CN108365037A - 高强度的太阳能背板膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能背板膜技术领域，具体涉及一种高强度的太阳能背板膜及其制备方法，所述的太阳能背板膜包括主层及设置在主层两侧的辅层，所述的主层与辅层通过挤出机共挤成型；其中，所述的主层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～92份、结晶型聚合物3～10份、颜料0.3～1.2份、分散剂0.01～0.1份；所述的辅层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～90份、玻璃纤维粉3～10份、紫外线吸收剂0.3～1份、光稳定剂0.5～2份；其中，玻璃纤维粉经硅烷偶联剂改性处理，其直径为0.5～1μm，长度为0.4～1μm；所述主层与辅层的厚度之比为1：(0.05～0.15)；本发明提供的太阳能背板膜的主层具有较高的硬度，且主层与辅层之间连系紧密，整体具有优异机械性能。

Description

高强度的太阳能背板膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能背板膜技术领域，具体涉及一种高强度的太阳能背板膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种把太阳能直接转换为电能的设备，太阳能电池组件在自然资源的使用效率和生态保护等方面备受关注，而且已经发展了多种太阳能电池组件。太阳能电池由低铁钢化玻璃、硅片、EVA胶和背板材料经过层压制备，由于太阳能电池直接暴露在空气中，易受到水蒸气、酸性气体、高低温和紫外线的侵蚀，造成太阳能电池的光电转换性能衰减，因此太阳能背板膜的保护作用尤为重要。
目前市场上的传统太阳能背板材料为TPT或是KPK三层结构的复合膜，其中“T”代表的是美国杜邦公司生产的Tedlar型聚氟乙烯薄膜(PVF),“P”代表的是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),“K”代表的是聚偏二氟乙烯膜(PVDF)。目前太阳能背板材料大多是通过多层膜热压成型的方式生产的，以常见的TPT为例，其制备方法是以聚氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯三层独立的薄膜通过高分子胶粘剂的粘结热压成型，其中的PET层作为基体，主要起绝缘和支撑的作用，两外层的PVF由于分子骨架上含有氟集团，可以起耐老化和耐腐蚀的作用，为了得到更好的阻隔性、耐候性等性能，可以使用聚偏氟乙烯(PVDF)替代PVF。
太阳能背板材料的主要作用是提高太阳能电池板的整体机械强度，同时阻隔水汽渗透到密封层中，保障电池片的使用寿命，而作为太阳能背板材料的基体材料，位于中间的PET层应具有更高的机械强度，避免电池片在外力作用下出现破碎的现象。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种高强度的太阳能背板膜，提高太阳能电池板的整体机械强度和使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高强度的太阳能背板膜，包括主层及设置在主层两侧的辅层，所述的主层与辅层通过挤出机共挤成型；
其中，所述的主层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～92份、结晶型聚合物3～10份、颜料0.3～1.2份、分散剂0.01～0.1份；
所述的辅层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～90份、玻璃纤维粉3～10份、紫外线吸收剂0.3～1份、光稳定剂0.5～2份；
其中，玻璃纤维粉经硅烷偶联剂改性处理，其直径为0.5～1μm，长度为0.4～1μm；
所述主层与辅层的厚度之比为1：(0.05～0.15)。
本发明通过在背板膜的主层中添加结晶型聚合物，该结晶型聚合物与聚酯树脂共混后提高了整体的结晶程度，提高背板膜的整体强度。所述的辅层中添加有玻璃纤维粉，在共挤成型的过程中，玻璃纤维粉自辅层向主层所在侧延伸，交织；促进了辅层与主层之间的连系，从而有利于提高整体的强度。
本发明中，所述的聚酯树脂可以是二元羧酸成分和二元醇成分形成的聚酯，进一步的，可以列举出例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、4,4’-联苯二甲酸、己二酸、葵二酸的二元羧酸成分。作为二元醇成分，可以举出例如乙二醇、1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇。进一步的，所述聚酯树脂优选芳香族聚酯，特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
本发明中，所述的结晶型聚合物选自聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、尼龙或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或一种以上的混合物。
