CN104760299A - 一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框及其制备方法，目的在于解决太阳能组件边框结构强度不足的问题。将两太阳能组件边框对接，形成规则的矩形外侧，同时生产，拉挤成型过程中在排列成预定形状的单向纤维束外侧以纤维毡包裹，再送入加热模具内拉挤成型，配合外侧的拉引装置及切割机分段切割操作，形成所需要的太阳能组件边框。加入外侧连续纤维毡可以增强太阳能组件边框的横向强度，使其综合性能更加优异，两组边框同时生产提高了生产效率，简化了生产工艺，促进复合材料在光伏方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料成型工艺，尤其涉及一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法。
背景技术
随着环境形势日益恶化，人们对清洁能源的需求越来越大，太阳能作为一种可再生资源得到越来越多的重视。在日常生活中太阳能资源已经发挥了一定的作用，例如，太阳能热水器的使用以及光伏发电。太阳能设备使用的材料在使用过程中要经历太阳光长时间照射，因此需要具有良好的耐候性和抗紫外线的能力以提高设备的耐久性和可靠性。
目前太阳能组件边框大多数有铝合金材料制成，铝合金材料质量轻，强度及牢固性强并且抗腐蚀因此被广泛使用。但是近几年的研究发现，因为存在于光伏组件中的电路与接地金属边框之间形成的高电压，光伏组件在户外经过一段时间的运行后会出现输出功率降低，导致组件发电效率和电站运行效率降低，会造成光伏组件性能的持续衰减，即PID效应。一旦发生PID效应，会大大影响电站的运营及投资收益。
纤维增强树脂FRP(Fiber Reinforced Polymer)材料，自上世纪末从军用转向民用以来，得到了飞速的发展和广泛的应用。其中FRP拉挤型材在实际应用中占据着举足轻重的地位，如在工业、建筑、室内装饰、汽车等领域的应用等等。其质量轻，强度高，抗腐蚀性能好，不导电，可用于制作太阳能组件边框。FRP材料是各向异性材料，其纵向即纤维方向的抗拉强度很高，可以达到钢筋的2-4倍，但横向即垂直于纤维方向的强度较弱。由于太阳能组件边框的结构特殊，若使用传统FRP拉挤型材制备太阳能组件边框其横向强度不足容易断裂，边框存在结构强度不足的问题，对太阳能组件边框的使用造成影响。因此，解决结构强度不足的问题对于复合材料型材能否作为太阳能组件边框的使用至关重要。
在已公开的使用符合材料制备太阳能组件边框的专利及文献中，如中国专利CN103205004A中，所采用的纤维增强体为混合纤维和混合纤维织物的混合物，采用这种方法可以达到增强太阳能组件边框垂直纤维方向的强度的目的，但是工艺较复杂，纵向强度也不是很高；在中国专利CN102093659中，采用连续纤维布、连续纤维单向带、长纤维毡或两者的复合来增强树脂，同样的可以达到增强横向强度的目的，但是工艺较复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种横向强度满足使用要求的综合性能优异的拉挤复合材料制备的太阳能组件边框及其制备方法。
为实现这一目的，本发明所采用的方法是：
一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，该复合材料太阳能组件边框的外侧包裹有纤维毡，其内里由单向连续纤维增强，并通过拉挤成型工艺获得，该复合材料太阳能组件边框包含如下成分及质量份数：树脂15-50份，纤维毡和单向连续纤维共50-85份，添加剂为树脂含量的0-15％。
作为优选，上述复合材料太阳能组件边框，所述树脂为聚氨酯树脂、不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和以甲基苯烯酸甲酯为单体的树脂中的一种或几种。
作为优选，上述复合材料太阳能组件边框，所述单向连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维直径为1-30μm，所述纤维毡为玻璃纤维连续毡。
作为优选，上述复合材料太阳能组件边框，所述添加剂为分散剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、固化剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。
作为优选，上述复合材料太阳能组件边框，为实心结构或空心结构。
本发明还提供了上述纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将质量份数为15-50份的液态树脂以及含量为树脂含量0-15％的添加剂混合获得树脂混合物；
(2)将浸渍过偶联剂并烘干的单向连续纤维排列成预定形状在上述含有添加剂的树脂混合物中浸渍，所述单向连续纤维排列成的预定形状为两组太阳能组件边框首尾相对接而形成的规则形状；之所以选择上述方法，是发明人在大量的实践经验基础上经过多次试验发现，由于太阳能组件的结构特殊，使得只需在其外侧表面包裹连续纤维毡便可达到在具有优异的纵向强度的情况下也满足优异横向强度的使用要求，另外，因为太阳能组件边框为特殊的结构，存在在型材表面全部包裹纤维毡不方便操作的问题，发明人综合上述两个情况，巧妙地发现可通过先将两太阳能边框的型材首尾相对接使其外围形状形成方便包裹的矩形然后在其外侧包裹纤维毡的方式进行生产，该方式较现有技术而言，大大简化了生产工艺，节约了时间，而且使得两组边框同时被生产出来，大大提高了生产效率，促进了复合材料在光伏方面的应用；
