CN113088081B - 一种光伏组件用高强度pps组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光伏组件的领域，具体公开了一种光伏组件用高强度PPS组合物及其制备方法。一种光伏组件用高强度PPS组合物包括以下重量份的原料：100份PPS；10～18份无机刚性粒子；13～20份聚酰亚胺。其制备方法为：S1、按照配比取聚酰亚胺和无机刚性粒子混合均匀，软化聚酰亚胺，使无机刚性粒子与聚酰亚胺粘结，得到混合物；S2、按照配比取PPS，与S1制得的混合物混合均匀后，在280～320℃条件下熔融共混，挤出造粒，制得PPS组合物。本申请的高强度PPS组合物具有提高PPS的抗冲击性能，使PPS在光伏组件中广泛应用的优点。

Description

一种光伏组件用高强度PPS组合物及其制备方法

技术领域

本申请涉及光伏组件的领域，更具体地说，它涉及一种光伏组件用高强度PPS组合物及其制备方法。

背景技术

光伏组件是用于将太阳能转化为电能的产品，由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成，具有使用寿命长，机械抗压外力强等特点。

相关技术中，铝合金边框的作用主要是保护超白布纹钢化玻璃，并且便于安装和运输。然而对于高湿度、高盐度的环境下使用的光伏组件，铝合金材料制成的边框极易被腐蚀，从而降低了光伏组件的使用寿命。PPS是一种耐腐蚀性能优异的特种工程塑料，可应用于边框的制作，以提高边框的耐腐蚀性能。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：纯的PPS质地易碎，抗冲击性能差，导致采用纯的PPS制成的边框对超白布纹钢化玻璃的保护作用降低，限制了PPS在光伏组件中的应用。

发明内容

为了提高PPS的抗冲击性能，使PPS在光伏组件中广泛应用，本申请提供一种光伏组件用高强度PPS组合物及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种光伏组件用高强度PPS组合物，采用如下的技术方案：一种光伏组件用高强度PPS组合物，包括以下重量份的原料：

100份PPS；

10～18份无机刚性粒子；

13～20份聚酰亚胺。

通过采用上述技术方案，由于采用PPS、无机刚性粒子和聚酰亚胺，无机刚性粒子与聚酰亚胺结合后与PPS共混，制得的PPS组合物一旦受到外力冲击，PPS组合物内部首先在无机刚性粒子处产生局部应力状态的改变，无机刚性粒子引发大量银纹，使得无机刚性粒子附近的聚酰亚胺产生变形，冲击能量被具有弹性的聚酰亚胺吸收，冲击能量吸收后，聚酰亚胺又可恢复原状，等待下一次的冲击能量的吸收，从而减少了冲击力破坏PPS的情况，因此，获得了提高PPS的抗冲击性能，使PPS在光伏组件中广泛应用的效果。

可选的，所述高强度PPS组合物包括以下重量份的原料：

100份PPS；

12～15份无机刚性粒子；

15～18份聚酰亚胺。

通过采用上述技术方案，在各原料采用上述组合配比时，制得的PPS组合物具有优异的抗冲击性能。

可选的，所述无机刚性粒子为滑石粉、云母粉、钛白粉、高岭土、硅灰石、碳酸钙和玻璃微珠中的一种。

通过采用上述技术方案，无机刚性粒子可采用滑石粉、云母粉、钛白粉、高岭土、硅灰石、碳酸钙和玻璃微珠中的一种，既可以提高PPS的抗冲击性能，还可以作为填料，对PPS进行填充。

可选的，所述无机刚性粒子的粒径为50～200nm。

通过采用上述技术方案，当无机刚性粒子的粒径为50～200nm时，无机刚性粒子的表面缺陷少，与聚酰亚胺的结合性更强，同时，聚酰亚胺可以降低此粒径分布下无机刚性粒子的团聚情况，使得无机刚性粒子携带聚酰亚胺均匀地分散于PPS结构之间，降低应力集中的情况。

可选的，所述PPS组合物还包括16～21重量份的改性石墨纤维。

通过采用上述技术方案，无机刚性粒子与聚酰亚胺的添加易降低PPS组合物的拉伸强度，改性石墨纤维分散在各结构之间能够对PPS组合物进行增强，同时改性石墨纤维粘附在聚酰亚胺表面，还可以对聚酰亚胺和PPS起到连接作用，提高各结构之间的连接强度，从而提高了PPS组合物的拉伸强度，使得PPS在光伏组件中广泛应用。

