CN105131571A - 一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架及其制备方法，所述太阳能光伏组件框架由聚氨酯复合材料制成；所述聚氨酯复合材料由包含质量占10％-60％的聚氨酯树脂和60％-90％的玻璃纤维无捻连续粗纱制备而成；聚氨酯树脂由两部分组成，组分一为异氰酸酯，组分二由聚合物多元醇、除水剂、消泡剂、抗紫外线剂和填料组成；本发明公开的聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架制备方法是：将组分一和组分二分别注射入模具，玻璃纤维无捻连续粗纱排列成预定形状，在模具中浸润树脂并固化定型，拉挤成型。本发明具有轻质高强和优异的绝缘性能，耐腐蚀，耐老化，替代铝合金材料，大幅降低太阳能光伏组件框架的成本，减少有色金属资源的消耗。

Description

一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，具体是一种聚氨酯复合材料制备的太阳能光伏组件框架及其制备方法，所述框架包括太阳能光伏组件边框、安装支撑架等。

背景技术

随着环境形势的日益恶化，人们对新的可再生资源的需求越来越强烈，由此太阳能作为一种新能源而进入人们的视野，且越来越受到重视。在日常生活中，用到的太阳能资源有太阳能热水器、太阳能路灯及光伏发电等。

随着光伏行业的不断发展，系统电压相对提高，对封装材料的绝缘性也随之更加严格。当下为了解决光伏电站土地稀缺的问题，在沿海滩涂、海上岛屿、湖泊、池塘、水库、化工厂屋顶等恶劣环境下建造电站将成为趋势。目前用于太阳能光伏组件框架的材料主要是铝合金材料，但是，铝合金材料制成的太阳能光伏组件框架存在以下问题：绝缘性差，需要接地防雷，而接地安装时造成的偏压问题会促进PID效应；耐腐蚀性差，阳极氧化膜在使用过程中极易划伤，划伤位置抗腐蚀能力急剧下降；热膨胀系数较玻璃高，匹配性差，抗震能力较差；抗冲击，抗疲劳性差、易产生塑性形变；质量重，价格较高，消耗宝贵的有色金属资源，不利于人类社会的可持续发展，且铝合金太阳能组件框架不能在恶劣环境下使用，找到一种铝合金太阳能组件框架的替代品显得很重要。

在已公开的太阳能光伏组件框架材料替代的专利和文献中，如中国专利CN103214807A中，采用玻璃纤维增强不饱和聚酯材料，表面涂覆氟碳树脂来作为太阳能光伏组件框架材料，不饱和聚酯复合材料质轻高强，但工艺复杂，横向强度低、耐腐蚀性较差；在中国专利CN104761880A、CN104760299A中，采用短纤维、长纤维，连续纤维毡等增强树脂来作为太阳能组件框架材料，同样可以增强横向强度的目的，但是工艺较复杂，不适于广泛利用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，轻质高强，具有优异的绝缘性能，耐腐蚀，耐老化的太阳能光伏组件框架用新型材料，替代铝合金组件框架，从而可以大幅降低太阳能光伏组件框架的制造成本，减少有色金属资源的消耗。

为了实现上述目的，本发明的太阳能光伏组件框架由聚氨酯复合材料制成；所述聚氨酯复合材料由包含质量占10％-60％的聚氨酯树脂和60％-90％的玻璃纤维无捻连续粗纱制备而成；

所述聚氨酯复合材料包括两种组分，其中，组分一为质量占40～60％的异氰酸酯；

组分二由以下原料组成：

进一步，所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、液化MDI或者聚合MDI中的一种或几种。

进一步，所述的聚合物多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇、聚酯二元醇或聚酯三元醇中的一种或几种。

进一步，所述的除水剂为噁唑烷类除水剂、碳二亚胺类除水剂或原甲酸三酯类除水剂的一种或几种。

进一步，所述的消泡剂为氟类消泡剂。

进一步，所述的抗紫外线剂为酯类、酮类、三嗪类、胺类中的一种或几种。

进一步，所述的填料为碳酸钙、氢氧化铝、高岭土、膨润土、纳米钛白粉、滑石粉中的一种或几种。

进一步，所述的玻璃纤维无捻连续粗纱的纤维直径为1-30μm，2000～7000tex。

同时，本发明还提供了一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架制备方法，包括以下具体步骤：

1)按照质量配比称取原料；

2)将异氰酸酯置于与模具头部相连的双组份浇注系统的罐一中；

3)将聚合物多元醇子在100℃-110℃，真空条件下除水1-2h，冷却后，加入除水剂、消泡剂、抗紫外线剂和填料，混合后搅拌均匀，倒入与模具头部相连的双组份浇注系统的罐二中；

