CN110978674A - 一种光伏阻燃复合板材及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏阻燃复合板材，包括光伏热塑板，光伏热塑板的至少一表面/和内部通过热压工艺复合有采用阻燃材料制成的阻燃层，阻燃层包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，在热压工艺中，热塑性聚合物通过加热熔融与阻燃层互相浸透实现压合为一体；阻燃空心格可将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，降低光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数；本发明还涉及了该光伏阻燃复合板材的应用；本发明通过提出具有特定结构的阻燃方案，有效提高光伏组件阻燃防火性能的前提下，不会明显增加光伏组件的封装材料成本，而且制备工艺仅需要采用常规热压复合工艺，操作简单，实施便捷，非常适合作为大批量生产的光伏阻燃复合板材。

Description

一种光伏阻燃复合板材及其应用
技术领域
本发明属于光伏封装领域的阻燃技术，具体涉及一种光伏阻燃复合板材，本发明还涉及了该光伏阻燃复合板材的应用。
背景技术
随着国内外大力推广发展可再生绿色能源，除了规模建设光伏电站外，光伏组件越来越广泛地应用于日常建筑领域中。而应用于建筑领域的光伏产品的阻燃防火性能是必须满足建筑材料标准的重要性能。具体来说，根据IEC61730“光伏PV组件安全鉴定”的要求，应用在屋顶的光伏组件产品需要进行防火试验和表面延烧试验，其中，通过防火试验(依据ANSI/UL790标准)，光伏组件产品的防火等级应达到C级，通过表面延烧试验(依据ASTME162标准)，光伏组件产品的火焰蔓延指数不要超过100，现有市场上流通的光伏组件产品的火焰蔓延指数要求无法满足标准要求，市场应用时也无法对此问题进行有效监控，存在较大安全隐患。而作为直接与建筑面安装配合的光伏封装层结构是确保光伏产品阻燃防火性能的核心结构。
在现有技术中，光伏背板的阻燃功能大多通过在其外表面设置阻燃氟膜实现或者采用阻燃改性的PET材料或其他阻燃改性材料技术方案。如公开号为CN109563301A的发明专利具有阻燃活性的聚丙烯组合物，(i)大于30wt％、优选40～98.5wt％的聚丙烯聚合物(PP)，(ii)1～20wt％的阻燃制品，阻燃制品含有磷光体的无机衍生物，(iii)1～30wt％的填料，(iv)0.2～5wt％的除阻燃制品(ii)以外的添加剂，以及(v)0～30wt％的塑性体；然而使用这些阻燃改性材料不仅会显著增加光伏背板的材料成本，而且阻燃效果仍然不理想，而且在抗压强度上表现也并不理想，需要进一步复合其他层结构后作为光伏背板材料。
本申请人希望寻求新的阻燃思路来实现对光伏封装结构的优异阻燃防火性能，同时又不会明显增加光伏组件的封装材料成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏阻燃复合板材及其应用，通过提出具有特定结构的阻燃方案，有效提高光伏组件阻燃防火性能的前提下，不会明显增加光伏组件的封装材料成本，而且制备工艺仅需要采用常规热压复合工艺，操作简单，实施便捷，非常适合作为大批量生产的光伏阻燃复合板材。
本发明采用的技术方案如下：
一种光伏阻燃复合板材，包括光伏热塑板，所述光伏热塑板的至少一表面/和内部通过热压工艺复合有采用阻燃材料制成的阻燃层，其中，所述阻燃层包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，所述在热压工艺中，所述热塑性聚合物通过加热熔融与所述阻燃层互相浸透实现压合为一体；所述阻燃空心格可将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，降低所述光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数。
优选地，单个阻燃空心格的面积不超过1cm2，所述光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数不超过100。
优选地，所述阻燃层的单位面积重量范围为30-400g/m2，和/或所述阻燃空心格为长方型形状或正方型形状或菱型形状或三角型形状。
优选地，所述阻燃层采用阻燃纤维材料织物或阻燃纤维毡或阻燃纤维无纺布。
