CN113614929A - 封装材料 - Google Patents
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Abstract
一种用于光伏模块的外壳材料(108),包括多个纤维和粉末涂料(104),其中粉末涂料(104)包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂,其中粉末涂料(104)的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
Description
技术领域
本发明涉及纤维增强塑料领域,特别涉及其作为用于光伏模块的封装材料的应用。
背景技术
在市场上广为人知并广泛使用的常规光伏板通常采用玻璃、金属和诸如EVA箔的聚合物箔作为光伏模块的封装材料。这些材料适用于保护封装的光伏模块免受诸如风化、潮湿和冰雹的环境影响,以保证整个系统的预期寿命。例如在以下出版物中描述了此类太阳能电池板:Thomas Dittrich(德国柏林亥姆霍兹材料与能源中心(Helmholtz CenterBerlin for Materials and Energy)):太阳能电池材料概念(Materials Concepts forSolar Cells),第2版,2018年4月;Xiaodong Wang,Zhiming M.Wang(物理、材料和器件(Physics,Materials,and Devices)):高效太阳能电池(High-Efficiency Solar Cells),2013年11月;Soteris Kalogirou(基础和应用(Fundamentals and Applications)):McEvoy光伏手册(McEvoy's Handbook of Photovoltaics),第3版,2017年9月;AngeleReinders、Pierre Verlinden、Wilfried van Sark、Alexandre Freundlich:光伏太阳能:从基础到应用(Photovoltaic Solar Energy:From Fundamentals to Applications),2017年2月;Gavin Conibeer、Arthur Willoughby:太阳能电池材料:发展中的技术(Solarcell materials:developing technologies),2014年。
EP 2863443 B1公开了纤维增强塑料作为用于PV模块的替代封装材料,并公开了一种包括至少一个太阳能电池的光伏板,该太阳能电池至少在其朝向光的一侧和背对光的相对侧覆盖有透明复合材料,该透明复合材料是基于含有环氧基团的丙烯酸酯并以玻璃纤维增强的塑料。
CN106299000A公开了一种用于光伏模块的封装材料,包括30-50重量份的通过编织纤维材料而获得的纤维布和50-70重量份的丙烯酸粉末涂料,包括丙烯酸树脂、固化剂和添加剂,其中丙烯酸粉末涂料均匀地涂覆在纤维布上。进一步地,公开了一种制备用于PV模块的封装材料的方法。
CN106283677A公开了一种用于光伏模块的封装材料,包括30-50重量份的通过编织纤维材料而获得的纤维布和50-70重量份的超耐候聚酯粉末涂料,包括超耐候聚酯树脂和固化剂,其中超耐候聚酯粉末涂料均匀涂覆在纤维布上。进一步地,公开了一种制备用于PV模块的封装材料的方法。
以下专利申请给出了进一步的信息:CN108133973A、CN10801018723A、CN108022989A、WO2018076525A21、WO2018076524A1、WO2017140002A1。
发明内容
对封装材料的技术要求不限于模块本身的长期保护。诸如电绝缘性、耐候性、紫外线稳定性、化学品耐性、透明度、易于生产、生态友好性、柔韧性、经济效率、着色性和重量轻等特性是封装材料的非常理想的特性。虽然这些特性中的诸如耐候性和透明度的某些特性可以通过传统的封装实现,但其他特性,特别是柔韧性、重量轻和着色性以及长期稳定性无法通过常规PV板实现。
基于粉末涂料用丙烯酸树脂和产生的纤维增强塑料的封装材料(也称为外壳材料)一方面具有出色的耐候性和抗紫外线能力,但另一方面价格高、机械性能差并且与其他粉末涂料的不相容性,导致在生产和应用过程中需要严格分离,限制了它们的应用。此外,丙烯酸粉末涂料组合物的良好着色难以实现。
基于聚酯粉末涂料和所产生的纤维增强塑料材料的封装材料提供了良好甚至出色的紫外线稳定性,然而,通常需要较高的固化温度,从而导致光伏板生产过程中的能源需求增加。此外,聚酯基粉末涂料系统通常表现出较高的熔化/软化粘度,这使得封装材料的制备变得困难。由于聚酯粉末涂料的高粘度,可能会出现纤维布浸渍不足的情况。
鉴于上述情况,仍然需要能够提供具有改进的特性的封装材料的改进的技术。
根据独立权利要求的主题可以满足这种需要。本文公开的主题的有利实施例通过从属权利要求来描述。
根据本文公开的主题的第一方面,提供一种用于光伏模块的外壳材料。
根据第一方面的实施例,提供一种用于光伏模块的外壳材料,包括多个纤维和粉末涂料,其中该粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;并且其中(未固化的)粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min(K/min=开尔文每分钟)的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃(℃=摄氏度),特别地至少40℃,进一步特别地至少45℃,并且进一步特别地至少50℃。
根据本文公开的主题的第二方面,提供一种光伏模块。
根据第二方面的实施例,光伏模块包括根据第一方面或其实施例的外壳材料。
根据本文公开的主题的第三方面,提供了用于制造光伏电池的纤维增强外壳材料的粉末涂料的使用。
根据第三方面的实施例,提供了用于制造光伏电池的纤维增强外壳材料的粉末涂料的使用,其中粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eg之间的环氧树脂;并且其中(未固化的)粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
根据本文公开的主题的第四方面,提供一种制造光伏模块的方法。
根据第四方面的实施例,提供一种制造光伏模块的方法,该方法包括:提供多个纤维;用粉末涂料浸渍多个纤维;其中粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eg之间的环氧树脂,并且其中(未固化的)环氧树脂的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
根据本文公开的主题的第五方面,提供一种粉末涂料。
根据第五方面的实施例,提供一种用于浸渍多个纤维的粉末涂料,该粉末涂料包括:环氧当量在150g/eq至1800g/eg之间的环氧树脂;其中(未固化的)粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃,特别地至少40℃,并且进一步特别地至少50℃。
示例性实施例的描述
在下文中,描述了本文公开的主题的示例性实施例,其任意数量的任意组合可以在本文公开的主题的多个方面的实施方式中实现。
还应注意的是,在适用及未另外明确指出的情况下,本文提供的任何百分比应视为重量百分比,并应视为基于全部(整个)粉末涂料(即,基于全部粉末涂料的重量)。对此,诸如“关于”、“基于”、“对于”之类的术语在本文中被认为是同义词。重量百分比在某些情况下缩写为“wt%”(重量百分比(或重量%)。本文使用的其他缩写为:微米=μm;毫米=mm;小时=h;分钟=min;秒=s;开尔文=K;摄氏度=℃;紫外线辐射=UV或UV辐射。
还应注意的是,“用线型酚醛清漆(Novolac)改性的环氧树脂”、“线型酚醛清漆改性的环氧树脂”、“酚醛清漆(Novolak)基环氧树脂”和“酚醛清漆环氧树脂”在本文中被认为是同义词。此外,像“线型酚醛清漆”和“酚醛清漆”的术语在本文中被认为是同义词。
应进一步注意的是,根据实施例,术语“不包含/不含有/不包括”包括“没有”的意思。
还应注意的是,如果没有另外说明,本文中提及的玻璃化转变温度Tg应被视为指的是未固化材料的玻璃化转变温度。根据实施例,材料的玻璃化转变温度(Tg)在加热和冷却速率为20K/min的情况下通过差示扫描量热法(DSC)测量确定。根据进一步的实施例,首先将材料从25℃加热到80℃,温度保持1分钟,冷却至20℃(20K/min),并且温度再次保持1分钟。在第二步骤中,将材料加热至130℃,用于测定Tg(20K/min)。Tg是通过评估吸热步骤的起始点来确定的。
