CN112563357B - 一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它涉及一种柔性盖片的制备方法。本发明主要解决现有太阳电池空间辐射防护用柔性盖片光学雾度值较低，辐射防护均匀性不足，产生明显的光聚集效应的问题。制备方法：一、硅橡胶排气泡；二、填料与硅橡胶混合；三、制备湿膜；四、湿膜固化成型。本发明用于太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性盖片的制备方法。
背景技术
航天器在轨运行中需遭受包含辐射带电子、质子、太阳风、银河宇宙射线等辐射环境，辐射粒子直接作用于太阳电池上将会造成严重的电池损伤，导致效率下降，因此需在太阳电池表面覆盖辐射防护层。传统的刚性玻璃盖片存在重量大、收拢体积大、易碎、电池阵比功率低等不足。另一方面，超大面积、收拢体积小、大质量比功率柔性太阳电池阵已成为航天科技发展的重要趋势，因此需针对柔性太阳电池开发出柔性辐射防护盖片。
CN109817758A的专利“一种空间用柔性太阳电池盖片封装方法”公开了一种适用于柔性太阳电池阵的赝形玻璃盖片，利用了直径为23μm～25μm的玻璃微珠，其中玻璃微珠提供了主要的辐射防护性能，胶保证了盖片的柔性。但由于在实际应用中柔性防护盖片的厚度约为60μm～140μm，因此防护盖片中约含有2～6层玻璃微珠，在赝形玻璃盖片的部分纵向贯穿区域内必然存在一些区域未分布玻璃微珠(尤其当柔性盖片较薄时)的情况，导致其辐射防护均匀性不足，直观表现为光学雾度值较低。且由于赝形玻璃盖片中分布着粒径较大的球形玻璃珠，平行光在穿过赝形玻璃盖片中的玻璃珠后会产生明显的光聚集效应，导致到达太阳电池上的光在部分区域光强过大，而在部分区域光强又过弱，不利于太阳电池的运行。
因此需开发出具有更加优异的辐射防护均匀性、更高光学雾度值、无光聚集效应的太阳电池辐射防护用柔性盖片。
发明内容
本发明要解决现有太阳电池空间辐射防护用柔性盖片光学雾度值较低，辐射防护均匀性不足，产生明显的光聚集效应的问题，从而提供一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法。
一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将硅橡胶置于真空条件下排气泡，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为(0.5～2.5):1；
所述的SiO2基填料为石英短切纤维、玻璃短切纤维、石英粉、含铈石英短切纤维、含铈玻璃短切纤维和含铈石英粉中的一种或其中几种的混合；所述的石英短切纤维、玻璃短切纤维、含铈石英短切纤维和含铈玻璃短切纤维的直径均为3μm～15μm，长度均为5μm～30μm；所述的石英粉和含铈石英粉的粒径均为10nm～15μm；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜固化成型，得到太阳电池空间辐射防护用柔性盖片。
本发明的有益效果是：
本发明使用硅橡胶保证太阳电池辐射防护盖片的柔性，通过在硅橡胶中添加石英短切纤维、玻璃短切纤维、石英粉、含铈石英短切纤维、含铈玻璃短切纤维和含铈石英粉中的一种或其中几种的混合；所述的石英短切纤维、玻璃短切纤维、含铈石英短切纤维和含铈玻璃短切纤维的直径为3μm～15μm，长度为5μm～30μm；所述的石英粉和含铈石英粉的粒径为15nm～10μm，由于该SiO2基填料粒径小、长径比高、比表面积大的原因，从而为柔性盖片提供均匀的空间辐射防护性能。且可在短切纤维中配合添加粒径更小的SiO2基粉料，从而获得具有更高光学雾度值和更佳辐射防护均匀性的柔性防护盖片。
由于SiO2基填料和硅橡胶折射率的不同，光线在穿过填料时会偏离原有路径发生折射。雾度是指光偏离入射光线2.5°以上的透过光占总透射光的比值，若光线所经过的路径上有填料的分布，则光会偏离入射路径；若光线所经过的路径上未分布填料而只有硅橡胶则光线会沿着入射方向传播，因此光学雾度值的高低即可用于表征柔性盖片的辐射防护均匀性，本发明所制备得到的辐射防护用柔性盖片相比现有赝形玻璃盖片具有更高的光学雾度值，能为太阳电池提供更加均匀的空间辐射防护，厚度为130μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值可达到98.70％。
本发明所制备的柔性盖片在相同厚度条件下与现有赝形玻璃盖片相比填料的尺寸小、长径比高、比表面积大，且所采用的短切纤维在柔性盖片中的分布方向为随机分布，因此不会产生明显的光聚集效应。因此本发明一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片还具有优异的光均匀透过性能。
本发明用于一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法。
附图说明
图1为实施例一制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的实物图；
图2为实施例二制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的透过率曲线图；
图3为对比实验一制备的赝形玻璃盖片的三维X射线显微镜图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将硅橡胶置于真空条件下排气泡，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为(0.5～2.5):1；
所述的SiO2基填料为石英短切纤维、玻璃短切纤维、石英粉、含铈石英短切纤维、含铈玻璃短切纤维和含铈石英粉中的一种或其中几种的混合；所述的石英短切纤维、玻璃短切纤维、含铈石英短切纤维和含铈玻璃短切纤维的直径均为3μm～15μm，长度均为5μm～30μm；所述的石英粉和含铈石英粉的粒径均为10nm～15μm；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜固化成型，得到太阳电池空间辐射防护用柔性盖片。
本实施方式的有益效果是：