4)一定比例的罐一内物料和罐二内物料混合均匀后打入模具；

5)玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具时，将步骤4)中获得的混合树脂与玻璃纤维无捻连续粗纱浸润；

6)拉挤成型，控制模具的温度为50℃-150℃，牵引速度为0.1m/min-3.0m/min，经混合树脂浸润的玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具中段，混合树脂快速聚合；

7)待复合材料通过模具尾端时，降温脱模。

与现有技术相比，本发明所述的聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架及其制备方法具有以下有益效果：

(1)聚氨酯组件框架整体绝缘，不会因为表面破损而影响整体的绝缘性，体积电阻率达1.5×10¹⁴Ω·cm，属于绝缘体范畴；

(2)耐腐蚀，聚氨酯组件框架能抵抗不同程度的酸、碱、有机溶剂及盐类等诸多气、液介质的腐蚀，非常适合建设沿海电站、滩涂电站等，其对烟雾、海风、海水具有极强的抗腐蚀能力；

(3)耐老化，聚氨酯组件框架是三维网络结构，结构致密，耐氧化，耐老化性能优异；

(4)聚氨酯组件框架可耐极端温度(-70℃～120℃)，在此温度范围内，材料的机械强度几乎不受影响，且结构致密，可以在高湿环境中使用；

(5)聚氨酯组件框架的线性热膨胀系数低于铝合金，和玻璃相近。在温度发生较大变化时，和层压片的变形保持一致，不会因为热胀冷缩引起的问题造成层压片破裂；

(6)阻燃，按照ASTME162标准的要求，聚氨酯组件框架满足太阳能光伏组件的阻燃要求；聚氨酯组件框架的强度高于铝合金组件框架，其抗拉强度为1200MPa，是铝合金的5倍多，聚氨酯组件框架完全可以承受风压和雪压的载荷。聚氨酯组件框架完全可以满足承载试验要求，可经受5400Pa承压24小时，在载荷卸除后组件框架不变形。具体数据可见：

表1聚氨酯复合材料的典型性能

表2聚氨酯复合材料和铝合金典型性能比较

项目	聚氨酯复合材料	铝合金
			绝缘性	绝缘体、整体绝缘	漆层绝缘，本身不绝缘
耐腐蚀性	优异	不耐酸、碱、海水等腐蚀
			拉伸强度	约1200MPa	185MPa
热膨胀系数	7×10-6/K	23×10-6/K
			弯曲模量	50GPa	70GPa

通过以上对比可见，聚氨酯复合材料完全可以替代铝合金作为太阳能光伏组件框架的制备材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

聚氨酯复合材料的原料配比如下：

组分一，异氰酸酯40％；

玻璃纤维无捻连续粗纱的质量含量为60％。

本实施例中聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架的制备方法如下：

1)按照实施例一中的质量配比称取原料；

2)将异氰酸酯置于与模具头部相连的双组份浇注系统的罐一中；

3)将聚合物多元醇子在100℃，真空条件下除水1-2h，冷却后，加入除水剂、消泡剂、抗紫外线剂和填料，混合后搅拌均匀，倒入与模具头部相连的双组份浇注系统的罐二中；

4)一定比例的罐一内物料和罐二内物料混合均匀后打入模具；

5)玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具时，将步骤4)中获得的混合树脂与玻璃纤维无捻连续粗纱浸润；

6)拉挤成型，控制模具的前段温度为50℃，中段温度为70℃，末段温度为95℃，牵引速度为1.3m/min，经混合树脂浸润的玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具中段，混合树脂快速聚合；