根据实施例,玻璃化转变温度根据ISO 11357-2(NETZSCH,DSC 204F1 Phoenix)来测量。
在本技术的上下文中,术语“约”与数值组合特别地表示在给定值的正负10%的范围内。例如,“约6μm”优选地指在5.4μm至6.6μm的范围内。
此外应注意的是,本文中在某些实施例中针对相同量规定的任意重叠范围(例如,对于Tg:范围1=在40℃和60℃之间,并且范围2=在50℃和70℃之间)应特别被限定成:还可从指定的边界推导出任意部分范围或组合范围(即在给定的示例中“在40℃和60℃之间”、“在40℃和50℃之间”、“在40℃和70℃之间”、“在50℃和60℃之间”、“在50℃和70℃之间”、“在60℃和70℃之间”等)。这适用于重叠的封闭范围(如示例中给出的)、重叠的开放范围(例如至少50℃、至少60℃,因此也包括50℃和60℃之间的范围)以及一个或多个开放范围与一个或多个封闭范围重叠。
在本技术的上下文中,术语“羟基数”或羟基值(HV)是优选地被定义为中和一克含有游离羟基的化学物质在乙酰化过程中所吸收的乙酸所需的氢氧化钾的毫克(mg)数。羟基值是化学物质中游离羟基含量的量度,通常以相当于一克化学物质的羟基含量的单位为毫克的氢氧化钾(KOH)的质量单位表示。根据实施例,用于确定羟值的分析方法优选地包括在有机溶剂中对物质的游离羟基进行乙酰化。反应完成后,加入水,并且剩余未反应的乙酰化试剂,优选地是乙酸酐,被水解并通过氢氧化钾滴定来测量。
在本技术的上下文下,术语“酸量”或酸值(AV)优选地被定义为中和一克化学物质所需的单位为毫克的氢氧化钾(KOH)的质量。酸值是化合物(例如脂肪酸)或化合物混合物中的羧酸基团的量的量度。根据实施例,用已知浓度的氢氧化钾(KOH)溶液和酚酞作为颜色指示剂对溶解在有机溶剂中的已知量的样品进行滴定。
根据实施例,一种用于光伏模块的外壳材料包括多个纤维和粉末涂料,其中粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂,并且其中粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
因此,一种制造光伏模块的方法包括:提供多个纤维;用粉末涂料浸渍多个纤维;其中粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eg之间的环氧树脂;并且其中环氧树脂的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
根据实施例,多个纤维形成纤维布。
因此,用于制造光伏电池的纤维增强外壳材料的粉末涂料的使用包括使用包括环氧当量在150g/eq至1800g/eg之间的环氧树脂的粉末涂料,并且粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
因此,用于浸渍多个纤维的粉末涂料包括:环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;其中粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
通常在本文中,如果没有另外说明,玻璃化转变温度是在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量的。根据实施例,粉末涂料的玻璃化转变温度至少为30℃,特别地至少40℃,或者,在另一实施例中至少为50℃。根据进一步的实施例,玻璃化转变温度取自制造商的说明书。
本文所使用的粉末涂料是一种适合以粉末形式施用的涂料,即作为可以通过喷枪、通过针辊、通过波纹(rippling)或通过非冲击印刷(例如激光印刷)或通过任意其他合适的方法而施用的许多颗粒。粉末涂料的非冲击印刷可以根据WO2018/167015、WO2018/166998、WO2018/167012、WO2018167000、WO2018/167020、WO2018/167004、WO2018/167007和WO2018/167009中任一项所述地执行。
根据实施例,通常在本文中任意组分,例如外壳材料的组分,可以包括单一类型的组分或至少两种类型的组分的混合物。例如,环氧树脂可以由单一类型的环氧树脂组成,或者可以包括或由两种或更多种类型的环氧树脂组成。
环氧树脂
根据实施例,环氧树脂的环氧当量(EEW)在150g/eq至1800g/eg之间,特别地在200g/eq至800g/eq之间,例如在400g/eq至700g/eq之间,或者,在进一步的实施例中,在450g/eq至650g/eq之间。关于EEW的信息(以及在相应实施例中另外关于玻璃化转变温度、熔化点和/或软化点的信息)通常由环氧树脂的制造商提供。
根据进一步的实施例,环氧当量(EEW)定义为含有一(1)摩尔环氧基团的化合物或化合物混合物的质量。高EEW意味着样品中环氧基团的含量低。EEW通常由环氧树脂的制造商提供。
根据进一步的实施例,环氧树脂的玻璃化转变温度高于30℃,特别地高于40℃,并且进一步特别地高于50℃。
根据实施例,环氧树脂选自双酚环氧树脂、多酚环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化环氧树脂、氢化双酚环氧树脂、氢化多酚环氧树脂、卤化双酚环氧树脂、卤化多酚环氧树脂、例如脂环族环氧树脂的脂肪族环氧树脂、及其混合物。这些环氧树脂可提供较高的耐化学品性和高耐水解性。这可以保护光伏模块免于水分渗透并且可以提供长期持久的潮湿环境。进一步地,这些环氧树脂提供良好的机械性能,特别是良好的柔韧性、耐腐蚀性,以及良好的粘合性。良好的粘合性有助于多个层的层压过程并可提供良好的层间粘合。进一步地,这些环氧树脂在较宽的温度范围内提供优异的电绝缘性,以及良好的耐温性。此外,这些环氧树脂可以适合于实现如本文所述的对粉末涂料的详细说明。双酚环氧树脂、氢化双酚环氧树脂和卤化双酚环氧树脂优选地具有聚醚主链。
根据实施例,环氧树脂占粉末涂料总重量的至少1wt%。根据进一步的实施例,环氧树脂占粉末涂料的总重量的至少10wt%,特别地至少20wt%,特别地至少30wt%,特别地至少50wt%,并且进一步特别地至少60wt%。
根据实施例,环氧树脂占粉末涂料总重量的25wt%以上。
根据进一步的实施例,环氧树脂占粉末涂料的总重量的至少28wt%,特别地至少30wt%,特别地至少33wt%,特别地至少35wt%,并且进一步特别地至少40wt%。
根据实施例,环氧树脂是固体环氧树脂。
根据实施例,环氧树脂是热固性树脂。
根据实施例,环氧树脂的重均分子量Mw在700Da至30000Da之间,特别地在1000Da至15000Da之间,进一步特别地在1500Da至10000Da之间,并且进一步特别地在2000Da至5000Da之间(1Da=1g/mol)。
根据实施例,环氧树脂具有聚醚主链,其中具有聚醚主链的树脂定义为在聚合物主链内具有至少两个醚官能团。
根据进一步的实施例,环氧树脂包括酚醛清漆改性环氧树脂。
根据进一步的实施例,酚醛清漆改性环氧树脂是通常由酚醛清漆树脂和环氧氯丙烷制造的环氧树脂。
根据实施例,具有聚醚主链的环氧树脂显示出特别有利的特性,例如良好的机械性能,特别是良好的柔韧性、耐腐蚀性以及良好的粘合性。良好的粘合性有助于多个层的层压过程并可提供良好的层间粘合。进一步地,具有聚合物主链的环氧树脂在较宽的温度范围内提供优异的电绝缘性以及良好的耐温性。此外,这些具有聚醚主链的环氧树脂可适用于实现本文所述的对粉末涂料的详细说明。
根据进一步的实施例,酚醛清漆改性环氧树脂表现出特别有利的特性,例如良好的机械性能、特别是良好的柔韧性,耐腐蚀性以及良好的粘合性。良好的粘合性有助于多个层的层压过程并可提供良好的层间粘合。进一步地,酚醛清漆改性环氧树脂在较宽的温度范围内提供优异的电绝缘特性,以及良好的耐温性。此外,这些酚醛清漆改性环氧树脂可适用于实现本文所述的对粉末涂料的详细说明。
根据实施例,环氧树脂不包括任何丙烯酸单体和/或丙烯酸聚合物主链。
根据进一步的实施例,环氧树脂不含丙烯酸树脂。
根据进一步的实施例,环氧树脂基本上不含丙烯酸树脂。
根据进一步的实施例,环氧树脂不含氢化环氧树脂。
根据进一步的实施例,环氧树脂基本上不含氢化环氧树脂。
根据进一步的实施例,环氧树脂的软化温度(软化点)介于60℃和160℃之间,例如在70℃和130℃之间,并且更优选地在70℃和110℃之间,特别优选地在70℃和100℃之间(例如,根据供应商说明书或如本文所定义的-参见软化点和粘度的定义)。
根据进一步的实施例,环氧树脂包括氢化环氧树脂。
根据进一步的实施例,氢化环氧树脂具有在400-800g/eq(例如600-750g/eq或550-650g/eg)之间的EEW和/或在70-110℃之间(例如78-88℃或85-100℃)的软化点。
