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EVA交联度对其力学性能的影响
2013-10-24 15:05:18   来源:    点击:

  摘要:本文以光伏行业常用EVA型号作为样本,研究交联度的变化对EVA各方面力学性能的影响。通过调节层压工艺参数制备不同交联度的EVA ...
  摘要:本文以光伏行业常用EVA型号作为样本,研究交联度的变化对EVA各方面力学性能的影响。通过调节层压工艺参数制备不同交联度的EVA 研究样本,并对样本进行各种力学性能测试,再经过对数据的统计处理得出结论:光伏组件封装用EVA,交联度在85%左右时,其各方面的力学性能,即EVA的拉伸强度、断裂伸长率、以及EVA与玻璃、背板的粘结强度等综合性能最佳。

  关键词: 乙烯和醋酸乙烯共聚物  热熔性  热固性  固化反应  萃取  交联度(凝胶质量分数)  抗拉强度  剥离强度  塑性

  1 前言

  由于乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)存在极性的醋酸乙烯单元,这种极性单元会降低EVA的结晶能力,反映在其力学性能上,表现为EVA具有良好的韧性、柔软度和抗冲击强度。但由于EVA为线性高分子共聚物,因而其耐热性和内聚强度较差,限制了其应用范围。太阳能光伏行业用的EVA 是经过加入偶联剂、引发剂、抗氧化剂等进行改性的热熔、热固型胶膜,EVA胶膜经过热熔、热固后会形成交联的三维网状结构,这种交联的程度会直接影响固化后EVA的物理化学性能。

  如果交联度过低,EVA的三维网状结构尚未完全生成,其材质较为疏松,难以形成致密的封装效果,具体表现为EVA材质疏松、且韧性和抗拉强度较差、与背板和玻璃的粘结强度也比较低。但如果EVA 的交联度过高,则会造成EVA材质硬化,柔性降低,与背板和玻璃的粘结强度反而会下降,甚至容易造成EVA与背板或玻璃的开裂,EVA的耐老化性能也会降低。由此可见,EVA的交联度将直接影响固化后EVA的物理化性性能,进而对组件的封装效果和组件的使用寿命都有着很大的影响。

  由于国内太阳能行业的EVA生产厂家较多,不同厂家、不同型号的EVA其成分、配比也不尽相同,反映在EVA的性能上有一定的差异。因此在光伏行业内,EVA的交联度到底多少为最佳,(即固化后的EVA与背板、玻璃的粘结强度和自身韧性、抗拉强度的最佳结合点)一直没有形成统一、明确的认识。本文通过选择行业内较有代表性的3个EVA型号作为研究样本,针对不同交联度的EVA的力学性能做一个全面细致的对比分析,进而找到EVA力学性能的最佳值域,期望会对光伏组件生产的封装工艺有一定的参考价值。

  2 实验部分

  2.1 主要原材料

  选取行业内的具有代表性的3款EVA胶膜作为研究样本,配以其他辅助类材料(如背板、钢化玻璃、高温布等),其主要性能描述如表1所示。

  表1 试验用原材料及其性能描述
 

  结合图3、图4、图5可以看出:随着交联度的增大,对于不同厂家、不同型号的EVA(成分配比不同),其对玻璃和背板剥离强度的变化曲线都有先增大后减小的规律,但其峰值对应的EVA交联度存在一定的差异,相对比较离散。总的来说,三种EVA与玻璃/TPT的剥离强度最大值,均在EVA交联度80%~90%的范围内。当EVA的交联度大于90%时,其剥离强度值均快速下降,尤其是EVA与玻璃的剥离强度。

  从此次研究的数据来看,在光伏行业的组件封装工艺中,将EVA的交联度定在85%,控制在80%~90%范围内,能够很好的保证EVA的各项力学性能都处在最佳范围内。

  由于市场上EVA厂家型号众多,产品质量不一,此次试验选用行业内用量较大的知名厂家的产品作为研究标本,具有一定的代表性。虽然由于样品制备和实验操作中存在的一些不可控因素(例如:不同厂家研究样本的质量差异、层压后EVA样品厚度均匀性有一定差异等),但本研究建立在大量的样本测试和数据统计分析的基础上,具有较好的可靠性和稳定性,对组件的封装工艺有一定的参考价值。

  5 结论

  (1)采用化学交联的方法使EVA的线性分子变成三维网状结构,如此提高了EVA的内聚强度,主要表现为其拉伸强度、断裂延伸率和玻璃/背板的剥离强度都得到了很大程度的提高;

  (2)随着EVA交联度的增加,其各项力学性能均有着先增高后降低的变化规律,并不是交联度越大,EVA的力学性能就越好。并且,其各项力学性能的最大值点基本分布在80%-90%之间。我们还发现当交联度达到一定程度(超过90%)时,EVA会逐渐表现出"硬而脆"的特征,尤其是其断裂伸长率和与玻璃的剥离强度会急剧下降;

  (3)在光伏行业的组件封装工艺中,建议将EVA的交联度定在85%,控制在80%~90%范围内。

  参考文献

  [1]  李国熊,许妍,郑智晶,仰建新. 太阳能电池封装用胶膜的研制,杭州化工,1991,(4):35-37.

  [2]  陈续煌,徐声均,李纯清,刘军,EVA热熔胶粘接强度的几个影响因素,粘接,1998,19(5):4-5,23-24.

  [3]  郑智晶,EVA交联度测定方法的研究,浙江化工,1989,20(3):30-32.

  [4]  张增明,彭丽霞,吕瑞瑞,唐景,傅冬华,光伏组件封装EVA的热空气老化研究[J],合成材料老化与应用,2012年01期.

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