CN102676068B - 一种基于在线交联的eva胶膜的生产工艺 - Google Patents

一种基于在线交联的eva胶膜的生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，包括以下步骤：1)原料、助剂共混搅拌：原料采用VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，助剂采用过氧化物交联剂与硅烷偶联剂；2)多组份配比计量投入，然后按质量配比输入挤出机进料斗；3)熔体挤出；4)压延成型；5)在线交联：步骤4得到的EVA胶膜通过烘箱进行预交联，其中，交联温度为40-200℃；6)复纸护膜：经预交联的EVA胶膜在牵引过程中复衬硅纸以隔离膜与膜间的粘连，其中，输纸速度为5-30米/分；7)经过后处理，得到EVA胶膜成品。本发明能降低能耗、提升加工效率、降低生产成本。

Description

一种基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺
技术领域
本发明涉及涉及太阳能电池封装材料之一的EVA胶膜领域，尤其是涉及一种EVA胶膜生产工艺
背景技术
太阳能电池是将太阳辐射转换成电的装置，是太阳能开发的一项高新技术，是一种新的清洁能源。太阳能发电的原理是利用硅等半导体的量子效应，直接把太阳的可见光转换成电能。但是硅若直接暴露于大气中，其光电转换机能会衰减，所以必须把电池封装起来。因此对太阳能电池的封装材料的研究开发就十分重要。目前硅晶片电池的封装普遍采用层压式封装。
太阳能电池封装材料在实际使用中的主要作用是：A.支持和固定太阳能电池片；B.增加太阳光的透过率，使起始透过率达到90％以上，20年透过率损失小于5％；C.隔离有害的环境因素，如表面污染、冰雹、鸟类；D.电绝缘；E.热传导等。而乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)胶膜最终因其具有良好的透明性、耐候性、粘接性，以出色的性价比优势而成为太阳能电池封装基材之一。
EVA树脂是一种热塑性高分子材料，是线性分子结构的高聚物，其耐热性差，易延伸而低弹性，抗蠕变性差，易产生热胀冷缩效应。为改良这些缺陷，需要添加相应比例的助剂。如在EVA中添加交联剂，使EVA胶膜在封装电池片时层压加热使其发生交联固化而尺寸稳定。此外还需添加抗氧化剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、热稳定剂和硅烷偶联剂等助剂，这些助剂和EVA树脂紧密联系组成一个具有耐候性的复杂系统。但是目前EVA胶膜普遍存在下述缺点：1.EVA胶膜在太阳能电池组件层压过程中需要较高的层压温度，能耗大；2.太阳能电池组件层压所需的时间较长，加工效率低，生产成本高。(国内多数厂家采用一步法层压。每一个批次约3-5块电池板组件叠层放置在145℃烘箱内，先抽真空，然后加压成型，需要20分钟时间。)
发明内容
为了克服已有EVA胶膜生产工艺的能耗大、加工效率低、生产成本高的不足，本发明提供一种降低能耗、提升加工效率、降低生产成本的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：
1).原料、助剂共混搅拌：将原料放置在搅拌装置中预热搅拌均匀成为主料，预热温度为80-90℃，将助剂共混在搅拌装置中搅拌均匀成为预混料，所述原料采用VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，助剂采用过氧化物交联剂与硅烷偶联剂；
2).多组份配比计量投入：各个组份的质量比例为：以VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，过氧化物交联剂0.5-10份，硅烷增粘剂0.01-3份；然后按质量配比输入挤出机进料斗；
3).熔体挤出：热熔体经平模头均匀挤出，挤出机预热区的温度70-130℃，挤出机塑化区的温度75-135℃，过滤器温度范围75-135℃，模头温度范围65-130℃；
4).压延成型：热熔体经三辊压延冷却后压花或不压花成型，得到EVA胶膜，其中，冷却温度为40-60℃；
5).在线交联：步骤4得到的EVA胶膜通过烘箱进行预交联，其中，交联温度为40-200℃，时间为10-70秒；
6).复纸护膜：经预交联的EVA胶膜在牵引过程中复衬硅纸以隔离膜与膜间的粘连，其中，输纸速度为5-30米/分；
7).经过后处理，得到EVA胶膜成品。
进一步，所述后处理包括：
7.1).测厚自动控制：EVA胶膜在复纸后经过测厚仪，厚度信息经处理后反馈给模头推拉螺栓以便自动调正胶膜厚度；
7.2).裁边：边切刀裁去EVA胶膜两端毛边；
7.3).收卷：裁边后的EVA胶膜通过牵引展平后收成卷筒。
所述助剂还包括抗氧化剂、受阻胺类光稳定剂、紫外光吸收剂和热稳定剂，以VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，抗氧化剂0.05-5份；受阻胺类光稳定剂0.01-3份；紫外光吸收剂0.05-0.2份，热稳定剂0.1-0.5份。
所述过氧化物交联剂为以下之一：过氧化苯甲酸叔丁酯、1，1-二(叔丁基过氧化)-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯、二苯甲酰基过氧化物、叔丁基过氧化-3，5，5-三甲基己酸酯、二(4-氯苯甲酰基)过氧化物、2，5-二甲基己烷-2，5-二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、正丁基-4，4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯、乙基-3，3-二(叔丁基过氧化)丁酸酯或邻，邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯。
所述硅烷偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述抗氧化剂包括：β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)和二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
所述紫外光吸收剂为以下之一：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2，2′-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)。
所述受阻胺类光稳定剂为以下之一：双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯、3，5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、N，N’-双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和吗啉-2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪的聚合物或三(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯。
本发明的技术构思为：EVA的的结构如下
Figure GDA0000128832480000041
预交联通过升高温度，诱导即是过氧化物(RO-OM)分解成自由基RO·和MO·，引发EVA分子支链醋酸乙烯酯(VA)间的结合，形成三维网状结构，使EVA交联固化(如图2所示)
本发明的有益效果主要表现在：降低能耗、提升加工效率、降低生产成本。
附图说明
图1是基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺的流程图。
图2是EVA预交联过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，包括以下步骤：
1).原料，助剂共混搅拌：将原料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放置在搅拌装置中预热(80-90℃)搅拌均匀。将助剂过氧化物交联剂与硅烷偶联剂共混在搅拌装置中搅拌均匀成为预混料。
2).多组份配比计量投入：各个组份的质量比例为：以VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，过氧化物交联剂0.5-10份，硅烷增粘剂0.01-3份；然后按质量配比输入挤出机进料斗；
3).熔体挤出：热熔体经平模头均匀挤出，挤出机预热区的温度70-130℃，挤出机塑化区的温度75-135℃，过滤器温度范围75-135℃，模头温度范围65-130℃；