(3)在上述浸渍过树脂混合物的连单向连续纤维的外侧包裹纤维毡；在连续纤维增强的型材外侧包裹连续纤维毡，不仅保持了顺连续纤维方向的优异性能，在垂直纤维方向同样保证了良好的力学性能，使其综合性能更加优异，且纤维毡的使用使得到的太阳能组件边框表面平滑；
(4)利用拉挤成型机，控制模具温度为120℃-210℃，牵引速度为1.5m/min-3m/min，进行成型操作获得两个首尾相对接的太阳能组件边框；
(5)沿着两太阳能组件边框连接处切割开，打磨，由此得到两个所需的太阳能组件边框。
根据实际的需要，可选择有型芯的模具或无型芯的模具，以制得空心结构或实心结构的太阳能组件边框；模具没有型芯则型材为实心结构，结构强度较大；模具有型芯则型材为空心结构，在满足结构强度的同时减轻质量，降低成本。
上述复合材料太阳能组件边框的制备方法，所述步骤(1)中所述的树脂为聚氨酯树脂、不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和以甲基苯烯酸甲酯为单体的树脂中的一种或几种。
上述复合材料太阳能组件边框的制备方法，所述步骤(2)和步骤(3)中使用的单向连续纤维和纤维毡的质量份数和为50-85份，所述单向连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维直径为1-30μm，所述纤维毡为玻璃纤维连续毡。
上述复合材料太阳能组件边框的制备方法，所述步骤(1)所述的添加剂为分散剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、固化剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明具有如下特殊优异的技术效果：
本发明将两组太阳能组件边框首尾相对接使其整体外形形成一规则矩形，解决了型材外形不规则在生产过程中不易包裹纤维毡的问题，由于太阳能组件的结构特殊只需在其外侧表面包裹连续纤维毡便可达到使用要求，故两者结合大大简化了生产工艺；在连续纤维增强的型材外侧包裹连续纤维毡，不仅保持了顺连续纤维方向的优异性能，在垂直纤维方向同样保证了良好的力学性能，使其综合性能更加优异，且纤维毡的使用使得到的太阳能组件边框表面平滑，拉挤成型后再经过切割、打磨得到所需的太阳能边框。这种制备方法方便易行，高效快捷，所得太阳能组件边框具有成本低、质量轻、环保、绝缘、力学性能好、耐腐蚀性能好，避免PID效应等优点，促进了复合材料在光伏方面的应用。而且，根据实际需求，可选择将该太阳能组件边框做成实心结构或空心结构，若为实心结构，则结构强度较大；若为空心结构，在满足结构强度的同时可减轻质量，降低成本。也可根据实际需求，选择添加剂的种类，使得太阳能组件边框具有不同的性能，满足不同的环境要求，大大扩大了该太阳能边框的适应范围。
附图说明
图1为本发明实施例所述的拉挤型材的截面示意图；
图中，①表示外侧表面，②表示模具型芯位置，③表示两组太阳能组件边框连接处。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例的太阳能组件边框由以下方法制成：
(1)将含量为树脂含量5％的添加剂，包括固化剂、阻燃剂、紫外线吸收剂、脱模剂、催化剂等与质量份数为40份的液态聚氨酯混合，经机械搅拌得到均匀的树脂混合物；
(2)将浸渍过偶联剂并烘干的连续玻璃纤维排列成预定形状在含有添加剂的树脂混合物中浸渍；所述连续玻璃纤维排列成的预定形状如附图1所示，为两组太阳能组件边框首尾相对接而形成的规则形状；所述连续玻璃纤维的质量份数为45份；
(3)在浸渍过树脂混合物的连续纤维外侧包裹玻璃纤维毡；所述玻璃纤维毡的质量份数为15份；
(4)以模具温度为180℃，拉挤速度为2m/min的工艺参数通过拉挤成型工艺获得两个首尾相对接的太阳能组件边框；
(5)沿着两太阳能组件边框连接处③处切割开，打磨，由此得到两组所需的太阳能组件边框。
该太阳能组件边框结构强度高，耐腐蚀性强且具有一定的阻燃性，可在易燃易爆及海洋环境下使用。
该边框的纵向拉伸强度达760MPa，横向拉伸强度达200MPa，与原有铝合金边框相比(拉伸强度约为200MPa)该太阳能组件边框强度高，可满足太阳能组件边框的使用要求。
实施例2：
本实施例的太阳能组件边框由以下方法制成：
(6)将含量为树脂含量5％的添加剂，包括固化剂、脱模剂、催化剂等与质量份数为35份的液态改性乙烯基树脂混合，经机械搅拌得到均匀的树脂混合物；
(7)将浸渍过偶联剂并烘干的连续玻璃纤维排列成预定形状在含有添加剂的树脂混合物中浸渍；所述连续玻璃纤维的质量份数为50份；
(8)在浸渍过树脂混合物的连续纤维外侧包裹玻璃纤维毡；所述玻璃纤维毡的质量份数为15份；
(9)以模具温度为130℃，拉挤速度为1.5m/min的工艺参数通过拉挤成型工艺获得两个首尾相对接的太阳能组件边框；
(10)沿着两太阳能组件边框连接处③处切割开，打磨，由此得到两组所需的太阳能组件边框。
所得边框顺纤维方向强度为740MPa，垂直纤维方向强度为210MPa，与原有铝合金边框相比(拉伸强度约为200MPa)该太阳能组件边框强度高，成本低，易制取，可用于日常生活。
实施例3：
本实施例的太阳能组件边框由以下方法制成：
(1)将含量为树脂含量5％的添加剂，包括固化剂、脱模剂、催化剂等与质量份数为25份的液态环氧树脂混合，经机械搅拌得到均匀的树脂混合物；
(2)将浸渍过偶联剂并烘干的连续玻璃纤维排列成预定形状在含有添加剂的树脂混合物中浸渍；所述连续玻璃纤维的质量份数为60份；
