CN102432963A

CN102432963A - 一种太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102432963A
Application number: CN2011102356360A
Authority: CN
Inventors: 刘波; 田敬华; 郑榕凤
Original assignee: CHANGZHOU RONGSOLAR NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU RONGSOLAR NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜及其制备方法，属于太阳能光伏发电技术领域。含氟耐候膜用于太阳能光伏电池组件的封装材料背板上，保护电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化。含氟耐候膜的配方包括：含氟树脂，61～78.8重量份；无机物填料，5～20重量份；加工助剂，5～8重量份；润滑剂，0.1～0.5重量份；抗粘连剂0.1～0.5重量份；并可进一步含有0～20重量份的流动改性剂。本发明采用挤出吹膜法制备得到太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜。制备得到的含氟耐候膜平整，易收卷和复卷，黑点少。同时具有突出的力学性能，尤其是撕裂强度高，且纵、横向性能均衡。薄膜在120℃下不收缩。单层薄膜的水蒸气透过率低。

Description

一种太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏电池背板用耐候膜及其制备方法，属于太阳能光伏发电技术领域。

背景技术

随着化石能源的枯竭，各种可再生新能源产业蓬勃兴起，预计在本世纪中叶前后，化石能源和可再生能源的比例将有可能实现逆转，而太阳能可能是其中最为瞩目的新能源品种。在太阳能光伏系统中，光伏组件和电池是发电的基础。光伏电池组件是由各种半导体元件系统组装而成，为了满足太阳能电池系统户外使用超过25年的长期使用要求，太阳能封装材料作为关键配套材料日益受到关注。其中，背板位于组件的背面的最外层，在户外环境下保护电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化。

太阳能光伏电池组件中使用的背板通常由多层薄膜复合而成，例如普遍采用的美国杜邦公司TPT结构，P层是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)，T层是薄膜，即聚氟乙烯(PVP)薄膜。PET薄膜具有优良的电绝缘性能以及对水蒸气、氧气的渗透率低，常作为背板的支持体。同时，在PET薄膜至少一侧复合一层含氟树脂薄膜作为耐候膜层，由于氟树脂具有超高耐候性、抗紫外线辐射以及极为优异的化学稳定性，赋予了背板优异的耐候、耐老化性能，使其能够满足太阳能光伏电池组件户外长期使用的封装要求。

目前，世界上能够生产背板用含氟耐候膜的企业集中于欧美及日本。例如，美国的杜邦公司采用聚氟乙烯(PVF)作为原料，采用糊式加工并双向拉伸的办法来制备薄膜，在现有市场占据主流地位，市场占有率估计超过50％。但PVF原料为杜邦公司独家生产，而且该产品的弱点是糊式生产过程较为复杂，牵涉到大量溶剂回收等问题，面临巨大的环境压力且产品售价很高。法国的Arkema公司采用聚偏氟乙烯(PVDF)作为原料，采用三层共吹膜的方法，制备PVDF薄膜。三层共吹加工PVDF工艺复杂，原料高温下停留时间长，原料降解造成薄膜内易产生大量黑斑，并且薄膜具有较大的水蒸气透过率。也有国外企业采用挤出流涎法制备含氟耐候薄膜，例如韩国的SKC公司，但流涎法制备的薄膜纵向撕裂强度很低，同时由于含氟材料的后收缩特性，流涎膜卷在后续的复合过程中常常存在两端薄膜松紧不一致等问题，造成复合困难。在国内，尚无企业能够生产这种太阳能光伏电池背板用的含氟耐候膜，因此完全依赖于进口。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所述的含氟耐候膜，其特征在于用于制备这种薄膜的原料及组分含量是：

本发明用于制作该薄膜的原料还包括0～20重量份的流动改性剂。

进一步地，本发明所述含氟树脂是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的任意一种或任意几种的组合。

进一步地，本发明所述无机物填料是二氧化钛微粉、碳酸钙微粉、硫化锌微粉中的任意一种或任意几种的组合。所述微粉的平均粒径小于1微米。

进一步地，本发明所述加工助剂是甲基丙烯酸酯(MMA)的共聚物，即MMA/丙烯酸酯共聚物，MMA/苯乙烯共聚物，或丙烯腈/苯乙烯共聚物中的任意一种或任意几种组合。

进一步地，本发明所述润滑剂是脂肪醇及其二元羧酸、短链醇的脂肪酸酯、脂肪酰胺、脂肪酸复合酯、天然石蜡、合成石蜡、蒙旦蜡、褐煤蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡中的任意一种或任意几种组合。

进一步地，本发明所述抗粘连剂是硅酮母粒、芥酸酰胺、油酸酰胺、N，N′-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的任意一种或任意几种组合。

进一步地，本发明所述流动改性剂是邻苯二甲酸酯类溶剂中的任意一种或任意几种组合。邻苯二甲酸酯类的潜溶剂可以是：邻苯二甲酸酯二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸酯二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸酯二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸酯二环己酯(DCHP)、邻苯二甲酸酯二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸酯二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸酯二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸酯二(2-甲基己酯)等。

本发明中太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜的制备方法包括以下步骤：

(1)使用混合机将各原料组分均匀混合，得到混合料。所述原料组分为：61～78.8重量份的含氟树脂、5～20重量份的无机物填料、5～8重量份的加工助剂、0.1～0.5重量份的润滑剂和0.1～0.5重量份的抗粘连剂。混合机搅拌速率为400～1300rpm.

