CN108219689A - 光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏组件高温封装用的胶膜，其中，所述的胶膜的熔指为1～15g/min，重均分子量为95000～400000，熔点为65～110℃，所述的胶膜封装前的交联度为1％～4.9％，所述的胶膜的封装温度为145～170℃。本发明还提供了上述光伏组件高温封装用的胶膜的制备方法。采用本发明的光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法，所得到的胶膜结构均匀，适合高温成型，对提高太阳能组件的成品率，缩短层压时间有着相当重要的作用；另外该胶膜硬度稍高于常用EVA胶膜，有助于太阳能电池组件层压过程中的抽真空过程，避免气泡的产生，能有效提高太阳能电池组件层压成品率，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及塑料膜的技术领域，特别涉及乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)膜的技术领域，具体是指光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法。
背景技术
乙烯醋酸乙烯脂(EVA)树脂作为一种常规的，用在太阳能组件中的封装膜，具有良好的柔软性，橡胶般的弹性。作为在太阳能组件中唯一一种与各个构件都接触的材料，EVA胶膜对太阳能组件的层压效果，组件的实际使用效果等起着至关重要的作用。
在以往的太阳能电池组件层压过程中，不可避免的会出现组件破碎、组件中有气泡、组件背膜凹凸不平、汇流条向内弯曲等情况，大大降低了太阳能组件的成品率。造成这些情况的原因有层压工艺的问题，比如抽真空时间过短，加压不能把气泡赶出去，层压的压力不够，也有EVA胶膜本身的问题。常用的EVA胶膜由于熔指较高(一般大于15g/min)，流动性好，在层压过程中需要较长的抽真空时间(一般大于300s)来避免层压过程中容易产生的气泡问题。另外，层压机加热板压力不均，使局部提前固化，常规温度下层压时间过长，使有机过氧化物分解周期长则需要更长的抽真空时间，高温下层压则能有效缩短交联剂分解周期，减缓局部固化，如何提供一种光伏组件高温封装用封装胶膜是行业内比较关注的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种低熔指、低辐照交联的结构均匀、适合高温成型提高太阳能组件的成品率、避免气泡的产生、有效提高太阳能电池组件层压成品率的光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种光伏组件高温封装用的胶膜，所述的胶膜的熔指为1～15g/min，重均分子量为95000～400000，熔点为65～110℃，所述的胶膜封装前的交联度为1％～4.9％，所述的胶膜的封装温度为145～170℃。
较佳地，所述的胶膜的厚度为0.1～2mm。
较佳地，包括以下质量百分比的组分：
更佳地，所述的EVA树脂含有的醋酸乙烯酯的质量百分含量为20％～35％。
最佳地，所述的EVA树脂含有的醋酸乙烯酯的质量百分含量为25％～33％，该范围的EVA树脂材质柔软、透明度较高。
更佳地，所述的有机过氧化物交联剂包括二烷基过氧化物、烷基芳基过氧化物、二芳基过氧化物、氢过氧化物、二酰基过氧化物、过氧酯、酮过氧化物、过氧化碳酸酯、过氧化缩酮中的一种或多种。
更佳地，所述的助交联剂包括丙烯酸类、甲基丙烯酸类、丙烯酰胺类、烯丙基类、环氧化合物类中的一种或多种。
更佳地，所述的抗氧剂包括光稳定剂、紫外吸收剂和抗热氧老化分解剂中的一种或多种。
更佳地，所述的硅烷偶联剂为同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。
更佳地，所述的颜料包括碳黑、锌钡白、硫化锌、钛白粉、超细硫酸钡、玻璃微珠的至少一种。
更佳地，所述的聚烯烃弹性体包括低密度聚乙烯、乙烯和丁烯的共聚物、乙烯和辛烯的共聚物中的至少一种。
本发明还提供了一种光伏组件高温封装用的胶膜的制备方法，其主要特点是，包括下列步骤：
步骤(1)：将EVA树脂51～99.58份、有机过氧化物交联剂0.2～1.9份、助交联剂0.005～4.9份、抗氧剂0.05～1.9份、硅烷偶联剂0.005～1.9份、颜料0～39份、聚烯烃弹性体0～39份充分混合，加入挤出机，通过T形平板模具挤出后收卷，得到胶膜；