(3)在浸渍过树脂混合物的连续纤维外侧包裹玻璃纤维毡；所述玻璃纤维毡的质量份数为15份；
(4)以模具温度为165℃，拉挤速度为1.5m/min的工艺参数通过拉挤成型工艺获得两个首尾相对接的太阳能组件边框；
(5)沿着两太阳能组件边框连接处③处切割开，打磨，由此得到两组所需的太阳能组件边框。
所得边框顺纤维方向强度为750MPa，垂直纤维方向强度为200MPa，与原有铝合金边框相比(拉伸强度约为200MPa)此边框强度高，耐腐蚀性好可用于需要高强度边框材料的领域。
本发明将两组太阳能组件边框首尾相对接使其整体外形形成一规则矩形，解决了型材外形不规则在生产过程中不易包裹纤维毡的问题，由于太阳能组件的结构特殊只需在其外侧表面包裹连续纤维毡便可达到使用要求，故两者结合大大简化了生产工艺；在连续纤维增强的型材外侧包裹连续纤维毡，不仅保持了顺连续纤维方向的优异性能，在垂直纤维方向同样保证了良好的力学性能，且纤维毡的使用使得到的太阳能组件边框表面平滑，拉挤成型后再经过切割、打磨得到所需的太阳能边框。这种制备方法方便易行，高效快捷，所得太阳能组件边框具有成本低、质量轻、环保、绝缘、力学性能好、耐腐蚀性能好，避免PID效应等优点，促进了复合材料在光伏方面的应用。根据实际需求，可选择将该太阳能组件边框做成实心结构或空心结构，若为实心结构，则结构强度较大；若为空心结构，在满足结构强度的同时可减轻质量，降低成本。也可根据实际需求，选择添加剂的种类，使得太阳能组件边框具有不同的性能，满足不同的环境要求，大大扩大了该太阳能边框的适应范围。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，其特征在于，该复合材料太阳能组件边框的外侧包裹有纤维毡，其内里由单向连续纤维增强，并通过拉挤成型工艺获得，该复合材料太阳能组件边框包含如下成分及质量份数：树脂15-50份，纤维毡和单向连续纤维共50-85份，添加剂为树脂含量的0-15％。
2.根据权利要求1所述纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，其特征在于，所述树脂为聚氨酯树脂、不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和以甲基苯烯酸甲酯为单体的树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，其特征在于，所述单向连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维直径为1-30μm，所述纤维毡为玻璃纤维连续毡。
4.根据权利要求1所述纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，其特征在于，所述添加剂为分散剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、固化剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的纤维毡增强复合材料太阳能组件边框，其特征在于，所制得的太阳能组件边框为实心结构或空心结构。
6.一种纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将质量份数为15-50份的液态树脂以及含量为树脂含量0-15％的添加剂混合获得树脂混合物；
(2)将浸渍过偶联剂并烘干的单向连续纤维排列成预定形状在上述含有添加剂的树脂混合物中浸渍，所述单向连续纤维排列成的预定形状为两组太阳能组件边框首尾相对接而形成的规则形状；
(3)在上述浸渍过树脂混合物的单向连续纤维的外侧包裹纤维毡；
(4)利用拉挤成型机，控制模具温度为120℃-210℃，牵引速度为1.5m/min-3m/min，进行成型操作获得两个首尾相对接的太阳能组件边框；
(5)沿着两太阳能组件边框连接处切割开，打磨，由此得到两组所需的太阳能组件边框。
7.根据权利要求6所述的纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，根据需要，选择有型芯的模具或无型芯的模具，以制得空心结构或实心结构的太阳能组件边框。
8.根据权利要求6所述的纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述的树脂为聚氨酯树脂、不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和以甲基苯烯酸甲酯为单体的树脂中的一种或几种。
9.根据权利要求6所述的纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中使用的单向连续纤维和纤维毡的质量份数和为50-85份，所述单向连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维直径为1-30μm，所述纤维毡为玻璃纤维连续毡。
10.根据权利要求6所述的纤维毡增强复合材料太阳能组件边框的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)所述的添加剂为分散剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、固化剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。
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