CN103314460B - 柔性发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性发电机，其包含至少一个光伏器件和一个柔性支撑物，其中所述光伏器件连接到所述柔性支撑物上，并且其中所述柔性支撑物包含含有高强度聚合物纤维的织物，所述柔性支撑物还包含塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2至C12α‑烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860‑930kg/m3。

Description

柔性发电机
本发明涉及发电机领域，特别涉及能将太阳辐射转换为电能的那些。
背景技术
将太阳辐射转换或转化为电能的发电机通常包括光伏器件，这个光伏器件通常安装在支撑物上。所述光伏器件在本领域也被称为太阳能电池。作为已知的光伏效应的结果发生能量转换，即，照射在太阳能电池上的太阳辐射当被其活动区吸收时产生电能。活动区通常含有半导体材料，所述半导体材料可能由刚性单晶硅、多晶硅或玻璃制成。具有刚性活动区的太阳能电池在本领域中通常被称为刚性太阳能电池。虽然刚性太阳能电池提供了清洁、高效的能源，但其刚性基材有几个缺点，它们是脆的、体积大的，并且在许多应用中使太阳能电池的可接受性最小化。
为了减轻上述缺点，开发了柔性基材上的太阳能电池，US6548751中提到一个这样的例子。这种在柔性基材上的太阳能电池在本领域中通常被称为柔性太阳能电池。US6548751描述了一种构建在塑料基材上的薄膜型柔性太阳能电池，其包含p型碲化镉层和n型硫化镉层，它们在足够低的温度溅射沉积到塑料基材上以避免损坏或熔化塑料并且使碲化镉的结晶最小化。通过母线网络覆盖的透明导电氧化物层沉积在n型层上。导电金属的背接触层沉积在p型层之下并且使电流采集电路完整。半导体层可以是无定形或多晶结构。
从CN2838046中也已知一种柔性发电机，而CN101132031描述了一种用于制造柔性发电机的方法。CN2838046描述了连接到柔性底部材料(即，柔性支撑物)的多个刚性太阳能电池。柔性支撑物可以包含纺织物或塑料膜。每两个太阳能电池的相邻边缘之间留有间隙，并且太阳能电池串联连接，以形成一个较大的折叠式发电机。各太阳能电池包含一个上粘接剂层和一个下粘接剂层以及一个上部的透明聚四氟乙烯复合材料的外层和一个下部的透明聚四氟乙烯复合材料的外层，其中所述上部的外层大于其他层以形成悬挂的外围(hanging circumference)。连接孔可以分布在所述悬挂的周围上用于将太阳能电池单元固定在柔性基材上。太阳能电池平放在柔性基材上，并通过线与上部外层的周围上的柔性底部材料胶接或缝合。CN2838046的发电机的优点为，良好的柔韧性和折叠性，可用于例如服装中。
从FR2934206中已知一种车顶，其具有用有机型太阳能电池覆盖的主要部件，所述有机型太阳能电池用于捕获太阳能并将其转化成电能使车辆的电气设备的一部分运转。车顶是柔性的并且可折叠的，可以打开或关闭。太阳能电池被固定在固定于车顶的聚合物带上，并且外部受到透明的合成层的保护。
然而，据观察，在已知的柔性发电机(例如上面所公开的那些)中，其中使用的太阳能电池的塑料基材是脆性的，并且可以很容易地损坏或破裂。此外，包含其上固定有刚性或柔性太阳能电池的柔性支撑物的发电机具有上述缺点，即，它们是脆性的并且具有相当短的使用期。特别地，观察到，大型柔性太阳能电池必须靠刚性支撑物(例如刚性屋顶或刚性板材)支撑。如果未受支撑的，在其自身的重量下或在由不利的环境因素(例如风、风夹带的碎片的冲击、积聚的雨水等)所产生的外部力量之下，大型柔性太阳能电池容易破裂。这些缺点通过US2010/239797中公开的柔性太阳能电池得到部分缓解。
US2010/239797公开了一种柔性太阳能电池，其中使用层状材料，所述层状材料包含超高分子量聚乙烯纤维的层，该层的每一侧均被聚乙烯或聚丙烯制成的膜所包围。根据US2010/239797，所述层状材料是轻量的，并具有高稳定性或耐撕裂性和高弹性模量。
然而，观察到US2010/239797的柔性太阳能电池具有降低的机械稳定性，因为在恶劣环境下的使用过程中纺织物支撑物伸长和/或收缩。由于其显著的机械不稳定性，用作支撑物的纺织物在安装于其上的太阳能电池上引起机械载荷。这些机械载荷不利地影响太阳能电池的耐久性，并可能导致其受损或甚至使其彻底失败。
