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光伏背板（bǎn）用PET薄膜（mó）濕熱老化性能研究

作者： salmon範編（biān）輯：草莓视频网站儀器來源： www.tuyatang.com 發布（bù）日期： 2020.04.13

0、引言（yán）

太陽電池組件的結構一般為玻璃、EVA、電池片、背板，四周用鋁框（kuàng）封（fēng）裝（zhuāng）。背板（bǎn）位於組件背麵外層，在戶外環境下，具有良好的絕緣性，保護太陽電池不受水汽侵蝕，阻隔氧氣;耐高低溫和耐老化性能;耐腐蝕性能。背板的結構一般為TPT或TPE結（jié）構，總（zǒng）厚約為300 ~ 350μm,其中P為PET(聚對苯二甲酸乙（yǐ）二醇酯)，厚約250 μm,是背板的主體結構。大部分長時間濕氣的（de）滲，入是組件（jiàn）失效的原因。水蒸氣在電（diàn）池板或電路上（shàng）的冷凝會導致短路或腐蝕。隨著（zhe）濕熱老化時（shí）間的延長，背板（bǎn）會（huì）脫層從而導致背板失效。為了讓組件在戶外能有效使用（yòng）25年，背板必須按標準經過一係列嚴格（gé）的濕熱老（lǎo）化測試。這就（jiù）要求背板的主體結構PET也要經受住濕熱老化測試。所以研究濕熱老化過程中（zhōng），PET薄膜的各項性能如（rú）何變化，以及終對背板（bǎn）層間粘（zhān）結（jié）力的影（yǐng）響（xiǎng），具有（yǒu）一定的參考價值。

1、試驗（yàn）設備和（hé）材料

試驗設備（bèi）:恒（héng）溫恒濕箱(85 ℃，85%RH)、差（chà）示掃描量熱儀(DSC)、拉力機。
試驗材料（liào）:同一廠家不同批次的PET，為了保密，不（bú）公布廠家（jiā）和批次，批次用（yòng）a. b. c代替。複合背板所用其他材料保密，在此不公開（kāi）。

2、試驗方法

取a、b、c批次的PET薄膜放人恒（héng）溫恒濕箱，分（fèn）別在500h、1000h、1500h取出，測（cè）PET薄膜的表麵張力、拉伸強度、結晶（jīng）度。將老化後的PET薄膜在實驗室複合成TPE結構的背板，測背板的（de）層間（jiān）粘結（jié）力。

3、試驗結果與討論

3.1 PET薄膜表麵張力的變化（huà）
表麵張力取決於（yú）塑料（liào）本身的化學結構，表示塑料薄膜表麵自由能的大小，是決定聚合物粘結性的一個重要因素。PET類屬於極性高聚（jù）物，其（qí）表麵（miàn）自由能大，本身能達到42 dyn/cm,但為了提高PET薄膜與其他材料的粘結力，仍需進一步提高，一般通過電暈處理方法，處理後能達到52 dyn/cm或更高。電暈處理指在非（fēi）真空(空氣存（cún）在)條件下用電磁能將空氣激發、電離，使PET表麵（miàn）發生化學反應，形成醇、羧基極性基（jī）團國，從而PET薄膜表麵的附著性。電暈處理深度一般（bān）隻有零點（diǎn）幾納米，處理（lǐ）後應盡快使用，否則易失效。

從（cóng）表1可看出，各個批次的PET薄膜在放人恒（héng）溫恒濕箱500h後，表麵張力就已大幅（fú）下降，約從48 dyn/cm降到42 dyn/cm; 1500 h後，表麵張力已（yǐ）降到36 dyn/cm以下。

PET薄膜表麵張力的大小隨著老化時間的延長而降低（dī），這與電暈處理和PET水解有關。濕熱老化初（chū）期，電暈效果開始失效，PET水解速率較慢，500 h時電暈效果已（yǐ）完全失效（xiào）。隨著老化（huà）時（shí）間的延長，水解速率加快，PET加速降解，由大分子變成小分子，PET化學結構發生（shēng）變化，所以表麵張力下降（jiàng）。

