CN102938426A - 一种太阳能光伏背板材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能光伏背板材料领域，提供了一种太阳能光伏背板材料及其制备方法，产品中存在复合层，本发明改变了使用聚氨酯粘结剂涂层复合生产背板材料的方法，而是采用热复合的方式，先将氟塑料以及EVA或PE塑料，与复合层材料，在挤出机中塑化熔融挤出，得到中间产物，再将中间产物与PET层进行热复合，使各层有效地粘结在一起，提高生产安全性和环保性，提高了生产效率，降低了产品的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合多层材料及其制备方法，尤其涉及一种太阳能光伏背板材料及其制备方法。
背景技术
太阳能电池组件主要包括玻璃、热熔胶膜、边框、背膜、接线盒、硅胶等。电池组件的寿命一般要求25年，要确保产品达到如此长的使用寿命，就必须严格控制各组件质量。在这些组件中，背膜的作用不容小觑，它是光伏封装材料中直接与外界环境大面积接触的。所以其必须具有优异的耐候性（耐高低温、耐紫外）、绝缘、抗冲击、水蒸气阻隔等性能。这些优异性能对于保障太阳能电池的可靠性、稳定性、耐久性十分重要。否则若背板出现脱层、龟裂、起泡、泛黄等不良现象，则会造成电池模块脱落、电池片滑移、电池有效输出功率降低等情况，严重的还会引起组件燃烧促发火灾。为此商用晶硅太阳能电池组件大多使用双面或单面含氟背膜(TPT)其结构如图1所示，氟膜主要作用是保障背膜的耐候性。
由于现有技术中，PET膜与氟膜，EVA膜或PE膜，均不能通过热复合工艺粘结在一起，这对PET复合膜的生产与产品性能都造成了很大的限制，目前国内外背板材料的制备方法大都采用在阻隔膜PET两边涂聚氨酯粘结剂，然后分别复合氟膜和氟膜、氟膜和EVA膜或氟膜和PE膜，这种制备方法主要解决氟膜与PET膜、PET膜与EVA(PE)膜的粘结性问题。这种背膜制备方法是阶段式的，即在PET膜一面涂胶后复合一层膜，然后再在PET另一面涂胶，再复合一层膜，工序比较复杂，而且国内聚氨酯粘结剂都是进口的，会造成该类产品的成本过高。由于聚氨酯粘结剂为溶剂型粘结剂，生产时还容易产生生产安全和环保问题。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：现有技术中，采用聚氨酯粘结剂粘结的方式，生产PET太阳能光伏背板材料，工序复杂，成本过高，容易产生安全和环保问题。
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏背板材料及其制备方法，该方法尤其适用于氟膜-PET-氟膜、氟膜-PET-EVA、氟膜-PET-PE等太阳能光伏背板材料的制备。本发明改变了使用聚氨酯粘结剂涂层复合生产背板材料的方法与装置，提高生产安全性和环保性，提高了生产效率，降低了产品的成本。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种太阳能光伏背板材料，依次包括氟层、PET层，以及EVA层、PE层和氟层的其中之一，其中，氟层与PET层之间添加有复合层Ⅰ和复合层Ⅱ，PET层与EVA或PE层之间添加有复合层Ⅲ，PET层与氟层、EVA层或PE层之间，通过热复合的方式粘结在一起。
产品结构：本发明多层共挤二阶热复合方法制备的太阳能光伏背板材料，其产品结构如图2所示；
复合层Ⅰ同氟层和复合层Ⅱ相连接，
作为优选：复合层Ⅰ为PVDF与酯类聚合物的改性物，厚度控制在10~20um之间，其中酯类聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的二元共聚物中的一种或二种以上的混合物，PVDF与酯类聚合物的共混比例在90:10~70:30之间。
复合层Ⅱ同复合层Ⅰ和PET层相连接，
作为优选：复合层Ⅱ和Ⅲ为接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯官能团的烯烃类弹性体，厚度控制在10~20um，该接枝物的制备方法如下：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、抗氧剂、引发剂、聚烯烃树脂置于高混机中，在一定转速、常温下搅拌，然后在挤出机中挤出成条，切粒即得。挤出机温度一般为160~200℃。
其中，聚烯烃接枝物的配方如下（按重量份计算）：
其中，上述的聚烯烃树脂为常用的热塑性树脂，如聚乙烯、乙烯和α-烯烃的共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等。
上述的GMA为甲基丙烯酸缩水甘油酯
上述的引发剂为一种受热能放出游离基来活化聚合物高分子链，使聚合物高分子之间发生化学反应而相互交联的一种助剂，提高聚合物的强度、耐热性、耐磨性等。
上述的抗氧剂是一种能延缓或者抑制聚合物氧化和降解的化学助剂，提高高分子材料的耐老化性能。
本发明的产品结构为六层，而且每层树脂材料不同，复合层Ⅰ改性材料主要与氟塑料和复合层Ⅱ改性材料有很好的相容性和粘结性，复合层Ⅱ改性材料与复合层Ⅰ改性材料和PET膜有很好的相容性和粘结性，复合层Ⅲ改性材料与PET膜和EVA(PE)有很好的相容性和粘结性，这样确保各复合层之间的剥离强度和复合材料的力学性能。