优选地，所述阻燃材料采用玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维或腈纶纤维。
优选地，所述光伏热塑板采用热塑性聚合物制成的热塑板，或采用连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层。
优选地，所述光伏热塑板采用由至少2个光伏热塑板单元叠压设置的叠层体，其中，至少一组相邻的光伏热塑板单元之间设有所述阻燃层，且所述叠层体的底层和/或表层为阻燃层，所述叠层体通过热压工艺复合得到所述光伏阻燃复合板材，使得所述光伏阻燃复合板材至少一表面和内部复合有采用阻燃材料制成的阻燃层。
优选地，所述光伏热塑板单元采用热塑性聚合物制成的热塑板，或采用连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层；所述光伏热塑板的厚度范围为0.05-5mm。
优选地，所述热塑性聚合物用热塑性聚丙烯、PET、PA、PC和PE中的任意一种或几种的混合。
优选地，所述连续纤维采用阻燃纤维。
优选地，一种如上所述光伏阻燃复合板材的应用，将所述光伏阻燃复合板材作为光伏层压件的封装层结构，所述封装层结构为所述光伏层压件的正面封装层和/或所述光伏层压件的背面封装层。
需要说明的是，本发明涉及的PET是指Polyethylene terephthalate的缩写，意指聚对苯二甲酸类塑料；PA是指Polyamide的缩写，意指聚酰胺；PC是指Polycarbonate的缩写，意指聚碳酸酯；PE是指Polyethylene的缩写，意指聚乙烯。
还需要说明的是，本发明涉及的热压工艺是复合膜领域的公知复合技术，其工作原理是通过加热将光伏热塑板形成熔融状态，该熔融状态的光伏热塑板与阻燃层互相浸透实现压合为一体；具体，在热压工艺中，加热范围为130-300℃，加压范围为0.5Kpa-250Kpa，加热加压时间范围为10-150s。
本发明相对于背景技术所提出的核心创新思路是在光伏热塑板表面通过热压复合工艺来设置采用阻燃材料制成的阻燃层，其中，阻燃层特别具有呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，本申请人通过实施并进行防火阻燃测试后惊讶地发现，本发明的阻燃空心格结构可以非常快速有效地将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，火焰蔓延指数得到非常显著的有效控制，防止燃烧火焰蔓延，而且由于阻燃层本身的材质采用阻燃材料，位于阻燃空心格区域内的火焰被与其接触的阻燃格熄灭，因此，本发明通过对光伏复合板材进行创造性的阻燃结构设计来实现优异的阻燃防火效果，而且不会明显增加光伏组件的封装材料成本，本发明的制备工艺仅需要采用常规的热压复合工艺，操作简单，实施便捷，非常适合作为大批量生产的光伏阻燃复合板材；
本发明还进一步优选地提出连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层，由于连续纤维呈分散相，热塑性聚合物呈连续相，将两者进行熔融浸渍复合成单层单向带或多层单向带叠层结构后，可以进一步对热塑基板层的拉伸强度进行增强，提高整体光伏阻燃复合板材的抗压强度；
本发明还进一步创造性地提出在光伏热塑板内部进一步复合具有呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构的阻燃层，具体可以通过设置若干光伏热塑板单元叠压设置的叠层体，在相邻光伏热塑板单元之间设置阻燃层，经试验证实，可以进一步提高本发明的阻燃防火等级。
附图说明
附图1是本发明实施例1中光伏阻燃复合板材的结构示意图；
附图2是本发明实施例1中阻燃层的局部放大结构示意图；
附图3是本发明实施例2中光伏阻燃复合板材的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种光伏阻燃复合板材，包括光伏热塑板，光伏热塑板的至少一表面/和内部通过热压工艺复合有采用阻燃材料制成的阻燃层，其中，阻燃层包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，在热压工艺中，热塑性聚合物通过加热熔融与阻燃层互相浸透实现压合为一体；阻燃空心格可将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，降低光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数。
