CN106811153A - 一种光伏组件密封用阻水胶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件密封用阻水胶。该胶主要由烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物、高吸水性树脂、补强填料、惰性填料以及干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5‑30：2‑10：10‑20：20‑40：5‑10：0.1‑0.5混炼得到；由于高吸水性树脂的加入，可以有效锁住水分并形成凝胶屏障，避免常规产品单纯使用无机类干燥剂吸脱附平衡引起的水汽往内层继续扩散；通过调整配方组分，使得胶体与粘结界面的粘结强度大于胶体自身内聚强度，确保使用过程中水汽无法通过胶体与粘结物的界面进入组件内部；同时改善胶体的高温流动性，使得胶体可以通过丁基胶涂布机涂布，与螺杆挤出方式相比，降低了能耗简化了工艺。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件密封阻水用胶领域，涉及一种光伏组件密封用阻水胶。
背景技术
随着光伏行业的不断发展，光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光充足的内陆、沿海城市，应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性。
目前光伏组件一般是由光转换材料以及封装材料层叠在一起组成的光电装置。现有的商品化的光伏组件光转换部分基本都是基于刚性的晶硅电池或者刚性、柔性的薄膜电池。
对于晶硅电池组件而言，PID效应是组件功率稳定性面临的重要难题之一。PID效应是指光伏面板在长时间工作后性能会发生逐渐衰减的反应。从组件层面来讲，环境的温湿度影响了电池片和地面间的泄漏电流，如果水汽深入组件，那么封装材料的导电率上升，相应组件的泄漏电流增大。PID效应最容易在潮湿的环境下发生，且其活跃程度与潮湿程度相关。同样对于薄膜电池而言，其工艺原理一般是将碲化镉、非晶硅或者铜-铟-硒类化合物沉积到玻璃、金属板或者柔性薄膜上面制备而成。这类光转换材料对于水汽更有着高度的敏感性，其发电效率会伴随着水汽的侵入而出现大面积的衰减，使得原本价格较为昂贵的薄膜电池更不适合户外大面积应用。
光伏组件模块在暴露户外使用过程当中，不可避免的会面临高温和水汽的影响。因此如何有效的阻隔水汽进入光伏组件内部，延长组件的使用寿命，对于光伏新能源产品的开发与推广具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的光伏组件封装材料水汽阻隔性能较差，导致组件在户外使用过程中水汽侵蚀导致的功率严重下降的问题，提供一种光伏组件密封用阻水胶。本发明通过在光伏组件边缘或者薄膜电池背面覆盖阻水胶的方式，隔绝水汽进入组件内部。同时所述的光伏组件密封用阻水胶显示了良好的热稳定性能和高强度紫外线下抗降解性能，可以满足光伏领域对于产品户外环境中长期稳定性的要求。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种光伏组件密封用阻水胶，它主要由烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物、高吸水性树脂、补强填料、惰性填料以及干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5-30：2-10：10-20：20-40：5-10：0.1-0.5混炼得到。
进一步地，所述的高吸水性树脂由聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺中的一种或者两种按任意配比混合得到；所述的高吸水性树脂的数均分子量约为10000-50000。
进一步地，所述的烯烃聚合物由聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、聚丁烯中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的烯烃聚合物的数均分子量约为10000-120000。
进一步地，所述的硅烷改性烯烃聚合物由硅烷偶联剂改性的聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、茂金属催化的乙烯基共聚物中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量约为1000-500000。
进一步地，所述的补强填料由炭黑、白炭黑(二氧化硅)中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的炭黑为炉法制造、原始粒径约为30-50纳米；所述的白炭黑为气相法疏水白炭黑，原始粒径约为1250目-5000目。
进一步地，所述的惰性填料由滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙、高岭土中的一种或者几种按任意配比混合得到。
进一步地，所述的干燥剂由3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁中的一种或者几种按任意配比混合得到。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明在阻水胶配方中加入高吸水性树脂，与常规的建筑用丁基胶带相比，由于高吸水性树脂的加入，可以通过吸收少量的透过胶体进入的水分，形成凝胶状物质，有效锁住水分并形成凝胶屏障，提高了胶的水汽阻隔性能，避免常规单纯加入分子筛类或者无机干燥剂存在的吸脱附平衡引起的水汽往内层深入扩散；同时通过平衡配方中各组分的比例，使得胶体与粘结界面的粘结强度要大于胶体本身的内聚强度，保证了在使用过程中水汽无法通过胶体与粘结物的界面进入组件内部，有效的阻断了水汽进入的途径。
2.本发明在不降低性能的前提下，通过调整聚合物以及填料组分的类型和配比，调整胶体的流动性，同时使得胶可以使用常规的中空玻璃用丁基胶涂布机涂布，与市场上目前常规的通过螺杆挤出机挤出的胶带类型产品相比，减少了挤出步骤，降低了能耗。在组件产线生产过程当中，配合使用尺寸合适的涂布机，可以直接将胶体实时涂布到指定区域，减少了离型纸的使用，降低成本，生产效率得到了极大的提高。
