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光伏背板粘結涂層與封裝膠膜粘結力的研究
2019年10月16日    閱讀量:8811    新聞來源:涂料工業  |  投稿

光伏背板位于光伏組件的最外層,對電池片起保護和支撐作用。隨著光伏行業的蓬勃發展,光伏背板作為組件重要的封裝材料,越來越受到人們的重視。背板主要由3層結構組成,由外到內依次為耐候層、絕緣層、粘結層涂料在線coatingol.com。近幾年,背板的粘結層多為氟碳涂層(氟碳粘結層/粘結涂層)。而從電站反饋的組件中粘結涂層與封裝膠膜EVA分層是近幾年組件失效的主要問題,氟碳涂層與EVA的粘結性能是決定背板與EVA封裝效果的關鍵因素,有些組件廠家甚至將氟碳涂層與EVA的粘結力標準由原來的40N/cm提高至60N/cm。確定影響背板粘結涂層與EVA粘結力的因素,并有效利用以提高涂層與EVA的粘結力成為眾多背板廠家研究的重要課題。


因氟碳涂層與EVA膠膜均會影響粘結力,所以本文從EVA膠膜和氟碳涂層的配方這2個方面,研究了影響涂層與EVA粘結力的因素,為制備與EVA膠膜粘結力優良的氟碳涂層提供有益的參考。


1 實驗


1.1實驗原料

氟碳樹脂:三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物,長興化學有限公司;丙烯酸樹脂:德謙化學;鈦白粉:杜邦;消光粉:5μm,德固賽;陰離子型分散劑:畢克化學;丙烯酸類流平劑:贏創;固化劑HDI三聚體:科思創。

EVA膠膜A:透明,通用型,國內某公司提供;EVA膠膜B:透明,抗蝸牛紋,國內某公司提供;EVA膠膜C:透明,具有抗PID功能,國內某公司提供;膠膜A、膠膜B、膠膜C放置一段時間備用。


1.2涂料及涂層樣品的制備

將氟碳樹脂、丙烯酸樹脂、溶劑、分散劑、鈦白粉按一定比例依次加入燒杯中,分散均勻后,導入研磨機進行研磨,控制涂料的細度在5μm以下后出料,得到氟碳涂料的預混物,然后在預混物中加入一定量的消光粉、流平劑進行二次分散,分散均勻后得到氟碳涂料。

將氟碳涂料、固化劑、溶劑按一定比例倒入燒杯,混合均勻后得到背板粘結層用氟碳涂料,將該涂料用絲棒涂布于電暈后的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上,干燥、熟化后得到太陽能背板用的粘結層。


1.3性能測試

背板與EVA的粘結力按照GB/T2790—1995的規定測試。

EVA膠膜的交聯度按照萃取法[6]測試。


2 結果與討論


2.1 EVA膠膜對涂層與EVA粘結力的影響


EVA膠膜是電池組件重要的封裝材料,隨著近幾年對EVA膠膜的功能要求越來越多,除常規的膠膜A外,還出現了抗蝸牛紋膠膜B、抗PID功能的膠膜C,因此本文對這3種封裝膠膜進行研究。


2.1.1EVA膠膜的種類對涂層與EVA粘結力的影響

在不同的層壓時間下,3種膠膜與涂層的粘結力如圖1所示。

光伏背板粘結涂層與封裝膠膜粘結力的研究 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

圖1不同層壓時間3種膠膜粘結力的變化


由圖1可見,在不同的層壓時間下,3種膠膜與涂層粘結力均呈現先增大后降低的趨勢,3種膠膜的最佳層壓時間均為11min,且在該條件下,A、B膠膜與涂層的粘結力優于C。

不同層壓時間下,3種膠膜的交聯度如圖2所示。


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圖2不同層壓時間3種膠膜交聯度的變化

由圖2可見,在層壓7min時,膠膜C的交聯度高于A、B的交聯度,時間延長至11min,膠膜A、B反應速率快速增加,交聯度超過C的交聯度,該變化趨勢同膠膜與涂層的粘結力相對應,即交聯度越大,膠膜與涂層的粘結力越大,所以在最佳層壓時間11min時,膠膜A、B與涂層的粘結力優于C。


2.1.2EVA膠膜放置不同時間對涂層與EVA粘結力的影響

在密封不良的情況下,放置一段時間后,涂層與EVA膠膜的粘結力如圖3所示。

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圖3膠膜放置時間對涂層與膠膜粘結力的影響


由圖3可見,隨著EVA膠膜放置時間的延長,3種EVA膠膜與涂層的粘結力均呈現震蕩下降的趨勢。因膠膜A、B的粘結性能相當且均優于C,本文選用膠膜A的硫化曲線研究EVA膠膜放置不同時間對涂層與EVA粘結力的影響,分析膠膜粘結力衰減的原因。膠膜的硫化曲線如圖4所示。


