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光伏背板用PET薄膜濕熱老化性能研究

作者: salmon范 編(bian)輯(ji): 瑞凱儀器(qi) 來(lai)源: bibil.cn 發布日期(qi): 2020.04.13

    0、引言(yan)

    太陽電(dian)(dian)池組(zu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)結構一(yi)(yi)般為玻璃、EVA、電(dian)(dian)池片、背(bei)(bei)(bei)板(ban),四周用鋁框封裝。背(bei)(bei)(bei)板(ban)位(wei)于組(zu)件(jian)背(bei)(bei)(bei)面外層,在戶外環境下,具(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)絕緣性(xing),保護(hu)太陽電(dian)(dian)池不(bu)受(shou)水汽(qi)侵蝕(shi)(shi),阻隔氧(yang)氣;耐(nai)高(gao)低(di)溫和耐(nai)老化(hua)(hua)性(xing)能(neng);耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)。背(bei)(bei)(bei)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)結構一(yi)(yi)般為TPT或(huo)TPE結構,總厚約為300 ~ 350μm,其中(zhong)P為PET(聚對(dui)苯二甲酸乙(yi)二醇酯(zhi)),厚約250 μm,是(shi)背(bei)(bei)(bei)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)主體結構。大部(bu)分(fen)長時(shi)間濕氣的(de)(de)(de)(de)(de)滲(shen),入(ru)是(shi)組(zu)件(jian)失效的(de)(de)(de)(de)(de)原因。水蒸氣在電(dian)(dian)池板(ban)或(huo)電(dian)(dian)路上的(de)(de)(de)(de)(de)冷凝會(hui)(hui)導(dao)致(zhi)(zhi)短路或(huo)腐(fu)蝕(shi)(shi)。隨著濕熱(re)老化(hua)(hua)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)延長,背(bei)(bei)(bei)板(ban)會(hui)(hui)脫層從(cong)而導(dao)致(zhi)(zhi)背(bei)(bei)(bei)板(ban)失效。為了讓組(zu)件(jian)在戶外能(neng)有(you)效使(shi)用25年,背(bei)(bei)(bei)板(ban)必須按標準經(jing)過一(yi)(yi)系列嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)濕熱(re)老化(hua)(hua)測(ce)試。這就要(yao)求背(bei)(bei)(bei)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)主體結構PET也要(yao)經(jing)受(shou)住濕熱(re)老化(hua)(hua)測(ce)試。所以(yi)研(yan)究(jiu)濕熱(re)老化(hua)(hua)過程中(zhong),PET薄膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)各項性(xing)能(neng)如何(he)變(bian)化(hua)(hua),以(yi)及終對(dui)背(bei)(bei)(bei)板(ban)層間粘結力的(de)(de)(de)(de)(de)影響,具(ju)有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)參考價值(zhi)。

    1、試驗(yan)設備(bei)和材料(liao)

    試驗設備(bei):恒(heng)溫(wen)恒(heng)濕箱(85 ℃,85%RH)、差示掃描量(liang)熱儀(DSC)、拉力機。
    試(shi)驗材料:同(tong)一廠(chang)家不(bu)(bu)同(tong)批(pi)次(ci)的PET,為了保密(mi),不(bu)(bu)公布(bu)廠(chang)家和批(pi)次(ci),批(pi)次(ci)用a. b. c代替(ti)。復合背(bei)板所用其(qi)他(ta)材料保密(mi),在(zai)此不(bu)(bu)公開。

    2、試驗方法

     取a、b、c批次的PET薄膜放人恒溫恒濕箱,分別在500h、1000h、1500h取出,測PET薄膜的表面張力、拉伸強度、結晶度。將老化后的PET薄膜在實驗室復合成TPE結構的背板,測背板的層間粘結力。

    3、試驗(yan)結果與討(tao)論(lun)

