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        助交聯(lián)劑對EVA膠膜性能的影響

        2020-04-07 11:15:58祝麗娟
        山東化工 2020年5期
        關(guān)鍵詞:醋酸乙烯酯剝離強(qiáng)度膠膜

        祝麗娟

        (南京紅寶麗新材料有限公司,江蘇 南京 211300)

        乙烯醋酸乙烯酯(EVA)材料具有較好的韌性及粘結(jié)性,因此常用作粘結(jié)材料。EVA結(jié)構(gòu)為線性分子鏈結(jié)構(gòu),一般采用過氧化物交聯(lián)劑對其進(jìn)行交聯(lián)改性,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而增加EVA膠膜在使用過程中的穩(wěn)定性[1]。

        使用有機(jī)過氧化物交聯(lián)飽和或低不飽和聚合物,如EVA膠膜,有時聚合物分子發(fā)生自由基斷裂。為了抑制這種不利的副反應(yīng),提高交聯(lián)效果,改善交聯(lián)聚合物的性能,常使用助交聯(lián)劑。助交聯(lián)劑的作用是穩(wěn)定聚合物的自由基[2]。含有兩個或三個相同可聚合基團(tuán)(烯丙基、丙烯酸酯、異丁烯酸酯)的單體有時用作活性添加劑,可以提高交聯(lián)密度或交聯(lián)產(chǎn)率,尤其是對于很難交聯(lián)的聚烯烴。如TMPTMA、TAC、TAIC。這些單體在交聯(lián)反應(yīng)的初期可以通過C=C鍵接枝到聚合物上。在生成的接枝結(jié)構(gòu)中,未定位的乙烯基基團(tuán)是進(jìn)一步交聯(lián)反應(yīng)的優(yōu)先位置。

        本文研究了三種常用助交聯(lián)劑TMPTMA、TAIC、TAC對EVA膠膜硫化性能的影響,并研究了不同含量的助交聯(lián)劑TAIC對EVA膠膜粘結(jié)性能、耐老化性能的影響。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        乙烯-醋酸乙烯酯(EVA):牌號PV1300,VA含量28%,熔融指數(shù)25g/10min,美國杜邦公司;叔丁基過氧化碳酸-2-乙基己酯(TBEC):ARKEMA;三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA):SARTOMER;三聚氰酸三烯丙酯(TAC):華星化學(xué)有限公司;三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC):EVONIK;γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM503):SHINETSU;四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010):BASF(Ciba);2-羥基-4-辛氧基二苯甲酮(UV531):BASF(Ciba);雙(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯(770):BASF(Ciba)。

        1.2 樣品制作

        按表1規(guī)定的比例將EVA樹脂、交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑及其他助劑在雙輥筒開煉機(jī)上充分混合,混合好的物料使用壓片機(jī)制成400 μm厚的薄膜。

        表1 組分添加量

        1.3 性能測試

        使用UR-2010SD硫變機(jī)研究EVA膠膜的硫化性能,測試溫度為145℃。

        剝離強(qiáng)度的測定按照GB/T29848-2013《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜》進(jìn)行。

        透光率的測定按照GB/T29848-2013《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜》進(jìn)行,透光率和黃色指數(shù)取平均值。

        按照GB/T29848-2013《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜》測定固化后的EVA膠膜的耐老化性能。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 助交聯(lián)劑對硫化性能的影響

        硫化是一種化學(xué)反應(yīng)過程,物料的物理機(jī)械性能改變顯著,所以常常以物性的改變來測量硫化程度。使用硫變機(jī)研究助交聯(lián)劑對EVA膠膜硫化進(jìn)程的影響,以扭矩的變化反應(yīng)物料硫化程度(圖1)。對于反應(yīng)速度,溫度是一個重要因素。參照光伏組件封裝過程參數(shù)設(shè)定測試溫度為145℃。