表1 不同批次（cì）PET老化後的各項性能變化

3.2 PET薄膜拉伸強度變化

拉伸強度是材料能承受的拉（lā）伸應力，通常出現在材料的屈服點或（huò）斷裂點（diǎn）。從表1和圖1可看出，a、b、c批次的PET薄膜在1000h老化（huà）後，拉伸強度的下降（jiàng）幅度都不大，這是PET的結晶度和水解作用共同作用的結果。水解反應造成PET的降解對拉伸強（qiáng）度產生負麵（miàn）影響，但結（jié）晶度的增大(由表1和圖2可看出)可抵消大部分影響，所以整體表（biǎo）現為拉伸強度下降幅度不大。而老化1000 h後，拉伸強度大幅下降，主要原（yuán）因是雖然結晶度仍在增加，但是水解反應造成的分子鏈（liàn）下降（jiàng）占主導作用，從而引起拉伸強（qiáng）度大幅下降。

3.3 PET 薄膜的結晶度變化

聚合物中（zhōng）大分子鏈以三維有序排列的現（xiàn）象稱為結晶，大分子鏈以一維或（huò）二維有序並沿某一特定（dìng）方向排列的現象稱為取向，大分子鏈在成型時以不平衡構（gòu）象冷卻並固定下來，則會留有（yǒu）殘餘應力。聚合物的結晶度反映了結晶區與無定形區的相（xiàng）對數量。聚合物的很多重要性能都受結晶度的影響，如不（bú）透明性、拉伸強度、滲（shèn）透性、粘附性、抗撕裂性（xìng）等（děng）。

表1 不同批次PET薄膜

如圖2所示，PET在濕熱老化過程中結晶度（dù）直在增加，說明（míng）PET薄膜內部發生了結晶現象。

    PET薄膜采用雙向拉伸方（fāng）法製備，分子在橫向和縱向都有取向（xiàng），冷卻定型後會有殘餘應力存在。在濕熱老（lǎo）化中，溫度的（de）存（cún）在使PET大分子（zǐ）鏈運動加劇，釋放了殘餘應力，使PET大（dà）分（fèn）子朝三（sān）維有序方向排列，所以結晶度（dù）升（shēng）高。
     3.4背板（bǎn）層（céng）間粘結力的變化
    複合（hé）型背板一般采用幹式複合（hé）法（fǎ）製備。幹（gàn）式複合是在種基材上塗覆一層粘合劑，經烘（hōng）幹處理，使粘合劑中的溶（róng）劑蒸發掉，粘合劑在幹的狀態下與第二種基材進行複合的一一種方法刀（dāo）。影響背板（bǎn）層間粘結力（lì）的（de）因素有膠黏劑（jì）的潤濕性、PET及其他材料的表麵張力等。

由表2和圖（tú）3可知，隨著PET老化時間的延（yán）長，背板的層間粘結力都在降低。主要原因（yīn）是濕熱老化後，PET的表（biǎo）麵張力下降和（hé）結晶度升高。粘結本質上是一種表麵現象，膠黏（nián）劑必（bì）須能滲（shèn）人材料（liào）表麵所有的孔隙和縫隙中，才能（néng）達到良好的粘結。而膠黏劑對PET基（jī）材的滲人過程隻發生在無定形區域，濕熱老化後，結晶度增（zēng）加，PET部分分子由無定形變成（chéng）規則排列，滲（shèn）人過程減弱。為了獲得良好的粘結強度，膠黏劑還必須很好地潤濕被粘結表麵。膠黏劑與被粘結表麵的潤濕特性取決於兩者表麵張力的（de）相對大小。膠黏（nián）劑的表麵張（zhāng）力值必須小於被粘結表麵的臨界表麵張力，一般膠黏劑的表麵張力至少要（yào）比被粘結物的表（biǎo）麵張力小10 dyn/cm.本實驗中，膠黏劑（jì）的（de）表麵張（zhāng）力不變，PET的表麵張力（lì）隨老化（huà）時間變小，兩者的表麵張力越來越相近，導致膠黏劑在PET上的潤（rùn）濕性（xìng）不好（hǎo），所以（yǐ）層間粘結力降低。

表1 不同批次（cì）PET薄膜老化後