CN102558799A

CN102558799A - 纤维增强的热塑性树脂的制备方法及太阳能电池边框的制备方法

Info

Publication number: CN102558799A
Application number: CN2012100243945A
Authority: CN
Inventors: 任冬友; 顾方明
Original assignee: HANGZHOU FOREMOST MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU FOREMOST MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供了一种纤维增强的热塑性树脂的制备方法，包括以下步骤：将树脂混合物熔融，得到熔融物，所述树脂混合物包括环状聚合物单体或环状聚合物低聚物和催化剂；将预热后的纤维在所述熔融物中浸润，成型后得到纤维增强的热塑性树脂。本发明还提供了一种太阳能电池边框的制备方法。本发明直接以可发生开环聚合的环状聚合物单体或环状聚合物低聚物为原料，在开环聚合生成热塑性树脂的同时将纤维增强材料包覆，形成纤维增强的热塑性树脂，然后将所述纤维增强的热塑性树脂成型、组装成太阳能电池边框。所述太阳能电池边框不仅具有良好的力学性能和老化性能，而且具有良好的加工性能，可以通过简单易行的拉挤成型工艺制备，从而降低其重量和成本。

Description

纤维增强的热塑性树脂的制备方法及太阳能电池边框的制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种纤维增强的热塑性树脂的制备方法及太阳能电池边框的制备方法。

背景技术

随着石化能源的枯竭，各种可再生新能源产业蓬勃兴起，据欧盟联合研究中心(JRC，Joint Research Center European Commission)预测，到2050年，可再生能源的比例将超过传统能源，约占52％，其中太阳能占1/2强，约28％；到本世纪末，可再生能源的比例将占到86％，太阳能将占据其中的约67％。

太阳能发电是太阳能能源战略中的重要组成部分，其中，太阳能光伏产业尤其得到各国政府的重视，产业化速度非常快。现有技术公开了多种光伏电池，又称太阳能电池。太阳能电池主要分为以硅元素为主体的电池和以多元素半导体为主体的电池。以元素半导体为主的太阳能电池主要包括硒光电池、硫化镉电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池、砷化镓电池、磷化铟太阳电池、染料敏化太阳电池和有机薄膜太阳电池等，以元素半导体为主的太阳能电池具有元素使用量小的优点，有些还可以做成聚光太阳能电池以增加光电转化效率，但是目前以元素半导体为主的光伏电池商业化成功的案例比较少，缺乏现场发电的工程积累经验。此外，某些元素在地壳中含量有限，且提炼和使用过程中对环境有污染，如镓、镉和砷等。而硅在地壳中的含量为27.6％，仅次于氧；并且，提纯高纯度硅(≥99.9999％)的技术在工业上已较为成熟可靠，因此，包括多晶硅和单晶硅在内的晶硅太阳能电池等硅元素电池已形成一个蓬勃发展的产业，在可预见的将来将占据主流地位。

晶硅太阳能电池的主要构造为由高透明前板、封装膜、银浆或铝浆导线、多晶或单晶硅片、封装膜和电池背板等多层结构形成的叠层结构。将这些材料通过加热层压的方式成型，使用密封胶条和边框组装后，配上接线盒，即可得到晶硅太阳能电池。其中，边框主要是对电池片等核心部件进行封装保护，对晶硅太阳能电池的性能及使用寿命具有重要影响。

现有技术中，边框主要采用铝型材通过冷挤压加工方式制成，不仅能耗、成本高，而且容易产生边角废料，造成浪费。另外，金属铝较易被氧化，导致太阳能电池在户外使用过程中寿命较短。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种纤维增强的热塑性树脂的制备方法及太阳能电池边框的制备方法，本发明提供的制备方法工艺简单，得到的太阳能电池边框具有良好的力学性能和老化性能。