4).压延成型：热熔体经三辊压延冷却后压花或不压花成型，得到EVA胶膜，其中，冷却温度为40-60℃；
5).在线交联：步骤4得到的EVA胶膜通过烘箱进行预交联，其中，交联温度为40-200℃，时间为10-70秒；
6).复纸护膜：经预交联的EVA胶膜在牵引过程中复衬硅纸以隔离膜与膜间的粘连，输纸速度为5-30米/分；
7).经过后处理，得到EVA胶膜成品。
所述后处理包括：
7.1)测厚自动控制：EVA胶膜在复纸后经过测厚仪，厚度信息经处理后反馈给模头推拉螺栓以便自动调正胶膜厚度。
7.2).裁边：边切刀裁去EVA胶膜两端毛边。
7.3).收卷：裁边后的EVA胶膜通过牵引展平后收成卷筒。
在上述EVA胶膜生产新工艺中，所述的1原料采用VA含量为30-45％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，预混料采用过氧化物交联剂0.5-10份，硅烷增粘剂0.01-3份。
在上述EVA胶膜生产新工艺中，所述的2多组份助剂采用抗氧化剂0.05-5份；受阻胺类光稳定剂0.01-3份；紫外光吸收剂0.05-0.2份，热稳定剂0.1-0.5份。
过氧化物交联剂包括：过氧化苯甲酸叔丁酯、1，1-二(叔丁基过氧化)-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯、二苯甲酰基过氧化物、叔丁基过氧化-3，5，5-三甲基己酸酯、二(4-氯苯甲酰基)过氧化物、2，5-二甲基己烷-2，5-二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、正丁基-4，4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯、乙基-3，3-二(叔丁基过氧化)丁酸酯、邻，邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯。
硅烷偶联剂(增粘剂)包括：r-氨丙基三乙氧基硅烷。
抗氧化剂包括：β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
紫外光(UV)吸收剂包括：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，2′-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)。
受阻胺类光稳定剂包括：双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯、3，5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、N，N’-双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和吗啉-2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪的聚合物、三(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯。
本实施例在线交联生产的EVA胶膜与非在线交联生产的EVA胶膜特性指标对照(表1)：
EVA胶膜性能对照表1
Figure GDA0000128832480000071
上述EVA胶膜性能指标通过以下方法测试：
1.透光率：按GB/T 2410规定测试
2.交联度：按Q/LH001-2011规定测试
3.对玻璃及背板的粘结强度：按GB/T 2790-1995规定测试
4.热层压温度与热层压时间由太阳能电池生产企业提供测试数据
5.外观：目测
按表1所见，经在线交联后的预处理膜比非在线交联的普通膜除透光率、交联度、收缩率性能均大有改善外，热层压固化温度减少10℃以上，抽真空热层压固化时间缩短30％。
由于经在线交联后的预处理膜热层压固化时间比普通膜缩短了30％，则电池厂生产效率可提高40％以上。
由于经在线交联后的预处理膜热层压固化时间比普通膜缩短30％，温度降低了10℃以上，则电池厂生产成本将会随着能耗的节约、效率的提高而相应减少。(经测算，200MW太阳能电池板抽真空热层压需用电250万度，如果使用在线交联EVA胶膜，则200MW可节电75万度)
本实施例成果显而易见，对提高国内太阳能电池封装材料之一的EVA胶膜品质，以达到国际标准，替代进口，满足光伏电池高端客户需求大有裨益。
实施例1：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.5份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为135℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-1。EVA胶膜F-1交联度为35％。
实施例2：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.5份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为145℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-2。EVA胶膜F-2交联度为48％。
实施例3：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.5份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为155℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-3。EVA胶膜F-3交联度为61％。
实施例4：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.8份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为135℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-4。EVA胶膜F-4交联度为41％。
实施例5：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.8份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为145℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-5。EVA胶膜F-5交联度为51％。
实施例6：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.8份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为155℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-6。EVA胶膜F-6交联度为66％
实施例7：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.5份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为40℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-7。EVA胶膜F-7交联度为15％。
实施例：8：以质量分数计，100份VA含量为33％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入1.8份交联剂邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯，0.5份硅烷偶联剂(增粘剂)r-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2份抗氧化剂β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，0.1份受阻胺类光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基)癸二酸酯，0.3份紫外光(UV)吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，并混合均匀。经过挤出机共混挤出，挤出温度在100℃，挤出物经过压延成型、在线交联(温度为200℃)、复纸护膜、测厚自动控制、裁边、收卷工序，即得EVA胶膜F-8。EVA胶膜F-8交联度为75％。