优选地，在本实施方式中，单个阻燃空心格的面积不超过1cm2，更优选地，单个阻燃空心格的面积范围为0.01-0.5cm2，进一步优选地，单个阻燃空心格的面积范围为0.05-0.2cm2；光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数不超过100；优选地，在本实施方式中，阻燃层的单位面积重量范围为30-400g/m2，阻燃空心格为长方型形状或正方型形状或菱型形状或三角型形状；阻燃层采用阻燃纤维材料织物或阻燃纤维毡或阻燃纤维无纺布；具体优选地，在本实施方式中，阻燃材料采用玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维或腈纶纤维，当然地，也可以采用其他具有阻燃特性其他纤维材料或其他材料；
优选地，在本实施方式中，光伏热塑板采用热塑性聚合物制成的热塑板，或采用连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层，光伏热塑板的厚度范围为0.05-5mm；优选地，在本实施方式中，热塑性聚合物用热塑性聚丙烯、PET、PA、PC和PE中的任意一种或几种的混合，连续纤维采用阻燃纤维。
本发明实施例还公开了一种如上所述光伏阻燃复合板材的应用，将光伏阻燃复合板材作为光伏层压件的封装层结构，封装层结构为光伏层压件的正面封装层和/或光伏层压件的背面封装层。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：请参见图1所示的一种光伏阻燃复合板材1，包括光伏热塑板，光伏热塑板采用热塑性聚丙烯制成的热塑聚丙烯板10，热塑聚丙烯板10的厚度为1mm；热塑聚丙烯板10的上表面和下表面通过热压工艺复合有采用阻燃材料制成的第一阻燃层11a和第二阻燃层11b，第一阻燃层11a和第二阻燃层11b均采用玻璃纤维材料织物(可直接采购得到)，单位面积重量为120g/m2，在其他实施方式中，第一阻燃层11a或第二阻燃层11b还可以采用碳纤维或玄武岩纤维材料织物或芳纶纤维材料织物或腈纶纤维材料织物，所取得的阻燃效果是基本相似的，其中，请进一步参见图2所示，各阻燃层11a，11b均包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格20结构，单个阻燃空心格20的面积为0.06cm2；阻燃空心格20为正方型形状，在其他实施方式中，阻燃空心格20也可以采用其他形状，例如长方型形状或菱型形状或三角型形状；本实施例的阻燃空心格20可将燃烧火焰控制在阻燃空心格20区域内，可以有效降低光伏阻燃复合板材1的火焰蔓延指数；
具体地，本实施例1光伏阻燃复合板材1的热压工艺可以直接采用复合膜的热压复合工艺，具体操作步骤包括如下：
S101)、将第一阻燃层11a、热塑聚丙烯板10和第二阻燃层11b依次叠层铺设后置于连续平板式复合设备中；
S20)、连续平板式复合设备通过对叠层铺设件进行加热加压后得到光伏阻燃复合板材，在加热加压过程中，热塑性聚丙烯通过加热熔融与玻璃纤维材料织物互相浸透实现压合为一体；具体地，加热范围为130-300℃，加压范围为0.5Kpa-250Kpa，加热加压时间范围为10-150s。
本实施例1还提出一种如上所述的光伏阻燃复合板材1的应用，将光伏阻燃复合板材作为光伏层压件的封装层结构，封装层结构为光伏层压件的背面封装层；具体地，在本实施方式中，光伏层压件包括通过层压工艺封装为一体的正面封装层、电池片层、背面热塑胶膜层和光伏阻燃复合板材，优选地，正面封装层包括柔性封装层和正面热塑胶膜层，其中，柔性封装层采用具有柔性的复合材料制备而成，复合材料具体采用丙烯酸热固性粉末涂料复合纤维布，其具体技术方案可直接参见CN201610685536.0。
在其他实施方式中，也可以将光伏阻燃复合板材1作为光伏层压件的正面封装层，本领域技术人员可以根据实际需要将其作为背板的中间层结构，这些应用均可以为光伏组件带来了优异的阻燃防火效果，而且不需要明显增加材料成本，本申请在实施时对其不做特别限定。
由于本实施例中的光伏阻燃复合板材主要应用于光伏层压件的背板结构，因此在其他实施方式中，在热塑聚丙烯板的一个表面设置阻燃层，该阻燃层作为背板结构的外表面，同样可以实现对光伏层压件的阻燃防火效果。