本发明提供了一种纤维增强的热塑性树脂的制备方法，包括以下步骤：

将树脂混合物熔融，得到熔融物，所述树脂混合物包括环状聚合物单体或环状聚合物低聚物和催化剂；

将预热后的纤维在所述熔融物中浸润，成型后得到纤维增强的热塑性树脂。

优选的，所述环状聚合物单体为己内酰胺。

优选的，所述环状聚合物低聚物为环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物。

优选的，所述树脂混合物还包括抗氧剂、稳定剂、增韧剂、润滑剂和抗紫外老化剂中的一种或多种。

优选的，所述纤维为长纤维。

优选的，所述长纤维为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种。

优选的，所述纤维增强的热塑性树脂中，所述纤维的质量分数30％～80％。

与现有技术相比，本发明首先将包括环状聚合物单体或环状聚合物低聚物和催化剂的树脂混合物熔融，然后将预热后的纤维在所述熔融物中浸润，环状聚合物单体或环状聚合物低聚物在催化剂的作用下开环聚合生成聚合物，生成聚合物的同时将纤维包覆，得到纤维增强的热塑性树脂。本发明直接以可发生开环聚合的环状聚合物单体或环状聚合物低聚物为原料，在开环聚合生成热塑性树脂的同时将纤维增强材料包覆，形成纤维增强的热塑性树脂，该方法操作简单，条件温和，能够得到性能良好的纤维增强的热塑性树脂。所述纤维增强的热塑性树脂尤其适于用作太阳能电池边框或门窗框等。

本发明还提供了一种太阳能电池边框的制备方法，包括以下步骤：

将预热后的纤维在所述熔融物中浸润，在模具中成型后得到纤维增强的热塑性树脂异型材；

将所述纤维增强的热塑性树脂异型材组装，得到太阳能电池边框。

优选的，所述树脂混合物中还包括抗氧剂、稳定剂、增韧剂、润滑剂和抗紫外老化剂中的一种或多种。

优选的，所述组装为通过螺丝连接、通过螺纹连接、通过卡口和卡槽连接、通过坡口连接、焊接或通过粘结剂粘结。

本发明直接以可发生开环聚合的环状聚合物单体或环状聚合物低聚物为原料，在开环聚合生成热塑性树脂的同时将纤维增强材料包覆，形成纤维增强的热塑性树脂，然后将所述纤维增强的热塑性树脂成型、组装得到太阳能电池边框。所述太阳能电池边框不仅具有良好的力学性能和老化性能，而且具有良好的加工性能，可以通过简单易行的拉挤成型工艺制备，从而降低其重量和成本。实验表明，与铝型材太阳能电池边框相比，本发明提供的太阳能电池边框的重量可减轻1/3～1/2，成本可下降30％～40％，但其拉伸强度可提高1.5～4倍，线膨胀系数可降低至5～10，老化性能远远优于铝型材太阳能电池边框。

附图说明

图1为本发明实施例提供的太阳能电池边框的工艺流程图；

图2为本发明得到的太阳能电池边框的结构示意图。

具体实施方式

本发明直接以可发生开环聚合的环状聚合物单体或环状聚合物低聚物为原料，在开环聚合生成热塑性树脂的同时将纤维增强材料包覆，形成纤维增强的热塑性树脂，该方法操作简单，条件温和，能够得到性能良好的纤维增强的热塑性树脂。

本发明首先将树脂混合物熔融，得到熔融物。在本发明中，所述树脂混合物包括环状聚合物单体或环状聚合物低聚物和催化剂，在熔融过程中，所述环状聚合物单体或环状聚合物低聚物在催化剂的作用下发生开环聚合，得到包括环状聚合物单体或环状聚合物低聚物、催化剂和聚合物的混合熔融物。在本发明中，所述环状聚合物单体为环状单体，如己内酰胺等，可以在催化剂的作用下发生开环聚合反应，得到聚合物，所述环状聚合物单体优选为己内酰胺；所述环状聚合物低聚物为环状低聚物，如环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物(CBT)、环状聚1，6-萘二甲酸丁二醇酯低聚物(CBN)等，其也可以在催化剂的作用下发生开环聚合反应，得到聚合物，所述环状聚合物低聚物优选为环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物。本发明对所述环状聚合物单体或环状聚合物低聚物的来源没有特殊限制，可以从市场上购买，如美国CYCLICS的CBT160树脂等。

