CN116948410A - 一种封装光伏组件的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封装光伏组件的复合材料及其制备方法，包括树脂和玻璃纤维布；其中，所述树脂包括如下组分：丙烯酸‑环氧丙烯酸酯‑丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物、环氧树脂、引发剂、固化剂、固化促进剂、阻燃剂、抗紫外剂。本发明采用含丙烯酸酯的无规共聚物改性环氧树脂，不仅提高了无规共聚物自身的耐热性，同时改善了环氧树脂的透光性，制备得到的复合材料在满足高透光、高耐热的同时，兼顾了阻燃性能，可以替代双玻组件中的钢化玻璃直接用在BIPV建材上。

Description

一种封装光伏组件的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏组件材料领域，特别涉及一种封装光伏组件的复合材料及其制备方法。
背景技术
在光伏建筑一体化产品中，组件不仅发挥着光伏组件的作用，而且要兼顾建筑的功能要求，因此在原有的高透光、高耐候、高强度、高耐热前提下阻燃性要求进一步提高。根据GB50016《建筑设计防火规范》规定，一二类公共建筑屋顶需使用不燃性材料，但对于高分子封装材料来讲，无法达到该等级，因此BIPV高分子封装光伏板只能用在建筑幕墙外面的蒙皮区域，有一定的应用限制。
CN110978674A中，上迈新能源科技有限公司通过加入网格阵列形状的阻燃空心格结构，降低材料的火焰蔓延指数，其ASTM E162的火焰扩散指数小于100，但其网格结构会降低材料的透光性，无法用在光伏组件封装面材中。
WO2019006765A1中，上迈新能源科技有限公司通过合成丙烯酸树脂作为树脂基材，再将粉末预浸在玻璃纤维上，制备透明复合材料，其透光性高/耐候性优，但丙烯酸酯天然碳含量低，其阻燃仅能做到UL790 C级，无法达到更高的如GB8624 B1阻燃等级。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种封装光伏组件的复合材料及其制备方法，该复合材料在满足高透光、高耐热的同时，兼顾了阻燃性能，可以替代双玻组件直接用在BIPV建筑领域。
本发明提供了一种封装光伏组件的复合材料，包括树脂和玻璃纤维编织布；其中，所述树脂按质量份数，包括如下组分：
所述丙烯酸-环氧丙烯酸酯-丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物由质量比为20:3-10:69-77的丙烯酸、丙烯酸六氟丁酯和环氧丙烯酸酯共聚而得。
所述环氧树脂为双酚A环氧树脂E51、3,4-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己基甲酸酯、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或几种。
所述引发剂为过氧化苯甲酰。
所述固化剂为甲基六氢苯酐或双氰胺；所述固化促进剂为有机磷/溴络合物。
所述阻燃剂为磷系阻燃剂。
所述抗紫外剂为UV1577。
本发明还提供了一种封装光伏组件的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用DMSO为溶剂，N2为保护气体，将丙烯酸、丙烯酸六氟丁酯和环氧丙烯酸酯混合，加入引发剂，70-80℃下加热回流1-2h，得到丙烯酸-环氧丙烯酸酯-丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物；
(2)将步骤(1)得到的无规共聚物、环氧树脂A、固化剂A、阻燃剂混合，于110-130℃下反应1-2h，得到反应型环氧树脂；
(3)将反应型环氧树脂低压蒸馏去除多余单体和溶剂，加入环氧树脂B、固化剂B和固化促进剂，搅拌混合得到混合树脂；
(4)在混合树脂中加入抗紫外剂，搅拌均匀，然后在20-25℃下抽真空3-5min倒入模具内与玻璃纤维编织布结合，先在模具中抽真空，真空压力<0.01MPa，然后程序升温热压，得到封装光伏组件的复合材料。
所述热压时间为5-10min，模具厚度为0.2-0.3mm。
本发明还提供了一种封装光伏组件的复合材料在BIPV建筑领域中的应用。
有益效果
1.本发明先由自由基热引发制备含丙烯酸酯的无规共聚物，然后使无规共聚物改性环氧树脂，不仅提高了无规共聚物自身的耐热性，同时改善了环氧树脂的透光性。改性时加入的丙烯酸六氟丁酯，氟元素可减小环氧树脂的共轭键的离域效应，增加透光率，降低介电性能，提高材料端的漏电起痕指数，同时可增加丙烯酸酯的耐热性。
2.本发明通过两步固化法，第一步在溶剂条件下，将阻燃剂、含丙烯酸酯的无规共聚物和环氧树脂预固化，过量的环氧树脂会使羧酸化合物会先与环氧化合物反应，后续阻燃剂上的羟基才会与环氧基发生醚化反应；第二步去除溶剂后加入环氧树脂、固化剂、固化促进剂、完成第二步固化，通过程序升温，控制树脂的内聚力逐渐增加，减少纤维与树脂结合时界面及树脂本身存在的孔隙、微裂纹；使材料的漏电起痕指数在1000V以上，可用在高压串联的BIPV光伏组件表面；
3.普通的有机阻燃剂会在>165℃时熔融或迁移析出，使用无机阻燃剂还会影响透光性，本发明使用反应型阻燃剂，参与固化反应，在提升阻燃性的同时，提高了阻燃剂的耐热性，解决了添加阻燃剂迁移的问题，同时阻燃剂表面羟基含量高，使环氧树脂的表面达因值>38dyn/cm
4.本发明使用高耐热的酯环族环氧树脂基材，增加双酚A环氧树脂及丙烯酸改性环氧树脂的耐热性，使整体固化时间在8min以内，固化温度降低到<150℃，减小固化时因应力产生的橘皮褶皱及内部孔隙。
附图说明
图1为本发明中树脂与玻璃纤维布的热压工艺曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。原料来源：
制备方法包括如下步骤：
(1)采用DMSO为溶剂，N2为保护气体，将丙烯酸、丙烯酸六氟丁酯和环氧丙烯酸酯混合，加入引发剂(浓度为10g/L的过氧化苯甲酰DMSO溶液)，75℃下加热回流1h，得到丙烯酸-环氧丙烯酸酯-丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物；
(2)将步骤(1)得到的无规共聚物、环氧树脂-2、固化剂-2、阻燃剂混合，于120℃下反应1h，得到反应型环氧树脂；
(3)将反应型环氧树脂低压蒸馏去除多余单体和溶剂，加入环氧树脂-1、固化剂-1和固化促进剂，室温下搅拌混合得到混合树脂；
(4)在混合树脂中加入抗紫外剂，搅拌均匀，然后倒入模具内与玻璃纤维编织布结合，先在模具中抽真空2min，然后与玻璃纤维布热压5min，模具厚度0.2mm，升温升压曲线如图1所示，得到封装光伏组件的复合材料。
A1 A2 A3 A4 A5
丙烯酸-1 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0
丙烯酸酯-1 3.0 5.0 8.0 8.0 10.0
丙烯酸酯-2 76.5 74.5 71.5 71.0 70.0
引发剂 0.50 0.50 0.50 1.00 1.00
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9
A1 10.0 10.0 10.0 10.0
A2 10.0
A3 10.0
A4 10.0
A5 10.0
环氧树脂-2 50.0 80.0 50.0 50.0 50.0 50.0 20.0 50.0 50.0
固化剂-2 2.5 4.0 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
阻燃剂 12.5 20.0 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5
实施例和对比例的配比
实施例和对比例的性能测试结果
由上述实验结果可知：
1.实施例2-4比较说明，丙烯酸氟丁酯的添加会使材料的表面能降低，但是材料的黄变指数会减小，这是因为氟原子可改善电子的共轭和离域效应和跃迁能级，因此具有较好的耐老化性。
2.实施例4、5比较，说明自由基反应中，更多的引发剂会使凝胶含量增加，材料耐热性提升，导致分散性变差，透光率降低。
3.对比例4说明紫外吸收剂在耐光老化中起决定性作用。
4.对比例1说明如环氧树脂量不占优势时，丙烯酸酯与环氧反应后，阻燃剂中羟基副反应会导致阻燃变差。