实施例2：本实施例2的其余技术方案同实施例1，区别在于，请参见图3所示，在本实施例2中，光伏热塑板采用通过3层热塑聚丙烯板单元10’叠压设置的叠层体，各热塑聚丙烯板单元10’的厚度均相等，其中，每相邻的热塑聚丙烯板单元10’之间均设有1个中部阻燃层11c’，同时叠层体的底层和表层分别为下表面阻燃层11b’和上表面阻燃层11a’，该叠层体通过热压工艺复合得到光伏阻燃复合板材1’；需要说明的是，在其他实施方式中，热塑聚丙烯板单元10’的数量可以采用2层或4-6层或更高的层数量，各热塑聚丙烯板单元10’的厚度可以相等，也可以不相等，·这些实施方式的变化不会影响本实施例获得同样类似优异的阻燃防火效果。
实施例3：本实施例3的其余技术方案同实施例1或实施例2，区别在于，在本实施例3中，光伏热塑板采用连续玻璃纤维增强热塑性聚丙烯制成的单层单向带，连续玻璃纤维呈分散相，热塑性聚丙烯呈连续相，进行单层单向带的制备，其制备工艺采用如下操作步骤：
A10)、预先将热塑性聚丙烯原料加热熔融，采用连续玻璃纤维浸渍于熔融状态的热塑性聚丙烯；
A20)、将浸渍有热塑性聚丙烯的连续玻璃纤维挤压成单层单向带。
实施例4：本实施例4的其余技术方案同实施例1或实施例2，区别在于，在本实施例4中，光伏热塑板采用连续玻璃纤维增强热塑性聚丙烯制成的多层单向带叠层，连续玻璃纤维呈分散相，热塑性聚丙烯呈连续相，进行多层单向带叠层的制备，其制备工艺采用如下操作步骤：
B10)、预先将热塑性聚丙烯原料加热熔融，采用连续玻璃纤维浸渍于熔融状态的热塑性聚丙烯；
B20)、将浸渍有热塑性聚丙烯的连续玻璃纤维挤压成单层单向带；
B30)、将单向带采用互为90°或45°的方式进行多次层叠，通过加热加压，不同层单向带的热塑性聚丙烯熔融，互相浸透，同时充分包裹连续玻璃纤维，得到多层单向带叠层，具体地，在本实施例4中，多层单向带叠层结构采用4层单向带叠层结构；在其他实施方式中，可以根据实际应用需要来选择所需要的单向带叠层结构的层数量，本申请对其没有特别限定之处。
还需要说明的是，为了避免光伏阻燃复合板材的厚度过厚，本实施例4中的热塑聚丙烯板单元不建议将多层单向带叠层作为优选结构，因为这可能会导致光伏阻燃复合板材的厚度过厚。
实施例5：本实施例5的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例5中，第一阻燃层和第二阻燃层均采用通过混纺工艺而成的阻燃纤维毡(可直接采购得到)，阻燃纤维毡包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，单个阻燃空心格的面积为0.09cm2。
实施例6：本实施例6的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例5中，第一阻燃层和第二阻燃层均采用通过无纺工艺而成的阻燃纤维无纺布，阻燃纤维无纺布包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，单个阻燃空心格的面积为0.04cm2。
实施例7：本实施例7的其余技术方案同实施例3，区别在于，在本实施例7中，采用连续碳纤维或连续芳纶纤维取代连续玻璃纤维。
实施例8：本实施例8的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例8中，采用热塑PET板取代热塑聚丙烯板。
实施例9：本实施例9的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例9中，采用热塑PA板取代热塑聚丙烯板。
实施例10：本实施例10的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例10中，采用热塑PC板取代热塑聚丙烯板。
实施例11：本实施例11的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例11中，采用热塑PE板取代热塑聚丙烯板。
对比例1：采用上实施例1中的热塑聚丙烯板直接作为光伏阻燃复合板材。
对比例2：采用上实施例3中的连续玻璃纤维增强热塑性聚丙烯制成的单层单向带直接作为光伏阻燃复合板材。
对比例3：采用上实施例4中的连续玻璃纤维增强热塑性聚丙烯制成的多层单向带叠层直接作为光伏阻燃复合板材。
对比例4：采用CN109563301A公开的聚丙烯组合物制成的板材。
本申请将上述各实施例与各比较例进行了特定实施效果对比，主要对比结果请参见下表1：
表1本发明实施例与比较例的实施效果对比
Figure BDA0002291002110000091
Figure BDA0002291002110000101