    3.1 PET薄膜表面張力的變化
    表(biao)(biao)面張力(li)取決(jue)于(yu)塑(su)料本(ben)身(shen)(shen)的化學結(jie)構,表(biao)(biao)示塑(su)料薄膜(mo)表(biao)(biao)面自(zi)由(you)能(neng)的大(da)小,是決(jue)定聚合物(wu)粘結(jie)性(xing)的一(yi)(yi)個重(zhong)要因素(su)。PET類屬于(yu)極性(xing)高聚物(wu),其表(biao)(biao)面自(zi)由(you)能(neng)大(da),本(ben)身(shen)(shen)能(neng)達到42 dyn/cm,但為(wei)了(le)提高PET薄膜(mo)與其他材料的粘結(jie)力(li),仍需進一(yi)(yi)步提高,一(yi)(yi)般(ban)通過電(dian)(dian)暈處(chu)(chu)理方(fang)法(fa),處(chu)(chu)理后(hou)能(neng)達到52 dyn/cm或更(geng)高。電(dian)(dian)暈處(chu)(chu)理指在非真空(kong)(空(kong)氣存在)條件(jian)下用(yong)電(dian)(dian)磁能(neng)將空(kong)氣激發、電(dian)(dian)離,使(shi)PET表(biao)(biao)面發生化學反(fan)應,形成醇、羧基(ji)極性(xing)基(ji)團國(guo),從而PET薄膜(mo)表(biao)(biao)面的附著性(xing)。電(dian)(dian)暈處(chu)(chu)理深度一(yi)(yi)般(ban)只有零點幾納米,處(chu)(chu)理后(hou)應盡快使(shi)用(yong),否則易失效。

    從(cong)表(biao)1可(ke)看出,各個批次的PET薄膜在放人恒溫(wen)恒濕箱500h后,表(biao)面張力就(jiu)已大幅下降,約從(cong)48 dyn/cm降到42 dyn/cm; 1500 h后,表(biao)面張力已降到36 dyn/cm以下。

    PET薄膜表面張(zhang)力(li)的(de)大小隨著老化時間(jian)的(de)延長而降(jiang)低,這與電(dian)(dian)暈(yun)處(chu)理和PET水解(jie)有關。濕(shi)熱老化初(chu)期(qi),電(dian)(dian)暈(yun)效(xiao)果開始失(shi)效(xiao),PET水解(jie)速率較慢(man),500 h時電(dian)(dian)暈(yun)效(xiao)果已完全(quan)失(shi)效(xiao)。隨著老化時間(jian)的(de)延長,水解(jie)速率加快,PET加速降(jiang)解(jie),由大分子(zi)(zi)變成小分子(zi)(zi),PET化學結(jie)構發(fa)生變化,所以表面張(zhang)力(li)下(xia)降(jiang)。

表1 不同批次PET老化后的各項性能變化

    3.2 PET薄膜(mo)拉(la)伸強度變化

    拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)是(shi)(shi)材(cai)料能(neng)承受的(de)(de)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)應(ying)力(li),通(tong)常出現在(zai)材(cai)料的(de)(de)屈服點或斷裂點。從(cong)表(biao)(biao)1和(he)圖(tu)1可看出,a、b、c批次的(de)(de)PET薄膜(mo)在(zai)1000h老化(hua)后(hou),拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)下降(jiang)(jiang)幅度(du)都不大,這是(shi)(shi)PET的(de)(de)結晶度(du)和(he)水解作用共同作用的(de)(de)結果(guo)。水解反應(ying)造(zao)(zao)成(cheng)PET的(de)(de)降(jiang)(jiang)解對拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)產生負(fu)面影(ying)響(xiang),但(dan)結晶度(du)的(de)(de)增(zeng)大(由表(biao)(biao)1和(he)圖(tu)2可看出)可抵消大部分影(ying)響(xiang),所以整體表(biao)(biao)現為拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)下降(jiang)(jiang)幅度(du)不大。而(er)老化(hua)1000 h后(hou),拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)大幅下降(jiang)(jiang),主要原因是(shi)(shi)雖然結晶度(du)仍(reng)在(zai)增(zeng)加,但(dan)是(shi)(shi)水解反應(ying)造(zao)(zao)成(cheng)的(de)(de)分子鏈下降(jiang)(jiang)占主導作用,從(cong)而(er)引起(qi)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)大幅下降(jiang)(jiang)。


    3.3 PET 薄膜的結晶度變化

    聚(ju)合(he)物中大分(fen)子鏈以三維(wei)有(you)(you)序排(pai)列(lie)的現(xian)象(xiang)(xiang)稱為結晶(jing),大分(fen)子鏈以一(yi)維(wei)或二維(wei)有(you)(you)序并沿某(mou)一(yi)特定(ding)方向排(pai)列(lie)的現(xian)象(xiang)(xiang)稱為取向,大分(fen)子鏈在成型時以不平衡構象(xiang)(xiang)冷卻并固定(ding)下來(lai),則會留(liu)有(you)(you)殘(can)余應力(li)。聚(ju)合(he)物的結晶(jing)度反映了(le)結晶(jing)區(qu)與(yu)無定(ding)形區(qu)的相對數(shu)量。聚(ju)合(he)物的很(hen)多重要性能(neng)都(dou)受結晶(jing)度的影(ying)響,如不透明性、拉伸強(qiang)度、滲透性、粘附性、抗撕裂性等。