本发明还提供了一种上述太阳能光伏背板材料的制备方法，该方法通过在功能层之间添加复合层，将氟层与PET层，以及EVA层或PE层与PET层通过热复合的方式粘结在一起，具体步骤为：
（1）将氟塑料、复合层Ⅰ改性材料、复合层Ⅱ改性材料分别经三台挤出机，塑化熔融到三层复合机头，得到复合层Ⅰ在中间的三层复合膜，PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ；
（2）将步骤（1）中得到的三层复合膜PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ中，复合层Ⅱ改性材料一面与PET膜面进行热复合，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料；
（3）将复合层Ⅲ改性材料和EVA（PE）塑料分别经二台挤出机，塑化熔融到二层复合机头，得到二层复合膜，复合层Ⅲ/EVA（PE）；
（4）将步骤（3）中得到的二层复合膜，复合层Ⅲ/EVA（PE）中，复合层Ⅲ改性材料一面与步骤（2）中得到的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料的PET膜面进行热复合，得到氟膜-PET-EVA或氟膜-PET-PE结构的太阳能背板材料。
（5）将步骤（1）中得到的三层复合膜PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ中，复合层Ⅱ改性材料一面与步骤（2）中得到的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料的PET膜面进行热复合，得到氟膜-PET-氟膜结构的太阳能背板材料。
本发明与目前太阳能光伏背板材料的制备方法区别：现有技术中，采用聚氨酯粘结剂的背板材料是将已经制备好的氟膜、PET膜、EVA（PE）膜通过涂聚氨酯胶将三者冷复合在一起，采用的是涂层粘结冷复合工艺；本发明设计多层共挤二次热复合工艺，对中间产物无需冷却，可直接进行热复合。
通过图3中的生产装置，可有效地执行上述的制备方法，以氟膜-PET-EVA（PE）结构的太阳能背板材料为例，具体操作如下：
（1）将氟塑料即PVDF树脂，加入单螺杆挤出机1，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，进入薄膜复合机头4。
（2）将复合层Ⅰ改性材料加入单螺杆挤出机2，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，进入薄膜复合机头4。
（3）将复合层Ⅱ改性材料加入单螺杆挤出机3，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，进入薄膜复合机头4。
（4）将复合机头4中送出的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ复合材料5与PET薄膜6在复合辊7中热复合，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET复合材料8。
（5）将复合层Ⅲ改性材料(用于粘结PET和EVA或PE)加入单螺杆挤出机9，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，进入薄膜复合机头11。
（6）将EVA（PE）加入单螺杆挤出机10，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，进入薄膜复合机头11。
（7）将薄膜复合机头11送出的复合层Ⅲ/EVA（PE）复合材料13与通过导辊12的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET复合材料8在复合辊14中进行热复合，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET/复合层Ⅲ/EVA（PE）复合材料15。
（8）将复合材料15经冷却装置16、定型装置17和冷却装置18，最后得到多层共挤二阶复合的太阳能光伏背板材料19。
薄膜复合机头4和11的主要功能：一是将单螺杆挤出机1-3、9和10的熔融树脂在薄膜复合机头中均匀层状复合；二是保证各类树脂在复合机头内的层状厚度。
复合辊7和14的主要功能：一是确保复合工艺的温度要求和精度要求；二是控制复合层的厚度和精度。
定型装置17的主要功能是消除多层共挤二阶复合太阳能光伏背板材料的应力，确保背板材料在组装和使用过程中的稳定性。
通过上述方法和装置，可以制备氟膜-PET-氟膜、氟膜-PET-EVA、氟膜-PET-PE等结构的太阳能光伏背板材料。
本发明的有益效果为：提供一种太阳能光伏背板材料及其制备方法，其特征为：一是设计多层共挤二阶热复合的方法一次成型制备背板材料，自动化程度高、生产效率高；二是不使用聚氨酯粘结剂，研发与PET和氟膜、PET和EVA(PE)相容性好的多层热复合改性过渡层，解决聚氨酯涂层生产背膜，在复合过程中的安全问题与环保问题；三是降低了的材料成本和生产成本，提高了产品的市场竞争力。
附图说明：
图1是现有技术中，TPT背板结构；
