TW201105493A - Press for laminating of substantially panel-like workpieces - Google Patents

Description

201105493 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種根據申請專利範圍第1項的前 的用以在壓力作用和熱作用下層合化實質上爲板狀 的壓機，以及一種用於這種壓機的柔性隔膜。 【先前技術】 0 據此，這種壓機包括能夠爲打開和閉合壓機而 對運動的下壓機半部和上壓機半部。下壓機半部和 半部在閉合狀態下借助於環繞的'一體式或多件式 部形成一真空腔，在所述真空腔內層壓一個或多個 —柔性隔膜將所述真空腔劃分成用於接納至少一個 、能被抽真空的産品室和能被抽真空和/或能被載 的壓力室。由於通過對所述産品室抽真空和/或通 述壓力室載入壓力而在所述真空腔中産生的壓差’ 〇 膜被壓靠在所述工件上，因此所述隔膜將工件直接 地壓抵到真空腔的下側上，從而向工件施加層壓所 外加負荷。通常，真空腔的下側由加熱板構成，從 制過程中將層壓所必需的加工（作用）熱直接導入 當然也可以採用其他方式來引入加工（作用）熱。 這種類型的壓機優選用於層壓光電模組。這種 組通常包括太陽能電池層，該太陽能電池層連同其 元件一起設置在玻璃板與耐環境變化的薄膜之間或 在兩塊玻璃板之間，並且利用一層或多層粘合劑層 序部分 的工件 彼此相 上壓機 的密封 工件。 工件的 入壓力 過對所 所述隔 或間接 必需的 而在壓 工件。 光電模 電接觸 者設置 與玻璃 201105493 板或薄膜層壓在一起，從而以防潮並耐環境變化的方式封 裝在一可透光的分層複合體中。 現在爲了層壓一個工件或者同時層壓多個工件（簡單 起見下面僅針對一個工件的情況進行說明），將工件放入 真空腔的産品室內並閉合真空腔。接下來，通常首先給真 空腔的壓力室抽真空，以使隔膜被向上拉向上半腔。此後 ，通常在一段時間後産品室也被抽真空，控制真空腔的兩 個室的抽真空以使壓力室與産品室之間始終存在壓差，該 壓差將隔膜保持在上半腔內，並且避免隔膜提前與工件接 觸。 如果壓機腔的産品室被抽真空至一通常低於lmbar的 目標壓力，那麽給該壓力室通風從而使壓力室與産品室之 間的壓差反轉並且使隔膜壓向工件。這樣，通過控制壓力 室內的壓力而設定一希望的隔膜壓制壓力，從而在工件上 産生層壓所必需的外加負荷。 通常以如下方式向工件提供層壓所必需的加工（作用 )熱：將真空腔的下側設計成加熱板，工件被隔膜壓在該 加熱板上。這樣，壓力和加工（作用）熱共同用於軟化和 /或活化粘合劑層、必要時也用於其硬化和/或交聯。 盡可能在明顯加熱工件之前就迅速地對真空腔的尤其 是産品室抽真空，使得可能存在的殘留空氣（在各工件層 之間的空氣）或可能在加熱時産生自工件的氣體被抽出， 然後才開始在粘合劑層中的粘合劑硬化和/或交聯。因爲 在製成的層壓工件中的氣泡對其使用壽命有極爲嚴重的不 -6- 201105493 利影響或者在極端不利的情況下造成工件立即失效，因此 製造時要避免氣泡。 在現有技術的壓機中採用的柔性隔膜，通常由具有 5 0 0 %至6 0 0 %的彈性或者說破裂應變的高彈性材料製成， 具體來說在大多數情況下由矽樹脂製成、而在少數應用情 況下由天然橡膠製成。在主要的應用場合中、即在層壓光 電模組時，此前沒有這種柔性隔膜的替代品。