表1 不同批次PET薄膜

    如(ru)圖2所示,PET在濕熱老化(hua)過程中(zhong)結晶度直在增加,說明(ming)PET薄膜內(nei)部發(fa)生了結晶現象。


    PET薄(bo)膜采(cai)用雙向(xiang)拉伸方(fang)法制備,分(fen)(fen)子(zi)在(zai)(zai)橫向(xiang)和縱(zong)向(xiang)都有取向(xiang),冷卻定型(xing)后會有殘(can)余應力(li)存在(zai)(zai)。在(zai)(zai)濕(shi)熱(re)老化(hua)中,溫度(du)的(de)存在(zai)(zai)使PET大(da)分(fen)(fen)子(zi)鏈(lian)運動加(jia)劇,釋放(fang)了(le)殘(can)余應力(li),使PET大(da)分(fen)(fen)子(zi)朝三維有序(xu)方(fang)向(xiang)排列(lie),所(suo)以(yi)結晶度(du)升(sheng)高。
     3.4背板(ban)層間粘(zhan)結力的變(bian)化
    復合(he)(he)型背板(ban)一(yi)般采用干(gan)式復合(he)(he)法制備。干(gan)式復合(he)(he)是(shi)在種(zhong)基(ji)材(cai) 上涂覆一(yi)層(ceng)粘(zhan)合(he)(he)劑, 經烘干(gan)處理,使粘(zhan)合(he)(he)劑中的(de)(de)溶(rong)劑蒸發掉(diao),粘(zhan)合(he)(he)劑在干(gan)的(de)(de)狀態下與第二種(zhong)基(ji)材(cai)進行復合(he)(he)的(de)(de)一(yi)一(yi)種(zhong)方法刀。影響背板(ban)層(ceng)間粘(zhan)結(jie)力(li)(li)的(de)(de)因素有膠(jiao)黏劑的(de)(de)潤(run)濕(shi)性、PET及其他材(cai)料的(de)(de)表面張力(li)(li)等(deng)。

    由(you)表(biao)2和(he)圖(tu)3可知(zhi),隨(sui)著(zhu)PET老(lao)化時間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)延長,背板的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)層間(jian)粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)力(li)都在(zai)降低。主(zhu)要原因是(shi)濕(shi)(shi)(shi)熱老(lao)化后(hou),PET的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)下降和(he)結(jie)(jie)(jie)晶度升高。粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)本質上是(shi)一種(zhong)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)現象, 膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)必(bi)須能滲 人材料表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔隙和(he)縫隙中(zhong),才能達到(dao)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)。而膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)對PET基材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)滲人過(guo)程(cheng)只發生在(zai)無定(ding)形區域,濕(shi)(shi)(shi)熱老(lao)化后(hou),結(jie)(jie)(jie)晶度增(zeng)加,PET部分(fen)分(fen)子(zi)由(you)無定(ding)形變(bian)(bian)成規則(ze)排列,滲人過(guo)程(cheng)減(jian)弱。為了獲(huo)得良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)強度,膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)還(huan)必(bi)須很好(hao)地潤(run)(run)濕(shi)(shi)(shi)被粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)與(yu)被粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)濕(shi)(shi)(shi)特(te)性取決于兩者表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相對大(da)小(xiao)(xiao)。膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)值必(bi)須小(xiao)(xiao)于被粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)臨界表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li),一般膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)至(zhi)少要比被粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)小(xiao)(xiao)10 dyn/cm.本實(shi)驗中(zhong),膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)不變(bian)(bian),PET的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)隨(sui)老(lao)化時間(jian)變(bian)(bian)小(xiao)(xiao),兩者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)越來越相近,導致膠(jiao)黏(nian)劑(ji)(ji)在(zai)PET上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)濕(shi)(shi)(shi)性不好(hao),所以層間(jian)粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)力(li)降低。


表1 不同批次PET薄膜老化后

圖3

    4、結論

    1)PET濕熱老化,隨著老化時間(jian)的(de)(de)延長,PET的(de)(de)表面張力下降、拉伸強(qiang)度下降、結晶度升高(gao)。
    2)PET濕熱(re)老化后復合(he)成(cheng)背板,層間粘結力降(jiang)低(di),主要(yao)原因是PET的表面(mian)張力下降(jiang)和結晶度升高(gao)。
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