图2是本发明的多层共挤复合太阳能光伏背板材料的结构简图；
图3是本发明多层共挤复合太阳能背板材料制备工艺与装备布置简图。
1、单螺杆挤出机2、单螺杆挤出机3、单螺杆挤出机4、复合机头5、PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ三层复合材料6、PET薄膜7、复合辊8、PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料9、单螺杆挤出机10、单螺杆挤出机11、薄膜复合机头12、导辊13、复合层Ⅲ/EVA（PE）二层复合材料14、复合辊15、PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET/复合层ⅢI/EVA（PE）六层复合材料16、冷却装置17、定型装置18、冷却装置19、太阳能光伏背板材料
具体实施方式
本发明实施了连续生产太阳能光伏背板材料，多层共挤复合的制备方法和工艺技术，提高生产安全性和环保性，提高了生产效率，降低了产品的成本。
具体实施过程参照图3所示，将氟塑料即PVDF树脂，加入单螺杆挤出机1、复合层Ⅰ和复合层Ⅱ改性材料(用于粘结PVDF和PET)分别加入单螺杆挤出机2和3，按各自树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，分别进入薄膜复合机头4；将复合层Ⅲ改性材料(用于粘结PET和EVA或PE)加入单螺杆挤出机9，EVA（PE）加入单螺杆挤出机10，按各自树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，分别进入薄膜复合机头11。将复合机头4中送出的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ三层复合材料5与PET薄膜6在复合辊7中热复合，复合辊7的辊温控制在150～200℃，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料8。将薄膜复合机头11送出的复合层Ⅲ/EVA（PE）复合材料13与PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET复合材料8在复合辊14中进行热复合，复合辊14的辊温控制在120～180℃，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET/复合层Ⅲ/EVA（PE）六层复合材料15。将复合材料15经冷却装置16、定型装置17和冷却装置18，最后得到多层共挤复合的太阳能光伏背板材料19。
实施例：
表1实施例中所用到的复合层Ⅰ的配方
| 复合层Ⅰ | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| PVDF | 90 | 80 | 70 | 90 | 70 |
| 聚甲基丙烯酸甲酯 | 10 | 30 | |||
| 甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物 | 20 | ||||
| 聚乙烯醋酸乙烯酯 | 30 | ||||
| 乙烯丙烯酸乙酯共聚物 | 10 |
表2实施例中所用到的复合层Ⅱ、Ⅲ的配方
| 复合层Ⅰ | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 聚烯烃树脂 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| GMA | 1 | 5 | 3 | 5 | 2 |
| 引发剂 | 0.05 | 0.07 | 0.05 | 0.1 | 0.05 |
| 抗氧剂 | 0.01 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
附注：上述的具体实施例1-5中所用的聚烯烃树脂分别为：聚乙烯、乙烯和α-烯烃的共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物。
表3具体实施例1-5的剥离强度测试数据
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| PVDF/复合层Ⅰ常态 | 28.6 | 26.7 | 25.4 | 28.3 | 25.1 |
| PVDF/复合层Ⅰ沸水24h | 28.6 | 26.5 | 25.4 | 28.1 | 25.0 |
| PVDF/复合层Ⅰ双85处理后 | 28.5 | 26.5 | 25.4 | 28.2 | 25.1 |
| 复合层Ⅱ/PET常态 | 15.7 | 16.2 | 15.4 | 16.7 | 14.7 |
| 复合层Ⅱ/PET沸水24h | 15.7 | 16.1 | 15.3 | 16.5 | 14.5 |
| 复合层Ⅱ/PET双85处理后 | 15.6 | 16.1 | 15.3 | 16.5 | 14.5 |
| 复合层Ⅲ/PET常态 | 13.7 | 15.3 | 14.2 | 15.6 | 14.7 |
| 复合层Ⅲ/PET沸水24h | 13.5 | 15.3 | 14.1 | 15.4 | 14.6 |