具体实施方式
本发明通过在胶带配方中加入高吸水性树脂同时平衡各组分之间的比例，可以通过吸收少量的透过胶体进入的水分，形成凝胶状物质，有效锁住水分并形成凝胶屏障，提高了胶的水汽阻隔性能，使得胶体与粘结界面的粘结强度要大于胶体本身的内聚强度。通过在不降低性能的前提下，通过调整聚合物以及填料组分的类型和配比，调整胶体的流动性，同时使得胶可以使用常规的中空玻璃用丁基胶涂布机涂布，简化了工艺。
本发明提供的光伏组件密封用阻水胶，主要由烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物、高吸水性树脂、补强填料、惰性填料以及干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5-30：2-10：10-20：20-40：5-10：0.1-0.5混炼得到。
所述的阻水胶混炼以及涂布按照以下步骤操作：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：按照上述拟定的原料配方先将烯烃聚合物、高吸水性树脂、补强填料、惰性填料以及干燥剂和抗氧剂加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入改性烯烃聚合物，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
所述的高吸水性树脂由聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺中的一种或者两种按任意配比混合得到；所述的高吸水性树脂的数均分子量约为10000-50000。
所述的烯烃聚合物由聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、聚丁烯中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的烯烃聚合物的数均分子量约为10000-120000。
所述的硅烷改性烯烃聚合物由硅烷偶联剂改性的聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、茂金属催化的乙烯基共聚物中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量约为1000-500000。所使用的硅烷偶联剂为本领域常用的硅烷偶联剂，一般含有YSiX3的结构通式，其中Y为非水解基团，可以为链烯基、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基中的一种，X为可水解基团，可以为OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3中的一种。所使用的改性方法为本领域常用的聚合物改性方法，如高温熔融解枝法或者溶剂体系解枝法。
所述的补强填料由炭黑、白炭黑(二氧化硅)中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的炭黑为炉法制造、原始粒径约为30-50纳米；所述的白炭黑为气相法疏水白炭黑，原始粒径约为1250目-5000目。
所述的惰性填料由滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙、高岭土中的一种或者几种按任意配比混合得到。
所述的干燥剂由3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁中的一种或者几种按任意配比混合得到。
所述的抗氧剂为本领域常用的芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂一种或者几种按任意配比混合得到。
下面结合实施例对本发明做出详细的解释，但是保护范围不限于实施例。
实施例1
| 组分 | 比例(％，质量) |
| 聚丙烯 | 100 |
| 硅烷改性的丁基橡胶 | 30 |
| 聚丙烯酸钠 | 10 |
| 炭黑N330 | 10 |
| 滑石粉：云母＝1:1 | 20 |
| 3A分子筛 | 5 |
| 抗氧剂1010 | 0.2 |
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将聚丙烯、聚丙烯酸钠、炭黑N330以及滑石粉、云母、3A分子筛和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的丁基橡胶，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例2
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将聚异丁烯B30、聚丙烯酰胺、炭黑N770以及云母、硅酸镁、氧化铝和3A分子筛、无水氯化钙、抗氧剂1010、1076加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例3
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将丁基橡胶1751、聚丙烯酸钠、炭黑N330、疏水白炭黑R812以及氧化铝、轻质碳酸钙、4A分子筛、5A分子筛和抗氧剂1098、抗氧剂1098、168加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚丙烯，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例4
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将PIB2400、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、炭黑N330以及轻质碳酸钙、高岭土、3A分子筛、无水硫酸镁和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的茂金属催化的乙烯基共聚物，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例5