在所述树脂混合物中，所述催化剂的作用在于引发环状聚合物单体或环状聚合物低聚物发生开环聚合反应，可以为本领域技术人员熟知的催化剂，如氢氧化钠等。在所述催化剂中，可以包括主催化剂和催化剂促进剂，所述主催化剂为氢氧化钠，所述催化剂促进剂为异氰酸酯，如TDI、MDI等；或者所述主催化剂为德国BRUGGOLEN的C10催化剂，所述催化剂促进剂为德国BRUGGOLEN的C20P催化剂促进剂，对此，本发明并无特殊限制，本领域技术人员可以根据需要自行进行选择。

在本发明中，为了提高得到的纤维增强的热塑性树脂的综合性能，所述树脂混合物中优选还包括抗氧剂、稳定剂、润滑剂、增韧剂和抗紫外老化剂中的一种或多种。其中，所述抗氧剂可以为芳香胺类抗氧剂，包括二苯胺、对苯二胺或二氢喹啉等；也可以为受阻酚类抗氧剂，如2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯等；所述抗氧剂还可以包括辅助抗氧剂，包括但不限于硫代二丙酸双酯、亚磷酸酯等，优选为双十二碳醇酯、双十四碳醇酯、双十八碳醇酯、三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯或三(十六碳醇)酯；本发明对所述抗氧剂的含量没有特殊限制，其在所述纤维增强的热塑性树脂中的质量分数优选为0.05％～3％，更优选为0.1％～2％。

所述稳定剂可以包括光稳定剂或热稳定剂，优选为热稳定剂，所述热稳定剂可以为铅盐类、金属皂类、有机锡类、亚磷酸酯类或环氧类等；所述热稳定剂优选包括金属盐类的主稳定剂和包括非金属类的辅助稳定剂。本领域技术人员可以根据需要对所述稳定剂进行选择，本发明并无特殊限制。在本发明中，所述稳定剂在所述纤维增强的热塑性树脂中的质量分数优选为0.05％～3％，更优选为0.1％～2％。

所述增韧剂可以为本领域技术人员熟知的马来酸酐接枝相容剂，如马来酸酐接枝POE、EVA、SBS、EPDM、PE、ABS等。本领域技术人员可以根据需要对所述增韧剂进行选择，本发明并无特殊限制。在本发明中，所述增韧剂在所述纤维增强的热塑性树脂中的质量分数优选为0.05％～3％，更优选为0.1％～2％。

所述润滑剂可以为本领域技术人员熟知的硅树脂润滑剂，如聚二甲基硅氧烷等。本领域技术人员可以根据需要对所述润滑剂进行选择，本发明并无特殊限制。在本发明中，所述润滑剂在所述纤维增强的热塑性树脂中的质量分数优选为0.05％～3％，更优选为0.1％～2％。

所述抗紫外老化剂又叫紫外线吸收剂，可以为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类等，优选为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类或三嗪类与受阻胺类的复配物。本领域技术人员可以根据需要对所述抗紫外老化剂进行选择，本发明并无特殊限制。在本发明中，所述抗紫外老化剂在所述纤维增强的热塑性树脂中的质量分数优选为0.05％～3％，更优选为0.1％～2％。

本发明对将所述树脂混合物熔融的方式没有特殊限制，可以为在双螺杆挤出机、密炼机等混合机内熔融混炼，在混炼的过程中实现熔融、混合和塑化，得到熔融物。

得到熔融物后，将预热后的纤维在所述熔融物中浸润，成型后得到纤维增强的热塑性树脂。在本发明中，首先将纤维经过放卷机放卷，然后经装有加热装置的导纱器导出，在经过导纱器的过程中，纤维由加热装置进行加热，得到预热后的纤维。在本发明中，所述纤维可以为长丝制作的长纤维，也可以为由短丝制作的短切纤维，优选为长纤维，可以为有机纤维或无机纤维，能够增强热塑性树脂的力学性能。在本发明中，所述纤维优选为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种，更优选为玻璃纤维，最优选为无碱玻璃纤维。