因此，本发明的一个目的是提供一种较小程度上表现上述缺点的柔性发电机。本发明的一个具体目的是提供一种与已知的发电机相比具有更好的耐久性的柔性发电机。本发明的另一个目的是提供一种自支撑的、大型的、柔性的发电机，它具有良好的机械稳定性，如在其使用期期间具有降低的伸长和/或收缩。
发明概述
本发明提供了一种柔性发电机，其包含至少一个光伏器件和一个柔性支撑物，其中所述光伏器件连接到所述柔性支撑物上，并且其中所述柔性支撑物包含含有高强度聚合物纤维的织物，所述柔性支撑物还包含塑性体，所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2至C12α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。
观察到，本发明的柔性发电机可承受由环境因素(例如风、冲击碎片等)产生的连续的作用力(在本文中也称之为负载)。特别地，观察到，本发明的柔性发电机具有良好的机械稳定性。更特别地，观察到，本发明的柔性发电机能有效地使作用于其上的外部负载的影响消散并最小化。更特别地，观察到，本发明的发电机可以具有良好的耐久性和延长的使用期。
发明详述
“柔性发电机”在本文中理解为可以折叠或弯曲的发电机。本发明的发电机的柔性的量度可以是，当发电机的样本具有一个支撑端(即，其放置在刚性支撑(例如桌子)上的端部)、一个自由端(即，未受支撑的端)时，刚性支撑和自由端之间500mm的长度将在其自身重量下相对于水平优选以大于10度、更优选大于30度的角度偏转。
本发明的发电机包含至少一个光伏器件。根据本发明，所有已知的光伏器件都适用。然而，优选的光伏器件是柔性型的那些，例如至少一个如US6548751、US3459391、US3785590、US3658596、JP57143874、JP63107073、US2002005457、WO08044802中公开的光伏器件，这些文献通过引用结合到本文。也可以使用刚性光伏器件，在这种情况下，本发明的发电机的柔性例如通过如下来确保：使多个所述刚性器件相互紧邻放置以形成器件的阵列并且使其相互连接以形成电路，其中至少一些相邻的刚性器件之间存在间隙。例如CN2838046(通过引用结合到本文)中描述了一种含有刚性光伏器件阵列的柔性发电机的合适结构。为了得到发电机所需的柔性，本领域技术人员可以对刚性光伏器件的尺寸、数量及其之间的间隙进行常规调整。
根据本发明，柔性支撑物所含的织物包含高强度聚合物纤维。本文中“纤维”被理解为具有长度尺寸和横向尺寸(例如宽度和厚度)的细长体，其中所述长度尺寸远远大于所述横向尺寸。术语“纤维”也包括各种实施方式，例如丝线、丝带、条、宽带、带以及其它具有规则或不规则横截面的物体。优选地，纤维具有连续的长度，与定长纤维(具有不连续的长度)不同。本发明目的的纱线是含有多根纤维的细长体。
根据本发明，可以使用的合适的聚合物纱线或纤维包括但不限于由聚合物材料制成的纱线或纤维，所述聚合物材料例如聚酰胺和聚芳酰胺，诸如聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)(被称为)；聚(四氟乙烯)(PTFE)；聚{2，6-二咪唑并-[4，5b-4’，5’e]吡啶-1，4(2，5-二羟基)苯撑}(被称为M5)；聚(对-苯撑-2，6-苯并二噁唑)(PBO)(被称为)；聚己二酰己二胺(被称为尼龙6，6)、聚(4-氨基丁酸)(被称为尼龙6)；聚酯，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，4-亚环己基二亚甲基酯)；聚乙烯醇；热致液晶聚合物(LCP)，如从例如US4384016中已知的；还有除聚乙烯之外的聚烯烃，例如聚丙烯的均聚物和共聚物。也可以使用含有由上述聚合物制成的纤维的组合的纱线。
在一个优选的实施方式中，聚合物纤维是聚烯烃纤维，更优选聚乙烯纤维。当聚乙烯纤维是高分子量聚乙烯(HMWPE)纤维、更优选超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维时，可以得到良好的结果。可以通过本领域已知的任何技术来制备聚乙烯纤维，优选地通过熔融纺丝或凝胶纺丝工艺。如果使用熔融纺丝工艺，那么用于制备纤维的聚乙烯原料的重均分子量优选地介于20000和600000g/mol之间，更优选地介于60000和200000g/mol之间。在EP1350868(通过引用结合于此)中公开了熔融纺丝工艺的实例。最优选的聚合物纤维是凝胶纺丝的UHMWPE纤维，例如由DSMDyneema，NL以商品名出售的那些。使用凝胶纺丝工艺来制备所述纤维时，优选使用特性粘度(IV)优选为至少3dl/g、更优选至少4dl/g、最优选至少5dl/g的UHMWPE。