本实施方式使用硅橡胶保证太阳电池辐射防护盖片的柔性，通过在硅橡胶中添加石英短切纤维、玻璃短切纤维、石英粉、含铈石英短切纤维、含铈玻璃短切纤维和含铈石英粉中的一种或其中几种的混合；所述的石英短切纤维、玻璃短切纤维、含铈石英短切纤维和含铈玻璃短切纤维的直径为3μm～15μm，长度为5μm～30μm；所述的石英粉和含铈石英粉的粒径为15nm～10μm，由于该SiO2基填料粒径小、长径比高、比表面积大的原因，从而为柔性盖片提供均匀的空间辐射防护性能。且可在短切纤维中配合添加粒径更小的SiO2基粉料，从而获得具有更高光学雾度值和更佳辐射防护均匀性的柔性防护盖片。
由于SiO2基填料和硅橡胶折射率的不同，光线在穿过填料时会偏离原有路径发生折射。雾度是指光偏离入射光线2.5°以上的透过光占总透射光的比值，若光线所经过的路径上有填料的分布，则光会偏离入射路径；若光线所经过的路径上未分布填料而只有硅橡胶则光线会沿着入射方向传播，因此光学雾度值的高低即可用于表征柔性盖片的辐射防护均匀性，本实施方式所制备得到的辐射防护用柔性盖片相比现有赝形玻璃盖片具有更高的光学雾度值，能为太阳电池提供更加均匀的空间辐射防护，厚度为130μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值可达到98.70％。
本实施方式所制备的柔性盖片在相同厚度条件下与现有赝形玻璃盖片相比填料的尺寸小、长径比高、比表面积大，且所采用的短切纤维在柔性盖片中的分布方向为随机分布，因此不会产生明显的光聚集效应。因此本实施方式一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片还具有优异的光均匀透过性能。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的硅橡胶为双组份硅橡胶或单组份硅橡胶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的硅橡胶为热硫化型硅橡胶或室温硫化型硅橡胶。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的SiO2基填料为预处理的SiO2基填料或未进行预处理的SiO2基填料；当所述的SiO2基填料为预处理的SiO2基填料时，具体是按以下步骤进行的：将SiO2基填料置于处理液中，活化5min～30min，最后洗涤干燥，得到预处理后的SiO2基填料。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的活化为在超声功率为5W～60W的条件下，活化5min～30min；或所述的活化为在搅拌速度为20r/min～500r/min的条件下，活化5min～30min。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的处理液为Piranha溶液或质量百分数为1％～10％的氢氟酸。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的Piranha溶液为质量百分数为70％～98.3％的浓硫酸与质量百分数为3％～35％的双氧水按体积比为(3～7):1混合得到。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述的混合均匀为在搅拌速度为40r/min～500r/min的条件下机械搅拌混合或在超声功率为20W～200W的条件下超声混合。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述的含铈石英短切纤维中铈的质量百分数为1％～5％；步骤二中所述的含铈玻璃短切纤维中铈的质量百分数为1％～5％；步骤二中所述的含铈石英粉中铈的质量百分数为1％～5％。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中所述的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片厚度为30μm～200μm。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将RTV硅橡胶主剂与固化剂按质量比为9:1混合均匀，然后置于真空条件下排气泡10min，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡20min，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为1.5:1；
所述的SiO2基填料为玻璃短切纤维；所述的玻璃短切纤维的直径为5μm，长度为10μm；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜室温固化5h，得到厚度为130μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片。
步骤三中所述的湿膜厚度为150μm。
步骤一及步骤二中所述的真空条件下排气泡为利用真空皿进行排气泡。
步骤一所述的混合均匀为在搅拌速度为70r/min的条件下，机械搅拌混合10min。
步骤二所述的混合均匀为在搅拌速度为100r/min的条件下，炼胶机混炼20min。
步骤三中所述的涂布为刮刀涂布。
图1为实施例一制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的实物图；由图可知，本实施成功制备出了辐射防护用柔性盖片。
实施例一制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片在550nm处的透过率为85.46％。
实施例一制备的厚度为130μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值为98.70％，保证了更加均匀的辐射防护能力。
实施例二：
一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂按质量比为10:1混合均匀，然后置于真空条件下排气泡20min，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡30min，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为1:1；