原因在於絕 0 大多數光電模組包括含太陽能電池的太陽能電池層，這些 太陽能電池由晶體的矽晶片製成並且材料厚度通常不大於 0.1 mm至0.2mm。因此該該層極易破裂。在多數情況下這 種光電模組的結構又包括分層複合體，該分層複合體包括 玻璃基質、第一EVA粘合膜、太陽能電池層、第二EVA粘 合膜和背側膜。由於晶體的太陽能電池極易破裂，所以在 本領域中認爲，爲了壓緊上述各層而在層壓時採用的柔性 隔膜必須由高彈性且肯式硬度小於50的柔軟材料製成。此 〇 處，高彈性的特性之所以如此重要，主要是因爲隔膜應當 補償所有在模組結構中存在的不平整度、尤其是在各矽太 陽能電池與其線路之間存在的不平整度。 此外，必須爲柔性隔膜使用高彈性材料的原因還在於 ，柔性隔膜必須被以機械方式預張緊以能夠在任何情況下 無褶皺地壓在光電模組上。因爲在層壓過程中特別是前述 類型的、即具有背側膜的光電模組具有在層壓過程中柔軟 的背側，因此在壓制過程中隔膜絕不會留下任何的褶皴、 凹痕或者壓痕。然而，爲了能夠使預張緊的隔膜實施一垂 201105493 直於其表面的、層壓過程所必須的運動、從而壓靠在光電 模組上，該隔膜必須具有高彈性特性。 由於柔性隔膜具有氣密地將真空腔劃分成壓力室和産 品室的功能’所以對柔性隔膜提出了另外的要求：該隔膜 的材料必須是氣密的。此外，由於層壓過程的傳熱，該材 料的溫度耐受性必須高達約1 8 0 °c至2 0 0 t：。最後還必須對 光電模組所用的薄膜和粘合材料具有一定的化學耐受性。 目前’按照現有技術中的主流觀點一柔性隔膜必須具 有的所有這些特性’由矽樹脂或天然橡膠最佳地滿足，而 沒有真正意義上的替代品。而其缺點在於，由這些材料製 成的隔膜比較昂貴。而且，通常僅能實現數千次迴圈的使 用壽命。除機械影響外的主要原因在於，在層壓過程中由 光電模組中最常用的粘合膜、EVA釋放出的反應物。尤其 是過氧化物和乙酸對由矽樹脂和天然橡膠製成的隔膜造成 不可忽視的腐蝕，從而降低其使用壽命。 【發明內容】 因此’本發明的目的在於提出一種用於前述類型的壓 機的柔性隔膜以及具有這種柔性隔膜的壓機，其廉價和/ 或能達到更長的使用壽命。 該目的通過具有申請專利範圍第1項的特徵的壓機以 及通過具有申請專利範圍第1 0項的特徵的柔性隔膜來實現 〇 申請專利範圍第2-9項給出了根據本發明的壓機的優 -8- 201105493 選實施方式；申請專利範圍第10及12項列出了根據本發明 的柔性隔膜的有利實施方式。 與此前的現有技術不同’本發明的柔性隔膜包含一織 物或薄膜。該織物或薄膜爲氣密、可彎、且其整體表面係 大致不可延伸的、進而具有類似無彈性的特性。根據本發 明的柔性隔膜的無彈性的特性優選通過選用破裂應變（ failure strain)優選小於60%、優選小於50%、更優選小於 0 1 5 %的材料來實現。根據本發明的柔性隔膜的破裂應變優 選低於現有技術的高彈性隔膜的1 /1 〇。 根據本發明認識到，根本無需此前強制要求的隔膜高 彈性材料特性，來實現在層壓優選光電模組時的良好結果 。如根據本發明的認識，爲了在層壓時得到良好結果，僅 氣密性、溫度耐受性、和在隔膜平面內的可彎曲性的意義 上的可彎柔性便完全足夠，而無需使材料具有不可忽略的 延展性。 〇 申請人的試驗表明，當在閉合的壓機中給壓力室通風 時，此時柔性隔膜貼靠在工件上以便向該工件施加層壓所 需的外加負荷，由於此前採用的矽樹脂或天然橡膠的橡膠 式表面的良好摩擦接合，隔膜幾乎不可移動地附著在與工 件初次接觸的位置上、或者也可能是與位於中間的隔離膜 初次接觸的位置上。