氢化环氧树脂可显著提高外壳材料的耐候性、紫外线稳定性和耐光性。示例性地,可以采用如WO 2001/092367中公开的环氧树脂。根据实施例,环氧树脂仅由氢化环氧树脂组成。
根据进一步的实施例,环氧树脂是双酚A(4-[2-(4-羟苯基)丙烷-2-基]苯酚,BPA)和/或双酚F(4,4'-亚甲基双酚,BPF)与环氧氯丙烷的反应产物。双酚基环氧树脂可至少部分或完全氢化。示例性地,环氧树脂可基于氢化BPA(4,4'-异亚丙基双环己醇(4,4'-Isopropylidenedicyclohexanol))和环氧氯丙烷的加成产物。本领域已知的基于双酚化合物及其至少部分氢化衍生物的其他环氧树脂也在本文公开的主题的范围内。双酚基环氧树脂优选地具有聚醚主链。
根据另一实施例,可以使用可以是酚醛清漆和环氧氯丙烷的反应产物的酚醛清漆环氧树脂。酚醛清漆树脂可通过酚类化合物与甲醛反应生成。可用于合成酚醛清漆的示例性酚类化合物是苯酚、甲酚、二甲苯酚、间苯二酚、萘酚及其混合物。基于其他酚类化合物的酚醛清漆也在本文公开的主题的范围内。使用酚醛清漆基环氧树脂可以增加交联密度,因此也可以增加外壳材料的化学稳定性。
根据实施例,环氧树脂还可以由至少两种环氧树脂的混合物组成。在这种情况下,环氧树脂的环氧当量(EEW)确定为环氧树脂的EEW的算术平均值。例如,由EEW为400g/eq的环氧树脂A和EEW为600g/eq的环氧树脂B的3:1混合物(按重量计)组成的环氧树脂的EEW可按以下方式计算:(0.75*EEW(A)+0.25*EEW(B)=(0.75*400g/eq+0.25*600g/eq)=450g/eq。
示例性的市售环氧树脂列出如下:由陶氏化学/奥林公司(Dow Chemical/Olin)提供的D.E.R.环氧树脂(例如:D.E.R.662E、D.E.R.671),由亨斯迈先进材料公司(HuntsmanAdvanced Materials)提供的Araldite环氧树脂(例如:Araldite GT6248、Araldite GT7071、Araldite GT 7072、Araldite GT 6071),由SIR工业(Sir Industriale)提供的Eposir环氧树脂(例如:Eposir 7161、Eposir 7165、Eposir 7167PG),由国都化工(KukdoChemical)提供的Kukdo环氧树脂(例如:YD-012、KD-211E、KD-211G、KD-242GHF、EPOXY ST-5080、Epoxy ST 4100D)。市售氢化环氧树脂的一个示例是Kukdo ST-5080。
作为市售的线型酚醛清漆改性环氧树脂,可以使用例如:Araldite GT 7220(Huntsman)、AralditeGT 6259(Huntsman)、D.E.R.642U(Dow)、KD-211D(Kukdo)或KD-211H(Kukdo)。酚醛清漆环氧树脂环氧树脂的商业示例为:Araldite ECN 1299、AralditeGY280、D.E.N.438、D.E.N.439、Quatrex 1010。
根据实施例,环氧树脂是至少两种不同的环氧树脂的混合物。
上面列出的和本文提供的示例不应被视为强制性限制。任何符合给出的详细说明的合适的环氧树脂都包括在本文公开的主题的范围内。
聚酯
根据实施例,粉末涂料进一步包括聚酯树脂,特别地其中聚酯树脂的玻璃化转变温度为至少30℃。根据进一步的实施例,聚酯树脂的玻璃化转变温度为至少40℃并且进一步特别地至少50℃。根据进一步的实施例,聚酯树脂是无定形的或至少部分无定形的。
根据进一步的实施例,聚酯树脂的重均分子量(Mw)在1000Da和30000Da之间的范围内,特别地在2000Da和25000Da之间的范围内,进一步特别地在3000Da和20000Da之间的范围内,进一步特别地在4000Da和15000Da之间的范围内,并且进一步特别地在5000Da和12000Da之间的范围内。
根据实施例,聚酯树脂包括羟基和/或羧基。根据进一步的实施例,聚酯树脂的羟值在10mg KOH/g和300mg KOH/g之间,并且/或者聚酯树脂的羧值在5mg KOH/g和100mgKOH/g之间。
在本文中,术语“聚酯”和“聚酯树脂”作为同义词使用。包括官能团的聚酯树脂可以提供与其他组分(固化剂、环氧树脂等)的交联,特别是与环氧树脂的交联。聚酯树脂可以增加外壳材料的化学稳定性、水解稳定性、耐候性等。
根据实施例,粉末涂料包括聚酯树脂,其中聚酯树脂的玻璃化转变温度为至少30℃,特别地至少40℃,进一步特别地至少50℃,并且其中聚酯树脂优选地包括无定形树脂部分。
根据实施例,聚酯树脂是无定形的。根据进一步的实施例,聚酯树脂是固体聚酯树脂。
根据实施例,聚酯树脂的软化温度在60℃和160℃之间,优选地在70℃和150℃之间,并且更优选地在70℃和130℃之间(例如,根据供应商的说明书)。
根据实施例,粉末涂料包括一种以上的聚酯树脂,例如:两种或三种聚酯树脂。在使用一种以上的聚酯树脂的情况下,聚酯树脂的羟值(HV)和/或酸值(AV)按单个聚酯的算术平均值计算。
根据另一实施例,聚酯树脂包含羟基(OH)和/或羧基(COOH)。因此,醇官能聚酯、酸官能聚酯以及双官能聚酯都在本文公开的主题的范围内。目前优选的是酸官能聚酯。
根据实施例,双官能聚酯树脂定义为具有至少10mg KOH/g,特别地至少15mg KOH/g的HV和AV。
根据进一步的实施例,聚酯树脂的羟值(HV)在10mg KOH/g和300mg KOH/g之间,特别地在15mg KOH/g和200mg KOH/g之间,进一步特别地在20mg KOH/g和100mg KOH/g之间,并且/或者聚酯树脂的酸值(AV)在5mg KOH/g和100mg KOH/g之间,特别地在15mg KOH/g和80mg KOH/g之间,并且进一步特别地在20mg KOH/g和60mg KOH/g之间。
在组合物中存在一种以上的聚酯树脂的情况下,根据实施例,HV和/或AV的算术平均值介于给定的范围内。换句话说,为了符合相应实施例的详细说明,只要所有聚酯树脂的HV和/或AV的算术平均值在特定的范围内,一种聚酯树脂的HV和/或AV也可以在特定的范围之外。例如,聚酯树脂(A)的HV为9mg KOH/g、聚酯树脂(B)的HV为200mg KOH/g的聚酯树脂的1:1混合物(按重量计)的HV通过以下方式计算:0.5*(OH-value(A))+0.5*(OH-value(B))=0.5*9+0.5*200=104.5mg KOH/g。
根据实施例,聚酯树脂的官能团能够与粉末涂料的至少一种其他组分反应,特别是与环氧树脂和/或固化剂(如果存在)反应。
根据实施例,聚酯树脂占粉末涂料总重量的1wt%至80wt%。特别地,根据实施例,聚酯树脂占粉末涂料总重量的3wt%至60wt%,特别地5wt%至50wt%,进一步特别地7wt%至40wt%。
根据另一实施例,粉末涂料是所谓的聚酯环氧混合粉末涂料,或简称为混合粉末涂料。
在本文公开的主题范围内,术语“聚酯环氧混合粉末涂料”和“混合粉末涂料”作为同义词使用。
根据另一实施例,混合粉末涂料包括环氧树脂和聚酯树脂,其重量比在20:80和80:20之间,特别地在25:75和75:25,特别地在30:70和70:30之间,特别地在35:65和65:35之间,进一步特别地在40:60和60:40之间,并且进一步特别地在45:55和55:45之间,例如:33:66或52:48。当然,聚酯树脂和环氧树脂的重量比也可以是50:50。COOH官能聚酯树脂和环氧树脂的组合目前优选地用于混合粉末涂料。
根据另一实施例,混合粉末涂料不包括任何额外的固化剂。换句话说,聚酯树脂的官能团能够与环氧树脂的官能团反应,特别是与环氧树脂的环氧基团反应。
根据另一实施例,混合粉末涂料包含额外的固化剂,例如:异氰酸酯或其衍生物,诸如封闭异氰酸酯、脲二酮和潜伏性异氰酸酯或羟烷基酰胺(所谓的PRIMID)、胺、酸酐、三聚氰胺树脂、聚羧酸或者换句话说包括至少两个羧酸官能团的化合物、TGIC、缩水甘油酯、酚醛树脂、硅化合物和前述固化剂的衍生物。当然,本领域技术人员已知的能够与环氧树脂和/或聚酯树脂的官能团反应的其他固化剂也在本文公开的主题的范围内。
可以使用各种市售的聚酯树脂,因为它们在粉末涂料领域是众所周知的。合适的市售聚酯的示例有:Albester 5651(Albester 5651)、Crylcoat 1544-4(Allnex)、Crylcoat 1606-1(Allnex)、Setapoll LRP 615.22(Allnex)、Crylcoat 8079-0(Allnex)、Uralac P 833(DSM)、Uralac P 800(DSM)、Uralac P 3701(DSM)、Sirales PE 7816(SIRIndustriale)、Sirales PE 8210(SIR Industriale)、Crylcoat 4642-3(Allnex)、Crylcoat 4659-0(Allnex)。