Claims (7)

1.一种基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺包括以下步骤： 
1）.原料、助剂共混搅拌：将原料放置在搅拌装置中预热搅拌均匀成为主料，预热温度为80-90℃，将助剂共混在搅拌装置中搅拌均匀成为预混料，所述原料采用VA含量为30-45%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，助剂采用过氧化物交联剂与硅烷偶联剂； 
2）.多组份配比计量投入：各个组份的质量比例为：以VA含量为30-45%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，过氧化物交联剂0.5-10份，硅烷偶联剂0.01-3份；然后按质量配比输入挤出机进料斗； 
3）.熔体挤出：热熔体经平模头均匀挤出，挤出机预热区的温度70-130℃，挤出机塑化区的温度75-135℃，过滤器温度范围75-135℃，模头温度范围65-130℃； 
4）.压延成型：热熔体经三辊压延冷却后压花或不压花成型，得到EVA胶膜，其中，冷却温度为40-60℃； 
5）.在线交联：步骤4得到的EVA胶膜通过烘箱进行预交联，其中，交联温度为40-200℃，时间为10-70秒，交联度为10-75%； 
6）.复纸护膜：经预交联的EVA胶膜在牵引过程中复衬硅纸以隔离膜与膜间的粘连，其中，输纸速度为5-30米/分钟； 
7）.经过后处理，得到EVA胶膜成品； 
所述后处理包括： 
7.1）.测厚自动控制：EVA胶膜在复纸后经过测厚仪，厚度信息经处理后反馈给模头推拉螺栓以便自动调正胶膜厚度； 
7.2）.裁边：边切刀裁去EVA胶膜两端毛边； 
7.3）.收卷：裁边后的EVA胶膜通过牵引展平后收成卷筒。 
2.如权利要求1所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述助剂还包括抗氧化剂、受阻胺类光稳定剂、紫外光吸收剂和热稳定剂，以VA含量为30-45%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份，抗氧化剂0.05-5份；受阻胺类光稳定剂0.01-3份；紫外光吸收剂0.05-0.2份，热稳定剂0.1-0.5份。 
3.如权利要求1所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述过氧化物交联剂为以下之一：过氧化苯甲酸叔丁酯、1，1-二（叔丁基过氧化）-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯、二苯甲酰基过氧化物、叔丁基过氧化-3，5，5-三甲基己酸酯、二（4-氯苯甲酰基）过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、正丁基-4，4-二（叔丁基过氧化）戊酸酯、乙基-3，3-二（叔丁基过氧化）丁酸酯或邻叔丁基-异丙基-单-过氧化碳酸酯。 
4.如权利要求1所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。 
5.如权利要求2所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述抗氧化剂包括：β-（4-羟基-3，5-二叔丁基苯基）丙酸正十八碳醇酯，三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、三（壬基苯基）亚磷酸酯、2，2，-亚甲基-双-（4-乙基-6-叔丁基苯酚）和二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。 
6.如权利要求2所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特 征在于：所述紫外光吸收剂为以下之一：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)。 
7.如权利要求2所述的基于在线交联的EVA胶膜的生产工艺，其特征在于：所述受阻胺类光稳定剂为以下之一：双（2，2，6，6-四甲基-4-呱淀基）癸二酸酯、N,N’-双（1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基）-1，6-己二胺和吗啉-2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪的聚合物或三（1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基）亚磷酸酯。 
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