步骤(2)：将所述的胶膜平铺后进行辐射，得到光伏组件高温封装用的胶膜。
较佳地，所述的辐射采用的射线包括β射线、γ射线、X射线、α射线或中子射线，所述的辐射的剂量为0.1～50KGY。
较佳地，所述的辐射采用由5MeV以下强度的低能辐射设备产生的β射线。
较佳地，挤出机的温度为70～120℃，模具温度为70～120℃。
采用本发明的光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法，为低熔指低辐照交联的乙烯醋酸乙烯脂树脂膜(EVA胶膜)，该EVA胶膜设计巧妙，选择低熔指的EVA材料，其分子量大，配合低剂量的辐照，有效降低辐照带来的分子链降解，保证辐照的均匀的交联，所得到的胶膜结构均匀，适合高温成型，对提高太阳能组件的成品率，缩短层压时间有着相当重要的作用；另外该胶膜硬度稍高于常用EVA胶膜，有助于太阳能电池组件层压过程中的抽真空过程，避免气泡的产生，能有效提高太阳能电池组件层压成品率，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的光伏组件高温封装用的胶膜测试分析图。
图2为本发明的光伏组件高温封装用的胶膜的制备方法示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，下面对本发明的具体实施方法作进一步说明。
本发明提供的光伏组件高温封装用的胶膜，熔融指数(MI)为1～15g/min，重均分子量(Mw)为95000～400000，熔点(Mt)为65～110℃，该胶膜封装前交联度为1％～4.9％，该胶膜适用的封装温度为145-170℃，封装胶膜的厚度为0.1～2mm。
其中，包括以下质量百分比的组分：
其中，所述的EVA树脂含有的醋酸乙烯酯的百分含量为20％～35％，最佳地含量为25％～33％，该范围的EVA树脂材质柔软、透明度较高。
其中，所述的有机过氧化物交联剂包括但不限于二烷基过氧化物、烷基芳基过氧化物、二芳基过氧化物、氢过氧化物、二酰基过氧化物、过氧酯、酮过氧化物、过氧化碳酸酯、过氧化缩酮中的一种或多种。
作为二烷基(芳基)过氧化物交联剂的具体例，可列举出2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二异丙苯、双(叔丁过氧基)二异丙苯、叔丁基过氧基异丙苯等。
作为氢过氧化物交联剂的具体例，可列举出叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢等。
作为二酰基过氧化物交联剂的具体例，可列举出过氧化二苯甲酰、过氧化双(2,4二氯)苯甲酰、二异丁酰基过氧化物、过氧化十二酰等。
作为过氧酯交联剂的具体例，可列举出叔丁基过氧化苯甲酸酯、过辛酸叔戊酯、过辛酸叔丁酯、过氧新庚酸1，1-二甲基-3-羟丁酯、过氧化新癸酸异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯和过氧新戊酸叔丁酯等。
作为酮过氧化物交联剂的具体例，可列举出甲乙酮过氧化物、环己酮过氧化物等。
作为过氧化碳酸酯交联剂的具体例，可列举出过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2-乙基己基过氧二碳酸酯、二异丙基过氧化二碳酸酯、过氧化二碳酸双(-2-乙基己基)酯等。
作为过氧化缩酮交联剂的具体例，可列举出叔丁基过氧缩酮、叔戊基过氧缩酮、1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基-环己烷、1,1-双叔丁基过氧化环己烷等。
其中，所述的有机过氧化物交联剂包括但不限于过氧化二异丙苯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种或多种。
其中，所述的助交联剂包括但不限于(甲基)丙烯酸类、丙烯酰胺类、烯丙基类、环氧化合物类中的一种或多种。
作为(甲基)丙烯酸类助交联剂的具体例，可列举出三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚丁二烯二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸锌等。