根据另一实施例,粉末涂料不包含任何聚酯树脂。
根据实施例,(半)结晶聚合物粘合剂材料的重均分子量(Mw)通过凝胶渗透色谱法(gel permeation chromatography)确定。作为洗脱液,使用流速为1ml/min的氯仿。分离柱(三根柱,每根8mm×300mm,PSS SDV,5μm,和)的校准是通过窄分布聚苯乙烯标准来完成的,并通过折光率检测器进行检测。
根据实施例,无定形聚合物粘合剂材料的重均分子量(Mw)通过凝胶渗透色谱法来确定。作为洗脱液,使用流速为1ml/min的四氢呋喃。分离柱(两根柱,每根8mm×300mm,PSSSDV,5μm,和)的校准是通过窄分布聚苯乙烯标准来完成的,并通过折光率检测器进行检测。
降粘组分
通常在本文中,术语“粘度“(有时缩写为“visc”)是指以帕斯卡秒(Pas)为单位的动态粘度η,除非另有特别定义,否则与运动粘度无关。
根据实施例,相对于粉末涂料的总重量,粉末涂料所包括的降粘组分至多50wt%,特别地至多30wt%,进一步特别地至多15wt%,进一步特别地至多10wt%。通过添加降粘组分,可以降低粉末涂料的粘度。通过添加降粘组分,还可以降低粉末涂料的最小粘度。以这种方式,可以改善粉末涂料对多个纤维的浸渍。根据实施例,粉末涂料包括(半)结晶粘合剂组分并且其中(半)结晶粘合剂组分包括环氧树脂和/或聚酯树脂。
根据实施例,降粘组分可以选自(半)结晶粘合剂组分(即至少部分结晶的粘合剂组分(或完全结晶的粘合剂组分))、油,特别是蓖麻油或其衍生物、聚乙烯(PE),特别是线性低密度(LLD)PE、聚四氢呋喃(poly-THF)、热塑性弹性体,特别是热塑性聚氨酯(TPU)、聚丙烯,特别是无规聚丙烯、以及前述的化合物的混合物和/或衍生物。根据进一步的实施例,(半)结晶粘合剂组分包括环氧树脂和/或聚酯树脂。根据实施例,降粘组分是丙烯酸低聚物或聚合物,特别是丙烯酸流动剂。
根据实施例,降粘组分的粘度,特别是未固化(半)结晶组分的粘度,在125℃下低于10Pas(Pas=帕斯卡秒),特别地低于5Pas,进一步特别地低于3Pas并且进一步特别地低于2Pas。根据实施例,降粘组分的粘度,特别是未固化(半)结晶组分的粘度,在125℃下在0.1Pas和2Pas之间,特别地在0.3Pas和1.7Pas之间,进一步特别地在0.5和1.5Pas之间,例如在125℃下为1.3Pas。
根据实施例,降粘组分,特别是未固化(半)结晶组分的粘度在125℃下在1.3Pas和1.7Pas之间,例如在125℃下为1.5Pas。根据实施例,(半)结晶组分的粘度是纯组分的粘度。具有如上指定粘度的降粘组分可以显著改善粉末涂料的浸渍性能。
根据实施例,未固化的降粘组分的粘度,特别是(半)结晶组分的粘度,在200℃下低于5Pas,特别地低于4Pas,进一步特别地低于3.5Pas。
例如,根据实施例,降粘组分是由Sir工业(Sir Industriale SpA)提供的6215/F,其在200℃下具有1200mPas至3200mPas(mPas=毫帕斯卡秒)的粘度。根据进一步的实施例,降粘组分是由Sir工业(Sir Industriale SpA)提供的5900,其在125℃下具有1500mPas的粘度。
根据实施例,例如在20K/min的加热速率下由DSC测定的(半)结晶粘合剂组分表现出的最小熔化焓大于或等于20J/g、优选地30J/g,并且更优选地40J/g。在本文公开的主题的上下文中,术语“(半)结晶粘合剂组分”包括术语“结晶粘合剂组分”或“全结晶粘合剂组分”以及术语“半结晶粘合剂组分”。
在本文公开的主题的范围内,(半)结晶粘合剂组分的熔点和熔化焓均通过基于ISO 11357-3的DSC测量来确定。测量是在20K/min的加热速率下进行的。本文所述的熔点和熔化焓值是指标准中规定的峰值熔化温度和熔化焓。
根据实施例,(半)结晶粘合剂组分是(半)结晶树脂,优选地是(半)结晶环氧或聚酯树脂或其混合物。
根据另一实施例,(半)结晶组分可以具有能够与环氧树脂和/或固化剂和/或组合物的其他化合物例如聚酯树脂(如果存在)反应的官能团。然而,非官能(半)结晶粘合剂组分也在本文公开的主题的范围内。官能团可以例如是醇(OH)、有机酸(COOH)和环氧化物。在本发明的优选实施例中,使用(半)结晶OH和/或COOH官能聚酯树脂。优选地,(半)结晶羟基官能聚酯的羟值(HV)介于20mgKOH/g和200mgKOH/g之间,更优选地在25mgKOH/g和150mgKOH/g之间,并且更优选地在30mgKOH/g和100mgKOH/g之间,例如35mgKOH/g-50mgKOH/g。优选地,酸官能(半)结晶聚酯的酸值(AV)在10mgKOH/g和100mgKOH/g之间,优选地在15mgKOH/g和60mgKOH/g之间,更优选地在20mgKOH/g和50mgKOH/g之间,例如28mgKOH/g-36mgKOH/g。根据另一实施例,(半)结晶粘合剂组分是双官能聚酯树脂或者包括双官能聚酯树脂。
根据另一实施例,(半)结晶粘合剂组分的熔点(Mp)在50℃和160℃之间,特别地在70℃和150℃之间,进一步特别地在80℃和140℃之间,更进一步特别地在90℃至130℃之间,并且可以是例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或160℃。
根据实施例,(半)结晶粘合剂组分在125℃下的粘度低于10Pas,优选地低于5Pas,更优选地低于3Pas,更优选地低于2Pas。例如,在125℃下的粘度可以在0.1Pas和8Pas之间,优选地在0.1Pas和4Pas之间,更优选地在0.1Pas和2Pas之间。根据实施例,(半)结晶粘合剂组分在125℃下的粘度在1.3Pas和1.7Pas之间,例如在125℃下为1.5Pas。
根据实施例,(半)结晶粘合剂组分的粘度通过使用锥板法(Brookfield CAP 2000+)来测量。700rpm的转速被持续施加115秒,并根据制造商的说明书使用合适的主轴。
根据实施例,根据ISO 6721-1-11(流变仪,TA仪器,AR 2000EX)测量粘度。
根据另一实施例,降粘组分的粘度根据供应商的说明书来确定。
示例性的市售降粘组分列出如下:CAPA 6506、CAPA 6800(Perstop)、PolyTHF1800和PolyTHF 1800(BASF)、Sirales PE 5900结晶聚酯树脂(SIR lndustriale)、Crylcoat 8079-0结晶聚酯树脂(Allnex)、CAPA 2803(Perstop)、Placel 240(Diacel)、YSLV-80Xy、YSLV-120-TE、YDC-1500结晶环氧树脂(Kukdo chemical)、LUVOTIX R400(Lehmann&Voss&Co)、Oxymelt A-7()、CRAYRLEEVALAC PC(ARKEMA COATINGRESINS)、MOWITAL B 60H(Kuraray Europe)。
固化剂/催化剂/添加剂
根据实施例,粉末涂料进一步包括至少一种固化剂。根据进一步的实施例,该至少一种固化剂的软化点在160℃或以下的温度,例如在150℃或以下的温度。如本领域中已知的和本文中所用的,材料的软化点的特征在于:对于以帕斯卡秒(Pa·s)为单位的粘度η的、以10为底的对数值为6.6(log10η/Pa·s=6.6)(参见例如https://web.mst.edu/~brow/ PDF-viscosity.pdf)。可选地,可以使用制造商的说明书。
根据进一步的实施例,该至少一种固化剂选自异氰酸酯、封闭异氰酸酯、脲二酮和潜伏性异氰酸酯或羟烷基酰胺(所谓的PRIMID)、胺、环氧化物、羧酸和酸酐、羟烷基酰胺、TGIC、丙烯酸缩水甘油酯以及这些组分的两种或两种以上的混合物。当然,本领域技术人员已知的适用于本文所述粉末涂料的其他固化剂也在本申请的范围内。示例性的市售固化剂列出如下:Vestagon B 1400(Evonik)、Vestagon B 1530(Evonik)、Vestagon B 1540(Evonik)、Vestagon EP BF 9030(Evonik)、Crelan NI 2(Covestro)、Crelan UI(Covestro)、Crelan NW 5(Covestro)、Primid XL-552(EMS)、Primid QM 1260(EMS)、Aradur 3082(Huntsman)、Aradur 3088(Huntsman)、Aradur 3261(Huntsman)、Aradur 9506(Huntsman)、Beckopox EH 694(Allnex)、PT 910和PT 912(Huntsman)、PT 810和PT 710(Huntsman)、Epikure 3370(Hexion)、D.E.H.85(DOW)、KD-401(Kukdo)、CYREZ 964 LF/964RPC(Allnex)。