(2)然后使用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行输送、塑化、共混造粒，得到造粒料。所述双螺杆机挤出机的长径比为40～56、挤出加工温度为190～260℃、螺杆转速为200～400rpm.

(3)接着使步骤(2)所述的造粒料进入单层吹膜机，进行挤出吹膜。对膜泡进行冷却、在线进行电晕表面处理；挤出温度设为190～230℃、螺杆转速设为20～80rpm、吹膜机头温度设为195～235℃、薄膜牵引速度设为20～100m/min。对薄膜进行剖分、收卷即可得到平整的含氟耐候薄膜。

进一步地，本发明中以上步骤(1)所述原料还包括0～20重量份的流动改性剂。

进一步地，吹膜时，采用双风口风环对膜泡进行冷却。

本发明中以上步骤(2)所述造粒料的熔融指数为0.5～6g/10min(230℃，负载5kg)。

本发明中以上步骤(3)所述含氟耐候膜的吹胀比为1.5～4.0、薄膜厚度为15～40微米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用单层挤出吹膜法加工含氟耐候膜，工艺简单，节能减排，投资少；并且吹膜法得到的薄膜由于受到双向拉伸，薄膜性能在横、纵向均衡，薄膜热收缩率小，优于流涎法。同时，含氟材料具有优异的耐候性、耐紫外老外及机械性能，完全满足太阳能组件的封装要求。所述的原料具有良好的流动性，塑化快且均匀，可在较低温度下加工成型，而且熔体强度高，非常适合挤出吹膜工艺，极易得到平整的、厚薄均一性好的含氟耐候膜。

具体实施方式

下面的实施实例是对本发明的进一步说明，而本发明并非局限于以下实施例和实施方法。

实施例1

实施例1中，所用的含氟树脂是聚偏氟乙烯(PVDF)，分子量为69万；所用的无机物填料是二氧化钛，平均粒径为0.2微米；所用的加工助剂是罗门哈斯公司的甲基丙烯酸酯类加工助剂Paraloid K120与Paraloid K400的组合；所用的润滑剂是聚乙烯蜡；所用的抗粘连剂是芥酸酰胺；所用的流动改性剂是对苯二甲酸二辛酯(DOP)。实施例1的原料配方如下：

实施例1中的含氟耐候膜按照以下步骤制备：

(1)使用高速混合机将原料配方均匀混合，得到混合料。高速混合机搅拌速率为400rpm.

(2)然后使用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行输送、塑化、共混造粒，得到造粒料。双螺杆机挤出机的长径比为40、挤出加工温度为260℃、螺杆转速为300rpm。得到的造粒料的熔融指数为0.5g/10min(230℃，负载5kg)。

(3)接着使步骤(2)所述的造粒料进入单层吹膜机，进行挤出吹膜。吹膜时，采用双风口风环对膜泡进行冷却、在线进行电晕表面处理；挤出温度设为230℃、螺杆转速设为20rpm、吹膜机头温度设为235℃、薄膜牵引速度设为20m/min.对薄膜进行剖分、收卷，制备得到平整的含氟耐候薄膜。所得的薄膜厚度为40微米，薄膜吹胀比为1.5。

实施例2

实施例2中，所用的含氟树脂是聚偏氟乙烯(PVDF)与偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物的组合，PVDF分子量为25万，PVDF-HFP分子量为79万；所用的无机物填料是碳酸钙，平均粒径为0.1微米；所用的加工助剂是罗门哈斯公司的甲基丙烯酸酯类加工助剂Paraloid K175与Paraloid K125的组合；所用的润滑剂是氯化聚乙烯；所用的抗粘连剂是EBS；所用的流动改性剂是邻苯二甲酸酯二异辛酯(DIOP)。实施例2的原料配方如下：

实施例2中的含氟耐候膜按照以下步骤制备：

(1)使用高速混合机将原料配方均匀混合，得到混合料。高速混合机搅拌速率为850rpm.