将所述预热后的纤维浸润在所述熔融物中，使纤维与熔融物复合。在本发明中，优选采用可加热、内置张力辊的平板模使纤维与熔融物混合，具体包括以下步骤：首先将所述熔融物倒入所述平板模腔中，然后使纤维经过张力辊，使纤维与被加热熔化的熔融物充分接触，被充分浸润，复合形成树脂包覆浸润的纤维增强材料。在浸润过程中，熔融物中的环状聚合物单体、环状聚合物低聚物等继续在催化剂的作用下进一步发生开环聚合反应，得到聚合物，即热塑性树脂；同时，生成的热塑性树脂将纤维包覆，得到纤维增强的热塑性树脂。

本发明得到的纤维增强的热塑性树脂具有良好的力学性能和老化性能，尤其适于代替铝合金用作太阳能电池边框或门窗框等。

按照上述技术方案所述的方法得到熔融物后，将预热后的纤维在所述熔融物中进行浸润，在模具中成型后得到纤维增强的热塑性树脂异型材。该步骤与上述成型得到纤维增强的热塑性树脂的区别在于采用了模具，得到了纤维增强的热塑性树脂异型材，具体包括以下步骤：浸润完毕后，趁热将所述纤维增强材料通过异型材模具成型，然后冷却、定型，经切断装置切断后得到具有特定长度、特定截面形状的异型材。

得到异型材后，将所述异型材组装起来即可得到太阳能电池边框，本发明对所述组装的具体方式没有特殊限制，可参考铝合金门框、画框、镜框、相框等的组装方式，包括但不限于螺丝连接、螺纹连接、卡口卡槽连接、坡口连接、焊接和粘结等将异型材组装的方式，优选为粘结。

参见图1，图1为本发明实施例提供的太阳能电池边框的工艺流程图，其中，1为放卷辊，2为设置有加热装置的导纱器，3为双螺杆挤出机，4为可加热的平板模具，5为成型装置，6为切断装置。

树脂混合物在双螺杆挤出机3中熔融后进入平板模具4；纤维由放卷辊1放卷，并经导纱器2导出，导出过程中进行加热，然后进入平板模具4中；树脂混合物在双螺杆挤出机3中熔融后进入平板模具4，平板模具4中设置有张力辊(未在图中示出)，纤维经由张力辊张开后，充分在树脂熔融物中浸润，得到纤维增强的热塑性树脂，再进入成型装置5中成型、冷却、定型，再经切断装置6切断后得到具有特定长度和特定截面形状的异型材，将异型材组装即可得到太阳能电池边框。参见图2，图2为本发明得到的太阳能电池边框的结构示意图。

本发明在聚合合成树脂的同时将树脂与纤维复合，得到的纤维增强的热塑性树脂具有良好的综合性能。

得到太阳能电池边框后，对其进行性能测试，结果表明，与铝型材太阳能电池边框相比，本发明提供的太阳能电池边框的重量可减轻1/3～1/2，成本可下降30％～40％，但其拉伸强度可提高1.5～4倍，线膨胀系数可降低至5～10，老化性能远远优于铝型材太阳能电池边框。

本发明直接以可发生开环聚合的环状聚合物单体或环状聚合物低聚物为原料，在开环聚合生成热塑性树脂的同时将纤维增强材料包覆，形成纤维增强的热塑性树脂，然后将所述纤维增强的热塑性树脂成型、组装成太阳能电池边框。所述太阳能电池边框不仅具有良好的力学性能和老化性能，而且具有良好的加工性能，可以通过简单易行的拉挤成型工艺制备，从而降低其重量和成本。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的纤维增强的热塑性树脂的制备方法及太阳能电池边框的制备方法进行详细描述。

实施例1

按照图1所示的工艺流程图，按照以下步骤进行太阳能电池边框的制备：

将多卷无碱玻璃粗纱由放卷辊1放卷并经导纱器2导出并加热，所述单卷无碱玻璃粗纱的号数为2400Tex；

将CBT160树脂混合物经双螺杆挤出机3熔融、混合和塑化，得到熔融物，所述CBT160树脂混合物包括以下组分，各组分以其在纤维增强的热塑性树脂中的质量分数计：28.4％的CBT树脂；1.0％的德国BRUGGOLEN的C10催化剂；0.2％的2，6-三级丁基-4-甲基苯酚；0.1％的双十二碳醇酯；0.3％的受阻胺类抗紫外老化剂；

