[发明专利]一种高阻水的耐刮擦聚偏氟乙烯薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高阻水的耐刮擦聚偏氟乙烯薄膜及其制备方法，属于太阳能光伏电池应用领域。

背景技术

太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，是应对能源短缺和环境污染的重要利器。太阳能电池的工作环境多为户外，湿度大，易腐蚀，同时会受到各种恶劣天气的损害，因此太阳能电池的封装会直接影响其使用寿命。电池背板位于组件背面的最外层，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化、耐高低温、良好的绝缘性和耐老化性能、耐腐蚀性能。常见的背板一般具有三层结构：内层为聚乙烯(PE)薄膜或含氟涂层；中间层为双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜；外层是氟膜，包括聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)或其他含氟材料。

聚偏氟乙烯是一种性能优异的含氟材料，具有突出的耐化学腐蚀、耐候性、耐高低温以及优异的电绝缘性，因此非常适合作为光伏背板保护膜。但其表面能低，与PET等材料的粘接性能差，因而常使用丙烯酸酯类聚合物对其改性，以达到改善粘结能力、提高可加工性能的目的。目前，在我国最多使用的Arkema公司的Kynar膜以及杜邦公司的Tedlar膜，都是以含氟高分子/丙烯酸酯聚合物为基础材料的氟膜。

由于PMMA热稳定性、水汽阻隔特性等方面不如PVDF，因此使得PVDF/丙烯酸酯聚合物膜成为背板各组成中阻水能力最弱的部件。由于背板的阻水能力影响组件的发电效率以及使用寿命，因而研制具有高阻水特性的氟膜迫在眉睫。

另外，由于氟膜的制造、膜与背板覆合以及接线盒粘接时不可避免地存在人工操作，从而可能带来薄膜划痕刮痕等损伤，而这种损伤除了给人以视觉感官冲击外，也有可能影响薄膜对紫外光、水汽等的阻隔性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是研制具有高阻水特性，同时兼具耐刮擦特性的太阳能电池背板保护氟膜。

本发明还提供上述太阳能背板膜的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高阻水的耐刮擦聚偏氟乙烯薄膜，所述的耐刮擦聚偏氟乙烯薄膜由以下下按重量份计的组分混合后吹膜或流延而成：聚偏氟乙烯69.9～87.4份，有机改性的层状纳米无机化合物2～6份，增韧改性剂8～15份，无机类紫外线屏蔽剂1～15份，耐刮擦剂1～5份，加工助剂0.5～5份与热稳定剂0.1～2份。

在本技术方案中，本发明中的有机改性的层状纳米无机化合物利用了层状无机物的纳米片层结构及其取向性，可以有效改善薄膜的阻隔性能；增韧改性剂有利于薄膜保持良好的韧性，显著提高薄膜的抗冲击性和断裂伸长率；无机类紫外线屏蔽剂能大量阻隔紫外线，保护基材和背板材料；耐刮擦剂能够润滑聚合物表面，显著降低薄膜表面摩擦系数，使得薄膜具有出色的耐刮擦性能；加工助剂改善聚偏氟乙烯的流动性，易于进行熔融挤出和薄膜加工成型；热稳定剂能防止或延缓配方的热老化。本发明制备的聚偏氟乙烯薄膜具有优良的力学性能、水汽阻隔特性、耐刮擦性以及高耐候性等优点。

作为优选，所述有机改性的层状纳米无机化合物是经改性插层剂处理的具有纳米层状结构的无机化合物，可以是有机插层改性的层状硅酸盐、片状石墨和层状金属氧化物中的一种或几种的组合。其中有机插层改性的层状硅酸盐可以是：有机插层改性的滑石、云母和黏土(高岭土、蒙脱土和泥灰石)等；层状金属氧化物可以是：五氧化二钒、三氧化二钼和三氧化钨等。所述有机改性的层状纳米无机化合物具有大的径厚比，当其均匀分散在聚合物基体中，能起到阻隔作用，使得气体或液体小分子在聚合物基体中的扩散运动必须绕过这些片层，大大增加了气体、液体分子在聚合物基体中扩散的有效路径，大大提高了聚合物材料对气体和液体的阻隔性能。层状纳米无机化合物的层间含有大量的无机离子，具有较高的亲水性。因此，在层状纳米无机化合物的有机复合材料的制备过程中对层状纳米无机化合物进行有机化处理使非常关键的一步。通过有机化处理，使其由亲水性转变为亲油性，聚合物分子链才能够容易地插层到纳米无机化合物层间。

作为优选，所述的增韧改性剂是具有核壳结构的丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类弹性体中的一种或几种的组合。

作为优选，所述无机类紫外线屏蔽剂为二氧化钛、氧化锌、硫酸钡、硫化锌、色素炭黑、高岭土、滑石粉、碳酸钙和金属氧化物混相颜料中的一种或几种的组合，其中二氧化钛、氧化锌、硫酸钡、硫化锌、高岭土、滑石粉、碳酸钙和金属氧化物混相颜料的平均粒径为0.2～3微米，色素炭黑的原生粒径为8～70纳米。

作为优选，所述的耐刮擦剂是小分子酰胺类润滑剂、聚四氟乙烯微粉和有机聚硅氧烷中的一种或几种的组合。