陳雨 梁國(guó)正

摘?要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電前景廣闊，其光伏組件長(zhǎng)期在戶(hù)外工作，需具備抵抗不同嚴(yán)酷環(huán)境的能力。光伏組件用灌封膠需要具備粘接、絕緣、導(dǎo)熱、阻燃及環(huán)境耐侯性等各種性能。十溴二苯乙烷作為一種使用范圍廣泛的廣譜添加型阻燃劑，在多種行業(yè)的硅膠中都有使用。本文主要研究了其作為添加劑，對(duì)光伏組件灌封膠性能的影響，尤其是對(duì)其阻燃性的影響。

關(guān)鍵詞：光伏組件;灌封膠;十溴二苯乙烷

1 概述

由于煤炭石油等傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境的不良影響，全世界都在尋找能源替代品。作為一種新能源，太陽(yáng)能發(fā)電以其清潔無(wú)污染、取之不盡用之不竭而得到人們的廣泛興趣，[1]近十幾年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的裝機(jī)容量都有了可觀(guān)的增長(zhǎng)。

光伏電站都建立在戶(hù)外，其中不乏環(huán)境惡劣的裝機(jī)地點(diǎn)，例如高溫高濕、嚴(yán)寒、鹽霧、風(fēng)沙、冰雹、大雪等惡劣天氣等等，對(duì)光伏組件封裝材料老化侵蝕非常嚴(yán)重。目前大部分的光伏組件生產(chǎn)廠(chǎng)商對(duì)組件的功率質(zhì)保25年，這就對(duì)組件封裝材料提出了很高的要求。

有機(jī)硅膠具有良好的耐候、密封、電絕緣性及應(yīng)用高效等特點(diǎn)，[2]應(yīng)用非常廣泛。

灌封膠是用于組件背面接線(xiàn)盒的封裝，[3]對(duì)組件電流輸出部分以及接線(xiàn)盒內(nèi)的二極管起到保護(hù)作用，防止組件引出線(xiàn)氧化、短路、過(guò)熱引起接線(xiàn)盒及背板損傷甚至損壞，防止接線(xiàn)盒內(nèi)的二極管損傷及失效。太陽(yáng)能光伏組件對(duì)灌封膠的綜合性能提出了很高的要求，[4]主要包括力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度）、阻燃性能、導(dǎo)熱性能、高粘接性能、絕緣性能、長(zhǎng)期耐候性等?？紤]到因組件在發(fā)電過(guò)程中會(huì)伴隨熱量產(chǎn)生，加之部分組件使用過(guò)程中存在熱斑風(fēng)險(xiǎn)，[5]尤其是屋頂項(xiàng)目，發(fā)生組件燃燒會(huì)造成很大的損失，因此太陽(yáng)能光伏組件用封裝材料需要具有優(yōu)異的阻燃性。[6]

上個(gè)世紀(jì)90年代，人們開(kāi)發(fā)了阻燃劑十溴二苯乙烷以替代十溴二苯醚，[7]其熱裂解時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒的多溴代二苯并二噁烷（PBDO）及多溴代二苯并呋喃（PBDF），因此不受歐洲關(guān)于Dioxin法案限制，[7]符合世界對(duì)于工業(yè)環(huán)保的高要求。此外，十溴二苯乙烷比較穩(wěn)定，用其阻燃的部分產(chǎn)品可以循環(huán)使用，具有良好的抗紫外性能及白度穩(wěn)定性，[8]在高聚物中不會(huì)遷移，耐候性好。[9]因此，十溴二苯乙烷滿(mǎn)足光伏組件用阻燃灌封膠的要求。

目前行業(yè)內(nèi)常用的阻燃劑為氫氧化鋁，用于灌封膠的十溴二苯乙烷阻燃劑目前文獻(xiàn)報(bào)道非常少，但是溴系阻燃劑由于其分解溫度大多在200～300℃，與各種高聚物的分解溫度相匹配，能在最佳時(shí)刻，氣相及凝聚相同時(shí)起到阻燃作用，添加量少，阻燃效果好。因此十溴二苯乙烷用于灌封膠的研究有積極地意義。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

真空捏合機(jī)HYL-200，佛山恒源力機(jī)械設(shè)備有限公司;

行星攪拌機(jī)SXJB，世赫工業(yè)設(shè)備（上海）有限公司;

十溴二苯乙烷，溴含量82 %，白度（L）大于90，上海涵豐實(shí)業(yè)有限公司;

107膠，白炭黑，二甲基硅油，廣州惠寧化工原料有限公司;

二甲基硅油，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二丁基二月桂酸錫，常州九環(huán)新材料有限公司。

2.2 灌封膠樣品制備（1#膠）

第一步（A組分制備），以質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，首先取粘度為1500cp的107膠60份、沉淀法白炭黑90份加入真空捏合機(jī)內(nèi)，常溫捏合3-5小時(shí);然后在溫度為120℃、真空度為0.05-008Mpa捏合共混25min，冷卻至50℃以下得到基膠;再取90份粘度為1500cp的107膠、50 份100cp的二甲基硅油、基膠3份于行星攪拌機(jī)內(nèi)以580r/minr速度攪拌，攪拌分散均勻即可。