於是，隔膜每朝向工件進一步運動便 在隔膜中造成局部延展，這種局部延展可能在待層壓的模 組邊緣上造成很大的彈性力；因此，一旦粘合劑層被加熱 到超出其軟化溫度，各模組層便會相對移動。尤其是，當 -9 - 201105493 在高柔性隔膜的外加負荷下超過粘合劑層的軟化溫度時， 光電模組的太陽能電池經常開始在模組中“遊動/浮動” 0 使用根據本發明的、無彈性的柔性隔膜來在層壓過程 中向工件施加壓緊力，便減小了作用在工件邊緣上的力， 其原因在於無彈性的柔性隔膜不像高彈性隔膜那樣地容易 並且自然地貼靠在工件棱邊上。同時還驚奇地發現，與利 用根據現有技術的、高彈性的柔性隔膜所達到的層壓結果 相比’只要根據本發明地爲隔膜塗覆以低摩擦的材料和/ 或隔膜由低摩擦的材料製成時，層壓結果同樣良好、甚至 更佳。 另外，通過柔性隔膜的無彈性的實施方式還克服了已 知的高彈性的柔性隔膜的另一缺點：即高彈性隔膜在壓力 室通風時立刻緊貼在産品室的與工件相鄰的表面上，並在 所有側面緊密地貼靠在工件上。由此工件被氣密地密封， 使得可能仍存在的殘留空氣、但主要是在層壓時産生的氣 體（殘餘潮氣、催化劑氣體、蒸汽形態的軟化劑/增塑劑 等）不能從工件中溢出和被吸出。一種如本發明提出的儘 管具有柔性、但是無彈性或幾乎無彈性的隔膜沒有表現出 這種現象或者顯著地減弱了這種現象。根據本發明的柔性 隔膜由於其彈性很差，所以不是那樣緊密地、主要不是那 麽快速地在所有側面貼靠在工件的邊緣上。 根據本發明的柔性隔膜可以由塑膠和/或金屬製成， 優選由含工業纖維的密實織造的織物製成。所述工業纖維 -10- 201105493 優選包括芳族聚酰胺、玻璃纖維、PTFE、PC等，或者由 金屬長絲或者被塑膠包覆的金屬長絲形成。這些材料的混 合物也是可行的。根據本發明設計的柔性隔膜的這種實施 方式比此前使用的矽樹脂或天然橡膠隔膜廉價得多，同時 顯著提高了其使用壽命，其原因在於本發明相應提出的材 料對於從粘合膜溢出的反應物的敏感性明顯更小。 根據本發明的柔性隔膜的材料厚度可小於約1 mm ,優 Q 選在約〇.25mm至約0_5mm之間。這一點對於有利地降低本 發明提出的隔膜的成本、以及一直必要的柔性的材料特性 産生正面影響。 尤其優選的是，在本發明的範圍內提出的柔性隔膜至 少在其面對工件的一側上塗覆有PTFE，而在背離工件的一 側上具有例如帶有橡膠式的不透氣層的覆層，以實現氣密 性。所述覆層尤其是在柔性隔膜是帶狀織物的情況下是合 適的。 ❹ 用PTFE來塗覆隔膜，確保隔膜不再受到從粘合膜以氣 體形式釋放的反應物的負面影響，另外使柔性隔膜與工件 或隔離膜之間的摩擦能夠比現有技術低很多倍，從而在壓 力室通風期間隨時能夠相對滑動，不必擔心因柔性隔膜的 附著而損害工件。 柔性隔膜被以如此鬆弛下垂的方式固定在壓機中，使 得所述柔性隔膜在壓機閉合並且産品室與壓力室內的壓力 平衡的情況下至少部分地放置在工件上，也就是說一直下 垂到該工件上，由此可實現其他特別的優點。這一點使得 -11 - 201105493 隔膜雖然具有無彈性的特性、但在給真空腔抽真空 能夠如此前那樣由於相應選定的在壓力室與産品室 壓差而被向上拉從而離開工件；而隔膜在給壓力室 能夠走過必要的行程直到抵達工件，從而基於在壓 作業室之間的變得越來越大的壓差而向工件施加外 〇 適當的是，爲此柔性隔膜被固定在一兩件式隔 的上半部與下半部之間，其中該隔膜框架被安裝在 半部上。