硅烷偶联剂对光伏密封胶耐候粘接性的影响
来源:用户上传
作者:
摘要：通过在光伏密封胶中加入适量的硅烷偶联剂，研究了不同类型的偶联剂的加入对多种基材在常温、紫外辐照、高温高湿、湿-热环境下的粘接性的影响，同时考查了其对光伏密封胶性能的影响。结果表明，偶联剂加入表干时间增长、拉伸强度增大，伸长率降低并改善常温粘接性。偶联剂聚合物能显著的改善脱醇型光伏硅酮密封剂的耐紫外辐射、高温高湿、湿-热环境下的粘接。
关键字：光伏密封胶、耐候性、偶联剂
中图分类号：TQ436+.6文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）06-0016-04
太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，今年来得到迅速发展，光伏在建筑上的运用越来越受到人们的追捧。光伏夹层玻璃用密封胶常用于光伏玻璃幕墙、光伏玻璃窗、光伏采光顶等光伏建筑的围护系统中，与外界直接接触，受外界环境的变化影响较大。首先，太阳能光伏组件在使用过程中受到太阳辐照后温度上升，电池片工作过程中由于发电也会产生热量，由于每层的材质不同，其热膨胀系数也不相同，温度的变化会使组件内部产生热应力，尤其在每层材料界面处，会产生一定的剪切应力，在反复温变加载过程中，对密封胶的粘结性能造成影响。其次，户外的日晒雨淋等环境侵蚀都会对密封胶的粘接造成破坏。
硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的硅烷产物，分子内同时具有与有机树脂、橡胶等有机材料结合的碳官能基和能与无机材料（填料及其他增强材料）结合的可水解官能基团的低分子有机硅烷。其分子结构式一般可用Y-R-SiXn-（CH3）3-n表示。式中，Y为有机官能基，如氨基、环氧基、乙烯基等，可用于有机物进行反应或相溶化的部位;X为可水解性基团，在水溶液中或空气中水分、无机材料吸附水作用下能分解形成Si-OH基与无机材料的反应部位;R为烷撑基。因此，硅烷偶联剂分子含有亲有机和亲无机的两种功能基团，可以把两种不同性质结构和亲和力相差大的界面连接在一起。
本文以107硅橡胶为基胶，配以填料，助剂，阻燃剂等制备脱醇型硅酮密封胶，考察了不同种类硅烷偶联剂对脱醇型光伏密封胶在紫外辐照、高温高湿、湿一热环境下粘接性的影响。
1 实验部分
1.1主要原材料
二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷，工业级，橙天新材料有限公司;甲基硅油，工业级，深圳市特别科技有限公司;甲基三甲氧基硅烷/乙烯基三甲氧基硅烷，工业级，荆州市江汉精细化工有限公司;纳米碳酸钙，工业级（<30um），山西新泰恒纳米材料有限公司;氢氧化铝阻燃剂，工业品，东莞市三威化工;γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）、工业品，荆州市江汉精细化工有限公司;硅烷偶联剂共聚物（KH550：KH560=2：1），自制;钛络合物，工业品，广州坚毅化工进出口贸易有限公司。
1.2实验设备
双行星搅拌设备，佛山金银河机械设备有限公司;高温高湿试验箱，无锡环威科技有限公司;高低温试验箱;紫外耐候试验箱;万能电子拉力机，美斯特。
1.3实验方法
整个生产过程需避免水汽进入到行星搅拌机中，保持干燥环境下工作。
将二甲氧基封端的聚二甲基硅氧烷，填料，投入到行星搅拌机中，120℃真空条件下搅拌分散脱水3h;冷却至50%以下，加入交联剂、偶联剂、催化剂，混合均匀;在-0.09～-0.1MPa真空度条件下搅拌30-40min;出料，得试验胶。
1.4性能测试
表干时间：按GB/T13477.5《表干时间的测定》的规定测试。
拉伸强度/断裂伸长率：按GB/T528《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的规定试验，采用Ⅱ型哑铃型试验，拉伸速度为（500+50）mm/min。
密封胶粘接性测试GBl6776-2005附录D
2结果与讨论
2.1硅烷偶联剂对光伏密封胶性能的影响
由表1可知：部分硅烷偶联剂参与了交联反应，使脱醇型光伏密封胶的表干时间缩短，固化速度变快，拉伸强度增大，伸长率减小。偶联剂种类对脱醇型光伏硅酮密封胶的性能影响较小。
2.2硅烷偶联剂对密封胶常温粘接性能的影响
目前，光伏硅酮密封胶涉及的粘接基材表面主要有钢化玻璃、阳极氧化铝、铜、PC接线盒（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二酯）等。表1所示为不适用粘接底涂的情况下，通过在密封剂体系中加入不同种类的硅烷偶联剂后对各种基材在常温下粘接性能的影响。文章采用GBl6776附录D，如图1所示方法进行测试AF表示界面破坏，CF表示内聚破坏。由表2可知：不添加偶联剂的空白对照组队各种基材均发生了一定程度的界面破坏。加入KH560对改善阳极氧化铝、金属铜的常溫粘接有明显的改善。加入单一偶联剂KH550、偶联剂复配物、偶联剂共聚物后，不同基材表面粘接均有了改善。
偶联剂复配物：KH550：KH560=2：1
2.3硅烷偶联剂对密封胶耐候性能的影响
为满足光伏密封胶户外的使用环境下的密封性，研究不同偶联剂对光伏密封胶耐候粘接性能的影响。本实验采用JG/T 465《建筑光伏夹层玻璃用封边保护剂》标准中的环境测试条件，包括紫外辐照1000h，湿-热（温度85℃、相对湿度85%）1000h，热循环试验（-40℃*30min→90℃*30min 200次）。
不同偶联剂对硅酮脱醇型光伏密封胶的耐候粘接性有较大影响。由表3-5可知：常规的阳极氧化铝、铜和玻璃对偶联剂及环境的选择性较低，较难粘的PP、PET、PC对偶联剂和环境的选择性较高。加入偶联剂共聚物的光伏密封胶具有较好的的耐紫外辐照粘接性、湿-热粘接性、热循环粘接性。原因可能是偶联共聚物具有的分子链较KH550、KH560长，之间疏水链段较长，能很好的调整胶体的疏水性，从而取到耐水的作用;另外聚合过程中部分的KH550中的氨基与参与反应，使偶联剂的强碱性降低，具有较好的耐温性。
3 结论
（1）偶联剂的加入能提高脱醇型光伏硅酮密封胶的表干时间和固化速度，拉伸强度增大伸长率降低，能有效的改善上述基材的常温粘捿性。
（2）偶联剂聚合物能显著的改善脱醇型光伏硅酮密封剂的耐紫外辐射、高温高湿、湿-热环境下的粘接。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15137063.htm