作为丙烯酰胺类助交联剂的具体例，可列举出N,N′-间苯撑双马来酰亚胺、4,4′-二硫代双苯基马来酰亚胺、4,4-甲撑二苯基双马来酰亚胺等。
作为烯丙基类助交联剂的具体例，可列举出三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、二烯丙基邻苯二酸酯等。
作为环氧化合物类助交联剂的具体例，可列举出环氧丙烯酸酯、胺改性环氧丙烯酸酯、环氧甲基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯齐聚物等。
其中，所述的助交联剂包括但不限于三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
其中，所述的抗氧剂包括光稳定剂、紫外吸收剂和抗热氧老化分解剂中的至少一种。可以是但不限于德国巴斯夫公司的抗热氧剂IRGANOX245、565、1010、1076，辅助抗氧剂IRGAFOS126、168，光稳定剂TINUVIN622、765、770、111，紫外吸收剂CHIMASSORB81、TINUVIN234、312、326等。
其中，所述的硅烷偶联剂为同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。其经典产物可用通式YSiX3表示，Y可以为乙烯基、环氧基、甲基丙烯酸酯基、氨基、硫醇基等，X可以为甲氧基、乙氧基、氯等。其在塑料中通常用于提高塑料的粘结力或提高填充物的分散性。可以是但不限于硅烷偶联剂A-171、A-174(KH570)、A151、A187(KH560)、A1100(KH550)以及A189(KH590)等一种或几种。
其中，所述的颜料包括碳黑、锌钡白、硫化锌、钛白粉、超细硫酸钡、玻璃微珠的至少一种。
其中，所述的聚烯烃弹性体包括低密度聚乙烯、乙烯和丁烯的共聚物、乙烯和辛烯的共聚物中的至少一种。
本发明第二方面提供了一种上述的光伏组件高温封装用的胶膜的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤(1)：将EVA树脂51～99.58份、有机过氧化物交联剂0.2～1.9份、助交联剂0.005～4.9份、抗氧剂0.05～1.9份、硅烷偶联剂0.005～1.9份、颜料0～39份、聚烯烃弹性体0～39份充分混合后加入挤出机后通过T形平板模具挤出后收卷，得到胶膜；
步骤(2)：将所述的胶膜平铺后进行辐射，得到光伏组件高温封装用的胶膜，
辐射可以采用卷到卷的辐射方法或者挤出后即辐射的方法。卷到卷的方式指将成卷的胶膜打开后逐步转移到另一卷上，在转移过程中，接受辐射得到光伏组件高温封装用的胶膜。或者在挤出机中将乙烯-醋酸乙烯酯树脂混合物挤出成膜后，将膜以平铺的形式进入辐射器接受辐射，受到辐射后的胶膜再从辐射器的另一端被收卷，即得到光伏组件高温封装用的胶膜。
上述挤出机的温度为70～120℃，模具温度为70～120℃。
较佳地，所述的辐射采用的射线包括β射线(电子束)、γ射线(电磁波)、X射线(电磁波)、α射线(快速氦核流)或中子射线(不带电的粒子流)。所述的辐射的剂量为0.1～50KGY。更佳的辐射采用β射线，β射线由5MeV以下强度的低能辐射设备产生。辐射照射乙烯-醋酸乙烯酯树脂后，产生自由基，自由基与邻近的带自由基或双键的碳链反应而产生交联反应。如果一次辐射后表面的交联度不够，可以辐射两次或者更多次以达到需要的交联度。
实施例1
EVA膜的配方如下表：
将上述组分充分混合后加入挤出机，挤出机的温度为110℃，模具温度为110℃；通过T形平板模具挤出成膜，也可以直接通过两个压延辊成膜，收卷，得到的未交联EVA膜厚度为2毫米，将EVA膜展开置于β射线发生装置的下方，然后卷到另一个三英寸纸芯上。辐射为电子束辐射方式，加速器能量为300keV，电子束的辐射剂量为30KGY，进行辐射后得到辐射预交联膜。测量该膜的交联度，其范围在3.5％～4.5％之间。
将上述预交联的EVA膜置于太阳能组件电池片的背面，电池片的正面覆盖常规透明的EVA胶膜。然后将其置于两块大小相同的玻璃之间后再整体置于制造太阳能光伏组件的层压机中，170℃下层压5min，外观正常，无气泡缺胶等缺陷。
实施例2
EVA膜的配方如下表：
| 成分 | 重量份数 |
| EVA树脂，MI＝7，Mw＝150000，Mt＝69℃，VA含量28％ | 78 |