可选的，所述改性石墨纤维的制备方法为：

A1、取石墨纤维，用丙酮对石墨纤维表面进行清洗；

A2、对清洗后的石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理，以质量浓度为5％的磷酸二氢铵溶液作为电解质；

A3、对A2中处理后的石墨纤维表面粘附四针状氧化锌晶须，石墨纤维与四针状氧化锌晶须的重量份之比为4：(2～3)，经水洗、干燥后即可制得改性石墨纤维。

通过采用上述技术方案，先对石墨纤维进行清洗，清除石墨纤维表面的杂质，然后对石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理，增加石墨纤维的表面粗糙度，提高了后续四针状氧化锌晶须与石墨纤维的结合强度，四针状氧化锌晶须与石墨纤维结合形成类似树枝状的结构，增大了最终形成的改性石墨纤维与其他原料结构的接触面积，从而提高了改性石墨纤维与各原料之间的连接强度。

第二方面，本申请提供一种光伏组件用高强度PPS组合物的制备方法，采用如下的技术方案：

一种光伏组件用高强度PPS组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配比取聚酰亚胺和无机刚性粒子混合均匀，软化聚酰亚胺，使无机刚性粒子与聚酰亚胺粘结，得到混合物；

S2、按照配比取PPS，与S1制得的混合物混合均匀后，在280～320℃条件下熔融共混，挤出造粒，制得PPS组合物。

通过采用上述技术方案，先将无机刚性粒子与聚酰亚胺粘结，能够使聚酰亚胺在无机刚性粒子附近，更好地发挥吸收冲击能量的作用，之后将各原料混合均匀后熔融共混、挤出造粒，便可制得高抗冲击性能的PPS组合物。

一种光伏组件用高强度PPS组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照配比取聚酰亚胺、无机刚性粒子和改性石墨纤维混合均匀，软化聚酰亚胺，使无机刚性粒子、改性石墨纤维与聚酰亚胺粘接，得到混合物；

S2、按照配比取PPS与S1制得的混合物混合均匀，在290～310℃条件下熔融共混，挤出造粒，制得PPS组合物。

通过采用上述技术方案，先将无机刚性粒子、改性石墨纤维与聚酰亚胺粘接，能够更好地发挥改性石墨纤维对各原料结构之间的连接作用，提高PPS组合物的拉伸强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用无机刚性粒子和聚酰亚胺，无机刚性粒子与聚酰亚胺结合后与PPS共混，制得的PPS组合物一旦受到外力冲击，PPS组合物内部首先在无机刚性粒子处产生局部应力状态的改变，冲击能量被具有弹性的聚酰亚胺吸收，冲击能量吸收后，聚酰亚胺恢复原状，等待下一次的冲击能量的吸收，从而减少了冲击力破坏PPS的情况，因此，获得了提高PPS的抗冲击性能，使PPS在光伏组件中广泛应用的效果。

2、本申请中优选采用改性石墨纤维，分散在各结构之间能够对PPS组合物进行增强，同时改性石墨纤维粘附在聚酰亚胺表面，还可以对聚酰亚胺和PPS起到连接作用，提高各结构之间的连接强度，降低了无机刚性粒子和聚酰亚胺对PPS组合物拉伸强度降低情况的影响，从而提高了PPS组合物的拉伸强度，使得PPS在光伏组件中广泛应用。

3、本申请的方法，通过先将无机刚性粒子与聚酰亚胺粘结，能够使聚酰亚胺在无机刚性粒子附近，更好地发挥吸收冲击能量的作用，之后将各原料混合均匀后熔融共混、挤出造粒，便可制得高抗冲击性能的PPS组合物。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特殊说明的是：以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

PPS采用四川得阳科技有限公司生产的PPS，牌号为HB，挤出级。

无机刚性粒子为滑石粉、云母粉、钛白粉、高岭土、硅灰石、碳酸钙和玻璃微珠中的一种，以下实施例和对比例中采用了滑石粉、碳酸钙和硅灰石，各物质的粒径详见下述实施例和对比例。