由此，便在固定隔膜的平面與工件表面之 給出了壓機裝料所必需的距離。 如上所述，根據現有技術的高彈性的柔性隔膜 於爲壓力室通風而貼靠在工件上之前必須被預張緊 免在工件上出現褶皴這一點很重要。然而，爲此在 有技術的壓機中隔膜固定結構上所需的張緊件較爲 因而較爲昂貴。 因爲根據本發明提出的柔性隔膜基本是無彈性 且優選在工件側被塗覆以PTFE或類似的低摩擦材料 需要時在局部或者完全由這種材料製成，所以即使 在初始狀態下鬆弛貼靠到工件上或下垂到工件上的 也不必擔心出現措皺。儘管隔膜的彈性很低但仍然 在的褶皴在通過給産品室抽真空或給壓力室通風引 吸期間被拉平。 利用根據本發明提出的柔性的、但幾乎無彈个生 不僅可以因隔膜本身的低採購成本和因省去了張胃 時仍然 之間的 通風時 力室與 加負荷 膜框架 上壓機 間自動 在其由 。要避 根據現 複雜、 的，並 ，或者 在隔膜 情況下 可能存 起的抽 的隔膜 件和費 -12- 201105493 時的張緊過程而節約成本並且明顯提高隔膜的使用壽命， 而且可以在層壓尤其是光電模組時實現更好的結果。另外 ，這時便可以根據必要的特性來“訂制”柔性隔膜，這尤 其是通過爲織物隔膜選擇材料，例如塑膠、金屬或玻璃纖 維來進行的。 【實施方式】 0 圖1、圖2和圖3示意性地示出根據本發明設計的、用 於層壓光電模組1的壓機的剖視圖，其中光電模組1的行進 方向垂直於圖紙平面，其中：圖1示出在裝料時打開的壓 機：圖2示出在抽真空時關閉的壓機；而圖3示出在實際層 壓過程中關閉的壓機。 在由下壓機半部2和上壓機半部3形成的壓機中，將一 光電模組1設置在輸送帶4和隔離膜5之間。輸送帶4位於下 壓機半部2上，該下壓機半部2在該區域中具有加熱板6以 〇 便爲光電模組1引入所需的加工（作用）熱。沿行進方向 觀察，在下壓機半部2中、在加熱板6旁側設有多個抽吸開 口 7，這些抽吸開口通入下通道8中。下通道8與抽真空及 通風單元（此處未示出）相連接。輸送帶4用於將光電模 組1送入和送出壓機，因此該輸送帶以垂直於圖紙平面的 方式穿過該壓機。 上壓機半部3設有用於抽真空、通風或施加壓力的上 通道9;上壓機半部3帶有其中夾緊有隔膜11的雙框架1〇° 雙框架1 0利用上環形密封部1 2和下環形密封部1 3形成多件 -13- 201105493 式密封結構用以氣密地封閉壓機，該上環形密封部1 2和該 下環形密封部1 3分別相對/抵靠上壓機半部3和下壓機半部 2進行密封，其中，該雙框架10在其內部與相鄰的壓機半 部2、3—起圍成真空腔14。真空腔14利用缺口 15與下通道 8和上通道9建立連接。隔膜11氣密地將真空腔14分成一位 於隔膜1 1下方的、與下通道8相連接的産品室丨6和一位於 隔膜11上方的、與上通道9相連接的壓力室17。 圖1示出將位於輸送帶4上的光電模組1連同位於該光 電模組上的隔離膜5在真空腔14的區域內送入壓機的階段 ，此時壓機仍然是打開的。爲了保護隔膜11免受機械損害 ，通過上通道9將隔膜11吸附在上壓機半部3上。 然後如圖2所示，通過使上壓機半部3下降而閉合壓機 。通過上通道9和下通道8使真空腔14被抽真空，但其中要 注意：使隔膜1 1上方的壓力小於隔膜1 1下方的壓力，從而 保持朝向上壓機半部3、向上吸引隔膜1 1。因此在圖2中僅 能夠看到産品室1 6，而看不到壓力室1 7。 