低摩擦的材料和/或隔膜由低摩擦的材料制成时，层压结果同样良好、甚至更佳。

另外，通过柔性隔膜的无弹性的实施方式还克服了已知的高弹性的柔性隔膜的另一缺点：即高弹性隔膜在压力室通风时立刻紧贴在产品室的与工件相邻的表面上，并在所有侧面紧密地贴靠在工件上。由此工件被气密地密封，使得可能仍存在的残留空气、但主要是在层压时产生的气体(残余潮气、催化剂气体、蒸汽形态的软化剂/增塑剂等)不能从工件中溢出和被吸出。一种如本发明提出的尽管具有柔性、但是无弹性或几乎无弹性的隔膜没有表现出这种现象或者显著地减弱了这种现象。根据本发明的柔性隔膜由于其弹性很差，所以不是那样紧密地、主要不是那么快速地在所有侧面贴靠在工件的边缘上。

根据本发明的柔性隔膜可以由塑料和/或金属制成，优选由含工业纤维的密实织造的织物制成。所述工业纤维优选包括芳族聚酰胺、玻璃纤维、PTFE、PC等，或者由金属长丝或者被塑料包覆的金属长丝形成。这些材料的混合物也是可行的。根据本发明设计的柔性隔膜的这种实施方式比此前使用的硅树脂或天然橡胶隔膜廉价得多，同时显著提高了其使用寿命，其原因在于本发明相应提出的材料对于从粘合膜溢出的反应物的敏感性明显更小。

根据本发明的柔性隔膜的材料厚度可小于约1mm，优选在约0.25mm至约0.5mm之间。这一点对于有利地降低本发明提出的隔膜的成本、以及一直必要的柔性的材料特性产生正面影响。

尤其优选的是，在本发明的范围内提出的柔性隔膜至少在其面对工件的一侧上涂覆有PTFE，而在背离工件的一侧上具有例如带有橡胶式的不透气层的覆层，以实现气密性。所述覆层尤其是在柔性隔膜是带状织物的情况下是合适的。

用PTFE来涂覆隔膜，确保隔膜不再受到从粘合膜以气体形式释放的反应物的负面影响，另外使柔性隔膜与工件或隔离膜之间的摩擦能够比现有技术低很多倍，从而在压力室通风期间随时能够相对滑动，不必担心因柔性隔膜的附着而损害工件。

柔性隔膜被以如此松弛下垂的方式固定在压力机中，使得所述柔性隔膜在压力机闭合并且产品室与压力室内的压力平衡的情况下至少部分地放置在工件上，也就是说一直下垂到该工件上，由此可实现其它特别的优点。这一点使得隔膜虽然具有无弹性的特性、但在给真空腔抽真空时仍然能够如此前那样由于相应选定的在压力室与产品室之间的压差而被向上拉从而离开工件；而隔膜在给压力室通风时能够走过必要的行程直到抵达工件，从而基于在压力室与工艺室之间的变得越来越大的压差而向工件施加外加负荷。

适当的是，为此柔性隔膜被固定在一两件式隔膜框架的上半部与下半部之间，其中该隔膜框架被安装在上压力机半部上。由此，便在固定隔膜的平面与工件表面之间自动给出了压力机装料所必需的距离。

如上所述，根据现有技术的高弹性的柔性隔膜在其由于为压力室通风而贴靠在工件上之前必须被预张紧。要避免在工件上出现褶皱这一点很重要。然而，为此在根据现有技术的压力机中隔膜固定结构上所需的张紧件较为复杂、因而较为昂贵。

因为根据本发明提出的柔性隔膜基本是无弹性的，并且优选在工件侧被涂覆以PTFE或类似的低摩擦材料，或者需要时在局部或者完全由这种材料制成，所以即使在隔膜在初始状态下松弛贴靠到工件上或下垂到工件上的情况下也不必担心出现褶皱。尽管隔膜的弹性很低但仍然可能存在的褶皱在通过给产品室抽真空或给压力室通风引起的抽吸期间被拉平。