        圖1 不同助交聯(lián)劑的EVA膠膜的硫化曲線

        一定溫度下硫化進(jìn)行時,扭矩經(jīng)過一段時間的緩慢上升,之后快速升高達(dá)到平衡,具備焦燒、正硫化和硫化平臺歷程。這是因?yàn)樵诹蚧磻?yīng)的初級階段,助交聯(lián)劑分子自身發(fā)生環(huán)化聚合,與聚合物分子接枝而消耗部分聚合物分子自由基,這些自由基在無交聯(lián)劑時本應(yīng)產(chǎn)生正常的化學(xué)交聯(lián)。隨著硫化時間的延長,烯丙基的雙鍵與聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)占主導(dǎo)地位,形成活性橋鍵。從而提高了交聯(lián)速率[3]。

        加入助交聯(lián)劑TMPTMA、TAC、TAIC,誘導(dǎo)期即預(yù)交聯(lián)時間相當(dāng),相對而言,加入TMPTMA的物料扭矩在誘導(dǎo)期上升幅度大些,而硫化期扭矩增加速率小,達(dá)到硫化平臺的時間長,影響EVA膠膜生產(chǎn)的工藝窗口及封裝效率。由于結(jié)構(gòu)相似,加入TAC和TAIC,硫化曲線在誘導(dǎo)期部分重疊,進(jìn)入硫化期后,TAIC稍長的分子鏈降低膠膜扭矩,提高了柔順性,更有利于太陽能電池的封裝。

        2.2 助交聯(lián)劑對粘結(jié)性能的影響

        不同助交聯(lián)劑對EVA膠膜與玻璃和TPT背板的剝離強(qiáng)度的影響見表2。

        表2 不同助交聯(lián)劑的EVA膠膜的剝離強(qiáng)度

        從表2可以看出,當(dāng)體系中添加助交聯(lián)劑,膠膜與玻璃的剝離強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求的50 N/cm,最高可達(dá)到149.7 N/cm。而與TPT背板的剝離強(qiáng)度,添加TAIC和TAC的EVA膠膜表現(xiàn)較好,其中添加TAIC的膠膜與背板的粘結(jié)性能最好,助交聯(lián)劑TAIC與交聯(lián)劑TBEC起到很好的協(xié)同作用,同時更好地對玻璃及背板材料進(jìn)行粘結(jié)。

        2.3 不同用量的助交聯(lián)劑對耐老化性能的影響

        黃色指數(shù)是用來表征材料偏離白色程度大小的參數(shù),與透光率保持率均是衡量材料老化程度的重要參數(shù)[4-5]。

        按式(1)計(jì)算透光率保持率。

        式中:

        Tb-透光率保持率,%;

        S0-老化前,透光率曲線在360 nm~850 nm的區(qū)域面積;

        S-老化后,透光率曲線在360 nm~850 nm的區(qū)域面積。

        按照GB/T29848-2013《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜》中的規(guī)定對不同配方膠膜進(jìn)行紫外加速老化和恒定濕熱老化試驗(yàn),測試?yán)匣昂蟮耐腹饴屎忘S色指數(shù),計(jì)算出透光率保持率和黃色指數(shù)變化值,見表3。

        表3 老化后的黃色指數(shù)變化和透光率保持率

        對比表3中的數(shù)據(jù),隨著助交聯(lián)劑TAIC用量的增加,交聯(lián)效率提高,膠膜的耐濕熱老化性能和耐紫外老化性能先提升再下降,在TAIC用量為0.3份時最好,當(dāng)用量增加到0.5份時,老化后的透光率下降,黃色指數(shù)有所增加。這是因?yàn)楫?dāng)助交聯(lián)劑用量過多,助交聯(lián)劑與聚合物自由基反應(yīng)形成的穩(wěn)定自由基較多,交聯(lián)效率大大提高,但是形成分子長鏈少,反而影響了膠膜的耐老化性能。

        3 結(jié)論

        使用過氧化物交聯(lián)EVA目的是提高改進(jìn)其加工性能并提高其耐紫外和濕熱老化性,添加助交聯(lián)劑可以提高交聯(lián)效果,TMPTMA、TAIC和TAC中,TAIC與TBEC協(xié)同作用效果最好。

        助交聯(lián)劑的用量與過氧化物的過氧鍵以等摩爾數(shù)添加為宜,此時交聯(lián)誘導(dǎo)期、正硫化時間以及膠膜耐老化性能最佳。

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