所述的SiO2基填料为石英短切纤维；所述的石英短切纤维直径为5μm～10μm，长度为30μm；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜置于温度为100℃的鼓风干燥箱中固化成型40min，得到厚度为80μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片。
步骤三中所述的湿膜厚度为98μm。
步骤一及步骤二中所述的真空条件下排气泡为利用真空干燥箱进行排气泡。
步骤一所述的混合均匀为在超声功率为100W的条件下，超声搅拌混合8min。
步骤二所述的混合均匀为在搅拌速度为200r/min的条件下，炼胶机混炼15min。
步骤三中所述的涂布为旋转涂布。
图2为实施例二制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的透过率曲线图。由图可知，本实施获得的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片具有较高的光透过率，在550nm处透过率可达到94.02％。
实施例二制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值为90.21％。
实施例三：
一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂按质量比为10:1混合均匀，然后置于真空条件下排气泡20min，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡10min，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为1:1；
所述的SiO2基填料为石英短切纤维和石英粉的混合料；所述的石英短切纤维的直径为5μm～10μm、长度为30μm，所述的石英粉的粒径为5μm；所述石英短切纤维与石英粉的质量比为1:1；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜置于温度为80℃的干燥箱中固化1h，得到厚度为80μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片。
步骤三中所述的湿膜厚度为98μm。
步骤一及步骤二中所述的真空条件下排气泡为利用真空皿进行排气泡。
步骤一所述的混合均匀为在超声功率为150W的条件下，超声搅拌混合12min。
步骤二所述的混合均匀为在搅拌速度为90r/min的条件下，炼胶机混炼25min。
步骤三中所述的涂布为线棒涂布。
实施例三制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片在550nm处光透过率为93.44％。
实施例三制备的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值为92.11％。
对比实验一，参照CN109817758A的专利“一种空间用柔性太阳电池盖片封装方法”进行对比实验：
按照其方法制备厚度为80μm的赝形玻璃盖片，赝形盖片中约含有1层～3层玻璃微珠，其三维X射线显微镜图如图3所示，图3为对比实验一制备的赝形玻璃盖片的三维X射线显微镜图。由图可知在赝形玻璃盖片的纵向贯穿区域内存在较为明显的未分布有玻璃微珠的区域，其雾度值为87.72％，存在12.28％的面积区域在纵向贯穿区域内未分布玻璃微珠。而在相同厚度下的实施例二中雾度值为90.21％，实施例三中雾度值为92.11％，因此实施例二及三得到的柔性防护盖片具有更好的辐射防护性能。
对比实验二，参照CN109817758A的专利“一种空间用柔性太阳电池盖片封装方法”进行对比实验：
按照其方法制备厚度为130μm的赝形玻璃盖片，其雾度值为94.95％，存在5.05％的面积区域未分布玻璃微珠，这些区域的辐射防护能力较弱。而在相同厚度下的实施例一中雾度值为98.70％，相比赝形玻璃盖片具有较大提高，因此采用实施例一得到的柔性防护盖片具有更好的辐射防护性能。
Claims (1)
1.一种太阳电池空间辐射防护用柔性盖片的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
一、硅橡胶排气泡：
将聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂按质量比为10:1混合均匀，然后置于真空条件下排气泡20min，得到排气泡后的硅橡胶；
二、填料与硅橡胶混合：
将SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶混合均匀，然后置于真空条件下排气泡10min，得到混合料；
所述的SiO2基填料与排气泡后的硅橡胶的质量比为1:1；
所述的SiO2基填料为石英短切纤维和石英粉的混合料；所述的石英短切纤维的直径为5μm～10μm、长度为30μm，所述的石英粉的粒径为5μm；所述石英短切纤维与石英粉的质量比为1:1；
三、制备湿膜：
将混合料涂布均匀形成湿膜；
四、湿膜固化成型：
将湿膜置于温度为80℃的干燥箱中固化1h，得到厚度为80μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片；
步骤三中所述的湿膜厚度为98μm；
步骤一及步骤二中所述的真空条件下排气泡为利用真空皿进行排气泡；
步骤一所述的混合均匀为在超声功率为150W的条件下，超声搅拌混合12min；
步骤二所述的混合均匀为在搅拌速度为90r/min的条件下，炼胶机混炼25min；
步骤三中所述的涂布为线棒涂布；
厚度为80μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片在550nm处光透过率为93.44％；
厚度为80μm的太阳电池空间辐射防护用柔性盖片雾度值为92.11％。
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