操作步骤：1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将聚异丁烯B50、丁基橡胶065、聚丙烯酸钠、炭黑N770、白炭黑R812以及滑石粉、轻质碳酸钙、高岭土、3A分子筛、无水硫酸镁和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例6
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将聚异丁烯B10、丁基橡胶、聚丙烯酸钠、炭黑N330、滑石粉、云母、轻质碳酸钙、4A分子筛和抗氧剂1076和168加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例7
操作步骤：
1、阻水胶原料的密炼、捏合：
按照上述拟定的原料配方先将聚异丁烯B15、丁基橡胶065、聚丙烯酸钠、炭黑N770、云母、轻质碳酸钙、无水硫酸镁、无水氯化钙和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的硅烷改性的茂金属催化的乙烯基共聚物，继续密炼捏合30分钟。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2、涂布成型：
将经步骤1捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
对比例
市场上购买的两种主流的光伏专用密封胶带产品A和B。
各项性能采用如下测试方法：
1.产品外观检测：无明显气泡、凹坑，产品细腻,颜色均一为合格。
2.耐候性能测试：按照GB/T2423.3试验方法进行，恒定湿热85±2℃、85％±2％RH下老化3000h外观无鼓泡、无粉化、无流淌即为合格。
3.耐紫外光辐照性能:按照国际电工委员会标准IEC61345规定要求进行紫外辐照老化测试。试验条件：试样表面温度60±5℃；波长为280-400nm范围，辐照强度为15KW.h/m2，测试样不出现开裂以及变黄以及表面无油状挥发物为合格。
4.户外实际水汽阻隔效果测试：参照常规双玻组件的制作方法，将实施例样品与对比例样品封入双波组件边缘，两层玻璃之间加入两层市售的光伏EVA胶膜封装，同时在两层胶膜之间加入少量遇水会由蓝色变为红色的变色硅胶试纸。空白样品边缘不用阻水胶密封。经层压后，硅胶变为蓝色。然后将所有样品在户外环境中放置约360天时间，根据阻水胶是否脱层、缺胶以及中间硅胶的变色程度，确定产品的性能。
实验测试结果见表1。
表1：各实施例性能数据表：
户外实际水汽阻隔效果测试结果：根据上述测试方法，将模拟组件户外放置360天之后，进行外观性能评估，各样品户外放置360天后外观可见，本发明制备得到的阻水胶无论是单纯的实验室性能测试还是户外实际暴晒老化测试，都优于对比样。从耐候性能测试以及耐紫外光辐照性能测试中，本发明实施例样品老化后均没有出现鼓泡、紫外后变黄、出油等问题。户外长时间老化测试后，从图片上可以发现，实施例样品中的变色硅胶依旧保持蓝色，而对比例A虽然颜色为蓝色但是开始出现脱胶现象，存在隐患；对比例B则中间的变色试纸已经有大部分变为了黄粉色，水汽进入严重。空白样品由于缺少阻水胶的保护，水汽进入后随环境不断的产生热胀冷缩效应，导致玻璃出现了破碎，试纸变色严重。
通过以上结果可以验证，本发明中的一种光伏组件密封用阻水胶，制备得到的光伏组件密封用阻水胶显示了良好的热稳定性能和紫外抗降解性能，可以满足光伏领域对于产品野外环境长期稳定性的要求。
Claims (7)
1.一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，它主要由烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物、高吸水性树脂、补强填料、惰性填料以及干燥剂和抗氧剂等按照质量比100：5-30：2-10：10-20：20-40：5-10：0.1-0.5混炼得到。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的高吸水性树脂由聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺中的一种或者两种按任意配比混合得到；所述的高吸水性树脂的数均分子量约为10000-50000。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的烯烃聚合物由聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、聚丁烯中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的烯烃聚合物的数均分子量约为10000-120000。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的硅烷改性烯烃聚合物由硅烷偶联剂改性的聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、茂金属催化的乙烯基共聚物中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量约为1000-500000。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的补强填料由炭黑、白炭黑(二氧化硅)中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的炭黑为炉法制造、原始粒径约为30-50纳米；所述的白炭黑为气相法疏水白炭黑，原始粒径约为1250目-5000目。
6.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的惰性填料由滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙、高岭土中的一种或者几种按任意配比混合得到。
7.根据权利要求1所述的一种光伏组件密封用阻水胶，其特征在于，所述的干燥剂由3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁中的一种或者几种按任意配比混合得到。
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