一种交联EVA导热封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种EVA胶膜,尤其涉及一种交联EVA导热封装胶膜及其制备方法。
背景技术
随着社会的快速发展,人类对能源的需求正在逐步加剧,而传统上我们利用的能源大多取自煤炭、石油等不可再生能源。对此类能源的开发,不仅会排出大量的污染气体,导致环境污染、生态破换、温室效应、全球变暖、海平面上升等一系列环境问题;据科学预测,按照目前对化石能源的消耗速度持续下去,在本世纪中叶,人类就将面临能源枯竭的尴尬境遇,届时人类有将何去何从。因此,世界各国开始转向对新能源的研究与开发,如核能、风能、水势能、地热能、太阳能等。太阳能电池是一种能有效地将太阳能直接转换成电能的器件,其独特优势,超过风能、水能、地热能、核能等资源,有望成为未来电力供应主要支柱。据理论估算,假如把地球表面0.1%的太阳能转换成电能,转换效率仅5%,其每年增发的电量也是目前全球耗能的40倍左右。
太阳能组件主要由盖板、EVA胶膜、硅电池和背板构成,其中EVA胶膜主要起一个粘结保护隔离的作用。EVA固化时间的长短将直接导致层压效率的高低,因此,在原有基础性能不变的基础上提升EVA固化时间,是一种具有实际工业应用价值的方式,不仅能降低生产成本,还能提升生产效率。
一般来说,缩短EVA固化时间最直接有效的方式是把层压温度提高,这样会使过氧化物加速分解,加快交联速度;或者使用活性较高的交联剂以及增加其使用量,现有的EVA的层压工艺为:在140℃进行层压,层压过程中,先抽真空5-6min,再加压0.5-1min,共层压8-10min,但这样做的结果会使生产效率降低,加工能耗提高,导致EVA胶膜的生产成本增加。
此外,太阳能电池在光伏发电过程中会产生大量的热量,这是使太阳能电池温度升高的主要原因,而影响太阳能组件温度的因素有很多,其中风速、光照强度、环境温度是三个主要因素。太阳光在被光伏组件利用之后,只有不到15%的光能能被电池利用转换成电能,超过85%的能量不被利用,这些无法利用的能量一部分反射回环境,另一部分则被组件吸收转换为热量使组件的温度升高;同时,太阳能电池在进行光伏发电过程中会产生大量热量使电池温度升高。因此,如何将太阳能电池组件内部的多余热量及时导出,降低组件的温度将变的十分重要。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种交联EVA导热封装胶膜,不仅能最大程度保证其活性,还能使其在低温条件、短时间内固化完全,导热效率相比传统EVA胶膜有大幅提升。
本发明的目的之二在于提供一种交联EVA导热封装胶膜的制备方法,该制备方法大幅度缩短了胶膜的层压时间,制得的EVA胶膜也能保持交联度在85%以上,导热率提升1倍以上,且与实际生产工艺拥有较好的匹配性,对太阳能组件生产效率和整体质量提高具有非常重要的影响。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
一种交联EVA导热封装胶膜,其是由如下按重量份计的组分制备而成:乙烯醋酸乙烯酯共聚物100份,复合交联剂0.4-1.5份,复配引发剂0.2-0.7份,增粘剂0.1-0.3份,抗氧剂0.05-0.2份,紫外吸收剂0.1-0.4份,光稳定剂0.05-0.2份,导热填料5-15份。
进一步地,所述复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成;所述主交联剂为二酰基有机过氧化物、2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1,1-(双过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷、三苯基甲烷-4,4-三异氰酸酯、叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯和二苯甲酰基过氧化物中的一种或两种以上;所述辅交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、二(4-氯苯甲酰基)过氧化物、二(2,4-二氯苯甲酰基)过氧化物、二(4-甲基苯甲酰基)过氧化物、正丁基-4,4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯、乙基-3,3-二(叔丁基过氧化)丁酸酯和叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯中的一种或两种以上。
进一步地,所述复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成;引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯;引发剂B为过氧化碳酸-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化二苯甲酰。
进一步地,所述增粘剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基3甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上。
进一步地,所述抗氧剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、二硬脂酸季戊四醇二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或两种以上。