第二步（B組分制備），同樣以質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，取100cp的二甲基硅油35份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份，二丁基二月桂酸錫0.5份。

第三步（混合制備）將A、B 組分按照質(zhì)量比為10∶1充分混合，灌注入2cm深模具中，在25℃、75%RH條件下硫化7天測(cè)試性能。

2.3 含十溴二苯乙烷灌封膠實(shí)驗(yàn)樣品制備（2#膠）

在2.2第一步制備比例基礎(chǔ)上，增加一定比例的十溴二苯乙烷，參與捏合，其余條件不變，得到實(shí)驗(yàn)品。

2.4 樣品測(cè)試

2.4.1 灌封膠性能測(cè)試

測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。樣品每組選取3個(gè)樣本，測(cè)試結(jié)果取平均值。

2.4.2 接線(xiàn)盒產(chǎn)品濕熱性能測(cè)試

將灌封膠灌封于組件接線(xiàn)盒產(chǎn)品，進(jìn)行濕熱測(cè)試，評(píng)估其用于產(chǎn)品中承受長(zhǎng)期濕氣滲透的能力，測(cè)試項(xiàng)目如表2。

3 結(jié)果與討論

3.1 阻燃性能

根據(jù)UL94的燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3看，2#膠平均燃燒時(shí)間平均為1#膠的1/4，阻燃級(jí)別由V1級(jí)上升為V0級(jí)。這是因?yàn)槭宥揭彝樵谌紵纸鈺r(shí)能捕捉硅膠降解反應(yīng)生成的自由基，從而延緩或終止燃燒的鏈反應(yīng);同時(shí)釋放出的溴化氫，溴化氫氣體本身是一種難燃性氣體，密度較大，覆蓋在硅膠表面起到阻隔表面可燃?xì)怏w的作用，也能抑制材料的燃燒。[10]

3.2 其他理化性能測(cè)試

表4給出了1#和2#膠的其他綜合性能。

縮合型雙組份膠的硫化過(guò)程是在催化劑存在下，基礎(chǔ)聚合物分子鏈末端的羥基與交聯(lián)分子中的可水解性基的縮合交聯(lián)反應(yīng)，[11]十溴二苯乙烷本身并不參與交聯(lián)反應(yīng)，所以對(duì)其他理化綜合性能影響相對(duì)較小。與1#膠相比，2#膠的硬度和拉伸強(qiáng)度稍低，斷裂伸長(zhǎng)率稍高。這是由于十溴二苯乙烷加入后，導(dǎo)致硬度和拉伸強(qiáng)度稍稍偏低、斷裂伸長(zhǎng)率稍有增加，但是基本上影響較小。因填料等沒(méi)有變化，兩者的導(dǎo)熱系數(shù)基本不變。因交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑等無(wú)差異，粘結(jié)性能沒(méi)有明顯變化。

3.3 灌封膠及其組件產(chǎn)品的濕熱性能

采用Hast測(cè)試后，對(duì)比1#膠和2#膠Hast實(shí)驗(yàn)前后的外觀(guān)變化。如圖1所示，與1#膠相比，2#膠經(jīng)48h高溫、高濕及高壓實(shí)驗(yàn)后，外觀(guān)無(wú)開(kāi)裂、粉化、黃變等現(xiàn)象，說(shuō)明十溴二苯乙烷的存在沒(méi)有劣化硅膠的濕熱性能。

圖2是用2#膠灌封于接線(xiàn)盒內(nèi)，經(jīng)1000小時(shí)的濕熱測(cè)試（DH1000）實(shí)驗(yàn)前后的外觀(guān)。很明顯看出，經(jīng)2#膠灌封的接線(xiàn)盒，在1000小時(shí)的濕熱測(cè)試后，無(wú)變黃，開(kāi)裂等現(xiàn)象，即2#膠中的阻燃劑十溴二苯乙烷的加入沒(méi)有劣化硅膠的長(zhǎng)期耐濕熱性能，可以滿(mǎn)足組件長(zhǎng)期使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

基于十溴二苯乙烷阻燃性及穩(wěn)定性等特點(diǎn)，針對(duì)光伏組件對(duì)接線(xiàn)盒使用的高性能阻燃灌封膠的需求，設(shè)計(jì)制備了以十溴二苯乙烷為阻燃劑、以硅膠為灌封膠基本組成的新型灌封膠（2#膠）。十溴二苯乙烷的存在將硅膠的阻燃級(jí)別從UL94-V1提升到了UL94-V0，而且基本不改變其他綜合性能（包括其基本的理化性能、灌封于接線(xiàn)盒后的濕熱性能），滿(mǎn)足行業(yè)要求。當(dāng)然，此次研究有一定的局限性，在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮其在批量性生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性以及對(duì)成本的影響，需要相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行綜合考慮。

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