在産品室16被抽真空至大約lmbar的最終壓力之後， 通過上通道9給壓力室17通風，從而得到圖3所示的狀況。 隔膜Π由於存在的壓差而貼到光電模組1上，並將光電模 組壓在加熱板6上。此處，隔離膜5避免隔膜1 1與光電模組 1直接接觸，從而使此處可能出現的粘合劑不能接觸到隔 膜1 1。圖3所示的階段是實際的層壓階段，在實際的層壓 階段中利用隔膜1 1將光電模組1壓緊，由此同時由加熱板6 經過輸送帶4向光電模組施加熱量。 -14- 201105493 與現有技術不同，本實施例的柔性隔膜1 1不是由矽樹 脂或天然橡膠製成的高彈性隔膜’而是由芳族聚酰胺織物 製成的隔膜，該芳族聚酰胺織物隔膜完全平面地、僅可在 隔膜平面中彎曲（即是可彎的）、但幾乎無彈性（即幾乎 不能延展），所述芳族聚酰胺織物在産品側具有低摩擦的 PTFE塗層、而在背側覆層上具有橡膠式的不透氣層。隔離 膜5也被塗覆PTFE，從而在層壓過程中（圖3)，在隔膜11 Q 、隔離膜5和光電模組1的分層複合體中使低摩擦的表面彼 此疊置，從而可靠避免了形成褶皺。因此也不必擔心光電 模組1變形。還改善了經由抽吸開口 7對光電模組1的相鄰 體積進行的排氣。 如圖1和2所示，隔膜1 1不是如現有技術那樣被張緊在 雙框架10中，而是僅鬆弛地固定在該雙框架處。因此，雖 然隔膜1 1缺乏彈性，也能在裝料期間（圖1 )以及在抽真 空期間（圖2)通過經上通道9抽真空而將該隔膜11向上拉 〇 向上壓機半部3並保持在那裏，直到再次經該上通道9爲壓 力室17通風爲止。可以通過將柔性隔膜11鬆弛地保持在雙 框架1 0中，來實現柔性隔膜1 1的圖3所示的狀態。因爲根 據本發明隔膜U僅可以在極小的範圍內延展，這一點如上 文中詳細所述，所以其在光電模組1的邊緣區域中又具有 優點，這是因爲在所述邊緣區域中隔膜1 1不像現有技術的 高彈性隔膜那樣容易地貼靠。 本實施例的柔性隔膜11確保其對以氣體形式釋放的反 應物具有高化學耐受性並且具有高機械強度，從而使該隔 -15- 201105493 膜11的使用壽命明顯高於習知技術。同_ ，這又帶來了成本優勢。最後，與習知扫 壓作業之前需將高彈性隔膜張緊在雙框身 要時需對其進行預熱並再次進行再調整利 隔膜1 1鬆弛地裝入雙框架1 0顯然是簡單多 【圖式簡單說明】 下面結合附圖進一步說明和闡述根據 機的實施例。附圖中： 圖1以橫向于行進方向的示意性剖視 明設計的壓機，該壓機處於打開狀態； 圖2以類似於圖1的視圖示出關閉狀態 圖3以類似於圖1的視圖示出實際的層 【主要元件符號說明】 1 :光電模組/工件 2 :下壓機半部 3 :上壓機半部 4 :輸送帶 5 ·_隔離膜 6 :加熱板 7 :抽吸開口 8 :下通道 9 :上通道 :其製造比較簡單 術在開始實際層 :1 〇中、以及在必 比，本發明的將 了。 本發明設計的壓 圖不出根據本發 » 壓過程。 -16· 201105493 1 0 :雙框架 1 1 :隔膜 1 2 :上環形密封部 1 3 :下環形密封部 14 :真空腔 1 5 :缺口 1 6 :座品室 Ο 1 7 :壓力室

Claims (1)