优选地，IV为至多40dl/g，更优选至多25dl/g，更优选至多15dl/g。优选地，UHMWPE每100个C原子具有小于1个侧链，更优选每300个C原子具有小于1个侧链。优选地，所述UHMWPE纤维根据多个出版物中描述的凝胶纺丝工艺来制备，所述出版物包括EP0205960A、EP0213208A1、US4413110、GP2042414A、GB-A-2051667、EP0200547B1、EP0472114B1、WO01/73173A1、EP1699954和“Advanced Fibre Spinning Technology”，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN1-855-73182-7。
在一个具体的实施方式中，根据本发明所用的聚合物纤维是带，更优选UHMWPE带。本发明目的的带(或平带)是纵横比(即宽度与厚度之比)为至少5∶1、更优选至少20∶1、甚至更优选至少100∶1、还要甚至更优选至少1000∶1的纤维。优选地，带的宽度为1mm到600mm，更优选1.5mm到400mm，甚至更优选2mm到300mm，还要甚至更优选5mm到200mm，最优选10mm到180mm。优选地，带的厚度为10μm到200μm，更优选为15μm到100μm。纵横比在本文中理解为宽度与厚度之比。
优选地，本发明中所用的聚合物纤维的旦尼尔在0.5到20dpf的范围内，更优选在0.7到10dpf的范围内，最优选在1到5dpf的范围内。优选地，含有所述纤维的纱线的旦尼尔在100到3000dtex的范围内，更优选在200到2500dtex的范围内，最优选在400到1000dtex的范围内。
“高强度纤维”在本文中理解为具有例如至少0.5GPa的高拉伸强度的纤维。优选地，聚合物纤维的拉伸强度为至少1.2GPa，更优选至少2.5GPa，最优选至少3.5GPa。优选地，聚合物纤维是拉伸强度优选为至少1.2GPa、更优选至少2.5GPa、最优选至少3.5GPa的聚乙烯纤维，更优选是UHMWPE纤维。含有由结实的聚乙烯纤维制成的织物的柔性支撑物具有较好的机械稳定性，与任意其他具有相同结构但包含例如由聚酯、尼龙、芳族聚酰胺或玻璃纤维制成的织物的柔性支撑物相比，重量较轻并且更结实。
优选地，聚合物纤维的拉伸模量优选为至少30GPa，更优选至少50GPa，最优选至少60GPa。优选地，聚合物纤维是聚乙烯纤维，更优选UHMWPE纤维，其中所述聚乙烯纤维(特别是UHMWPE纤维)的拉伸模量为至少50GPa，更优选至少60GPa，最优选80GPa。观察到，根据本发明使用所述高强度聚乙烯(更具体是所述高强度UHMWPE纤维)时，本发明的柔性发电机可以具有良好的机械稳定性、良好的使用期，并且能成功地抵抗作用于其上的较大的外部负载。
在本发明一个优选的实施方式中，柔性支撑物所含的至少80质量％、更优选至少90质量％、最优选100质量％的纤维是高强度纤维。更优选地，柔性支撑物所含的至少80质量％、更优选至少90质量％、最优选100质量％的纤维是聚乙烯纤维，更优选UHMWPE纤维。剩余质量％的纤维可以由上面所列的其他聚合物纤维组成。观察到，通过使用包含增大质量％的聚乙烯纤维的织物并且更具体是其中所有聚合物纤维都是聚乙烯纤维的织物，根据本发明可以得到的柔性发电机显示出对阳光和UV降解有良好的抵抗性、高撕裂强度和低重量。
根据本发明所用的柔性支撑物包含织物。所述织物可以具有本领域已知的任意结构，例如纺织、针织、褶叠(plaited)、编织或无纺或其组合。针织织物可以是纬编的织物(例如单面针织物或双面针织物)或经编的织物。无纺织物的例子是毛毡或者其中纤维基本上沿着共同的方向以基本平行的方式移动的织物。“Handbook of Technical Textiles”，ISBN978-1-59124-651-0的第4、5、6章描述了纺织、针织或无纺织物的其他例子及其制造方法，这些公开内容通过引用结合于此。这本手册的第11章(具体在第11.4.1段中)描述了编织织物的种类和例子，更具体是在11.4.1段中，这些公开内容通过引用结合于此。
优选地，用于本发明的织物是纺织织物。优选地，所述纺织织物被构建成每单位长度和整体的横截面直径上的重量小。适用于制备本发明的柔性片材的纺织织物的优选的实施方式包括平织(平纹)织物、平罗纹织物、席纹织物、斜纹织物、方平网眼织物、破斜纹(crow feet)织物和缎织织物，但是也可以使用更复杂的织物，例如三维织物。更优选地，纺织织物是平纹织物。最优选地，纺织织物是方平网眼织物。优选地，用于制备纺织织物的纱线中所含的纤维是具有近似圆形的横截面的纤维，所述横截面的纵横比为至多4∶1，更优选地为至多2∶1。