| 超细硫酸钡(4000目) | 19.5 |
| 三聚氰酸三烯丙酯(TAC) | 0.5 |
| 过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC) | 1 |
| 癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)酯(抗氧剂770) | 0.5 |
| 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174) | 0.5 |
将上述组分充分混合后加入挤出机，挤出机的温度为90℃，模具温度为90℃；通过T形平板模具挤出成膜，收卷，得到EVA膜厚度为0.1毫米，单卷长度100米；将EVA膜整卷或者多卷展开叠放于β射线发生装置下，加速器能量为500keV，电子束的辐射剂量为5KGY。辐射后测量EVA膜的交联度，其范围在1％～2％之间。
将上述预交联的EVA膜置于太阳能组件电池片的背面，电池片的正面覆盖常规透明的EVA胶膜。然后将其置于两块大小相同的玻璃之间后再整体置于制造太阳能光伏组件的层压机中，150℃下层压10min，外观正常，无气泡缺胶等缺陷。
实施例3
EVA膜的配方如下表：
| 成分 | 重量份数 |
| EVA树脂，MI＝15，Mw＝95000，Mt＝65℃，VA含量33％ | 92.5 |
| 碳黑 | 5 |
| 三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC) | 1 |
| 2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(双二五) | 0.5 |
| N,N'-二仲丁基对苯二胺(抗氧剂4720) | 0.5 |
| 乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171) | 0.5 |
将上述组分充分混合后加入挤出机，挤出机的温度为100℃，模具温度为102℃；通过T形平板模具挤出成膜，收卷，得到EVA膜厚度为0.7毫米，单卷长度300米，将EVA膜整卷或者多卷展开叠放于α射线发生装置下，辐射强度为10KGY，进行辐射后得到辐射预交联膜，其范围在0.5％～1.5％之间。
将上述预交联的EVA膜置于太阳能组件电池片的背面，电池片的正面覆盖常规透明的EVA胶膜。然后将其置于两块大小相同的玻璃之间后再整体置于制造太阳能光伏组件的层压机中，145℃下层压12min，外观正常，无气泡缺胶等缺陷。
实施例4
EVA膜的配方如下表：
| 成分 | 重量份数 |
| EVA树脂，MI＝12，Mw＝330000，Mt＝69℃，VA含量28％ | 78 |
| 超细硫酸钡(4000目) | 19.5 |
| 三聚氰酸三烯丙酯(TAC) | 0.5 |
| 过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC) | 1 |
| 癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)酯(抗氧剂770) | 0.5 |
| 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174) | 0.5 |
将上述组分充分混合后加入挤出机，挤出机的温度为90℃，模具温度为90℃；通过T形平板模具挤出成膜，收卷，得到的EVA膜厚度为0.1毫米；将收卷的EVA膜展开放置于α射线发生装置的下方，然后卷到另一个三英寸纸芯上，辐射为α射线辐射方式，辐射剂量为0.2KGY，测得的EVA膜的总体预交联度为1％～1.8％之间。
将上述预交联的EVA膜置于太阳能组件电池片的背面，电池片的正面覆盖常规透明的EVA胶膜。然后将其置于两块大小相同的玻璃之间后再整体置于制造太阳能光伏组件的层压机中，155℃下层压8min，外观正常，无气泡缺胶等缺陷。
实施例5
EVA膜的配方如下表：
将上述组分充分混合后加入挤出机，挤出机的温度为110℃，模具温度为110℃；通过T形平板模具挤出成膜，也可以直接通过两个压延辊成膜，收卷，将收卷的EVA膜展开放置于X射线发生装置的下方，然后卷到另一个三英寸纸芯上。辐射为X射线辐射方式，辐射剂量为8KGY，预交联度为4％～4.9％之间。将上述预交联的EVA膜取中间位置和右边缘位置，测试不同温度下硫化曲线。图1中不同温度所对应的编号如下表所示。