根据实施例,环氧官能团和异氰酸酯官能团的摩尔比在3:1和1:3之间,特别地在2:1和1:2之间,进一步特别地在1.5:1和1:1.5之间。
根据实施例,粉末涂料进一步包括UV吸收剂和/或受阻胺类光稳定剂(HALS化合物)和/或热稳定剂。示例性的市售UV、光和热稳定剂列出如下:CHIMASSORB 944(BASF)、CHINOX 1010(DBC)、Richfos 626(DBC)、CHISORB 519(DBC)、CHISORB T2164(DBC)、HOSTANOX P-EPQ P(Clariant)、IRGAFOS 126(BASF)、TINUVIN 152(BASF)、TINUVIN 328(BASF)、TINUVIN 405(BASF)、TINUVIN 622(BASF)、TINUVIN 928(BASF)。
流动剂的示例性示例是:ALBEMAST 9420(Synthomer)、MODAFLOW POWDER 6000(Allnex)、POWDERMATE 486CFL(Troychemistry)、ADDITOL P891(Allnex)。
根据实施例,粉末涂料进一步包括至少一种催化剂。根据进一步的实施例,该至少一种催化剂选自N-亲核路易斯碱(例如咪唑或咪唑啉)、铵盐、锡化合物、铁化合物、铋化合物和丙二酸盐。根据实施例,该至少一种催化剂选自以下列表:四乙基苯甲酸铵(例如Vestagon EP SC 5050)、乙酰丙酮锡(例如TIB KAT 623)、辛酸锡(例如TIB 620、TIB KAT129、锡(II)辛酸)、辛酸锡-二氧化硅(例如WORLEE-ADD ST 70 100%)、二月桂酸二辛基锡(DOTL,例如TIB KAT 216)、二丁基氧化锡(DBTO,例如TIB KAT 248)、丁基氧化锡(MBTO,例如TIB KAT 256)、羧酸铋、乙酰丙酮铁,丙二酸二乙酯。
粉末涂料(或外壳材料)可进一步包括工艺助剂、脱气剂、填料/填充颜料、着色剂(颜料和染料)、效果颜料、UV和热稳定剂、流动剂、UV吸收剂、光稳定剂(例如HALS)、弹性体、工艺稳定剂以及粉末涂料领域技术人员已知的其他添加剂。可商购的流动剂和脱气剂的示例性实例是:ALBEMAST 9420(Synthomer)、MODAFLOW POWDER 6000(Allnex)、POWDERMATE486CFL(Troy Chemical)、ADDITOL P891(Allnex)、POWDERMATE 542DG(Troy)、WORLEE ADD902()。
纤维
根据实施例,多个纤维形成织物,例如织造织物或非织造织物。织造织物也可称为纤维布。根据实施例,多个纤维限定了穿过多个纤维的最大间隙(例如织造或非织造织物的网眼尺寸)。多个纤维之间的该最大间隙至少特别限定了多个纤维将允许通过的粉末颗粒的最大尺寸。
根据实施例,多个纤维中的纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳族纤维或任意其他合适类型的纤维,或它们的混合物。目前特别优选的是玻璃纤维。
粒度分布
根据实施例,粉末涂料的粒度分布d(50)>40μm;并且d(90)>100μm(μm=微米)。在本文中并且众所周知地,d(x)的具体值(在上述示例中x=50或x=90)表示粉末涂料的颗粒的量x%。例如,d(50)>40μm表示粉末涂料中50%的颗粒大于40μm。
根据实施例,平均粒度d(50)大于10μm,例如大于25μm或大于40μm。
根据实施例,粉末涂料的最大粒径(最大切块(top cut))小于200μm或大于200μm。根据进一步的实施例,粉末涂料的最大粒径小于800μm,特别地小于650μm,小于500μm,或者在另外进一步的实施例中,小于400μm,特别地小于300μm。
根据进一步的实施例,粒度分布的d(50)值大于50μm,进一步特别地大于60μm。进一步地,在实施例中,粒度分布的d(90)值大于150μm。根据进一步的实施例,d(50)值小于220μm并且d(90)值小于450μm。
相对较小的粒度分布提高了浸渍过程的效率。一方面,相对少量的小颗粒防止大量粉末涂料穿过多个纤维。另一方面,相对较小的最大粒径提供了用软化的粉末涂料浸渍多个纤维所需的相对较小的时间段,即相对短的浸渍时间。
根据实施例,与常规粉末涂料相比,根据本文公开的主题的实施例的粉末涂料研磨得更粗。进一步地,根据实施例,与常规粉末涂料相比,细颗粒的量更小。如果过多的粉末涂料在浸渍过程中穿过多个纤维,则可能粘在多个纤维的传送装置上。进一步地,粗颗粒的量和最大切块的量比传统粉末涂料大。
施加粉末
根据实施例,粉末涂料通过常规喷枪,或者在其他实施例中通过针辊、通过波纹或通过非冲击印刷(例如激光印刷)或通过本领域已知的任意其他合适的方法施加(特别地均匀地施加)到多个纤维上。
根据实施例,粉末涂料均匀地分布到多个纤维上,或者换句话说,施加到多个纤维的单位面积(例如1cm2或1m2)上的粉末涂料的重量基本恒定。
根据实施例,粉末涂料以100g/m2和600g/m2之间、特别地200g/m2和500g/m2之间、进一步特别地250g/m2和400g/m2之间、并且进一步特别地260g/m2和360g/m2之间的量施加到多个纤维。施加到多个纤维的粉末涂料的理想量取决于各种因素,例如粉末涂料的密度、粉末涂料的组成、纤维的类型、筛孔尺寸、所需的施加以及粉末涂料的施加方法。对于本领域技术人员来说,改变并由此优化施加到多个纤维上的粉末涂料的量是常规做法。
浸渍
根据进一步的实施例,浸渍(粉末涂料与多个纤维的热结合)包括软化粉末涂料以提供初始粉末颗粒的聚结并用软化的粉末涂料浸渍多个纤维。根据实施例,粉末被加热到浸渍温度,特别地其中浸渍温度高于玻璃化转变温度Tg(粘度η=1012Pas),或者在另一实施例中,浸渍温度高于软化点(粘度η=106.6Pas)。根据实施例,浸渍温度是粉末涂料足够软以流入多个纤维并由此浸渍多个纤维的温度,特别地其中流体是粘性流体。根据实施例,浸渍温度在80℃和160℃之间。根据进一步的实施例,浸渍温度在95℃和150℃之间,特别地在100℃和145℃之间。目前,浸渍温度在100℃和140℃之间是特别优选的。
根据实施例,在多个纤维的浸渍期间不发生实质的固化反应。
根据进一步的实施例,硬化温度(固化温度)高于150℃,特别地高于160℃,并且进一步特别地高于170℃,并且例如在160℃和220℃之间或150℃和185℃之间。
根据实施例,用粉末涂料浸渍多个纤维包括向粉末涂料和多个纤维施加升高的温度(例如如上所述)和/或压力。
根据进一步的实施例,对粉末涂料进行固化包括向粉末涂料施加升高的温度(例如如上所述)和/或压力和/或电磁辐射,特别是UV辐射和/或电子束(EB)辐射。
根据实施例,制造光伏模块包括将粉末涂料作为具有多个粉末颗粒的粉末来施加,其中浸渍包括加热粉末涂料,以便软化粉末涂料,提供粉末颗粒的聚结,并且用软化的粉末涂料浸渍多个纤维。
根据实施例,粉末涂料的圆片流长度(pill flow length)在30mm和300mm之间,特别地在50mm和200mm之间,进一步特别地在80mm和160mm之间,并且进一步特别地在110mm和140mm之间,并且其中圆片流长度通过以下方法确定:
(i)以20千牛顿的力持续至少5秒将0.75克粉末涂料压成直径为13mm的圆柱形圆片;
(ii)在室温下将粉末涂料圆片置于金属板上;
(iii)将带有圆片的金属板放入预热至潜在浸渍温度(例如:140℃)的炉中,并且如果树脂包含丙烯酸树脂组分,则将金属板上的圆片在水平位置回火半分钟,如果树脂不含丙烯酸树脂组分,则回火一分钟;
(iv)将金属板倾斜至65度的向下流动角度,并在潜在浸渍温度(例如140℃)下将金属板保持在该位置10分钟;
(v)将金属板从炉内取出,在水平位置冷却金属板和粉末涂料,测量金属板上的圆片的最大长度,并将该最大长度作为圆片流长度。
根据实施例,降粘组分(即结晶或半结晶粘合剂组分)的熔化温度低于浸渍温度。换句话说,在浸渍温度下,降粘组分处于液态,从而降低了整个粉末涂料的粘度。这可以改善用粉末涂料对多个纤维的浸渍。然而,粉末涂料的粒度分布也对多个纤维的浸渍产生影响。
根据实施例,浸渍温度在100℃和140℃之间。为了提供对多个纤维的彻底浸渍,粉末涂料在浸渍温度下不会出现实质上的硬化。根据实施例,粉末涂料的固化在低于200℃的温度下例如在压力中进行。
根据实施例,未固化的粉末涂料在140℃下的(动态)粘度介于5帕斯卡秒(Pas)和10.000Pas之间的范围内,特别地在7Pas和5000Pas之间,并且进一步特别地在10Pas和3000Pas之间的范围内。根据实施例,在这种情况下的粘度如本文所述地通过如下方式来确定:将粉末涂料从室温以每分钟5开尔文的加热速率加热到140℃以上,例如加热到至少180℃和/或达到粉末涂料发生固化的温度。