1. 201105493 七、申請專利範園： 1 · 一種用以在壓力作用和熱作用下層合化實質上板狀 工件的壓機，該壓機具有： 能相對運動以打開和閉合該壓機的下壓機半部（2 ) 和上壓機半部（3 )，在一閉合狀態下，該下壓機半部（2 )和上壓機半部（3 )與周邊的、一體式或多件式的密封 部（12、13)形成一真空腔（14);及 一柔性隔膜（1 1 )，該柔性隔膜將該真空腔（1 4 )分 割成一能被抽真空、且用於固持至少一工件（1 )的産品 室（16)，和一能被抽真空及/或被加壓的壓力室（17) ’其中該隔膜（1 1 )係建構和配置成，使該隔膜由於在該 真空腔（1 4 )中産生的壓差而將該工件（1 )直接或間接 的壓靠到該真空腔（14 )的下側（2 )上，該壓差是藉對 該産品室（16)抽真空和/或對該壓力室（17)加壓而産 生的；其特徵在於： 該柔性隔膜（11)包含一織物或薄膜，該織物或薄膜 爲氣密、可彎、且其整體表面係大致不可延伸的、進而具 有類似無彈性的特性；該柔性隔膜（i丨）被塗覆以低摩擦 材料和/或由低摩擦材料製成。 2 ·根據申請專利範圍第1項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（1 1 )由塑膠和/或金屬製成。 3 ·根據申請專利範圍第丨項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（11)包含由工業纖維緊密織造而成的織物。 4.根據申請專利範圍第3項所述的壓機，其中該工業 -18- 201105493 纖維包括方族聚酰胺、玻璃纖維、PTFE、PC、金屬纖維 (長絲）或被塑膨包覆的金屬纖維（長絲）的至少一者。 5 _ |艮據申請專利範圍第1項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（11)至少在其面對工件（1)的一側上塗覆有PTFE 〇 6 ·根據申請專利範圍第1項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（11)的材料厚度小於約lmnl，優選處於約〇.25 mm至 0 約0.5mm之間。 7. 根據申請專利範圍第1項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（1 1 )的材料的破裂應變小於6〇%、優選小於5〇%、 更優選小於1 5 %。 8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項所述的壓機， 其中該柔性隔膜（11)係以鬆弛下垂的方式固定在該壓機 中’使得該柔性隔膜（1 1 )在該壓機係閉合且該産品室（ 16)與該壓力室（Η)內的壓力係相平衡時，至少部分地 〇 接觸該工件（1)。 9. 根據申請專利範圍第8項所述的壓機，其中該柔性 隔膜（11 )被固定在一兩件式隔膜框架（1 〇 )的上半部與 下半部之間，其中該隔膜框架（10)被安裝在該上壓機半 部（3 )上。 1 0 · —種柔性隔膜’應用在如申請專利範圍第1至9項 中任一項所述的壓機中，其特徵在於包含一織物或薄膜， 該織物或薄膜爲氣密、可彎 '且其整體表面係大致不可延 伸的、進而具有類似無彈性的特性；該柔性隔膜被塗覆以 -19- 201105493 低摩擦材料和/或由低摩擦材料製成。 1 1.根據申請專利範圍第1 〇項所述的柔性隔膜，其中 該柔性隔膜的材料的破裂應變小於60%、優選小於50%、 更優選小於1 5 %。 1 2 .根據申請專利範圍第1 0或1 1項所述的柔性隔膜， 其中該織物或薄膜具有一氣密覆層。

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