Claims (10)

1.一种封装光伏组件的复合材料，其特征在于：包括树脂和玻璃纤维编织布；其中，所述树脂按质量份数，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述丙烯酸-环氧丙烯酸酯-丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物由质量比为20:3-10:69-77的丙烯酸、丙烯酸六氟丁酯和环氧丙烯酸酯共聚而得。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A环氧树脂E51、3,4-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己基甲酸酯、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述固化剂为甲基六氢苯酐或双氰胺；所述固化促进剂为有机磷/溴络合物。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为磷系阻燃剂。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述抗紫外剂为UV1577。
8.一种如权利要求1-7任一所述的封装光伏组件的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用DMSO为溶剂，N2为保护气体，将丙烯酸、丙烯酸六氟丁酯和环氧丙烯酸酯混合，加入引发剂，70-80℃下加热回流1-2h，得到丙烯酸-环氧丙烯酸酯-丙烯酸六氟丁酯的无规共聚物；
(2)将步骤(1)得到的无规共聚物、与环氧树脂A、固化剂A、阻燃剂混合，于110-130℃下反应1-2h，得到反应型环氧树脂；
(3)将反应型环氧树脂低压蒸馏去除多余单体和溶剂，加入环氧树脂B、固化剂B和固化促进剂，搅拌混合得到混合树脂；
(4)在混合树脂中加入抗紫外剂，搅拌均匀，然后在20-25℃下抽真空3-5min倒入模具内与玻璃纤维编织布结合，先在模具中抽真空，真空压力<0.01MPa，然后程序升温热压，得到封装光伏组件的复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的热压时间为5-10min，模具厚度为0.2-0.3mm。
10.一种如权利要求1-7任一所述的封装光伏组件的复合材料在BIPV建筑领域中的应用。
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