聚酰亚胺采用常州德毅新材料科技有限公司生产的型号为TPI100的聚酰亚胺PI。

石墨纤维采用日本东丽公司生产的石墨纤维，型号M40JB，破碎为平均纤维长度0.1mm。

四针状氧化锌晶须采用成都天佑晶创科技有限公司生产的四针状氧化锌晶须，型号为JC-01。

制备例

制备例1

改性石墨纤维的制备方法为：

A1、取40kg石墨纤维，对石墨纤维表面用丙酮进行清洗，直至石墨纤维表面清理干净；

A2、采用质量浓度为5％的磷酸二氢铵溶液作为电解质，电流密度1mA/cm²，对清洗后的石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理1分钟；

A3、取20kg四针状氧化锌晶须，对A2中处理后的石墨纤维表面通过环氧胶粘剂粘附四针状氧化锌晶须，待环氧胶粘剂固化后，对粘结有四针状氧化锌晶须的石墨纤维进行水洗、干燥，即可制得改性石墨纤维。

制备例2

本制备例与制备例1的区别在于：四针状氧化锌晶须的重量为25kg。

制备例3

本制备例与制备例1的区别在于：四针状氧化锌晶须的重量为30kg。

制备例4

本制备例与制备例2的区别在于：未采用丙酮对石墨纤维表面进行清洗。

制备例5

本制备例与制备例2的区别在于：未对石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理。

制备例6

本制备例与制备例2的区别在于：电解质为质量浓度为5％的碳酸氢铵溶液。

制备例7

本制备例与制备例2的区别在于：本制备例中无四针状氧化锌晶须。

实施例

实施例1

一种光伏组件用高强度PPS组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、取13kg聚酰亚胺和10kg无机刚性粒子混合均匀，无机刚性粒子采用粒径200nm的滑石粉，在210℃下对聚酰亚胺进行软化，使无机刚性粒子与聚酰亚胺粘结，降至常温后得到混合物；

S2、取100kgPPS，在100℃条件下干燥10h，然后与S1制得的混合物混合均匀，在280℃条件下熔融共混，挤出造粒，挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出机各区温度分别为：一区280℃，二区285℃，三区290℃，四区295℃，五区295℃，六区290℃，机头290℃，制得PPS组合物。

实施例2

S1、取15kg聚酰亚胺、12kg无机刚性粒子和16kg制备例1制得的改性石墨纤维混合均匀，无机刚性粒子采用粒径150nm的碳酸钙，在210℃下对聚酰亚胺进行软化，使无机刚性粒子、改性石墨纤维与聚酰亚胺粘接，得到混合物；

S2、取100kgPPS，在100℃条件下干燥10h，与S1制得的混合物混合均匀，在290℃条件下熔融共混，挤出造粒，挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出机各区温度分别为：一区280℃，二区285℃，三区290℃，四区295℃，五区295℃，六区290℃，机头290℃，制得PPS组合物。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：各原料的重量不同，无机刚性粒子采用100nm的碳酸钙，S2中熔融共混的温度为300℃，各原料重量详见表1。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于：各原料的重量不同，无机刚性粒子采用70nm的碳酸钙，改性石墨纤维采用制备例3制得的改性石墨纤维，S2中熔融共混的温度为310℃，各原料重量详见表1。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：各原料的重量不同，无机刚性粒子采用50nm的硅灰石，S2中熔融共混的温度为320℃，各原料重量详见表1。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于：各原料的重量不同，无机刚性粒子采用100nm的碳酸钙，改性石墨纤维采用制备例2制得的改性石墨纤维，S2中熔融共混的温度为300℃，各原料重量详见表1。