所述熔融物导入平板模具4，无碱玻璃粗纱经平板模具4中的张力辊充分张开后，与被加热熔融的熔融物充分浸润，形成玻璃纤维质量分数为70％的纤维增强热塑性树脂；将所述纤维增强热塑性树脂趁热通过异型材模具5成型、冷却、定型，再经切断装置6切断后得到异型材，将所述异型材组装后得到太阳能电池边框。

对所述太阳能电池边框进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池边框的性能测试结果。

实施例2

将占己内酰胺树脂混合物质量分数为49％的己内酰胺与占己内酰胺树脂混合物质量分数为1％的催化剂C10在120℃下机械混合，真空脱水20min后得到组分A；将占己内酰胺树脂混合物质量分数为49％的己内酰胺与占己内酰胺树脂混合物质量分数为1％的催化剂促进剂C20P在120℃下机械混合，真空脱水20min后得到组分B；将所述组分A与所述组分B按1∶1的质量比充分搅拌混合，得到己内酰胺树脂混合物；

所述己内酰胺树脂混合物经双螺杆挤出机3熔融、混合和塑化，得到熔融物；

将所述熔融物导入平板模具4，无碱玻璃粗纱经平板模具4中的张力辊充分张开后，与被加热熔融的熔融物充分浸润，形成玻璃纤维质量分数为70％的纤维增强热塑性树脂；将所述纤维增强热塑性树脂在165℃的温度下通过异型材模具5成型、冷却、定型，再经切断装置6切断后得到异型材，将所述异型材组装后得到太阳能电池边框。

实施例3

将占己内酰胺树脂混合物质量分数为48.7％的己内酰胺与占己内酰胺树脂混合物质量分数为1％的催化剂C10在120℃下机械混合，真空脱水20min后得到组分A；将占己内酰胺树脂混合物质量分数为48.7％的己内酰胺与占己内酰胺树脂混合物质量分数为1％的催化剂促进剂C20P在120℃下机械混合，真空脱水20min后得到组分B；将所述组分A、所述组分B、占己内酰胺树脂混合物质量分数为0.3％的2，6-三级丁基-4-甲基苯酚抗氧剂和己内酰胺树脂混合物质量分数为0.3％的受阻胺类抗紫外老化剂充分搅拌混合，得到己内酰胺树脂混合物；

将所述熔融物导入平板模具4，无碱玻璃粗纱经平板模具4中的张力辊充分张开后，与被加热熔融的熔融物充分浸润，形成玻璃纤维质量分数为80％的纤维增强热塑性树脂；将所述纤维增强热塑性树脂在170℃通过异型材模具5成型、冷却、定型，再经切断装置6切断后得到异型材，将所述异型材组装后得到太阳能电池边框。

比较例1

采用张家港市华杨金属制品有限公司出售的太阳能电池边框铝型材制备太阳能电池边框，对其进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池边框的性能测试结果。

表1本发明实施例及比较例提供的太阳能电池边框的性能测试结果

由表1可知，与铝型材太阳能电池边框相比，本发明提供的太阳能电池边框的重量可减轻1/3～1/2，成本可下降30％～40％，但其拉伸强度可提高1.5～4倍，线膨胀系数可降低至5～10，老化性能远远优于铝型材太阳能电池边框。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种纤维增强的热塑性树脂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环状聚合物单体为己内酰胺。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环状聚合物低聚为环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述树脂混合物还包括抗氧剂、稳定剂、增韧剂、润滑剂和抗紫外老化剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维为长纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述长纤维为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维增强的热塑性树脂中，所述纤维的质量分数30％～80％。

8.一种太阳能电池边框的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述树脂混合物中还包括抗氧剂、稳定剂、增韧剂、润滑剂和抗紫外老化剂中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述组装为通过螺丝连接、通过螺纹连接、通过卡口和卡槽连接、通过坡口连接、焊接或通过粘结剂粘结。