(2)然后使用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行输送、塑化、共混造粒，得到造粒料。双螺杆机挤出机的长径比为56、挤出加工温度为230℃、螺杆转速为400rpm。得到的造粒料熔融指数为3.2g/10min(230℃，负载5kg)。

(3)接着使步骤(2)所述的造粒料进入单层吹膜机，进行挤出吹膜。吹膜时，采用双风口风环对膜泡进行冷却、在线进行电晕表面处理；挤出温度设为230℃、螺杆转速设为50rpm、吹膜机头温度设为235℃、薄膜牵引速度设为40m/min.对薄膜进行剖分、收卷，制备得到平整的含氟耐候薄膜，薄膜厚度为30微米，薄膜吹胀比为2.8。

实施例3

实施例3中，所用的含氟树脂是乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)，ECTFE分子量为25万；所用的无机物填料是二氧化钛，平均粒径为0.2微米；所用的加工助剂是罗门哈斯公司的甲基丙烯酸酯类加工助剂Paraloid K400；所用的润滑剂是石蜡；所用的抗粘连剂是硅酮母粒，美国陶氏化学公司生产。实施例3的原料配方如下：

实施例3中的含氟耐候膜按照以下步骤制备：

(1)使用高速混合机将原料配方均匀混合，得到混合料。高速混合机搅拌速率为1300rpm。

(2)然后使用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行输送、塑化、共混造粒，得到造粒料。双螺杆机挤出机的长径比为40、挤出加工温度为190℃、螺杆转速为200rpm.得到的造粒料熔融指数为6g/10min(230℃，负载5kg)。

(3)接着步骤(2)所述的造粒料进入单层吹膜机，进行挤出吹膜。吹膜时，采用双风口风环对膜泡进行冷却、在线进行电晕表面处理；挤出温度设为190℃、螺杆转速设为80rpm、吹膜机头温度设为195℃、薄膜牵引速度设为80m/min.对薄膜进行剖分、收卷，制备得到平整的含氟耐候薄膜，薄膜厚度为15微米，薄膜吹胀比为4.0。

以上实施例得到的含氟耐候膜的性能见表-1。

表-1实施例得到的含氟耐候膜的性能

*MD：机器方向

**TD：垂直机器方向

表-1是各实施例得到的含氟耐候膜膜卷外观及薄膜性能总结。从表中可知，制备得到的含氟耐候膜平整，易收卷和复卷，黑点少。同时具有突出的力学性能，尤其是撕裂强度高，且纵、横向性能均衡。薄膜在120℃下不收缩。单层薄膜的水蒸气透过率低。因此，本发明制备的含氟耐候膜满足太阳能光伏电池组件封装背板材料的要求。

Claims

1.太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于：包括含氟树脂、无机物填料、加工助剂、润滑剂与抗粘连剂，按重量百分数计的配比如下：

2.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述含氟树脂是聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的任意一种或任意几种的组合。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述无机物填料是二氧化钛微粉、碳酸钙微粉、硫化锌微粉中的任意一种或任意几种的组合；所述微粉的平均粒径小于1微米。

4.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述加工助剂是甲基丙烯酸酯MMA的共聚物，即MMA/丙烯酸酯共聚物，MMA/苯乙烯共聚物，或丙烯腈/苯乙烯共聚物中的任意一种或任意几种组合。

5.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述润滑剂是脂肪醇及其二元羧酸、短链醇的脂肪酸酯、脂肪酰胺、脂肪酸复合酯、天然石蜡、合成石蜡、蒙旦蜡、褐煤蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡中的任意一种或任意几种组合。

6.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述抗粘连剂是硅酮母粒、芥酸酰胺、油酸酰胺、N，N′-亚乙基双硬脂酰胺中的任意一种或任意几种组合。

7.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述的原料组分还包括0～20重量份的流动改性剂。

8.如权利要求7所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜，其特征在于所述的流动改性剂是邻苯二甲酸酯类溶剂中的一种或任意几种组合。

9.如权利要求1所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)使用混合机将含氟树脂、无机物填料、加工助剂、润滑剂与抗粘连剂原料组分均匀混合，得到混合料；混合机搅拌速率为400～1300rpm；

(2)然后使用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行输送、塑化、共混造粒，得到造粒料；双螺杆机挤出机的长径比为40～56、挤出加工温度为190～260℃、螺杆转速为200～400rpm；

(3)接着使步骤(2)所述的造粒料进入单层吹膜机，进行挤出吹膜；在线进行电晕表面处理；挤出温度设为190～230℃、螺杆转速设为20～80rpm、吹膜机头温度设为195～235℃、薄膜牵引速度设为20～100m/min；对薄膜进行剖分、收卷即可得到平整的含氟耐候薄膜。

10.如权利要求9所述的太阳能光伏电池背板用含氟耐候膜的制备方法，其特征在于：

吹膜时，采用双风口风环对膜泡进行冷却。