| 复合层Ⅲ/PET双85处理后 | 13.5 | 15.2 | 14.1 | 15.5 | 14.6 |
| 复合层Ⅲ/EVA(PE)冷热循环 | 13.4 | 15.1 | 14.1 | 15.4 | 14.5 |
| 复合层Ⅲ/EVA(PE)湿气冻结后 | 13.4 | 15.1 | 14.1 | 15.4 | 14.5 |
| 复合层Ⅲ/EVA(PE)UV处理后 | 13.3 | 15.0 | 14.0 | 15.3 | 14.4 |
以上关于剥离强度的测试均按照ASTM D-1876标准测试，测试条件为180°，Peel，单位N/cm。符合PET与PE、EVA等热塑性材料多层共挤或淋膜层间剥离强度＞5N/cm的要求。
从上表中可以看出，剥离强度良好，层与层之间结合地非常稳定，说明本发明的粘结方式，完全可以替代粘结剂粘结。
Claims (10)
1.一种太阳能光伏背板材料，依次包括氟层、PET层，以及EVA层、PE层和氟层的其中之一，其特征在于所述的背板材料中，氟层与PET层之间添加有复合层Ⅰ和复合层Ⅱ，PET层与EVA或PE层之间添加有复合层Ⅲ，PET层与氟层、EVA层或PE层之间，通过热复合的方式粘结在一起。
2.如权利要求1所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的复合层Ⅰ同氟层和复合层Ⅱ相连接。
3.如权利要求1所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的复合层Ⅰ为PVDF与酯类聚合物的改性物，两者质量比为90:10~70:30。
4.如权利要求3所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的酯类聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的二元共聚物中的一种或二种以上混合物。
5.如权利要求1所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的复合层Ⅱ同复合层Ⅰ和PET层相连接，该层为接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯官能团的烯烃类弹性体。
6.如权利要求1所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的复合层Ⅲ为接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯官能团的烯烃类弹性体。
7.如权利要求5或6所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的烯烃类弹性体为热塑性树脂，包括聚乙烯、乙烯和α-烯烃的共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物中的一种或二种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的太阳能光伏背板材料，其特征在于：所述的复合层Ⅰ、复合层Ⅱ和复合层Ⅲ的厚度均为10~20um。
9.如权利要求1至8任一项所述的太阳能光伏背板材料的制备方法，其特征在于：所述的方法为通过在功能层之间添加复合层，将氟层与PET层，以及EVA层或PE层与PET层通过热复合的方式粘结在一起。
10.如权利要求9所述的太阳能光伏背板材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将氟塑料、复合层Ⅰ改性材料、复合层Ⅱ改性材料分别经三台挤出机，塑化熔融到三层复合机头，得到复合层Ⅰ在中间的三层复合膜，PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ；
（2）将步骤（1）中得到的三层复合膜PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ中，复合层Ⅱ改性材料一面与PET膜面进行热复合，得到PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料；
（3）将复合层Ⅲ改性材料和EVA（PE）塑料分别经二台挤出机，塑化熔融到二层复合机头，得到二层复合膜，复合层Ⅲ/EVA（PE）；
（4）将步骤（3）中得到的二层复合膜，复合层Ⅲ/EVA（PE）中，复合层Ⅲ改性材料一面与步骤（2）中得到的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料的PET膜面进行热复合，得到氟膜-PET-EVA或氟膜-PET-PE结构的太阳能背板材料。
（5）将步骤（1）中得到的三层复合膜PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ中，复合层Ⅱ改性材料一面与步骤（2）中得到的PVDF/复合层Ⅰ/复合层Ⅱ/PET四层复合材料的PET膜面进行热复合，得到氟膜-PET-氟膜结构的太阳能背板材料。
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