根据本发明，本发明中所述的颜料的作用在于提高太阳能背板膜的遮盖效果，并且，在背板膜拉伸成型的过程中，背板膜内以所述的颜料为中心形成孔隙结构，此为所述领域所熟知的拉伸致孔，该形成的多界面结构对于通过背板膜的光线具有一定的反射效果，从而提高太阳能电池板对光线的利用效率，本发明所述的颜料选自二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、氧化锌中的一种或至少一种以上的混合物；金红石型二氧化钛结构致密，与锐钛型二氧化钛相比具有较高的硬度、密度、介电常数和折光率，因此作为优选。
进一步的，所述颜料的粒径为0.1～0.8μm，处于该粒径范围内的颜料，可以适度的分散在聚酯中，不会产生粒子的凝聚，并且，本发明对颜料的具体粒子形状不做特殊的要求。可以为板状或球状。
进一步的，为了提高颜料在聚酯树脂中的分散效果，优选分散剂对颜料的表面进行处理，所述的分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种。
进一步优选的，所述的主层包括以下重量份的物质：聚酯树脂86份、结晶型聚合物6份、颜料0.8份、分散剂0.06份；
所述的辅层包括以下重量份的物质：聚酯树脂85份、玻璃纤维粉8份、紫外线吸收剂0.8份、光稳定剂1.5份。
进一步的，所述的紫外线吸收剂选自苯丙三唑类、水杨酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯中的一种。
进一步的，所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
本发明所述的太阳能背板膜为主层及其两侧设置的辅层构成的三层共挤结构，所述的主层与辅层的厚度之比为1：(0.05～0.15)，若辅层的厚度过大时，则太阳能背板膜的成本增加，且掺杂了玻璃纤维粉后对于过滤器的压力过大，不利于生产的稳定持续；而主层的厚度过大时，由于拉伸致孔的主层的强度明显弱于辅层，因此对于太阳能背板的整体强度造成显著的影响。更具体的，本发明所述的太阳能背板膜的厚度可以列举出188μm、225μm、250μm、300μm、350μm。
本发明还提供了一种上述高强度的太阳能背板膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)母粒造粒
将结晶型聚合物、颜料和分散剂通过失重称添加到双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到主层用色母粒；
将商购的玻璃纤维研磨至粉状，加入硅烷偶联剂改性处理，然后与紫外线吸收剂、光稳定剂、聚酯树脂通过失重称下料至双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到辅层用色母粒；
(2)将主层用色母粒和聚酯树脂，以及辅层用色母粒和聚酯树脂按配方计量，经干燥、混料装置后分别经双螺杆挤出机熔融混合，在模头处主层和辅层共同流延挤出，冷却铸片，再经过纵向拉伸、横向拉伸，热定型处理形成太阳能背板膜。
根据本发明，拉伸比是厚片拉伸过程中拉伸前后的比例，若拉伸比过大，容易出现破膜的现象，影响生产的连续性，造成损失；而拉伸比过小，虽能保持较好的成膜性，但是未经充分拉伸的聚酯薄膜，其机械性能也较弱。本发明的步骤(2)中，纵向拉伸的拉伸比为3.35～3.8，所述的拉伸比处于该范围时，既能保证较好的成膜性，也能得到机械性能较好的聚酯薄膜。
进一步的，所述的步骤(2)中，所述的双螺杆挤出机加工各温度区域的温度范围为230～300℃，主机转速范围为400～800rpm，过滤器的孔径为15～40μm，铸片冷却温度为15～25℃。
与现有技术相比，本发明提供的太阳能背板膜的主层具有较高的硬度，且主层与辅层之间连系紧密，整体具有优异机械性能；本发明提供的制备方法工艺简单，太阳能背板膜一次成型，易于操作。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明提供的太阳能背板材料，利用下述方法进行各项性能的测试：
1、各层的厚度
使用日本日立制作所制的S-4700型电场反射型扫描电子显微镜，以倍率500倍观察膜的剖面，以测定5点的平均值来求出太阳能背板膜的各层的厚度，将测试结果记录到表1中。
2、成膜性能
实施例中的太阳能背板膜，制膜时观察能够稳定的进行制膜，基于以下几点基准进行评价，应予说明，小于1小时时产生破膜的生产是不稳定的，在实际操作过程中不予采用。
○：可稳定地制膜3小时以上；
△：可稳定地制膜1小时以上且小于3小时；
╳：小于1小时时产生破膜，不能稳定的制膜。
将观察结果记录到表1中。
3、拉伸强度和断裂伸长率
按照GB/T1040 2006标准，采用美国英斯特朗公司生产的INSTRON万能材料试验机进行测试并将测试结果记录到表1中。
实施例1
一种高强度的太阳能背板膜，包括主层及设置在主层两侧的辅层，所述的主层与辅层通过挤出机共挤成型；