由图1可知，随着硫化温度的升高，胶膜右边位置和中间位置的硫化曲线重合率越高，应用于层压时，可以提高层压温度来提高胶膜交联固化均匀性。
采用本发明的光伏组件高温封装用的胶膜及其制备方法，为低熔指低辐照交联的乙烯醋酸乙烯脂树脂膜(EVA胶膜)，该EVA胶膜设计巧妙，选择低熔指的EVA材料，其分子量大，配合低剂量的辐照，有效降低辐照带来的分子链降解，保证辐照的均匀的交联，所得到的胶膜结构均匀，适合高温成型，对提高太阳能组件的成品率，缩短层压时间有着相当重要的作用；另外该胶膜硬度稍高于常用EVA胶膜，有助于太阳能电池组件层压过程中的抽真空过程，避免气泡的产生，能有效提高太阳能电池组件层压成品率，适合大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的胶膜的熔指为1～15g/min，重均分子量为95000～400000，熔点为65～110℃，所述的胶膜封装前的交联度为1％～4.9％，所述的胶膜的封装温度为145～170℃。
2.根据权利要求1所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的胶膜的厚度为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
4.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的EVA树脂含有的醋酸乙烯酯的质量百分含量为20％～35％。
5.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的EVA树脂含有的醋酸乙烯酯的质量百分含量为25％～33％。
6.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的有机过氧化物交联剂包括二烷基过氧化物、烷基芳基过氧化物、二芳基过氧化物、氢过氧化物、二酰基过氧化物、过氧酯、酮过氧化物、过氧化碳酸酯、过氧化缩酮中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的助交联剂包括丙烯酸类、甲基丙烯酸类、丙烯酰胺类、烯丙基类、环氧化合物类中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的抗氧剂包括光稳定剂、紫外吸收剂和抗热氧老化分解剂中的一种或多种。
9.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。
10.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的颜料包括碳黑、锌钡白、硫化锌、钛白粉、超细硫酸钡、玻璃微珠的至少一种。
11.根据权利要求3所述的光伏组件高温封装用的胶膜，其特征在于，所述的聚烯烃弹性体包括低密度聚乙烯、乙烯和丁烯的共聚物、乙烯和辛烯的共聚物中的至少一种。
12.一种根据权利要求1～11任一所述的光伏组件高温封装用的胶膜的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤(1)：将EVA树脂51～99.58份、机过氧化物交联剂0.2～1.9份、助交联剂0.005～4.9份、抗氧剂0.05～1.9份、硅烷偶联剂0.005～1.9份、颜料0～39份、聚烯烃弹性体0～39份充分混合，加入挤出机，通过T形平板模具挤出后收卷，得到胶膜；
步骤(2)：将所述的胶膜平铺后进行辐射，得到光伏组件高温封装用的胶膜。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述的辐射采用的射线包括β射线、γ射线、X射线、α射线或中子射线，所述的辐射的剂量为0.1～50KGY。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述的辐射采用由5MeV以下强度的低能辐射设备产生的β射线。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，挤出机的温度为70～120℃，模具温度为70～120℃。
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