利用根据本发明提出的柔性的、但几乎无弹性的隔膜不仅可以因隔膜本身的低采购成本和因省去了张紧件和费时的张紧过程而节约成本并且明显提高隔膜的使用寿命，而且可以在层压尤其是光电模块时实现更好的结果。另外，这时便可以根据必要的特性来“订制”柔性隔膜，这尤其是通过为织物隔膜选择材料，例如塑料、金属或玻璃纤维来进行的。

附图说明

下面结合附图进一步说明和阐述根据本发明设计的压力机的实施例。

附图中：

图1以横向于行进方向的示意性剖视图示出根据本发明设计的压力机，该压力机处于打开状态；

图2以类似于图1的视图示出关闭状态；

图3以类似于图1的视图示出实际的层压过程。

具体实施方式

图1、图2和图3示意性地示出根据本发明设计的、用于层压光电模块1的压力机的剖视图，其中光电模块1的行进方向垂直于图纸平面，其中：图1示出在装料时打开的压力机；图2示出在抽真空时关闭的压力机；而图3示出在实际层压过程中关闭的压力机。

在由下压力机半部2和上压力机半部3形成的压力机中，将一光电模块1设置在输送带4和隔离膜5之间。输送带4位于下压力机半部2上，该下压力机半部2在该区域中具有加热板6以便为光电模块1引入所需的工艺热。沿行进方向观察，在下压力机半部2中、在加热板6旁侧设有多个抽吸开口7，这些抽吸开口通入下通道8中。下通道8与抽真空及通风单元(此处未示出)相连接。输送带4用于将光电模块1送入和送出压力机，因此该输送带以垂直于图纸平面的方式穿过该压力机。

上压力机半部3设有用于抽真空、通风或施加压力的上通道9；上压力机半部3带有其中夹紧有隔膜11的双框架10。双框架10利用上环形密封部12和下环形密封部13形成多件式密封结构用以气密地封闭压力机，该上环形密封部12和该下环形密封部13分别相对/抵靠上压力机半部3和下压力机半部2进行密封，其中，该双框架10在其内部与相邻的压力机半部2、3一起围成真空腔14。真空腔14利用缺口15与下通道8和上通道9建立连接。隔膜11气密地将真空腔14分成一位于隔膜11下方的、与下通道8相连接的产品室16和一位于隔膜11上方的、与上通道9相连接的压力室17。

图1示出将位于输送带4上的光电模块1连同位于该光电模块上的隔离膜5在真空腔14的区域内送入压力机的阶段，此时压力机仍然是打开的。为了保护隔膜11免受机械损害，通过上通道9将隔膜11吸附在上压力机半部3上。

然后如图2所示，通过使上压力机半部3下降而闭合压力机。通过上通道9和下通道8使真空腔14被抽真空，但其中要注意：使隔膜11上方的压力小于隔膜11下方的压力，从而保持朝向上压力机半部3、向上吸引隔膜11。因此在图2中仅能够看到产品室16，而看不到压力室17。

在产品室16被抽真空至大约1mbar的最终压力之后，通过上通道9给压力室17通风，从而得到图3所示的状况。隔膜11由于存在的压差而贴到光电模块1上，并将光电模块压在加热板6上。此处，隔离膜5避免隔膜11与光电模块1直接接触，从而使此处可能出现的粘合剂不能接触到隔膜11。图3所示的阶段是实际的层压阶段，在实际的层压阶段中利用隔膜11将光电模块1压紧，由此同时由加热板6经过输送带4向光电模块施加热量。

与现有技术不同，本实施例的柔性隔膜11不是由硅树脂或天然橡胶制成的高弹性隔膜，而是由芳族聚酰胺织物制成的隔膜，该芳族聚酰胺织物隔膜完全平面地、仅可在隔膜平面中弯曲(即是可弯的)、但几乎无弹性(即几乎不能延展)，所述芳族聚酰胺织物在产品侧具有低摩擦的PTFE涂层、而在背侧覆层上具有橡胶式的不透气层。隔离膜5也被涂覆PTFE，从而在层压过程中(图3)，在隔膜11、隔离膜5和光电模块1的分层复合体中使低摩擦的表面彼此叠置，从而可靠避免了形成褶皱。因此也不必担心光电模块1变形。还改善了经由抽吸开口7对光电模块1的相邻体积进行的排气。

