光伏组件封装用热塑性聚烯烃胶膜的制备及性能研究
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作者:施其锋 郭森 唐舫成 汪加胜
摘要：以聚烯烃弹性体XUS38658为基体、2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）已烷为引发剂、y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为粘接剂，通过双螺杆挤出制备接枝料，再将接枝料与聚烯烃弹性体XUS38660、光稳定剂UV-531和抗氧剂1010通过双螺杆挤出、流延制备了硅烷接枝热塑性聚烯烃胶膜。对热塑性聚烯烃胶膜各项物理性能、耐紫外老化性能、耐湿热老化性能以及储存稳定性进行研究，结果表明，硅烷成功接枝到聚烯烃分子链上，聚烯烃胶膜各项物理性能满足标准要求，耐老化性能优异，可储存180d以上。
关键词：热塑性;POE胶膜;紫外老化;湿热老化;储存期
中图分类号：TQ433.4+34
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0006-03
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）封装胶膜是目前市场上应用最广，发展最成熟的光伏组件封装材料，EVA流动性好、粘接性好、透光率高且价格低廉，非常适合用于光伏组件封装[1-2]。但EVA分子链中存在不稳定的酯基，耐候性差，水汽透过率较高，胶膜比较容易雾化，对组件发电效率影响较大[3-4]。
聚烯烃（POE）封装胶膜是近些年发展比较快的另一种光伏组件封装材料，由美国陶氏公司于2010年最先推出。POE分子链是饱和脂肪链结构，叔碳原子少，耐候性好、水汽透过率低、体积电阻率高[5-6]，是目前公认替代EVA体系最理想的材料。本文制备了一款热塑性POE封装胶膜，主要应用于柔性薄膜组件的封装，层压后硬度低，内应力小，层压时间短，能显著提高组件生产效率。
实验部分
1.1实验原料
聚烯烃树脂：XUS 38658和XUS 38660，美国陶氏化学公司;
引发剂：101（2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）己烷），阿克苏诺贝尔公司;
硅烷偶联剂：KH570（y一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），安徽硅宝有机硅新材料有限公司;
光稳定剂：UV-531，天津利安隆新材料股份有限公司;
抗氧剂：1010，巴斯夫股份公司。
1.2實验设备与仪器
挤出机：TSE-35，南京锐聚机电有限公司;
流延机：ZS-432-25，东莞市卓胜机械设备有限公司;
层压机：RGFDY-002，济南瑞光伏德机械有限公司;
电子万能测试机：CMT4104，美特斯工业系统（中国）有限公司;
傅里叶变换红外光谱仪：TENSOR27，德国布鲁克;分光光度计：Color Quest XE，美国Hunter Lab公司;紫外试验箱：2H-UVA-263，东莞市正航仪器设备有限公司。
高温高湿老化试验箱：KTHB-415TBS，昆山庆声电子科技有限公司。
1.3实验步骤
1.3.1接枝料的制备
将引发剂101与硅烷偶联剂KH570按定的比例相互溶解，再将该混合液与树脂XUS38658充分混合均匀，然后将共混物加人到双螺杆挤出机中进行挤出、造粒，制得接枝料。
1.3.2胶膜的制备
将（1）步骤制得的接枝料、树脂XUS38660、光稳定剂和抗氧剂按一定比例混合均匀后加人到流延机中，制得的胶膜收卷并进行真空包装备用。
1.4测试与表征
1.4.1红外光谱分析
将XUS38658、101和KH570混合后经哈克密炼制得混合料，再将制得的混合料与接枝料分别在平板硫化机上压成薄膜，将两片薄膜放在二甲苯溶液中浸泡12h，洗掉未参加反应的硅烷单体以及硅烷低聚物，在70C烘箱中干燥4h后进行红外光谱测试。
1.4.2胶膜物理性能测试
参照标准GB/T29848-2018对胶膜进行各项物理性能测试，包括胶膜的力学性能和电气性能等。
1.4.3耐紫外老化测试
参照标准GB/T29848-2018，测试胶膜经不同时间光照后的力学性能和光学性能。
1.4.4高温高湿老化测试
参照标准GB/T29848-2018，测试胶膜经不同时间高温高湿处理后的力学性能和光学性能。
1.4.5胶膜储存期测试
胶膜采用真空铝塑膜包装，每隔一段时间取样测试胶膜的剥离强度和黄值，跟踪胶膜在储存过程中的性能衰减。
2结果与讨论
2.1红外光谱分析
将制备的混合料和接枝料经二甲苯溶液清洗干燥后进行红外测试，红外谱图如图1所示。
