一種適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，并涉及其 在太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在全球氣候變暖，生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下，尋找化石能源的替代品，改善能源結(jié) 構(gòu)成為了各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。在諸多清潔能源備選方案中，太陽(yáng)能以清潔、安全、資源充足等 特點(diǎn)被認(rèn)為是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗?，受到世界各?guó)極大的重視與支持。
[0003]目前對(duì)于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用，最具有代表性的是太陽(yáng)能電池，它是一種具有自 產(chǎn)性及環(huán)保性的干凈能源，其通過(guò)半導(dǎo)體材料對(duì)入射光的敏感性來(lái)對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生帶負(fù)電的電 子及帶正電的電洞，接著因電位差或電荷濃度差，使電子移動(dòng)至負(fù)電極且電洞移動(dòng)至正電 極，進(jìn)而產(chǎn)生電能。一般來(lái)講，太陽(yáng)能電池是安置在外部的，具體的說(shuō)設(shè)置于物體的外墻或 屋頂直接暴露在日光下，以使其效能最大化。由于太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期暴露于外部環(huán)境下，因此 對(duì)作為用于保護(hù)太陽(yáng)能電池組件的保護(hù)膜提出的嚴(yán)格的要求，諸如低線性膨脹系數(shù)、優(yōu)良 的氣密性、高透光率、極好的表面平整性及優(yōu)良的耐熱性與耐化學(xué)性等。
[0004]傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池保護(hù)膜例如玻璃基板，因其低抗震性而容易破裂，且密度高重 量大不適于作為光伏汽車(chē)中太陽(yáng)能電池的保護(hù)膜使用，而主要使用的乙烯四氟乙烯共聚物 (ETFE)，由于該高分子聚合物帶有乙烯基，化學(xué)活性相對(duì)較高，耐候、耐刮等性能相對(duì)較差。 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102468353A公開(kāi)了一種太陽(yáng)能光伏電池組件背板復(fù)合膜及其制備方法， 其由七層材料復(fù)合而成，其中以聚四氟乙烯膜經(jīng)過(guò)低溫等離子表面處理后，在薄膜上下表 面生成了親水膜，由此PTFE薄膜表面的可粘性大幅增強(qiáng)，這使它與PET膜層有良好的粘接 性能，同時(shí)也使本背板復(fù)合膜能更穩(wěn)定的與太陽(yáng)能光伏電池膠膜固連，提高太陽(yáng)能光伏電 池整體的穩(wěn)定性。上述研究為太陽(yáng)能電池保護(hù)膜提供了更為廉價(jià)易得到的材料-聚四氟乙 烯，但該專利文獻(xiàn)對(duì)于PTFE薄膜的處理僅僅適用于背板復(fù)合膜，由于背板并不需要陽(yáng)光， 因此透明度不高的PTFE薄膜可滿足背板薄膜的需要，但對(duì)于太陽(yáng)能電池的封裝前膜并不 適用，其原因在于，太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)光的照射產(chǎn)生電能，其入射光的強(qiáng)度和多少直接 影響著太陽(yáng)能電池的性能，上述專利文獻(xiàn)中的PTFE薄膜透光性差，其陽(yáng)光入射少，太陽(yáng)能 的轉(zhuǎn)化利用率太低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中PTFE薄膜由于透光性較差無(wú)法作為封裝前膜使用的技術(shù)問(wèn) 題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法及其應(yīng) 用。
[0006] 為此，本申請(qǐng)采取的技術(shù)方案為，
[0007] -種適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，包括，
[0008] (1)向煤油中加入表面活性劑，攪拌均勻后加入環(huán)氧樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌混勻后再加入 聚四氟乙烯樹(shù)脂粉末，攪拌均勻得到混合料；
[0009] (2)在10_18°C恒溫條件下，將步驟⑴制備得到混合料勻速攪拌，攪拌速度為每 分鐘20-80轉(zhuǎn)，得到第二混合料；
[0010] (3)在5-30°C的恒溫條件下，將步驟（2)處理得到的第二混合料置于惰性氣氛中 恒溫熟化得到熟化料；
[0011] (4)將步驟（3)得到的熟化料，預(yù)壓成型得到模成品；
[0012] (5)將步驟（4)得到的模成品靜置l-48h后，進(jìn)行熱處理，溫度從常溫升到320°C 時(shí)保持升溫速度為10_20°C/min，320°C到330°C升溫速率5-6°C/min，之后保溫lh;再?gòu)?330°C升溫到370°C，升溫速率10°C/min，之后保溫30h;
[0013] (6)將經(jīng)過(guò)步驟（5)處理得到的模成品，使用_5°C~5°C7K，急速冷卻30min，自然 烘干；
[0014] (7)對(duì)經(jīng)過(guò)步驟（6)低溫處理后的樣品進(jìn)行切片，切片厚度為50-100μπι;
[0015] (8)使用氫等離子體對(duì)所述步驟（7)處理后的切片進(jìn)行等離子改性，并用臭氧等 離子體進(jìn)行羥基改性；
[0016] (9)將經(jīng)過(guò)步驟⑶改性后的切片，在真空度為3.5X103Pa的條件下升溫至 148°C，形成適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜；
[0017] 上述的所述的適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，在所述 步驟（1)中，聚四氟乙烯樹(shù)脂粉末的純度不小于99. 9%，結(jié)晶度不大于60%，平均分子量為 700-1000 萬(wàn)，粒徑 0· 1-0. 2μm。