如图1和2所示，隔膜11不是如现有技术那样被张紧在双框架10中，而是仅松弛地固定在该双框架处。因此，虽然隔膜11缺乏弹性，也能在装料期间(图1)以及在抽真空期间(图2)通过经上通道9抽真空而将该隔膜11向上拉向上压力机半部3并保持在那里，直到再次经该上通道9为压力室17通风为止。可以通过将柔性隔膜11松弛地保持在双框架10中，来实现柔性隔膜11的图3所示的状态。因为根据本发明隔膜11仅可以在极小的范围内延展，这一点如上文中详细所述，所以其在光电模块1的边缘区域中又具有优点，这是因为在所述边缘区域中隔膜11不像现有技术的高弹性隔膜那样容易地贴靠。

本实施例的柔性隔膜11的所述实施方式保证其对以气体形式释放的反应物具有高化学耐受性并且具有高机械强度，从而使该隔膜11的使用寿命明显高于现有技术。同时该隔膜的制造比较简单，这又带来了成本优势。最后，与按照现有技术在开始实际层压工艺之前将高弹性隔膜张紧在双框架10中、以及在必要时对其进行预加热并再次进行再张紧相比，按照本发明将隔膜11松弛地装入双框架10简单得多。

Claims (12)

1.一种用于在压力作用和热作用下层压基本为板形的工件的压力机，所述压力机具有：

能为打开和闭合所述压力机而相对运动的下压力机半部(2)和上压力机半部(3)，所述下压力机半部(2)和上压力机半部(3)借助于环绕的、一体式或多件式的密封部(12、13)在闭合状态下形成一真空腔(14)；以及

柔性隔膜(11)，所述柔性隔膜将所述真空腔(14)划分成用于接纳至少一个工件(1)的、能被抽真空的产品室(16)和能被抽真空和/或能被加载压力的压力室(17)，其中所述隔膜(11)设计和布置成，使所述隔膜由于在所述真空腔(14)中产生的压差而将工件(1)直接或间接地压靠到所述真空腔(14)的下侧(2)上，所述压差通过对所述产品室(16)抽真空和/或通过对所述压力室(17)加载压力而产生；

其特征在于，

所述柔性隔膜(11)是一种织物或薄膜，所述织物或薄膜具有气密、可弯、完全平面地拉伸稳定、进而几乎无弹性的特性；所述柔性隔膜(11)被涂覆以低摩擦材料和/或由低摩擦材料制成。

2.根据权利要求1所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)由塑料和/或金属制成。

3.根据权利要求1或2所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)包括由工业纤维紧密织造而成的织物。

4.根据权利要求3所述的压力机，其特征在于，

所述工业纤维包括芳族聚酰胺、玻璃纤维、PTFE、PC等，或者由金属长丝或被塑料包覆的金属长丝形成。

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)至少在其面对工件(1)的一侧上涂覆有PTFE。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)的材料厚度小于约1mm，优选处于约0.25mm至约0.5mm之间。

7.根据权利要求1至6中至少一项所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)的材料的断裂伸长率小于60％、优选小于50％、更优选小于15％。

8.根据权利要求1至7中至少一项所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)被以如此松弛下垂的方式固定在所述压力机中，使得所述柔性隔膜(11)在所述压力机闭合并且所述产品室(16)与所述压力室(17)内的压力平衡的情况下至少部分地放置在所述工件(1)上。

9.根据权利要求8所述的压力机，其特征在于，

所述柔性隔膜(11)被固定在一两件式隔膜框架(10)的上半部与下半部之间，其中所述隔膜框架(10)被安装在所述上压力机半部(3)上。

10.一种柔性隔膜，应用在根据权利要求1至9中至少一项所述的压力机中，其特征在于，

所述柔性隔膜是一种织物或薄膜，所述织物或薄膜具有气密、可弯、完全平面地拉伸稳定、进而几乎无弹性的特性；所述柔性隔膜被涂覆以低摩擦材料和/或由低摩擦材料制成。

11.根据权利要求10所述的柔性隔膜，其特征在于，

所述柔性隔膜的材料的断裂伸长率小于60％、优选小于50％、更优选小于15％。

12.根据权利要求10或11所述的柔性隔膜，其特征在于，

所述柔性隔膜是具有气密覆层的带状织物。

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