根据本发明，柔性支撑物还包含塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。
优选地，塑性体浸渍到柔性支撑物所含的整个织物中，浸渍通过各种形式和方式进行，例如，通过层压或通过作用力将塑性体推进织物的纱线和/或纤维中，例如，在加热的挤压下。例如US5773373、US6864195和US6054178(通过引用包含在本文中)中公开了用于制造浸渍织物的方法的实例。本发明所用的材料(例如纤维、塑性体)可以对这些方法进行常规调整。
当塑性体的拉伸模量为至多0.6GPa、更优选至多0.4GPa、最优选至多0.2GPa时，可以得到良好的结果。优选地，所述塑性体的拉伸模量为至少0.01GPa，更优选至少0.05GPa，最优选至少0.1GPa。
观察到，使用所述经浸渍的织物作为光伏器件用的柔性支撑物时，本发明的发电机的机械稳定性得以改善。特别地，在外部负载下发电机的伸长和收缩最小化。因此，在这样的实施方式中，较小的损坏载荷被施加到光伏器件上，其有利的影响之一是本发明的发电机具有较长的使用寿命。
适用于本发明的柔性支撑物的优选的例子是包含含有高强度聚乙烯纤维(更优选高强度UHMWPE纤维)并且用塑性体浸渍的纺织织物的支撑物，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。包含所述柔性支撑物的本发明的发电机显示出增强的耐撕裂性；用于户外使用和处理的良好的特性；优异的耐化学性和耐火性。特别地，含有聚乙烯纤维和/或纱线的经浸渍的纺织织物显示出优异的重量强度比，与包含例如聚酯、尼龙、芳族聚酰胺或玻璃纤维且经浸渍的任何织物相比，它们重量轻且更结实。
在本发明一个最优选的实施方式中，柔性支撑物包含：
(i)织物，优选纺织织物，包含含有聚乙烯纤维(优选UHMWPE纤维)的纱线；
(ii)粘附到所述纺织织物的至少一个表面的塑性体层，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。
本发明人注意到，除了上面所提到的优点之外，包含所述柔性支撑物的本发明的发电机在其使用期间显示出适当地抗收缩性，特别是在长期应用中。还观察到，所述发电机是轻质的，具有良好的耐撕裂性和高断裂强度。此外，还观察到，当其在寒冷环境的使用中，所述发电机受低温引起的损伤(例如裂纹等)的影响较小。
优选地，柔性支撑物包含：
(i)纺织织物，其包含含有聚乙烯纤维(优选UHMWPE纤维)的纱线；
(ii)塑性体层，其具有粘附到所述纺织织物的一个表面上的第一部分和浸渍到所述织物的纱线和/或纤维之间的第二部分，其中所述第二部分延伸遍及所述织物并且与所述第一部分粘结在一起，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。
此外还注意到，当塑性体层粘附到纺织织物的两个表面从而包封所述织物时，本发明的柔性发电机可以获得还要更好的抗收缩性。因此，在一个优选的实施方式中，柔性支撑物包含：
(i)具有上表面和下表面的纺织织物，其包含含有聚乙烯纤维(优选UHMWPE纤维)的纱线；
(ii)包封所述织物的塑性体层，所述塑性体层具有粘附在所述上表面上的第一部分、粘附在所述下表面上的第三部分、以及浸渍到所述织物的纱线和/或纤维之间并延伸遍及所述织物的第二部分，所述第二部分与所述塑性体层的所述第一部分和所述第三部分粘结在一起；其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且其中根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。
优选地，所述第二部分浸渍在纱线和纤维之间。塑性体层的第二部分还延伸遍及所述织物，这表示塑性体沿着织物的横向尺寸以及其表面之间的织物的纵向尺寸分布。优选地，浸渍这样进行，从而使所述塑性体层的所述第二部分沿着纵向尺寸从织物的一个表面一直延伸到与其相对的表面。
“塑性体层粘附到织物的一个表面上”在本文中理解为塑性体通过物理力抓牢与之接触的织物的纤维。然而，这对于本发明来说不是必要的，因为实际上塑性体是化学结合在纤维的表面。观察到，与其他类型的热塑性材料相比，根据本发明所使用的塑性体在例如聚乙烯纤维上具有增大的抓地力。在一个优选的实施方式中，聚乙烯纤维的表面起波纹，有突起或凹陷或其它不规则的表面结构，以改善塑性体和纤维之间的抓地力。