实施例7

本实施例与实施例3的区别在于：无机刚性粒子采用30nm的碳酸钙。

实施例8

本实施例与实施例3的区别在于：无机刚性粒子采用300nm的碳酸钙。

实施例9

本实施例与实施例6的区别在于：改性石墨纤维采用制备例4制得的改性石墨纤维。

实施例10

本实施例与实施例6的区别在于：改性石墨纤维采用制备例5制得的改性石墨纤维。

实施例11

本实施例与实施例6的区别在于：改性石墨纤维采用制备例6制得的改性石墨纤维。

实施例12

本实施例与实施例6的区别在于：改性石墨纤维采用制备例7制得的改性石墨纤维。

实施例13

本实施例与实施例6的区别在于：将改性石墨纤维替换为石墨纤维。

对比例

对比例1

采用四川得阳科技有限公司生产的PPS，牌号为HB，挤出级。

对比例2

本对比例与实施例3的区别在于：本对比例中无刚性粒子。

对比例3

本对比例与实施例3的区别在于：本对比例中无聚酰亚胺。

表1

性能检测试验

试验方法

1、采用GB/T9352-2008的方法对各实施例、对比例2、对比例3制得的PPS组合物和对比例1采用的PPS进行试片的制备，制备过程中工艺条件如下：

(1)颗粒料的干燥条件：120℃，8小时；

(2)模塑：采用溢料式模具，预热130℃在3MPa下进行预压5min，之后在320℃、15MPa下进行全压2min；

(3)冷却：采用B方法冷却，脱模温度30℃，得到厚度4mm的试片。

2、采用GB/T1843-2008的试验方法，从各实施例、对比例2、对比例3制得的PPS组合物和对比例1采用的PPS制得的试片上取样，进行悬臂梁冲击强度的测定，缺口为A型，摆锤能量为2.75J，试验结果详见表2。

3、采用GB/T1040.2-2006的试验方法，从各实施例、对比例2、对比例3制得的PPS组合物和对比例1采用的PPS制得的试片上取样，进行拉伸强度的测定，拉伸速度为50mm/min，试验结果详见表2。

表2

结合实施例3和对比例1并结合表2可以看出，实施例3制得的PPS组合物与对比例1采用的PPS相比，添加了无机刚性粒子和聚酰亚胺，由试验结果来看，实施例3制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度是对比例1采用的PPS的悬臂梁冲击强度的5.3倍，体现出实施例3制得的PPS组合物具有更好的抗冲击性能。

分析原因在于：无机刚性粒子与聚酰亚胺结合后与PPS共混，无机刚性粒子携带聚酰亚胺分散在PPS组合物内部，含有刚性粒子的部位易引发局部应力状态的改变，当受到外力冲击时，刚性粒子处吸引外力引发大量银纹，聚酰亚胺位于刚性粒子附近，由于聚酰亚胺具有弹性，聚酰亚胺不仅可以将外力产生的冲击能量吸收，还可以在能量吸收后恢复原状，等待下一次冲击能量的吸收，在无机刚性粒子和聚酰亚胺协同作用下，冲击力对PPS的破坏有较大程度的减弱，体现了无机刚性粒子和聚酰亚胺添加后与PPS共混制得的PPS组合物具有较好的抗冲击性能，可以在光伏组件中广泛应用。

结合实施例3、对比例1、对比例2、对比例3并结合表2可以看出，与对比例1采用的PPS相比，实施例3制得的PPS组合物添加了无机刚性粒子和聚酰亚胺，对比例2仅添加了聚酰亚胺，对比例3仅添加了无机刚性粒子，由试验结果来看，实施例3制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度是对比例1采用的PPS的悬臂梁冲击强度的5.3倍，对比例2制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度是对比例1采用的PPS的悬臂梁冲击强度的2.1倍，对比例3制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度是对比例1采用的PPS的悬臂梁冲击强度的2.3倍，体现了只有无机刚性粒子和聚酰胺同时添加并且协同作用时，才具有明显地提高PPS的抗冲击性能的作用，制得的PPS组合物具有更高的抗冲击性能，能够在光伏组件中广泛应用。

结合实施例3、实施例7、实施例8并结合表2可以看出，实施例3制得的PPS组合物中无机刚性粒子的粒径为100nm，实施例7采用的无机刚性粒子的粒径为30nm，实施例8采用的无机刚性粒子的粒径为300nm，当无机刚性粒子的粒径过小时，易团聚，导致PPS组合物产生过度应力集中的情况；无机刚性粒子粒径过大时，表面缺陷又较多，与聚酰亚胺结合性差，二者均不利于PPS组合物抗冲击性能的增强。由试验结果来看，与实施例3制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度相比，实施例7制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度降低了8.9KJ/m²，实施例8制得的PPS组合物的悬臂梁冲击强度降低了9.7KJ/m²，体现了对无机刚性粒子的限制可以提高PPS组合物的抗冲击性能。