7)待复合材料通过模具尾端时，降温脱模。

制备成的聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架的性能如下：

表3实施例一中聚氨酯复合材料的性能

实施例一的PID测试条件及结果：

温度：85℃，时间：96h，电压：-1000V，湿度：85％；

表4实施例一的PID测试结果

实施例二

聚氨酯复合材料的原料配比如下：

组分一，异氰酸酯50％；

玻璃纤维无捻连续粗纱的质量含量为70％。

本实施例中聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架的制备方法如下：

1)按照实施例一中的质量配比称取原料；

2)将异氰酸酯置于与模具头部相连的双组份浇注系统的罐一中；

3)将聚合物多元醇子在110℃，真空条件下除水1-2h，冷却后，加入除水剂、消泡剂、抗紫外线剂和填料，混合后搅拌均匀，倒入与模具头部相连的双组份浇注系统的罐二中；

4)一定比例的罐一内物料和罐二内物料混合均匀后打入模具；

5)玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具时，将步骤4)中获得的混合树脂与玻璃纤维无捻连续粗纱浸润；

6)拉挤成型，控制模具的前段温度为50℃，中段温度为70℃，末段温度为95℃，牵引速度为1.3m/min，经混合树脂浸润的玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具中段，混合树脂快速聚合；

7)待复合材料通过模具尾端时，降温脱模。

制备成的聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架的性能如下：

表5实施例二中聚氨酯复合材料的性能

实施例二的抗PID测试条件及结果：

温度：85℃，时间：96h，电压：-1000V，湿度：85％；

表4实施例二的PID测试结果

作为本发明的优选，上述两个实施例中：

所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、液化MDI或者聚合MDI中的一种或几种。

所述的聚合物多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇、聚酯二元醇或聚酯三元醇中的一种或几种。

所述的除水剂为噁唑烷类除水剂、碳二亚胺类除水剂或原甲酸三酯类除水剂的一种或几种。

所述的消泡剂为氟类消泡剂。

所述的抗紫外线剂为酯类、酮类、三嗪类、胺类中的一种或几种。

所述的填料为碳酸钙、氢氧化铝、高岭土、膨润土、纳米钛白粉、滑石粉中的一种或几种。

所述的玻璃纤维无捻连续粗纱的纤维直径为1-30μm，2000～7000tex。

综上所述，采用本发明能够制造出一种轻质高强，具有优异的绝缘性能，耐腐蚀，耐老化的太阳能光伏组件框架用新型材料，采用聚氨酯复合材料有效替代了铝合金材料的组件框架，从而可以大幅降低太阳能光伏组件框架的制造成本，减少有色金属资源的消耗。

Claims (9)

1.一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述太阳能光伏组件框架由聚氨酯复合材料制成；

所述聚氨酯复合材料由包含质量占10％-60％的聚氨酯树脂和60％-90％的玻璃纤维无捻连续粗纱制备而成；

所述聚氨酯复合材料包括两种组分，其中，组分一为质量占40～60％的异氰酸酯；

组分二由以下原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、液化MDI或者聚合MDI中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的聚合物多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇、聚酯二元醇或聚酯三元醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的除水剂为噁唑烷类除水剂、碳二亚胺类除水剂或原甲酸三酯类除水剂的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的消泡剂为氟类消泡剂。

6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的抗紫外线剂为酯类、酮类、三嗪类、胺类中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的填料为碳酸钙、氢氧化铝、高岭土、膨润土、纳米钛白粉、滑石粉中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架，其特征在于，

所述的玻璃纤维无捻连续粗纱的纤维直径为1-30μm，2000～7000tex。

9.一种聚氨酯复合材料太阳能光伏组件框架制备方法，其特征在于，

包括以下具体步骤：

1)按照质量配比称取原料；

2)将异氰酸酯置于与模具头部相连的双组份浇注系统的罐一中；

3)将聚合物多元醇子在100℃-110℃，真空条件下除水1-2h，冷却后，加入除水剂、消泡剂、抗紫外线剂和填料，混合后搅拌均匀，倒入与模具头部相连的双组份浇注系统的罐二中；

4)一定比例的罐一内物料和罐二内物料混合均匀后打入模具；

5)玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具时，将步骤4)中获得的混合树脂与玻璃纤维无捻连续粗纱浸润；

6)拉挤成型，控制模具的温度为50℃-150℃，牵引速度为0.1m/min-3.0m/min，经混合树脂浸润的玻璃纤维无捻连续粗纱通过模具中段，混合树脂快速聚合；

7)待复合材料通过模具尾端时，降温脱模。