“塑性体层的两个粘接在一起的部分”在本文中理解为所述部分熔合在一起成为一个主体，从而优选地在这些部分之间没有形成分界线，并且优选地在整个塑性体层中不存在机械性能或其他物理性能的实质差异。
不言而喻地，“上表面”和“下表面”仅用于指认纺织织物特有的两个表面，不应该解释为实际将纺织织物限定为向上或向下放置。
可用于本发明的柔性支撑物的其他实例是包含含有高强度聚乙烯纤维(更优选高强度UHMWPE纤维)并且用热塑性材料浸渍的支撑物，所述热塑性材料选自由聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、橡胶和聚氨酯组成的组。尽管这些支撑物具有不太好的机械稳定性，但它们也可以用于本发明。在例如US6280546(通过引用结合在本文)中可以找到用于制造所述基材的方法。
根据本发明所用的优选的纺织织物是覆盖系数为至少1.5、更优选至少2、最优选至少3的织物。优选地，所述覆盖系数为至多30，更优选至多20，最优选至多10。观察到，这种织物的使用将实现纺织织物的最优化浸渍，从而使例如柔性支撑物所含的空隙或气泡的量最小化。还观察到，可以得到更均匀的柔性支撑物，即，其机械性能的局部变化较小的支撑物。塑性体的浸渍可以通过下列方法进行，例如在一定压力下迫使熔融的塑性体通过所述纤维和/或纱线。
将支撑物的正方形样品放置在桌子的边缘，所述支撑物长度的一部分与桌子接触并由桌子支撑，剩余长度自由延伸出所述桌子的边缘L＝200×(所述片材的厚度)远，这时当所述剩余长度向桌子水平下方弯折至少0.1×L时，认为本发明的柔性支撑物是柔性的。通过选择纺织织物、浸渍材料(例如塑性体)的量和浸渍程度的适当组合，可以得到具有不同柔性的柔性支撑物。
本发明所用的塑性体是属于热塑性材料类的塑料材料。根据本发明，所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，所述塑性体的密度为860-930kg/m3。观察到，当塑性体是通过单点催化剂聚合法制备时，优选地当所述塑性体是茂金属塑性体(即，通过茂金属单点催化剂制备的塑性体)时，包含该塑性体的柔性支撑物显示出良好的抗收缩性。乙烯是丙烯的共聚物中特别优选的共聚单体，而丁烯、己烯和辛烯是用于乙烯共聚物和丙烯共聚物二者的优选的α-烯烃共聚单体。
在一个优选的实施方式中，所述塑性体是包含一种或更多种具有2-12个碳原子的α-烯烃(特别是乙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯)作为共聚单体的乙烯或丙烯的热塑性共聚物。当使用乙烯和作为共聚单体的一种或更多种C3-C12的α-烯烃单体时，共聚物中共聚单体的量通常介于1-50wt.％之间，优选地介于5-35wt.％之间。如果是乙烯共聚物，优选的共聚单体为1-辛烯，所述共聚单体的量介于5wt％和25wt％之间，更优选介于15wt％和20wt％之间。如果是丙烯共聚物，共聚单体的量(特别是乙烯共聚单体的量)通常介于1-50wt.％之间，优选地介于2-35wt.％之间，更优选介于5-20wt.％之间。当塑性体的密度介于880-920kg/m3之间，更优选介于880-910kg/m3之间时，收缩率方面将得到很好的结果。
当根据ASTM D3418测定的本发明所用的塑性体的DSC峰值熔点介于70℃和120℃之间，优选介于75℃和100℃之间，更优选介于80℃和95℃之间时，将得到更好的抗收缩性。
通过单点催化剂聚合法制备的塑性体(特别是茂金属塑性体)通过其比重而区别于通过其他聚合技术(例如Ziegler-Natta催化)已制备的乙烯共聚物和丙烯共聚物。所述塑性体还因较窄的分子量分布(Mw/Mn)和有限量的长链支化而使其自身区别，其中分子量分布的值优选地为1.5-3。优选地，长支链的数量为每1000个碳原子至多3个。可用于本发明的柔性片材并且通过茂金属催化剂得到的合适的塑性体是商业规模生产的，例如以商标Exact、Exceed、Vistamaxx、Tafmer、Engage、Affinity和Versify分别由DEX-Plastomers、ExxonMobil、Mitsui和DOW所提供的那些。塑性体(特别是茂金属塑性体)的说明以及其机械和物理性能的概述可以在例如Harutun G.Karian的″Handbook of polypropylene and polypropylenecomposites″(ISBN0-8247-4064-5)的第7.2章中找到，更具体是在其子章节7.2.1、7.2.2和7.2.5到7.2.7中，它们均通过引用被包含于此。