进一步地,所述紫外吸收剂为二羟基-4-甲氧基二苯丙酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、3,5二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的一种或两种以上。
进一步地,所述光稳定剂为N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯和葵二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯中的一种或两种以上。
进一步地,所述导热填料为四角状氧化锌晶须、四角状氧化锌晶须/氧化锌或四角状氧化锌晶须/铝。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现:
一种交联EVA导热封装胶膜的制备方法,包括,按配比将各组分添加至搅拌机中进行搅拌,待搅拌后,投入至流延机中进行流延,再经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷,制得EVA胶膜。
进一步地,搅拌的转速为300-400r/min,搅拌的时间为25-35min;流延的温度为85-95℃;EVA胶膜的厚度为0.3-0.8mm。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
(1)本发明的交联EVA导热封装胶膜,不仅能最大程度保证其活性,还能使其在低温条件、短时间内固化完全,导热效率相比传统EVA胶膜有大幅提升;
(2)本发明的EVA胶膜采用快速引发固化技术,材料中使用多组分交联剂,由主交联剂与辅交联剂搭配使用,使其各组分之间发挥较好的协同作用,从而保证在快速交联的基础上最大限度降低生产成本;其次,使用复配引发剂,不仅可以使交联剂更快固化,固化效率提高,还能在原有配方的基础上比例下调。通过添加导热填料,使胶膜内部拥有较好的晶须通道,加快其导热效率;抗氧剂,黏度调节剂,紫外吸收剂和光稳定剂的添加则可以保证胶膜的粘结性能和耐老化性能;总体而言,各种助剂添加的比例和总量相对常规配方变化不大,但反应速度快,固化程度高,导热率有明显提升,且加工温度较低;
(3)本发明交联EVA导热封装胶膜的制备方法,该制备方法大幅度缩短了胶膜的层压时间,制得的EVA胶膜也能保持交联度在85%以上,导热率提升1倍以上,且与实际生产工艺拥有较好的匹配性,对太阳能组件生产效率和整体质量提高具有非常重要的影响。
附图说明
图1为本发明交联EVA导热封装胶膜的断面SEM图;
图2为实施例3与对比例2在不同层压时间段的交联度特性曲线图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种交联EVA导热封装胶膜,其是由如下按重量份计的组分制备而成:乙烯醋酸乙烯酯共聚物100份,复合交联剂0.4-1.5份,复配引发剂0.2-0.7份,增粘剂0.1-0.3份,抗氧剂0.05-0.2份,紫外吸收剂0.1-0.4份,光稳定剂0.05-0.2份,导热填料5-15份。
作为进一步地实施方式,复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成;主交联剂为二酰基有机过氧化物、2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1,1-(双过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷、三苯基甲烷-4,4-三异氰酸酯、叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯和二苯甲酰基过氧化物中的一种或两种以上;辅交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、二(4-氯苯甲酰基)过氧化物、二(2,4-二氯苯甲酰基)过氧化物、二(4-甲基苯甲酰基)过氧化物、正丁基-4,4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯、乙基-3,3-二(叔丁基过氧化)丁酸酯和叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯中的一种或两种以上。
作为进一步地实施方式,复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成;引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯;引发剂B为过氧化碳酸-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化二苯甲酰。
其中,复配引发剂的制备方法如下:先将引发剂A中加入硅烷偶联剂,在35℃的条件下使用搅拌机以350r/min进行搅拌,30min后加入引发剂B,保持温度继续搅拌30min,即可得到复配引发剂;引发剂A与硅烷偶联剂的质量比为80:1。
作为进一步地实施方式,增粘剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基3甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上。
作为进一步地实施方式,抗氧剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、二硬脂酸季戊四醇二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或两种以上。
作为进一步地实施方式,紫外吸收剂为二羟基-4-甲氧基二苯丙酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、3,5二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的一种或两种以上。