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圖4新舊膠膜的硫化曲線


由圖4可見,隨著放置時間的延長,膠膜的最大扭矩越來越小,放置6個月的膠膜最大扭矩變化不大,但放置9個月后,膠膜的扭矩明顯降低,即舊膠膜的交聯程度明顯下降,因此膠膜放置一段時間后,涂層與EVA的粘結力下降。新購膠膜,若存放不嚴密的情況下應該在6個月內用完。


2.2涂料配方對涂層與EVA粘結力的影響

涂層配方中主要含有樹脂和顏填料,各成分及含量的差異會影響涂層與EVA的粘結力。


2.2.1氟碳與丙烯酸樹脂的質量比對涂層與EVA粘結力的影響

粘結涂層中含有氟碳樹脂,但是氟碳樹脂的表面能低,為提高涂層與EVA的粘結性能,常添加丙烯酸樹脂來改性。氟碳樹脂與丙烯酸樹脂質量比對涂層與EVA粘結力的影響如圖5所示。


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圖5樹脂質量比對涂層與EVA粘結力的影響


由圖5可見,隨著丙烯酸樹脂添加比例的提高,涂層與EVA膠膜的粘結力逐漸增大,這主要是因為丙烯酸樹脂中含有與EVA粘結力良好的極性基團,當丙烯酸樹脂含量增大時,涂層中極性基團的數量增多,從而增大了涂層與EVA的粘結力。但隨著丙烯酸樹脂的比例增大至1∶2時,粘結力的增幅變緩,此外,隨著丙烯酸樹脂的增多,涂層的耐候性會下降。因此選擇氟碳與丙烯酸的質量比為1∶1為宜。


2.2.2消光粉類型和含量對涂層與EVA粘結力的影響

氟碳涂料中往往添加消光粉來調整涂層的光澤,但現有的消光粉有經表面處理及未經表面處理的,為提高涂層與EVA的粘結力,考察了這2種消光粉用量對涂層與EVA粘結力的影響,結果如圖6所示。


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圖6消光粉對涂層與EVA粘結力的影響


由圖6可見,隨著消光粉含量的增加,涂層與EVA的粘結力均下降,2種消光粉相比,經過表面處理的消光粉比未經表面處理的消光粉制備的涂層與EVA的粘結力降低較快,原因是經過表面處理的消光粉表面有聚乙烯蠟,該物質會在層壓時與EVA形成弱界面層,降低涂層與EVA的粘結力。為保證涂層與EVA的粘結力,應選擇表面未處理的消光粉,且消光粉的含量應在3%以下。


2.3涂層厚度對涂層與EVA粘結力的影響

氟碳涂層的厚度對涂層與EVA粘結力的影響如圖7所示。


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圖7涂層厚度對涂層與EVA粘結力的影響


由圖7可見,涂層的厚度越厚,涂層與EVA的粘結力越大,當涂層的厚度大于6.5μm時,涂層與EVA的粘結力增幅變緩。不同厚度的涂層表面形貌如圖8所示。


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圖8不同厚度的涂層表面形貌


由圖8可以看出,涂層越厚,裸露的無機顆粒越少。因此涂層中起粘結作用的樹脂與EVA的接觸越充分,涂層與EVA的粘結力越大,當涂層的厚度增加為6.5μm,大于消光粉的粒徑5μm時,涂層中樹脂與EVA的接觸面積趨于飽和狀態,再繼續增加涂層的厚度,涂層與EVA的粘結力增幅變緩。考慮到顏填料粒徑的影響,涂層的厚度優選6.5~7.5μm。


3 結語

(1)3種膠膜(通用型A、抗PID功能B、抗蝸牛紋功能C)與同一涂層層壓后的交聯程度不同,致使粘結力不同,膠膜A與B粘結性能相當,均優于膠膜C。

(2)膠膜在放置過程中會降低涂層與膠膜的粘結力,本實驗中膠膜密封不良存放的情況下,應在6個月內用完。

(3)涂料中選用氟碳與丙烯酸2種樹脂混拼,丙烯酸樹脂含量的增加,會增大涂層與EVA的粘結力,本實驗中氟碳與丙烯酸的質量比為1∶1,粘結力值趨于穩定。

(4)涂料中添加消光粉時,最好選用未經有機蠟表面處理的二氧化硅,且其含量應在3%以下。

(5)涂層的厚度選取應大于涂料中顏填料的粒徑,如果顏填料的粒徑為5μm,優選涂層的厚度為6.5~7.5μm。


本文作者:顧麗爭, 王建龍, 李華鋒, 胡亞召, 柳 青(樂凱膠片股份有限公司, 河北保定 071054)

本文來源:2019《涂料工業》第10期


標簽:原材料輔料與設備涂裝應用技術中心膠粘劑
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