从图1可以看出，相比清洗后混合料，未清洗的混合料和清洗后的接枝料红外谱图均出现了1737cm'和1092cm'两个明显吸收峰，分别对应硅烷偶联剂的羰基和硅氧键的伸缩振动，该结果表明，混合料中的硅烷只是简单的物理共混入POE内，很容易被二甲苯溶解析出，接枝料中硅烷偶联剂则是稳定的接枝在POE分子链段上。
2.2热塑性POE胶膜的物理性能
表1给出了热塑性POE胶膜的各项物理性能参数，从数据结果可以看出，胶膜的各项性能都满足GBT 29848-2018标准要求。硅烷接枝后的POE胶膜与玻璃之间具有非常好的粘接性能，其剥离强度大于80N/cm，这主要是由于接枝到POE分子链上硅烷的硅烷氧基与玻璃表面的羟基发生了脱醇反应，形成了化学键所致"。POE胶膜的体积电阻率较大，可达到10'*2.cm，水汽透过率低于4g/（m'.24h），这些性能都要优于其他体系的光伏组件封装胶膜。
2.3热塑性POE胶膜耐紫外老化性能 光伏组件在太阳光暴晒下受到强烈的紫外线辐射，导致封装胶膜可能出现斑点和颜色变化，甚至使用性能的下降四，所以，探究胶膜的耐紫外老化性能是非常有必要的。在紫外光辐照强度为120W/m的条件下辐照1000h，中间每隔一段时间测试胶膜与玻璃的剥离强度和黄值，结果如图2所示。由图2可以看出，随着老化时间的延长，剥离强度呈现下降趋势，剥离强度值由最初的93N/cm衰减到87.1N/cm，保持率为93.6%。黄变指数△YI呈现上升趋势，经1000h紫外光辐照后，POE胶膜的黄变指数△YI值为1.46，远低于标准要求的上限值5。POE胶膜经1000h紫外光照后性能完全满足标准要求。
2.4热塑性POE胶膜高温高湿老化性能
耐湿热老化是衡量胶膜耐候性和耐久性另一项重要指标9.10，图3给出了高温高湿老化200h、400h、800h和1000h后POE膠膜与玻璃剥离强度和黄变指数△YI的变化。从图3可以看出，在湿热老化前期，POE胶膜与玻璃的剥离强度有上升趋势，这是由于硅烷在高温高湿环境中部分硅烷氧基发生水解生成硅羟基，高活性硅羟基与玻璃表面羟基脱水生成化学键所致。在老化发生1000h后，胶膜与玻璃剥离强度为86.2N/cm，仍具有较好的粘接性能。黄变指数△YI在湿热老化发生1000h后为1.03，耐黄变性能优异。
2.5热塑性POE胶膜储存期测试
硅烷不稳定，易发生水解自聚[11]，硅烷接枝POE胶膜的储存稳定性要引起足够的重视。对POE胶膜采用真空铝膜包装后不定期取样测试剥离强度和透光率，结果如图4所示。由图4可以看出，POE胶膜储存60d后剥离强度趋于稳定，衰减速度明显减慢，储存60d胶膜与玻璃剥离强度值为82.9N/cm，180d后剥离强度为81.5N/cm。POE胶膜透光率随储存时间延长也呈下降趋势，起始值为91.4%，180d后为88.8%。
3结语
1）采用双螺杆熔融挤出，经硅烷改性后POE粘接性能得到明显改善，与玻璃剥离强度大于80N/cm。
2）热塑性POE胶膜经紫外光照和湿热老化后具有较好的粘接强度，且黄变指数△YI明显低于标准规定上限值。
3）经真空铝膜包装的热塑性POE胶膜，可储存180d以上。
参考文献
[1]孙会娟，陈灵智，赵晓雅.光伏组件用EVA胶膜固化特性研究[J].塑料科技，2019，47（4）：7-11.
[2]曾金栋，何胡送，张好宾，等.有机转光剂在EVA光伏胶膜中的应用及耐老化性能研究[J].中国胶粘剂，2017，26（8）：33-37.
[3]杨丽娟.太阳能电池封装用透明热塑性聚氨酯薄膜的制备、性能与应用研究[D].广州：华南理工大学，2017.
[4]李锦波.EVA的交联与晶体硅太阳能电池组件封装问题的研究[D]上海：复旦大学，2012.
[5]徐晓龙，范云峰.光伏用聚烯烃封装胶膜交联体系研究[J].信息记录材料，2013，14（5）：11-16.
[6]洪利杰，程斌君，张祥洲，等.太阳能电池组件用POE封装胶膜的研制[J].中国胶粘剂，2017，26（5）：30-33.
[7]马晓龙.基于EVA改性复合材料增强光伏电池稳定性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2019.
[8]余荣斌.基于性能退化的光伏组件服役可靠性评估方法研究[D].广州：华南理工大学，2016.
[9]李连春.高耐候太阳能电池封装胶膜的制备与性能研究[J].塑料制造，2010，Z1：65-68.
[10]张增明，唐景，吕瑞瑞，等.光伏组件封装EVA的湿热老化研究[J].合成材料老化与应用，2011，40（3）：24-26+31.
[11]周礼攀.新型太阳能光伏电池封装材料的研究[D].广州：华南理工大学，2012.
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