根据实施例,未固化的粉末涂料在140℃下的粘度低于20000帕斯卡秒,特别地低于10000帕斯卡秒,特别地低于7000帕斯卡秒,特别地低于5000帕斯卡秒,进一步特别地低于4000帕斯卡秒,并且特别地低于3000帕斯卡秒。
根据实施例,测量粉末涂料的粘度是通过以5开尔文/分钟的加热速率将粉末涂料从室温加热至至少180℃、例如加热至180℃,或者在另一实施例中加热至200℃或者特别地加热至220℃。根据实施例,可以使用由TA仪器制造的流变仪AR2000和合适的分析软件来确定粘度。
根据实施例,当以5开尔文每分钟的加热速率从室温加热至至少180℃时,例如加热至180℃时,或者在另一实施例中加热至200℃或特别地加热至220℃并/或达到粉末涂料发生固化的温度时,粉末涂料表现出最小粘度。根据实施例,最小粘度在3帕斯卡秒至20000帕斯卡秒之间的范围内,特别地在4帕斯卡秒至10000帕斯卡秒之间的范围内,并且进一步特别地在5帕斯卡秒至7000帕斯卡秒之间的范围内,并且进一步特别地在6帕斯卡秒至4000帕斯卡秒之间。
根据实施例,粉末涂料在100℃至170℃之间,特别地120℃至170℃之间的温度范围内表现出最小粘度,其中所述最小粘度低于10000Pas,特别地低于7000Pas,进一步特别地低于5000Pas,并且进一步特别地低于4000Pas(例如7Pas或2000Pas)。
示例性用途和目的
根据实施例,光伏模块包括根据本文描述的一个或多个实施例的外壳材料。涉及光伏模块的外壳材料的实施例同样适用于外壳材料。
根据进一步的实施例,光伏模块进一步包括至少一个光伏电池;其中外壳材料至少部分地覆盖并且/或者至少部分地封装该至少一个光伏电池。
根据进一步的实施例,多个纤维通过粉末涂料浸渍。例如,根据实施例,外壳材料被提供为未固化或仅部分固化的预浸渍材料(预浸料),即半成品,然后将该半成品例如提供到客户处的至少一个光伏电池。根据进一步的实施例需求,外壳材料被提供为预成型和固化的产品。
根据实施例,外壳材料形成至少一个光伏电池的外壳的至少一部分。根据实施例,外壳材料形成至少一个光伏电池的外壳的至少一部分的至少一层。根据进一步的实施例,至少一个光伏电池的整个外壳由外壳材料形成。例如,根据实施例,外壳材料封装至少一个光伏电池。
根据实施例,光伏模块进一步包括复合材料,其中外壳材料被提供为包括复合材料和外壳材料的层状结构的一部分。
根据实施例,外壳材料形成光伏模块的外表面。
根据实施例,制造光伏模块包括:提供包括用粉末涂料浸渍的多个纤维的半成品,其中粉末涂料至少部分未固化;组装该半成品和至少一个光伏电池,从而提供半成品模块;以及固化粉末涂料。
根据进一步的实施例,固化粉末涂料包括特别是足以固化粉末涂料的温度下,在例如可加热压力机或层压机中,将粉末涂料置于较高的温度下。
根据实施例,制造光伏模块还包括使半成品和至少一个光伏电池压向彼此。根据进一步的实施例,至少一层可以位于半成品和光伏电池之间,例如至少一层金属箔和/或至少一层聚合物薄膜。
根据实施例,半成品包括至少一个其他元件,特别地其中该至少一个其他元件是薄膜、箔或涂层,特别是粉末涂层。
根据进一步的实施例,制造光伏模块还包括提供多个纤维作为层状结构的一部分;特别地,其中层状结构包括用粉末涂料浸渍的多个纤维,以及复合材料,特别是包括织物的复合材料,特别是包括与多个纤维的结构不同的结构的织物。
根据进一步的实施例,制造光伏模块进一步包括提供:包括第一多个纤维的第一预浸料,特别地,其中第一预浸料包括用第一粉末涂料浸渍的第一多个纤维:以及包括第二多个纤维的第二预浸料,特别地,其中第二预浸料包括用第二粉末涂料浸渍的第二多个纤维;其中第一多个纤维和第二多个纤维可以相同或不同,并且/或者第一粉末涂料和第二粉末涂料可以相同或不同,并且其中至少一个预浸料对应于本申请中描述的实施例。根据另一实施例,可以使用多于两个的预浸料来制造光伏模块。
颜料
根据实施例,粉末涂料包括至少一种颜料,特别是彩色颜料。根据进一步的实施例,外壳材料位于光伏模块的背面,特别地其中外壳材料包括颜料,例如彩色颜料或效果颜料,特别是金属颜料。根据实施例,光伏模块的背面背离模块的至少一个光伏电池的活性表面。换句话说,背面背离光照(例如太阳)。
根据实施例,外壳材料是用于(或者是)光伏模块的背面的外壳材料。特别地,在外壳材料形成光伏模块的背面的情况下,外壳材料(特别是粉末涂料)可以包括颜料,例如彩色颜料。
根据进一步的实施例,粉末涂料/外壳材料不包含任何颜料,特别是任何彩色颜料。根据实施例,不含颜料的外壳材料用于光伏模块的正面。换句话说,透明的外壳材料用于光伏模块的正面。
示例
根据实施例,在以下示例性配方中,环氧树脂构成粘合剂系统的主要部分。环氧树脂的典型示例是基于双酚A(BPA)的树脂。环氧树脂应区别于包括环氧基团的树脂,例如包括环氧官能团的丙烯酸树脂,特别是甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)树脂。
根据实施例,粉末涂料是聚酯/环氧混合粉末涂料,其包括环氧树脂和例如COOH官能聚酯的官能聚酯作为粘合剂的主要组分。由于环氧树脂可以与COOH官能聚酯交联,这样的系统不一定需要硬化剂。典型的比例介于30:70和70:30之间。
以下示例性配方是:
A)环氧粉末涂料
B)含10wt%(半)结晶OH聚酯的环氧粉末涂料
C)包括环氧树脂和两种不同的COOH官能聚酯的环氧/聚酯混合粉末涂料
D)环氧透明粉末涂料
配方A)
配方A仅包含一种用线型酚醛清漆改性的环氧树脂。线型酚醛清漆是一种酚醛树脂(即一种多元醇)。该系统用异氰酸酯硬化剂进行硬化。
配方B)
配方B)类似于配方A),但另外包含10%的结晶OH官能聚酯树脂。根据实施例,聚酯树脂是一种结晶树脂,其熔化温度等于或低于形成预浸料的浸渍温度。由于熔化后粘度急剧下降,当粉末涂料的温度升高到超过熔化温度时,整个粉末涂料的粘度迅速降低。
配方C)
配方C)是包括环氧树脂和两种COOH官能聚酯的环氧/聚酯混合系统。根据实施例,粉末涂料包括无定形COOH聚酯(配方C)中的Tiger树脂)和至少部分结晶的COOH聚酯(配方C)中的Sirales PE 5900)。在配方C)中,环氧树脂的量为24%。不包括其他硬化剂。可以使用其他催化剂(除了铵催化剂)。其他组分是添加剂和颜料。
配方D)
配方D仅含有一种用氢化BPA环氧树脂改性的环氧树脂。该系统用酸酐硬化剂硬化。
示例总结
对比示例
配方E)
综述
根据第一方面的实施例,外壳材料适于提供本文公开的实施例中的一个或多个的功能或特征,并且/或者适于提供本文公开的实施例中的一个或多个所要求的功能或特征,特别是本文所公开的第二、第三、第四和第五方面的实施例所要求的功能或特征。
根据第二方面的实施例,光伏模块适于提供本文公开的实施例中的一个或多个的功能或特征,并且/或者适于提供本文公开的实施例中的一个或多个所要求的功能或特征,特别是本文所公开的第二、第三、第四和第五方面的实施例所要求的功能或特征。
根据第三方面的实施例,粉末涂料的使用适于提供本文公开的实施例中的一个或多个的功能或特征,并且/或者适于提供本文公开的实施例中的一个或多个所要求的功能或特征,特别是本文公开的第二、第三、第四和第五方面的实施例所要求的功能或特征。
根据第四方面的实施例,本方法适于提供本文公开的实施例中的一个或多个的功能或特征,并且/或者适于提供本文公开的实施例中的一个或多个所要求的功能或特征,特别是本文公开的第二、第三、第四和第五方面的实施例所要求的功能或特征。
根据第五方面的实施例,粉末涂料适于提供本文公开的实施例中的一个或多个的功能或特征,并且/或者适于提供本文公开的实施例中的一个或多个所要求的功能或特征,特别是本文公开的第二、第三、第四和第五方面的实施例所要求的功能或特征。
在上文中已经描述了本文公开的主题的示例性实施例,并且在下文中将参考外壳材料、光伏模块、粉末涂料的使用、方法和粉末涂料来描述。必须指出的是,当然,与本文公开的主题的不同方面相关的特征的任意组合也是可能的。特别地,一些特征已经或将参考装置类型实施例(例如,涉及外壳材料、光伏模块或粉末涂料)进行描述,而其他特征已经或将参考方法类型实施例(例如涉及粉末涂料的方法或使用)进行描述。然而,本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到,除非另有说明,否则除了属于一个方面的特征的任意组合之外,还包括与不同方面或实施例有关的特征的任意组合,例如装置类型实施例的特征和方法类型实施例的特征的组合也被认为与本申请一起公开。对此,应理解的是,从相应的明确公开的装置特征推导出的任意方法特征应当基于装置特征的相应功能,并且不应被认为限于与装置特征一起公开的装置特定要素。进一步地,应理解的是,可从相应的明确公开的方法特征推导出的任意装置特征都可以基于该方法中描述的相应功能使用本文公开的或本领域中已知的任意合适的装置来实现。