也可以使用包含本发明所用的塑性体和其他热塑性材料和/或甚至其他塑性体等级的组合物。在一个优选的实施例中，含有塑性体和官能化的聚烯烃的共混物在本发明中使用。优选地，所述官能化的聚烯烃在所述共混物中的含量为1wt％到99wt％，更优选2.5wt％到50wt％，更优选5wt％到25wt％。优选地，官能化的聚烯烃是用双官能单体官能化的，双官能单体的量占聚烯烃重量的0.1wt％到10wt％，更优选0.35wt％到5wt％，最优选0.7wt％到1.5wt％。优选地，用于官能化的聚烯烃也是塑性体，更优选所述聚烯烃是本发明所用的塑性体。优选地，用双官能的单体，例如马来酸酐(MA)或乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)使聚烯烃官能化。MA和VTMOS官能化的聚烯烃是市售的产品，并且聚烯烃的官能化可以根据本领域已知的方法进行，例如在挤压过程中，使用过氧化物作为引发剂。使用官能化的聚烯烃(优选官能化的塑性体)的好处是，根据本发明中所使用的柔性支撑物的机械稳定性可以得到改善。
选择塑性体的量以产生面密度(AD)比其中所用的织物(优选纺织织物)的AD高至少20％、更优选高至少50％的柔性支撑物时，可以得到良好的抗收缩性。优选地，柔性支撑物的面密度(AD)比其中所用的织物(优选纺织织物)的AD高至多500％，更优选高至多400％，最优选高至多300％。当塑性体包封住纺织织物(优选纺织织物)并且按上面所指出的选择塑性体的量时，将得到良好的结果。AD用kg/m2表示，是通过称量一定面积(例如0.01m2)的重量，将所得重量除以该样品的面积而得到。
根据本发明所使用的塑性体还可以包含各种如下文所定义的填料和/或添加剂。在一个优选的实施方式中，柔性支撑物包含如上面所定义的纺织织物、塑性体层，并任选地包含添加到塑性体的各种如下文所定义的填料和/或添加剂。观察到，包含根据该实施方式的柔性支撑物的本发明的发电机可以显示出降低的收缩率，同时很结实并且重量轻。此外，所述支撑物可以很容易地通过热焊接沿着接缝密封，这样提供了一个结实的密封件并且节省了总时间和成本。
填料的例子包括增强型和非增强型材料，例如炭黑、碳酸钙、粘土、硅石、云母、滑石和玻璃。添加剂的例子包括稳定剂(例如UV稳定剂)、颜料、抗氧化剂、阻燃剂等。优选的阻燃剂包括三水合铝、脱水镁(magnesium dehydrate)、多磷酸铵以及其他。优选地，阻燃剂的量为本发明的柔性支撑物所含的热塑性材料的量的1-60重量％、更优选5-30重量％。最优选的阻燃剂是磷酸铵，例如由Budenheim(Budit)和Clariant(Exolit)提供。
可以根据本领域已知的方法来制备柔性支撑物。US5773373和US60541789(通过引用结合在本文中)公开了所述方法的实例。优选地，通过层压方法来制备柔性支撑物，例如US4679519(通过引用结合在本文中)公开的方法，根据本发明所用的材料对所述方法进行常规调整。
优选地，柔性支撑物的厚度为0.2mm-10mm，更优选0.3mm-5mm。所述柔性支撑物的厚度取决于纺织织物的性质，与织法和热塑性材料(如果使用的话)的厚度和数量有关。优选地，所述柔性支撑物的AD为0.2-3kg/m2，更优选为0.2-2kg/m2。
当柔性支撑物包含被塑性体包封的织物(特别是纺织织物)时，所述织物可以放置在所述柔性支撑物的中心或偏离中心。织物被放置得离柔性支撑物的中心越近，收缩率方面可以得到良好的结果。
优选地，根据本说明书后面的“测试方法”部分所公开的方法进行测试时，本发明的柔性支撑物的总收缩率小于1.5％，更优选小于1.2％，甚至更优选小于1.0％，还要甚至更优选小于0.8％，还要甚至更优选小于0.6％，最优选小于0.45％，“总收缩率”即纺织织物的经向和纬向的平均收缩率。优选地，本发明的柔性支撑物在经向上的收缩率小于1％，更优选小于0.6％，最优选小于0.5％。优选地，本发明的柔性支撑物在纬向上的收缩率小于1％，更优选小于0.5％。
观察到，对于具有相对大尺寸的横向尺寸(即，对于矩形片材来说，其宽度和长度为至少100mm)的柔性支撑物来说，收缩方面将得到良好的结果。
根据本发明，光伏器件结合在柔性支撑物上。本领域技术人员知道如何将光伏器件结合在柔性支撑物上，例如从CN2838046或CN101132031中可知。
一种特别优选的用于将光伏器件连接到柔性支撑物的方法，包括下列步骤：
a)提供至少一个光伏器件，优选柔性型；
b)提供包含高强度聚合物纤维的柔性支撑物，优选地所述支撑物包含含有高强度聚合物纤维的纺织织物；其中所述纤维优选为聚乙烯纤维，更优选UHMWPE纤维；