本申请各实施例涉及的防火等级依据ANSI/UL790标准测试得到，火焰蔓延指数依据ASTM E 162标准测试得到，拉伸强度依据GB/T1040.3-2006标准测试得到。
本实施例相对于背景技术所提出的核心创新思路是在光伏热塑板表面通过热压复合工艺来设置采用阻燃材料制成的阻燃层，其中，阻燃层特别具有呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，本申请人通过实施并进行防火阻燃测试后惊讶地发现，本实施例的阻燃空心格结构可以非常快速有效地将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，火焰蔓延指数得到非常显著有效的控制，防止燃烧火焰蔓延，而且由于阻燃层本身的材质采用阻燃材料，位于阻燃空心格区域内的火焰被与其接触的阻燃格熄灭，因此，本实施例通过对光伏复合板材进行创造性的阻燃结构设计来实现优异的阻燃防火效果，而且不会明显增加光伏组件的封装材料成本，本实施例的制备工艺仅需要采用常规的热压复合工艺，操作简单，实施便捷，非常适合作为大批量生产的光伏阻燃复合板材。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种光伏阻燃复合板材，包括光伏热塑板，其特征在于，所述光伏热塑板的至少一表面/和内部通过热压工艺复合有采用阻燃材料制成的阻燃层，其中，所述阻燃层包括呈网格阵列形状分布的阻燃空心格结构，所述在热压工艺中，所述热塑性聚合物通过加热熔融与所述阻燃层互相浸透实现压合为一体；所述阻燃空心格可将燃烧火焰控制在阻燃空心格区域内，降低所述光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数。
2.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，单个阻燃空心格的面积不超过1cm2，所述光伏阻燃复合板材的火焰蔓延指数不超过100。
3.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述阻燃层的单位面积重量范围为30-400g/m2，和/或所述阻燃空心格为长方型形状或正方型形状或菱型形状或三角型形状。
4.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述阻燃层采用阻燃纤维材料织物或阻燃纤维毡或阻燃纤维无纺布。
5.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述阻燃材料采用玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维或腈纶纤维。
6.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述光伏热塑板采用热塑性聚合物制成的热塑板，或采用连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层；所述光伏热塑板的厚度范围为0.05-5mm。
7.根据权利要求1所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述光伏热塑板采用由至少2个光伏热塑板单元叠压设置的叠层体，其中，至少一组相邻的光伏热塑板单元之间设有所述阻燃层，且所述叠层体的底层和/或表层为阻燃层，所述叠层体通过热压工艺复合得到所述光伏阻燃复合板材，使得所述光伏阻燃复合板材至少一表面和内部复合有采用阻燃材料制成的阻燃层。
8.根据权利要求7所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述光伏热塑板单元采用热塑性聚合物制成的热塑板，或采用连续纤维增强热塑性聚合物制成的单层单向带或多层单向带叠层。
9.根据权利要求6或8所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述热塑性聚合物用热塑性聚丙烯、PET、PA、PC和PE中的任意一种或几种的混合。
10.根据权利要求6或8所述的光伏阻燃复合板材，其特征在于，所述连续纤维采用阻燃纤维。
11.一种如权利要求1-10之一所述光伏阻燃复合板材的应用，其特征在于，将所述光伏阻燃复合板材作为光伏层压件的封装层结构，所述封装层结构为所述光伏层压件的正面封装层和/或所述光伏层压件的背面封装层。
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