结合实施例3、实施例6和对比例1并结合表2可以看出，与对比例1相比，实施例3制得的PPS组合物中添加了无机刚性粒子和聚酰亚胺，实施例6制得的PPS组合物中添加了无机刚性粒子、聚酰亚胺和改性石墨纤维，由试验结果来看，实施例3制得的PPS组合物的拉伸强度比对比例1采用的PPS的拉伸强度有所降低，而实施例6制得的PPS组合物的拉伸强度比对比例1采用的PPS的拉伸强度高，且实施例6制得的PPS组合物的拉伸强度是对比例1采用的PPS的拉伸强度的3.3倍，体现了改性石墨纤维的添加对PPS组合物拉伸强度的增强作用。

分析原因在于：无机刚性粒子与聚酰亚胺的添加对PPS组合物的拉伸强度有所降低，而加入改性石墨纤维后，改性石墨纤维粘附在聚酰亚胺表面，对聚酰亚胺和PPS的界面进行连接，提高了聚酰亚胺和PPS的连接强度，且改性石墨纤维分散在各结构之间，对PPS组合物整体进行增强，从而提高了PPS组合物的拉伸强度，使得PPS在光伏组件中广泛应用。

结合实施例3、6、9、10、11、12可以看出，实施例6、9、10、11、12分别采用了不同制备例制得的改性石墨纤维，由试验结果来看，实施例6制得的PPS组合物具有最好的拉伸强度，体现了制备例2的方法制得的改性石墨纤维才能更好地与PPS、聚酰亚胺紧密结合，提高PPS组合物的拉伸强度。

分析原因在于：采用制备例2的方法时，先对石墨纤维进行清洗，清除石墨纤维表面的杂质，然后对石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理，增加了石墨纤维的表面粗糙度，提高了后续四针状氧化锌晶须与石墨纤维的结合强度，四针状氧化锌晶须与石墨纤维结合形成类似树枝状的结构，增大了最终形成的改性石墨纤维与其他原料结构的接触面积，从而提高了改性石墨纤维与各原料之间的连接强度，进而提高了PPS组合物的拉伸强度，使得PPS在光伏组件中广泛应用。

结合实施例3、6、13可以看出，实施例13采用了常规的石墨纤维，而实施例6采用了制备例2制得的改性石墨纤维，由试验结果来看，实施例13制得的PPS组合物的拉伸强度仅为实施例3制得的PPS组合物的拉伸强度的1.6倍，而实施例6制得的PPS组合物的拉伸强度为实施例3制得的PPS组合物的拉伸强度的3.4倍，体现了本申请采用的改性石墨纤维对提高PPS组合物的拉伸强度、使得PPS在光伏组件中广泛应用的作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种光伏组件用高强度PPS组合物，其特征在于：包括以下重量份的原料：

100份PPS；

10～18份无机刚性粒子；

13～20份聚酰亚胺；

所述PPS组合物还包括16～21重量份的改性石墨纤维；

所述改性石墨纤维的制备方法为：

A1、取石墨纤维，用丙酮对石墨纤维表面进行清洗；

A2、对清洗后的石墨纤维进行连续阳极氧化表面处理，以质量浓度为5%的磷酸二氢铵溶液作为电解质；

A3、对A2中处理后的石墨纤维表面粘附四针状氧化锌晶须，石墨纤维与四针状氧化锌晶须的重量份之比为4：（2～3），经水洗、干燥后即可制得改性石墨纤维。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用高强度PPS组合物，其特征在于：所述PPS组合物包括以下重量份的原料：

100份PPS；

12～15份无机刚性粒子；

15～18份聚酰亚胺；

16～21份改性石墨纤维。

3.根据权利要求1所述的一种光伏组件用高强度PPS组合物，其特征在于：所述无机刚性粒子为滑石粉、云母粉、钛白粉、高岭土、硅灰石、碳酸钙和玻璃微珠中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种光伏组件用高强度PPS组合物，其特征在于：所述无机刚性粒子的粒径为50～200nm。

5.权利要求1-4任一项所述的一种光伏组件用高强度PPS组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、按照配比取聚酰亚胺、无机刚性粒子和改性石墨纤维混合均匀，软化聚酰亚胺，使无机刚性粒子、改性石墨纤维与聚酰亚胺粘接，得到混合物；

S2、按照配比取PPS与S1制得的混合物混合均匀，在290～310℃条件下熔融共混，挤出造粒，制得PPS组合物。