其中，所述的主层包括以下重量份的物质：聚对苯二甲酸乙二醇酯(购自中国仪征化纤有限公司生产的PET膜级切片，商品牌号为FG720)86份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(购自中国仪征化纤有限公司生产的PBT注塑级切片，商品牌号为GX111)6份、二氧化钛(粒径为0.4μm)0.8份、分散剂聚乙二醇20000.06份；
所述的辅层包括以下重量份的物质：聚对苯二甲酸乙二醇酯(购自中国仪征化纤有限公司生产的PET膜级切片，商品牌号为FG720)85份、玻璃纤维粉(购自南京兴兴玻璃纤维制品有限公司生产的玻璃纤维短切原丝，经研磨处理)8份、苯丙三唑类紫外线吸收剂(BASF生产的UV-329)0.8份、受阻胺类光稳定剂(购自BASF生产的DH944)1.5份；
其中，玻璃纤维粉经硅烷偶联剂KH-550改性处理，其直径为0.8μm，长度为0.6μm；
上述太阳能背板膜的制备方法：
(1)母粒造粒
将聚对苯二甲酸丁二醇酯、二氧化钛和分散剂聚乙二醇2000通过失重称添加到双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到主层用色母粒；
将商购的玻璃纤维研磨至粉状，加入硅烷偶联剂KH-550改性处理，然后与苯丙三唑类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、聚对苯二甲酸乙二醇通过失重称下料至双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到辅层用色母粒；
(2)将主层用色母粒和聚对苯二甲酸乙二醇，以及辅层用色母粒和聚对苯二甲酸乙二醇按配方计量，经干燥、混料装置后分别经双螺杆挤出机熔融混合，在模头处主层和辅层共同流延挤出，冷却铸片，再经过纵向拉伸、横向拉伸，热定型处理形成太阳能背板膜。
控制主机、辅机挤出量及冷却辊的转速，主层与辅层的厚度之比调整为1：0.1，拉伸比控制为3.6，太阳能背板膜的厚度为188μm。
实施例2
如实施例1提供的太阳能背板膜，除了将主层中的聚对苯二甲酸丁二醇酯的含量变更为3份，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例3
如实施例1提供的太阳能背板膜，除了将主层中的聚对苯二甲酸丁二醇酯的含量变更为10份，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例4
如实施例1提供的太阳能背板膜，除了将辅层中的玻璃纤维粉的含量变更为3份，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例5
如实施例1提供的太阳能背板膜，除了将辅层中的玻璃纤维粉的含量变更为10份，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例6
如实施例1提供的太阳能背板膜，通过控制主机、辅机挤出量，控制太阳能背板膜的总厚度为225μm，其余不变，得到所述的太阳能背板膜。
实施例7
如实施例1提供的太阳能背板膜，通过控制主机、辅机挤出量，控制太阳能背板膜的总厚度为250μm，其余不变，得到所述的太阳能背板膜。
实施例8
如实施例1提供的太阳能背板膜，通过控制主机、辅机挤出量，控制太阳能背板膜的总厚度为300μm，其余不变，得到所述的太阳能背板膜。
实施例9
如实施例1提供的太阳能背板膜，通过控制主机、辅机挤出量，控制太阳能背板膜的总厚度为350μm，其余不变，得到所述的太阳能背板膜。
实施例10
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制纵向拉伸比为3.5，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例11
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制纵向拉伸比为3.35，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例12
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制纵向拉伸比为3.7，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例13
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制纵向拉伸比为3.8，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例14
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制主机、辅机的挤出量，调节主层与辅层的厚度之比为1：0.05，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
实施例15
