CN103087643A - 一种太阳能光伏组件封装用eva胶膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜的制备方法，将抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，偶联剂，交联剂和润滑剂加入乙烯-醋酸乙烯共聚物中，混合均匀，制得混合料；将上述混合料置于挤出机中，混合料在挤出机中经加热、混炼处理形成熔融体，熔融体经模具挤出，然后经成型处理，即制得EVA胶膜。本发明工艺制备的EVA胶膜内应力小，收缩率低，生产线速度快，生产效率高，占地面积小，能源及原材料消耗低。

Description

一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏组件封装领域，特别是涉及一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜及其制备方法。

背景技术

太阳能发电是利用硅等半导体的量子效应，直接将太阳的可见光转变成电能，由于硅晶片直接暴露于大气中会导致其光电转换机能衰减，因此需要采用透明、耐光老化、粘接性能好、具有热固性、能承受大气变幻且具有弹性的胶层将硅晶片组包封，并与上层保护材料玻璃、下层保护材料TPT(聚氟乙烯复合膜)粘合成一体，构成太阳能光伏组件(即太阳能电池板)。

液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)曾在太阳电池行业被用作封装粘接材料，但其价格高，施工条件苛刻、物性不好。EVA(ethylene-vinyl acetatecopolymer，乙烯-醋酸乙烯共聚物)是一种热固性有粘性的胶膜，在常温下无粘性而具有抗粘连性，经一定条件热压后发生熔融粘接与交联固化，因此操作方便；此外，其在粘着力、耐久性、光学特性等方面具有的优越性，被越来越广泛的应用于电流组件以及各种光学产品，尤其是在太阳电池封装与户外使用方面均获得了良好的效果。

尽管EVA胶膜是一种理想的太阳能电池光伏组件封装膜，但是其在实际应用过程中仍然存在耐气候性差，容易变黄而使其透光率受到影响，粘合力达不到要求而容易脱胶，受热易收缩而造成太阳能电池硅晶片移位等问题，严重影响太阳能组件的生产使用及光电转换效率。

授权公告号为CN 100424126C的中国发明专利公开了一种耐热氧和此外光老化太阳能电池封装用EVA胶膜及制备方法，胶膜制备组分包括EVA、交联固化剂、紫外光吸收剂、抗氧化剂、受阻胺类光稳定剂，制备时先将EVA与交联固化剂、偶联剂混合均匀，再将抗氧化剂、紫外吸收剂、紫外稳定剂加入上述混合物中，将混合物倒入挤出机进行共混挤出，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取等工序，最后得到太阳电池用EVA胶膜。此发明的EVA胶膜能经受长时间的热氧老化和紫外光老化而不变色，并能保持较高的可见光透过率，应用范围广。

目前，EVA胶膜大多采用流延的加工方法，此方法加工出来的EVA胶膜收缩率较大，且加工速度慢，效率较低。现有控制EVA热收缩率的方法是采用“在线回火去应力法”，即在EVA胶膜生产线上加装一套再次加热、冷却装置，一般称为“在线回火去应力装置”，力图使EVA胶膜经过再次受热，消除EVA胶膜的内应力，使EVA胶膜在使用之前进行一次预收缩，从而降低最终使用过程的收缩率。

然而，该技术方法效果并不理想，一般生产线速度为2米/分钟左右时，只能使EVA胶膜收缩率控制在5％左右，其原因是EVA胶膜热收缩是由于内部存在应力，而消除应力需要在一定温度和松弛状态下，经过一定时间才能完成。但是，一方面，在“线回火装置”不可能设置很高的温度，否则，EVA胶膜表面压纹会熔融消失，严重时胶膜与输送辊粘连，无法正常生产。另一方面，降低生产线速度有利于减少内应力，但这会直接降低生产效率，而且生产线速度的降低空间也是很有限的；因此，“在线回火装置”只能有限度地消除EVA胶膜内应力，在一定程度上降低EVA胶膜热收缩率，无法达到收缩率2％左右的理想效果。

公开号为CN 102034892A的中国发明专利公开了一种太阳能电池封装EVA胶膜的生产工艺，将一定量的EVA、交联固化剂、抗氧化剂和光稳定剂倒入料箱混合均匀，通过真空泵将混合料送到压延机的送料箱内，通过送料螺杆的加热和传送，将混合料加热熔化，送入模头，通过模头的加热并挤压送入压延滚筒，然后进行压延处理，制成一定厚度的EVA胶膜，经牵引，冷却，即得。此发明制备的EVA胶膜通过两级压延处理制成，EVA胶膜能够保持自然的状态，不会因流延拉伸成形而产生变形，EVA胶膜收缩率有所减小；但采用两级压延处理不仅增加占地面积，增大原材料和能源消耗，生产效率低，此外EVA胶膜内应力的消除和热收缩率的降低程度有限，无法达到理想的效果。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种加工速度快，效率高的太阳能光伏组件封装用EVA胶膜的制备方法，此方法占地面积小，能源及原材料消耗低，制备的EVA胶膜内应力小，收缩率低。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，偶联剂，交联剂和润滑剂加入乙烯-醋酸乙烯共聚物中，混合均匀，制得混合料；