作为进一步地实施方式,光稳定剂为N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯和葵二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯中的一种或两种以上。
作为进一步地实施方式,导热填料为四角状氧化锌晶须、四角状氧化锌晶须/氧化锌或四角状氧化锌晶须/铝。
作为进一步地实施方式,乙烯醋酸乙烯酯共聚物中,醋酸乙烯的含量为26-35%;乙烯醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为5-35g/10min,熔点为60-85℃。
上述交联EVA导热封装胶膜的制备方法,包括,按配比将各组分添加至搅拌机中进行搅拌,待搅拌后,投入至流延机中进行流延,再经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷,制得EVA胶膜。
作为进一步地实施方式,搅拌的转速为300-400r/min,搅拌的时间为25-35min;流延的温度为85-95℃;EVA胶膜的厚度为0.3-0.8mm。
以下是本发明具体的实施例,在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1-5:
实施例1-5以及对比例1-2的组分和配比如下表所示,其中,各组分配比以重量份计。
表1实施例1-5和对比例1-2配比
其中,实施例1的复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成,主交联剂为二酰基有机过氧化物,辅交联剂为过氧化二异丙苯;复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成,引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯;引发剂B为过氧化碳酸-2-乙基己酸叔丁酯;增粘剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷;抗氧剂为亚磷酸三苯酯;紫外吸收剂为二羟基-4-甲氧基二苯丙酮;光稳定剂为N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺;导热填料为四角状氧化锌晶须。
实施例2的复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成,主交联剂为1,1-(双过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷,辅交联剂为二(4-氯苯甲酰基)过氧化物;复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成,引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯;引发剂B为过氧化苯甲酰叔丁酯;增粘剂为3-氨丙基3甲氧基硅烷;抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯以质量比为1:1混合而成;紫外吸收剂为3,5二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯;光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯;导热填料为四角状氧化锌晶须/氧化锌。
实施例3的复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成,主交联剂为叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯和二苯甲酰基过氧化物以质量比为2:1混合而成,辅交联剂为过氧化苯甲酸叔丁酯;复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成;引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯,引发剂B为过氧化二苯甲酰;增粘剂为γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷;抗氧剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、二硬脂酸季戊四醇二亚磷酸酯和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚以重量比为1:1:1混合而成;紫外吸收剂为二羟基-4-甲氧基二苯丙酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮以重量比为1:3混合而成;光稳定剂为N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯以重量比为2:3混合而成;导热填料为四角状氧化锌晶须。