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制主机、辅机的挤出量，调节主层与辅层的厚度之比为1：0.15，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
对比例1
如实施例1提供的太阳能背板膜，所述的主层中不添加聚对苯二甲酸丁二醇酯，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
对比例2
如实施例1提供的太阳能背板膜，所述的辅层中不添加玻璃纤维粉，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
对比例3
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制纵向拉伸比为3.85，其余不变，制备太阳能背板膜。
对比例4
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制主机、辅机的挤出量，调节主层与辅层的厚度之比为1：0.03，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
对比例5
如实施例1提供的太阳能背板膜，控制主机、辅机的挤出量，调节主层与辅层的厚度之比为1：0.2，其余不变，制备得到所述的太阳能背板膜。
表1：
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高强度的太阳能背板膜，其特征在于：包括主层及设置在主层两侧的辅层，所述的主层与辅层通过挤出机共挤成型；
其中，所述的主层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～92份、结晶型聚合物3～10份、颜料0.3～1.2份、分散剂0.01～0.1份；
所述的辅层包括以下重量份的物质：聚酯树脂80～90份、玻璃纤维粉3～10份、紫外线吸收剂0.3～1份、光稳定剂0.5～2份；
其中，玻璃纤维粉经硅烷偶联剂改性处理，其直径为0.5～1μm，长度为0.4～1μm；
所述主层与辅层的厚度之比为1：(0.05～0.15)。
2.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的结晶型聚合物选自聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、尼龙或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的颜料选自二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、氧化锌中的一种或至少一种以上的混合物。
4.根据权利要求3所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述颜料的粒径为0.1～0.8μm。
5.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种。
6.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的主层包括以下重量份的物质：聚酯树脂86份、结晶型聚合物6份、颜料0.8份、分散剂0.06份；
所述的辅层包括以下重量份的物质：聚酯树脂85份、玻璃纤维粉8份、紫外线吸收剂0.8份、光稳定剂1.5份。
7.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的紫外线吸收剂选自苯丙三唑类、水杨酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的高强度的太阳能背板膜，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述的高强度的太阳能背板膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)母粒造粒
将结晶型聚合物、颜料和分散剂通过失重称添加到双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到主层用色母粒；
将商购的玻璃纤维研磨至粉状，加入硅烷偶联剂改性处理，然后与紫外线吸收剂、光稳定剂、聚酯树脂通过失重称下料至双螺杆挤出机中进行充分混炼、均化和脱挥后，得到熔融混合物，接着经熔体泵增压和过滤器过滤，将熔融物拉条，通过水槽冷却，除水器除水，热风干燥，切粒，得到辅层用色母粒；
(2)将主层用色母粒和聚酯树脂，以及辅层用色母粒和聚酯树脂按配方计量，经干燥、混料装置后分别经双螺杆挤出机熔融混合，在模头处主层和辅层共同流延挤出，冷却铸片，再经过纵向拉伸、横向拉伸，热定型处理形成太阳能背板膜。
10.根据权利要求9所述的高强度的太阳能背板膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，纵向拉伸的拉伸比为3.35～3.8。
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