c)将所述至少一个光伏器件置于所述柔性支撑物上；并且
d)在所述柔性支撑物和所述至少一个光伏器件上层压一层热塑性材料。
所有热塑性材料都适用于上述层压步骤d)。用于所述层压步骤d)的最优选的热塑性材料是根据本发明所使用的塑性体，所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，并且根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3。上文详细说明了所述塑性体的优选的实施方式。
在层压步骤d)中，热塑性层将具有层压在至少一个光伏器件上的一部分和层压在柔性支撑物上的一部分。应该仔细调整热塑性材料层的厚度，从而使层压到至少一个光伏器件上的所述层的部分是基本透明的。“基本透明的”在本文中理解为所述层足够透明，允许光到达光伏器件的活性区，从而可以产生电。本领域技术人员可以常规地调整热塑性材料的层压层的厚度。例如，层压到至少一个光伏器件上的热塑性材料层的部分可以具有至多100μm、优选至多50μm、更优选至多10μm、最优选至多3μm的厚度。
另一种优选的用于将光伏器件连接到柔性支撑物的方法，包括下列步骤：
a)提供至少一个光伏器件，优选柔性型；
b)提供包含高强度聚合物纤维的柔性支撑物，优选地所述支撑物包含含有高强度聚合物纤维的纺织织物；其中所述纤维优选为聚乙烯纤维，更优选UHMWPE纤维；
c)在所述柔性支撑物上层压热塑性材料的熔融层；
d)将所述至少一个光伏器件置于所述经层压的柔性支撑物上，从而在热塑性材料的熔融层和至少一个光伏器件之间产生接触面；并且
e)将热塑性材料的熔融层冷却至低于其熔融温度。
优选地，所述热塑性材料是根据本发明所用的塑性体。
本发明还涉及含有本发明的柔性发电机的各种产品。产品的例子包括但不限于货物和集装箱用的遮盖物、地面覆盖物、屋顶、建筑物覆盖物、衬垫、帆、防水布、雨篷、帆布、袋子、充气结构、帐篷等。
借助于下面的实施例进一步说明本发明，但本发明不限于此。
测试方法
IV：根据方法PTC-179(Hercules Inc.Rev.Apr.29，1982)来测定UHMWPE的特性粘度，测试条件为：在135℃下，十氢化萘中，溶解时间为16小时，采用用量为2g/l溶液的DBPC作为抗氧剂，将在不同浓度下测量的粘度外推得到零浓度下的粘度。
覆盖系数：纺织织物的覆盖系数通过如下方法计算：将经向和纬向上的每厘米单根织纱(weaving yarn)的平均数量乘以单根织纱的线密度(以tex计)的平方根，然后除以10。
单根织纱可以包含一根原样制成的纱线，或者可以包含多根原样制成的纱线，所述多根纱线在纺织过程之前被组合成单根织纱。在后者的情况下，单根织纱的线密度是原样制成纱线的线密度的总和。
因此覆盖系数(CF)可以根据下式计算：
CF = m 10 pt = m 10 T
其中m是每厘米中单根织纱的平均数量，p是组成一根织纱的原样制成的纱线的数量，t是原样的制成纱线的线密度(以tex计)，而T是单根织纱的线密度(以tex计)。
Dtex：通过称重100米的纤维来测定纤维的dtex。将重量(以毫克计)除以10来计算纤维的dtex；
收缩率：将长度为0.4m且宽度为0.4m的正方形样品放置在洗衣机的滚筒内，在不存在水的情况下、在约23℃的温度和约65％的湿度下，以60转/分钟的转速与5个粘土球一起转动。各粘土球的质量为0.22Kg，直径为约50mm，通过将球放入刚好仅能容纳该球的棉布袋而使各球的表面被棉织物覆盖。测量处理之前和之后样品的尺寸，其差值(用％表示)被认为代表样品的收缩率。
拉伸性能，即，聚合物纤维的强度和模量：按照ASTM D885M的规定，使用名义标定长度为500mm的纱线、50％/min的十字头速度和Instron2714夹具(Fibre Grip D5618C)在多丝纱线上测定聚合物纤维的强度和模量。为了计算强度，将所测量的拉伸力除以纤度(通过称重10米的纤维来确定)；假设聚合物的自然密度(例如对于UHMWPE纱线，假设聚乙烯的密度为0.97g/cm3)来计算GPa值。
聚合物带的拉伸性能：按照ASTMD882的规定，使用名义标定长度为440mm的纱线、50mm/min的十字头速度在25℃下在宽度为2mm的带上定义并测定拉伸强度和拉伸模量。
根据ASTM D4018-81在22℃下测量无机纤维(特别是玻璃纤维)的拉伸强度和模量。
根据ASTM D-638(84)在25℃下测量热塑性材料的拉伸模量。
实施例和对比实验
实施例1