以上限定的方面和实施例以及本文公开的主题的进一步的方面和实施例将通过在下文中描述的示例显现并且参照附图进行解释,但本发明不限于此。上述限定和评述特别地对以下详细描述也有效,反之亦然。
基于上述原则、实施例和示例,或者在以下更详细的示例中,提供了本文公开的主题的实施方式。然而,本领域普通技术人员将理解到,在不偏离本文公开的主题的范围的情况下,下文描述的特定实施例可以由上述的替代实施例代替。
附图说明
图1和图2示出了根据本文公开的主题的实施例的用于光伏模块的外壳材料100的制造。
图3示出了根据本文公开的主题的实施例的光伏模块。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意的是,在不同的附图中,相似或相同的元件具有相同的附图标记。因此,为了避免不必要的重复,在后续附图的描述中不再重复对相似或相同特征的描述。相反,应理解的是,除非另有明确指出,否则对前面的附图中的特征的描述对于后面的附图也是有效的。
图1和图2示出了根据本文公开的主题的实施例的用于光伏模块的外壳材料100的制造。
特别地,图1示出了例如以织物或布的形式提供的多个纤维102。根据实施例,为了浸渍多个纤维102,粉末涂料104以多个粉末颗粒的形式提供。
根据实施例,用粉末涂料104浸渍多个纤维102包括将粉末涂料104作为具有多个粉末颗粒的粉末施加到多个纤维102,并加热粉末涂料104以软化粉末涂料104。根据实施例,粉末涂料104以粉末层的形式提供,该粉末层沉积在多个纤维102上,例如如图1所示。在软化后,软化的粉末涂料104渗入多个纤维之间的空隙中(图1中未示出)。
结果在图2中示出,其示出了具有用粉末涂料104浸渍的多个纤维102的、处于半成品108状态的外壳材料100(由于粉末涂料尚未固化,因此称为半成品)。根据实施例,粉末涂料104还在浸渍的多个纤维102上形成粉末涂料层106,特别是连续的粉末涂料层。根据实施例,层106形成光滑表面。例如,根据实施例,粉末涂料104的第一部分渗透到多个纤维102之间的空隙,而粉末涂料104的第二部分保留在多个纤维102上,从而在(浸渍的)多个纤维102上形成粉末涂料层106。
根据实施例,软化的粉末涂料104是未固化的或是至少部分未固化的。特别地,根据实施例,例如如图2所示,用粉末涂料浸渍的多个纤维102提供了包括用(至少部分未固化的)粉末涂料104浸渍的多个纤维的半成品108。
图3示出了根据本文公开的主题的实施例的光伏模块112。
根据进一步的实施例,组装半成品108和至少一个光伏电池110以提供光伏模块112。根据实施例,半成品108完全包围光伏电池110,例如如图3所示。然而,应理解的是,图3所示的配置只是几种可能性中的一种。
根据进一步的实施例,光伏模块112,热别是其至少部分未固化的粉末涂料104经受固化。例如,根据实施例,光伏模块112被置于加热118下,加热118将粉末涂料的温度提高到升高的温度即固化温度,在此温度下发生固化。
根据进一步的实施例,在固化期间,光伏模块112被置于压力116下,压力116将半成品108和至少一个光伏电池110压向彼此。
根据实施例,半成品108,即用粉末涂料浸渍的多个纤维,在固化后形成成品。
根据进一步的实施例,例如薄膜的至少一个其他元件114设置在半成品108和光伏电池110之间,例如如图3所示。例如,根据实施例,半成品108包括在半成品108的至少一个主表面上的至少一个其他元件114,例如诸如聚合物薄膜或金属箔的薄膜,例如如图3所示。在这种意义上,将半成品108和至少一个光伏电池110压向彼此并不一定意味着光伏电池110和半成品108彼此直接接触,而是还包括其他元件114位于半成品108和光伏电池110之间的实施例。根据进一步的实施例,半成品108和光伏电池110彼此直接接触(省略其他元件114,图3中未示出)。
根据进一步的实施例,该至少一个其他元件包括设置在半成品108的外表面上的其他元件120(例如涂层)。根据进一步的实施例,其他元件120设置在(固化)成品上,例如如图3所示。根据实施例,其他元件120提供光伏模块112的外表面。根据进一步的实施例,其他元件120由耐候材料形成,例如,其他元件120可以是丙烯酸粉末涂层或包括丙烯酸粉末涂层的材料层。根据实施例,该至少一个其他元件可以是塑料薄膜或其他预浸料,例如包括丙烯酸粉末涂料的其他预浸料。
一般地,该至少一个其他元件114、120是例如塑料膜的至少一个其他材料层,其他预浸料,或在光伏模块112的背面124上的金属箔、聚合物箔等。
根据实施例,光伏模块112具有正面122和指向与正面122相反的方向的背面124。根据进一步的实施例,正面122配置成用于接收在图3中表示为126的光,并且例如通过将光伏模块112的正面122的外表面和光伏电池110之间的所有层配置为透明的而允许光126传播到至少一个光伏电池110。根据实施例,光伏电池110配置成用于接收光126并且光伏电池110响应于此而提供电力。
根据实施例,光伏模块112的背面124,特别是光伏模块112的背面124上的半成品(或固化后的成品)包括颜料,例如根据本文公开的主题的实施例的颜料。
根据实施例,半成品108可称为用于光伏模块的(或属于光伏模块的)外壳材料。根据进一步的实施例,在半成品108固化后,形成的成品也可称为外壳材料或可称为固化的外壳材料。换句话说,术语“外壳材料”包括固化的以及未固化的外壳材料。
根据实施例,包括未固化的外壳材料的光伏模块112也可称为未固化的光伏模块,或者在外壳材料已固化的情况下也可称为固化的光伏模块。换句话说,术语“光伏模块”包括未固化以及固化的光伏模块。
应注意的是,本文公开的任何实体(例如组分、元件、模块、产品和装置)不限于部分实施例中描述的专用实体。相反,本文公开的主题可以以各种方式和以各种粒度实现,同时仍然提供特定的功能。进一步地,应注意的是,根据实施例,可以为本文公开的功能中的每一个提供单独的实体(例如,组分、元件、模块、产品和装置)。根据其他实施例,实体(例如组分、元件、模块、产品和装置)被配置成用于提供本文所公开的两个或更多个功能。根据其他实施例,两个或更多个实体配置成一起提供本文所公开的功能。
进一步地,应注意的是,虽然附图中的实施例的示例性实施方式包括本文公开的主题的若干实施例的特定组合,然而任意其他的实施例组合也是可能的,并且被认为是与本申请一起公开的,因此本文公开的主题的范围扩展到所提及的或从文本中显而易见的两个或更多个单独特征的所有替代组合。所有这些不同的组合构成了本发明的各种替代示例。
应注意的是,术语“包括”不排除其他元素或步骤,并且“一个”或“一”不排除多个。进一步地,术语“包括”包括“尤其包括”的含义以及“由……组成”的含义。可以组合与不同实施例相关联地描述的元素。还应注意的是,权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
根据实施例,术语“适于”尤其包括“配置成”的含义。
为了概括本发明的上述一些实施例,可以陈述:
一种用于光伏模块的外壳材料(108),包括多个纤维和粉末涂料,其中粉末涂料包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂,其中粉末涂料的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃。
Claims (15)
1.一种用于光伏模块的外壳材料(108),包括多个纤维和粉末涂料(104),
其中所述粉末涂料(104)包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;
其中所述环氧树脂选自双酚环氧树脂、多酚环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化环氧树脂、氢化双酚环氧树脂、氢化多酚环氧树脂、卤化双酚环氧树脂、卤化多酚环氧树脂、(环)脂肪族环氧树脂及其混合物;并且
其中未固化的粉末涂料(104)的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃,特别地至少40℃,进一步特别地至少45℃。
2.根据权利要求1所述的外壳材料(108),进一步包括以下一项或多项:
所述环氧当量在200g/eq和800g/eq之间,特别地在400g/eq和700g/eq之间,进一步特别地在450g/eq和650g/eq之间;