2)将上述混合料置于挤出机中，混合料在挤出机中经加热、混炼形成熔融体，熔融体经模具挤出，然后经成型处理，即制得EVA胶膜。

特别是，步骤1)中首先将偶联剂和交联剂加入到乙烯-醋酸乙烯共聚物中，混合均匀；其次，将抗氧剂，光稳定剂和紫外线吸收剂加入到上述混合物中，混合均匀；最后，向混合物中加入润滑剂，混合均匀，得到混合料。

其中，所述抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，偶联剂，交联剂，润滑剂与乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量份配比为(0.1-1)∶(0.1-1)∶(0.1-1)∶(0.1-3)∶(0.1-1)∶(0.1-1)∶100。

特别是，本发明的EVA胶膜制备工艺配方中加入了润滑剂，所加入的润滑剂具有外润滑和内润滑双重作用，外润滑作用降低了混合料在挤出机中熔融、混炼过程中熔融体与挤出机螺杆、料筒表面的摩擦力；内润滑作用增大了熔融体的流动性，减小了大分子链所受的摩擦力和剪切力，使大分子链受到的拉伸作用减小；外润滑和内润滑双重作用使熔融体经过模具挤出后，产生的出模膨胀相应减小，从而不需要太大的拉伸即可以达到工艺要求的厚度，因此从生产源头控制了EVA胶膜的内应力的产生，使最终的EVA胶膜具有较低的热收缩率。

本发明的润滑剂可以选用脂肪酸，脂肪酸酯，脂肪酸酰胺，酯蜡，脂肪酸金属皂，烃类等常规润滑剂，如选自硬脂酸、软脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、单硬脂酸甘油酯、硬脂酰胺、油酰胺中的一种或多种。

本发明的抗氧剂是能够抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物热氧化的有机化合物，可以选自2，6-二叔丁基对甲酚、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，2’-甲撑双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(壬基代苯基)亚磷酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇二亚磷酸双十八酯或四(2，4-二叔丁基苯基)4，4’-联苯基二亚磷酸酯。

本发明的光稳定剂是能够屏障或抑制光氧化还原或光老化过程的物质，可以选自4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶基)亚磷酸酯、4-(对甲苯磺酰胺基)-2，2，6，6-四甲基哌啶、聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2，4-[(2，2，6，6-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-己二撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}或双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

本发明的紫外线吸收剂是能够防止有害的紫外光对于颜色的破坏的物质，可以选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑或2，4，6-三(2-羟基-4-丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪。

本发明的偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，使物料之间粘接强度提高，本发明中偶联剂可以选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

本发明的交联剂是能够在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质，可以选自双(叔丁过氧基)二异丙基苯、过氧化月桂酸叔丁酯、2，2-二(4，4-二叔丁过氧环己基)丙烷、过氧化丁二酸、甲基异丁基酮过氧化物、甲基乙基酮过氧化物、2，2-双(过氧化叔丁基)丁烷、叔丁基过氧化氢、二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、1，1-双(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷或过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯。

其中，步骤2)中所述挤出机的加热温度为70-90℃，模具的温度为70-90℃。

特别是，步骤2)所述的成型处理包括依次进行的冷却、回火、牵引及收卷处理；其中，回火处理的温度为45℃。

本发明另一方面提供一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜，EVA胶膜的厚度为0.3-0.8mm，收缩率为1.5-3.0％。

本发明具有以下优点：

1、本发明在EVA胶膜生产过程中添加润滑剂，其不仅降低了混合料在挤出机中熔融、混炼过程中熔融体与挤出机螺杆、料筒表面的摩擦力；还可以增大熔融体的流动性，减小大分子链所受的摩擦力和剪切力，使大分子链所受到的拉伸作用减小，从生产源头控制了EVA胶膜的内应力的产生；

2、加入润滑剂的EVA熔融体通过模具挤出后，其产生的出模膨胀相应减小，不需要太大的拉伸即可以达到工艺要求的厚度；

3、本发明EVA生产工艺生产线速度快，可以达到3米/分钟以上，生产效率高；制备的EVA胶膜内应力小，收缩率低，辅以简易在线回火处理，收缩率可进一步控制在1.5-3.0％，可以较好地用于太阳能光伏组件的封装。

具体实施例方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

1、准备物料

按照下述重量配比备料：

2、混合物料

首先，按上述重量配比将备料中的偶联剂和交联剂全部加入到乙烯-醋酸乙烯共聚物中，混合均匀，得到一次混合物；其次，将上述备料中的抗氧剂，光稳定剂和紫外线吸收剂全部加入到一次混合物中，混合均匀，得到二次混合物；最后，向二次混合物中加入上述备料中的润滑剂，混合均匀，即制得混合料；

3、制备EVA胶膜

将制得的混合料送入到挤出机的送料箱，通过挤出机料筒的加热和螺杆的旋转，混合料在挤出机中经加热熔融、混炼后形成熔融体；螺杆将熔融体传送到模具后挤出，制得膜状挤出物，其中，挤出机料筒加热的温度为70℃，模具的温度为75℃；