用0203浸渍方平网眼纺织织物，该织物的AD为0.193kg/m2，厚度为约0.6mm并且宽度为约1.72m，包含880dtex的被称为SK65的聚乙烯纱线。0203是来自DEXPlastomers的塑性体，是具有约18％辛烯的乙烯基辛烯塑性体，密度为902kg/m3并且DSC峰值熔点为95℃。
塑性体在约145℃的温度下熔融并排出到织物的表面上。
在约120℃的温度下施加约45bars的压力使塑性体浸渍到织物中。
重复上述过程从而涂布纺织织物的两个表面。
所得到的柔性支撑物的厚度为约0.8mm，AD为0.550kg/m2并且具有小于40％的空隙。支撑物的AD比纺织织物的AD大280％。塑性体层被分成：
●覆盖一个表面的AD为约0.175kg/m2的第一部分；
●浸入其纱线和纤维之间的织物的第二部分；以及
●覆盖另一个表面的AD为约0.175kg/m2的第三部分。
结果在表1中给出。
实施例2
根据US6,280,546的实施例2中所述的方法用EVA覆盖实施例1所用的聚乙烯织物。
实施例3和4
通过浸涂法，在一个实验(3)中用氯丁橡胶浸渍实施例1的织物，在另一个实验(4)中用聚氨酯(来自Barrday Inc，Canada)浸渍实施例1的织物。随后使橡胶固化。
从上面的实施例和对比实验中，可以看出，与已知的UHMWPE织物相比，本发明的柔性支撑物显示出降低的收缩率。

Claims (15)

1.一种柔性发电机，其包含至少一个光伏器件和柔性支撑物，其中所述光伏器件连接到所述柔性支撑物上，并且其中所述柔性支撑物包含含有拉伸强度为至少1.2GPa的高强度聚合物纤维的纺织织物，所述柔性支撑物还包含塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2至C12α-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物，根据ISO1183测试的所述塑性体的密度为860-930kg/m3，并且其中所述塑性体浸渍到所述织物中。
2.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述光伏器件是柔性型。
3.如前面任何一个权利要求所述的柔性发电机，其中，所述聚合物纤维是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。
4.如权利要求3所述的柔性发电机，其中，所述聚合物纤维是UHMWPE带。
5.如权利要求1或2所述的柔性发电机，其中，所述聚合物纤维的旦尼尔在0.5-20的范围内。
6.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述聚合物纤维的拉伸强度为至少2.5GPa。
7.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述塑性体的拉伸模量为至多0.6GPa。
8.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述纺织织物具有至少1.5的覆盖系数。
9.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，根据ASTM D3418测试的所述塑性体的DSC峰值熔点在70℃和120℃之间。
10.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述塑性体是塑性体与官能化的聚烯烃的共混物。
11.如权利要求10所述的柔性发电机，其中，所述官能化的聚烯烃是马来酸酐或乙烯基三甲氧基硅烷官能化的塑性体。
12.如权利要求1所述的柔性发电机，其中，所述柔性支撑物具有相对大尺寸的横向尺寸，对于矩形片材来说，其宽度和长度为至少100mm。
13.一种用于将光伏器件连接到柔性支撑物的方法，包括下列步骤：
a)提供至少一个光伏器件；
b)提供权利要求1至12中任意一项所定义的柔性支撑物；
c)将所述至少一个光伏器件置于所述柔性支撑物上；并且
d)在所述柔性支撑物上和在所述至少一个光伏器件上层压热塑性材料的层。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述热塑性材料是塑性体。
15.一种含有权利要求1至12中任意一项的柔性发电机的产品，所述产品选自由货物和集装箱用的遮盖物、地面覆盖物、屋顶、建筑物覆盖物、衬垫、帆、防水布、雨篷、帆布、袋子、充气结构或帐篷形成的组。
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