实施例4的复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成;主交联剂为三苯基甲烷-4,4-三异氰酸酯,辅交联剂为二(4-氯苯甲酰基)过氧化物、二(2,4-二氯苯甲酰基)过氧化物和二(4-甲基苯甲酰基)过氧化物以质量比为1:1:1混合而成;复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成,引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯,引发剂B为过氧化二苯甲酰;增粘剂为3-氨丙基3甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷以质量比为1:1混合而成;抗氧剂为亚磷酸三(壬基苯基)酯;紫外吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮;光稳定剂为N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯和葵二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯以质量比为1:1:1混合而成;导热填料为四角状氧化锌晶须/铝。
实施例5的复合交联剂为主交联剂与辅交联剂以质量比为3:1复配而成,主交联剂为2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1,1-(双过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷、三苯基甲烷-4,4-三异氰酸酯和叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯以质量比为1:1:1:2混合而成,辅交联剂为过氧化二异丙苯;复配引发剂为引发剂A和引发剂B以质量比为2:3复配而成,引发剂A为过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯,引发剂B为过氧化苯甲酰叔丁酯;增粘剂为3-氨丙基3甲氧基硅烷;抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚;紫外吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮;光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯;导热填料为四角状氧化锌晶须。
实施例1-5的交联EVA导热封装胶膜的制备方法均按照下列方法进行,包括按配比将各组分添加至搅拌机中进行搅拌,搅拌的转速为300-400r/min,搅拌的时间为25-35min;待搅拌后,投入至流延机中进行流延,流延的温度为85-95℃,再经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷,制得EVA胶膜,EVA胶膜的厚度为0.3-0.8mm。
对比例1与实施例5不同之处在于,无导热填料这一组分。
对比例2与实施例5不同之处在于,组分的配比不同。
效果评价及性能检测
一、玻璃强度测试:
按照GB/T 2792-1998《压敏胶粘带剥离试验》标准对实施例1-5和对比例1-2进行剥离强度的测试。
样品结构:玻璃/胶膜/背板。层压工艺:140℃,抽真空4min30s,加压12s,层压5min。试验条件:拉伸速度为100mm/min。性能表针方法:A:观察胶膜与背板的剥离强度大小;B:观察胶膜与玻璃的剥离强度大小。
二、耐湿热老化性能测试:
按照GB/T 2423.3-2006的实验方法对实施例1-5和对比例1-2进行测试。
试验条件:温度85℃,湿度85%,1000h。样品组成:依次由背板,胶膜,玻璃构成。层压条件:140℃,抽真空4min30s,加压12s,层压5min。性能表征方法:A黄变指数(△Y1)按照GB2409-80《塑料黄色指数试验方法》进行分析;B:观察样品是否有气泡、脱胶等现象产生。
三、交联度测试:
采用二甲苯萃取EVA胶膜样品中未交联部分,称取萃取前后样品的重量W,用来表示交联度。实施例1-5和对比例1-2的胶膜经过140℃,抽真空4min30s,加压12s,层压5min的工艺进行层压制得。然后使用剪刀将其剪成直径约3mm左右的颗粒,放入钢丝网中,用细线绑紧,投入到二甲苯溶剂中进行萃取(萃取温度为140℃,萃取时间为10h),最后萃取完后进行烘干(烘干温度140℃),称量萃取前后的重量差,计算出交联度。
四、导热性能测试:
采用稳态平板法测量材料的热导率,使用平板导热仪对实施例1-5和对比例1-2进行测试,将EVA胶膜样品制备成270×270mm2的试样,并分别读取试件的电功率W,电压U,电流I,热面温度t1和冷面温度t2的值。
实验一至四测试结果如表2所示。
表2性能测试结果
由表2可见,实施例1-5的交联EVA导热封装胶膜的交联度在10min的层压时间内基本在85%以上,粘结性能和耐湿热老化性能基本变化不大,导热系数相较对比例1而言则有着很大的提高,从0.25W/m.K上升到0.48-0.62W/m.K。而对比例2的各项性能均低于实施例1-5,这说明本发明的交联EVA导热封装胶膜的性能由组分和配比协同作用而得到,缺少某一组分或配比不在特定的范围内,性能均达不到本发明应有的效果。
从图1中可以看出,四角状氧化锌晶须彼此搭接,形成散热通道,使热量能通过晶须散发出去,从而提高EVA胶膜导热率。
图2是对比例2和实施例3在不同层压时间下的交联度变化,从图中可以看出,在层压时间为5min后,实施例3的交联度达到了85%以上,而配比不同的对比例2则在层压9min后交联度才接近于85%,由此可以看出,本发明特定配比的交联EVA导热封装胶膜的固化时间大幅度缩短。
综上所述,本发明一种快速固化EVA导热封装胶膜具有较好的实际应用价值,在保持基础性能稳定的情况下,实现了10min层压时间内交联度达到85%以上的效果,导热效率也有明显的提升,这能更好的提升组件生产效率,延长电池片的使用寿命,使太阳能光伏产业更进一步发展。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。