通过成型辊对上述膜状挤出物进行冷却成型，然后进行回火处理，再经牵引和收卷工序制得厚度为0.5mm的EVA胶膜，其中，回火处理装置有效长度为5米，回火处理温度为45℃，生产线速度控制在3米/分钟。

剪取纵向长度为200mm、横向长度为100mm的EVA胶膜，水平搁置于普通的玻璃上，再将玻璃置于层压机中，于130℃下保持3分钟后，取出EVA胶膜，测定其纵向长度L，按如下公式计算收缩率：

本实施例制备的EVA胶膜的收缩率为2.5％。

实施例2

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为80℃，模具的温度为85℃，生产线速度为3.5米/分钟外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为2.8％。

实施例3

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为85℃，模具的温度为85℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.30mm，收缩率为2.0％。

实施例4

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

其中，所述润滑剂中硬脂酸锌与单硬脂酸甘油酯的重量配比为1∶1；

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为75℃，模具的温度为75℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为1.5％。

实施例5

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为70℃，模具的温度为80℃，生产线速度3.8米/分钟外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为2.8％。

实施例6

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

其中，所述润滑剂中软脂酸和硬脂酰胺的重量配比为1∶2；

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为90℃，模具的温度为90℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为2.0％。

实施例7

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为70℃，模具的温度为70℃，生产线速度4.0米/分钟外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为3.0％。

实施例8

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

其中，所述润滑剂中单硬脂酸甘油酯和油酰胺的重量配比为2∶1；

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为85℃，模具的温度为85℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.8mm，收缩率为1.8％。

实施例9

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

其中，所述润滑剂中单硬脂酸甘油酯和硬脂酰胺的重量配比为1∶1；

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为70℃，模具的温度为80℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为1.9％。

实施例10

除准备物料按照下述重量配比准备物料：

其中，所述润滑剂中硬脂酸锌和硬脂酰胺的重量配比为2∶1；

制备EVA胶膜步骤中挤出机料筒加热的温度为90℃，模具的温度为90℃外，其余均与实施例1相同，制得的EVA胶膜的厚度为0.5mm，收缩率为2.2％。

对照例

以准备物料、混合物料步骤中不添加润滑剂，生产线速度控制在3米/分钟，其余步骤分别与实施例1-10相同，作为对照例1-10，制得的EVA胶膜的收缩率见表1。

表1实施例及对照例制备的EVA胶膜的收缩率

实施例	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											收缩率(％)	2.5	2.8	2.0	1.5	2.8	2.0	3.0	1.8	1.9	2.2
对照例	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											收缩率(％)	5.6	6.5	5.5	5.5	7.1	5.3	8.1	5.3	5.2	5.4

由表1结果可知：

1、传统EVA胶膜制备工艺不添加润滑剂，生产线速度达到3米/分钟以上时，制备的EVA胶膜内应力较大，收缩率相对较高，收缩率均≥5.0％，使用时容易造成太阳能电池硅晶片移位等问题，基本上无法满足太阳能光伏组件的封装要求；

2、本发明在制备EVA胶膜工艺中添加润滑剂，不仅可以提高生产线速度，达到3米/分钟以上，提高生产效率；同时制备的EVA胶膜收缩率低，收缩率为1.5-3.0％，能够较好地用于太阳能光伏组件的封装。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，偶联剂，交联剂和润滑剂加入乙烯-醋酸乙烯共聚物中，混合均匀，制得混合料；

2)将上述混合料置于挤出机中，混合料在挤出机中经加热、混炼处理形成熔融体，熔融体经模具挤出，然后经成型处理，即制得EVA胶膜。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，偶联剂，交联剂，润滑剂与乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量份配比为(0.1-1)∶(0.1-1)∶(0.1-1)∶(0.1-3)∶(0.1-1)∶(0.1-1)∶100。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸、软脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、单硬脂酸甘油酯、硬脂酰胺、油酰胺中的一种或多种。

4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，2’-甲撑双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(壬基代苯基)亚磷酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇二亚磷酸双十八酯或四(2，4-二叔丁基苯基)4，4’-联苯基二亚磷酸酯。

5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述光稳定剂选自4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶基)亚磷酸酯、4-(对甲苯磺酰胺基)-2，2，6，6-四甲基哌啶、聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2，4-[(2，2，6，6-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-己二撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}或双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑或2，4，6-三(2-羟基-4-丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪。

7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

8.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂选自双(叔丁过氧基)二异丙基苯、过氧化月桂酸叔丁酯、2，2-二(4，4-二叔丁过氧环己基)丙烷、过氧化丁二酸、甲基异丁基酮过氧化物、甲基乙基酮过氧化物、2，2-双(过氧化叔丁基)丁烷、叔丁基过氧化氢、二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、1，1-双(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷或过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯。

9.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的成型处理包括依次进行的冷却、回火、牵引及收卷处理，其中所述挤出机的加热温度为70-90℃，模具的温度为70-90℃，回火处理的温度为45℃。

10.一种太阳能光伏组件封装用EVA胶膜，其特征在于，所述EVA胶膜由权利要求1所述方法制备而成。