所述环氧树脂占所述粉末涂料(104)的总重量的至少1wt%,特别地至少10wt%,特别地至少30wt%,特别地至少50wt%,进一步特别地至少60wt%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108),其中所述粉末涂料(104)的圆片流长度在30mm和300mm之间,特别地在50mm和200mm之间,进一步特别地在80mm和160mm,进一步特别地在110mm和140mm之间,并且其中所述圆片流通过以下方法确定:
(i)以20千牛顿的力持续至少5秒将0.75克的粉末涂料(104)压成直径为13mm的圆柱形圆片;
(ii)在室温下将所述粉末涂料(104)的圆片置于金属板上;
(iii)将具有圆片的金属板放入预热至潜在浸渍温度的炉中,并且如果所述树脂包含丙烯酸树脂组分,则将所述金属板上的圆片在水平位置回火半分钟,并且如果所述树脂不含丙烯酸树脂组分,则回火一分钟;
(iv)将所述金属板倾斜至65°的向下流动角度,并在潜在浸渍温度下将所述金属板保持在该位置10分钟;
(v)将所述金属板从所述炉内取出,在水平位置冷却所述金属板和所述粉末涂料(104),测量所述金属板上的圆片的最大长度,并将最大长度作为所述圆片流长度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108),
其中所述未固化的粉末涂料(104)在140℃下的粘度低于20000帕斯卡秒,特别地低于10000帕斯卡秒,特别地低于7000帕斯卡秒,特别地低于5000帕斯卡秒,进一步特别地低于4000帕斯卡秒,并且进一步特别地低于3000帕斯卡秒;
并且/或者
其中所述粉末涂料(104)以5开尔文每分钟的加热速率从室温加热到至少180℃并且/或者加热到所述粉末涂料发生固化的温度时,所述粉末涂料表现出最小粘度,其中最小粘度在3帕斯卡秒到20000帕斯卡秒之间的范围内,特别地在4帕斯卡秒和10000帕斯卡秒之间的范围内,进一步特别地在5帕斯卡秒和7000帕斯卡秒之间的范围内;
并且/或者
5.根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108),其中所述粉末涂料(104)还包括聚酯树脂,其中所述聚酯树脂的玻璃化转变温度为至少30℃,特别地至少40℃,并且进一步特别地至少50℃,并且其中所述聚酯树脂优选地是无定形的。
6.根据权利要求5所述的外壳材料(108),其中所述聚酯树脂包括羟基和/或羧基;
特别地,其中所述聚酯树脂的羟值在10mg KOH/g和300mg KOH/g之间,并且/或者所述聚酯树脂的羧值在5mg KOH/g和100mg KOH/g之间;
并且/或者
特别地,其中所述聚酯树脂占所述粉末涂料(104)的总重量的1wt%至80wt%,特别地3wt%至60wt%,特别地5wt%至50wt%,并且进一步特别地7wt%至40wt%。
7.根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108),
相对于所述粉末涂料(104)的总重量,所述粉末涂料包括至多50wt%,特别地至多30wt%,进一步特别地至多15wt%,进一步特别地至多10wt%的降粘组分;并且:
特别地,其中所述降粘组分选自(半)结晶粘合剂组分、油,特别是蓖麻油或其衍生物、聚乙烯(PE),特别是线性低密度(LLD)PE、聚四氢呋喃(poly-THF)、热塑性弹性体,特别是热塑性聚氨酯(TPU)、聚丙烯,特别是无规聚丙烯,以及它们的混合物和/或衍生物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108),其中所述粉末涂料包括(半)结晶粘合剂组分和至少一种固化剂中的至少一种;
特别地,其中所述(半)结晶粘合剂组分包括环氧树脂和/或聚酯树脂;
进一步特别地,其中所述至少一种固化剂具有在150℃或更低的温度下的软化点。
9.根据权利要求8所述的外壳材料(108),其中所述至少一种固化剂选自异氰酸酯、封闭异氰酸酯、潜伏性异氰酸酯、脲二酮、胺、环氧化物、羧酸和酸酐、羟烷基酰胺(所谓的PRIMID)、TGIC、丙烯酸缩水甘油酯以及这些组分中的两种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的外壳材料(108),其中所述粉末涂料(104)包括至少一种颜料,特别是彩色颜料。
11.一种光伏模块(112),包括根据前述权利要求中任一项所述的外壳材料(108);
所述光伏模块(112)特别地进一步包括以下一项或多项:
至少一个光伏电池(110),其中所述外壳材料(108)至少部分地封装所述至少一个光伏电池(110);
所述外壳材料(108)位于所述光伏模块的背面,特别地其中所述外壳材料(108)包括颜料,例如彩色颜料;
复合材料,其中所述外壳材料(108)被提供为包括所述复合材料和所述外壳材料(108)的层状结构的一部分;所述外壳材料(108)形成所述光伏模块的外表面。
12.一种用于制造光伏电池的纤维增强外壳材料的粉末涂料(104)的使用,
其中所述粉末涂料(104)包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;
其中所述环氧树脂选自双酚环氧树脂、多酚环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化环氧树脂、氢化双酚环氧树脂、氢化多酚环氧树脂、卤化双酚环氧树脂、卤化多酚环氧树脂、(环)脂肪族环氧树脂及其混合物;并且
其中未固化的粉末涂料(104)的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃;
特别地,其中
所述外壳材料(108)是用于所述光伏模块的背面的外壳材料,并且所述光伏模块的背面背离所述光伏模块的至少一个光伏电池,进一步特别地,其中所述外壳材料(108)包括颜料,例如彩色颜料。
13.一种制造光伏模块的方法,所述方法包括:
提供多个纤维;
用粉末涂料(104)浸渍所述多个纤维;
其中所述粉末涂料(104)包括环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;
其中所述环氧树脂选自双酚环氧树脂、多酚环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化环氧树脂、氢化双酚环氧树脂、氢化多酚环氧树脂、卤化双酚环氧树脂、卤化多酚环氧树脂、(环)脂肪族环氧树脂及其混合物;并且
其中未固化的粉末涂料(104)的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃;
所述方法特别地进一步包括以下一项或多项:
将所述粉末涂料作为具有多个粉末颗粒的粉末来施加,
特别地,其中所述浸渍包括加热所述粉末涂料(104)以便软化所述粉末涂料(104),提供所述粉末颗粒的聚结,并且用所软化的粉末涂料(104)浸渍所述多个纤维。
14.根据权利要求13所述的方法,进一步包括
提供包括用所述粉末涂料(10)浸渍的所述多个纤维的半成品,其中所述粉末涂料(104)至少部分地未固化;
组装所述半成品和至少一个光伏电池,从而提供半成品模块;并且
固化所述粉末涂料(104);
所述方法特别地进一步包括以下一项或多项:
固化所述粉末涂料(104)包括使所述粉末涂料(104)经受升高的温度,特别是足以固化所述粉末涂料(104)的温度;
将所述半成品与所述至少一个光伏电池压向彼此;
所述半成品包括至少一个其他元件,特别地,其中所述至少一个其他元件是薄膜、箔或涂层,特别是粉末涂层。
提供所述多个纤维作为层状结构的一部分;特别地,其中所述层状结构包括用所述粉末涂料浸渍的多个纤维和复合材料,特别是包括织物和/或粉末涂料的复合材料,其中特别地,所述织物和/或所述粉末涂料可以是相同的或不同的。
15.一种用于浸渍多个纤维的粉末涂料(104),所述粉末涂料(104)包括:
环氧当量在150g/eq至1800g/eq之间的环氧树脂;其中
其中所述环氧树脂选自双酚环氧树脂、多酚环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化环氧树脂、氢化双酚环氧树脂、氢化多酚环氧树脂、卤化双酚环氧树脂、卤化多酚环氧树脂、(环)脂肪族环氧树脂及其混合物;并且
其中所述粉末涂料(104)的玻璃化转变温度在20K/min的加热速率下用差示扫描量热法测量为至少30℃,特别地至少40℃,进一步特别地至少50℃;
特别地,其中所述粉末涂料具有如下的粒度分布:
d(50)>40μm,特别地>50μm,进一步特别地>60μm;并且
d(90)>100μm,特别地>150μm;
其中特别地,所述粉末涂料(104)的最大粒径小于800μm,特别地小于650μm,并且进一步特别地小于500μm。
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