[0018] 上述的所述的適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，在所述 步驟（1)中，表面活性劑是甲苯、已二醇、乙酸乙酯、多烯基丁二酰亞胺、含氟表面活性劑中 的一種或幾種；環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。
[0019] 上述的所述的適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，，在所 述步驟（4)中，成膜壓力為20-90MPa，成膜時(shí)間為1~lOmin，保壓時(shí)間5~20min。
[0020] 上述的所述的適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的制備方法，在所 述步驟⑴中，聚四氟乙烯樹(shù)脂粉末、煤油、表面活性劑、環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為100 :(4-7): (0· 15-0. 2) : (2. 5-3)。
[0021] 上述任一種適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜的應(yīng)用。
[0022] 上述任一種適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜在制備光伏汽車(chē)用耐 候型太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)。
[0024] (1)本申請(qǐng)以聚四氟乙烯作為制備太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的原料，聚四氟乙烯（PTFE) 是一種白色蠟狀的直鏈晶形熱塑性塑料。由于分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子鏈接的氟原子在構(gòu)象 上完全對(duì)稱，分子中沒(méi)有親水性基團(tuán)和光敏基團(tuán)，其防潮、耐候性能好。C-F鍵的鍵能高且穩(wěn) 定，氟原子比氫原子的范德華半徑大，故氟原子完全的取代使聚四氟乙烯形成螺旋形結(jié)構(gòu)， 惰性的螺旋形全氟"圓柱外殼"加之聚合物的非極性和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，PTFE擁有優(yōu)異的耐化學(xué)腐 蝕性能，絕大多數(shù)非氟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及鹽類(lèi)對(duì)之皆無(wú)影響。
[0025] (2)本申請(qǐng)以煤油作為第二混合料的溶劑，利于聚四氟乙烯分子的優(yōu)化排列，提高 成膜效果，本申請(qǐng)以采用環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，有利于成膜后膜的固化。并且在原料 混合均勻后，再次進(jìn)行緩慢的攪拌，在此過(guò)程中存在冷熱態(tài)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)分子鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 并輔以熟化、等壓成型、高溫?zé)崽幚?，低溫?zé)崽幚淼鹊母男苑椒ǖ玫降囊跃鬯姆蚁橹饕?材料制成的透明前膜，透光性好，在400nm到750nm下透光性能達(dá)到90%以上，完全可以滿 足光伏汽車(chē)對(duì)封裝前膜的性能需求，使用壽命長(zhǎng)，耐摩擦磨損劃傷，并有出色的機(jī)械性能。 通過(guò)采用特定的程序升溫方式更有助于提高分子結(jié)構(gòu)的定型性能，改善分子的結(jié)構(gòu)。采用 等離子體對(duì)切片進(jìn)行改性處理，其作用在于提高切片的表面活性，以增強(qiáng)其粘結(jié)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn) 聚四氟乙烯膜與光伏電池之間的有力粘結(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 1、將聚四氟乙烯樹(shù)脂粉末、煤油、甲苯和多烯基丁二酰亞胺形成的表面活性劑 (質(zhì)量比1 :1)、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂按質(zhì)量比為（100:4:0. 2 :3)混合，加料的順序?yàn)椋合?將表面活性劑加入混合溶劑中攪拌lOmin，再加入環(huán)氧樹(shù)脂，攪拌lOmin，混勻之后加入 聚四氟乙烯，再混合均勻形成混合料；本步驟中聚四氟乙烯樹(shù)脂純度為99. 9%、結(jié)晶度 (< 70% )、粒徑為0. 1~0.2μm，平均分子量為800萬(wàn)；所述煤油中異構(gòu)烷烴總量為 90wt%，正烷烴總量為8wt% ;
[0028] 2、攪拌將步驟1形成的混合料在18°C恒溫條件下，勻速攪動(dòng)0. 5小時(shí)，使之混合充 分得到第二混合料，本步驟中攪拌速度為每分鐘20轉(zhuǎn)；
[0029] 3、熟化將步驟2混合好的第二混合料，裝入恒溫箱中在18°C，惰性氣氛中恒溫12 小時(shí)得到熟化料；
[0030] 4、模壓成型將步驟3得到的熟化料裝入模壓機(jī)中，預(yù)壓成型的壓力65MPa，成膜時(shí) 間為lOmin，保壓時(shí)間20min，脫模得到模成品；
[0031] 5、高溫?zé)崽幚韺⒉襟E4脫模得到的膜成品靜止36h，放入熱處理爐中，常溫到 320°C，升溫速率20°C/min，320°C到330°C升溫速率5°C/min，到達(dá)330°C后保溫lh，再?gòu)?330°C到370°C升溫速率10°C/min，到達(dá)370°C后保溫30h;
[0032] 6、低溫?zé)崽幚韺⒉襟E5處理后的模成品，使用-5°C水，急速冷卻30min，然后自然 烘干；
[0033] 7、切片對(duì)經(jīng)過(guò)步驟6低溫?zé)崽幚砗蟮臉悠愤M(jìn)行切片，切片厚度為50μπι;
[0034] 8、等離子處理使用氫等離子體對(duì)步驟7處理后的切片進(jìn)行等離子改性后，再采用 臭氧等離子體進(jìn)行羥基改性；
[0035] 9、將步驟8改性后的切片，放入真空室，真空度降至3. 5X10 3Pa以下，并升溫至 148°C，形成適用于太陽(yáng)能電池保護(hù)膜的聚四氟乙烯改性膜；